Устройство для измерения потенциала поверхности в растровом электронном микроскопе

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПОВЕРХНОСТИ В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ, содержащее энергоанализатор, включающий вытягивающий и анализирующий электроды, и сцинтилляционный преобразователь с фотоэлектронным умножителем, соединенным с одним из входов схвмы сравнения, выход которой соединен с входой заданядего генератора, а вы-, ход генератора электрически соединен с анализирующим электродом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено селективным усилителем переменного тока с выпрямителем на выходе, делителем напряжения и ным источником постоянного тока, при этом селективный усилитель с выпрямителем включен между фотоэлектронным умножителем и первым входом схемы сравнения, делитель напряжения включен между выходом фотоэлектронного умножителя и вторым входом схемы сравнения, а третий выход схемы сравнения соединен с опорным (Л источником постоянного тока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1058 06 А

3(5D H 01 Т 37 26 г„",,;" с> ., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ "::::- "-:-:-::-:; I

Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

CD (:Р

C)

С5 (21) 3492548/18-21 (22) 22.09.82 1 (46) 30.11.83. Бюл. Р 44 (72) В.Е. Трубин, A.Í. Ракитин и В.Г. Циунелис (53) 621.385.833(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 256098,, кл. Н 02 J 37/26, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

В 672670, кл. Н 01 J 37/26, 1977 (прототип). (54)(57)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОТЕНЦИАЛА ПОВЕРХНОСТИ В РАСТРОВОМ

ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ, содержащее энергоанализатор, включающий вытягивающий и анализирующий электроды, и сцинтилляционный преобразователь с фотоэлектронным умножителем, соединенным с одним из входов схамы сравнения, выход которой соединен с входом задающего генератора, а вы", ход генератора электрически соединен с анализирующим электродом, о т л и ч а ю щ е .е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено селективным усилителем переменного тока с выпрямителем на выходе, делителем напряжения и опор" ным источником постоянного тока, при этом селективный усилитель с выпрямителем включен между фотоэлектронным умножителем и первым входом схемы сравнения, делитель напряжения включен между выходом фотоэлектронного умножителя и вторым входом схемы сравнения, а третий выход схемы сравнения соединен с опорным источником постоянного тока.

1058006

Изобретение относится к электронной микроскопии и предназначено для измерения микропотенциалов на поверхности изделий электронной техники.

Одним из наиболее точных методов измерения потенциала поверхности является метод, в котором используется эффект сдвига спектра энергии истинно вторичных электронов при измерении потенциала эмиттирующей точки, а измерения сводятся к регист- 1О рации этого сдвига. Соответствующие устройства содержат ту или иную сис тему электродов для улавливания и энергетического анализа вторичных электронов. 15

Известно устройство для измерения потенциала поверхности в растро вом электрониом микроскопе (РЭИ 1, со- держащее энергоанализатор с вытягивающим и анализирующим электродами, на последний из которых подается потенциал от генератора пилообразного напряжения задержки. Сигнал с энергоанализатора в этом случае представляет собой кривую эадЕржки мед-. . 25 ленных вторичных электронов. Сдвиг спектра в виде кривых задержки отно". сительно начала пилообразного напряжения характеризует потенциал поверхности в точке облучения первичным электронным зондом Г1 3, Для обеспечения работы данного устройства требуется непосредственное участие оператора для оценки сдвига кривых, воспроизводимых на 35 экране осциллографа, т. е. сигнал, непосредстэенно характеризующий потенциал поверхности, отсутствует.

В другом режиме работы устрбйства, используемого при формировании 40 изображения в потенциальном контрасте, на анализирующий электрод йодается постоянный уровень потенциала задержки. В этом случае коллектора достигают только вторичные 45 электроны с энергией, большей потенциала задержки. В зависимости от соотношения потенциалов поверхности образца и анализирующего электрода отсекается большая или меньшая часть вторичных электродов,и, соответственно, изменяется выходной сигнал, про порциональный интегралу от распреде . ления вторичных электронов по энергии в пределах от потенциала задержки до энергии электронов первичного эон" да. Одним из основных недостатков устройства является сильная зависимость сигнала от геометрических (рельеф, микроморфология поверхности} и эмиссионных (химический состав, работа выхода) характеристик образца и тока электронного зонда. .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является .уст-. ройство для измерения потенциала по- 65 верхности в РЭМ, содержащее энергоанализатор, включающий вытягивающий и анализирующий электроды, и сцинтилляционный преобразователь с фотоэлектронным умножителем, соединенным с одним из входов схемы сравнения, выход которой соединен с входом задающего генератора, а выход генерато-. ра электрически соединен с анализирующим электродом (2) .

Недостатком этого устройства является неполная компенсация влияния на измерения отличий физико-химических свойств, микрогеометрии поверхности образца и нестабильности па раметров первичного электронного зонда.

Это обусловлено тем, что потенциал анализирующего электрода должен быть приведен к такому значению, чтобы сигнал с энергоанализатора был пропорционален опорному — с дополнительного детектора. В идеальном случае, когда угловые и энергетические распределения вторично-. электронной эмиссии постоянны вдоль образца,:, потенциал отсечки на анализирующем электроде может характеризовать сдвиг кривой энергетического распределения вторичной эвжссии и собственно потенциал поверхности образца.

В случае.же неоднородных образцов угловые и энергетические распределения вторичной эмиссии меняются вдоль поверхности образца, что приводит к неадекватности-опорного сигнала, достигающей величин порядка десятков процентов. Соответствующая погрешность определения потенциала поверхности образца проявляется на изображениях в потенциальном контрасте, как наложение контраста от рельефа.

Кроме того, отличие эмиссионных характеристик разных образцов, а также некоторый произвол в выборе исходной рабочей точки, зависящий от степени неоднородности образца, ведет к невозможности абсолютных измерений потенциала поверхности (с учетом разности работ выхода образца и управляющей сетки анализатора ).

Цель изобретения - повышение точности измерения потенциала поверхности, указанная цель достигается тем, что устройство для измерения потенциала поверхности в РЭМ, содержащее энергоанализатор,включающий вытяги-., вающий и анализирующий электроды, и сцинтилляционный преобразователь с фотоэлектронным умножителем, соединенным с одним из входов схемы сравнения, выход которой соединен с входом задающего генератора, а

1058006 выход генератора электрически соединен с анализирующим электродом, снабжено селективным усилителем переменного тока с выпрямителем на выходе, делителем напряжения и опорным источником постоянного тока, при этом селективный усилитель с выпрямителем включен между фотоэлектронным умножителем и первым входом схемы сравнения, делитель напряжения включен между выходом фотоэлектронного умножителя и вторым входом схемы сравнения, а третий вход схемы сравнения соединен с опорным источником постоянного тока.

На чертеже изображена схема .устройства.

Сфокусированный электронный зонд 1 направляется отклоняющей сис темой 2 на исследуемый образец 3 через отверстие энергоанализатора, включающего систему последовательно расположенных вытягивающего электрода 4, анализирующего электрода 5 и дополнительного электрода 6. За энергоанализатором размещен сцинтилляциоиный преобразователь 7 с фото": электронным умножцтелем(ФЭУ 18. К выходу ФЭУ подключен селективный усилитель 9 переменного тока и выпрямитель 10. К электронной схеме 11 сравнения подключен выход выпрямителя 10, опорный источник 12 постоянного тока и дополнительный делитель 13 постоянной составляющей сиг" нала, соединенный .своим входом с выходом ФЭУ 8. Выход схемы 11 сравнения соединен с задающим генератором

14, подключенным к анализирующему электроду 5.

Устройство работает следующим образом.

Электронный зонд 1, управляемый отклоняющей системой 2, взаимодействует с заданной точкой поверхности образца 3 ° Генерируемые им вторичные электроны улавливаются вытягивающим полем, создаваемым электродом 4 относительно поверхности образца 3.

Далее вторичные электроны, имеющие энергию большую, чем потенциальный барьер анализирующего электрода 5, ускоряются электродом 6 и достигают. поверхности сцинтилляционного преобразователя 7. При наличии на электроде 5 переменной составляющей потенциала, обеспечиваемой с помощью генератора 14, величина потока электронов на преобразователь также оказывается промодулированной, переменная составляющая сигнала с ФЭУ 8 усиливается селективным усилителем 9 переменного тока и после выпрямпения подается на схему 11 сравнения, на которую в ка".честве опорного сигнала подается также напряжение с источника 12 постоянного тока и постоянная составзадержки на анализирующем электроде

5 в сторону смещения энергии низкоэнергетических электронов так, что глубина модуляции электронного потока и, соответственно, уровень сигнала на выходе выпрямителя 10. восстанавливаются до прежнего заданного значения. Таким образом, напряжение на выходе схемы сравнения автс матически отслеживает смещение начала кривой энергетического распределения вторичных электронов при изменении потенциала поверхности образца в

50 точке зондирования.

Повышение точности измерений в случае неоднородных образцов в предлагаемом устройстве по сравнению с известными определяется тем, ч р переменная составляющая сигнала с преобразователя 7 зависит только от модулируемого начального участка кривой задержки, а зависимость от всей более высокоэнергетичной части электронной эмиссии исключается, тогда как в известном устройстве во всей этой области вариации угловых и энергетических распределений, регистрируемых неэквивалентными датчи65 ками, приводят к значительным погрешляющая.с ФЗУ с определенным коэффициентом, определяемым делителем 13. При неравенстве сигнала с выпрямителя 10 и опорногЬ выходного сигнала схема сравнения регулирует уровень постоян5 ной составляющей потенциала задержки . на электрод 5 таким образом, чтобы восстановилось равенство сравниваемых сигналов.

Перед началом работы устройство измерения настраивается следующим образом. При разорванной обратной связи и потенциале образца 3 и анализирующего электрода 5 равному нулю амплитуда модуляции потенциала на электроде 5 устанавливается такой, чтобы сигнал на выходе -селективного усилителя достаточно превышал уровень шумов. Затем, при замыкании обратной связи, регулируют величину опорного напряжения с источника 12 до установления нулевого сигнала на выходе схемы сравнения.

При изменении потенциала образца, например в сторону, отрицательных значений, кривая распределения истинно вторичных электронов смещается в более высокоэнергетическую область. При этом уменьшается глубина высокочастотной модуляции потока электронов и, соот.— .ветственно, уровень переменной составЗО ляющей сигнала на выходе энергоанализатора. Связанное с этим смещение сигнала на выпрямителе 10 по сравнению с опорным напряжением ведет к появлению на выходе схемы 11 сравнения уп35 равляющего сигнала, который в качестве обратной связи регулирует величину постоянной составляющей потенциала

1.058006

UgblA .

Составитель В. Гаврюшин

Редактор О. Сопко Техред В. далекорей Корректор И Муска

Заказ 9587/54 Тираж 703 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 ностям. При этом повышение точности не связано со снижением соотношения сигнал/шум, а путем выбора сигнала сравнения и амплитуды модуляции может быть проведена оптимизация точности и чувствительности. 5 устройство позволяет получать абсолютные значения потенциала поверхности образца, поскольку определяется сдвиг начала кривой задержки, к которой и производится автоматическая 10 привязка рабочей точки. Изменение же угла наклона начала крнвой энергетического распределения вторичных электронов„ вследствие вариаций величины тока первичного зонда и эмиссионных характеристик объектов и связанное с этим изменение управляемого сигнала на выходе выпрямителя, компенсируется за счет корректировки опорного сигнала, подаваемого на схему сравнения с источника постоянного тока. Корректировка осушествля-. ется путем подачи с дополнительного ,делителя на эту же схему сравнения сигнала, пропорционального постоянной составляющей на выходе энергоанализатора.