Растровый электронный микроскоп может быть использован в микроэлектронике для наблюдения поверхности материалов на всех этапах производства и для контроля по геометрическому изображению или каргам потенциального рельефа. До зарождения микроэлектроники прибор применялся для исследований в области металлургии, биологии, химии i других наук (см. фундаментальный обзор [1]). Растровый электронный микроскоп использует обычные (для работы на просвет) электронно-оптические компоненты, но в обратном для отраженных лучей направлении, что позволяет уменьшить размеры источника электронов примерно в 5000 раз (с 50 мк в электронной пушке до 100 А). Этот узкий электронный зонд сканируется вдоль поверхности образца синхронно с разверткой электронного луча в обычном электронном осциллоскопе. Ток в отклоняющих катуш-. ках микроскопа намного меньше, чем в отклоняющей системе электроннолучевой трубки, и, таким образом, отношение масштабов обоих растров, т. е. увеличение, может быть 10 см/1 мк или 100 000 раз. Полезное увеличение меньше этой величины и зависит от размеров электронного зонда и от исследуемого образца. В месте удара электронного пучка .из образца выбивается значительное количество вторичных электронов, которые улавливаются детектором типа сцинтилляционного фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), находящимся под положительным потенциалом относительно образца. Выходной сигнал ФЭУ модулирует яркость луча в электроннолучевой трубке и позволяет при медленном сканировании (приблизительно 1 кадр в секунду) получить на экране электроннолучевой трубки изображение, соответствующее изменению вторичной электронной эмиссии вдоль поверхности исследуемого образца. Если приложить к образцу электрический потенциал, то местные микрополя будут влиять на вторичную эмиссию и получится изображение — карта распределения электрического поля вдоль поверхности (потенциальный рельеф).
Одна из новых экспериментальных моделей растрового электронного микроскопа описана в [2, 3]. На дне электронно-оптической трубы расположена электронная пушка, работающая при напряжении 30 кв. Выходящий из пушки электронный луч проходит через три электромагнитные фокусирующие линзы, каждая из которых уменьшает его диаметр. Сфокусированный пучок бомбардирует образец, помещенный в особой камере, расположенной в верхней части трубы. Вторичные электроны собираются детектором.
Вся труба смонтирована на вибростойком основании с использованием пермаллоевых экранов, так что прибор защищен как от механических, так и от магнитных помех. Источник питания на напряжения 350 и 500 в расположен в нескольких метрах от установки, чтобы избежать воздействия на прибор паразитных магнитных полей.
На тех же -принципах основана работа электронного растрового микроскопа Stereoscon фирмы «Кембридж Инструмент Компани», в основу которого положен растровый рентгеновский 1МИкроанализатор. В этой конструкции электронная пушка находится в верхней части трубы и электронный луч проходит вниз сквозь три линзы. Образец находится в камере, расположенной в нижней части трубы, и может перемещаться и вращаться при помощи микрометрических винтов. Прибор успешно применялся доктором П. Торнтоном для изучения микроэлектронных схем методом потенциальных рельефов. На рисунке показан металлооксидный кремниевый транзистор при различных увеличениях, а также потенциальный рельеф между затвором и стоком.