Тестовый объект для калибровки растровых электронных микроскопов

 

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 54,7o 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.

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 54,7o 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 (54,7o) 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 54,7o, 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.

Формула изобретения

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 54,7o и образован пересекающимися кристаллографическими плоскостями (100) и (111) монокристаллического кремния в результате его анизотропного травления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.02.2006        БИ: 06/2006



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронным вакуумным приборам, в частности к эмиссионным микроскопам и видеоусилителям, и раскрывает способ визуализации и увеличения изображений исследуемых объектов

Изобретение относится к области исследования поверхностных слоев вещества методами СВЧ и сканирующей туннельной спектроскопии

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в исследовательских и технологических установках для контроля рельефа поверхностей и локального воздействия на них

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), используемой для исследования поверхности проводящих веществ

Изобретение относится к эмиссионной электронике и предназначено главным образом для изготовления микроострий-зондов для туннельных микроскопов, а также точечных автоэлектронных источников и образцов для автоэмиссионной микроскопии

Изобретение относится к методам исследования тонких пленок и поверхности твердого тела, в частности адсорбированных слоев, находящихся в равновесии с газовой фазой при высоких давлениях

Изобретение относится к туннельной микроскопии и может быть использовано для исследований быстропротекающих динамических процессов на поверхностях изучаемых объектов

Изобретение относится к дистанционным пассивным способам измерения толщины пленки нефтепродукта, включая и саму нефть, и может быть использовано для устранения неоднозначности при измерении толщины пленки в миллиметровом диапазоне длин волн

Изобретение относится к способам определения толщины неметаллических материалов и может быть использовано для определения толщины пленки нефтепродукта, разлитой на водной поверхности

Изобретение относится к радиационной технике

Изобретение относится к оптической контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины остаточных пленок в окнах малых (~1 мкм) размеров, полученных любым способом в произвольной многослойной структуре на подложке с известными оптическими характеристиками Сущность изобретения заключается в измерении стандартным методом эллипсометрии эллипсометрических параметров в нулевом порядке дифракции для по крайней мере четырех рядом расположенных участков структуры со сформированными в ней окнами, имеющих различное соотношение площадей "исходная многослойная структура-окна", с последующим вычислением с их помощью толщины остаточной пленки в окнах по специальному алгоритму

Изобретение относится к области рентгеновской измерительной техники

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к рентгеновским толщиномерам, и может быть использовано при измерении толщины из различных металлических листовых изделий, получаемых на прокатных станах, а также толщины бумаги, картонной и резиновых лент как в статике, так и динамике

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано для контроля толщины слоя циркония или его сплавов или для дефектоскопии материалов различных изделий

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины лент и полос из различных материалов как в статике, так и в динамике

Изобретение относится к области рентгенотехники и может применяться для контроля плотности, состава и толщины тонких пленок и поверхностных слоев, а также для определения шероховатости поверхности

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению контуров поверхности с помощью ионизирующего излучения, и может быть использовано для определения рельефа и уровня поверхности шихтовых материалов на колошнике доменной печи

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к рентгеновским толщиномерам, и может быть использовано при измерении толщины металлических лент, полос на прокатном стане, а также толщины бумажной, картонной и резиновой лент как в статике, так и динамике
Наверх