Линейная мера для измерений с помощью электронных и атомно-силовых микроскопов
В настоящее время измерения о микро- и наномеровом диапазонах осуществляются с помощью растровых электронных и сканирующих зондовых микроскопов. Например, на предприятиях, производящих микроэлектронные устройства, имеются операторы, измеряющие линейные размеры элементов ИМС в процессе их изготовления. Измерения производятся на электронных и атомно-силовых микроскопах. Для обеспечения единства измерений и их точности проводится калибровка микроскопов по специальным образцам, — линейным мерам, выполненным в виде рельефных периодических структур с заданными параметрами профиля. В атомно-силовой микроскопии для измерения размеров порядка атомарных в качестве линейных мер применяются периодические структуры в виде кристаллических решеток, параметры которых определены с помощью рент-геновской дифракции. Для калибровки микроскопов на диапазон измерений от нескольких нанометров до микрометров в разных странах используются разные линейные меры. Одна из используемых в России линейных мер — МШПС 2,0 К, что означает — мера ширины и периода специальная, номинальный размер 2,0 мкм, кремниевая. Это — универсальная (единая) мера для электронной и атомно-силовой микроскопии. Линейная мера представляет собой изготовленную по технологии микроэлектроники шаговую структуру на поверхности пластины кремния с ориентацией (100). Рельеф структуры получается анизотропным травлением пластины кремния (100) в растворе КОН через литографическую маску. Схема структуры с обозначением ее параметров приведена на рисунке 7.7. Рисунок 7.7 – Схема шаговой структуры линейной меры МШПС-2.0 К. Справа указаны кристаллографические ориентации боковых сторон и оснований выступов
В результате травления профиль каждой канавки приобретает форму трапеции с одинаковыми боковыми сторонами — плоскостями (111), а угол наклона боковой стороны относительно нижнего основания канавки равен 54,74° — это угол между кристаллографическими плоскостями монокристалла кремния (100) и (111); угол φ = 35,26° (см. рисунок 7.7). Расстояние t называется шагом структуры; up — ширина линии; h — высота (глубина) рельефа. При заданном шаге t структуры можно изготовить меры с шириной линий up, изменяющейся в диапазоне 30-500 нм, и глубиной рельефа h в 100-500 нм. Все три параметра шаговой структуры линейной меры задаются при её изготовлении. На рисунке 7.8 приведено изображение скола структуры линейной меры. Рисунок 7.8 – Скол линейной меры в электронном микроскопе (а) и в атомно-силовом микроскопе (б)
Общий вид меры МШПС-2.0 К представлен нa рисунке 7.9а.
Рисунок 7.9 – Микрофотографии меры МШПС-2.0К, выполненные на растровом электронном микроскопе: Общий вид меры (а), Модель стремя шаговыми структурами (б), шаговая структура с 11 канавками и 10 выступами (в)
На площади 1×1 мм2 по углам квадрата и в его центре расположены 5 модулей, по три шаговые структуры в каждом. Увеличенное изображение одного модуля с тремя шаговыми структурами приведено на рисунке 7.9 б. На рисунке 7.9 в приведено изображение одной шаговой структуры с 11 канавками и 10 выступами. На рисунке 7.9 б,в видны маркерные липни, позволяющие устанавливать зонд кантилевера или электронный зонд на половине длины элемента рельефа и выбирать заданную пару элементов. Аттестация линейных мер сводится к измерению их геометрических параметров с такой точностью, которая позволяет использовать эти меры для калибровки электронных и атомно-силовых микроскопов. Измерения на электронных микроскопах шага структуры в разных модулях показали, что его значения отличаются друг от друга и разброс этих значений характеризуется среднеквадратической погрешностью 24 нм. Разброс обусловлен неровностями края и иными дефектами рисунка на шаблоне, а также неоднородностью свойств поверхности пластины кремния, локальной турбулентностью потоков жидкости в травителе и другими причинами, оказывающими влияние на скорость травления кремния. Среднеквадратическая погрешность размера шага на малой площади составляет ~5 нм, что существенно меньше, чем при усреднении размера шага по всем 15 шаговым структурам. Поэтому для повышения точности аттестации она производится следующим методом. Выбирается участок меры размером 2×3 мкм2, расположенный в средней структуре центрального модуля, и измеряется расстояние между эквивалентными стенками второго и третьего выступов в районе маркерных линий (шаг меры t рисунок 7.7). Аттестуются также размеры оснований выступов bр, канавок bt, и величина h, т.е. глубина рельефа. По аттестованным элементам пользователь может сам экспериментально измерить размеры элементов во всех остальных модулях и использовать эти данные в своей работе. Аттестация мер производится на эталонной интерференционной установке, представляющей собой атомно-силовой микроскоп, у которого перемещения вдоль каждой из осей координат контролируются лазерными интерферометрическими измерителями наноперемещений. По всей трем координатам измерения производятся в долях длины волны лазерного излучения, то есть с абсолютной привязкой к первичному эталону единицы длины метру. Диапазон перемещений по осям х и у составляет 1 - 300 нм при погрешности измерений 3 нм. Диапазон перемещений по оси z составляет Меры МШПС-2,0 К рекомендуется для электронных и атомно-силовых микроскопов, работающих в диапазоне от 10 нм до 100 мкм. Используя аттестованные значения шага меры t и глубины рельефа h, определяют цену деления шкалы АСМ вдоль оси сканирования, а также в направлении вертикальной оси. По аттестованным значениям выступов bр, канавок bt, ширины ир, иt и их измеренным с помощью АСМ значениям определяют радиус острия зонда. Используя МШПС 2.0 К, устанавливают и другие характеристики АСМ.
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (513)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |