Сергеев А.Г. - Введение в нанометрологию (1027508), страница 45
Текст из файла (страница 45)
При равномерном квантовании видеосигнала значения и u(AL) и u(AR) принимают равными 0,5пиксел.Суммарную стандартную неопределенность uc (d ) , нм, измеренияэффективного диаметра электронного зонда РЭМ d вычисляют по формулеu c (d ) =12(D2L+ D R2 )u c2 (m ) + 2 m 2 (u 2 (D L ) + u 2 (D R )),где DL , DR − расстояния между контрольными точками;u c (m ) − суммарная стандартная неопределенность измерения мас-штабного коэффициента видеоизображения РЭМ, нм/пиксел;u (DL ), u (DR ) − стандартные неопределенности измерений расстояниймежду контрольными точками.Примечание: При равномерном квантовании видеосигнала значенияu (DL ) и u (DR ) принимают равными 0,5 пиксел.Результаты калибровки оформляют в виде сертификата о калибровкеустановленной формы с соответствующей записью об этом в паспорте(формуляре) на РЭМ и удостоверяют калибровочным знаком, наносимымна РЭМ.В сертификате о калибровке и в паспорте (формуляре) на РЭМдолжны быть приведены значения масштабного коэффициента видеоизображения РЭМ m и эффективного диаметра электронного зонда РЭМ d .Для перечисленных метрологических характеристик РЭМ необходимотакже указать значения вычисленных неопределенностей.2244.3.3.
Калибровка РЭМ по двум координатамСигналы РЭМ при сканировании рельефной поверхности неадекватно отражают форму объекта (см. рис. 3.4, гл. 3).Разработанные в последние годы методы измерения линейных размеров на РЭМ [11, 13, 33] устраняют эти недостатки. Для их реализациинеобходима калибровка микроскопа, т.е. определение увеличения микроскопа и диаметра его электронного зонда. Но в этих источниках калибровка РЭМ осуществлялась только по одной координате. Калибровать микроскоп по двум координатам значительно труднее, так как при этом требуются тест-объекты с двумя аттестованными размерами и/или два эксперимента (с поворотом тест-объекта на 90°).
Однако в этом случае точностькалибровки существенно снижается, так как ее параметры по обеим координатам никак не связаны между собой из-за того, что применяются разные аттестованные структуры тест-объектов для каждой координаты и приэтом калибровку проводят в разное время. Поэтому в [34] рассмотрен метод калибровки РЭМ по двум координатам с использованием одного аттестованного размера тест-объекта.Согласно стандартам [9, 13] калибровку РЭМ необходимо проводитьс помощью монокремниевых тест-объектов с трапецеидальным профилеми большими углами наклона боковых стенок.
При сканировании такихструктур в РЭМ получаемый сигнал во вторичных медленных электронахбудет иметь вид, представленный на рис. 3.4, б. При условии, что размерывсех элементов шаговой структуры (рис. 3.4, а) много больше диаметра dэлектронного зонда РЭМ, т.е. s = h tg ϕ >> d , u p ,t >> d , b p ,t >> d . Связь параметров структуры (см. рис.
3.4, а) и сигнала (см. рис. 3.4, б) определяетсявыражениями (3.6), (3.7), (3.12) − (3.16), приведенными в разделе 3.2 главы3, а также соотношениями(4.24)h = m (Lt − G t ) / 2 tg ϕ = m (G p − L p ) / 2 tg ϕ = mS / tg ϕ .Параметр m назван размером пиксела. Его величина связана с увеличением микроскопа M выражением m = 1 / M . Однако в [13] величина m названа масштабным коэффициентом видеоизображения.Используя приведенные выражения из гл.
3, можно калиброватьРЭМ по одной координате с помощью аттестованного значения шага tструктуры или аттестованного значения s проекции боковой наклоннойстенки выступа или канавки. Если известны увеличение и диаметр элек225тронного зонда, то можно найти все геометрические характеристики (размеры верхних и нижний оснований трапециевидных выступов и канавок)рельефных структур, но только вдоль одной координаты. Если известенугол ϕ наклона боковых стенок выступов и канавок, то удается определить (выражения см.
(4.24)) и высоту выступа или глубину канавки.Всеми свойствами, необходимыми для выполнения требований стандартов, обладает тест-объект МШПС-2,0К, с помощью которого можно калибровать РЭМ вдоль одной координаты. Однако этот тест-объект имеет идругие свойства, которые позволяют осуществить калибровку РЭМ подвум координатам с использованием только одного аттестованного размера. Дело в том, что проекции наклонных стенок канавок вдоль разных направлений равны между собой, т.е. s x = s y = s.Тогда размеры пиксела РЭМ в разных направлениях будут определяться выражениями(4.25)mx = s / S x ; my = s / S y ,а размеры зонда вдоль разных направлений –dx= Dx s / S x ,d x = Dy s / S y ,(4.26)где S x , S y − параметры S сигналов (см. рис.
3.4, б), соответствующие проекциям наклонных стенок канавки вдоль осей X и Y , а D x , D y − параметрысигнала вдоль этих осей.Таким образом, с помощью тест-объекта и МШПС-2,0К (или аналогичного) и выражений (2.25) и (2.26) можно калибровать РЭМ по двум координатам с применением одного аттестованного размера тест-объекта –проекции наклонной стенки выступов или канавок. Необходимо отметить,что такая калибровка возможна и с использованием аттестованного значения шага t . Для этого надо с помощью выраженияs = t Sx /T,(4.27)Dполученного из (3.6) и (3.16) для оси X сканирования, аттестовать на самом РЭМ значение проекции наклонных стенок выступов и канавок, а затем выполнить описанную выше калибровку РЭМ по двум координатам.Отметим, что для аттестации значения проекции наклонной стенки сиспользованием (4.27) калибровки РЭМ не требуется, так как в него входятуже аттестованные значения шага t и величин S x и T , которые определяютна самом сигнале.
Единственное требование для РЭМ – линейность сканирования, однако оно не является серьезным препятствием, так как его вы226полнение необходимо для проведения любых измерений на таких микроскопах.Авторы [34] для калибровки РЭМ использовали микроскоп CamScanS-4, работающий в режиме сбора вторичных медленных электронов, приэнергии электронов зонда Е = 25 кэВ, и тест-объект МШПС-2,0К с проекцией боковой наклонной стенки s = 470 ,1 ± 1,5 нм .Результаты калибровки приведены в табл. 4.5, из которой следует,что размеры пиксела вдоль разных координат немного различаются:(4.28)m x / m y = 1,043 ± 0,007 .Таблица 4.5Результаты калибровки РЭМ на CamScan S-4по двум координатамПараметрm , нм/пикселd , нмКоординатаx6,10 ± 0,0358 ± 2y5,85 ±0,0363 ± 2Это различие выходит за пределы погрешностей.
В то же время размеры зонда вдоль осей X и Y очень близки(4.29)d x / d y = 0,92 ± 0,05 .Различий в пределах двух погрешностей не наблюдается.Необходимо отметить, что для определения различий в размерахпиксела и зонда вдоль разных направлений не требуется калибровки РЭМи знания аттестованного размера тест-объекта (шага или проекции боковых наклонных стенок выступов и канавок), так как параметры (4.28) и(4.29) можно определить с помощью S и D соответствующих сигналов:m x / m y = S y / S x ; d x / d y = D y / D x .
Единственным требованием для РЭМ является линейность сканирования.Итак, калибровка РЭМ по двум координатам с одним аттестованнымразмером тест-объекта возможна с погрешностью менее 1% по каждой координате.Таким образом, данный метод калибровки РЭМ по двум координатам с использованием одного аттестованного размера тест-объекта позволяет проводить на этом микроскопе измерения линейных размеров рельефных структур по двум координатам. Метод удовлетворяет требованиям227государственных стандартов, обеспечивающих единство измерений в нанотехнологиях.4.4.
Атомно-силовые измерительные зондовые микроскопы (АСМ)4.4.1. Поверка АСМСканирующие зондовые атомно-силовые микроскопы достаточношироко используются при проведении научных исследований, в современных технологических процессах в микро- и наноэлектронике, при созданииособо точных геодезических устройств, средств измерений в прецизионном приборостроении и др., то есть в тех областях, где существует необходимость измерения линейных размеров в нанометровом диапазоне.
Различные производители АСМ по-разному определяют не только номенклатуру метрологических характеристик таких средств измерений, но и ихзначения. Это в ряде случаев приводит к существенным погрешностям измерений при использовании АСМ. Поэтому регламентация, в том числе ина межгосударственном уровне методики поверки АСМ представляетсясвоевременной и весьма необходимой, что позволит обеспечить взаимноепризнание результатов поверки таких средств измерений в государствах –участниках Соглашения [35], как это определено в Правилах по межгосударственной стандартизации ПМГ 06-2001 [36]. Это будет способствоватьобеспечению воспроизводимости и достоверности измерений и повышению эффективности осуществления государственного метрологическогоконтроля (надзора) за выпуском и применением средств измерений.При поверке АСМ проводят сканирование выступа рельефной меры,геометрические размеры которого ранее измерены и их значения приведены в паспорте (формуляре) меры с абсолютной погрешностью, не превышающей 0,1 нм.
Полученный при сканировании видеопрофиль выступаанализируют, сопоставляя при этом значения геометрических размеров,приведенных в паспорте (формуляре) со значениями, определенными повидеопрофилю. Результаты такого анализа позволяют получить значениямасштабного коэффициента видеоизображения, цены деления вертикальной шкалы, эффективного радиуса острия зонда и другие характеристикимикроскопа.При проведении первичной и периодических поверок микроскопадолжны быть выполнены операции внешнего осмотра, опробования и оп228ределения метрологических характеристик, а также использованы вспомогательный оптический микроскоп (увеличение не менее 400х) и рельефнаямера, изготовленная по ГОСТ Р 8.628 и поверенная по ГОСТ Р 8.629.
Допускается применять другие средства поверки, точность которых соответствует требованиям настоящего стандарта.Требования к квалификации поверителей, безопасности, а такжеусловия проведения поверки и подготовка к ней не отличаются от приведенных ранее в пп. 4.2.2 и 4.3.1.Сечение выступа рельефной меры приведено на рис. 4.6. В качествеисследуемого элемента используют выступ, для которого в паспорте (формуляре) на меру приведены значения проекции боковой грани на плоскость нижнего основания α , ширины основания выступа b p , высоты выступа h .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
