PL186029B1

PL186029B1 - Sposób odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym

Info

Publication number: PL186029B1
Application number: PL96316499A
Authority: PL
Inventors: Witold Słówko
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1996-10-10
Publication date: 2003-09-30
Also published as: PL316499A1

Abstract

Sposób odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie ska- '—' ningowym, polegający na tym, że skanuje się wiązką elektronową lub świetlną, badaną powierzchnię wzdłuż co najmniej jednej linii rastru 1 prowadzi się kierunkową detekcję sygnału wtórnego w płaszczyźnie skanowania xz, po czym sygnały elektryczne z detektorów sygnałowych wzajemnie odejmuje się i dodaje dla każdej linii rastru, a różnicę sygnałów elektrycznych dzieli się przez ich sumę, po czym całkuje je w okresie skanowania linii, zaś wartość chwilowa tego sygnału jest miarą wysokości z(x) kolejnych punktów badanej powierzchni wzdłuż kolejnej linii rastru a uzyskany w ten sposób sygnał odwzorowujący profil powierzchni wizualizuje się na ekranie monitora, znamienny tym, że przetwarza się sygnały elektryczne czterech detektorów reagujących parami na pochylenie badanej powierzchni w płaszczyźnie yz i przy czym różnicę sygnałów dwóch detektorów reagujących na pochylenie powierzchni w płaszczyźnie yz dzieli się przez ich sumę, a wynik dzielenia tych sygnałów dla punktów początkowych kolejnych linii rastru skanowania, całkuje się w okresie skanowania kadm i dodaje do sygnału odtwarzającego kolejne profile badanej powierzchni wzdłuż linii skanowania

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym, zwłaszcza elektronowym, znajdujący w szczególności zastosowanie przy badaniu struktur mikroelektronicznych, trybologii, mikromechanice, itp.

Z publikacji T. Czepkowski, W. Słówko: Reconstruction of surface topography in SEM, Proceedings of the 13th International Congress on Electron Microscopy, Paris 1994 s. 123-124, znany jest sposób odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym, który polega na tym, że skanuje się wiązką elektronową badaną powierzchnię wzdłuż jednej lub większej liczby linii rastru i prowadzi się kierunkową detekcję strumienia elektronów wtórnych przez dwa detektory elektronów wtórnych rozmieszczone symetrycznie w płaszczyźnie skanowania xz, reagujących na lokalne nachylenie badanej powierzchni. Następnie sygnały elektryczne z detektorów reagujących na pochylenie powierzchni w płaszczyźnie skanowania xz wzajemnie się odejmuje i dodaje, a różnicę sygnałów dzieli się przez ich sumę, po czym całkuje w okresie trwania skanowania, to jest linii rastru. Wartość uzyskanego sygnału elektrycznego prądowego lub napięciowego jest miarą wartości chwilowej wysokości z(x) kolejnych punktów badanej powierzchni wzdłuż linii skanowania. Uzyskany w ten sposób elektryczny profil powierzchni może być wizualizowany na ekranie monitora elektronowego mikroskopu skaningowego pracującego w trybie modulacji Y, lub na ekranie oscyloskopu.

Opisany sposób odtwarzania profilu powierzchni drogą kierunkowej detekcji i przetwarzania sygnałów, dotyczy wszystkich sygnałów o lambertowskim rozkładzie emisji, może być zatem stosowany w mikroskopach skaningowych nie tylko elektronowych lecz również optycznych.

Niedogodność znanego sposobu odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym polega na tym, że w układzie dwu-detektorowym dane o wysokości i kształcie mikroobiektów topograficznych uzyskuje się drogą odtwarzania profili powierzchni wzdłuż linii skanowania z(x), tj. w formie dwuwymiarowej. Ponieważ punktem odniesienia dla określania kolejnych wysokości jest zawsze początek linii (z = const. dla x = 0) nie jest możliwe wyznaczenie rzeczywistego kształtu powierzchni jeśli profile nie zaczynają się od ustalonego, znanego poziomu. Odtwarzając rodzinę profili dla kolejnych linii różniących się współrzędną y = const. można zatem zbadać kształt izolowanych tworów powierzchniowych na płasz186 029 czyźnie, lecz nie dotyczy to rozwiniętych powierzchni, gdzie wysokość z zmienia się zarówno w kierunku x jak i y.

Istota wynalazku polega na tym, że przetwarza się sygnały elektryczne czterech detektorów reagujących parami na pochylenie badanej powierzchni w płaszczyźnie yz i xz, przy czym różnicę sygnałów dwóch detektorów reagujących na pochylenie powierzchni w płaszczyźnie yz dzieli się przez ich sumę, a wynik dzielenia tych sygnałów dla punktów początkowych kolejnych linii rastru skanowania, całkuje się w okresie skanowania kadru dodaje do sygnału odtwarzającego kolejne profile badanej powierzchni wzdłuż linii skanowania.

Zaletą sposobu przetwarzania sygnałów w mikroskopie skaningowym, według wynalazku jest możliwość otrzymania w pełni trójwymiarowych informacji o topografii badanej powierzchni.

Sposób odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym według wynalazku, objaśniono na rysunku, który przedstawia schemat odtwarzania topografii badanej powierzchni.

Sposób odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym przebiega następująco. W komorze przedmiotowej skaningowego mikroskopu elektronowego zostają umieszczone symetrycznie względem wiązki elektronowej, cztery detektory elektronów wtórnych reagujące na pochylenie powierzchni w miejscu padania wiązki elektronowej dwa w płaszczyźnie skanowania xz i dwa w płaszczyźnie do niej prostopadłej yz.

Wiązka elektronowa jest skanowana po badanej powierzchni według rastru liniowego w sposób ciągły lub krokowy poruszając się ze stałą prędkością v_x w kierunku osi x i v_y w kierunku osi y, zatem wartości współrzędnych x i y są liniową funkcją czasu (x = v_xt, y = v_yt). Ponieważ elektrony wtórne wykazują łambertowski rozkład gęstości kątowej, sygnały wyjściowe obu detektorów zależą od kąta pochylenia powierzchni w ten sposób, że sygnał elektryczny o wartości proporcjonalnej do tego kąta uzyskuje się wzajemnie odejmując sygnały obu detektorów, dodając je i dzieląc sygnał różnicowy przez sygnał sumaryczny. Zatem, profil powierzchni z(x,yi) wzdłuż linii skanowania przebiegającej w ustalonej odległości y - y< od osi λ otrzymuje się prowadząc całkowanie sygnału stanowiącego iloraz sygnału różnicowego i sumarycznego. Pierwszy profil z(x, yj uzyskany przy skanowaniu pierwszej linii rastru przebiegającej w odległości y - y, - 0 od osi x, zaczyna się na pewnej wysokości Co, który ustala się dodając do sygnału wyjściowego odpowiednie napięcie stałe. W większości przypadków, badana powierzchnia nie przebiega wzdłuż osi y na stałym poziomie lecz poziom ten jest zmienny. Wobec tego, nie można dodawać napięcia stałego Co do sygnału elektrycznego odtwarzającego profile powierzchni wzdłuż kolejnych linii skanowania, lecz napięcie zmienne C; = z(0,yj) odtwarzające profil powierzchni wzdłuż punktów początkowych kolejnych linii skanowania o współrzędnych od yi do y_n. Sygnał ten uzyskuje się w ten sposób, że odejmuje się sygnały dwóch detektorów reagujących na pochylenie powierzchni w płaszczyźnie yz dzieli się przez ich sumę, a wynik dzielenia tych sygnałów próbkuje się dla punktów początkowych kolejnych linii rastru skanowania i całkuje w okresie skanowania kadru oraz dodaje do sygnału odtwarzającego kolejne profile badanej powierzchni wzdłuż linii skanowania, od z(x,yi) do z(x,yj.

Do realizacji opisanego sposobu odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym, wygodnie jest zastosować układy analogowe bowiem sygnał elektryczny odtwarzający topografię badanej powierzchni uzyskuje się w czasie rzeczywistym, to jest jednocześnie z procesem skanowania powierzchni obiektu przez wiązkę elektronową. Uzyskana w ten sposób elektryczna mapa topografii powierzchni może być wizualizowana na ekranie monitora elektronowego mikroskopu skaningowego pracującego w trybie modulacji Y. Można też sygnał przetworzyć do postaci cyfrowej i dokonać wizualizacji na ekranie komputera.

186 029

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób odtwarzania topografii powierzchni w mikroskopie skaningowym, polegający na tym, że skanuje się wiązką elektronową lub świetlną, badaną powierzchnię wzdłuż co najmniej jednej linii rastru i prowadzi się kierunkową detekcję sygnału wtórnego w płaszczyźnie skanowania xz, po czym sygnały elektryczne z detektorów sygnałowych wzajemnie odejmuje się i dodaje dla każdej linii rastru, a różnicę sygnałów elektrycznych dzieli się przez ich sumę, po czym całkuje je w okresie skanowania linii, zaś wartość chwilowa tego sygnału jest miarą wysokości z(x) kolejnych punktów badanej powierzchni wzdłuż kolejnej linii rastru, a uzyskany w ten sposób sygnał odwzorowujący profil powierzchni wizualizuje się na ekranie monitora, znamienny tym, że przetwarza się sygnały elektryczne czterech detektorów reagujących parami na pochylenie badanej powierzchni w płaszczyźnie yz i xz, przy czym różnicę sygnałów dwóch detektorów reagujących na pochylenie powierzchni w płaszczyźnie yz dzieli się przez ich sumę, a wynik dzielenia tych sygnałów dla punktów początkowych kolejnych linii rastru skanowania, całkuje się w okresie skanowania kadru i dodaje do sygnału odtwarzającego kolejne profile badanej powierzchni wzdłuż linii skanowania.