с использованием растрового электронного микроскопа

Область техники

Изобретения относятся к способам получения изображений, определения формы и измерения размеров изделий, микро- и наноэлектроники, а также наноразмерных частиц, и к сканирующим электронным микроскопам.

Предшествующий уровень техники

Растровые электронно-микроскопические изображения отражают распределения интенсивностей электронов выхода (далее «peизлyчeниe»), т.е., электронов, которые покидают изображаемый объект в ответ на облучение его сфокусированным пучком электронов.

Из уровня техники известен патент RU2134864, опубликованный 20.08.1999, в котором описан способ получения изображения объекта с использованием растрового электронного микроскопа. Этот известный способ является прототипом для всех заявленных способов. Недостатком этого известного способа является то, что он не позволяет определять габитус (термин габитус используется так, как он используется в кристаллографии, т.е., с указанием кристаллографических индексов граней и доли суммарной площади граней каждого типа в площади поверхности объекта), ограничен в определении размеров объекта и не учитывает влияние зависимости выхода электронов отдачи от формы объекта и от размеров сечения пучка электронов ^" поверхностью объекта.

Из уровня техники известен, патент США US7442929 от 28.10.2008, в котором описан растровый электронный микроскоп, выполненный с блоком управления, обеспечивающим автоматическое изменение интенсивности электронного пучка, его сходимости и перемещение предметного столика. Этот известный растровый электронный микроскоп является прототипом заявленного растрового электронного микроскопа. Недостатком этого известного растрового электронного микроскопа является отсутствие контроля над положением предметного столика и невозможность обеспечить с более высокой точностью автоматическое перемещение предметного столика и фиксированное совмещение заданной плоскости объекта с плоскостью фокусировки. Раскрытие изобретений

Техническим результатом, на достижение которого направлены заявленные способы получения трехмерного изображения объекта с использованием растрового электронного микроскопа, является получение трехмерного изображения объекта или его части, которое позволяет определить габитус объекта. Кроме того, способ позволяет определять размеры объекта, используя трехмерное изображение объекта, что позволяет измерять размеры вдоль разных направлений, и позволяет увеличить точность их определения.

Техническим результатом, на достижение которого направлен заявленный растровый электронный микроскоп, является автоматическое перемещение предметного столика в пространстве, совмещая расположенный на нем объект с плоскостями, координаты которых заданы, и/или смещая объект в заданной плоскости для получения сфокусированных и/или дефокусированных изображений с заданными величинами дефокусировки при заданных сходимостях освещающего электронного пучка.

Следует пояснить, что форма и размеры сечения освещающего электронного пучка плоскостью нулевой высоты объекта (базовой плоскостью) выбраны как исходные (опорные). При движении пучка по поверхности трёхмерного объекта он приближается к выбранной базовой плоскости или удаляется от неё, при этом происходят изменения формы и размера сечения пучка поверхностью объекта, зависящие от сходимости пучка.

Указанный технический результат достигается в способе получения трехмерного изображения объекта с использованием растрового электронного микроскопа, в котором регистрируют распределение интенсивности реизлучения при глубине фокуса электронного микроскопа, превышающей высоту объекта, и два или более распределения интенсивности реизлучения при глубине фокуса электронного микроскопа менее высоты объекта, отличающиеся друг от друга плоскостями фокусировки, находящимися на различных заданных расстояниях от плоскости нулевой высоты объекта, обеспечивая сопоставимость всех регистрируемых распределений интенсивности по масштабу и направлениям в образце, при этом все распределения интенсивности реизлучения регистрируют с использованием электронного пучка, имеющего одинаковую форму и одинаковые размеры сечения в плоскости фокусировки и одинаковую интенсивность электронного пучка в этом сечении, и для определения габитуса объекта формируют его трехмерное изображение, определяя принадлежащие ему линии, каждая из которых проходит через точки пересечения или максимального сближения распределения интенсивности, полученного при глубине фокуса более высоты объекта, с одним из распределений интенсивности, полученных при глубине фокуса менее высоты объекта^ при этом каждая из линий находится в плоскости фокусировки соответствующего ей распределения интенсивности реизлучения при глубине фокуса электронного микроскопа менее высоты объекта.

Для определения линий, принадлежащих трехмерному изображению, можно использовать разностные распределения интенсивности, полученные путем вычитания друг из друга распределения интенсивности, полученного при глубине фокуса меньшей высоты объекта, и распределение интенсивности, полученное при глубине фокуса большей высоты объекта, при этом положение линий, принадлежащих трехмерному изображению, определяют по положению принадлежащих этим линиям точек разностного распределения интенсивности, при которых разностные распределения интенсивности изменяют знаки, или имеют экстремумы (минимумы или максимумы).

Одно из распределений интенсивности реизлучения при глубине фокуса электронного микроскопа менее высоты объекта можно регистрировать при совпадении плоскости фокусировки с плоскостью нулевой высоты объекта.

Распределения интенсивности реизлучения при глубине фокуса электронного микроскопа менее высоты объекта можно регистрировать при неизменной фокусировке электронного луча и смещениях объекта вдоль оси электронного микроскопа.

Распределения интенсивности реизлучения при глубине фокуса электронного микроскопа менее высоты объекта можно регистрировать при неизменном расположении объекта и смещении фокальной плоскости вдоль оси электронного микроскопа.

Можно дополнительно определять высоту объекта, соотнося профиль интенсивности реизлучения, полученный при глубине фокуса электронного микроскопа, превышающей высоту объекта, с профилем интенсивности реизлучения, полученным при глубине фокуса электронного микроскопа менее высоты объекта и удалении плоскости фокусировки относительно плоскости нулевой высоты объекта, при котором соотносимые участки профилей интенсивности изображений, сформированных при указанных глубинах фокуса, соответствующие верхним точкам объекта, совпадают.

Указанный технические результат достигается в способе получения изображения объекта с использованием растрового электронного микроскопа, при котором регистрируют два распределения интенсивности реизлучения, первое при глубине фокуса электронного микроскопа, превышающей высоту объекта, и второе при глубине фокуса электронного микроскопа менее высоты объекта с плоскостью фокусировки, совпадающей с плоскостью нулевой высоты объекта или плоскостью, находящейся на заданном расстоянии от плоскости нулевой высоты объекта, обеспечивая сопоставимость по масштабу и направлениям в объекте, которому они соответствуют, при этом все распределения интен- .

4

сивности реизлучения регистрируют при использовании электронных пучков, имеющих одинаковую форму и одинаковые размеры сечения в плоскости фокусировки и одинаковые интенсивности электронных пучков в этом сечении, а для формирования трехмерного изображения объекта и определения габитуса этого объекта получают разностное распределение интенсивности реизлучения, вычитая одно распределение из другого, и используют полученное разностное распределение для восстановления изменений размеров и формы сечения освещающего пучка поверхностью трехмерного объекта в процессе его сканирования по этой поверхности.

Можно дополнительно определять размеры (образуемых этими распределениями интенсивности реизлучения) трехмерных изображений объекта в плоскости, соответствующей нулевой высоте объекта или находящейся на заданном расстоянии от плоскости нулевой высоты объекта.

Указанный технический результат достигается в растровом электронном микроскопе, выполненном с блоком управления, обеспечивающим автоматические контроль и изменение интенсивности электронного пучка, и перемещение предметного столика, и включающем связанные с блоком управления средства перемещения предметного столика и средства слежения за изменением положения предметного столика, обеспечивающие совмещение заданной плоскости объекта с плоскостью фокусировки и оптимизацию уело-, вий фокусировки посредством перемещений предметного столика, а также выполненном с возможностью автоматического (программируемого) смещения объекта на заданные значения, согласования смещения объекта с параметрами электронного пучка и параметрами сканирования и учета смещения объекта при получении изображения этого объекта.

Микроскоп может быть выполнен с возможностью смещений объекта на заданные значения вдоль оси микроскопа и в плоскости перпендикулярной этой оси.

Блок управления может быть выполнен с возможностью автоматического совмещения объекта с заданной плоскостью фокусировки, смещения объекта в плоскости фокусировки на заданные значения и согласования смещения объекта со сканированием его электронным пучком.

Микроскоп может быть выполнен с корректором сферической аберрации, обеспечивающим использование сходящихся пучков.

Блок управления может быть выполнен с возможностью управления величиной угла сходимости электронного пучка и поддержания постоянными формы пучка и его интенсивности. Блок управления может быть выполнен с возможностью обеспечения постоянства плоскости фокусировки при изменении угла сходимости электронного пучка.

Блок управления может быть выполнен с возможностью обеспечения постоянства угла сходимости при изменении плоскости фокусировки

Блок управления может быть выполнен с возможностью синхронизации возбуждения объективной линзы и изменения расстояния фокусировки с отклонением освещающего пучка от оси микроскопа.

Блок управления может быть выполнен с возможностью управления пошаговым или непрерывным перемещением предметного столика.

Блок управления может быть выполнен с возможностью управления перемещением объекта предметным столиком в заданную область в окрестности оси прибора.

Микроскоп может включать связанный с блоком управления дополнительный блок автоматической обработки распределений интенсивности реизлучения, выполненный с возможностью формировать профили интенсивности вдоль заданных направлений, запоминать профили, избранные как опорные, поддерживать их изображения на экране дисплея и сопоставлять изображения экспериментальных профилей с опорными.

Микроскоп может включать связанный с блоком управления блок измерения распределения интенсивности электронного пучка в плоскости выходной диафрагмы объективной линзы и набор сменных диафрагм, ограничивающих сходимость электронного пучка.

Блок измерения распределения интенсивности может включать один или несколько приемников электронного излучения, расположенных на пластине, выполненной с набором диафрагм в виде сквозных отверстий различных диаметров, и средства удержания и смещения пластины с приемниками электронного излучения в плоскости выходной диафрагмы объективной линзы.

Предметный столик может быть выполнен с поверхностью шарового сегмента, являющейся поверхностью фокусировки электронного пучка при его сканировании.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая влияние расходимости на изображения трехмерного образца; 1 - изменения размеров пробы (где проба суть сечение пучка электронов поверхностью объекта) при малом угле сходимости; рельеф объекта не приводит к заметной дефокусировке луча, скользящего по поверхности объекта. 2— большой угол сходимости, при движении луча по поверхности объекта изменяются размеры пробы, поэтому изображение, иллюстрируемое схемой 2, отличается от изображения, иллюстрируемого схемой 1. Если оба типа изображений формируются при одинаковых размерах сечения плоскостью нулевой высоты объекта, то изображения 1 и 2 отличаются только дефокусировкой, вызванной габитусом. Поэтому разность профилей интенсивности 2 и 1 позволяет восстанавливать форму объекта.

На Фиг. 2 приведена схема, разъясняющая закономерности пересечения распределений интенсивности, возникающих в условиях, когда при формировании одного изображения плоскость фокусировки совмещена с плоскостью, на которой лежит объект, а при формировании другого— с вершиной объекта.

На Фиг. 3 приведено схематическое изображение верхнего правого угла профиля объекта с плоской верхней гранью, использованное для демонстрации особенностей выхода электронов реизлучения при переходе от изображения, формирующегося при глубине фокуса менее высоты объекта, к изображению, возникающему при глубине фокуса более глубины объекта.

На Фиг. 4 приведено схематическое изображение, демонстрирующее особенности выхода проб за контур объекта при разных глубинах фокуса на примере объекта в форме части эллипсоида.

На Фиг. 5 приведен профиль объекта трапецеидальной формы, использованного для демонстрации закономерностей изображений, отвечающих разным глубинам фокуса.

На Фиг. 6 схематически приведен профиль интенсивности для сфокусированного изображения, отвечающего глубине фокуса большей высоты объекта, с вписанным в него профилем объекта.

На Фиг. 7 схематически приведен профиль интенсивности для изображения, отвечающего глубине фокуса меньшей высоты объекта, с указанием следов плоскостей фокусировки.

На Фиг. 8 схематически изображено наложение профиля интенсивности для сфокусированного изображения, отвечающего глубине фокуса большей высоты объекта, на профиль интенсивности для изображения, отвечающего глубине фокуса меньшей высоты объекта и фокусировке на выбранную плоскость.

На Фиг. 9 схематически изображены два типа разностных профилей интенсивности, возникающих при вычитании изображения для глубины фокуса большей высоты объекта из изображения для глубины фокуса меньшей высоты объекта.

На Фиг. 10 схематически изображено сечение трехмерного изображения объекта с указанием найденных координат. На Фиг. 11 приведена принципиальная схема растрового электронного измерительного микроскопа.

На Фиг. 12 показан вид снизу на разрез колонны микроскопа с блоком измерения распределения интенсивности электронного пучка и объективными диафрагмами.

На Фиг. 13 показан блок измерения распределения интенсивности электронного пучка.

На Фиг. 14 показана пластина блока измерения распределения интенсивности электронного пучка с диафрагмами объективной линзы.

На Фиг. 15 приведена принципиальная схема совмещения объекта с заданными плоскостями, и контроля этого совмещения.

На Фиг. 16 приведено схематическое изображение кантилевера сверху.

На Фиг. 17 приведено схематическое изображение кантилевера сбоку.

На Фиг. 18 приведена принципиальная схема привода предметного столика (вид сбоку).

На Фиг. 19 приведена схема привода предметного столика (вид сверху).

На Фиг. 20 приведена принципиальная схема, разъясняющая формирование области разрешенных положений объекта, P - фиксированная плоскость фокусировки, С - сфера, по которой движется точка фокусировки в процессе сканирования, 00 ' - ось прибора, h - уход точки фокусировки от плоскости фокусировки в процессе сканирования, d- допустимая величина ухода точки фокусировки от плоскости фокусировки при реализации предложенных способов определения габитуса и размеров, D - диаметр области разрешенных положений объекта.

На Фиг. 21 приведена принципиальная схема изменений расстояния фокусировки при отклонении пучка электронов от оси микроскопа и плоском столике объектов; «1» относится к плоскости выходной диафрагмы объективной линзы, «2» - к плоской поверхности столика, 0 маркирует точку, в которой ось прибора пересекает столик объекта, r _\ - один и тот же зонд, протяженность которого растет с его отклонением от оси прибора.

На Фиг. 22 приведена принципиальная схема горизонтального перемещения столика объектов, компенсирующего уход точки фокусировки от плоскости нулевой высоты объекта при отклонении пучка электронов от оси прибора, цифры 1 - 4 относятся к областям, центр которых последовательно совмещается с осью прибора; d - размер области, зависящий от допустимой дефокусировки.

На Фиг. 23 приведена принципиальная схема вертикального перемещения столика объектов, компенсирующего уход точки фокусировки от плоскости нулевой высоты объ- екта при отклонении пучка электронов от оси прибора; отрезки характеризуют положение плоскости фокусировки, зависящее от отклонения зонда от оси прибора.

На Фиг. 24 приведено схематическое изображение столика объектов с поверхностью в виде шарового сегмента с указанием зон, отвечающих для плоского столика уходам фокусной точки от плоскости нулевой высоты объекта на 50, 100 и 200 нм. Для плоского столика при его расстоянии от выходной плоскости объективной линзы в 1 мм в области, для которой уход точки фокусировки составляет 50 нм, может быть размещено « 15 700 объектов, если каждый занимает площадь в 100 нм ² , при уходе в 100 нм - « 31 400 объектов, при уходе в 200 нм— и 62800 объектов.

Лучшие варианты использования изобретений

Свойства нанообъектов определяет триада термодинамически взаимосвязанных характеристик: размер-структура-огранка, контроль которой необходим и в свете функциональных свойств нанообъектов, и в свете их совместимости с биосферой. Современные технологии не позволяют получать массивы с нанообъектами одного размера и (вследствие термодинамической зависимости между размером, структурой и огранкой, существующей в наномире) с одним набором структурно-морфологических характеристик [1. CK. Максимов, К.С. Максимов. Контроль поверхностной функциональности нанома- териалов. // Российские нанотехнологии, 2009, T. 4, JN° 3-4, С. 59 - 70. 2. CK. Максимов, К.С. Максимов. Принципы стандарта безопасности и производственного контроля в технологиях наноразмерных частиц. // Нанотехника, 2009, N°.2, C.5-12]. Присутствие неконтролируемых объектов в их массивах негативно сказывается на работе приборов и опасно, поскольку может приводить к нарушениям метаболизма в живых организмах [3. CM. Sауеs, D.В. Wаrhеit. An iп vitго iпvеstigаtiоп оf thе diffеrепtiаl суtоtохiс геsропsеs оf humап апd гаt luпg ерithеliаl сеll lines using TiO ₂ папораrtiсlеs. // International J. оf Nапоtесhпоlоgу, 2008, V. 5, No 1, P. 15-29.]. Поэтому выходной контроль должен основываться на выделении фракций с различными структурой и морфологией, а экологическая безопасность требует идентификации фракций, доля которых составляет 10 ^"5 - 10 ^"7 от общей массы объектов, т.е., контроля над массивами, насчитывающими > 10 ⁶ объектов [1,2].

Только методы растровой электронной микроскопии (РЭМ) позволяют оперативно осуществлять подобный контроль посредством разделения РЭМ изображений нанообъектов, образующих указанные массивы, на группы, различающиеся размерами, формой и распределениями интенсивности. Это требует использования изображений, соответствующих максимальным увеличениям и разрешению. Нарушение условий фокусировки в процессе сканирования больших площадей методически и инструментально решается за счет перемещений столика объектов или расстояния фокусировки в зависимости от отклонения освещающего пучка электронов от оси прибора (Фиг. 21 - 23), замены линейного режима сканирования на сканирование по спирали или использования столиков объектов, имеющих поверхность шарового сегмента (Фиг. 24). Однако существующие РЭМ методы не позволяют идентифицировать наблюдаемые объекты, и определить габитусы и размеры объектов, которым отвечают изображениям разных типов [3. J. Gоldstеiп, D. Nеwburу, D. Jоу, еt аl. Scanning Еlесtrоп Мiсrоsсору апd Х-Rау Мiсгоапаlуsis. // Кluwеr Асаd. & Рlепum Рublishегs, 2003, N. Y. P. 688].

РЭМ изображения возникают при сканировании электронного зонда по поверхности объекта и представляют собой сумму откликов (вторичных и обратно рассеянных электронов), генерируемых объектом в ответ на процесс неупругого рассеяния электронов зонда или пробы, (т.е., сечения зонда поверхностью объекта). Характер РЭМ изображений определяют три фактора. Во-первых, выход электронов отдачи зависит от угла наклона освещаемой поверхности относительно направления освещающего пучка. Во-вторых, выход электронов отдачи возрастает, если возможен выход через пересекающиеся поверхности (освещаемую и боковую). В-третьих, проба при движении по поверхности объекта выходит за его контур, и на распределение электронов отдачи, эмитированных объектом, накладывается распределение электронов, эмитируемых подложкой. Поэтому РЭМ изображения искаженно отражают объект, на них невозможно указать точки, отвечающие его краям, и напрямую определить его размеры [3].

РЭМ изображение является двумерной проекцией объекта, которая содержит искаженную информацию о координатах объекта х, у (т.е., координатах в плоскости перпендикулярной оси прибора), но не несет информации о третьем его размере z (вдоль направления его оси). Вместо информации о z-размере в пространстве объекта РЭМ изображение содержит информацию о распределении интенсивности в координатах х, у, z\ где z ^x - координата в пространстве интенсивностей, однако методы, позволяющие установить связи между z'-распределением в пространстве интенсивностей и z— координатами в пространстве объекта в силу сложности процесса формирования изображения, до настоящего времени отсутствуют. Поэтому сегодня единственным способом восстановления габитуса объекта является подгоночный. В рамках этого способа выбирается эталон или модель объекта с составом, отвечающим составу объекта, и изображение эталона или расчетное изображение модели модифицируются расчетным путем посредством изменений их формы/размеров, пока распределение интенсивности для модифицированного изображения, рассчитанное для тех же условий, в которых формируется экспериментальное изображение, не совпадет с этим экспериментальным изображением объекта. Хотя реализации этого пути уделяется много внимания, и существует множество программ для его осуществления (напр., Jоу's PC Мопtе Саrlо ргоgгаms, Саsiпо Мопtе Саrlо Рrоgrаm, SEMLP, Мопsеl- II и пр.), он, как и любой другой вероятностный подход, не гарантирует правильности результатов и не применим к объектам мало-мальски сложной формы.

В РЭМ используют зонды с углами сходимости χ да Зхl О ^"3 рад, для которых глубина фокуса > 0,5 мкм [3], т.е., больше высоты нанообъекта, (далее - достаточная глубина фокуса или ДГФ). Поэтому размеры пробы при её движении по поверхности объекта практически постоянны. Но при χ » Ю ^'1 рад глубина фокуса падает до < 10 нм, становясь меньшей высоты объекта (недостаточная глубина фокуса или НеДГФ), и размеры пробы изменяются даже при её движении по поверхности объектов высотой в 10 - 20 нм, т.е., она дефокусируется. Эту дефокусировку (в отличие от «пpибopнoй» дефокусировки, обусловленной неадекватным возбуждением объектива) можно назвать габитусной. Габитус- ные дефокусировки, отражают форму объекта и характеризуются поверхностью воздействий, а для двумерного случая - профилем воздействий. (Далее для простоты рассматривается двумерный случай, однако все полученные закономерности относятся также к трехмерному). Профиль воздействий описывается выражением [4. К.С.Максимов. Закономерности дефокусированных изображений в растровой электронной микроскопии и измерения размеров в нанообласти. // Известия вузов. Электроника. 2009. N° 2, Стр. 69 - 73.]: где в линейном приближении: σ = z - /| + г (2) δ - полурадиус пробы, отличающийся коэффициентом V2 от средне квадратичного отклонения σ, I _∑ - профиль интенсивности, x _c — координата центра пробы, J— суммарная интенсивность зонда, z - расстояние точки на поверхности объекта от выходной диафрагмы объективной линзы,/- фокусное расстояние, г - радиус сечения зонда плоскостью фокусировки, R - радиус выходного отверстия объективной линзы, \z -j\ суть удаление точки на поверхности объекта от плоскости, на которую осуществляется фокусировка, область интегрирования X определяется размером объекта вдоль направления сканирования зонда. Источником информации о профиле воздействий могут служить изображения, получаемые при НеДГФ. Разность профилей воздействий, возникающих при НеДГФ и разных углах сходимости зондов, описывается выражением:

т с J ( (x - x _c ) ² Л . г J ( (x - x _c ) ² ) , где /- - разностный профиль. Введем понятие плоскости нулевой высоты объекта, т.е., плоскости относительно которой измеряется его высота (ПНВО). Если записать σ, в форме σ ₀ +τ, где σо относится к сечению пучка ПНВО, а г отражает изменения среднеквадратичного отклонения, обусловленные габитусной дефокусировкой, то при |σ _o | >|г | выражение (3) для случая, когда оба используемых профиля, отвечают фокусу на ПНВО или одной и той же приборной дефокусировке на ПНВО преобразуется в: (4)

Для изображения формируемого в условиях ДГФ средне квадратичное отклонение σ, не зависит от профиля объекта, постоянно и равно σ ₀ , поэтому при вычитании из профиля воздействий, формируемого в условиях НеДГФ, профиля, возникающего при ДГФ, возникает разностный профиль, описываемый выражением: т.е., Э¥θ¥ разностный профиль однозначно отражает изменения среднеквадратичного отклонения и, соответственно, профиль объекта. Поэтому, дифференцируя этот разностный профиль по z, можно получить кривую, отражающую градиент изменений объекта по высоте, а дифференцируя по х— градиент изменений профиля объекта вдоль направления сканирования.

В целом изобретение позволяет осуществлять пофракционный выходной контроль в микро- и нанотехнологиях, а также повысить информативность межоперационного контроля.

При этом при пофракционном выходном или межоперационном контроле реализуются следующие стадии, предшествующие стадиям идентификации габитуса и размеров объектов разных типов:

1. Получение изображений нанообъектов, формирующих массив. 2. Разделение изображений на группы по совокупности их размеров, формы и распределений интенсивности

После этих этапов начинается этап идентификации объектов, которым соответствуют изображения разных типов, технологии которого посвящено настоящее изобретение.

Математическое обеспечение, предназначенное для восстановления габитуса объекта по разностным поверхностям интенсивности реизлучения, создаётся на основе математического описания РЭМ изображений. При этом используются математические приемы обращения интегралов или обращения матриц.

Для восстановления габитуса объекта наряду с математическим подходом возможен также подход, основанный на совместной обработке экспериментальных изображений, одно из которых получено при глубине фокуса большей высоты объекта, а другое или другие при глубине фокуса менее высоты объекта, и получении трехмерного изображения объекта. Трехмерное изображение объекта формируется в реальном пространстве и представляет собой виртуальный прототип объекта. Для прототипа при его составе, отвечающем составу объекта, и при условиях формирования изображения (энергия электронов зонда, размер пробы, энергия регистрируемых электронов отдачи и пр.), строго соответствующих условиям формирования экспериментального изображения, строится расчетное изображение. Это изображение далее подгоняется под экспериментальное изображение объекта посредством вариаций размеров и формы прототипа. Параметры прототипа, при которых его изображение совпадает с экспериментальным изображением объекта, считаются истинными параметрами объекта.

Основные подходы к этому полуэкспериментальному восстановлению габитуса и размеров объекта изложены далее.

А. Измерение высоты объекта путем перемещения плоскости фокусировки.

На Фиг. 2. приведена схема, иллюстрирующая закономерности наложения изображений, формируемых в условиях НеДГФ, одно из которых отвечает фокусировке на ПНВО, а второе - на верхнюю точку объекта; а - ПНВО, б - плоскость, проходящая через вершину объекта, r _\ — размер пробы, сфокусированной на ПНВО, r ₂ - размер пробы, сфокусированной на плоскость, проходящую через вершину объекта, 1 - образующие пучка, сфокусированного на ПНВО, 2 - образующие пучка, сфокусированного на плоскость, проходящую через вершину объекта, h - высота объекта, /г/2 - полувысота объекта, d - размер изображения, полученного при фокусировке на ПНВО в условиях ДГФ, в плоскости полувысоты объекта.

Для измерения высоты объекта выполняются следующие операции: 1) Получить профиль объекта в условиях ДГФ и зафиксировать его на экране дисплея.

2) Получить профиль объекта в условиях Не ДГФ и фокусировке на ПНВО.

3) Перемещать в условиях НеДГФ плоскость фокусировки в направлении недофо- куса или перемещать предметный столик с объектом вдоль оси прибора для совмещения плоскости фокусировки с верхней точкой (ребром, гранью) объекта, фиксируя расстояние, на которое текущая плоскость фокусировки удалена от ПНВО.

4) Зафиксировать момент, при котором профиль интенсивности на изображении верха объекта, полученный в условиях НеДГФ, совпадет с аналогичным участком профиля, полученным в условиях ДГФ.

5) Считать расстояние, на которое плоскость фокусировки удалена от ПНВО в момент совпадения изображений, высотой объекта.

Дополнительно определить точку, соответствующую краю прототипа в ПНВО следующим образом:

1) Получить профиль объекта в условиях ДГФ и зафиксировать его на экране дисплея.

2) Получить профиль объекта в условиях НеДГФ и фокусировке на ПНВО.

3) Вычесть из НеДГФ профиля ДГФ профиль или найти точку пересечения НеДГФ и ГДФ профилей, лежащую на ПНВО.

4) Считать точку, которая лежит на ПНВО, и в которой разностный профиль меняет свой знак, или в которой пересекаются НеДГФ и ДГФ профили, крайней точкой прототипа в ПНВО.

Б. Измерение высоты объекта путем фиксации точек, в которых начинается формирование максимумов интенсивности.

На Фиг. 3 приведена схема, разъясняющая принцип использования максимумов интенсивности для определения высоты объекта с плоской верхней гранью; а - сечение пробы при НеДГФ, б - сечение пробы при ДГФ, x _a - точка начала формирования максимума в условиях НеДГФ, хρ - точка начала формирования максимума в условиях ДГФ, у - расстояние плоскости фокусировки от ПНВО, сплошной контур— профиль интенсивности в условиях ДГФ, штриховой контур - профиль интенсивности в условиях НеДГФ.

Для измерения высоты объекта выполняются следующие операции:

1) Получить профиль объекта в условиях ДГФ и зафиксировать его на экране дисплея.

2) Получить изображение объекта в условиях НеДГФ и фокусировке на ПНВО. (Возможны получения изображений при идентичных приборных дефокусировках).

3) Зафиксировать для обоих профилей точки, с которых начинается формирование максимумов.

4) Измерить расстояние (с учетом увеличения) между точками начала формирования максимумов, которое равно (r ₂ - r{), где r _\ - радиус пробы при ДГФ, а r ₂ - при НеДГФ.

5) Определить высоту объекта по формуле:

('2 - 4)

tgϋJ

где та половина угла сходимости освещающего пучка.

Остальные операции этого способа, позволяющие построить трехмерное изображение объекта и восстановить на его основе габитус и размеры объекта, повторяют операции, описанные в разделах A-2-a, A-2-б.

В. Измерение высоты точки на профиле объекта, в которой проба выходит за контур объекта.

На Фиг. 4 показана схема, разъясняющая принципы использования выхода пробы за контур объекта для определения высоты точки, принадлежащей распределению интенсивности реизлучения, в предположении, что вероятность выхода электронов отдачи, эмитированных подложкой, менее чем вероятность выхода электронов, эмитированных объектом (возможна ситуация, при которой выход электронов отдачи из подложки больше выхода этих электронов из объекта, при этом в точках перелома профиля градиент профиля по z уменьшается, но суть методики останется неизменной). 1 - объект, 2 - подложка, тонкая линия - профиль интенсивности при НеДГФ, толстая линия - профиль интенсивности при ДГФ, а - сечение пробы при НеДГФ, б - сечение пробы при ДГФ, 0-(f - линия, проходящая через контур объекта, y _a — позиция центра пробы при НеДГФ в момент её выход на контур объекта, у ζ— позиция центра пробы при ДГФ в момент её выход на контур объекта, x _a - координата центра пробы при НеДГФ в момент её выход на контур объекта, Х _б -координата центра пробы при ДГФ в момент её выход на контур объекта, размер пробы при НеДГФ, а = б + 2(x _a - хв)-

Для измерения высоты объекта выполняются следующие операции:

1) Получить профиль объекта в условиях ДГФ и зафиксировать его на экране дисплея.

2) Определить х-координату точки выхода пробы за контур объекта по перелому профиля. 3) Получить профиль объекта в условиях НеДГФ и зафиксировать его на экране дисплея.

4) Определить х-координату точки выхода пробы за контур объекта по перелому профиля.

5) Измерить расстояние (с учетом увеличения) между точками выхода проб за контур объекта.

6) Определить высоту точки перелома в условиях НеДГФ по формуле:

\ (χ. - * _в ) \ _t

tgtσ

Способ «B» характеризуется на примере объекта с поверхностью, отвечающей поверхности эллипсоида, но этот метод применим также к объектам с любой другой формой. Например, для объектов с прямоугольным или трапецеидальным сечением в результате выхода за контур изменяется протяженность отрезка контура интенсивности, отвечающего изображению верхней грани.

Г. Определение z-координат профиля интенсивности реизлучения путем контролируемых перемещений плоскости фокусировки.

На Фиг. 5 показано сечение объекта с трапецеидальным сечением, использованного для иллюстрации способа, основанного на определении z-координат профиля интенсивности реизлучения путем контролируемых перемещений плоскости фокусировки, h - высота объекта, l _\ - размер верхней грани, Z ₂ - размер нижней грани.

На Фиг. 6 схематически показан профиль интенсивности реизлучения изображении объекта, полученного при ДГФ в условиях точного фокуса, с вписанным в него профилем объекта, изображенного на Фиг . 5. Изображение искаженно отражает форму и размеры объекта.

На Фиг. 7 показана схема, разъясняющая принцип формирования сечений плоскостью фокусировки в способе определения z-координат точек профиля интенсивности реизлучения путем контролируемых перемещений этой плоскости; приведен профиль интенсивности реизлучения, полученного при НеДГФ и следы плоскостей фокусировки, h - высота объекта, профиль которого изображен на Фиг. 5. z _\ - номера сечений, z - расстояние от ПНВО сечения, фокусировке на которое соответствует профиль, d - расстояние между сечениями.

На Фиг. 8 показано схематическое изображение процесса определения координат отдельных точек, принадлежащих профилю интенсивности реизлучения; сплошной контур соответствует ДГФ, штриховой - НеДГФ. фокусировка осуществляется на плоскость 00 ; профили пересекаются в точке, принадлежащей линии пересечения распределения интенсивности реизлучения с плоскостью фокусировки; h - высота объекта, l _\ — размер верхней грани объекта, Z ₂ - размер основания объекта, x _\ , X ₂ - х-координаты точек пересечения профилей, z - расстояние между плоскостью фокусировки и ПНВО.

Выполняются следующие операции:

1) Получить профиль объекта в условиях ДГФ и зафиксировать его на экране дисплея.

2) Получить профиль объекта в условиях НеДГФ и фокусировке на ПНВО и зафиксировать его на экране дисплея.

3) Найти точку пересечения этих профилей и определить её как точку края объекта в ПНВО.

4) Получить профиль объекта в условиях НеДГФ и фокусировке на плоскость, проходящую через тело объекта и находящуюся на известном расстоянии от ПНВО.

5) Найти точку пересечения профиля, полученного при ДГФ, и профиля, полученного при НеДГФ и фокусировке на плоскость, находящуюся на известном расстоянии от ПНВО, и определить расстояние, на которое плоскость фокусировки удалена от ПНВО, как значение z-координаты точки пересечения профилей по оси z.

m— п) Повторить несколько раз операции 4) и 5).

n+1) Рассматривать профиль интенсивности реизлучения с нанесенными на него координатами отдельных его точек как сечение трехмерного изображения объекта.

Определение z-координат профиля интенсивности реизлучения путем контролируемых перемещений плоскости фокусировки и использовании разностных профилей.

На Фиг. 9 схематически изображены два типа разностных профилей интенсивности реизлучения, возникающие при вычитании одного из другого изображений, отвечающих разным глубинам фокуса и фокусировке в условиях НеДГФ на плоскость, не совпадающую с ПНВО; разностный профиль типа «a» изменяет знак в точке 1 при пересечении плоскости фокусировки; разностный профиль типа «6» в точке 1, отвечающей пересечению плоскости фокусировки, имеет экстремум (минимум или максимум в зависимости от того какой профиль выбран вычитаемым, а какой уменьшаемым). О - линии нулевой интенсивности (интенсивности подложки). 5 - положительные значения профиля, 4 - отрицательные значения профиля. В зонах 2 происходит наложение электронов отдачи, эмитированных объектом, на изображение подложки. Зоны 1 отвечают максимумам интенсивности реизлучения, обусловленным выходом через две поверхности. Ниже приводятся операции, основанные на использовании разности профилей, полученных при ДГФ и НеДГФ:

1) Получить профиль объекта в условиях ДГФ и зафиксировать его на экране дисплея.

2) Получить профиль объекта в условиях НеДГФ и фокусировке на ПНВО и зафиксировать его на экране дисплея.

3) Произвести вычитание одного профиля их другого

4) Найти точку пересечения разностного профиля с ПНВО и определить её как точку края прототипа в ПГВО.

5) Получить профиль объекта в условиях НеДГФ и фокусировке на плоскость, проходящую через тело объекта и находящуюся на известном расстоянии от ПНВО.

6) Найти точку изменения знака разностного профиля или точку экстремума и определить расстояние, на которое плоскость фокусировки удалена от ПНВО как значение z- координаты некоторой точки профиля (точка экстремума может быть найдена дифференцированием разностного профиля).

m - п) Повторить несколько раз операции Г.5 и Г.6.

n+1) Рассматривать профиль интенсивности реиз лучения с нанесенными на него координатами отдельных его точек как сечение трехмерного изображения объекта.

В методах «Г» определение z-координат профиля интенсивности реизлучения основаны на принципе, что выход электронов отдачи зависит от размеров пробы в каждой точке поверхности, и что в тех точках, где пробы идентичны выходы электронов отдачи (а соответственно и интенсивности на изображениях этих точек идентичны, независимо от сходимости освещающего пучка электронов). Этот принцип абсолютен для поверхностей, перпендикулярных оси прибора, и хорошо выполняется для наклонных и криволинейных поверхностей, т.е., различия профилей интенсивностей, отвечающих разным сходимо- стям, всегда минимальны в точках, для которых размеры проб идентичны. Поэтому для «Г» способов возможна другая адекватная реализация: зафиксировать профиль при НеДГФ и получить профили при ДГФ и разных, но известных по величине приборных дефокусировках, а далее искать точки пересечения профилей при НеДГФ и ДГФ или точки экстремумов на разностных профилях.

Построение трехмерного изображения объекта и его использование

На Фиг.10 схематически иллюстрирует построение сечения трехмерного изображения объекта, изображенного на Фиг. 5 по профилю, приведенному на Фиг. 6. Для того, чтобы проиллюстрировать принцип определения х-координат, наклон боковых граней увеличен. Устранены также максимумы интенсивности реиз лучения, обусловленные одновременным выходом электронов отдачи, посредством увеличения протяженности отрезка, отвечающего изображению верхней грани, вплоть до пересечения его с продолжением боковой ветви профиля; z _x - следы плоскостей фокусировки, расстояния которых от ПНВО суть значения координат по оси z; Xj - проекции (координаты) точек, для которых определена высота над ПНВО, на ось х.

Описанные операции «A» - «Г» позволяют, как минимум, определить относительное положение по высоте двух ключевых точек профиля интенсивности реизлучения. (Способ «B» позволяет в общем случае определить положение точки на профиле интенсивности, положение которой относительно верхней точки объекта не известно, но задача масштабирования профилей интенсивности по оси z и в этом случае решается с помощью локализации найденной точки на кривой dΙJdz), Одна из этих точек принадлежит также ПНВО и является начальной точкой профиля, а вторая определяет протяженность профиля в вертикальном направлении. (Способы «Г», позволяющие установить взаимное расположение по оси z нескольких точек этого профиля, ещё информативней.). Координаты всех точек профиля оси х читаются по положению их проекций на оси х. Поэтому результатом описанных выше операций является преобразование профиля из построения в пространстве интенсивностей в сечение трехмерного изображения объекта в реальном пространстве (пространстве объекта). Специфика построения этого сечения иллюстрируется Фиг. 10. (Фигура непосредственно относится к способам «Г».) Для построения полного трехмерного изображения объекта достаточно построить несколько аналогичных сечений «нaтянyв на них как на кapкac» распределение интенсивности реизлучения, зафиксированное в процессе сканирования..

Полученное трехмерное изображение объекта не передает с абсолютной точностью его реальные форму и размеры, однако форма и размеры изображения близки к реальным форме и размерам объекта. Наиболее близки к истинным форме и размерам объекта форма и размеры трехмерного изображения, построенного на основе пробы с минимально возможными размерами и освещающего пучка с минимальном углом сходимости, т.е., при использовании сфокусированных изображений, полученных в условиях ДГФ. Подобное изображение представляет собой виртуальный прототип объекта. Истинные размеры и форму объекта можно уточнить расчетным путем посредством построения изображения прототипа с использованием программного обеспечения, предназначенного для моделирования РЭМ изображений, и подгонке этого изображения к экспериментальному изображению объекта, за счет вариаций размеров и формы прототипа. Микроскоп

Заявляемый растровый электронный микроскоп предназначен для решения всего комплекса проблем, возникающих при контроле изделий микро- и нанотехнологий, включая получение однородных по условиям формирования изображений » для любых по численности массивов микро- и нанообъектов. Однако поскольку проблема структурно- морфологической идентификации этих объектов является ключевой, особенности конструкции прибора, ориентированные на решение задач идентификации, вынесены на первый план. Для идентификации объектов в РЭМ должен реализовываться режим, обеспечивающий возможности: 1, формирования высокоразрешающих изображений посредством электронных освещающих пучков при вариациях углов сходимости этих пучков от почти нулевых до близких к 10 ^"1 рад и при сечениях этих пучков плоскостями фокусировки идентичных по размерам и интенсивностям, 2, совмещения заданной плоскости объекта с плоскостью фокусировки с субнанометровой (ангстремной) точностью и 3, обеспечения такого же по величине допустимого ухода точки фокуса от заданной плоскости в процессе сканирования. Микроскоп должен обладать системой фиксации, анализа и совместной обработки изображений, отвечающих разным сходимостям. Реализация режима, отвечающего этим основным требованиям, возможна посредством приборов с описанными далее конструктивными особенностями.

На фиг. 11 приведена принципиальная схема растрового электронного измерительного микроскопа, предназначенного для реализации способов определения габитуса и линейных размеров, описанных выше. 1 - катод; 2 - управляющая сетка; 3 - анод; 4 - 1-я конденсорная линза; 5 - набор конденсорных диафрагм; перемещаемый двумя шаговыми двигателями; 6 - 2-я конденсорная линза; 7 - корректор сферической аберрации, 8 - катушки блока сканирования; 9 - детектор обратно рассеянных электронов; 10 - детектор вторичных электронов; 11 - объективная линза; 12 - диафрагма объективной линзы и детектор устройства контроля размеров и формы пучка и интенсивности освещающего пучка электронов, более детально представленные на фиг. 12 - 14; 13 - плоскость фокусировки, задаваемая в блоке управления, 14 - набор средств для контроля совмещения объекта с плоскостью фокусировки (детали на фиг. 10 - 12); 15 - объект; 16 - магнитострикционный двигатель; 17 - шаговый двигатель (более детально представлены на фиг. 13 и 14), 18 - блок управления работой микроскопа; 19 - блок управления источником высоковольтных электронов; 20 - блок управления режимом работы конденсорных линз; 21 - блок управления корректора сферической аберрации, 22 - блок управления режимами сканирования и увеличения; 23 - блок системы детектирования вторичных и обратно рассеянных элек- тронов; 24 - блок контроля объективной диафрагмы и контролера формы пучка; 25 - блок управления объективной линзы; 26 - блок управления режимом работы оптической системы при изменении угла сходимости; 27 - блок управления механизмом совмещения объекта с рабочими плоскостями; 28 - блок управляющий перемещениями предметного столика 29 - блок анализа и обработки информации; 30 -блок вывода и представления информации.

Достоверность способов определения габитуса и измерения размеров определяется точностью и идентичностью фокусировок, приходящихся на заданную плоскость объекта (заданное сечение объекта). Решение этой задачи обеспечивается созданием заданного в блоке управления режима работы прибора с фиксированной плоскостью фокусировки или фиксированными плоскостями фокусировки, возможностями формировать пучки, сфокусированные на эту плоскость и отвечающие разным углам сходимости, и коррекцией сферических аберраций, связанных с использованием сходящихся пучков, а также созданием средств стабильность ускоряющего напряжением и уровня возбуждения объективной линзы, которые поддерживают постоянной субнанометровую (вплоть до ангстремной) точность фокусировки на эту плоскость.

Точная фокусировка на заданную плоскость объекта может быть обеспечена также посредством определения положения этой плоскости с помощью средств слежения и последующей фокусировкой на точку с этими координатами.

На фиг. 12 представлен вид снизу на разрез колонны микроскопа с блоком измерения распределения интенсивности электронного пучка в плоскости выходной диафрагмы объективной линзы и набором сменных диафрагм, ограничивающих сходимость электронного пучка. 31 - пластинка с набором выходных диафрагм объективной линзы; 32 - приемник электронного излучения (детектор) для контроля формы и интенсивности освещающего пучка; 33 - стержень держателя диафрагм и детектора; 34 - сильфонная герметизация; 35 - канал ввода диафрагм и детектора; 36 - канал объективной линзы; 37 - корпус объективной линзы; 38 - блок перемещений диафрагм и детектора; 39 - блок картографирования сигналов детектора.

На фиг. 13 представлен блок измерения распределения интенсивности. 40 - редуктор; 41 - верньер вертикальных перемещений (настраивается производителем); 42- двигатель поперечных перемещений; 43— контроллер поперечных перемещений; 44 - блок обработки сигналов детектора; 45 - двигатель продольных перемещений; 46- контроллер продольных перемещений. На фиг. 14 представлена пластина 31, выполненная с набором диафрагм в виде сквозных отверстий и приемником 32 электронного излучения.

Приемник электронного излучения 32 освещающего пучка в плоскости объективной диафрагмы предназначен для решения трех задач: во-первых, с его помощью находится центр пучка электронов относительно текущих перемещений, осуществляемых двигателями 44 и 45, и, соответственно определяется положение центра устанавливаемой диафрагмы, во-вторых, он позволяет контролировать дефокусировку освещающего пучка и добиваться приближения распределения интенсивности, вырезаемого объективной диафрагмой, к однородному, в-третьих, он позволяет измерять интенсивность пучка, выходящего из объективной диафрагмы, что необходимо для получения идентичных изображений и/или нормировки регистрируемых профилей интенсивности.

Использование матрицы приемников вместо единичного приемника электронного излучения возможно при размерах пиксела матрицы порядка 1 мкм.

Необходимость контроля совмещения заданных плоскостей (в первую очередь ПНВО) с плоскостью фокусировки с ангстремной точностью, решается посредством системы слежения за положением предметного столика, основанной, в частности, на использовании иглы кантилевера, дающего сигнал о прекращении дальнейшего движения предметного столика в момент установления контакта точки ПНВО с иглой или разрыва этого контакта. При этом контроль за контактом кантилевера с ПНВО может отслеживаться посредством оптических систем, используемых в растровой зондовой микроскопии.

Плоскость фокусировки задается фиксацией возбуждения объективной линзы и при отклонении освещающего пучка от оси прибора точка фокуса отклоняется от плоскости фокусировки, отвечающей освещающему пучку, ориентированному вдоль оси (как это изображено на Фиг. 20). Сохранение условий совмещения ПНВО с плоскостью фокусировки может быть обеспечено двумя способами: во-первых, посредством вариаций по высоте заданной в блоке управления микроскопа фиксированной плоскости фокусировки в зависимости от величины отклонения от оси прибора освещающего пучка, формирующего изображение заданного объекта, во-вторых, посредством фиксации области в окрестности оси прибора, в пределах которой точка фокуса не отходит от плоскости фокусировки на величину, превышающую допустимую, и автоматического перемещения заданного объекта, расположенного вне этой области, в её пределы. Границы этой области и положение объекта относительно неё устанавливаются посредством ограничений на величину углов отклонения при формировании изображения объекта, используемого в процессах идентификации структурно-морфоло-гических характеристик объекта, и фиксации реаль- ного угла отклонения освещающего электронного пучка от оси прибора при формировании изображения объекта на стадии получения изображения массива в целом.

На фиг. 15 представлена схема совмещения объекта с заданными в блоке управления плоскостями, включая контроль этого совмещения. 47 - игла кантилевера; 48 - блок перемещения иглы; 49 - балка кантилевера; 50 - лазерный диод с коллиматором и линзой; 51 - освещающий лазерный луч; 52— система фокусировки луча на зеркало блока кантилевера; 53— зеркало блока кантилевера; 54 - отраженный луч; 55 - система фокусировки отраженного луча; 56— настраиваемое зеркало, ориентация которого связана с горизонтальными перемещениями блока иглы; 57 - зеркало; 58 - фотодетектор с коллиматором; 59 - столик объекта. Игла фиксирована по вертикали и её остриё определяет позицию плоскости, система настроена так, что касание объектом острия иглы изменяет угол отражения, что регистрируется фотодетектором.

Для контроля совмещения ПНВО с плоскостью фокусировки может использоваться один кантилевер или система из двух или трех кантилеверов. Для регистрации сигнала от кантилевера приведена схема с отраженным лазерным лучом, но возможны также схемы, в которых совмещение объекта с плоскостью контролируется по возникновению туннельного тока, изменению емкости, посредством лазерного интерферометра и пр. Наряду с кантилеверами, установленными в корпусе микроскопа, возможно устройство со специальным держателем, в котором образец устанавливается на заданную высоту с помощью средств вне корпуса микроскопа, а положение самого держателя по высоте фиксируется, например, с помощью оптической системы.

На фиг. 16 схематично изображен кантилевер (вид сверху). 47 - игла кантилевера, 49 - балка кантилевера, 60, 61 - пьезодвигатели, 62 - упругая вставка балки держателя иглы, реагирующая на контакт острия иглы с объектом.

На фиг. 17 также схематично изображен кантилевер (вид сбоку). 53 - зеркало кантилевера. 49 - балка кантилевера, 60, 61 - пьезодвигатели, 62 - упругая вставка балки держателя иглы, реагирующая на контакт острия иглы с объектом.

Эта же система, основанная на кантилевере и оптических средствах регистрации изменений его положения, может использоваться для контроля перемещений объекта относительно плоскости фокусировки вдоль оси прибора, а также для прецизионного контроля перемещения объекта в область в окрестности оси прибора, в которой отход точки фокусировки в процессе сканирования не превышает допустимой величины.

Необходимая точность совмещения ПНВО с плоскостью фокусировки обеспечивается перемещениями с помощью пьезодвигателей. На фиг. 18 приведена схема блока прецизионных перемещений столика объекта вдоль оси микроскопа (вид сбоку). 59 - столик объекта; 63, 64, 65 - пьезодвигатели для прецизионных перемещений столика объекта и совмещения плоскости нулевой высоты объекта с рабочей плоскостью; 66— центральная часть основания блока держателя образца; 65 - шаговый двигатель, обеспечивающий перемещение предметного столика на большие расстояния.

На фиг. 19 приведена схема блока прецизионных перемещений столика объекта (вид сверху). 59 - столик объекта; 66 -основание блока держателя образца; 68, 69 - двигатели, обеспечивающие латеральные перемещения столика объекта.

Реализация методик определения габитуса и размеров объекта по разным направлениям требует расширения средств "iп situ" обработки изображений и, в частности, возможностей формировать профили интенсивности вдоль заданных направлений, запоминать профили, избранные как опорные, поддерживать их изображения на экране дисплея и сопоставлять изображения экспериментальных профилей с опорными, осуществлять операции вычитания распределений интенсивности, полученных при разных условиях, дифференцирования профилей интенсивности, определения координат различных точек профилей и перенесения координат точек, определенных для одного изображения на аналогичные точки для другого изображения этого же объекта.

Для разделения объектов на группы, различающиеся характеристиками изображений, в РЭМ должен быть реализован режим, формирования изображений массивов, практически неограниченных по числу объектов и, соответственно, по размерам площадей их локализации, при наивысших разрешении и увеличении, что требует ограничений: 1, на уход точки фокуса от плоскости первоначальной фокусировки и 2, на наклоны освещающего пучка относительно z-оси первого объекта - на протяжении всего процесса формирования изображения единого массива.. Данный режим также связан с ограничением отклонений освещающего пучка электронов от оси прибора, однако эти ограничения определяются не отклонением точки фокуса от ПНВО, а глубиной фокуса. Области, на которые должен разбиваться массив, при распределении изображений на группы, могут быть на порядки больше областей, которые вводятся при идентификации характеристик объектов.

Проблема обеспечения идентичных фокусировок для изображений больших массивов может решаться за счет изменений расстояния фокусировки (Фиг. 20), перемещений столика объекта (Фиг. 21,22) или создания специальных столиков с поверхностью фокусировки шарового сегмента (Фиг. 23). Потенциально и изменения расстояния фокусиров- ки, и перемещения столика могут осуществляться непрерывно и пошагово. Однако пошаговый режим представляется более вероятным, хотя его оптимальная реализация связана с изменением характера сканирования с поступательно-возвратного прямолинейного на спиральный.

Размеры областей, на которые необходимо разбивать площадь, занимаемую массивом в целях идентичности условий фокусировки, могут увеличиваться за счет удаления плоскости фокусировки от объективной линзы. (Подобное увеличение противоречит оптимизации режима идентификации объектов, поскольку требует для достижения того же угла сходимости увеличения размеров выходной диафрагмы объективной линзы и ужесточения требований к корректору сферических аберраций). Например, при глубине фокуса 0,5 мкм и расстоянии фокусировки в 1 мм радиус области, для которой уход точки фокуса от плоскости исходной фокусировки < 0,5 мкм, равен « 22,4 мкм, а увеличение расстояния фокусировки до 10 мм, позволяет увеличить радиус указанной области до « 70,7 мкм, что достаточно для размещения массива в 10 ⁶ объектов. Возможность увеличения размеров этих областей за счет удаления плоскости фокусировки от плоскости выходной диафрагмы важна при производственном контроле посредством изображений уже идентифицированных объектов, поскольку позволяет увеличить темп контрольных операций.

Существует также ряд причин (перекосы столика, рельеф подложки, недостаточная точность механического перемещения), в силу которых при перемещениях может нарушаться совпадение ПНВО с плоскостью фокусировки. Поэтому после перемещения должны осуществляться перепроверка совпадения и, если необходимо, его восстановление.

Получение больших массивов изображений, позволяющих распределить эти изображения по типам, требует предельных увеличений. В этих условиях проблематична регистрация всех изображений на дисплее. Изображения должны фиксироваться в памяти прибора, обрабатываться по размерам, форме и распределениям интенсивности на основе заданных критериев, а на дисплей могут переноситься в виде мозаики, каждая составляющая которой соответствует изображению определенного типа, причем для каждого из этих изображений на экран могут выводиться сведения об относительной распространенности. Система записи и обработки изображений должна выводить профили интенсивности по любому заданному направлению, и обеспечивать возможность наложения друг на друга, как самих изображений, так и профилей, отвечающих заданным направлениям.