Способ измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе Советский патент 1990 года по МПК H01J37/28 

Изобретение относится к электронной микроскопии, в частности к способам измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе.

Цепью изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет расширения диапазона измерений в сторону увеличения энергии электронов зонда РЭМ.

На фиг.1 показан используемый объект, сечение; на фиг.2 - характерная форма регистрируемого сигнала тока вторичной эмиссии с поверхности объекта.

Используемый объект имеет кремниевую подложку 1 и вольфрамовую пленку 2, образующую выступы прямоугольного сечения.

Способ реализуют следующим образом.

При сканировании электронным зондом перпендикулярно боковым граням вольфрамовой пленки между двуня установившимися уровнями сигнала вторичной эмиссии от кремниевой подложки S, и от вольфрамовой пленки St пбявляется переходная область (фиг.2), ширина которой определяется диамет- .ром электронного зонца. Глубина выхо1

ьэ

315

да вторичных электронов 5-10 нм,поэтому уровень S определяется только пленкой вольфрама и значительнЬ превышает уровень Я. Использование достаточно тонкого слоя вольфрама 10 - 50 нм позволяет уменьшить влияние боковых граней на сигнал вторичной эмиссии, так как кремниевая подложка под участком с вольфрамом и вне его одинаковао Малая толщина вольфрамовой пленки обеспечивает малую величину топографического контраста от ступеньки по сравнению с композиционным контрастом (от атомного номера), В результате на форме сигнала отсутствует максимум, характерный для обычной достаточно высокой ступеньки на однородном материале. Наличие максимума обычно сопровождается расши- рением переходной области в сигнале за счет эффектов самозатенения вторичных электронов и не позволяет применять известные расчетные формулы. Уменьшение толщины вольфрамовой пленки менее 10 нм приводит к уменьшению уровня S4 за счет участия кремниевой подложки в формировании сигнала и,как следствие, к нежелательному уменьшению композиционного контраста и уменьшению отношения сигнала к шуму. Увеличение толщины вольфрамовой пленки выше 50 нм приводит к нежелательному увеличению топографического контраста. Малая толщина вольфрамовой пленки обеспечивает также малое размытие края пленки в горизонтальном направлении.

При определении диаметра зонда по форме сигнала обычно считают,что распределение электронов в зонде подчиняется гауссовскому закону, а диаметром зонда является размер участка на котором сигнал возрастает от уровня Я + 0,1 (S г- Я,) до уровня S, + + 0,9(Я4- S,). Однако, если измерение диаметра зонда проводить по этим уровням, то точность невысока из-за пологой переходной области на этих уровнях. Поэтому измеряют протяжен- ность участка нарастания сигнала от уровня ЈsA + 0,3(SZ - S,)3 до уровня Q5, + 0,69(fi - Я,) на резком участке переходной области (т.е. время прохождения зондом расстояния,равного параметру G в распределении

Гаусса).

При этом с увеличением энергии электронов чонда РЭМ не сказывается

24

расширение области взаимодействия первичных электронов с краями вольфрмовой пленки, и точность определения диаметра зонда не изменяется.

Пример. Для измерения диаметра электронного зонда изготавливают специальный объект, представляющий собой набор участков вольфрамовой пленки на кремниевой подложке,Изготовление объекта осуществляют методом фотолитографии.

Приготовленный объект устанавливают в камеру РЭМ и ориентируют так, чтобы полоски вольфрамовой пленки были перпендикулярны направлению сканирования. Затем производят сканирование электронным зондом с энергией электронов 30 кэВ при увеличении 50 000 и регистрирующий сигнал тока вторичной эмиссии. Далее производят фотографирование сигнала с экрана видеоконтрольного устройства и затем при печатании с негатива увеличивают изображение в 10 раз. Затем по отпечатку определяют размер участка 1 3 мм, на котором сигнал меняется в заданных пределах. I

Далее вычисляют диаметр зонда } 15,6 нм.

Формула изобретения

Способ измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе, включающий сканирование объекта с выступами прямоугольного сечения в перпендикулярном к их боковым граням направлении, регистрацию сигнала тока вторичной эмиссии с поверхности объекта и определение диаметра электронного зонда по параметрам формы регистрируемого сигнала отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет расширения диапазона измерений в сторону увеличения энергии электронов зонда при сохранении точности, в качестве объекта используют участки вольфрамовой пленки толщиной 10...50 нм на кремниевой подложке, а диаметр электронного зонда определяют из выражения

D 2,6 1

М

где 1 - протяженность фронтальной

части сигнала я пределах изи Sz 51569Q12

менения его уровня от рЗ, + . + 0,31 (Вг - S,) до Јs, + 0,69(St- S,),MM;

установившиеся уровни сигналов соответственно

от поверхности кремниевой

подложки и вольЛрамовой

пленки;

увеличение микроскопа.

Изобретение относится к области электронной микроскопии, в частности к способам измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа - достигается путем расширения диапазона измерений в сторону увеличения энергии электронов зонда при сокращении точности. Используют объект с выступами прямоугольного сечения - участки вольфрамовой пленки толщиной 10...50 нм на кремниевой подложке. При сканировании объекта перпендикулярно боковым граням выступов регистрируют ток вторичной эмиссии в виде импульсного сигнала и определяют диаметр электронного зонда D = 26L/M, где L - протяженность (мм) фронтальной части сигнала в пределах изменения его уровня от [S₁ + 0,31 (S₂ - S₁) до [S₁ + 0,69 (S₂ - S₁)], S₁ и S₂ - установившиеся уровни сигнала соответственно от поверхности кремниевой подложки и вольфрамовой пленки

M - увеличение микроскопа. 2 ил.

5г

5,(ДО/&г$)S,Ot3ltSt-S,) 5,

г 1

./

.2