Сергеев А.Г. - Введение в нанометрологию (1027508), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В этом случае используют формулу (3.42). При больших диаметрах надо применять выражения(3.41) и (3.42).В диапазоне 1 мкм > b p ,t , u p ,t > 100 нм пренебрегать значениями Δd илинельзя ни при каких диаметрах зондов и необходимо пользоваться выражениями (3.41) и (3.42). В этом случае вклад погрешности измерениядиаметра зонда в полную погрешность определения линейных размеровэлементов рельефных структур может достигать 80 %.При размерах элементов микроструктур b p ,t , u p ,t < 100 нм вкладом поΔMгрешности увеличения при калибровке в (3.41) и (3.42) можно пренебречь.Тогда получим Δb p ,t = Δu p ,t = Δd .152Это означает, что погрешность измерения линейных размеров элементов рельефных структур в нанометровом (меньше 100 нм) диапазонеполностью определяется погрешностью измерения диаметра электронногозонда РЭМ.
Кроме того, использование микроскопа для измерения размеров элементов микроструктур в диапазонах больше 1 мкм возможно придиаметрах зондов до 100 – 200 нм, в то время как в диапазоне меньше100 нм требуются зонды диаметрами 30 нм и менее. Такие размеры зондовв настоящее время имеются только у новых микроскопов. После 3-5 летинтенсивной эксплуатации (например, в промышленности) размеры зондоввырастают до 50 нм и более. В этом случае РЭМ уже не обеспечивает возможность измерения линейных размеров в нанометровой области.
Поэтому необходима разработка новых микроскопов с меньшими размерамизондов. Причем на этих микроскопах должна быть решена задача автоматической фокусировки, т.е. поддержания размера зонда с погрешностьюменее 1 нм при изменении параметров РЭМ в широком диапазоне.Отметим одну особенность измерения линейных размеров элементовмикроструктур с использованием выражений (3.8) и (3.9). В этом случаедиаметр зонда не оказывает влияния на измерение размеров средних линийтрапециевидных выступов l p и канавок lt (при выполнении условий)d > s = h tgϕ ;b p ,t , u p ,t >> d .Погрешность же измерения средней линии элемента структуры определяется в основном погрешностью увеличения(3.44)Δ l p , t / l p ,t = Δ M / M .При малых размерах зондов d << l p ,t выражение (3.44) справедливо.Однако выгоды это свойство не приносит, так как в технологиях микро- инаноэлектроники необходимо знать линейные размеры микро- и наноструктур на уровнях верха и особенно низа выступов и канавок, а такие размеры можно определить только зная диаметр зонда.Таким образом, точное знание размера зонда гарантирует возможность измерений на РЭМ линейных размеров прямоугольных и трапециевидных структур в широком диапазоне значений, вплоть до десятков нанометров.
Причем погрешность таких измерений в большей степени определяется погрешностью измерения размера электронного зонда этого микроскопа. Поэтому настоятельной потребностью современных микро- и нанотехнологий являются РЭМ с зондами диаметрами менее 20 нм.1533.4. Погрешности измерения длины волны и частоты лазераПовышение точности эталонных и образцовых средств измерений иповышение точности передачи размеров единиц в низшие звенья поверочной схемы являются основными задачами метрологии.Наиболее распространенными видами измерений с использованиемчастотно-стабилизированных лазеров являются измерения длин волн, линейных размеров, перемещений. Измерения длин волн лазеров рабочимэталоном единицы длины для спектроскопии осуществляют в диапазонеспектра 0,4 – 3,39 мкм и получают точность определения в несколько нанометров.В работе [18] предложен метод измерения длин волн лазера с использованием в качестве образцового средства измерения нестабилизированного по частоте гелий-неонового лазера с йодной ячейкой поглощения.Этот метод является модификацией известного метода гетеродинирования,в котором сигнал биений разностной частоты двух генераторов измеряетсячастотомером или измерительным приемником.
В данном случае сигналбиений отображается фотографически, а затем обрабатывается.Рис. 3.8. Схема измерения длины волны лазераСхема измерений представлена на рис. 3.8, где 1 – блок питания; 2 –блок сканирования; 3 – фотоприемное устройство; 4 – осциллограф.Поверяемым лазером был лазер ЛГ-77, стабилизированный по частоте. Оба лазера работают на длине волны 0,63 мкм.Наличие ряда резонансных пиков в зависимости выходной мощностиот частоты в He – Ne / I2 -лазере, значения длин волн которых известны додевятого-десятого знаков, позволяет использовать их в качестве реперовпри определении неизвестной длины волны.154Резонансные пики контрастностью 3 – 5 % возникают при нагревейодных паров в ячейке поглощения лазера до температуры 120 – 150°С.При сканировании частоты излучения He – Ne / I2 – лазера по контуру линии усиления на экране осциллографа наблюдается сигнал биений разностной частоты образцового и поверяемого лазеров и резонансные пики образцового лазера.
Так как поверяемый лазер стабилизируется по частоте,то местоположение сигнала биений указывает на местоположение частоты(длины волны) поверяемого лазера.За реперы взята группа пиков d, e, f, g, идентификация которых сделана ранее. На рис. 3.9, воспроизводящем осциллограмму, показано расположение резонансных пиков и сигнала биений разностнойчастоты двух лазеров.
Согласно рис. 3.9, неизвестная длина волны, соответствующая положению сигнала биений, может быть выраженачерез известные (пики) как λч = λ0 (1 − λ0 Δv / с ) , где Рис. 3.9. Осциллограммарезонансных пиков и бие-λ 0 - длина волны соответствующего пика; Δv − нийчастотное расстояние между сигналом биений ипиком; c − скорость света.Отснятые на фотопленку осциллограммы проецируются на экран ина их увеличенном изображении измеряют линейные расстояния от вершин пиков до биений. Исходя из значения c / 2 L = 150 МГц , где L = 1 м - длинарезонатора образцового лазера, линейные интервалы пересчитывают в значения частоты.Один из методов, позволяющих измерять с высокой точностью длины волн лазеров инфракрасного диапазона, состоит в преобразовании ихизлучения в видимый диапазон спектра и в измерении длины волны преобразованного и вспомогательного излучения [19]. Преобразование осуществляется при взаимодействии сигнальной волны с частотой f 0 и накачивающей с частотой f N .
При этом возникает излучение на комбинационныхчастотах f s = f N ± f c . В последующем используют выражение для разностной частотыfs = f N − fc .(3.45)Пусть имеется стабильный лазер видимого диапазона с хорошо известной длиной волны λ 0 , который назовем опорным. Можно записать155(3.46)f N = f 0 + Δv,где f 0 − частота опорного лазера; Δv - текущая разность частот между накачивающим и опорным лазерами.Тогда(3.47)f s = f 0 + Δv − f c .Переходя в (3.47) к длинам волн, получимcλs=cλ0+ Δv −cλcили1λc=1λ0+Δv 1− .c λc(3.48)При измерении длин волн с помощью перестраиваемого многолучевого интерферометра его настраивают по излучению опорного лазера таким образом, чтобы выполнялось условиеm0λ02= L.(3.49)Одновременно перестраивают лазер накачки, а соответственно и егочастоту так, чтобы выполнялось условиеmsλs2= L.(3.50)В (3.49) и (3.50) m0 и ms − некоторые целые числа.Измерим получившуюся при этом величину Δv .Если известно λ 0 и Δv , то, используя (3.48)-(3.50), определимλc =λ0m λ Δv1− s + 0m0c.(3.51)Бывают случаи, когда невозможно изменить частоту i x или сравнитьf N с f 0 .
Например, если необходимо получить очень большие уровни на-качки, то приходится мириться с многомодовым характером излучения. Втакой ситуации необходимо при выбранной методике измерений менятьчастоту f c .Пусть f c = f сл − Δf ,где f сл − частота стабильного лазера инфракрасного (ИК) диапазона.Тогда аналогично (3.47)f s = f N − f сл + Δf .156(3.52)Проводя вычисления и подстановки аналогично (3.47) − (3.50), получимλсл =λN(3.53).mΔf λ N1− s +mNcТаким образом, в этом случае необходимо измерять длину волн накачивающего излучения.Наконец, рассмотрим вариант, когда нет опорного лазера, нет возможности перестраивать лазеры ИК диапазона, но есть возможность перестраивать частоту накачивающего излучения f N .Интерферометр настраивается таким образом, чтобы для частоты f sбыл максимум его пропускания, а f N перестраивается так, чтобы она совпала с другой полосой пропускания интерферометра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
