SU1274028A1 - Устройство дл измерени потенциала поверхности в растровом электронном микроскопе - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к растровой электронной микроскопии. Цель изобретени  - повышение точности измерени  потенциала поверхности. Устройство включает энерг.оанализатор в составе выт гивающего и анализирующего электродов 5, сцинтилл цибнный преобразователь 7 с фотоэлектронным умножителем 8, схему 14 сравнени  и задающий генератор 16, селективный усилитель -9 переменного тока с вьшр мителем 10 на выходе, делитель 17 напр жени  и опорный источник 15 посто нного.тока. Введение звеньев СЛ

Description

системы автоматического регулировани , состо щих из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразовател  11, цифрового процессора 12 и цифроаналогового преобразовател  13 позвол ет устройству измер ть абсолютные значени  потенциала поверхности образца, поскольку определ етс  сдвиг координаты начала кривой задержки, к которому и произво1 8 дитс  автоматическа  прив зка рабочей точки. Изменение угла наклона кривой энергетического распределени  вторичных электронов и св занное с этим изменение управл ющего сигнала реле выхода выпр мител  10 компенсируетс  корректировкой опорного сигнала. Погрещность при измерении потенциала поверхности не превьшает единиц процентов. 1 ил.

Изобретение относитс  к растровой эле|стронной микроскопии и предназначено дл  измерени  микропотенциалов на поверхности изделий электронной техники.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  потенциала поверхности за счет уменьшени  случайной и инструментальной погрешности.

На чертеже изображена схема устройства .

В растровом электронном микроскопе система формировани  и управлени  электронным зондом 1 содержит отклон ющую систему 2. Ось зонда проходит через отверстие в энергоанализаторе и пересекает плоскость объектодержател  3. Энергоанализатор включает выт гивающий электрод 4, анализирующий электрод 5 и дополнительньш электрод 6. За дополнительным электродом 6 размещен сцинтилл ционный преобразователь 7 с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 8. К выходу ФЭУ подключены последовательно соединенные селективный усилитель 9 переменного тока , выпр митель 10, первый аналогово-цифровой преобразователь(АЦП) 11, цифровой процессор 12 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13. К электронной схеме 14 сравнени  подключен выход ЦАП 13 и опорный источник 15 посто нного тока. Выход схемы 14 сравнени  соединен с задающим генератором 16, подключенным к анализирующему электроду 5. К промежуточному отводу делител  17 напр жени  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, управл емый отклон ющей системой 2, взаимодействует с заданной точкой поверхности образца . Генерируемые вторичные электроны улавливаютс  полем, создаваемым выт гивающим электродом 4. Далее вторичные электроны, имеющие энергию большую, чем потенциальный барьер

анализирующего электрода 5, ускор ютс  дополнительным электродом 6 и достигают поверхности сцинтилл ционного преобразовател  7. При наличии на анализирующем электроде 5 переменной составл ющей напр жени , обеспечиваемой с помощью цифрового процессора 12, ЦАП 13, схемы 14 сравнени  и задающего генератора 16, величина потока электронов на преобразователь

также оказываетс  промодулированной. Переменна  составл юща  сигнала с ФЭУ 8 усиливаетс  селективным усилителем 9 переменного тока, выпр мл етс  вьшр мителем 10 и после преобразовани  в код АЦП 11 подаетс  в цифровой , процессор 12, в пам ти которого содержитс  также ее опорное кодовое значение. При неравенстве этих кодов цифровой процессор I2 с помощью ЦАП 13, схемы 14 сравнени  задающего генератора 16 регулирует уровень посто нной составл ющей напр жени  задержки на электроде 5 таким образом, чтобы восстановилось равенСТВО сравниваемых кодов. В момент сравнени  наступает установившийс 

режим работы системы автоматического регулировани . Величина посто нной составл ющей на выходе схемы 14 сравнени  в установившемс  режиме равна измер емому потенциалу поверхности исследуемого образца.

Перед началом работы устройство измерени  настраиваетс  следующим образом, В безрефлексном режиме, когда не осуществл етс  регулирование процесса измерений по цепи обратной св зи, при потенциале поверхности образца, равном нулю, цифровой процессор 12 с помощью ЦАП 13, схемы 14 опорного источника 15 посто нного то ка устанавливает на электроде 5 нулевое значение посто нной составл ющей напр жени  задержки, а амплитуда переменной составл ющей (модул ции ) устанавливаетс  такой, чтобы сигнал на выходе селективного усилител  9 надежно превышал уровень шумов . Далее устройство работает в рефлекторном режиме, т,е, с замкнутой цепью обратной св зи.

При изменении потенциала образца, например, в сторону отрицательных значений энергетический спектр вторичных электронов смещаетс  в область более высоких энергий. При это уменьшаетс  глубина высокочастотной модул ции потока эл-ектронов и, соответственно , уровень переменной составл ющей сигнала на выходе энергоанализатора . Св занное с этим уменьшение числового значени  кода АЦП 11 по сравнению с опорным ведет в результате работы цифрового процессора i.: к по влению на выходе ЦАП 13 управл ющего сигнала обратной св зи, который с помощью схемы 14 сравнени  измен ет величину посто нной составл ющей напр жени  задержки на анализирующем электроде 5, смеща  энергию проход щих через энергоанализатор вторичных электронов так, что глубина модул ции электронного потока и, соответственно, числовое значение цифрового кода на выходе АЦП 11 увеличиваютс  и восстанавливаютс  до прежнего заданного значени . Таким образом, напр жение на выходе схемы 14 сравнени  автоматически отслеживает смещение начала кривой энергетического распределени  вторичных электронов при изменении потенциала поверхности образца в точке зондировани .

В результате осуществл етс  корректировка нестабильностей, вызванных суммарным действием температурного и временного дрейфа напр жени  опорного источника, нул  селективного усилител , выпр мител , схемы сравнени , погрешност ми коэффициента усилени  селективного.усилител , коэффициентов передачи выпр мител  и схемы сравнени , частоты настройки селективного усилител , частоты и амплитуды задающего генератора, обусловленными изменени ми параметров внешней среды и температуры.

Устройство позвол ет также устранить (уменьшить) инструментальную погрешность измерений. Это обеспечиваетс  введением режима автоматической проверки соответстви  формы регистрируемого энергоанализатором спектра вторичных электронов эмиттированному спектру. Дл  определени  формы спектра отобранных энергоанализатором вторичных электронов в выбранной точке образца в безрефлексном режиме автоматической проверки цифровой процессор 12 с помощью ЦАП 13 схемы 14 сравнени  и задающего генератора 16 выдает на анализирующий электрод 5 ступенчато, возрастающее напр жение анализа с наложенным нанего переменным напр жением модул ции от задающего генератора . При такой анализирующего напр жени  амплитуда переменного напр жени  на выходе ФЭУ 8 и селективного усилител  9 будет содержать слагаемую , пропорциональную интегрально функции распределени  вторичных электронов по энерги м, АЦП 11 преобразует в цифровой код выпр мленное значение амплитуды с выхода выпр мител  О и вводит в цифровой процессор 12, который вычисл ет по полученным экспериментальным данным интегральную функцию распределени  вторичных электронов по энерги м и выполн ет проверку статистической гипо тезы о равенстве формы зарегистрированного спектра эмиттированному спектру по тому или иному критерию проверки статистических гипотез.

Если на основании проверки статистическа  гипотеза о равенстве распределений вторичных электронов по энерги м отвергаетс , то в этом случае необходимо мен ть электрические режимы или параметру измерител , например , измен ть потенциал выт гивающего электрода 4, варьировать рассто ние между образцом и выт гивающим электродом 4, мен ть шаг сетки анализирующего электрода 5 и т.д. дл  получени  требуемой передаточной характеристики энергоанализатора Устройство позвол ет измер ть абсолютные значени  потенциала поверхности образца, поскольку определ етс сдвиг координаты начала кривой задержки , к которому и производитс  автоматическа  прив зка рабочей точки . Изменение же угла наклона кривой энергетического распределени  вторич ных электронов вследствие вариации величины тока первичного зонда и эмиссионных характеристик объектов и св занное с этим изменение управл ющего сигнала на выходе выпр мител  компенсируетс  за счет корректировки опорного сигнала, подаваемого на схему сравнени  с источника посто нного тока. Корректировка осуществл етс  путем подачи с дополнительного делител  на эту же схему сравнени  сигнала, пропорционального посто нной составл ющей на выходе энергоанализатора, с помощью второго АИД, 18, процессора 12 и ЦАП 13.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  потенциала поверхности в растровом, электронном микроскопе, содержащее энергоанализатор , включающий выт гивающий и анализирующий электроды и сцинтилл ционный преобразователь с фотоэлектронным умножителем, выход которого соединен с последовательно включенньгми селективным усилителем переменного тока и выпр мителем, а также с делителем напр жени , вьтолненным с промежуточным отводом и соединенным с одним из входов схемы сравнени  и нулевой щиной опорного источника посто нного тока, другой полюс которого соединен с вторым входом схемы сравнени , выход которой соединен с входом задающего генератора , а выход задающего генератора соединен с анализирующим электродом , отличающеес  тем что, с целью повьшени  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 делител  напр жени , а выход с цифровым процессором, при этом вход первого аналого-цифрового преобразовател  соединен с выходом выпр мител , а выход цифроаналогового преобразовател  соединен с третьим входом схемы сравнени .