Способ мультиспектральной визуализации и устройство для измерения критического размера наноструктур



Способ мультиспектральной визуализации и устройство для измерения критического размера наноструктур
Способ мультиспектральной визуализации и устройство для измерения критического размера наноструктур
Способ мультиспектральной визуализации и устройство для измерения критического размера наноструктур
Способ мультиспектральной визуализации и устройство для измерения критического размера наноструктур

 


Владельцы патента RU 2560245:

САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС КО., ЛТД. (KR)

Изобретение относится к области полупроводниковых технологий и более конкретно к способу мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов и к устройству, в котором осуществляется данный способ. В способе согласно изобретению получают эталонные распределения интенсивности в нескольких спектральных интервалах при различных положениях образца вдоль оптической оси, формируют библиотеку эталонных матриц; позиционируют исследуемый образец, освещают образец светом с широким частотным спектром, соответствующим видимому диапазону длин волн, собирают рассеянный образцом свет; получают распределения интенсивности рассеянного света для нескольких спектральных интервалов при различных положениях образца вдоль оптической оси, формируют матрицу распределений интенсивности для исследуемого образца и получают информацию о величине КР путем сравнения полученной матрицы распределений интенсивности с библиотекой эталонных матриц. Устройство содержит источник оптического излучения, освещающую оптическую систему, собирающую оптическую систему, блок спектральной селекции, детектор изображения, устройство позиционирования образца и вычислительный блок. Изобретение обеспечивает более эффективное и точное определение критического размера при существенно меньших затратах. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области полупроводниковых технологий, в частности к производству наноразмерных промышленных структур, и более конкретно - к способу мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов и устройству измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов таким способом мультиспектральной визуализации.

Уровень техники

В современном производстве полупроводниковых чипов наблюдается заметная тенденция к снижению критических размеров (КР) промышленных структур. Размер наноструктур, которые представляют интерес для исследования, оценивается в несколько десятков нанометров и называется критическим размером (КР). В настоящее время для производства достижимы критические размеры около ~20 нм, а в ближайшем будущем это значение может быть снижено до ~10 нм.

Массовое производство полупроводниковых структур с таким низким значением критических размеров повышает требования к точности и надежности измерительного оборудования, а также к быстродействию и стоимости процессов измерения. В то же время существующие методы измерений с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) и атомно-силового микроскопа (АСМ) являются слишком медленными и дорогостоящими, особенно при контроле чипов с известной топологией, критические размеры структур которых слабо отличаются от требуемых значений. Для этого вида измерений разработан набор оптических методов, основанных на технологии эллипсометрии (“Handbook of ellipsometry”, Harland G. Tompkins, Eugene A. Irene) (далее - [1]) и рефлектометрии (PETRE CĂTĂLIN LOGOFĂTU et. al., Rom. Journ. Phys., Vol. 55, Nos. 3-4, P. 376-385, Bucharest, 2010) (далее - [2]). Особенно широко известен метод OCD (Ray J. Hoobler and Ebru Apak, Proceedings of SPIE Vol. 5256 23rd Annual BACUS Symposium on Photomask Technology) (далее - [3]), используемый для контроля полупроводниковых структур с критическим размером меньше предела Рэлея.

Зависимость коэффициента отражения субволновых структур от значения критического размера, длины волны излучения и угла падения используется при методе OCD. Метод применятся в двух вариантах. В первом варианте зависимость коэффициента отражения объекта от угла падения излучения измеряется с фиксированной длиной волны падающего излучения. Во втором варианте зависимость коэффициента отражения от длины волны падающего излучения измеряется с фиксированным углом падения. На практике во втором варианте измеряется спектр падающего и отраженного излучения и затем вычисляется коэффициент отражения исследуемой структуры. Лучшее совпадение измеренных и вычисленных кривых дает неизвестное значение критического размера.

Несмотря на распространенность метода OCD в полупроводниковом производстве, этот метод не позволяет производить анализ непериодических структур и структур, которые состоят из одного или нескольких изолированных объектов.

Метод TSOM, описанный в публикации Attota, R., Silver, R.M., and Barnes, B.M., “Optical through-focus technique that differentiates small changes in line width, line height, and sidewall angle for CD, overlay, and defect metrology applications”, Proc. SPIE 6922, 6922OE-1-13, (2008) (далее - [4]), основанный на анализе неконтрастного (расфокусированного) изображения объекта, зарегистрированного с использованием оптического микроскопа при сканировании этого объекта вдоль оптической оси, позволяет анализировать непериодические и изолированные объекты.

Несмотря на явные преимущества метода TSOM, существуют некоторые недостатки. Так как в технологии TSOM используется только один спектральный диапазон, этот метод может дать слишком мало данных, чтобы эффективно и точно определить критический размер. Например, выбранный спектральный диапазон может не быть оптимальным для определения критического размера одного или нескольких объектов.

Раскрытие изобретения

Учитывая вышесказанное, задача настоящего изобретения состоит в создании способа и устройства для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов с помощью мультиспектральной визуализации. Данная задача решается способом мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов и устройством для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов упомянутым способом мультиспектральной визуализации.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, состоит в обеспечении более эффективного и точного определения критического размера по сравнению с известными методами из уровня техники, охарактеризованными выше, при существенно меньших затратах.

В первом аспекте настоящего изобретения предложен способ мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов, содержащий этапы, на которых: получают эталонные распределения интенсивности в нескольких спектральных интервалах при различных положениях образца вдоль оптической оси; формируют библиотеку эталонных матриц распределений интенсивности с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца вдоль оптической оси; позиционируют исследуемый образец посредством устройства позиционирования образца; освещают образец светом с широким частотным спектром, соответствующим видимому диапазону длин волн, посредством источника оптического излучения с широким спектром излучаемого света; собирают рассеянный образцом свет посредством собирающей оптической системы и передают его через блок спектральной селекции на детектор изображения; получают распределения интенсивности рассеянного света для нескольких спектральных интервалов посредством детектора изображения при различных положениях образца в устройстве позиционирования образца вдоль оптической оси; формируют в вычислительном блоке матрицу распределений интенсивности для исследуемого образца с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца вдоль оптической оси; и получают в вычислительном блоке информацию о величине КР путем сравнения полученной матрицы распределений интенсивности с библиотекой эталонных матриц. Ширина спектра излучаемого света, которым освещают образец, составляет от 380 нм до 740 нм.

В варианте выполнения заявляемого способа формирование библиотеки эталонных матриц распределений интенсивности может осуществляться путем измерения распределений интенсивности света, рассеянного калиброванными тестовыми объектами.

Кроме того, формирование библиотеки эталонных матриц распределений интенсивности может осуществляться путем математического моделирования распределений интенсивности света, рассеянного объектами с заданными геометрическими параметрами.

Во втором аспекте заявляемого изобретения предложено устройство для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов способом мультиспектральной визуализации, охарактеризованным в первом аспекте настоящего изобретения. Заявляемое устройство содержит: источник оптического излучения с широким спектром излучаемого света; освещающую оптическую систему, обеспечивающую освещение образца; собирающую оптическую систему, обеспечивающую сбор света, рассеянного образцом; блок спектральной селекции; детектор изображения; устройство позиционирования образца; блок управления и синхронизации и вычислительный блок.

В варианте выполнения заявляемого устройства детектор изображения может представлять собой монохромный детектор на основе твердотельной матрицы ПЗС (прибор с зарядовой связью) или КМОП (комплементарный металлооксидный полупроводник), а блок спектральной селекции может содержать набор цветных светофильтров, установленных в моторизированной оправе перед монохромным детектором.

В другом варианте выполнения заявляемого устройства блок спектральной селекции и детектор изображения могут быть реализованы посредством видеоспектрометра (спектральной видеокамеры), выполненного с возможностью последовательной регистрации распределения интенсивности рассеянного объектом излучения для каждого спектрального диапазона.

Кроме того, блок спектральной селекции и детектор изображения могут быть реализованы посредством цветного детектора изображения на основе твердотельной ПЗС- или КМОП-матрицы, выполненного с возможностью одновременной регистрации распределения интенсивности рассеянного объектом излучения для каждого спектрального диапазона, определяемого характеристиками цветного детектора изображения.

Заявляемый способ мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноразмерных структур основан на использовании явления зависимости спектра и распределения интенсивности излучения, рассеиваемого образцом, содержащим наноразмерные структуры, от геометрических параметров таких структур. Предложенный способ в общем заключается в освещении исследуемой структуры широкополосным оптическим излучением, перемещении образца вдоль фокуса, сборе рассеянного структурой излучения в каждом положении фокуса, выделении из рассеянного излучения трех и более спектральных диапазонов, регистрации распределения интенсивности рассеянного наноструктурой излучения, формировании соответствующей матрицы распределений интенсивностей рассеянного излучения для каждого из спектральных диапазонов (так называемого куба данных) и обработке полученного куба данных с целью получения информации о величине критического размера.

Заявляемый способ может осуществляться различными материальными средствами, в частности для его осуществления предложено устройство для измерения критического размера (КР) наноразмерных структур, охарактеризованное во втором аспекте настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что заявляемый способ мультиспектральной визуализации в общем может быть осуществлен с использованием различных сочетаний материальных средств и, в частности, различных сочетаний аппаратных и программных средств.

В рассматриваемом примерном варианте выполнения заявляемого устройства материальные средства для реализации способа мультиспектральной визуализации устройством для измерения критического размера наноразмерных структур содержат аппаратную и программную части. При этом аппаратная часть материальных средств включает в себя: источник оптического излучения с широким спектром излучаемого света; освещающую оптическую систему, которая обеспечивает освещение образца светом с широким частотным спектром; систему позиционирования образца; собирающую оптическую систему; частотно-селективную оптическую систему для выделения требуемого диапазона длин волн и реализованную, в частности, в виде блока спектральной селекции; детектор изображения для регистрации распределения интенсивности рассеянного излучения; и вычислительный блок для обработки полученных данных. Программная часть включает в себя программные модули, обеспечивающие: управление системой позиционирования образца; управление системой частотной селекции; получение распределения интенсивности рассеянного излучения; формирование вышеупомянутого куба данных; обработку полученных данных с целью получения информации о критическом размере. При этом следует понимать, что охарактеризованное выше сочетание аппаратных и программных средств представляет собой лишь примерный вариант заявляемого изобретения, и объем настоящего изобретения не ограничивается средствами, охарактеризованными в данном примерном варианте. В качестве материально-технических средств для осуществления способа мультиспектральной визуализации в устройстве для измерения критического размера наноразмерных структур может быть использовано любое надлежащее сочетание аппаратных, программных, программно-аппаратных средств, в том числе, без ограничения указанным, аппаратного, программного, микропрограммного обеспечения, интегральных схем, в том числе специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA) и т.п. Любое сочетание материально-технических средств, пригодное для реализации заявляемого способа мультиспектральной визуализации в устройстве для измерения критического размера наноразмерных структур согласно изобретению, входит в объем настоящего изобретения. Тот факт, что в различных зависимых пунктах формулы охарактеризованы признаки различных частных вариантов выполнения настоящего изобретения, не исключает того, что объединение признаков различных зависимых пунктов формулы может быть также использовано с достижением преимущества, если упомянутые признаки различных частных вариантов выполнения не противоречат друг другу или в описании изобретения явным образом не указано иное.

Краткое описание чертежей

Далее будет приведена более подробная характеристика настоящего изобретения в примерном варианте его выполнения. Следует понимать, что данная характеристика приведена с целью иллюстрации заявляемого изобретения и не предназначена для определения или ограничения объема настоящего изобретения. Сущность заявляемого изобретения и подробная характеристика его осуществления будет более понятна при обращении к сопровождающим чертежам, на которых показано:

Фиг.1 - блок-схема способа мультиспектральной визуализации для измерения критического размера наноструктурированных объектов.

Фиг.2 - схема оптической системы для осуществления способа мультиспектральной визуализации для измерения критического размера наноструктурированных объектов согласно одному варианту выполнения изобретения, основанной на использовании набора цветных светофильтров, установленных в моторизированной оправе.

Фиг.3 - схема оптической системы для осуществления способа мультиспектральной визуализации для измерения критического размера наноструктурированных объектов согласно другому варианту выполнения изобретения, основанной на использовании видеоспектрометра.

Фиг.4 - схема оптической системы для осуществления способа мультиспектральной визуализации для измерения критического размера наноструктурированных объектов согласно еще одному варианту выполнения изобретения, основанной на использовании детектора цветного изображения матричного типа.

Осуществление изобретения

В первом аспекте настоящее изобретение относится к способу мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов, при этом заявляемый способ содержит этапы, на которых: получают эталонные распределения интенсивности в нескольких спектральных интервалах при различных положениях образца вдоль оптической оси; формируют библиотеку эталонных матриц распределений интенсивности с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца вдоль оптической оси; позиционируют исследуемый образец посредством устройства позиционирования образца; освещают образец светом с широким частотным спектром, соответствующим видимому диапазону длин волн, посредством источника оптического излучения с широким спектром излучаемого света; собирают рассеянный образцом свет посредством собирающей оптической системы и передают его через блок спектральной селекции на детектор изображения; получают распределения интенсивности рассеянного света для нескольких спектральных интервалов посредством детектора изображения при различных положениях образца в устройстве позиционирования образца вдоль оптической оси; формируют в вычислительном блоке матрицу распределений интенсивности для исследуемого образца с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца вдоль оптической оси; и получают в вычислительном блоке информацию о величине КР путем сравнения полученной матрицы распределений интенсивности с библиотекой эталонных матриц. Более конкретно, ширина спектра излучаемого света, которым освещают исследуемый образец, составляет от 380 нм до 740 нм.

На Фиг.1 представлена блок-схема последовательности операций способа мультиспектральной визуализации для измерения критического размера наноструктурированных объектов в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на Фиг.1, согласно заявляемому способу мультиспектральной визуализации на этапе 100 получают эталонные данные для последующего формирования на основании полученных эталонных данных библиотеки эталонных матриц. Более конкретно, эталонные данные в контексте настоящего изобретения представляют собой значения распределения интенсивности рассеянного света, получаемые при облучении светом с широким частотным спектром эталонных объектов или тест-объектов. Полученные эталонные данные представляют в виде библиотеки эталонных матриц с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца (например, эталонного объекта или тест-объекта) вдоль оптической оси. Получение эталонных данных может быть осуществлено, в частности, путем измерения распределения интенсивности света, рассеянного калиброванными тест-объектами. В качестве тест-объектов могут быть использованы как стандартные калибровочные меры: амплитудные и фазовые решетки, трехмерные массивы прямоугольников, одиночные протяженные прямоугольники, так и нестандартные объекты сложной формы с геометрическими параметрами, измеренными методом электронной микроскопии. Кроме того, эталонные данные и, в частности, эталонные значения распределения интенсивности рассеянного света могут быть получены также путем математического моделирования распределения интенсивности света, рассеянного на объектах с фиксированными геометрическими параметрами. Математическое моделирование основано на решении уравнений Максвелла с использованием численных методов, например, таких как метод связанных волн (Rigorous Coupled Wave Analysis, RCWA) или метод конечных разностей во временной области (Finite Difference Time Domain, FDTD).

Далее, на этапе 110 осуществляют позиционирование исследуемого образца в устройстве согласно изобретению посредством устройства позиционирования образца. При этом устройство позиционирования образца может представлять собой устройство любой конструкции, пригодной для размещения образца в необходимом положении вдоль оптической оси. Для этого устройство позиционирования может содержать, в частности, линейный моторизированный трехкоординатный транслятор 13. На этапе 110 способа размещают исследуемый образец 1 в оптической системе в требуемом положении, в котором далее будет начато облучение образца светом с широким частотным спектром.

На этапе 120 источник оптического излучения с широким спектром излучаемого света формирует детектирующий пучок света. В качестве такого источника оптического излучения может выступать, в частности, освещающая оптическая система, обеспечивающая освещение образца и содержащая оптический блок, который в рассматриваемом примерном варианте выполнения изобретения может включать в себя, в частности, источник 3 света, набор линз 4, 5, 7, амплитудную маску 6, светоделитель 8 и микрообъектив 2.

На этапе 130 выполняют сканирование образца вдоль оптической оси. При этом под сканированием в контексте настоящего изобретения понимается, в частности, сканирующее перемещение образца в устройстве согласно изобретению посредством устройства позиционирования образца и, в частности, сканирующего устройства 12. Для этого сканирующее устройство 12 может содержать, в частности, линейный однокоординатный транслятор, который может быть реализован, например, в виде пьезоэлектрической нанопозиционной системы.

На этапе 140 формируют оптический сигнал путем проецирования детектирующего пучка через упомянутый набор линз на исследуемый объект и фокусировки рассеянного на объекте пучка в изображение в задней фокальной плоскости 10 микрообъектива 2.

На этапе 150 из оптического сигнала, сформированного на этапе 140, выделяют множество спектральных диапазонов путем изменения полосы пропускания блока спектральной селекции. Для этого собирающая оптическая система собирает рассеянный образцом свет и передает его в блок спектральной селекции, который в различных вариантах выполнения изобретения может быть реализован, в частности, посредством набора 19 цветных светофильтров в моторизированной оправе, видеоспектрометра 20, который для этих целей может включать в себя, в частности, монохроматор и надлежащую оптическую систему, или детектора 21 цветного изображения матричного типа на основе ПЗС- или КМОП-матрицы.

На этапе 160 принимают собранный собирающей оптической системой и обработанный блоком спектральной селекции оптический сигнал, соответствующий множеству положений образца вдоль оптической оси и различным спектральным диапазонам. Прием (захват) упомянутого оптического сигнала осуществляется детектором изображения, который представляет собой, в частности, детектор 17 матричного типа на основе ПЗС- или КМОП-матрицы.

На этапе 170 на основании принятого детектором изображения оптического сигнала в вычислительном блоке осуществляют формирование матрицы пространственного распределения рассеянного света для различных положений образца вдоль оптической оси и различных спектральных диапазонов. В частности, формируют матрицу распределений интенсивности для исследуемого образца с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца вдоль оптической оси.

На этапе 180 вычислительный блок осуществляет сравнение измеренных данных в виде матрицы пространственного распределения рассеянного света, сформированной на этапе 170, и эталонных данных в виде эталонных матриц для эталонного объекта или тест-объекта, сформированных на этапе 100. На основании упомянутого сравнения в вычислительном блоке получают информацию о критическом размере (КР) исследуемого наноструктурированного объекта (образца).

Определение критического размера (КР) наноструктурированного (наноразмерного) объекта согласно настоящему изобретению может быть выполнено несколькими способами. Так, например, критический размер может быть определен путем сравнения разности между измеренной и эталонной функцией зависимости контраста от смещения вдоль оптической оси для каждого из рассматриваемых диапазонов длин волн.

В некоторых вариантах осуществления для определения величины критического размера могут быть использованы один или более алгоритмов идентификации, таких как вычисление коэффициента корреляции, модуля разности производных, евклидового расстояния, модуля разности, квадратичной разности. Алгоритмы идентификации могут использоваться для получения информации о величине критического размера путем сравнения пространственного распределения интенсивности, полученного при рассеянии на исследуемой структуре, с соответствующими эталонными пространственными распределениями интенсивности.

Поскольку оптический отклик различных систем в различных условиях также является различным, в некоторых вариантах выполнения возможно предварительное «обучение» заявляемого устройства для измерения критического размера (КР) перед его использованием для определения КР одного или более объектов.

На Фиг.2 представлено схематичное изображение устройства для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов, в котором осуществляется способ мультиспектральной визуализации в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения. В представленном на Фиг.2 варианте выполнения устройства может использоваться оптическая схема микроскопа с использованием освещения по методу Келлера, работающего в светлопольном режиме.

В общем случае, заявляемое устройство для измерения критического размера наноструктурированных объектов, в котором осуществляется способ мультиспектральной визуализации согласно изобретению, содержит источник оптического излучения с широким спектром излучаемого света; освещающую оптическую систему, обеспечивающую освещение образца; собирающую оптическую систему, обеспечивающую сбор света, рассеянного образцом; блок спектральной селекции; детектор изображения; устройство позиционирования образца; блок управления и синхронизации; и вычислительный блок.

Источник оптического излучения в рассматриваемом примерном варианте выполнения изобретения может быть представлен, в частности, источником 3 света (см. Фиг.2-4). Освещающая оптическая система, обеспечивающая освещение образца, состоит из оптического блока, содержащего микрообъектив 2, конденсорную линзу 4, поляризатор 5, амплитудную маску 6, светоделитель 8 и передающую линзу 7 для формирования изображения амплитудной маски в задней фокальной плоскости 10 микрообъектива 2. Эти элементы являются общими для всех рассматриваемых в настоящем документе примерных вариантов выполнения заявляемого устройства.

Собирающая оптическая система, обеспечивающая сбор света, рассеянного образцом, представлена, в частности, микрообъективом 2, имеющим заднюю фокальную плоскость 10, и трубной линзой 9. Блок спектральной селекции, как указано выше, может быть реализован, в частности, в зависимости от конкретного варианта выполнения устройства посредством набора 19 цветных светофильтров в моторизированной оправе, видеоспектрометра 20, который для этих целей может включать в себя, в частности, монохроматор и надлежащую оптическую систему, или детектора 21 цветного изображения матричного типа на основе ПЗС- или КМОП-матрицы.

Детектор изображения в одном варианте выполнения заявляемого устройства для измерения критического размера наноструктурированного объекта может представлять собой, в частности, детектор 17 матричного типа на основе ПЗС- или КМОП-матрицы. В других вариантах выполнения изображения детектор изображения также по существу представляет собой ПЗС- или КМОП-матрицу в составе видеоспектрометра 20 или детектора 21 цветного изображения.

Устройство позиционирования образца в рассматриваемом примерном варианте выполнения заявляемого устройства содержит линейный моторизированный трехкоординатный транслятор 13, позволяющий размещать (позиционировать) исследуемый образец 1 в требуемом положении по оптической оси, например, на поверхности предметного стола, предметного столика микроскопа или другой аналогичной опорной поверхности для размещения исследуемого образца.

Для получения распределения интенсивности рассеянного света при различных положениях исследуемого образца 1 в устройстве позиционирования образца вдоль оптической оси используется сканирующее устройство 12, включающее в себя линейный однокоординатный транслятор, который может быть реализован, в частности, в виде пьезоэлектрической нанопозиционной системы либо любой другой известной системы, которая надлежащим образом обеспечивает сканирование с целью получения распределения интенсивности рассеянного света при различных положениях исследуемого образца 1 в устройстве позиционирования образца.

В рассматриваемом примерном варианте выполнения изобретения предусмотрен блок спектральной селекции, который содержит набор 19 цветных светофильтров в моторизированной оправе между трубной линзой 9 и детектором 17 матричного типа.

Блок управления и синхронизации включает в себя контроллеры 14, 15, 18 для управления сканирующим устройством 12, устройством позиционирования образца (в частности, его линейным моторизированным трехкоординатным транслятором 13) и блоком спектральной селекции. В последнем случае контроллер 18 служит для управления набором 19 цветных светофильтров в моторизированной оправе.

Оптические системы заявляемого устройства для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов, в котором осуществляется способ мультиспектральной визуализации согласно изобретению, в рассматриваемом примерном варианте выполнения изобретения включают в себя источник 3 света, конденсорную линзу 4, поляризатор 5, амплитудную маску 6, светоделитель 8, передающую линзу 7, трубную линзу 9, используемую для формирования изображения в плоскости детектора, и микрообъектив 2, имеющий заднюю фокальную плоскость 10 и оптическую ось 11.

Широкополосный источник 3 света обеспечивает освещение с широким частотным спектром для получения изображения образца 1. Пучок света, испускаемый широкополосным источником 3 света, проходит через конденсорную линзу 4 и затем через поляризатор 5, выполненный с возможностью поворота под различными углами, что позволяет выбирать требуемую поляризацию света.

Далее свет проходит через амплитудную маску 6, имеющую отверстие заданной формы и размера и регулирующую таким образом размер поперечного сечения пучка света. Амплитудная маска 6 может быть расположена в плоскости, оптически сопряженной с задней фокальной плоскостью 10 микрообъектива 2.

Далее пучок света проходит через передающую линзу 7, которая может быть установлена между амплитудной маской 6 и светоделителем 8, и попадает на светоделитель 8, в котором осуществляется разделение светового пучка таким образом, чтобы свет, излучаемый источником света 3, поступал к исследуемому образцу 1, размещенному в устройстве 13 позиционирования, а свет, отраженный или рассеянный исследуемым образцом 1, поступал через микрообъектив 2, трубную линзу 9 и блок спектральной селекции к детектору изображения. В качестве светоделителя 8 может быть использован светоделитель любого надлежащего вида. В частности, светоделитель 8 может быть поляризационным светоделителем.

Трубная линза 9 может представлять собой часть собирающей оптической системы и, соответственно, может быть установлена между светоделителем 8 и детектором изображения.

Детектор изображения принимает оптический сигнал, сформированный в блоке спектральной селекции, и преобразует оптический сигнал в электрический сигнал. В рассматриваемом примерном варианте выполнения заявляемого устройства детектор изображения представляет собой детектор 17 изображения матричного типа, в частности, в виде монохроматической матрицы ПЗС (прибор с зарядовой связью) или КМОП (комплементарный металлооксидный полупроводник).

Перемещение исследуемого образца 1 вдоль оптической оси 11 осуществляется посредством сканирующего устройства 12.

Вычислительный блок в заявляемом устройстве представлен вычислительным устройством 16, которое может представлять собой любое известное вычислительное устройство, пригодное для реализации функций управления захватом изображения посредством детектора изображения и управления контроллерами 14, 15, 18, а также хранения и обработки полученных изображений. В частности, вычислительное устройство может представлять собой компьютер общего назначения, персональный компьютер, один или более процессоров и т.п. Вычислительное устройство 16 может быть выполнено в виде одного компьютера или множества компьютеров, объединенных в сеть с возможностью обмена данными и распределения управляющих функций между различными компьютерами в сети. Вычислительное устройство 16 содержит соответствующие программные средства, необходимые для выполнения упомянутых управляющих функций, а также для обработки и хранения изображений, получаемых при осуществлении заявляемого способа мультиспектральной визуализации, матриц распределений интенсивности для исследуемого образца, получаемых при обработке данных в ходе осуществления заявляемого способа, а также библиотек эталонных матриц, содержащих эталонные данные для сравнения с данными, получаемыми при осуществлении способа. Программные средства могут быть представлены, не ограничиваясь, в виде операционной системы, микропрограммного обеспечения, одного или более специализированных приложений. Для хранения упомянутых программных средств, а также различных видов охарактеризованных выше данных, получаемых и используемых при осуществлении заявляемого способа, могут быть использованы любые подходящие машиночитаемые носители и запоминающие устройства, в частности, но не ограничиваясь, любые энергозависимые или энергонезависимые запоминающие устройства, такие как съемный диск, накопитель на жестких дисках, CD (компакт-диск), DVD (цифровой многоцелевой диск), запоминающее устройство с произвольной выборкой (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM) или тому подобное. Машиночитаемые носители, пригодные для использования в заявляемом изобретении, могут представлять собой, не ограничиваясь, любые электронные, магнитные, оптические, электромагнитные, инфракрасные или полупроводниковые системы или устройства, в частности полупроводниковое или твердотельное запоминающее устройство, магнитную ленту, жесткий магнитный диск и оптический диск, компакт-диск CD-ROM и цифровой многоцелевой диск (DVD).

На Фиг.3 показано схематичное изображение структуры другого варианта устройства для осуществления способа мультиспектральной визуализации в соответствии с изобретением. Структура устройства в данном варианте в целом аналогична рассмотренному выше примерному варианту выполнения заявляемого устройства, поэтому описание элементов устройства, общих для всех рассматриваемых вариантов его выполнения, повторно не приводится. В отличие от рассмотренного выше варианта выполнения заявляемого устройства, в данном варианте выполнения в качестве блока спектральной селекции и детектора изображения используется видеоспектрометр 20, который включает в себя монохроматор, необходимую оптическую систему и детектор изображения. При этом, как видно на Фиг.3, в данном варианте выполнения между трубной линзой 9 и видеоспектрометром 20 отсутствует набор 19 цветных светофильтров в моторизированной оправе.

На Фиг.4 показано схематичное изображение структуры еще одного варианта выполнения устройства, в котором осуществляется способ мультиспектральной визуализации согласно изобретению. Структура устройства в данном варианте в целом аналогична рассмотренным выше примерным вариантам выполнения заявляемого устройства, однако в данном варианте выполнения в качестве блока спектральной селекции и детектора изображения используется детектор 21 цветного изображения матричного типа, содержащий ПЗС- или КМОП-матрицу.

Как видно из приведенных выше вариантов выполнения заявляемого устройства, для спектральной селекции и приема оптического сигнала в соответствии с изобретением могут использоваться различные материально-технические средства, в частности представляющие собой набор цветных светофильтров в моторизованной оправе, реализованный в виде отдельного блока, через который свет, отраженный или рассеянный образцом 1 и прошедший через объектив 2, светоделитель 8 и трубную линзу 9, попадает в конечном итоге на детектор 17 изображения матричного типа; в другом варианте выполнения функция спектральной селекции и приема оптического сигнала (т.е. захвата изображения) осуществляется видеоспектрометром 20, который содержит средства спектральной селекции (монохроматор, другие средства, позволяющие устанавливать границы интересующих участков спектра и получать изображения с интересующими длинами волн) и детектор изображения; в еще одном варианте выполнения функция спектральной селекции и захвата изображения реализована детектором 21 цветного изображения матричного типа, также содержащим ПЗС- или КМОП-матрицу и позволяющим выбирать интересующие участки спектра получаемого цветного изображения, например, с помощью соответствующих программных средств.

Настоящее изобретение относится к области полупроводниковых технологий, в частности к производству наноразмерных промышленных структур. Изобретение устраняет недостатки известных методов мультиспектральной визуализации и измерения критического размера наноструктурированных объектов из уровня техники и обеспечивает более эффективное и точное определение критического размера по сравнению с известными методами при существенно меньших затратах. Изобретение может быть использовано, в частности, в полупроводниковом производстве для контроля геометрических параметров фотомасок и элементов интегральных схем.

Следует понимать, что материально-технические средства для выполнения соответствующих этапов способа и функций устройства, охарактеризованные выше, не ограничиваются конкретными приведенными выше примерами. Могут быть использованы и другие средства, пригодные для выполнения соответствующих функций элементов устройства и этапов способа, если в вышеприведенной характеристике заявляемого изобретения явным образом не указано иное или если невозможность использования какого-либо известного средства явным образом не следует из контекста. Специалистам в данной области техники будут очевидны другие изменения и модификации в охарактеризованном выше изобретении, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения и его эквивалентов. Подразумевается, что все подобные изменения и модификации входят в объем настоящего изобретения.

Подробная характеристика вариантов выполнения настоящего изобретения, приведенная выше, служит лишь для иллюстрации примерного варианта выполнения изобретения, но не для определения или ограничения объема правовой охраны настоящего изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов, содержащий этапы, на которых:
получают эталонные распределения интенсивности в нескольких спектральных интервалах при различных положениях образца вдоль оптической оси,
формируют библиотеку эталонных матриц распределений интенсивности с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца вдоль оптической оси;
позиционируют исследуемый образец посредством устройства позиционирования образца,
освещают образец светом с широким частотным спектром, соответствующим видимому диапазону длин волн, посредством источника оптического излучения с широким спектром излучаемого света;
собирают рассеянный образцом свет посредством собирающей оптической системы и передают его через блок спектральной селекции на детектор изображения;
получают распределения интенсивности рассеянного света для нескольких спектральных интервалов посредством детектора изображения при различных положениях образца в устройстве позиционирования образца вдоль оптической оси,
формируют в вычислительном блоке матрицу распределений интенсивности для исследуемого образца с размерностью i×j×n×m, где i - горизонтальное разрешение детектора, j - вертикальное разрешение детектора, n - число используемых спектральных диапазонов, m - число положений образца вдоль оптической оси; и
получают в вычислительном блоке информацию о величине КР путем сравнения полученной матрицы распределений интенсивности с библиотекой эталонных матриц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ширина спектра излучаемого света, которым освещают образец, составляет от 380 нм до 740 нм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование библиотеки эталонных матриц распределений интенсивности осуществляют путем измерения распределений интенсивности света, рассеянного калиброванными тестовыми объектами.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование библиотеки эталонных матриц распределений интенсивности осуществляют путем математического моделирования распределений интенсивности света, рассеянного объектами с заданными геометрическими параметрами.

5. Устройство для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов способом мультиспектральной визуализации по п.1, причем устройство содержит:
источник оптического излучения с широким спектром излучаемого света;
освещающую оптическую систему, обеспечивающую освещение образца светом с широким частотным спектром, соответствующим видимому диапазону длин волн;
собирающую оптическую систему, обеспечивающую сбор света, рассеянного образцом;
блок спектральной селекции;
детектор изображения;
устройство позиционирования образца;
блок управления и синхронизации и
вычислительный блок.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что ширина спектра излучаемого света, которым освещают образец, составляет от 380 нм до 740 нм.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что детектор изображения представляет собой монохромный детектор на основе твердотельной ПЗС- или КМОП-матрицы, а блок спектральной селекции содержит набор цветных светофильтров, установленных в моторизированной оправе перед монохромным детектором.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок спектральной селекции и детектор изображения реализованы посредством видеоспектрометра (спектральной видеокамеры), выполненного с возможностью последовательной регистрации распределения интенсивности рассеянного объектом излучения для каждого спектрального диапазона.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок спектральной селекции и детектор изображения реализованы посредством цветного детектора изображения на основе твердотельной ПЗС- или КМОП-матрицы, выполненного с возможностью одновременной регистрации распределения интенсивности рассеянного объектом излучения для каждого спектрального диапазона, определяемого характеристиками цветного детектора изображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик загрязнения атмосферы, и может использоваться, например, для измерения размеров частиц атмосферного аэрозоля.

Изобретение относится к области техники автоматизации измерений, при анализе взвешенных наночастиц. Способ определения спектра размеров взвешенных наночастиц состоит в пропускании газа (смеси газов), содержащего анализируемые частицы, через диффузионные батареи сетчатого типа и введении их в перенасыщенные пары низколетучего укрупняющего вещества.

Изобретение относится области, связанной с анализом взвешенных частиц. При реализации заявленного способа происходит освещение потока частиц пучком когерентного излучения, который разделяется на два пучка опорный и объектный и регистрации голограммы изображений частиц, по которым и судят о размерах последних.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ определения геометрических размеров частиц окомкованного и/или гранулированного материала в насыпном слое заключается в том, что формируют видимую область каждой частицы, путем выделения ее на растре видеоизображения от соответствующего ей максимума интенсивности отраженного излучения до ближайших к нему минимумов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим методам измерения параметров несферических дисперсных частиц, взвешенных в жидкости. Способ заключается в измерении зависимостей интенсивности рассеянного излучения от времени при нескольких положениях поляризационного анализатора, промежуточных между положением, в котором пропускается излучение с линейной поляризацией, совпадающей с поляризацией возбуждающего излучения (VV), и положением, в котором пропускается излучение с поляризацией, перпендикулярной поляризации возбуждающего излучения (VH).

Изобретение относится к области техники, а именно автоматизации измерений при анализе взвешенных наночастиц в газах. Для этого используют устройство для определения спектра размеров взвешенных наночастиц в газах, содержащее размещенные по ходу анализируемого потока газа входное сопло с каналами подачи; диффузионные батареи сетчатого типа для пропускания аэрозольных частиц определенного размера; укрупняющее устройство конденсаторного роста; счетный объем; вакуумный насос; температурные датчики, нагреватель, охладитель и микроконтроллер для управления процессами нагревания и охлаждения в укрупняющем устройстве конденсаторного роста; оптическую систему, включающую импульсный источник излучения, осветитель и объективы для фокусировки оптического излучения в области счетного объема потока частиц и формирования изображений на матрице ПЗС; аналогово-цифровой преобразователь и ЭВМ для управления микроконтроллером термостатирования, ваккумным насосом и обработки шести изображений укрупненных частиц для анализа спектра их размеров.

Изобретение относится к способу и устройству для определения локальной величины зерна минерала для минерала ценного материала в породе месторождения или залежи, причем порода включает в себя по меньшей мере один другой минерал, и при этом минерал ценного материала имеет более высокую плотность, чем по меньшей мере один другой минерал.

Изобретение относится к способам автоматического контроля крупности частиц в потоке пульпы в процессе измельчения материала и может быть использовано в области обогащения руд полезных ископаемых, а также в горно-металлургической, строительной и других областях промышленности.

Изобретение относится к технике автоматизации измерений и может быть использовано при анализе взвешенных частиц произвольной формы. Согласно способу производят освещение потока частиц световым пучком и регистрацию параметров световых сигналов, формируемых частицами при их пролете через выделенную область потока частиц.

Изобретение относится к способам автоматического контроля крупности дробленой руды в потоке и может быть использовано в области обогащения руд полезных ископаемых, в горно-металлургической, строительной и других областях промышленности.

Изобретение относится к медицине, области нанотехнологий, в частности к усилению контраста и глубины зондирования при получении терагерцовых изображений раковых опухолей и патологий кожи с использованием наночастиц и лазерного нагрева.
Изобретение относится в области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности и касается способа получения нанокапсул витаминов в геллановой камеди. Способ характеризуется тем, что в качестве ядра нанокапсул используют витамины и геллановую камедь в качестве оболочки нанокапсул, получаемых путем последовательного добавления витамина в суспензию геллановой камеди в гексане в присутствии Е472с с перемешиванием при 1300 об/сек, дальнейшего приливания 1,2-дихлорэтана в качестве осадителя, фильтрации и сушки при комнатной температуре с получением нанокапсул витаминов в соотношении ядро:оболочка 1:3.
Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к растениеводству, и описывает способ получения нанокапсул 2-цис-4-транс-абсцизовой кислоты методом осаждения нерастворителем, в котором 2-цис-4-транс-абсцизовую кислоту небольшими порциями добавляют в суспензию каррагинана, использующегося в качестве оболочки нанокапсул, в гексане, в присутствии 0,005 г препарата Е472 с, и при перемешивании 1300 об/сек, далее добавляют осадитель - бутилхлорид, отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.
Изобретение относится в области нанотехнологии и медицины и описывает способ получения нанокапсул албендазола методом осаждения нерастворителем, в котором албендазол небольшими порциями добавляют в суспензию каррагинана, использующегося в качестве оболочки нанокапсул, в бутаноле в присутствии 0,01 г препарата Е472с и при перемешивании 1000 об/сек, далее добавляют осадитель - бутилхлорид, отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение относится к технологии получения нанокристаллического карбида кремния. Способ включает плазмодинамический синтез карбида кремния в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы, содержащей кремний и углерод в соотношении 3,0:1, которую генерируют коаксиальным магнитоплазменным ускорителем с графитовыми электродами и направляют в замкнутый объем, заполненный газообразным аргоном при нормальном давлении и температуре 20°C, при этом температуру газообразного аргона в замкнутом объеме изменяют в диапазоне от -20°C до 19°C и от 21°C до 60°C.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида титана, и может быть использовано для производства керамической брони, изготовления нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления, ванн и тиглей - испарителей металлов, деталей металлопроводов и электромагнитных насосов для перекачивания расплавленных металлов, узлов химической аппаратуры.

Группа изобретений относится к области бионики и касается создания бионической конечности. Предложенная конечность включает искусственный скелет, представляющий собой изделия в форме костей, соединенные между собой шарнирно, а также прикрепленными к ним исполнительными органами.

Изобретение относится к области исследований слоистых наноструктур, в частности методике диагностики структуры наносистем. Способ определения пространственного распределения плотности атомов в нанослое состоит в том, что измеряют интенсивности отражения и пропускания через структуру нейтронов и интенсивности вторичных излучений, вызванных поглощением нейтронов в нанослое, при этом последовательно во времени формируют три разного типа зависимости плотности поляризованных нейтронов от координаты в глубь исследуемого слоя и от волнового вектора нейтронов, для этого используют трехслойную структуру, размещенную на подложке, в которой средний слой является исследуемым, следующий за исследуемым слой имеет потенциал взаимодействия нейтронов с веществом, превышающий потенциал исследуемого слоя, слой, покрывающий исследуемый слой, является магнитным с потенциалом взаимодействия для поляризованных нейтронов в направлении вектора магнитной индукции больше, а для нейтронов, поляризованных противоположно - меньше потенциала взаимодействия исследуемого слоя.

Изобретение относится к получению нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала, используемого в качестве наполнителя композиционных материалов, керамического теплозащитного покрытия, химически стойкого материала, материала для высокотемпературных керамоматричных композитов, и может быть использовано в области химической промышленности, авиационной и космической техники.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.
Изобретение относится в области нанотехнологии, в частности растениеводства, и касается способа получения нанокапсул 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д). Способ характеризуется тем, что в качестве ядра нанокапсул используют 2,4-Д и альгинат натрия в качестве оболочки нанокапсул, получаемых путем последовательного порционного добавления 2,4-Д в суспензию альгината натрия в изопропаноле в присутствии Е472с с перемешиванием при 1300 об/сек и дальнейшим приливанием осадителя - диэтилового эфира, фильтрования суспензии и сушки при комнатной температуре с получением нанокапсул. Использование способа обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул и увеличение выхода по массе. 3 пр.
Наверх