Устройство для измерения потенциала поверхности в растровом электронном микроскопе Советский патент 1986 года по МПК H01J37/26 

системы автоматического регулирования, состоящих из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 11, цифрового процессора 12 и цифроаналогового преобразователя 13 позволяет устройству измерять абсолютные значения потенциала поверхности образца, поскольку определяется сдвиг координаты начала кривой задержки, к которому и произво18 дится 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. Погрещность при измерении потенциала поверхности не превьшает единиц процентов. 1 ил.

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

Изобретение относится к растровой эле|стронной 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, анализирующий электрод 5 и дополнительньш электрод 6. За дополнительным электродом 6 размещен сцинтилляционный преобразователь 7 с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 8. К выходу ФЭУ подключены последовательно соединенные селективный 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 вьтолнено на базе серийного растрового электронного микроскопа типа МРЭМ-100, ; АЦП 11 и 18 - типа Ф7077, цифровой процессор 12 - типа Электроника К1-30, ЦДЛ 13 - типа Ф4241.

Устройство работает следующим образом.

Электронный зонд, управляемый отклоняющей системой 2, взаимодействует с заданной точкой поверхности образца. Генерируемые вторичные электроны улавливаются полем, создаваемым вытягивающим электродом 4. Далее вторичные электроны, имеющие энергию большую, чем потенциальный барьер

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

также оказывается промодулированной. Переменная составляющая сигнала с ФЭУ 8 усиливается селективным усилителем 9 переменного тока, выпрямляется вьшрямителем 10 и после преобразования в код АЦП 11 подается в цифровой, процессор 12, в памяти которого содержится также ее опорное кодовое значение. При неравенстве этих кодов цифровой процессор I2 с помощью ЦАП 13, схемы 14 сравнения задающего генератора 16 регулирует уровень постоянной составляющей напряжения задержки на электроде 5 таким образом, чтобы восстановилось равенСТВО сравниваемых кодов. В момент сравнения наступает установившийся

режим работы системы автоматического регулирования. Величина постоянной составляющей на выходе схемы 14 сравнения в установившемся режиме равна измеряемому потенциалу поверхности 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 ка устанавливает на электроде 5 нулевое значение постоянной составляющей напряжения задержки, а амплитуда переменной составляющей (модуляции) устанавливается такой, чтобы сигнал на выходе селективного усилителя 9 надежно превышал уровень шумов. Далее устройство работает в рефлекторном режиме, т,е, с замкнутой цепью обратной связи.

При изменении потенциала образца, например, в сторону отрицательных значений энергетический спектр вторичных электронов смещается в область более высоких энергий. При это уменьшается глубина высокочастотной модуляции потока эл-ектронов и, соответственно, уровень переменной составляющей сигнала на выходе энергоанализатора. Связанное с этим уменьшение числового значения кода АЦП 11 по сравнению с опорным ведет в результате работы цифрового процессора i.: к появлению на выходе ЦАП 13 управляющего сигнала обратной связи, который с помощью схемы 14 сравнения изменяет величину постоянной составляющей напряжения задержки на анализирующем электроде 5, смещая энергию проходящих через энергоанализатор 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 выходе схемы 14 сравнения автоматически отслеживает смещение начала кривой энергетического распределения вторичных электронов при изменении потенциала поверхности образца в точке зондирования.

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 нанего переменным напряжением модуляции от задающего генератора. При такой анализирующего напряжения амплитуда переменного напряжения на выходе ФЭУ 8 и селективного усилителя 9 будет содержать слагаемую, пропорциональную интегрально функции распределения вторичных электронов по энергиям, АЦП 11 преобразует в цифровой код выпрямленное значение амплитуды с выхода выпрямителя О 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 статистическая гипотеза о равенстве распределений вторичных электронов по энергиям отвергается, то в этом случае необходимо менять электрические режимы или параметру измерителя, например, изменять потенциал вытягивающего электрода 4, варьировать расстояние между образцом и вытягивающим электродом 4, менять шаг сетки анализирующего электрода 5 и т.д. для получения требуемой передаточной характеристики энергоанализатора Устройство позволяет измерять абсолютные значения потенциала поверхности образца, поскольку определяетс сдвиг координаты начала кривой задержки, к которому и производится автоматическая привязка рабочей точки. Изменение же угла наклона кривой энергетического распределения вторич ных 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 АИД, 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 включенньгми селективным усилителем переменного тока и выпрямителем, а также с делителем напряжения, вьтолненным с промежуточным отводом и соединенным с одним из входов схемы сравнения и нулевой щиной опорного источника постоянного тока, другой полюс которого соединен с вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом задающего генератора, а выход задающего генератора соединен с анализирующим электродом, отличающееся тем что, с целью повьшения точности измерений, оно снабжено последовательно соединенными первым аналого-цифровым преобразователем, цифровым процессором и цифроаналоговым преобразователем, 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.