Методика работы с NtegraSpectra, страница 3

При продолжительном сканировании острие зонда затупляется (рисунок Б.13) или к нему могут прилипать частицы сканируемого вещества, что еще больше размывает получаемое изображение.

Рисунок Б.13 — Изменение траектории зонда при его изнашивании

1. Описание зондовой нанолаборатории Ntegra Spectra

ЗНЛ ИНТЕГРА Спектра в конфигурации с оптикой высокого разрешения позволяет в процессе сканирования проводить наблюдение участка образца непосредственно под зондом с разрешением 0.4 мкм. Оптическая измерительная головка обеспечивает получение оптического изображения высокого разрешения (0.4 мкм) поверхности исследуемого объекта, в том числе, и непосредственно под острием зонда, облучение поверхности светом видимого диапазона ( с размером светового пятна до 0.4 мкм) и сбор светового излучения образца из-под острия зонда. Кроме того, в сочетании со спектрометром прибор может функционировать как Конфокальный Рамановский микроскоп.

Большое значение числовой апертуры использованного объектива (NA=0.7) обеспечивает возможность возбуждения светом поверхности образца под значительными углами падения. Это дает возможность пользователю сформировать под острием зонда световое пятно, обладающее значительной компонентой электрического поля, направленной нормально к поверхности. Такое поле оптимально для организации усиленных острием зонда оптических эффектов, таких как Зондово-Усиленной Рамановской Спектроскопии.

Основные технические характеристики и требования указаны в таблице Б.2.

Таблица Б.2 — Основные технические характеристики и требования

Диапазон измерений линейных размеров в плоскости ХУ не менее	90 мкм
Диапазон измерений линейных размеров по оси Z не менее	10 мкм
Относительная погрешность измерений линейных размеров в пл-ти ХУ не более	1%
Относительная погрешность измерений линейных размеров по оси Z не более	5%
Разрешение в плоскости ХУ не более	0.15 нм
Реально-контролируемое разрешение в пл-ти ХУ не более	0.24 нм
Разрешение по оси Z не более	0.1 нм
Нелинейность сканирования в пл-ти ХУ не более	1%
Неортогональность сканера по оси Z не более	5 градусов
Неортогональность сканера в пл-ти ХУ не более	2 градусов
Неплоскостность сканирования в пл-ти ХУ не более	400 нм
Дрейф в пл-ти ХУ не более	2 Å/с
Дрейф по оси Z не более	1,5 Å/с
Мах число точек сканирования по Х и У	4000х4000
Размеры исследуемых образцов (диаметр х толщина) не более	100х20 мм

1. Устройство Ntegra Spectra

Исследовательский комплекс ИНТЕГРА (рисунок Б.14) включает следующие основные системы и блоки:

• базовый блок;

• измерительный блок:

  1. измерительная головка;

  2. сменное основание;

  3. сканер;

  4. термостолик;

  5. жидкостные ячейки;

• система видеонаблюдения;

• система виброизоляции;

• система управления:

  1. СЗМ контроллер;

  2. термоконтроллер;

  3. компьютер с интерфейсной платой;

Рисунок Б.14 — Зондовая НаноЛаборатория Ntegra Spectra

Рисунок Б.15 — Схематичное изображение основных систем и блоков Ntegra Spectra (1 – базовый блок; 2 – измерительная головка; 3 – система виброизоляции; 4 – система видеонаблюдения; 5 – система управления)

1. Проведение измерений полуконтактным методом.

• Включаем пилот, блок питания, системные контроллеры, компьютер;

• устанавливаем пьезостолик, отжимая держатели и центрируя столик, как показано на рисунке Б.16;

Рисунок Б.16 — Установка и центрирование пьезостолика

• опускаем предметный столик вниз механическим способом;

• устанавливаем образец на предметный столик (рисунок Б.17), с помощью бумажной полоски помечаем место позиционирования кантилевера;

Рисунок Б.17 — Закрепление образца на предметном столике.

• устанавливаем измерительную голову (рисунок Б.18);

Рисунок Б.18 — Установка измерительной головы.

• запускаем программу NOVA;

• после загрузки программы переключаем прибор для работы полуконтактным методом, выбрав SemiContact в списке выбора конфигурации контроллера (Рисунок Б.19) на панели основных параметров;

Рисунок Б.19 — Выбор конфигурации.

При выборе конфигурации SemiContact автоматически будут выполнены все переключения в контроллере, необходимые для работы полуконтактным методом.

• настраиваем фокус на кантилевере, параметры Aiming сводим в 0.0 (DFL (0.0) и LF(0.0)) (рисунок Б.20);

Рисунок Б.20 — Настройка фокуса и параметров Aiming.

• устанавливаем рабочую частоту пьезодрайвера (рисунок Б.21);

Для этого следует перейти на вкладку Resonance.

Задать диапазон, в котором будет измеряться частотная зависимость амплитуды колебаний кантилевера (поля ввода From, To).

Рисунок Б.21 — Панель управления вкладки Resonance.

• запускаем процедуру автоматического поиска резонансной частоты, щелкнув по кнопке Run (рисунок Б.22);

Рисунок Б.22 — Резонансная кривая.

• устанавливаем начальный уровень сигнала Mag;

Начальный уровень сигнала Mag рекомендуется установить в интервале 20÷25 единиц.

• подводим образец к зонду;

Для этого надо перейди на вкладку Approach (рисунок Б.23).

Рисунок Б.23 — Панель основных операций.

Включить режим автоматической установки параметра SetPoint и запустить процедуру подвода, щелкнув по кнопке Landing (рисунок Б.24).

Рисунок Б.24 — Панель управления вкладки Approach

Через 10÷30 секунд, при правильной настройке параметров подвода, подвод

закончится и произойдет следующее (рисунок Б.25):

Рисунок Б.25 — Процесс подвода

1 – индикатор выдвижения сканера; 2 – журнал.

1. сигнал Mag уменьшится до значения параметра Set Point, цепь обратной связи будет поддерживать Z-сканер в положении, при котором сигнал Mag равен Set Point, причем это положение сканера будет соответствовать примерно половине диапазона выдвижения сканера;

2. длина линии индикатора уменьшится и займет некоторое промежуточное положение (поз. 1 на рисунке Б.25);

3. шаговый двигатель отключится;

4. в журнале появится сообщение «Approach Done.» (поз. 2 на рисунке Б.25);

• устанавливаем параметры сканирования;

Для этого следует:

1. перейти на вкладку Scan (рисунок Б.26);

Рисунок Б.26 — Панель основных параметров.

В верхней части вкладки Scan находится панель управления сканированием (рисунок Б.27).

Рисунок Б.27 — Панель управления вкладки Scan.

1. установить скорость сканирования (параметр Frequency) в пределах 0.5÷2 Гц;

1. выбрать область сканирования и установить ее размер (параметр Scan Size);

2. выбрать направление сканирования (параметр Direction);

• запускаем сканирование, щелкнув по кнопке Run (рисунок Б.28);

Рисунок Б.28 — Панель управления вкладки Scan.

В результате щелчка на кнопке Run:

1. начнется построчное сканирование поверхности образца и в области отображения 2D-данных сканирования, строчка за строчкой, начнет появляться изображение сканируемой поверхности (рисунок Б.29);

Рисунок Б.29 — Изображение рельефа поверхности.

1. на панели отображения 1D-данных при сканировании будет построчно отображаться измеряемый сигнал (рисунок Б.30);

Рисунок Б.30 — Сигнал Height.

1. на панели управления вкладки Scan некоторые кнопки исчезнут, и появится ряд новых кнопок: Pause, Restart, Stop (рисунок Б.31).

Рисунок Б.31 — Панель управления вкладки Scan во время сканирования.

Если по какой-либо причине необходимо прекратить сканирование, достаточно щелкнуть на кнопке Stop или нажать клавишу <Esc>.

• завершаем измерение:

1. размыкаем цепь обратной связи (кнопка не нажата);

2. отводим образец от зонда;

• после завершения измерений сохраняем полученные данные;

• выходим из программы NOVA ;

• выключаем прибор.

1. Проведение измерений калибровочной решетки TGZ3 и обработка полученных данных.

На зондовой лаборатории NtegraSpectra было проведено сканирование тестовой калибровочной решетки TGZ3 фирмы NT-MDT зондом NSG01 этой же фирмы.

Заявленные данные от производителя (рисунок Б.32):

Рисунок Б.32 — Характеристики калибровочной решетки TGZ3.

Для обработки полученных данных была использована программа Gwyddion.

Были получены следующие данные (рисунок Б.33).

Рисунок Б.33 — Обработанный скан калибровочной решетки и профиль по сечению «1».

Период решетки, как и заявлено, 3мкм.

Заданная высота = (660 ± 4)нм.

По данным программы Gwyddion высота равна ~ 670нм.

Полученные результаты отличаются от допустимых на 6 нм, что составляет 1% от максимальной высоты. Это дает основание считать данный прибор достаточно точным для измерения подобных величин.

1. Проведение измерений образца Si и обработка полученных данных

Методы СЗМ могут использоваться для уточнения определения скорости травления и профиля поверхности внутри кратера травления.

На зондовой нанолаборатории Ntegra Spectra был исследован образец с покрытием DLC на подложке из Si с кратером травления в свободной от покрытия области (рисунок Б.34, Б.35).

Рисунок Б.34 – Изображение кратера травления

На рисунке Б.35 показан профиль границы кратера травления.

Рисунок Б.35 – Профиль границы области травления

Согласно данным, полученным с помощью зондового микроскопа, глубина кратера травления составляет 7,2 нм.

С помощью этих данных можно сделать вывод о скорости травления кремния.