Растровый электронный микроскоп

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ПФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2399525/24-21 (22) 20. 09. 76 (31) W P Н 01 J/188512 (32) 24.09.75 (33) DD (46) 15.11.85. Бюл. Np 42 (72) Вольфганг. Хох, Герхард Вильд (DD) (53) 621.385.833(088.8) (56) Патент ФРГ 9 2236530, кл. Н 01 J 37/20,,опублик ° 1975.

Патент США У 3648048, кл. Н 01 J 37/20, опублик. 1972.(54)(57) РАСТРОВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, содержащий последовательно размещенные внутри колонны источник электронов, систему электромагнитных линз, стигматор, апертурную диафрагму, основную отклоняющую систему. и механизм перемещения обьектодержателя с ходовыми винтами, связанными

ÄÄSUÄÄ 1191980 A

re 4 Н 01 J 37/20 с шаговыми электродвигателями, а также двухкоординатную лазерную измерительную систему перемещения объектодержателя и видеоконтрольное устройство, включающее детектор электронов, усилитель н индикаторный блок с электронно-лучевой трубкой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности.и снижения времени измерения расстояний, он снабжен электронно-лучевой измерительной системой, содержащей позиционирующее устройство в виде дополнительной отклоняющей системы, связанной с генератором цифровых разверток, и управляющим блоком, соединенным с генератором цифровых разверток, выходом лазерной измерительной системы и шаговыми электродвигателями, .а индикаторный блок выполнен с возможностью проецирования масштабной сетки.

1191980

Изобретение относится к электрон. ной микроскопии и может быть исполь зовано для измерения расстояний между структурами объекта, преимущественно объектов микроэлектроники, на- S пример, полупроводниковых шайб и фотошаблонов.

Целью изобретения является повышение точности и снижение времени измерения расстояний. 10 ,На фиг. 1 показана общая схема РЗМ; на фиг. 2 — масштабная сетка для измерения расстояний.

В вакуумированной электронно-оптической колонне 1 (фиг. 1) размещены источник 2 электронов, система уменьшающих электромагнитных линз 3 и 4, электромагнитный стигматор 5 и апертурная диафрагма 6 для формирования тонкосфокусированного пучка первичных 20 электронов 7; Внутри рабочего канала линзы 4 размещена основная отклоняющая система 8, предназначенная для растрирования поверхности объекта 9 в направлении осей Х и У. Вблизи по- 25 верхности объекта установлены детекторы 10 и 11 электронов и датчик 12, .имеющие выводы 13 из колонны 1. Генератор 14 основной развертки связан с помощью электрической схемы 15 3б с отклоняющей системой 8 и с помощью коммутатора 16 с системами 17 отклонения индикаторных блоков 18, 19, 20.

С помощью. электрической схемы 15, представляющей собой управляемый уси-З литель, можно регулировать увеличение, изменяя токи в катушках основной отклоняющей системы 8.

Электронно-лучевая измерительная система содержит позиционирующее уст-gp ройство в виде дополнительной отклоняющей системы 21, связанной с генератором 22 цифровых разверток позици.онирования в направлении осей Х и У с калиброванным шагом 0,02 мкм в диа- назоне отклонения *10 мкм. Электронно-лучевое позиционирование осуществляется вручную, посредством перемещения стрелки на генераторе 22 развертки> или автоматически при включенном переключателе 23 между генератором развертки 21 и управляющим блоком 24. Управляющий блок может быть .выполнен на базе малой управляющей

3ВМ типа KSR4100 (фирма Роботрон, ГДР)

: Величина отклонения в виде последо-. " вательности целых чисел с шагом, соответствующим величине 0,02 мкм, 1

2 может быть автоматически перенесена с учетом знака на устройство 25 отсчета, которое также может отображать результат измерения лазерной измерительной системы.

Индикаторный блок 20 выполнен с возможностью проецирования на экран калиброванной масштабной сетки, что реализуется с помощью добавочного устройства 26. Масштабная сетка выполнена таким образом, что учитывается точная величина увеличения и искажения геометрической формы на краях изображения.

Камера 27 объектов содержит прецизионный координатный стол 28 с диапазоном перемещения объектодержателя до одного дециметра в направлении осей Х и Ц. Прецизионные ходовые винты 29, которые соединены с координатным столом 28, и шаговые моторы 30 с блоками управления обеспечивают дистанционное управление перемещением объектодержателя. Шаговые моторы 30 связаны с управляющим блоком 24, периферическая часть 31 которого служит для ввода данных.

Управляющий блок 24 служит для, полного управления столом 28 и сравнения заданного значения перемещения объекта со средним истинным значением, измеренным лазерной измерительной системой, подключенной в цепь обратной связи управления столом.

Лазерная измерительная система оснащена Не-Ne-лазером и образует инкрементальную измерительную систему с инкрементом 3 /16=0,04 мкм.

Две измерительные призмы 32 лазер- ной измерительной системы для Хи У-направлений расположены непосредственно на координатном столе 28. Две призмы 33 сравнения для Х- и У-направлений расположены в камере 27 объектов таким образом, чтобы имело место небольшое относительное смещение между измерительными призмами и призмами сравнения при изменении температуры камеры объекта. Дополнительно может быть предусмотрено устройство 34 для,стабилизации температуры в камере 27 объектов. Видеоконтрольное устройство содержит также усилитель 35, связанный с коммутатором 16.

На фиг. 2 показана масштабная сетка 36 с центром 37 и края 38, 39 структур объекта.

1191980

Изображение края 38 структуры объекта 9, полученное с помощью Р3М путем ввода координат в периферическую часть 31 управляющего блока 24 перемещения стола 28 объектов при определенном увеличении. выводят ! в центр экрана индикаторного блока.

Вследствие неточного ввода координат относительно нулевой точки координат объекта и погрешности позиционирова- lO ния стола край 38 структуры не находится точно в центре экрана, а смещен на расстояние d„. Это расстояние определяют с помощью проецируемой масштабной сетки 36, которая в прак- 15 тике при увеличении 10000 является двухмерной решеткой с шагом деления

1 мм и соответствует в плоскости предмета шагу деления 0,1 мкм. Дополнительно считываются показания D 20 1 устройства 25 отсчета лазерной измерительной системы.

После этого устанавливают, по возможности, изображение края 39 структуры объекта 9 в центре экрана с по- 25 мощью ввода соответствующих координат и последующего перемещения стола 28. Край 30 структуры расположен в общем случае на расстоянии d2,,которое также определяют с помощью ЗО проецируемой на отражение масштабной сетки 36.

Дополнительно снимают показачия D2 устройства 25 отсчета лазерной измерительной системы и.вычисляютрасстоя35 ние между краями структур 38 и 39 по формуле

"=П2 D„+d d„

Величину d целесообразно привести к нулю перемещением края 38 структуры с помощью электронно-лучевого позиционирующего устройства в центр 37 экрана, а величину D„ — занулением устройства 25 отсчета лазерной измерительной системы. Тогда искомое расстояние рассчитывают следующим образом

A=D +d =D+d, где величина D я.вляется перемещением объекта, измеренным с помощью лазерной измерительной системы, а величина d определена с помощью масштабной сетки, или благодаря перемещению края структуры 39 посредством позиционирующего устройства в центр экрана и отсчету соответствующих шагов перемещения. При этом края структуры всегда перемещаются в центр экрана до перекрытия с центром 37 масштабной сетки 36.

При автоматическом сложении измеряемой величины D лазерной измерительной системы для перемещения объекта с величиной Й электронно-лучевого позиционирования выводят края структур 38 и 39 с. помощью позиционирующего устройства по очереди до совмещения с центром 37 экрана. Тог- да измеряемая величина расстояния

A=D+d получается автоматически и считывается с устройства 25 отсчета управляющего блока 24.

Для определения расстояний между структурами объекта, которые можно полностью представить на экране, служит только электронно-лучевая измерительная система, работающая с высокой точностью. Для этого края структур 38 и 39 приводят соответствующим числом шагов в позиционирующем устройстве последовательно до перекрытия краев с центром масштабной сетки, в то время как объект остается неподвижным. Разница в количестве шагов перемещения для достижения перекрытия краев структур с центром сетки определяет искомое расстояние.

Таким образом, комбинированное использование лазерной измерительной системы и электронно-лучевого позиционирующего устройства позволяет измерять расстояния с высокой точностью в широком диапазоне величин 0,1

10000 мкм при минимальных затратах времени.

1191980

38

37

36 . Составитель В.Гаврюшин

Редактор М.Товтин Техред О.Веце Корректор Г.Решетник

Заказ 7165/49 . Тираж б78. . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, .4