Устройство для измерения потенциала поверхности в растровом электронном микроскопе

 

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии. Цель изобретения - повышение точности измерения потенциала поверхности. Устройство включает энерг.оанализатор в составе вытягивающего и анализирующего электродов 5, сцинтилляцибнный преобразователь 7 с фотоэлектронным умножителем 8, схему 14 сравнения и задающий генератор 16, селективный усилитель -9 переменного тока с вьшрямителем 10 на выходе, делитель 17 напряжения и опорный источник 15 постоянного.тока. Введение звеньев СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„1274028 (д1 4 Н 01 J 37/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3907746/24-21 (22) 05.06.85 (46) 30.11.86. Бюл. № 44 (72) В.А. Денисюк, С.А. Добролеж, В.Г. Клименко и Я.И. Мень (53) 621.385.833 (088.8) (6) Авторское свидетельство СССР

N- 256098, кл. Н 01 Х 37/26, 1968.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1058006, кл. Н 01 J 37/26, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПОВЕРХНОСТИ В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ (57) Изобретение относится к растровой электронной микроскопии. Цель .изобретения — повьппение точности измерения потенциала поверхности. Устройство включает энергоанализатор в составе вытягивающего и анализирующего электродов 5, сцинтилляцианный преобразователь 7 с фотоэлектронным умножителем 8, схему 14 сравнения и задающий генератор 16, селективный усилитель -9 переменного тока с выпрямителем 10 на выходе, делитель 17 напряжения и опорный источник 15 постоянного. тока. Введение звеньев

1274028 системы автоматического регулирования, состоящих из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 11, цифрового процессора !

2 и цифроаналогового преобразователя 13 позволяет устройству измерять абсолютные значения потенциала поверхности образца, поскольку определяется сдвиг координаты начала кривой задержки, к которому и произвоИзобретение относится к растровой электронной микроскопии и предназначено для измерения микропотенциалов на поверхности изделий электронной техники.

Цель изобретения — повышение точности измерения потенциала поверхности за счет уменьшения случайной и инструментальной погрешности.

На чертеже изображена схема устройства.

В растровом электронном микроскопе система формирования и управления электронным зондом 1 содержит отклоняющую систему 2. Ось зонда проходит через отверстие в энергоанализаторе и пересекает плоскость объектодержателя 3. Энергоанализатор включает вытягивающий электрод 4, анализирую" щий электрод 5 и дополнительный электрод 6. За дополнительным электродом

6 размещен сцинтилляционный преобразователь 7 с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 8. К выходу ФЭУ подключены последовательно соединенные се— лективный усилитель 9 переменного тока, выпрямитель 10, первый аналогово-цифровой преобразователь(АЦП) 11, цифровой процессор 12 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП} 13. К электронной схеме 14 сравнения подключен выход ЦАП 13 и опорный источник 15 постоянного тока. Выход схемы

14 сравнения соединен с задающим генератором 16, подключенным к анализирующему электроду 5. К промежуточному отводу делителя 17 напряжения подключен второй АЦП 18, выход которого соединен с цифровым процессором 12, Устройство может быть выполнено на базе серийного растрового электдится автоматическая привязка рабочей точки. Изменение угла наклона кривой энергетического распределения вторичных электронов и связанное с этим изменение управляющего сигнала реле выхода выпрямителя 10 компенсируется корректировкой опорного сигнала. Погрешность при измерении потенциала поверхности не превышает единиц процентов. 1 ил. раиного микроскопа типа МРЭМ-100, АЦП 11 и 18 — типа Ф7077, цифровой процессор 12 — типа "Электроника К1-30", ЦАП 13 — типа Ф4241.

Устройство работает следующим образом.

Электронный зонд, управляемый от— клоняющей системой 2, взаимодействует с заданной точкой поверхности об—

1О разца. Генерируемые вторичные элек— троны улавливаются полем, создаваемым вытягивающим электродом 4. Далее вторичные электроны, имеющие энергию большую, чем потенциальный барьер !

5 анализирующего электрода 5, ускоря.ются дополнительным электродом 6 и достигают поверхности сцинтилляционного преобразователя 7. При наличии на анализирующем электроде 5 перемен20 ной составляющей напряжения, обеспечиваемой с помощью цифрового процессора 12, ЦАП 13, схемы 14 сравнения и задающего генератора 16, величина потока электронов на преобразователь

2 также оказывается промодулированной.

Переменная составляющая сигнала с

ФЭУ 8 усиливается селективным усилителем 9 переменного тока, выпрямляется выпрямителем 10 и после преобра30 зования в код АЦП 1! подается в цифровой процессор 12, в памяти которого содержится также ее опорное кодовое значение. При неравенстве этих кодов цифровой процессор 12 с поз мощью ЦАП 13, схемы 14 сравнения задающего генератора 16 регулирует уровень постоянной составляющей напряжения задержки на электроде 5 таким образом, чтобы восстановилось равенн ство сравниваемых кодов. В момент сравнения наступает установившийся з 1274 режим работы системы автоматического регулирования. Величина по ;тоянной составляющей на выходе схемы 14 сравнения в установившемся режиме рав-на измеряемому потенциалу поверхнос- 5 ти исследуемого образца.

Перед началом работы устройство измерения настраивается следующим образом. В безрефлексном режиме, когда не осуществляется регулирование процесса измерений по цепи обратной связи, при потенциале поверхности образца, равном нулю, цифровой процессор 12 с помощью ЦАП 13, схемы 14, опорного источника 15 постоянного то- 15 ка устанавливает на электроде 5 нулевое значение постоянной составляющей напряжения задержки, а амплитуда переменной составляющей (модуляции) устанавливается такой, чтобы 20 сигнал на выходе селективного усилителя 9 надежно превышал уровень шумов. Далее устройство работает в рефлекторном режиме, т.е. с замкнутой цепью обратной связи. 25

При изменении потенциала образца, например, в сторону отрицательных значений энергетический спектр вторичных электронов смещается в область более высоких энергий. При этом30 уменьшается глубина высокочастотной модуляции потока электронов и, соответственно, уровень переменной составляющей сигнала на выходе энергоанализатора. Связанное с этим умень- З шение числового значения кода АЦП 11 по сравнению с опорным ведет в результате работы цифрового процессора к появлению на выходе ЦАП 13 управляющего сигнала обратной связи, 40 который с помощью схемы 14 сравнения изменяет величину постоянной состав- ляющей напряжения задержки на анализирующем электроде 5, смещая энергию проходящих через энергоанализа- 4 тор вторичных электронов так, что глубина модуляции электронного потока и, соответственно, числовое значение цифрового кода на выходе АЦП

11 увеличиваются и восстанавливаются до прежнего заданного значения.

Таким образом, напряжение на вьчходе схемы 14 сравнения автоматически отслеживает смещение начала кривой энергетического распределения вторичных электронов при изменении потенциала поверхности образца в точке зондирования.

028

В результате осуществляется корректировка нестабильностей, вызванных суммарным действием температурного и временного дрейфа напряжения опорного источника, "нуля" селективного усилителя, выпрямителя, схемы сравнения, погрешностями коэффициента усиления селективного. усилителя, коэффициентов передачи выпрямителя и схемы сравнения, частоты настройки селективного усилителя, частоты и амплитуды задающего генератора, обусловленными изменениями параметров внешней среды и температуры.

Устройство позволяет также устранить (уменьшить) инструментальную погрешность измерений. Это обеспечивается введением режима автоматической проверки соответствия формы регистрируемого энергоанализатором спектра вторичных электронов эмиттированному спектру. Для определения формы спектра отобранных энергоанализатором вторичных электронов в выбранной точке образца в безрефлексном режиме автоматической проверки цифровой процессор 12 с помощью ЦАП 13 схемы 14 сравнения и задающего генератора 16. выдает на анализирующий электрод 5 ступенчато. возрастающее напряжение анализа с наложенным на него переменным напряжением модуляции от задающего генератора. При такой форме анализирующего напряжения амплитуда переменного напряжения на выходе ФЭУ 8 и селектив— ного усилителя 9 будет содержать слагаемую, пропорциональную интегральной функции распределения вторичных электронов по энергиям. АЦП 1! преобразует в цифровой код выпрямленное значение амплитуды с выхода выпрямителя 10 и вводит в цифровой процессор 12, который вычисляет по полученным экспериментальным данным интегральную функцию распределения вторичных электронов по энергиям и выполняет проверку статистической гипо тезы о равенстве формы зарегистрированного спектра эмиттированному спектру по тому или иному критерию проверки статистических гипотез.

Если на основании проверки ста— тистическая гипотеза о равенстве распределений вторичных электронов по энергиям отвергается, то в этом случае необходимо менять электрические режимы или параметры измерителя, на 1274028

Составитель В. Гаврюшин

Редактор А, Долинич Техред И.Верес Корректор О. Луговая

Заказ 6484/52 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 пример, изменять потенциал вытягивающего электрода 4, варьировать расстояние между образцом и вытягивающим электродом 4, менять mar сетки анализирующего электрода 5 и т.д. для получения требуемой передаточной характеристики энергоанализатора.

Устройство позволяет измерять абсолютные значения потенциала поверхности образца, поскольку определяется сдвиг координаты начала кривой задержки, к которому и производится автоматическая привязка рабочей точки. Изменение же угла наклона кривой энергетического распределения вторичных электронов вследствие вариации величины тока первичного зонда и эмиссионных характеристик объектов и связанное с этим изменение управляющего сигнала на выходе выпрямителя компенсируется за счет корректировки опорного сигнала, подаваемого на схему сравнения с источника постоянного тока. Корректировка осуществляется путем подачи с дополнительного делителя на эту же схему сравнения сигнала, пропорционального постоянной составляющей на выходе энергоанализатора, с помощью второго АЦП, 18, процессора 12 и ЦАП 13.

Формула изобретения

Устройство для измерения потенциала поверхности в растровом, электронном микроскопе, содержащее энергоанализатор, включающий вытягивающий и анализирующий электроды и сцинтилляционный преобразователь с фотоэлектронным умножителем, выход которого соединен с последовательно включенными селективным усилителем переменного тока и выпрямителем, а также с делителем напряжения, выпол1б ненным с промежуточным отводом и соединенным с одним из входов схемы сравнения и нулевой шиной опорного источника постоянного тока, другой полюс которого соединен с вторым

15 входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом задающего генератора, а выход задающего генератора соединен с анализирующим электродом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 20 что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено последовательно соединенными первым аналого-цифровым преобразователем, цифровым процессором и цифроаналоговым преоб25 разователем, а также вторым аналогоцифровым преобразователем, вход которого соединен с промежуточным отводом делителя напряжения, а выход— с цифровым процессором, при этом вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом выпрямителя, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с третьим входом схемы сравнения.