Способ измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.03.80 (21) 2898416/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5l) М. Кл.э

H 0I J 37/28

Гасударственный кемятет

Опубликоватто 23 11.81. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 28.11.81 (53) . УД К 537.533..331 (088.8) по делам иэосретений.и етерытий

В. П. Голубев, Л. H. Силаев и С. С. Стейанов (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ЭЛЕКТРОННОГО ЗОНИНА

В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ

Изобретение относится к области электронной микроскопии, в частности к способам измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе (РЭМ).

Известен способ измерения диаметра зонда в РЭМ, заключающийся в сканировании электронным зондом непрозрачного для электронов объекта, например диафрагмы со щелью, получении с помощью цилиндра

Фарадея сигнала, прошедшего через диафрагму тока, и определения диаметра зонда по параметрам полученного сигнала с по- -тл мощью расчетной формулы (по величине разности моментов времени, соо1ветствующих достижению сигналом прошедшего тока уровней при положениях зонда, когда его центр. смещен относительно края щели на расстояние, равное радиусу (!1.

Однако известный способ позволяет проводить измерения зондов диаметром лишь до нескольких микрон, поскольку при измерении зондов меньшего диаметра. точность измерений снижается вследствие трудностей измерения с необ ход и мой точностью вел ичины прошедшего тока.

Наиболее близким к предлагаемому па технической сущности является способ измерения диаметра электронного зонда в

РЭМ, заключающийся в сканировании элект« ронным зондом непрозрачного для электронов объекта (диафрагм), получении на экране видеоконтрольного устройства микроскопа (ВКУ), сигнала тока вторичной эмиссии с объекта (с помощью детектора вторичных электронов) и определении диаметра зонда по параметрам полученного сигнала (2).

Данный способ позволяет проводить измерения зондов диаметром до сотен нанометров, что достигается за счет повышения точности регистрации величины тока вторичной эмиссии детектора и вторичных электронов,.

Однако при измерении зондов меньшего диаметра данный способ не обеспечивает необходимой точности измерений, так как диаметр зонда становится сравнимым с неровностями края диафрагмы, вследствие чего снижается точность регистрации сигнала вторично эмиссионного тока и фиксации необходимых моментов времени.

884005 мя уровнями (выбранных достаточно условно), как это осуществляется в известном способе.

Кроме того, преллагаемый способ позволяет проволить многократный контроль диаметра электронного зонда в работающем приборе при исклк>ченни необхолимости введения на электронно-оптическую ось микроскопа каких-либо лоиолннтсльHblх щелевblx или ножевых диафрагм.

На фиг. 1 показана общая схем а РЭМ; на фиг. 2 — — упрощенная схема выхола вторичных эл KT1>()ltoH с поверхности кристалла; на фиг. 3 -- характерный виl сигна108 тока вторичной эмиссии.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков и расширение лиапаэона измерениЙ в сторону меньших лиаметров зонда при повышеции точности измерений.

Указанная цель лостигается тем, что в способе измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе, заключающемся в сканировании электронным зоилом непрозрачного лля электронов объекта, получении на экране вилеоконтрольного устройства микроскопа сигнала то- lO ка вторичной эмиссии с объекта и определении диаметра зоила по параметрам полученного сигнала, в качестве объекта используют кристалл с прямоугольными гранями, одну из которых устанавливают на электронно-оптической оси микроскопа перпендикулярно направлению сканирования, а диаметр зонда опрелеляют по формуле:

16 1- м,. гле — размер растра на экране ВКУ; щв — время нарастания сигнала от точки пересечения установившегося уровня сигнала с его фронтальным участком ло максимального значения; увеличение микроскопа;

).р — длительность активной части строки растра.

Расширение диапазона измерений в сторону меньших диаметров зонда и повышение точности измерений. ли а метра зонда обусловлено повышение точности регистрации сигнала тока вторичной эмиссии, вследствие использования в качестве непрозрачногоо лля электронов объекта кристалла с прямоугольными гранями, так как реброкристаллического объекта имеет меньшую 35 шероховатость края ио сравнению с краем щели диафрагмы, а также повышение точности измерения параметров сигналд тока вторичной эмиссии с объекта, используемых в расчетной формуле лля определения диаметра зонда, так как производится измере- 4О ние времени нарастания сигнала от точки пересечения установившегося уровня сигнала с его фронтальной частью до максимума, а не времени нарастания сигнала между двуВ состав РЭМ входят электронно-оптическая система 1, электронная пушка 2, формирующая линза 3, отклоняющая система 4, камера 5 объектов, стол б объектов, кристалл 7 и детектор 8 вторичных электронов. В систему обработки информации входят ВКУ 9, измерительное устройство 10, и вычислительный блок 11. На фиг. 2 показано взаимное расположение граней кристалла 7 относительно электронного зонда !2 и направления выхода вторичных электронов

13. Кривые сигналов 14 — 1б соответствуют различным диаметрам зонда, наименьшему из которых соответствует кривая 14.

Устройство работает следующим образом.

Электронный пучок, создаваемый электронной пушкой 2, формируется с помощью линзы 3 в электронный зонд малого диаметра на поверхности размещенного на столе объектов б объекта 7. Сканирование электронным зондом поверхности объекта осуществляется с помощью отклоняющей системы 4.

Перед началом измерений кристаллический объект с прямоугольными гранями (например, кристалл галленита) устанавливают на столе объектов таким образом, чтобы одна из его граней была иерпенликулярна направелению сканирования и располагалась на электронно-оптической оси микроскопа. Это осуществляется с помощью ВКУ

РЭМ 9, на экране которого получают изображение одного из ребер кристалла и, регулируя положение объекта, добиваются совпадения изображения ребра кристалла с вертикальной прямой, проходящей через центр экрана ВКУ 9.

При включенной строчной и выключенной кадровой развертках, сканируют электрон ным зондом объект 7, регистрируют с помощью детектора вторичных электронов 8 сигнал тока вторичных электронов с объекта 7. Поскольку при взаимолействии электронного зонда с объектом — кристаллом с прямоугольными гранями, при палении зонда в непосредственной близости от ребра его горизонтальной грани, ток вторичной эмиссии с. объекта 7 возрастает за счет вторичных электронов, эмиттированных соседней вертикальной гранью («эффект края>), то сигнал тока вторичной эмиссии с объекта имеет ярко выраженный максимум (фиг. 3), а затем приходит к установившемуся значению (экспериментальные и расчетные данные показывают, что положение максимума относительно ребра горизонтальной грани определяется радиусом зонда). Ток вторичных электронов с объекта, зарегистрированный детектором 8, подается на ВКУ РЭМ 9, на экране которого отображается сигнал тока вторичных Электронов с объекта 7 ири его сканировании электронным зондом. В полученном на экране ВКУ 9 сигнале находят точку пересечения установившегося уровня сигнала с его фронтальн >й частью

884005 (фиг. 3) и с помощью измерительного устройства 10 определяют время нарастания сигнала от этой точки до максимального значения. Результат измерений (величина t в расчетной формуле) подается на вход вычислительного устройства 11, в которое предварительно вводятся данные о размере растра на экране ВКУ РЭМ (4), длительности активной части строки растра (t ) и увеличении микроскопа (М).

В вычислительном устройстве ll производится определение диаметра зонда по приведенной формуле;

Таким образом, способ позволяет расширить диапазон измерений в сторону меньших диаметров зонда (порядка десятков нанометров) при повышении точности измерений эа счет использования для определения диаметра зонда сигнала вторично-эмиссион- ного тока с кристаллического объекта с прямоугольными гранями и повышении точности измерения параметров этого сигнала, используемых в расчетной формуле.

Измерение диаметра зонда возможно упростить, если для измерений упомянутых временных характеристик сигнала тока вторичной эмиссии с объекта воспользоваться режимом У-модуляции, который имеется во всех современных РЭМ. В этом режиме форма видеосигнала может быть зафиксирована на фотографии, полученной с экрана ВКУ.

На фотографии с помощью масштабной линейки проводятся все необходимые измерения.

П редлагаемый способ может быть использован в электронно-эондовых устройствах, снабженных детектором вторичных электронов, где он позволит проводить оперативное измерение диаметра электронного зонда и разрешающей способности прибора.

Формула изобретения

Способ измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе, заключающийся в сканировании электронным зондом непрозрачного для элек. тронов объекта, получение на экране видеоконтрольного устройства микроскопа сигнала тока вторичной эмиссии с объекта. и определении диаметра зонда по

1О параметрам полученного сигнала, отличающийся тем, что, с. целью расширения диапазона измерений в сторону меньших диаметров зонда при повышении точности измерений, в качестве объекта используют кристалл с прямоугольными гранями, од1з ну иэ которых устанавливают.иа электроннооптической оси микроскопа перпендикулярно направлению сканирования, а диаметр зонда определяют по формуле !

6.L м. т, 20 где L - размер растра на экране видеоконтрольного устройства;.

t - время нарастания сигнала от точки пересечения установившегося .уровня сигнала с его фронтальным участком до максимального

25 значения;

М - увеличение микроскопа;

t — длительность активной части строР .ки растра. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Голубков М. П. и Кабанов. А. Н. О пределах измерения диаметра электронного зонда. Труды МИЭМ. Вып. 35, 1974. с. 5 — 7.

2. Vanghan W. Н. «The direct determination of SEM Beam diameters», — «Scan. .Electron Microscopy» Proc. Symp. Toronto

3i v. 1, 1976, рр. 745 †7 (прототип).

Составитель В. Гаврюшин

Редактор Н. Пушнеикова ТехредА. Бойкас Корректор В. Синицкая. Заказ 10244/79 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская на4., д. 4/8

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектнан, 4