Общие вопросы метрологии и измерительной техники
Таким образом, если полоса предельной погрешности широкодиапазонного прибора нормируется трехчленной формулой (1), то в таком приборе для повышения точности измерения можно применять метод сложного отношения.
Л и т е р а т у р а
1. Цыбульский О. А. Погрешность широкодиапазонных измерений // Законодательная и прикладная метрология. 2010. № 4. С. 5—10.
2. Цыбульский О. А. Инварианты измерительного преобразования // Законодательная и прикладная метрология. 2011. № 1. С. 22—26.
3. Цыбульский О. А. Проективные свойства широкодиапазонных измерений // Измерительная техника. 2013. № 1. С. 27—29.
4. Мазин В. Д. Способ повышения точности измерительных приборов и преобразователей // Измерительная техника. 1980. № 6. С. 14—15; Mazin V. D. Method for raising the precision of measuring instruments and transducers // Measurement Techniques. 1980. V. 23. N 6. P. 479—480.
5. Мазин В. Д. Геометрические аспекты измерений: Авто-реф. дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук. СПб, 1994.
6. Цыбульский О. А. Аналого-цифровые преобразователи с гиперболической шкалой (теория и способы построения): Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Л., 1989.
Дата принятия 08.11.2012 г.
НАНОМЕТРОЛОГИЯ
621.382
Искажение профиля рельефных элементов на поверхности монокристаллического кремния в результате их контаминации в низковольтном растровом электронном микроскопе
В. П. ГАВРИЛЕНКО*, А. Ю. КУЗИН*, В. Б. МИТЮХЛЯЕВ* А. В. РАКОВ*, П. А. ТОДУА*, М. Н. ФИЛИППОВ**, В. А. ШАРОНОВ*
* Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума, Москва,
Россия, e-mail: fgupnicpv@mail.ru ** Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова, РАН, Москва, Россия,
e-mail: fil@igic.ras.ru
Представлены результаты исследований влияния контаминации в растровом электронном микроскопе S-4800 при энергии электронов 1 кэВ на профиль рельефных элементов меры МШПС-2.0К. Показано, что после электронного облучения наблюдаемая ширина верхнего основания рельефных элементов увеличивается в зависимости от дозы облучения при его разных режимах.
Ключевые слова: контаминация, низковольтный растровый электронный микроскоп (РЭМ), рельефные элементы, доза электронного облучения.
The results of study of the contamination effect of in S-4800 SEM at electron energy 1 keV on the profile of relief elements of the MSHPS-2.0K measure are presented. It is shown that the electron irradiation leads to increase of the relief elements upper base subject to the electron irradiation dose at different irradiation modes.
Key words: contamination, low voltage scanning electron microscope (SEM), relief elements, electron irradiation dose.
Растровые электронные микроскопы (РЭМ) широко ис- особенно актуально, в частности, в микроэлектронной про-пользуют для измерений геометрических параметров объек- мышленности, где обычной практикой является использо-
тов в микро- и нанометровом диапазонах. Их применение вание низковольтного РЭМ для контроля фоторезистов.
ной формулой (1), имеет тот же вид, что и уравнение преобразования методом сложного отношения.
Следовательно, метод сложного отношения можно эффективно применять для повышения точности линейных широкодиапазонных приборов, полоса погрешности которых нормируется трехчленной формулой (1).
Формулу (4) можно привести к более привычному виду уравнения измерения, связывающего между собой входную и выходную величины. Тогда коэффициенты функции преобразования можно рассчитывать не при каждом измерении, а с учетом интервала стабильности этих коэффициентов. Применим обозначения
ух = (Х3 - Х1)/(Хз - Х2), Ъ = (Кз - К1)/(Кз - К2),
называемые простым отношением трех точек шкалы, и после преобразований получим уравнение измерения в виде дробно-линейной функции, связывающей напрямую входную и выходную величины измерительного преобразования
X = (а0 + + ^К),
а _ УкК2Х1 - УхК1Х2 . а _ УхХ2 - УкХ1 . . „ Где 30 _ 7кК2-7хК . 31 _ 7кК2 -УхК . Й0 = 1;
У х-У к
1 У кК2 -У хК1 '
В частном случае при ух = ук получим линейную форму уравнения измерения.
Уменьшение энергии электронов пучка до 1 кэВ и менее позволяет минимизировать процессы их деградации в результате электронного воздействия.
Однако при проведении исследований необходимо учитывать процессы электронно-стимулированного возникновения контаминационной пленки на поверхности образца. Эффект контаминации обусловлен полимеризацией углеводородных молекул, адсорбированных поверхностью, под действием электронов пучка РЭМ [1]. Считается, что данный эффект можно уменьшить, но нельзя от него полностью избавиться [2]. Образование контаминационной пленки на рельефных элементах поверхности способно изменить их форму, что необходимо учитывать при измерении объектов нанометровых размеров.
Эффект контаминации способен влиять как на сам объект измерений, подвергшийся изменению, так и на метрологические характеристики микроскопа, поскольку для калибровки его увеличения используется мера, которая сама может подвергаться контаминации в процессе калибровки РЭМ. В [3] исследована проблема контаминационно обусловленной деградации стандартного образца NIST (США), вызванная его многократным облучением электронами с энергией 0,6 кэВ. Образец выполнен в виде шаговой структуры на кремнии. Там же предложена методика оценки допустимого количества измерений в процессе калибровки с применением указанного стандартного образца.
Методика измерений [3] основана на непрерывном сканировании области тестовой структуры и регистрации изменений, происходящих в результате контаминации, а количество измерений, допускаемое при калибровке, определяется в соответствии с выбранным критерием изменения контраста изображения от тестовой структуры.
В [4] показано, что уровень контаминации образца, облучаемого электронами пучка РЭМ с энергией 20 кэВ, зависит не только от количества, но и от характера сканирований — непрерывного или прерывистого. Это имеет существенное значение для корректной оценки контаминации тестового образца при калибровках, поскольку процедуры калибровок не являются процессом непрерывного сканирования.
На примере меры ширины и периода МШПС-2.0К рассмотрим изменения геометрических параметров на-норельефа поверхности в результате контаминации в низковольтном РЭМ.
Условия эксперимента. Мера МШПС-2.0К, используемая в экспериментах, изготовлена на подложке из монокристаллического кремния, ориентированного по плоскости (100), методом фотолитографии с последующим травлением. Она содержит 15 однотипных шаговых структур, каждая из которых имеет номинальный размер шага 2 мкм и состоит из десяти выступов, разделенных канавками. Выступы трапецеидальной формы сформированы в подложке методом анизотропного травления так, что боковые стенки выступов совпадают с плоскостями {111}. Таким образом, выступы имеют в сечении вид равнобедренной трапеции с углом при нижнем основании 54,7°.
Для создания контаминационной пленки и получения РЭМ-изображений меры в режиме вторичной электронной эмиссии применяли РЭМ S-4800, оснащенный автоэмиссионным катодом холодного типа и вакуумной системой, включающей турбомолекулярный и масляный форвакуумный насосы. Энергия электронного пучка составляла 1 кэВ при силе тока 23 пА.
Были реализованы два режима облучения. В первом режиме, называемом далее квазинепрерывным, облучение электронами с энергией 1 кэВ и силой тока 19 пА состояло из четырех циклов. Каждый цикл включал в себя многократное непрерывное сканирование электронным пучком в течение 9 мин и последующий перерыв в течение 3 мин, когда область облучения не подвергалась экспозиции электронным пучком. При этом длительность кадровой развертки при сканировании составляла 40 с. В начале каждого и в конце последнего цикла осуществлялось сканирование с целью записи изображения для его последующей обработки. Облучению подвергались выступы 2 и 3 шаговой структуры, причем размер растра составлял 3,6х2,7мкм (увеличение РЭМ 35х), а область облучения располагалась симметрично относительно указанных выступов. Во время трехминутного перерыва проводилась корректировка фокуса на элементах меры, удаленных от облучаемой области. Итоговая доза электронного облучения к концу четвертого цикла составила 41 нКл.
Второй режим облучения, называемый далее прерывистым, состоял из повторяющихся циклов, где каждый цикл заключался в однократном сканировании электронным пучком по растру размером 3,6x2,7 мкм (увеличение РЭМ 35х) в течение 40 с и последующем прерывании электронного пучка на 10 мин. Соответствующее каждому сканированию РЭМ-изображение заносилось в память компьютера для его последующей обработки. Всего было проведено 25 циклов облучения электронами с энергией 1 кэВ и силой тока 19 пА. Облучению подвергались выступы 8 и 9 шаговой структуры меры таким образом, что область облучения располагалась симметрично относительно у казанных вы сту-пов. Итоговая доза электронного облучения во втором режиме составила 19 нКл.
Экспериментальные результаты и их обсуждение. Геометрические параметры профиля выступов меры определяли по полученным РЭМ-изображениям в соответствии с моделью [5]. По этой модели для трапецеидального рельефного элемента в кремнии реальный РЭМ-видеосигнал (рис. 1, а) аппроксимируется кусочно-линейной функцией, представленной точками 1—4 на рис. 1, б, которые указывают середины линейных участков профиля видеосигнала, соответствующие характерным точкам профиля элемента рельефа. Обработка РЭМ-изображений проводилась по алгоритму [5] при помощи компьютерной программы, позволяющей усреднять их по группе строк с целью улучшения соот-
б
Рис. 1. Профиль видеосигнала (а) низковольтного РЭМ при сканировании выступа трапецеидальной формы (б) и линейная аппроксимация видеосигнала. Штриховыми линиями показаны связи характерных точек выступа с контрольными точками 1—4 видеосигнала
пучком, так и обратнорассеянными электронами при их выходе на поверхность образца. Темп К контаминации можно выразить через ее характерное сечение о и плотность потока} медленных вторичных электроно
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.