погрешность измерения средней линии элемента структуры определялась в основном погрешностью увеличения
Д 1р: (/1р: ( «ДМ / 0 (29)
а диаметр зонда и точность его измерения практически роли не играли (кроме условий (1) и (25)).
При малых размерах зондов с1 << 1р ( выражение (29) справедливо и в нанометровой области. Однако выгоды это свойство не приносит, так как в технологиях микро- и нано-электроники необходимо знать линейные размеры микро-и наноструктур на уровнях верха и особенно низа выступов и канавок, а такие размеры можно определить только зная диаметр зонда.
Таким образом, точное знание размера зонда гарантирует возможность измерений на РЭМ линейных размеров прямоугольных и трапециевидных структур в широком диапазоне значений, вплоть до десятков нанометров. Причем погрешность таких измерений в большей степени определяется погрешностью измерения размера электронного зонда этого микроскопа. Поэтому настоятельной потребностью современных микро- и нанотехнологий являются РЭМ с зондами диаметрами менее 20 нм.
Л и т е р а т у р а
1. Практическая растровая электронная микроскопия / Под ред. Дж. Гоулдстейна и Х. Яковица; пер. с англ. — М.: Мир, 1978.
2. Postek M. T. // Scanning Microscopy. — 1989. — V. 3. — N 4. — P. 1087.
3. Hatsuzawa T., Toyoda K., Tanimura Y. // Rev. Sci. Instrum.
— 1990. — V. 61. — N 3. — P. 975.
4. Новиков Ю. А., Раков А. В. // Микроэлектроника. — 1996.
— Т. 25. — № 6. — C. 417.
5. Новиков Ю. А., Раков А. В. // Там же. — C. 426.
6. Новиков Ю. А., Раков А. В. // Измерительная техника.
— 1999. — № 1. — С. 14; Novikov Yu. A., Rakov A. V. // Measurement Techniques. — 1999. — V. 42. — N 1. — P. 20.
7. Новиков Ю. А., Раков А. В. // Изв. вузов. Электроника. — 1998. — № 4. — С. 81.
8. Новиков Ю. А., Раков А. В. // Тр. ИОФАН. — 1998. — Т. 55. — С. 3.
9. Новиков Ю. А., Пешехонов С. В., Стрижков И. Б. //
Тр. ИОФАН. — 1995. — Т. 49. — С. 20.
10. Новиков Ю. А., Стеколин И. Ю. // Тр. ИОФАН. — 1995.
— Т. 49. — С. 41.
11. Волк Ч.П. и др. // Микроэлектроника. — 2002. — Т. 31.
— № 4. — C. 243.
12. Новиков Ю. А., Раков А. В., Стеколин И. Ю. // Поверхность. — 1994. — № 4. — С. 75.
13. Новиков Ю. А. и др. // Поверхность. — 1994. — № 12.
— С. 10.
14. Новиков Ю. А. // Поверхность. — 1995. — № 10. — С. 58. Дата одобрения 08.02.2008 г.
537.533
Калибровка растрового электронного микроскопа по двум координатам с использованием одного аттестованного размера
Ч. П. ВОЛК*, Ю. А. НОВИКОВ**, А. В. РАКОВ**, П. А. ТОДУА***
* ОАО «НИИМЭ и завод «Микрон» ** Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН, e-mail: nya@kapella.gpi.ru *** Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума,
e-mail: fgupnicp@mail.ru
Предложен метод калибровки растрового электронного микроскопа, который полностью соответствует государственным стандартам, обеспечивающим единство измерений в нанотехнологиях. Ключевые слова: растровый электронный микроскоп, калибровка.
A method is proposed for calibrating a scanning electron microscope. The method is fully complied with the Russian standards that assure the measurement uniformity in nanotechnologies. Key words: scanning electron microscope, calibration.
Линейные измерения в микро- и нанометровой областях являются основными методами контроля в технологии производства микро- и наноэлектроники [1]. Среди устройств, позволяющих осуществить такие измерения, наиболее рас-
пространены растровые электронные микроскопы (РЭМ) [2—7]. Однако сигналы РЭМ неадекватно отражают форму исследуемого объекта (рис. 1), особенно в нанометровой области, что создает большие трудности для анализа резуль-
,.s"P и, t
ЖЛ\
..sV, ч ;
да
, T ,
bt = mGt + d;
а 6
Рис. 1. Схемы профиля трапециевидной шаговой структуры с параметрами, характеризующими эту структуру (а), и сигнала (б), получаемого в режиме сбора вторичных медленных электронов при сканировании шаговой структуры с большими углами наклона боковых стенок, с измеряемыми параметрами
татов измерений [8]. Разработанные в последние годы методы измерения линейных размеров на РЭМ [6, 7, 9, 10] устраняют эти недостатки. Для их реализации необходима калибровка микроскопа, т. е. определение увеличения микроскопа и диаметра его электронного зонда [11]. Но до сих пор калибровка РЭМ осуществлялась только по одной координате. Поэтому РЭМ обычно применяют для измерения линейных размеров 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 точность калибровки 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 при этом калибровку проводят в разное время.
Ниже рассмотрен метод калибровки РЭМ по двум координатам с использованием одного аттестованного размера тест-объекта.
Теория метода. Согласно стандартам [12, 13] калибровку РЭМ необходимо проводить с помощью монокремниевых тест-объектов с трапециевидным профилем и большими углами наклона боковых стенок, полученных анизотропным травлением кремния [14, 15]. При сканировании таких структур в РЭМ получаемый сигнал во вторичных медленных электронах будет иметь вид, представленный на рис. 1, б. При условии, что размеры всех элементов шаговой структуры (рис. 1, а) много больше диаметра й электронного зонда РЭМ, т. е. s = htg ф >> й, ир ( >> й, Ьр ( >> й, связь параметров структуры (см. рис. 1, а) и сигнала (см. рис. 1, б) определяется выражениями
t = mT; (1)
s = mS; (2)
d = mD; (3)
Up = mLp - d; (4)
bp = mGp - d; (5)
ut = mLt + d; (6)
K = m(Lf -Gf)/2tgp = m(Gp - Lp)/2tgcp = mS/ tgp.
(7)
(8)
В [16] параметр m назван размером пиксела. Его величина связана с увеличением микроскопа M выражением m = 1 / M. Под этим же названием параметр m утвердился и в англоязычной литературе (pixelsize). Однако в [13] величина m названа масштабным коэффициентом видеоизображения.
Согласно [12, 13], используя выражения (1) и (3) или (2) и (3), можно калибровать РЭМ по одной координате с помощью аттестованного значения шага t структуры (выражения (1) и (3)) или аттестованного значения s проекции боковой наклонной стенки выступа или канавки (выражения (2) и (3)). Если известны увеличение и диаметр электронного зонда, то можно найти (см. выражения (4)—(7)) все геометрические характеристики (размеры верхних и нижних оснований трапециевидных выступов и канавок) рельефных структур, но только вдоль одной координаты. Если известен угол наклона боковых стенок выступов и канавок, то удается определить (выражения см. (8)) и высоту выступа или глубину канавки.
Всеми свойствами, необходимыми для выполнения требований стандартов [14, 15], обладает тест-объект МШПС-2.0К [16], с помощью которого можно калибровать РЭМ вдоль одной координаты. Однако этот тест-объект имеет и другие свойства, которые позволяют осуществить калибровку РЭМ по двум координатам с использованием только одного аттестованного размера.
На рис. 2, а изображен один из концевых участков тест-объекта МШПС-2.0К, все три боковые стороны канавок которого, в силу технологии его изготовления с помощью анизотропного травления, соответствуют кристаллографическим плоскостям {111} кремния, а дно канавок и вершины выступов — кристаллографическим плоскостям {100} (рис. 2, б) [16]. Следовательно, проекции наклонных стенок канавок вдоль разных направлений равны, т. е. sx = sy= s.
Тогда размеры пиксела РЭМ в разных направлениях будут определяться выражениями
mx = s / Sx; my = s / Sy,
а размеры зонда вдоль разных направлений —
dx = Dx s / Sx;
dy = Dy s / Sy,
(9)
(10)
где Sx, Sy — параметры S сигналов (см. рис. 1, б), соответствующие проекциям наклонных стенок канавки вдоль осей X и У, а Dx, Dy — параметры D сигнала вдоль этих осей.
а 6
Рис. 2. Полученное на РЭМ изображение (а) концевого участка шаговой структуры тест-объекта МШПС-2.0К и схема этого участка (б) с указанием положений кристаллографических плоскостей
кремния
Рис. 3. Формы сигналов вдоль осей сканирования Х (сигнал 1) и У (сигнал 2)
Таким образом, с помощью тест-объекта МШПС-2.0К (или аналогичного) и выражений (9) и (10) можно калибровать РЭМ по двум координатам с применением одного аттестованного размера тест-объекта — проекции наклонной стенки выс-
тупов или канавок. Необходимо отметить, что такая калибровка возможна и с использованием аттестованного значения шага t. Для этого надо с помощью выражения
s = S / T,
(11)
полученного из (1) и (2) для оси Х 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 с использованием (11) калибровки РЭМ не требуется, так как в (11) входят уже аттестованные значения шага t и величин Sx и Т, которые определяют на самом сигнале. Единственное требование для РЭМ — линейность сканирования, однако оно не является серьезным препятствием, так как его выполнение необходимо для проведения любых измерений на таких микроскопах.
Калибровка РЭМ по двум координатам. Для калибровки использовали микроскоп CamScan S-4, работающий в режиме сбора вторичных медленных электронов, при энергии электронов зонда Б = 25 кэВ. Применен тест-объект МШПС-2.0К с проекцией боковой наклонной стенки s = 470,1 ± 1,5 нм.
Изображение концевого участка тест-объекта приведено на рис. 2, а, а на рис. 3 показаны формы сигналов вдоль оси X (сигнал 1) и оси У (сигнал 2). Видно, что реальные сигналы соответствуют схеме сигнала на рис. 1, б. На сигналах были определены величины Sx и с помощью которых осуществлена калибровка. Результаты калибровки РЭМ на CamScan S-4 приведены в таблице, из которой следует, что размеры пиксела вдоль разных координат немного различаются:
mx / my = 1,043 ± 0,007.
Результаты калибровки РЭМ на CamScan S-4 по двум координатам
(12)
Параметр Координата
X
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.