Автореферат (1105294), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Часть экспериментов выполненаавтором совместно с сотрудниками лаборатории сканирующей электронноймикроскопиикафедрыфизическойэлектроникиМосковскогоГосударственного Университета имени М.В. Ломоносова.Структура диссертационной работы6Диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения. Полныйобъём диссертации составляет 145 страниц с 71 рисунком и 2 таблицами.Список литературы содержит 188 наименований.Содержание работыВо введении дано обоснование актуальности темы представленнойработы, сформулированы цели исследования, показана новизна и значимостьработы, изложены выносимые на защиту положения, а также приведенысведения об апробации работы.Первая глава является реферативным обзором литературы,посвящённым основным закономерностям эмиссии обратнорассеянных ивторичныхэлектронов.Представленызависимостиинтегральныхкоэффициентов эмиссии, угловых распределений и энергетических спектровОЭ и ВЭ, от материала мишени, от энергии электронов первичного пучка,углов падения и выхода для массивных мишеней.
Рассмотрены зависимостикоэффициента отражения для свободных плёнок и структур типа “плёнка наподложке”. Проведён обзор известных методов трёхмерной реконструкциипрофиля поверхности в СЭМ.Вторая глава посвящена некоторым новым прикладным задачамспектроскопии ОЭ и ВЭ проводящих мишеней в СЭМ.В начале главы уточнены характеристические параметры ОЭ длямассивных и плёночных образцов. На базе их построены полуэмпирическиевыражения для коэффициента отражения свободной плёнки ηf и структур“плёнка на подложке” ηsf, а также энергетического спектра ОЭ длямассивных мишеней N(E).
Так на основе анализа большого числавычислений и экспериментов предложена обобщенная полуэмпирическаяформула для расчета коэффициента ОЭ от пленки толщиной d = x:,(1)где параметры A, p зависят от порядкового номера материала мишени Z иэнергии первичного пучка электронов Е0:,,(2)(3)где xη – наиболее вероятная глубина отражения, R0 – максимальная глубинапроникновения первичного пучка, η0(Z, E0) – коэффициент отражения длямассивной мишени.Также из закона потерь энергии и выражения для коэффициентаотражениясвободнойплёнки(формула(1))былополученополуэмпирическое выражение для энергетических спектров ОЭ при угледетектирования θ = 45°:7ppp 1[0.414 A(1 W n )]pA [0.414(1 W n )]d 0.414 nW n 1{}0n2ndW(1 0.414(1 W ))(1 0.414(1 W ))p(0.414 A(1 W n )) exp[ ],(1 0.414(1 W n ))N (E) (4)где W=E/E0, n – показатель степени в законе потерь энергии.
Результатырасчёта спектров ОЭ по формуле (4) для мишеней из меди и золота и ихсравнение с экспериментом представлено на рис. 1. Как видим, совпадениерезультатов вполне удовлетворительное. Также приведены уточнённыевыражения для зависимостей средней и наиболее вероятной энергии ОЭ.Рис. 1 Расчётные (штриховые кривые) и экспериментальные (сплошные кривые) спектрыОЭ для Cu (а) и Au (б), снятые при θ = 45°, E0 = 20 кэВ.Далее в главе предложена и рассчитана оптимизированная конфигурациякольцевых полупроводниковых детекторов ОЭ (рис.
2а). Суть её заключаетсяв вариации углов наклона каждого отдельного кольца в зависимости от угладетектирования для повышения эффективности сбора ОЭ и вариацииширины колец для поддержания одинакового сигнала с каждого кольца (этоповышает эффективность при операциях суммирования и вычитаниясигналов, повышающих композиционный и топографический контраст). Наоснове полученных полуэмпирических выражений была рассчитаназависимость сигнала IS(θ) с кольцевого детектора от угла детектирования дляслучаев наклонного (α=θ) и нормального (α=0) падения электронов.
Расчётыбыли проведены для мишени из Cu (Z=29, η0=0.32) при энергии E0=10 кэВ итоке первичного пучка I0=2 нА. Ширина кольца d=2 мм, рабочий отрезокH=10 мм. Согласно зависимости IS(θ) (рис. 2б), по мере удаления от осисимметрии, т.е. с ростом θ, эффективность предлагаемых в настоящей работекольцевых детекторов, наклонённых так, что α=0 (рис. 2а справа от осисимметрии), по сравнению со стандартным решением (рис. 2а слева от оси8симметрии) существенно возрастает, например, в 4 раза при угле θ=600 и в8.5 раз при угле θ=700. Указана возможность “квазитомографических”исследований с сепарацией по углам и вариацией энергии первичного пучкана базе кольцевых детекторов ОЭ.
На основе полученных полуэмпирическихвыражений предложен метод определения толщин плёночных покрытий посигналу с полупроводникового детектора. Экспериментальные результаты ирасчёт приведены на рис. 3.Рис. 2 а) Условная схема кольцевого детектора стандартной конфигурации (левая от осисимметрии часть чертежа) и предлагаемой конструкции (правая от оси чертежа): OL –объективная линза СЭМ; H – расстояние от образца до плоскости детектора; d3, θ3 –ширина и угол выхода электронов для третьего кольца; б) Сигнал с кольцевогополупроводникового детектора в зависимости от углов выхода и падения ОЭ на детекторпри облучении Cu-мишени электронами с энергией E0=10 кэВ, I0=2 нА, H=10 мм дляслучаев наклонного (α = θ) и нормального (α = 0) падения электронов при постояннойширине колец d = 2 мм.Рис.
3 а – профилограмма суммарного сигнала с детектора от тестовой структуры,состоящей из Si-подложки с полосками Au толщиной t, E0=15 кэВ; б - зависимостисигнала от толщины t Al-плёнки на Cu-подложке (1) и Au-плёнки на Si-подложке (2).Во второй части второй главы проведён анализ существующих методовопределения толщин плёнок в СЭМ и показано преимущество метода,9основанного на знании относительных амплитуд спектров (рис.
4), посравнению с традиционным, основанном на знании интегральныхкоэффициентов. Указана возможность определения толщин плёнок прирегистрации дифференциальных коэффициентов ОЭ (в узком энергетическомокне), что при правильном выборе окна фильтрации существенно повышаетчувствительность измерений.а)б)Рис. 4 Спектры ОЭ а) для плёнок Au толщинами t = 5.7, 10.7, 17.6, 22.8, 27.8 нм намассивной Si-подложке и для массивных Au, Si при энергии первичного пучка E0 = 15 кэВи угле детектирования θ = 25°, б) для поверхностных плёнок в трёхслойных структурахплёнки Al (30, 60, 100, 150, 220 нм) поверх 30 нм Au на массивной Si-подложке.Пояснением достоинств и уникальности предложенных в работе методовопределения толщин плёночных покрытий служит рис. 5, где схематическипредставлены практически важные условные структуры.
Если фрагментнаноструктуры, состоящей из материала с атомным номером Z2 и толщиной dскрыт под плоской поверхностью в материале с атомным номером Z1 наглубине t или прямо под поверхностью, то в случае нанометровыхлатеральных размеров x и нанометровых же размеров t и d, только СЭМ с егонанометровым электронным зондом способен визуализировать указаннуюструктуру (рис. 5а), находящуюся на массивной (толстой) подложке.В настоящее время измерение величины заглубления t наноструктурыдоступно только методом поперечного среза структуры (например, ионнымскальпелем) и последующим его наблюдением со стороны среза всовременном высокоразрешающем СЭМ. Но указанный метод являетсяразрушающим, что во многих случаях недопустимо или нежелательно.Аналогичные трудности возникают и со структурой на рис.
5б, где плёнка Z2толщиной t находится в глубине узкого (нанометровых размеров) углубленияв матрице с атомным номером Z1. В данной ситуации ограничением являетсятолько угол выхода θ отражённого потока электронов IОЭ. На рис. 5 через I0обозначен падающий поток электронов в СЭМ, D – положение детектора ОЭ,в данном случае – входная диафрагма тороидального электронногоспектрометра, инсталлированного в СЭМ.10Рис.
5 Условное представление наноструктур “плёнка на подложке”, неразрушающееопределение толщин, которых возможно в СЭМ.В конце главы предложен метод и указаны возможности трёхмернойреконструкции профиля поверхности в отфильтрованных по энергииотражённых и вторичных электронах. Эксперименты для его апробации иреализации проводились на СЭМ LEO-1455, оборудованном двухканальнымтороидальным электронным спектрометром (Рис. 6). Он позволяет не толькоизмерять спектры ВЭ и ОЭ, но и получать изображения в отфильтрованныхпо энергии электронах (в узком энергетическом окне), используя как сигналот каждого канала по отдельности, так их сумму и разность (A ± B).Типичные спектры ВЭ при разных углах наклона α приведены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
