SU884005A1

SU884005A1 - Способ измерени диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе

Info

Publication number: SU884005A1
Application number: SU802898416A
Authority: SU
Inventors: Василий Павлович Голубев; Лев Николаевич Силаев; Сергей Сергеевич Степанов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7638
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1980-03-24
Publication date: 1981-11-23

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ЭЛЕКТРОННОГО ЗОНДА В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ

I

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

Известен способ измерени диаметра зонда в РЭМ, заключающийс в сканировании электронным зондом непрозрачного дл электронов объекта, например диафрагмы со щелью, получении с помощью цилиндра Фараде сигнала, прошедщего через диафрагму , тока, и определени диаметра зонда по параметрам полученного сигнала с помошью расчетной формулы (по величине разности моментов времени, соо -ветствующих достижению сигналом прошедшего тока уровней при положени х зонда, когда его центр смешен относительно кра щели на рассто ние, равное радиусу |1.

Однако известный способ позвол ет проводить измерени зондов диаметром лишь до нескольких микрон, поскольку при измерении зондов меньшего диаметра точность измерений снижаетс вследствие трудностей измерени с необходимой точностью величины прошедпгего тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс способ измерени диаметра электронного зонда в РЭМ, заключающийс в сканировании эле1Л ронным зондом непрозрачного дл 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.

10

Данный способ позвол ет проводить измерени зондов диаметром до сотен нанометров , что достигаетс за счет повышени точности регистрации величины тока вторичной

IS эмиссии детектора и вторичных электронов, Однако при измерении зондов меньшего диаметра данный способ не обеспечивает необходимой точности измерений, так как диаметр зонда становитс сравнимым с неровност ми кра диафрагмы, вследствие чего

30 снижаетс точность регистрации сигнала вторично эмиссионного тока и фиксации необходимь1х моментов времени.

Цель изобретени -устранение указанных недостатков и расширение диапазона измерений в сторону меньижх диаметров зонда при повьпнении точности измерений.

Указанна цель достигаетс тем, что э способе измерени диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе, заключающемс в сканировании электронным зондом непрозрачного дл электронов объекта, получении на экране видеоконтрольного устройства микроскопа сигнала тока вторичной эмиссии с объекта и определении диаметра зонда по параметрам полученного сигнала, в качестве объекта используют кристалл с пр моугольными гран ми, одну из которых устанавлива-ют на электронно-оптической оси микроскопа перпендикул рно направлению сканировани , а диаметр зонда определ ют по формуле: д. 1.6-L-t.

M-tp.

где L - размер растра на экране ВКУ; t -врем нарастани сигнала от точки пересечени установившегос уровн сигнала с его фронтальным участком до максимального значени ;

М - увеличение микроскопа; tp - длительность активной части строки растра.

Расширение диапазона измерений в сторону меньпшх диаметров зонда и повышение точности измерений, диаметра зонда обусловлено повышение точности регистрации сигнала тока вторичной эмиссии, вследствие использовани в качестве непрозрачного дл электронов объекта кристалла с пр моугольными гран ми, так как ребро кристаллического объекта имеет меньшую шероховатость кра по сравнению с краем щели диафрагмы, а также повышение точности измерени параметров сигналэ тока вторичной эмиссии с объекта, используемых в расчетной формуле дл определени диаметра зонда, так как производитс измерение времени .нарастани сигнала от точки пересечени установившегос уровн сигнала с его фронтальной частью до максимума, а не времени нарастани сигнала между двум уровн ми (выбранных достаточно условно ), как это осуществл етс в известном способе.

Кроме того, предлагаемый способ позвол ет проводить многократный контроль диаметра электронного зонда в работающем приборе при исключении необходимости введени на электронно-оптическую ось микроскопа каких-либо дополнительных щелевых или ножевых диафрагм.

На фиг. 1 показана обща схема РЭМ; на фиг. 2 - упрон1енна схема выхода вторичных электронов с поверхности кристалла;

на фиг. 3 характерный ни. сигналов тока

вторичной эмиссии.

в состав РЭМ вход т электронно-оптическа система I, электронна пушка 2, формирующа линза 3, отклон юща система 4, камера 5 объектов, стол 6 объектов, 5 кристалл 7 и детектор 8 вторичных электронов . В систему обработки информации вход т ВКУ 9, .измерительное устройство 10, и вычислительный блок П. На фиг. 2 показано взаимное расположение граней кристалла 7 относительно электронного зонда 12 и

0 направлени выхода вторичнь1х электронов 13. Кривые сигналов 14-16 соответствуют различным диаметрам зонда, наименьшему из которых соответствует крива 14. Устройство работает следующим образом .

5 Электронный пучок, создаваемый электронной пушкой 2, формируетс с помощью линзы 3 в электронный зонд малого диаметра на поверхности размещенного на столе объектов 6 объекта 7. Сканирование электронным зондом поверхности объекта осуществл етс с помощью отклон ющей системы 4.

Перед началом измерений кристаллический объект с пр моугольными гран ми (например , кристалл галленита) устанавливают на столе .объектов таким образом, чтобы

одна из его граней была нерпендикул рна направелению сканировани и располагалась на электронно-оптической оси микроскопа . Это осуществл етс с помощью ВКУ РЭМ 9, на экране которого получают изобд ражение одного из ребер кристалла и, регулиру положение объекта, добиваютс совпадени изображени ребра кристалла с вертикальной пр мой, проход щей 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 взаимодействии электронного зонда с объектом - кристаллом с

Q пр моугольными гран ми, при падении 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 кра ),

5 то сигнал тока вторичной эмиссии с объекта имеет рко выраженный максимум (фиг. 3), а затем приходит к установившемус значению (экспериментальные и расчетные данные показывают, что положение максимума относительно ребра горизонтальной грани

Claims

0 определ етс радиусом зонда). Ток вторичных электронов с объекта, зарегистрированный детектором 8, подаетс на ВКУ РЭМ 9, на экране которого отображаетс сигнал тока вторичных электронов с объекта 7 при его сканировании электронным зондом. В полученном на экране ВКУ 9 сигнале наход т точку пересечени установишпегос уровн сигнала с его фронтальной частью ( фиг. 3) и с помощью измерительного устройства 10 определ ют врем нарастани сигнала от этой точки до максимального значени . Результат измерений (величина t в расчетной формуле) подаетс иа вход вычислительного устройства П, в которое предварительно ввод тс данные о размере растра на экране ВКУ РЭМ (С), длительности активной части строки растра (tp) .и увеличении микроскопа (М). В вычислительном устройстве 11 производитс определение диаметра зонда по приведенной формуле. Таким образом,способ позвол ет расширить диапазон измерений в сторону меньших диаметров зонда (пор дка дес тков нанометров ) при повышении точности измерений за счет использовани дл определени диаметра зонда сигнала вторично-эмиссионного тока с кристаллического объекта с пр моугольными гран ми и повышении точности измерени параметров этого сигнала, используемых в расчетной формуле. Измерение диаметра зонда возможно упростить , если дл измерений упом нутых временных характеристик сигнала тока вторичной эмиссии с объекта воспользоватьс режимом У-модул ции, который имеетс во всех современных РЭМ. В этом режиме форма видеосигнала может быть зафиксирована на фотографии, полученной с экрана ВКУНа фотографии с помощью масштабной линейки провод тс все необходимые измерени . Предлагаемый способ может быть использован в электроино-зондовых устройствах , снабженных детектором вторичных электронов, где он позволит проводить оперативное измерение диаметра электронного зонда и разрешающей способности прибора . Формула изобретени Способ измерени диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе , заключающийс в сканировании электронным зондом непрозрачного дл электронов объекта, получение на экране видеоконтрольного устройства микроскопа сигнала тока вторичной эмиссии с объекта , и определении диаметра зонда по параметрам полученного сигнала, отличающийс тем, что, с. целью расширени диапазона измерений в сторойу меньших диаметров зонда при повышении точности измерений, в качестве объекта используIOT кристалл с пр моугольными гран Ми, одну из которых устанавливают на электроинооптической оси микроскопа перпендикул рно направлению сканировани , а диаметр зонда определ ют по формуле „ t,6-L- t Л M-tp где t -размер растра на экране видеоконтрольного устройства; t - врем нарастани сигнала от точкн пересечени установившегос уровн сигнала с его фронтальным участком до максимального значени ; -увеличение микроскопа; tp - длительность активной части строки растра.. . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Голубков М. П. и Кабанов А. Н. О пределах измерени 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 V. I, 1976, pp. 745-752 (прототип).

.З