СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В СКАНИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ С ОСТРОСФОКУСИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ
METHOD OF PROCESSING SIGNALS IN SCANNING DEVICES WITH A HIGHLY FOCUSED ELECTRON BEAM

Изобретение относится к созданию методов обработки сигналов в растровом электронном микроскопе (РЭМ) и ему подобных устройствах с целью определения параметров пучка и коррекции этих параметров.
При исследовании поверхности различных объектов с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) или подобного устройства с остросфокусированным электронным пучком возникает необходимость коррекции параметров этого пучка, в частности, фокусировка и стигмирование. Эти операции особенно важны в тех случаях, когда в РЭМ сканируют в автоматическом режиме достаточно большой участок поверхности объекта, например, несколько квадратных сантиметров. При этом электронным пучком сканируют относительно небольшой участок поверхности объекта, например, 200×200 мкм2, а переход от одного поля сканирования к другому осуществляют посредством перемещения стола объектов.
Ввиду изменения высоты микрорельефа поверхности от одного поля сканирования к другому необходимо осуществлять коррекцию положения точки фокусировки и стигмирование электронного пучка на каждом из полей сканирования.
При исследовании объектов с изменяющимся в достаточно широком диапазоне профилем микрорельефа, например, микроструктур с глубиной профиля 1 мкм (Фиг. 1) необходимо также сфокусировать пучок в заданной плоскости относительно подложки. Например, при просмотре одного слоя микроструктуры (Фиг. 1) необходимо сфокусировать пучок на высоту 0,1 мкм относительно подложки, для просмотра другого слоя требуется в автоматическом режиме перейти на высоту 0,2 мкм и т.д.
Одним из основных требований при автоматическом анализе участка поверхности при помощи РЭМ является обеспечение высокой производительности измерений. Поскольку скорость получения полезного изображения в современных сканирующих системах близка к своему физическому пределу, единственным способом повышения производительности является сокращение времени выполнения вспомогательных процедур: перемещения стола, коррекции фокуса и астигматизма, юстировки оптической системы.
Основными задачами предлагаемого изобретения являются определение плоскости точной фокусировки электронного пучка относительно микрорельефа образца, выставление этой плоскости на заданную высоту относительно базовой поверхности (подложки) исследуемого образца.
Еще одной задачей изобретения является уменьшение времени, необходимого для выполнения вспомогательных процедур установки заданных параметров пучка.
Известен способ по патенту РФ 2510062 от 06.06.2011 г., который выбран в качестве наиболее близкого аналога. В способе обработки сигналов в сканирующих устройствах осуществляют многократное сканирование электронным пучком поверхности объекта поперек топологического элемента, находящегося на этой поверхности, с одновременным изменением для каждой линии сканирования значения регулируемого параметра, получают вторично-эмиссионный сигнал, определяют значение контраста сигнала, строят зависимость этого контраста от регулируемого параметра и по этой зависимости устанавливают однозначное соответствие между регулируемым параметром и положением точки фокусировки относительно объекта и выставляют эту точку в требуемое положение.
Основным недостатком указанного способа является низкая чувствительность положения точки фокусировки от значения регулируемого параметра, если в качестве регулируемого параметра выступает ток возбуждения объективной линзы. В подавляющем большинстве РЭМ в качестве объективных линз используются магнитные линзы, что ведет за собой необходимость использования в качестве регулируемого параметра ток возбуждения объективной линзы. Так, при типичных значениях тока возбуждения объективной линзы 1.5 А, для изменения положения точки фокусировки на 10 нм, требуется изменить ток возбуждения объективной линзы на 3 мкА. Точное и контролируемое изменение тока возбуждения объективной линзы на такие малые значения - недостижимая задача для стандартных источников тока, используемых в РЭМ. То есть, технический результат указанного способа требует для своего достижения использования специализированных источников тока.
Указанный недостаток может быть устранен при использовании дополнительного электрода в электронно-оптической системе (ЭОС) РЭМ. Электрод должен быть установлен между катодом и анодом, ближе к аноду. Таким образом, если подать на электрод потенциал 1 В относительно анода, то положение плоскости фокусировки электронного пучка сместится на 2.5 мкм, при этом конечная энергия электронов не изменится. То есть для изменения положения точки фокусировки на 10 нм, требуется изменить потенциал электрода на 4 мВ. Такая чувствительность позволяет менять положение точки фокусировки при необходимости на единицы и десятые доли нанометров.
Техническим результатом от применения способа является повышение точности выставления плоскости фокусировки электронного пучка. Результат достигается с применением способа обработки сигналов в сканирующих устройствах с остросфокусированным электронным пучком, заключающегося в том, что сканируют электронным пучком поверхность объекта поперек топологического элемента, находящегося на этой поверхности, с одновременным изменением для каждой линии сканирования значения регулируемого параметра, получают вторичноэмиссионный сигнал, преобразуют этот сигнал в цифровую форму, определяют значение контраста сигнала, анализируют зависимость контраста от регулируемого параметра, определяют по этой зависимости однозначное соответствие между значением регулируемого параметра и положением точки фокусировки относительно объекта и выставляют точку фокусировки в требуемое положение, отличающегося тем, что в качестве регулируемого параметра используют потенциал электрода, расположенного у анода электронно-оптической системы РЭМ.
Заявляемый способ функционирует следующим образом.
На фиг. 1 показано, что катод 1 испускает электроны, которые ускоряются в сторону анода 3 и приобретают энергию в соответствии с разностью потенциалов между катодом и анодом. Электрон составляют электронный луч 4, который фокусируется на объекте 5 объективной линзой 6. Электронный луч сканирует за счет отклоняющих систем 7 по линии поперек топологического элемента на поверхности объекта. Сигнал вторичных электронов 8 улавливается детектором 9, преобразуется в цифровую форму аналогово-цифровым преобразователем 10 и запоминается в управляющем компьютере 11. Каждой сигналограмме от одной линии сканирования соответствует одно значение регулируемого параметра, определяющее положение точки фокусировки пучка. В качестве регулируемого параметра выступает потенциал электрода 2 расположенного вблизи анода. Далее, для каждой сигналограммы определяется значение контраста. Значение контраста и соответствующее этому контрасту значение потенциала электрода запоминается. Далее, анализируя зависимость контраста от потенциала электрода, делают выводы о положении плоскости точной фокусировки луча и выставляют ее в требуемое положение.
Изобретение применяется в растровом электронном микроскопе, запланированном к производству на ФГУП ЭЗАН.