Устройство для измерения потенциала поверхности в растровом электронном микроскопе Советский патент 1983 года по МПК H01J37/26 

ел

сю

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.

о

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 истинновторичных электронов при измерении потенциала эмиттирующей точки, а измерения сводятся к регист рации этого сдвига. Соответствукадие устройства содержат ту или иную систему электродов для улавливания и энергетического анализа вторичных электронов.. Известно устройство для измерения потенциала поверхности в растре вом электронном микроскопе РЭМ ), со держащее энергоанализатор с вытяги- вающим и анализирующим электродами, На после дний из которых подается потенциал от генератора пилообразного напряжения задержки Сигнал с энергоанализатора в этом случае пред ставляет собой кривую задержки медленных вторичных электронов. Сдвиг спектра в виде кривых задержки отиосительно начала пилообразного напряжения характеризует потенциал повер хности в точке облучения первичным электронньам зондом Cl3« Для обеспечения работы данного устройства требуется непосредственное участие оператора для оценки сдвига кривых, воспроизводимых на экране осциллографа, т. е. сигнал, непосредственно характеризующий потенциал поверхности, отсутствует. В другом режиме работы устрвйства, используемого при формировании изображения в потенциальном койтрас те, на анализирукйций электрод йодается постоянный уррвень потенциала задержки. В этом случае коллектора достигают только вторичные электроны с энергией, большей потен циала задержки, В зависимости от соотношения потенциалов поверхности образца и анализирующего электрода отсекается большая или меньшая част вторичных электродов и, соответстве но, изменяется выходной сигнеш, про порциональный интегралу от распреде ления вторичных электронов по энерг в пределах от потенциала з ержки до энергии электронов первичного эо да. Одним иэ основных недостатков устройства является сильная зависимость сигнала от геометрических (рельеф, микроморфология поверхност и эмиссионных (химический состав, работа выхода) характеристик образца и тока электронного зонда. Наиболее близким к предлагаемому по технической CSTUHOCTH является ус ройство для измерения потенцигша по 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 генератора электрически соединен с анализирующим электродом 2j . Недостатком этого устройства является неполная компенсация влияния на измерения отличий физико-химических свойств, микрогеометрин поверхности образца и нестабильности параметров первичного электронного зонда. Это обусловлено тем, что потенциал анализируквдего 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 ектронйой эмиссий постоянны вдоль образца,; потенциал отсечки на анализирунйцем электроде может характеризовать сдвиг кривой энергетического распределения вторичной эндассии и Ьобственно потенциал поверхности образца. В случае же неоднородных образцов угловые и энергетические распределения вторичной эмиссии меняются вдоль поверхности образца, что приводит к неадекватности опорного сигнала, достиггиощей величин порядка десятков процентов. Соответствующая погрешность определения потенциала поверхности образца проявляется на изобргикениях 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 вытягиг вакщий 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 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 системой 2 на исследуемый образец 3 через отверстие энергоанализатора, включающего систему последовательно расположенных вытягиваквдего электрода 4 , анализирующего электрода 5 и дополнительного электрода 6. За . энергоаналиэатором размещен сцинтилляционный преобразователь 7 с фото электронным умножителем(. К выходу ФЭУ подключен селективный усилитель 9 переменного тока и выпрямитель 10. К электронной схеме 11 сравнения выход выпрямителя 10, опорный источник 12 постоянного тока и дополнительный делитель 13 постоянной составлякнцей сигнала, 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 вытягивакяцим полем, создаваемым электродом 4 относительно поверхности образца 3. Далее вторичные электроны, имекхцие энергию большую, чем потенциальный барьер анализирующего электрода 5, ускоряются электродом 6 и достигают поверхности сцинтилляционного преобрйзователя 7. При наличии на электроде 5 переменной составляющей потенциала, обеспечиваемой с помощью генератора 14, величина потока электроно на преобразователь также оказывается промодулированной, переменная составляющая сигнала с ФЭУ 8 усиливается селективным усилителем 9 переменного тока и после выпрямления подается н схему 11 сравнения, на которую в качестве опорного сигнала подается также напряжение с источника 12 постоянного тока и постоянная составляющая с ФЭУ с определенным коэффициентом, определяемым делителем 13. При неравенстве сигнала с выпрямителя 10 и опорногЬ выходного сигнала схема сравнения регулирует уровень постоянной 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 анализирукндего 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 боле высокоэнергетическую область. При это уменьшается глубина высокочастотной модуляции потока электронов и, соответственно, уровень переменной составляющей сигнала на выходе энергоаналиэатора. Связанное с этим смещение сигнала на выпрямителе 10 по сравнению с опорным напряжением ведет к появлению на выходе схемы 11 сравнения управляющего сигнала, который в качестве обратной связи регулирует величину постоянной составлякяцей потенциала

.задержки на анализирующем электроде 5 в сторону смещения энергии низкоэнергетических эле:ктронов 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 авто1матически отслеживает смещение начала кривой энергетического распределения вторичных электронов при изменении потенциала поверхности образца в точке зондирования.

Повышение точности измерений в случае неоднородных образцов в предлагаемом устройстве по сравнению с известными определяется тем, Ч1;;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, регистрируеьйвс неэквивалентными датчикг1ми, приводят к значительным погреш