294
Рис. 84. Использование профиля сигнала для регулировки контраста и яркости.
Некоторые изображения имеют очень большую градацию интенсивности, но, в тоже время, малое ее изменение на исследуемых элементах, яркость которых близка к белому или черному краю шкалы интенсивности. В этом случае можно использовать гамма коррекцию, то есть нелинейную зависимость контраста. Можно расширить изменение контраста в начале или в конце шкалы интенсивности для улучшения изображения необходимых элементов.
Необходимо отметить, что нет такого понятия, как «правильный» контраст и яркость. «Правильность» зависит от того, какие элементы необходимо выделить. Может быть приемлемым большое насыщение изображения, если это позволяет увидеть критичные дефекты при хорошем контрасте.
Скорость сканирования и качество изображения
Качество изображения зависит как от размера пучка электронов, так и от отношения сигнала к шуму изображения. Отношение сигнала к шуму зависит от того, сколько электронов будут собраны для создания изображения. Очень маленький пучок с малым током может иметь очень хорошее номинальное разрешение, но на изображение будет наложен шум. Обычно при телевизионной развертке на весь экран изображение имеет очень плохое качество, что делает поиск объектов затруднительным. Отношение сигнала к шуму можно увеличить, путем уменьшения области сканирования (то есть, используя маленький растр), или путем увеличения времени сканирования (то есть, используя медленное сканирование). Маленький растр обычно используется для фокусировки, юстировки и
295
коррекции астигматизма, тогда как медленное сканирование обычно используется для того, чтобы получить хорошее изображение. Время кадра медленной развертки может занимать от нескольких секунд до минут, но это время может быть ограничено дрейфом столика объектов или зарядкой поверхности образца.
Краткое описание:
Детектируемый сигнал: вторичные электроны
Детектируемые элементы: нет; при использовании EDS, WDS - B-U Пределы детектирования: при использовании EDS 0.1-1 ат% Разрешение по глубине: 0.5 - 3 мкм Изображение: есть Горизонтальное разрешение: 15-45 Å
Область применения Получения изображений с высоким разрешением
Элементный микроанализ (с EDS или WDS системами) Достоинства Быстрое получение изображений с высоким разрешением
Быстрая идентификация присутствующих элементом (с микроанализато-
ром)
Большая глубина резкости Многогранный инструмент, позволяющий установку дополнительных
компонентов
Ограничения Необходимость работы в вакууме
РЭМ может сделать образец непригодным для последующего анализа Из-за ограничений на размеры образца может потребоваться его резка Хорошее разрешение достигается только специальной подготовкой образ-
ца
9.4РЕНТГЕНОВСКИЙ МИКРОАНАЛИЗ (EDS, WDS)
Спомощью методики рентгеновского микроанализа (РМА) исследуется
спектр рентгеновского излучения, генерируемого при попадании электронного пучка микроскопа (энергия Е= 15 ÷ 40 кэВ) на исследуемый объект. Электронная
296
бомбардировка позволяет получить как непрерывный, так и характеристический спектры.
Как было сказано, облучение вещества пучком электронов может приводить к возбуждению электронов проводимости, приводящему к эмиссии медленных вторичных электронов, оже-электронов и характеристического рентгеновского излучения.
Оже-электроны и характеристическое рентгеновское излучение образуются в результате того, что электрон, обладающий достаточно высокой энергией, при взаимодействии с атомом может вызвать освобождение сильно связанного электрона с внутренних оболочек атома, оставляющего атом ионизированном в высокоэнергетическом состоянии. Последующая релаксация и приводит к эмиссии характеристического рентгеновского излучения или оже-эелктрона.
Одним из возможных результатов релаксации ионизированного атома является высвобождение избыточной энергии в виде кванта электромагнитного излучения. Энергия кванта равна разности энергий между оболочками, на которых происходят переходы, а для внутренних переходов эта энергия такова, что квант соответствует области рентгеновского излучения электромагнитного спектра. Характеристические линии рентгеновского излучения имеет обозначения в виде Pj, где P – обозначение оболочки с которой был выбит электрон (K, L, M, N, O), а j – тип перехода (α, β, γ,…). Так, при переходе электрона с L на K- оболочку (замещение выбитого с K-оболочки электрона) образуется излучение
Kα, а при переходе с M на K оболочку образуется излучение Kβ, которое обладает большей энергией. Излучение L-линии происходит при замещении электрона, выбитого с L-оболочки. Так как разница энергия между L уровнем и уровнями M, N, O значительно меньше, чем между K-уровнем и уровнями L,N,M, то энергия K-линий существенно больше энергии L-линий. А энергия L-
линий больше энергии M-линий. Так, для серебра энергия Kα = 22.10 кэВ, Kβ = 24.99 кэВ, La = 2.984 кэВ, Lb = 3.151 кэВ.
Главное свойство характеристического рентгеновского излучения, полезное для химического анализа, заключается в том, что энергии переходов уникальны для каждого химического элемента. Кроме того, элементы имеет различ-
297
ные наборы наиболее вероятных линий и различные вероятности появления излучения с той или иной длиной волны.
Вметодике рентгеновского микроанализа в качестве базового прибора используются SEM, TEM или STEM. Горизонтальное разрешение метода определяется диаметром первичного электронного пучка (0.1 мкм и 10 нм для просвечивающего и растрового микроскопов соответственно) и объемом образца, в котором возбуждается вторичное рентгеновское излучение.
Чувствительность метода РМА позволяет определять частицы массой примерно 10-15 г, что соответствует золоту размером 10 нм или частице кремния размером 95 нм. Использование просвечивающего микроскопа и повышение энергии электронного пучка до 100 кэВ позволяет выявлять наличие кремниевых частиц размером в 2 нм.
Вкачестве анализаторов рентгеновского излучения используются детекторы, аналогичные детекторам, применяемым в методе XRF. Это либо энергодисперсионные детекторы (ED от Energy Dispersive), либо волновые анализаторы (WD от Wave Dispersive). Соответственно методики рентгеновского микроанализа с использованием первого типа детектора называется EDS (S – spectroscopy), а второго – WDS. В случае рентгеновского микроанализа обычно применяется энергодисперсионные детекторы.
Применение Методика РМА позволяет достаточно быстро определить элементный со-
став образца с хорошей точностью. На рис. 85-86 показано применение методики РМА для анализа причины появления трещины в выводе микросхемы. Были получены изображения в специальной цветовой схеме, в которой каждому химическому элементу соответствует определенный цвет. На рисунке 86 показан поперечный срез вывода. С помощью методики РМА удалось установить причину появления трещины – неравномерность нанесения припоя (AgCuCd) на вывод
всилу чего хрупкое покрытие никелем, нанесенное сверху, треснуло.
298
Рис. 85 Изображение трещины вывода микросхемы в цветовой схеме показывающей содержание различных элеметов (Ag, Au, Ni, Fe и Cu), полученное с помощью EDS.
Рис. 86 Изображение среза вывода микросхемы, полученное с помощью методики EDS, на котором видны технологические слои (ковар, серебряно-кадмиево-медный припой, никелировка и золотое покрытие). В данном случае хорошо виден брак нанесения припоя.