ТЕСТОВЫЙ ОБЪЕКТ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ РАСТРОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МИКРОСКОПОВ Российский патент 2003 года по МПК G01B15/00 H01J37/285 

Изобретение относится к области растровой электронной микроскопии, а более конкретно к измерениям линейных размеров элементов интегральных схем в субмикрометровом диапазоне.

Известны тестовые объекты для калибровки растровых электронных микроскопов (РЭМ), используемые при измерениях ширины линий микрорельефа на поверхности твердого тела [1]. Эти тестовые объекты - эталонные меры - представляют собой периодические дифракционные решетки, профиль рельефа которых может быть, например, близким к прямоугольному. Периодические щелевидные структуры с прямоугольным профилем обеспечивают калибровку увеличения РЭМ с использованием в качестве калиброванного образца среднего значения шага периодической структуры, которое не зависит от фокусировки зонда.

Однако при больших увеличениях РЭМ, необходимых для измерения нанометровых линейных отрезков, тестовая структура допускает измерение только одного шага периодической структуры. Поэтому для получения среднего значения шага требуется большое количество измерений во многих участках решетки. Поэтому существенным недостатком тестового объекта-аналога является большое время калибровки РЭМ.

Наиболее близким по технической сущности выполнением тестового объекта, выбранным в качестве прототипа, является конструкция тестового объекта, выполненного в виде периодической монокристаллической кремниевой структуры с рельефной шаговой поверхностью, элементы которой имеют трапециевидный профиль [2] . Тестовый объект- прототип позволяет использовать меру с калиброванным шагом одной конкретной пары элементов периодической структуры на малой площади.

Однако тестовый объект-прототип имеет существенный недостаток, заключающийся в необходимости наличия большого числа калиброванных шагов в различных участках периодической структуры. Такая необходимость обусловлена малым временем эксплуатации одного участка периодической структуры из-за деградации в результате осаждения углерода из остаточных паров под воздействием электронного пучка. Увеличение срока службы тестового объекта, таким образом, влечет за собой увеличение его стоимости. Другим существенным недостатком прототипа является сложность изготовления при шаге периодической структуры порядка 50 нм, который необходим для калибровки РЭМ при измерениях линейных размеров элементов сверхбольших интегральных схем в диапазоне 30-100 нм.

Для использования калиброванного отрезка, соответствующего проекции боковой стенки элемента с трапециевидным профилем, имеющей размер более диаметра зонда РЭМ, требуется калибровка большого количества отрезков. Это обусловлено необходимостью усреднения значений калиброванных отрезков из-за технологических погрешностей их выполнения. В конструкции-прототипе пологие стенки щелей периодической структуры получены изотропным травлением, при котором наклон стенки и, следовательно, размер ее проекции, зависит от размера фотомаски, который имеет технологический разброс.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений с одновременным уменьшением времени измерения линейных размеров элементов сверхбольших интегральных схем с помощью РЭМ. Этот технический результат получен посредством тестового объекта для калибровки РЭМ, выполненного в виде периодической монокристаллической кремниевой структуры с рельефной шаговой поверхностью, элементы которой имеют трапециевидный профиль, в котором проекции боковых граней на плоскость основания превышают диаметр зонда РЭМ, в котором во всех элементах рельефной шаговой поверхности выдержан постоянный острый угол между боковой гранью трапеции и плоскостью ее нижнего основания.

Новизна тестового объекта для калибровки РЭМ заключается в том, что во всех элементах рельефной шаговой поверхности выдержан постоянный острый угол между боковой гранью трапеции и плоскостью ее нижнего основания.

Новизна предпочтительного варианта изобретения заключается в том, что упомянутый острый угол равен 54,7^o и образован пересекающимися кристаллографическими плоскостями (100) и (111) монокристаллического кремния в результате его анизотропного травления.

Использование периодической монокристаллической кремниевой структуры с поверхностью, совпадающей с кристаллографической плоскостью (100), на которой расположены элементы с наклонными боковыми стенками, обеспечивает равенство проекций боковых стенок во всех участках периодической структуры, поскольку величины проекций определяются только постоянным углом (54,7^o) и глубиной травления.

Изобретение поясняется приведенными чертежами.

На фиг. 1. приведено схематическое изображение топологии тестового объекта для калибровки РЭМ согласно изобретению.

На фиг.2. приведен схематический разрез структуры тестового объекта для калибровки РЭМ согласно изобретению.

Тестовый объект для калибровки РЭМ согласно изобретению включает монокристаллическую кремниевую подложку 1 с рельефной шаговой поверхностью, элементы 2 которой имеют трапециевидный профиль, в котором проекции 3 боковых граней 4 на плоскость основания 5 превышают диаметр зонда РЭМ (не показано).

Во всех элементах 2 выдержан постоянный острый угол 6 между боковой гранью 4 и плоскостью основания 5 трапеции. Острые углы 6 во всех элементах 2 представляется возможным выдержать одинаковыми и равными 54,7^o, поскольку эти углы образованы пересекающейся кристаллографической плоскостью (100) - плоскость боковой грани 4 и кристаллографической плоскостью (111) - плоскость основания 5.

Калибровка РЭМ с помощью тестового объекта согласно изобретению производится следующим образом.

При сканировании периодической структуры с элементами 2 зондом РЭМ, работающим в режиме сбора вторичных электронов, получают видеосигнал с измеряемыми параметрами. При этом на экране РЭМ устанавливают только часть изображения периодической кремниевой структуры, на котором видны два элемента 2 периодической структуры. Все характерные размеры элементов 2 (проекция боковой стенки 4 на плоскость 5, размеры верхнего и нижнего оснований трапециевидного профиля) выбираются превышающими в несколько раз диаметр электронного зонда РЭМ. При этом, определив по видеосигналу только один размер периодической структуры тестового объекта (период или шаг), определяют параметры РЭМ и размеры верхнего и нижнего оснований трапеций методом, описанным в [2]. Таким образом, по аттестуемым параметрам - периоду и высоте элементов 2 периодической структуры тестового объекта согласно изобретению определяют все параметры структуры линейной меры и используемого РЭМ. Поскольку в процессе одного измерения определяют все параметры РЭМ (усиление и диаметр зонда) и все параметры периодической структуры, то на результаты измерений не влияют ошибки фокусировки.

Кроме этого, постоянный угол наклона боковой стенки всех элементов 2 периодической структуры, определяемый пересекающимися кристаллографическими плоскостями монокристаллической кремниевой структуры, гарантирует получение одинаковых результатов при измерениях в различных областях тестового объекта. Это позволяет уменьшить время калибровки РЭМ и повысить точность измерений.

Тестовый объект для калибровки РЭМ может быть изготовлен по стандартным технологическим процессам микроэлектроники с использованием фотолитографии и анизотропного травления в водном растворе КОН монокристаллической кремниевой пластины, рабочая поверхность которой ориентирована в кристаллографической плоскости (111).

Тестовый объект согласно изобретению может найти широкое применение для калибровки РЭМ при измерениях элементов сверхбольших интегральных схем в нанометровом диапазоне.

Литература
1. Nakayama Y., Okazaki S., Sugimoto A. // J. Vac. Sci. Techol. - 1998. - V.B6. - P. 1930.

2. Ч. П. Волк, Ю.А. Новиков, А.В. Раков // Измерительная техника, 2000, 4, ср. 48-52.

Изобретение относится к области электронной микроскопии. Техническим результатом является повышение точности и уменьшение времени измерений линейных размеров элементов интегральных схем с помощью растровых электронных микроскопов (РЭМ). Тестовый объект для калибровки растровых электронных микроскопов выполнен в виде периодической монокристаллической кремниевой структуры с рельефной шаговой поверхностью, элементы которой имеют трапециевидный профиль, в котором проекции боковых граней на плоскость основания превышают диаметр зонда РЭМ. Во всех элементах рельефной шаговой поверхности выдержан постоянный острый угол между боковой гранью трапеции и плоскостью ее нижнего основания. Упомянутый острый угол равен 54,7^o и образован пересекающимися кристаллографическими плоскостями (100) и (111) монокристаллического кремния в результате его анизотропного травления. Тестовый объект для калибровки РЭМ может быть изготовлен по стандартным технологическим процессам микроэлектроники с использованием фотолитографии и анизотропного травления в водном растворе КОН монокристаллической кремниевой пластины, рабочая поверхность которой ориентирована в кристаллографической плоскости (111). 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Тестовый объект для калибровки растровых электронных микроскопов, выполненный в виде периодической монокристаллической кремниевой структуры с рельефной шаговой поверхностью, элементы которой имеют трапециевидный профиль, в котором проекции боковых граней на плоскость основания превышают диаметр зонда растрового электронного микроскопа, отличающийся тем, что во всех элементах рельефной шаговой поверхности выдержан постоянный острый угол между боковой гранью трапеции и плоскостью ее нижнего основания. 2. Тестовый объект для калибровки растровых электронных микроскопов по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый острый угол равен 54,7^o и образован пересекающимися кристаллографическими плоскостями (100) и (111) монокристаллического кремния в результате его анизотропного травления.