Устройство для измерения потенциала поверхности в растровом электронном микроскопе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 1 1 тФ" Ф К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ выхнымпр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 256098 кл. Н 02 3 37/26, 1968.2. Авторское свидетельство СССР В 672670, кл. Н 01 Ю 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,Я 01058 06 А 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 наоде, делителем напряжения и опористочником постоянного тока,и 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 истинновторичных электронов при измерении потенциала эмиттирующей точки, а измерения сводятся к регист рации этого сдвига. Соответствующие устройства содержат ту или иную систему электродов для улавливания и энергетического анализа вторичных электронов, 15Известно устройство для измерения потенциала поверхности в растро" вом электрониом микроскопе РЭИ 1, содержащее 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 ленных вторичных электронов. Сдвиг спектра в виде кривых задержки отно". сительно начала пилообразного напряжения характеризует потенциал поверхности в точке облучения первичным электронным зондом Г 13. Для обеспечения работы данного устройства требуется непосредственное участие оператора для оценки сдвига кривых, воспроизводимых йа 35 экране осциллографа, т. е. сигнал, непосредственно характеризующий потенциал поверхности, отсутствует. В другом режиме работы устрбйства, используемого при формировании 40 изображения в потенциальном контрасте, на анализирующий электрод подаемся постоянный уровень потенциала задержки. В этом случае коллектора достигают только вторичные 45 электроны с энергией, большей потенциала задержки. В зависимости от соотношения потенциаловповерхности образца и анализирующего электрода отсекается большая или меньшая часть вторичных электродов,и, соответственно, изменяется выходной сигнал, про порциональный интегралу от распределения 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,60 работа выхода) характеристик образца и токаэлектронного зонда..Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является .уст-. ройство для измерения потенциала по верхности в РЭМ, содержащее энергоанализатор, включающий вытягивающийи анализирующий электроды, и сцинтилляционный преобразователь с фотоэлектронным умножителем, соединеннымс 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 влиянияна измерения отличий физико-химических свойств, микрогеометрии поверхности образца и нестабильности параметров первичного электронного зонда.Это обусловлено тем, что потенциал анализирующего электрода долженбыть приведен к такому значению,чтобы сигнал с энергоанализаторабыл пропорционален опорному - сдополнительного детектора. В идеальном случае, когда угловые и энергетические распределения вторично-.электронной эмиссии постоянны вдольобразца,; потенциал отсечки на анализирующем электроде может характеризовать сдвиг кривой энергетическогораспределения вторичной эвжссии исобственно потенциал поверхности образца. В случае.же неоднородных образцов угловые и энергетические распределения вторичной эмиссии меняются вдоль поверхности образца, чтоприводит к неадекватности опорногосигнала, достигающей величин порядка десятков процентов, Соответствующая погрешность определения потенциала поверхности образца проявляетсяна изображениях в потенциальном контрасте, как наложение контраста отрельефа,Кроме того, отличие эмиссионныххарактеристик разных образцов, а также некоторый произвол в выборе исходной рабочей точки, зависящий отстепени неоднородности образца,ведет к невозможности абсолютныхизмерений потенциала поверхности(с учетом разности работ выходаобразца и управляющей сетки анализатора ).Цель изобретения - повышение точности измерения потенциала поверх"ности,указанная цель достигается тем,что устройство для измерения потенциала поверхности в РЭМ, содержащееэнергоанализатор,включающий вытяги-вающий и анализирующий электроды, исцинтилляционный преобразовательс фотоэлектронным умножителем, соединенным с одним из входов схемысравнения, выход которой соединенс входом задающего генератора, аляющая.с ФЗУ с определенным коэффициентом, определяемым делителем 13. Принеравенстве сигнала с выпрямителя 10и опорногЬ выходного сигнала схемасравнения регулирует уровень постоян 5 ной составляющей потенциала задержки .на электрод 5 таким образом, чтобывосстановилось равенство сравниваемыхсигналов,Перед началом работы устройство10 измерения настраивается следующимобразом. При разорванной обратнойсвязи и потенциале образца 3 и анализирующего электрода 5 равному нулюамплитуда модуляции потенциала наэлектроде 5 устанавливается такой,чтобы сигнал на выходе селективногоусилителя достаточно превышал уровеньшумов. Затем, при замыкании обратнойсвязи, регулируют величину опорногонапряжения с источника 12 до установления нулевого сигнала на выходесхемы сравнения.При изменении потенциала образца,например в сторону, отрицательных значений, кривая распределения истинновторичных электронов смещается в болеевысокоэнергетическую область. При этомуменьшается глубина высокочастотноймодуляции потока электронов и, соот. -ветственно, уровень переменной состав 30 ляющей сигнала на выходе энергоанализатора. Связанное с этим смещение сигнала на выпрямителе 10 по сравнениюс опорным напряжением ведет к появлению на выходе схемы 11 сравнения уп 35 равляющего сигнала, который в качестве обратной связи регулирует величинупостоянной составляющей потенциала 40 45 50 точке зондирования,Повышение точности измеренийв случае неоднородных образцов впредлагаемом устройстве по сравнениюс известными определяется тем, чрпеременная составляющая сигнала спреобразователя 7 зависит только отмодулируемого начального участкакривой задержки, а зависимость отвсей более высокоэнергетичной части6 О электронной эмиссии исключается,тогда как в известном устройстве вовсей этой области вариации угловыхи энергетических распределений, регистрируемых неэквивалентными датчи 65 ками, приводят к значительным погрешвыход генератора электрически соединен с анализирующим электродом,снабжено селективным усилителемпеременного тока с выпрямителем навыходе, делителем напряжения и опорным источником постоянного тока,при этом селективный усилитель свыпрямителем включенмежду фотоэлектронным умножителем и первымвходом схемы сравнения, делительнапряжения включен между выходомфотоэлектронного умножителя и вторым входом схемы сравнения, а третий вход схемы сравнения соединенс опорным источником постоянноготока.На чертеже изображена схема.устройства,Сфокусированный электронныйзонд 1 направляется отклоняющей сис темой 2 на исследуемый образец 3через отверстие энергоанализатора,включающего систему последовательнорасположенных вытягивающего электро-да 4, анализирующего электрода 5 идополнительного электрода 6, За .энергоанализатором размещен сцинтилляциоиный преобразователь 7 с фото":электронным умножцтелем(ФЭУ 18. К выходу ФЭУ подключен селективныйусилитель 9 переменного тока и выпрямитель 10. К электронной схеме 11сравнения подключен выход выпрями-теля 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 генератором14, подключенным к анализирующемуэлектроду 5.Устройство работает следующимобразом.Электронный зонд 1, управляемыйотклоняющей системой 2, взаимодействует с заданной точкой поверхностиобразца 3Генерируемые им вторичныеэлектроны улавливаются вытягивающимполем, создаваемым электродом 4 относительно поверхности образца 3.Далее вторичные электроны, имеющиеэнергию большую, чем потенциальныйбарьер 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 электроновна преобразователь также оказываетсяпромодулированной, переменная составляющая сигнала с ФЭУ 8 усиливаетсяселективным усилителем 9 переменноготока и после выпрямпения подается насхему 11 сравнения, на которую в ка"честве опорного сигнала подаетсятакже напряжение с источника 12 постоянного тока и постоянная составзадержки на анализирующем электроде5 в сторону смещения энергии низкоэнергетических электронов так, чтоглубина модуляции электронного потока и, соответственно, уровень сигнала на выходе выпрямителя 10. восстанавливаются до прежнего заданногозначения. Таким образом, напряжениена выходе схемы сравнения автматически отслеживает смещение началакривой энергетического распределениявторичных электронов при изменениипотенциала поверхности образца в1.058006 Составитель В. ГаврюшинРедактор 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, 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, 5устройство 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 управляемогосигнала на выходе выпрямителя, компенсируется за счет корректировкиопорного сигнала, подаваемого насхему сравнения с источника постоянного тока. Корректировка осушествля-.ется путем подачи с дополнительного,делителя на эту же схему сравнениясигнала, пропорционального постоянной составляющей на выходе энергоанализатора.