Нанометрология (1027621), страница 29
Текст из файла (страница 29)
3.4, из которого следует, что форма сигналов обоих микроскопов (см. рис. 3.3) хорошо совпадаетс формой модельных сигналов (см. рис. 3.4, б и в) для этих микроскопов.Выбор в качестве объекта измерений шаговой структуры позволяетсущественно упростить калибровку обоих типов РЭМ. Измерение увеличения М микроскопа осуществляется в этом случае при помощи аттестованного значения шага структуры t и определенного на изображении значения параметра Т, который характеризует шаг на изображении (сигнале):(3.5)M =T / t .Такая калибровка увеличения легко осуществляется как на низковольтных, так и на высоковольтных РЭМ.
Однако в настоящее время в связи с использованием цифровых изображений параметр увеличения теряетсвой физический смысл. Поэтому в качестве параметра РЭМ, характеризующего увеличение, используют размер пиксела(3.6)m =1 / M = t / T .Диаметр d электронного зонда РЭМ можно определить из выражения(3.7)d = mD = Dt / T .Калибровку РЭМ можно осуществить и с использованием проекциибоковой наклонной стенки выступов и канавок шаговой структурыМШПС-2,0К:(3.8)m = s / S;(3.9)d = Ds / S .Такая калибровка в ряде случаев даже более выгодна, чем при помощи выражений (3.5) и (3.7), так как в силу особенностей технологии изготовления тест-объекта МШПС-2,0К проекция боковой наклонной стенкиимеет меньший разброс значений по всему тест-объекту, чем шаг.Отметим, что методы калибровки обоих типов РЭМ одинаковы.
Этообусловлено выбором в качестве тест-объекта, с помощью которого осуществляется калибровка микроскопов, шаговых структур МШПС-2,0К.Методы измерения линейных размеров рельефных элементов полностью определяются физическими механизмами формирования изображе146ний в РЭМ и режимом сбора вторичных электронов.
Вторичные электронывозникают в результате взаимодействия электронного зонда с исследуемым объектом. Если энергия электронов не превышает 5 эВ, то они считаются медленными.Энергия вторичных электронов лежит в диапазоне от нуля до Е, гдеЕ – энергия первичных электронов в зоне микроскопа. Для низковольтныхРЭМ значение Е составляет менее 3 кэВ. Современные детекторы вторичных электронов не позволяют различать электроны по энергиям в такойобласти. Поэтому низковольтный электронный микроскоп имеет толькоодин режим сбора вторичных электронов.Диапазон энергий, в котором лежат вторичные электроны высоковольтных РЭМ, составляет от нуля до десятков килоэлектрон-вольт.
Современные детекторы вторичных электронов, применяемые в растровыхэлектронных микроскопах, обычно раздельно регистрируют низко- (менее50 эВ) и высоковольтные (более 2 кэВ) вторичные электроны. Поэтому высоковольтные РЭМ имеют два режима сбора вторичных электронов: сборвторичных медленных и обратнорассеянных электронов.Установлено, что режим сбора обратнорассеянных электронов является нелинейным, т.е. он вносит нелинейные геометрические искажения вформу изображения рельефных элементов и поэтому не может применяться для измерения линейных размеров.В силу высказанных соображений для высоковольтных микроскоповбыл выбран режим сбора вторичных медленных электронов.
В этом режиме при условии, что размеры всех элементов шаговой структуры многобольше диаметра d электронного зонда РЭМ:(3.10)s = h tg ϕ >> d ; u p ,t >> d ; b p ,t >> d ,формы сигналов высоко- и низковольтных РЭМ будут иметь вид, показанный на рис.3.3, б и в соответственно. Условия (3.10) можно преобразоватьв другие, более удобные для работы на РЭМ:(3.11)S >> D ; L p ,t >> D ; G p ,t >> D ,которые позволяют анализировать изображения (сигналы) РЭМ даже безпредварительной калибровки микроскопа (определения размера пиксела mи диаметра зонда d), так как в (3.11) входят только измеряемые параметрысигналов (см.
рис. 3.4, б и в).Знание увеличения микроскопа (размера пиксела) и диаметра зонда,определенных с помощью аттестованного значения шага t (выражения147(3.5) − (3.7)) или проекции наклонной стенки s (выражения (3.8) и (3.9)),позволяет определить все параметры шаговой структуры:- размеры верхнего и нижнего оснований выступов(3.12)u p = mL p − d ;b p = mG p − d ;(3.13)u t = mLt + d ;(3.14)bt = mG t + d ;(3.15)- канавок- проекции боковой наклонной стенки(3.16)Так как в процессе одного измерения определяются все параметрыРЭМ и структуры, то такое измерение не чувствительно к погрешностямфокусировки.Методы измерения линейных размеров рельефных структур (включая ширины линий – размеры верхних и нижних оснований выступов и канавок) на обоих типах РЭМ одинаковы. Это обусловлено выбором в качестве экспериментального объекта, на котором осуществляются измеренияразмеров, тест-объекта МШПС-2,0К.Таким образом, современные модели формирования сигналов растровых электронных микроскопов правильно учитывают влияние параметров РЭМ на форму сигналов во вторичных медленных электронах, а методы измерения линейных размеров (ширины линий) пригодны для проведения таких измерений на высоко- и низковольтных РЭМ.s = mS .3.3.
Точность измерения линейных наноразмеровВ работе [15] проанализировано влияние параметров растровыхэлектронных микроскопов на точность измерения линейных размеров иопределены погрешности, с которыми должны быть известны эти параметры для использования указанных микроскопов в нанотехнологиях.Технические и экономические показатели растровых электронныхмикроскопов (РЭМ) определяются характеристиками электронного зонда,наиболее важными из которых являются геометрические: размер (диаметр)сфокусированного пучка электронов, углы его сходимости и расходимости, а также глубина фокусировки микроскопа.148Точное измерение параметров зонда необходимо для определениялинейных размеров микроструктур в нанометровом диапазоне.Рельефные структуры, используемые в микро- и нанотехнологиях, имеют довольно сложную форму профиля (рис.
3.4, а). С учетом особенностей взаимодействия электронного зонда с рельефной поверхностьюструктуры можно разделить на четыре основные группы:1) прямоугольные (на практике обычно не встречаются), которыесозданы специально для применения в качестве эталонных мер для калибровки РЭМ. У них угол наклона боковых стенок ϕ < ϕ d / 2 , где ϕ d − уголсходимости-расходимости электронного зонда РЭМ;2) трапециевидные с малыми углами наклона боковых стенок, которые являются основным видом структур:d > s = h tg ϕ ;3) трапециевидные с большими углами ϕ > 0 , характеризующиесясвязью d << s = h tg ϕ . Наиболее важным для этих структур является использование их для калибровки растровых электронных и атомно-силовыхмикроскопов;4) трапециевидные с отрицательными углами наклона боковых стенок (ϕ < 0) .
Эти структуры встречаются довольно редко и для калибровкиРЭМ не используются.Измерение линейных размеров микро- и наноструктур. В результате фундаментальных исследований, выполненных в последние годы[15 – 17], установлены положения контрольных точек на видеосигналах,полученных в режиме сбора вторичных медленных электронов. На рис.3.5, а, 3.6, а и 3.7, а приведены реальные формы сигналов, а на рис. 3.5, б,3.6, б и 3.7, б – схемы сигналов и выбираемые на них контрольные точки.Эти точки соответствуют максимумам сигналов или являются точками пересечения прямых линий, аппроксимирующих отдельные участки сигнала(уровень основания сигнала и его склоны).
На рис. 3.5, б, 3.6, б и 3.7, бтакже обозначены контрольные отрезки (расстояние между некоторымиконтрольными точками). Размеры отрезков связаны с размерами рельефных структур линейно:• для прямоугольных структур(3.17)l = L / M − 2δ ;(3.18)l = G / M + d;149•для структур с малыми углами наклона боковых стенокl p = (u p + b p ) / 2 = L p / M ;(3.19)(3.20)lt = (u t + bt ) / 2 = Lt / M ;(3.21)t =T / M ;u p = (2 L p − G p ) / M + d ;(3.22)(3.23)bp = G p / M − d;u t = (2 Lt − Gt ) / M − d ;(3.24)(3.25)bt = Gt / M + d ;•для структур с большими углами наклона боковых стенокu p = Lp / M + d;(3.26)(3.27)(3.28)(3.29)bp = G p / M − d;(3.30)u t = Lt / M − d ;(3.31)bt = Gt / M + d .(3.32)t =T / M ;s=S /M;d =D/M;Рис.
3.5. Форма реальногосигнала РЭМ (а), получаемогов режиме сбора вторичныхмедленных электронов присканировании щелевидной канавки РПС, и схема сигнала сизмеряемыми параметрами (б)Рис. 3.6. То же, что и нарис. 3.5, но для шаговойструктуры с малыми углами наклона боковыхстенокРис. 3.7. То же, что и нарис. 3.5 и 3.6, но для шаговой структуры с большими углами наклона боковых стенокИзмерение линейных размеров прямоугольных структур. Дляпрямоугольных канавок параметр G видеосигнала (ВС) (см. рис. 3.7, б)связан с шириной канавки l соотношением (3.17), а расстояние L междумаксимумами ВС – выражением (3.18).150Влияние диаметра зонда на точность измерения ширины размеровпрямоугольных структур можно определить по формуле:(3.33)(Δl / l )2 = (1 − d / l )2 [(ΔG / G )2 + (ΔM / M )2 ]+ (Δd / l )2 .Измерение линейных размеров трапециевидных структур с малыми углами наклона боковых стенок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
