Сергеев А.Г. - Введение в нанометрологию (1027508), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Масштабный коэффициент определяют для каждогоРЭМ;• изображение на экране монитора (видеоизображение) − изображение на экране монитора в виде матрицы из n строк по m пикселей вкаждой, яркость которых прямо пропорциональна значению сигнала соответствующей точки матрицы. Яркость пиксела определяется силой света,излучаемой в направлении глаза наблюдателя.4.2.
Рельефные меры для нанометрового диапазона4.2.1. Классификация тест-объектовВ пп. 3.2 и 3.3 (гл. 3) приведены результаты теоретических исследований геометрии и точности тест-объектов, используемых для поверки икалибровки электронных сканирующих зондовых микроскопов. Такиетест-объекты разрабатываются в различных странах и возникает проблемавыбора их для метрологических операций. С этой целью в работе [33] приведена классификация существующих тест-объектов.
Данное исследованиеполезно и при проектировании новых объектов подобного назначения.В основу классификации положен профиль рельефа элементов тестобъекта, и наиболее известные из них приведены в табл. 4.1.Таблица 4.1Наиболее распространенные тест-объекты для калибровки РЭМТест-объект(страна)HJ-1000(Япония)SRM-2090(США)ПрофильрельефаПрямоугольныйТрапециясмалыми углами наклонаBCR-97A/G-7То же(Германия)РПСПрямоуголь(Россия)ныйМШПС-2,0К Трапецияс(Россия)большимиугламинаклонаМетодаттестацииАттестуемыйпараметрПериодНоминальныйразмер, нм240УвеличениеИнтерференцияШаг200УвеличениеТо жеТо же400УвеличениеЭллипсометрияИнтерференцияШириналинииШаг.Шириналинии.Высотарельефа90 – 500Увеличение.Диаметр зондаУвеличение.Диаметр зонда.ЛинейностьшкалДифракция19820005 – 1500100 – 1500КалибровкаРЭМС учетом особенностей взаимодействия электронного зонда с рельефной поверхностью все структуры тест-объектов можно разделить начетыре основных типа соответственно по рельефу профиля:• прямоугольные;• трапециевидные с малыми углами наклона боковых стенок;• трапециевидные с большими углами наклона боковых стенок;• трапециевидные с отрицательными углами наклона боковых стенок.Структуры с отрицательными углами наклона боковых стеноквстречаются довольно часто, но в настоящее время отсутствуют методыкалибровки РЭМ с помощью таких структур, поэтому здесь они не рассматриваются.У структуры с прямоугольным профилем рельефа поверхностиугол ϕ наклона боковых стенок относительно нормали к поверхности образца (рис.
4.2) удовлетворяет условиюϕ < ϕ d / 2.(4.1)Неравенство (4.1) поясняется рис. 4.2, на котором сходящийся электронный зонд облучает поверхностьструктуры (канавки). При этом электроны можно разделить на две составляющие – электроны, входящие вправую и левую части зонда.На рис.4.2, а ось зонда прохоа)б)дит рядом со стенкой канавки, но вне Рис. 4.2. Схема облучения сходящимканавки. Электроны правой части ся пучком электронов структуры сзонда облучают левую боковую стен- прямоугольным профилем: ось зондарядом со стенкой вне (а) и внутри (б)ку канавки, двигаясь из вакуума вканавкитвердое тело, а электроны левой части вообще не попадают на эту стенку. На рис.4.2, б ось зонда проходит рядом с левой стенкой, но внутри канавки.
При этом электроны левой частизонда пересекают левую стенку канавки и движутся из твердого тела в вакуум, а электроны правой части вообще не попадают на эту стенку.Существует механизм вторичной электронной эмиссии, названныйэффектом «стряхивания», который обладает асимметрией: при движениипервичных электронов из вакуума в твердое тело происходит эмиссияэлектронов из поверхностных состояний, а при движении первичных элек199тронов из твердого тела в вакуум она отсутствует.
Поэтому в сигнал в области, соответствующей левой боковой стенке канавки, правая и левая части электронного зонда вносят разный вклад. Аналогичная ситуация наблюдается и у правой стенки канавки (с учетом изменения частей зонда слевой на правую и наоборот). Согласно данным [33] вклад в сигнал эффекта «стряхивания» достигает (для кремния) примерно 50% для горизонтальной поверхности и 100% − для вертикальной. Это приводит к тому, чтомаксимумы сигнала, отвечающие прохождению зонда около стенок канавок, оказываются очень узкими, так как их ширина соответствует толькополовине диаметра зонда.Прямоугольные структуры удовлетворяют неравенству (4.1).
Поэтому, учитывая значение угла сходимости-расходимости современных зондов РЭМ, прямоугольными считают структуры с углами наклона боковыхстенок ϕ < 0.04o , а трапециевидными – с углами ϕ > 0,04o .Таким образом, для РЭМ практически все структуры, полученные спомощью микро- и нанотехнологий и используемые в промышленности,являются трапециевидными.
Прямоугольные структуры создают по специальным технологиям и применяют только в качестве тест-объектов.В настоящее время существует два вида прямоугольных структур. Вструктурах одного вида (HJ-1000) прямоугольный рельеф получают потехнологии анизотропного травления монокремния (см. табл. 4.1). Аттестация периода осуществляется с помощью дифракции лазерного излучения. Эти структуры используют для калибровки увеличения РЭМ.Другой вид (см. табл. 4.1) – рельефные прямоугольные структуры(РПС), представляющие собой щелевидные канавки в кремнии с прямоугольным профилем и известным с высокой точностью расстоянием междупротивоположными стенками.Таблица 4.2Ширина щелевидных канавок n-РПС и p -РПСШирина, нмn-РПСp -РПС92,8 ± 0,498,9 ± 0,4128,5 ± 0,3150,7 ± 0,3344,4 ± 0,8369,7 ± 0,8486,2 ± 0,8434,7 ± 0,8В России были изготовлены два вида РПС на основе кремния n- и pтипов проводимости (n-РПС и p-РПС соответственно) с разной шириной200канавок (табл.
4.2). Рельефные прямоугольные структуры, объединенныепо четыре структуры разной ширины в один тест-объект, применяют длякалибровки увеличения РЭМ и измерения диаметра его электронного зонда.Структура с трапециевидным профилем и малыми углами наклона боковых стенок удовлетворяет условиямϕ > ϕ d / 2;(4.2)ϕ = arctg (s / h) < arctg (d / h) .(4.3)На рис. 4.3 показана ситуация, аналогичная приведенной на рис. 4.2,но в случае выполнения неравенств (4.2) и (4.3). При этом электроны правой и левой частей зонда пересекают поверхность левой боковой стенкиканавки из вакуума в твердое тело.
Поэтому вклады эффекта «стряхивания» в сигнал от правой и левой частей зонда будут одинаковыми. Этоприводит к тому, что максимумы сигналов, соответствующие прохождению зонда около стенок канавок, оказываются широкими, так как их ширина определяется шириной проекции боковой стенки и диаметром зонда.Рис. 4.3.
Схема облучения сходящимся пучком электронов структуры с трапециевидным профилем ималыми углами наклона боковыхстенок: ось зонда со стенкой вне (а)и внутри (б) канавкиРис. 4.4. Схемы облучения пучком электронов структуры с трапециевиднымпрофилем и малыми (а) и большими (б)углами наклона боковых стенокНеравенство (4.2) ограничивает углы наклона боковых стенок структур снизу, а (4.3) – сверху. Более удобно (4.3) представить в видеs = h ctg ϕ < d ,которое указывает, что при его выполнении диаметр зонда столь велик(или проекция боковой наклонной стенки структуры столь мала, но приэтом не выполняется условие (4.1)), что зонд засвечивает сразу всю стенку(рис.
4.4, а).В мировой практике наиболее часто используют две структуры(SRM-2090 и BCR-97A/G-7) с трапециевидным профилем и малыми угла201ми наклона боковых стенок (см. табл. 4.1). В табл. 4.3 приведены размерыэлементов тест-объекта BCR-97A/G-7.Таблица 4.3Размеры верхних и нижних оснований элементов тестобъекта BCR-97A/G-7 с номинальным размером шага 400 нмЭлементВыступКанавкаВерх, нм211,7 ± 1,8194,0 ± 1,5Низ, нм300,3 ± 2,396,4 ± 0,8Тест-объекты с малыми углами наклона боковых стенок применяютдля калибровки увеличения РЭМ.Структуры с трапециевидным профилем и большими угламинаклона боковых стенок должны удовлетворять условию(4.4)s = h tg ϕ >> d .Учитывая диаметры зондов и глубину фокусировки современныхРЭМ, для высоты (глубины) рельефа структуры 100 нм получаем(4.5)ϕ >> ϕ s = 6 ...17 o .Такие углы наклона боковых стенок значительно больше углов расходимости современных зондов.
Поэтому для анализа экспериментов страпециевидными структурами можно использовать формы зондов безучета их сходимости-расходимости.На рис. 4.4, б представлена схема облучения зондом левой стенкиканавки. В этом случае правая и левая части зонда пересекают левую стенку канавки одинаково (из вакуума в твердое тело). При этом эффект «стряхивания» дает одинаковый вклад в сигнал для правой и левой частей зонда.При выполнении (4.4) диаметр зонда столь мал (или проекция боковой наклонной стенки структуры столь велика), что электронный зонд неможет полностью покрыть проекцию боковой наклонной схемы (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
