Вторичная электронная эмиссия рельефных субмикронных кремниевых структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Г 5 оа

1 V-

российская академия наук ' институт общей физики

на правах рукописи ' УДК 537.533

Стеколин Игорь Срьэвшч

' ВТОРИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ РЕЛЬЕФНЫХ СУБШа^НШХ КРЕМНИЕВЫХ СГГОЛТУР.

ЗпевдальЕость 01.04.10. - физика полупроводников и диэлектриков.

Автореферат диссертации ва соискание степени

кандидата {изико-иатематических яаук

МОСКВА 1994.

Работа выполнена в Институте общей физики Российской Академии

Наук

Научные руководители:, доктор з^зико-математичесюи наук,

профессор А.В.Раков, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Ю.А.Новиков.

Офщиальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор МИСИС М.Н.Филиппов, кандидат физико-математических каук, ведущий научный сотрудник ФИ РАН

Л.В.Митрофанов.

Ведущая организация: Московский государственный институт

электроники и математики - технический университет (МГИЭМ).

Защита состоится " 26 " декабря 1994 г. в ^ часов на заседании Специализированного Ученого Совета Д.003.49.03 ^статута общей физики Российской Академии Наук rio адресу: г. МОсква, ул. Вавилова, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики Российской Академии Наук. Автореферат разослан " * ноября 1964 г.

Ученый секретарь Специализированного учокого Совета, доктор физико-математических наук, профессор Н.А.Ирисова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы« Явление вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ) представляет огромный научный и практический интерес. Оно лежит в основе работы большого числа приборов, в частности - растрового электронного микроскопа (РЭМ), работающего в режиме сбора вторичных медленных электронов (ВМЭ). РЭМ широко используется в науке и технике для изучения субмикронных рельефных поверхностей, например, элементов микросхем. Но' решение прикладных метрологических задач с помощью РЭМ затруднено из-за недостаточной изученности физических механизмов, лежащих, в основе генерации вторичных электронов (ВЭ) и их взаимодействия с рельефом поверхности, а такхв природы формирования изображения в (.йкроскопе при сканировании тонким электронным зондом субмикронного элемента микрорельефа.

В связи с этим наиболее остро стоит Бопрос о проведении систематического исследования вторичной электронной эмиссии рельефной поверхности. Необходимо изучить закономерности влияния параметров рельефа и электронного зонда на характеристики вторичной электронной эмиссии. Кроме того очень важным для практических применений представляется разработка конкретных методов калибровки РЭМ и измерения с их помощью размеров • субмикронных элементов рельефной поверхности. Цель диссертационной работы состояла в получении информации о закономерностях вторичной электронной эмиссии микрорельефной поверхности кремния, необходимой при диагностике методами РЭМ субмикронных элементов твердотельных структур. Научная новизна работы

I. Сформулированы щэд^р»"» исследования вторичной электронной эмиссии рельефной поесргоэсти в РЗЫ, основанные на безмодельном вна.-'тзэ видеосигнала. На йх базе разработаны практические метода калибровки РЭМ, позволяйте определить увеличение микроскопа, диаметр его зонда и значение сдвига максимума видеосигнала относительно координаты стенки щели.

2. Проведены исследования зависимости вторичной электронной эмиссии от ширины и глубины рельефа, от энергии электронов пучка и угла наклона оси зонла РЭМ. Установлено, что при энергиях первичных электронов В, меньших пороговой Ей, все закономерности ВЭЭ определяются классическим механизмом генерации вторичных медленных электронов, основанным на многократном рассеянии первичных электронов и ионизации ими атомов вещества. При Е > доминирует квантовый механизм

-- (оффэкт "стряхивания" поверхностных электронов налетающим электроном), а в переходной оОласти Е ~ Е^ часть характеристик видеосигнала определяются классическим, а другая -квантовым механизмами генерации вторичных медленных электронов. Произведена оценка пороговой энергии

3. Предложена линейная геометрическая модель (ЛГМ) сбора вто, ричных медленных электронов и_ осуществлена ее. экспериментальная проверка. Показано, что результаты измерений отдельных элементов видеосигналов (ВС) удается описать с помощью ЛГМ, но все вместе они не поддаются описанию одаой угловой зависимостью вылета вторичных электронов, что ука-' зываэт на нелинейный характер взаимодействия вторичного электрона с рельефом поверхности.

Научная и практическая ценность работы

. Предложены пять практических метода калибровки • РЭМ, основанных на сформулированных принципах беэмодельного анализа : ;еосигнада.

Разработан и экспериментально обоснован метод измерение линейных размеров рельефных прдаоугокьных структур с помощью РЭМС не зависящий от материалае из которого изготовлены эти структуры, и их параметров*

Получены результаты исследования вторичной электронной эмиссии в зависимости от шрины к глубины рельофа, а иакжа от энергии первичных электронов и угла наклона оси зонда РЭМ позволившие расширить возможности диагностики элементов субмикронного рельефа твердотельных структур методами РЗЫ.,

Атюб&цзя работы. Материалы диссертации были долокеры на

\

б Симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования тверда тел (Черноголовка, 1993), Мевдународяой научно-технической конференции "Микроэлектроника й информатика" (Москва, Зеленоград 1993), Международной конференции "Нако-2" (Москва, 1993), МэвдународноП научно-технической конференнции "Микроэлектроника 94" (Черноголовка 1934), 16 Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка 1994), а также на семинарах в ИОФ РАН, МГУ. Публикации. По результатам диссертации опубликовано 12 печатных работ список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 180 страницы, включая 59 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 117 наименований.

СОДЕРИНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность поставленной задачи, сформулирована цель работы, научная новизна и практическая .ценность полученных результатов.

В первой главе представлен обзор литературы, в котором рассматриваются обедав вопросы, относящиеся ко вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ). Обсувдаются, принятые в настоящее время, механизмы генерации вторичных электронов (ВЭК Проводится аналга состояния работ по измерению размеров элементов рельефной поверхности и калибровка растрового электронного микроскопа (РЭМ). Описываются объекты с простым рельефом и известными размерами, наиболее часто используемые в исследованиях на РЭМ. Отмечено, что современные модели образования ВЗ, основанные на механизмах генерации вторичных электронов посредством рассеяния первичных эдвкт нов и ионизации последними атомов вощестьЗ- (классические механизмы) не позволяют корректно описывать 1фивые видеосигнала (ВС), регистрируемого в растровом электронном микроскопе. Недавно был обнаружен' еще одаин механизм генерации ВЭ, основанный на эффекте стряхивания элех-

тронов из поверхностных состояний налегающим электроном (квантовый механизм). Он. практически не изучен и не учитывается в современных моделях образования видеосигнала РЭМ. 3 конце главы составлены задачи исследования.

Вторая глава посвящена выбору объекта для исследования ВЭЭ рельефной поверхности. Сформулированы требования к таким объектам. -Рассмотрены особенности аттестации и применения в РЭМ штриховых структур. Для этого проанализирована дифракция света на решетке с непостоянный шагом и величиной штриха. Показано, что при помощи дифракции света на штриховой структуре измеряют средний период решетки, а его погрешность определяется стандартным отклонением среднего. Для достижения дифракционной точности определения периода на РЭМ необходимо провести Я измерений (№ - число штрихов, участвующих в дифракции) расстояний между эквивалентными стенками разных элементов штриховой структуры, а звтем сделать статистическую обработку результатов -

Предложена модель взаимодействия электромагнитного излучения с осгровковой пленкой металла на прозрачной подложке. Проведены исследования напыленных тонких пленок вольфрама и золоте, Показано, что напыление тонкого слоя металла иа рельефную структуру приводит к неопределенности в размере элемеага структуры порядка 40 нм.

Рассмотрены наиболее часто используемые в РЭЫ рельефные структуры. Для проведения исследования ВЭЭ рельефной поверхности были выбраны структуры в виде щелевидных канавок в кремнии прямоугольного профиля без проведения дополнительного напыления металла.

Третья глааа посвящена методам калибровки РЭЫ. В процессе - калибровки определяются увеличение и, размер зонда сг микроскопе и сдвиг О максимума ВС относительно координаты стенки цели. В диссертации изложены пять штодов калибровка РЭМ. Все они основаш на результатах безмодвлького анализа.

Вези'одельнэсть означает, что для анализа не- привлекаются какие-либо модели генерации вторнчнах электронов, & учитывает-

9ь Ь

X

Рис.1. Схема видеосигнала с контрольными точками и измеряемыми параметрами ВС в условиях, когда ось зонда параллельна стенкам канавки.

ся лишь геометрический фактор. Рассмотрены два случая: I) когда ось зонда параллельна стенкам щели (т.е. угол <р между стенкой щели и осью зонда меньше угла расходимости влэктронного пучка РЗМ) и 2) наклонное положение оси зонда (<р превышает угол расходимости пучка гшсроскопа).

На рис.1 приведена схема видеосигнала, получаемого в условиях, когда ось зонда параллельна стенкам щели. На кривой ВС выделены контрольные точки Л-Р и измеряемые параметры: расстояние между максимумами I, размер дна видеосигнала Ь, ширине V и амплитуда Га пика, интенсивность фона . ^ н расстояния

Установлена связь этих параметров с шириной щели Л, увеличением Ж и диаметром зонда й микроскопа

I = * (П + + вл). Ш

ъ - V (л - а), и)

«ь = * »1+<//2>. <3>

вя = * ол + а/г), . (4)

г = ь + «х + вя* (5)

где и 0Й - сдвига левого и правого максимумов . ВС относительно координаты соответствующей стенки цели. Часто вместо б^

Ot 9 «>, «л

Рис .2. Схема видеосигнала с контрольными точками и измерявши параметрами ВС в условиях, когда ось зонда наклонена ва угол <р относительно стенки канавки.

и удобно нсшдьвовать

С ■ (0£ + Од) / 2,

Тогда выражение (I) запшется в виде . I = Ы (?i + 20).

(6)

(7)

Значения 1а к 10 зависят от коэффициента усиления измерительного тракта микроскопа. Повтоыу в диссертации использовалась независящая от'коэффициента усиления величина

'п

W <8)

На рис.2 приведена схема видеосигнала, получаемого при няклонном положении оси зонда относительно стенки щели, и показаны контрольные точки а измеряемые параметры ВС, связанные с увеличением микроскопа И,- диаметром его зонда d, шириной h и глубиной Я щели выражениями

И С eos (ptí^t 6^), (h cos q> - if aln <p - d),

V V"

ъ = ш ta L + h em <p - a/2),

°ñ = * «W + q - * d,

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

7Ф " Ь<р + + aR + 9. гда °(pb и - сдвиги левого и правого максимумов относительно стенки цела в эксперименте с наклонным положением влэктрон-

ного зонда, а # - угаш «ваду осью зонда и плоскость» стенки канавки.

Диаметр зовда входяпий в выражения (2)-(4) и (10)-(13), равен раамеру »ффектявного пучка квадратного сечения с равномерной плотностью распределения электронов, в.диссертации получены |Выражетия для пересчета значения d в величину размера зонда« измеряемому<по методу, рекомендованному Национальным ■институтом стандартов л технологий США - HIST.

Рассмотрены последствия« к которым приводят ошибки в фокусировке зонда РЗН. Сформулирован критерий контроля. исходных денных, используемых в процессе лсзлибровки микроскопа; для всех ширин щелей долено выполняться условие 1~Ь = const.

Завершается глава 3 диссертации описанием способа лзмере-аия линейных размеров в субмикронном диапазоне с ¡гомощьо РЭМ, который не зависит от .параметров структуры и от материала, ,из которого она яэготовлена. Показано., что -.в среднем точность из- . мврення ширин далей в диапазоне 90 - 500 <т не хуже tin ее можно улучшить в несколько раз за счет увеличения стастистика.';

iB четвертой главе приводятся ¡результаты экспериментально-: ; го исследования зависимости ВЭЭ от параметров структуры (ширина л глубины рельефа) л от энергии первичных электронов. Рассмотрены экспаримвнты при наклонном падении электронов пучка.

Амплитудные характеристики ВС анализируются в рамках предложенной в диссертации линейной геометрической модели (Ж14) сбора вторичных медленных электронов (Biß). При этом используются четыре наиболее вероятные угловые зависимости4вылета ВМЭ, описываемые сферической (модель I)

?,<«) = (г*)"1, аб)

косинусоидальяоЯ (модель 1), которая наблюдается в случае бвз-рельерой повв-~носги,

F2(B) = х-1сов в, (16)

квадратично-косияусоидальнойг (модель 3)

Р3(9) = 3/(2%) cos^ä,; (17)

И диффузионной-(модель 4)

F, (9) -- (Ь + coa 0) соя ©. b * 0.7П Ç№

4 x(3!*2)

сишетриями. Угол 9 огсчигывается ох персе вдосулчра к поверхности, испускавдей вторичные электроны.

В модели предполагается, что собираются только электроны, вылетевшие пз поверхности и прошедшие через отверстие- с?) ли, а электроны,, попавпио в стенку цели или ее дао, ш даот. вклад ь видеосигнал. Тогда вероятность выхода электродов ез цади в случае испускания их из дна определяется выражением г% ев(Ф)

I" ( [/¿(в) atn в de ) dp, (19)

о о

а для случая вылета электронов из продольной стенки цели %2 ^

Рш = J ( |í£(6) sin О <28 ] dp, (20)

где 6g((p¡ и - величины граничного угла в, определявмне

параметрами, щзла » координатами вылета электрона х, у m z m зависящие от угла <р, по которому производится ратегрирозанка во втором интеграле; и <р^г - взличиш граничного угла (р. вор-мулы, определяющие величины 0£(<р)о ер((р), s приведены в .диссертации. ч

Двойнш интегралы, входящее в шракепля (19) к (20) удается взять для углояах завислмостей (15)-(18). Окончательные 4^рмулы приведеш в тексте диссертации.

В рамках рассматриваемой подели интенсивность в максимуме видеосигнала мокло рассчитать с помощью выражения

ха = f PffK(z) R(z) áz, (21)

о

где R(z) - плотность распределении тштавдих вторичных электронов яз стеште ¡цели. В дассвргацаи использовалось R(z) - í?0 -conat, Относительная амплитуда максимума- определяется из Вкрзкэния

-1Я= - Рм(0.0)К (22)

В джссертшяи приведена результата расчета в рамках ЯГМ ввравтйости сбора ВМЭ вылетевших из щели и из продольная стенки, интенсивности в максимуме , видеосигнала 1а и относительной амплитуда максимума 1т для раздячша параметров щела-вядных прямоугольных структур, На основе анализа результатов расчетов были выбрй.м условия проведешь экспериментов для изучения ВЭЭ рельефгоЯ поверхности. •

В разделе 4.2 претедэны результата гнопзршентальной: проверки ЛГМ.. Исследование гашслмости атшгут максимумов ВС Гт от глубины щели показало, что для сферической симметрии вылет ВМЭ икает обратную по сравнению с экспериментом зависимость от глубины, а наилучшее согласие с экспериментом дает квадратично-косинусоздадьная модель симметрии вылета электронов. Но эта модель дает самые сильные провалы • в - профиле дна около стенок щели, которые но наблодаются в эксперименте.

Установлено, что для зависимости амплитуда максимумов 1т от ширины щели наблюдается хорошее согласие сксперимента с расчетепри сферической симметрия вьгдета электронов, которая деет наибольшее рзехоадение с экспериментальной зависимость» ашлятуды макси^уков от глубязн щели*

Такш образом результата пзмэревж* отдельных элемэнтов видеосигналов удается описать с пошдыэ линейной гэометричес-ной ыоделд сбора вторичшх иэдченных алэмронов, но при этом кявдый результат ошсызается сваей модель® симметрии вылатв ЕйЭ = Все ваасто они не поддаются отсадав одной угловой зависимостью вылета электронов о Это возможве тздако в случав'еэяй-яейнсго характер взаимодействия вторичных медленных электронов с рвяьэфзой поверхность». которое кскахаэк угловые распределения вълэтастда влактронов, или спэцз^ьЧеского механизма генерация ВМЭ,

Раздел 4.3 посвявдя исследованию завкстшети ВЭЭ от вгрн-нч элемента рзгсьэфа Установлено, что сдвиг максимума ВС в не зависит от размера цели Л н его значение ке совпадает с теоретическим, рассчитаьжал на основе учета многократного рассеяния

-rail ионизационных потерь первичных электронов* ¡Приведете« ширина шоса видеосигнала w/n меньше даеиетра зонда <2 и наблюдается слабая зависимость v/M от щривы щели. Эти факты указывает ¡на нелинейность взаимодействия электронного пучка с рельефной поверхность».

В разделе 4.4 показано, что влияние глубины рельефа на форму ВС в РЭП, работающего в режима сбора ВИЗ, яе 'соответствует классическим моделям формирования ВО, :учитшшпцим только многократное рассеяние алзктронои пучка а потери ими анергии на ионизацию атомов вещества. Так согласно "классическому механизму ширина максимума ВС ш должна увеличиваться г ¡ростом [Шубины канавки: для анергии первичных электронов .20-25 жав ширина области генерации BIO, определявдая ширину максимума, примерно равна диаметру зонда (30-40 ям) на глубине канавки 0,15 мкм.и превышает 200 вм на глубине 0,85 мкм. Однако на экспериментальных кривых ВС ширина масимумов не зависит от глубины щелей во всем интервале изменений глубины канавки от 0,15 до 0,85 мкм, а значение w/M меньше диаметра зонда РЭМ. Эти .результаты говорят о преобладании в наблюдаема пиках ВС ¡распределения вторичных электронов, обусловленных упомянули квантовым механизмом, согласно которому ширина пика ВС по порядку величины равна радиусу зонда РЭМ и не зависит от 'глубины -канавки.

Раздел 4.5 посвящен изучена» влияния на ВЗЭ энергии Б электронов; пучка. Оказалось, что в широком диапазоне изменения энергии первичных электронов (Е > 1 кэВ) > в пределах погрешностей сдвиг максимума 0 одинаковый. Его среднее значение равно 0(Еэт кэВ) = -1.5 ± 1,8 нм. А пр: низких, энергиях в становятся положительной величиной 0(Е=3 кэВ) = 35 ± 12 вм. Согласно моделированию видеосигнала по методу Ыонте-Карло при 5 = 3 кэВ модельное значение сдвига максимума видеосигнала ön(E=3 кэВ) = 57 t 8 нм, что можно считать вполне удовлетворительным согласием с экспериментом, в. то время как при В > 20 кэВ модельное значение 0m(£&20 кэВ) = 40 ± 4 нм, что. противоречит .эксперименту. ■ '.•;...■;

в :

г _

Г" I I I

Рис.3. Схеш щвлэ видной канавки, сканируемо! елехтроиным зондом В (а), и ВС (б) при разных вкладах аффекта стряхя-Еанкя поверхностных злехтроноз в формирование ВС.

Ери высоких энергиях (г > 10 хэВ; приведенные ширины пи- • ков т/и малы и не зависят от энергии налетающих електроназ. Их среднее значение т/Я = 16,9 ± 0,7 нм. При низких - наоборот велики и увеличиваются с уменысеь эм энергии. Щи Ж > 10 явВ ы/Ы ишлэ дисметра зопда йг а при 2 < 7 'сеВ ю/М и й близки друг к другу. При £ < 10 кэВ относительная интенсивное» н© зависит от £, а при В >. 10 кэВ„ по мере увеличения анергии 2 наблвдаотся рост 1т.

Экспериментальные результаты вам объяснены в предполода-вш, что кавдий максимум кривой ВС имеет слокную форму (рис. 3), проДСТг1 влшцув собой сумму двух максимум-а, широкого и узкого, сдвинутого относительно широкого ш направлению внутрь щэда. Широкий максимум обусловлен вторичными медаеннши электронами, образованными за счет многократного рассеяния в веществе исследуемого образца первичных электронов и ионизации последними атомов этого вещества (классический механизм ВЭЭ), поэтому он описывается методом Монте-Керло, в котором этот ме-

хенизм учтен. Узкий максимум связан с аффектом стряхивания электронов из поверхностных состояний под воздействием налетающего быстрого электрона (квантсаш механизм) при его движении из вакуума в твердое тело. При большое анергиях (Е > 10 кэВ) вклад в ВС дают оба механизма генерации ВЗЭ (кривая I на рис: 3), причем положение максимума в его ширина определяются узким пиком.

При уменьшении энергии вклад узкого пика уменьшается и наступает момент, описываемый крной 2. Положение максимума и его интенсивность определяются все еще узким пиком, но ширина определяется уже широким. Эта форма ВС характерна для Б = 7 кэВ. При дальнейшем уменьшения энергии Е вклад узкого пика незначителен и все характеристики ВС определяются широким пиком (кривая 3).

В диссертации показано, что эффект стряхивания носит пороговый по энергии налетающего электрона характер, и приведена оценка пороговой энергии: если электрон падает перпендикулярно поверхности, то » 0,3 эВ. В экспериментах, описанных в диссертации, первичный электрон падает касательно к стенке щели. Поэтому пороговые явления проявляются при довольно высоких энергиях первичных электронов.

Поскольку положение максимума кривой распределения вторичных медленных элйлтронов по энергиям лежит в диапазоне 1-4 еВ, то подавляющее большинство ВМЭ имеет анергию, превышающую Бй и они в сбстоянии стряхнуть электроны из поверхностных состояний; Вторичные электроны (поз.1 на рис.4), падая на противоположную стенку щели (поз.2) не просто поглощаются в веществе, как принято в ЛГМ, а генерируют тпетичные, которке в свою очередь либо выйдут из щели (поз.З), либо ударятся в- другую стенку (поз.5) и сгенерируют еще электроны. Нелинейность взаимодействия ВМЭ с рельефом, упомянутая при сравнении ЛГМ с экспериментом, объясняется появлением третичных электронов, которые не учитываются в рамках линейной геометрической модели.

Таким образом исследование влияния энергии первичных электронов на ВЭЭ доказывает наличие двух механизмов фермиро-

- 15 -3 4

Рис.4. Схема появления трвстши э!ьктро.зов при взаимодействии БМЭ с рельефом.

вания ВМЭ: классического, определяемого многократным рассеянием первичных электронов и ионкзацст ими атомов исследуемого вещества, и квантовогоt определяемого еффекток стряхивания поверхностных электронов налетаем електроном при его двйгеши из вакуума в твердое тело.

В разделе 4,6 проведено неелэдовашв влияния ширины щели на соогиошениэ вкладов в формкрсзаяие. ВС от алассячестшю и квантового механизмов генерации э эксперименте с тыклоташ положением оси зонда.

Установлвног что отношения иитенсивноствй пе класс.ттескоку Я0 = I0(mSl)/r0(a-Sí)

н квантовому

Ец = Ik(m-Sl)/I^a-St) механизмам для moho— (m~St) и аморфного (a-Sl) кремния в пределах ошбоя ер зависят от ширины щэш h. Здесь I ж - составляющие интенсивное« ВС, соответствующие классическому и квантовому механизмам генерации В!дЭ. Средние значащи К0 и ÍTj, равны

К0 s Г0 (m-Sl )/Г0 (a-Sl) = 1,24 t OJI, а i^m-SD/I^ar-Sl) = 0,38 -1 0,06. Для классического механизма выполняется соотношение

К0 « p(r.-5t)/p(o-St) = 1,2» Здесь р - плотность вещества.

Наблюдается достаточно сильная (в пределах ошибок линейная) зависимость отношения Для аморфного и монокремнйя от ширины щелевадной структура, которая объясняется различием угловых распределений вылетающих вторично-эмиссионных электронов для разных моханизмов генерации ВЭ. в отношения К0 и К^ угловые распределения электронов вклада не дают.

В заключении изложены основные результаты и вывода диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ.

В диссертациоогой работе решена научная задача создания экспериментального метода исследования в растровом электронном микроскопе вторичной электронной эмиссии шкрорельефних твердотельных структур с субмикронными элементами, реализуемых в технологических процессах современной микроэлектроники, необходимого для изучения вторичной электронной эмиссий рельефных субмикронных кремниевых структур.

Выполненные с помощью этого метода эксперименты позволили получить информацию о влияний различных физических механизмов генерации вторичных медленных электронов на форму и п? -метры кривых видеосигнала, регистрируемого в растровом электронном микроскопе при сканировании алекронным зондом микрорельефной поверхности кремния. На основе результатов указанных экспериментов предложены и реализованы практические метода калибровки растрового электронного мшфоскопа и измерения линейных размеров элементов микрорельефа не зависящие от материала твердотельной етруктуы. .

вывода.

I. Предложен и научно обоснован новый метод исследования вторичной электронной амиссии субмикронной рельефной поверхности с помощью растрового электронного микроскопа. В его основу положен выбор на видеосигнале контрольных точек и

определение корреляции координат этих, точек с координатами характерных особенностей образца. На базе этого метода разработаны способы калибровки растрового элекгоонного микроскопа, позволяющие определить его увеличение, измерить диаметр зонда микроскопа, а такие значение сдвига максимума видеосигнала относительно координаты стенки щелевидного рельефа.

2. Экспериментально показано, что результаты измерений отдельных элементов видеосигнала мокнс объяснить с помощью розных симметрия вылета вторичного электрона! Однако весь видеосигнал не поддается описанию одной угловой зависимостью вылета электронов, что указывает на непянейннй характер взаимодействия вторичного медленного электроне а рельефной поверхностью.

3. Проведено исследование аезисилости вторично® злэктронво« эмиссии от ширины и глуФвш рельефа, от энергии здзхтронов пучка и угла наклона оси зонда растрового элйктронясго *як-роскопа. Показано, что существует пороговая энергия первичных электронов Пря ввшт® энергии налётаювцгго элокт-рона Б < Ей все закономерности вторичной злектронной эмиссии определяются классически* хэшшзмок генерадаи вторичных медлешшх электронов, оснгвакдам на. многокргтам рассеянии первичных электронов я ионизации ими етоыой вещества. При Е > £й доминирует квг-ктсвый механизм (аф^кт "стряхивания" поверхности, электронов налетелцим зявктроноь:}, а в переходной области £ ~ часть характеристик видеосигнала определяется классическим, а другая - квватовкм механизма®! генервщт вторичных кедленных электронов. Оценка пороговой Сергии показала^ что при нормальном падении ¿яектро-на на поверхность » 0,3 эВ.

4. Разработан и проверен на сксперкмвптв метод измерения линейных размеров рельефных прямоугольных струхтур с помощью растрового электродного микроскопа [ кэ З^висш^ий от параметров структур (к?фиш и глуСкаы элемента рольефа) и от материала, не которого они изготовлены. Этот метод позволя-

ет использовать кремниевые прямоугольные щвлевидные структуры в качестве аталоного образца для измерения размеров элементов рельефа, выполненных из различных материалов.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

I Данилов В.А., Новиков Ю.А., Стеколин И.О. Определение степени покрытия островковой пленкой прозрачной подложки по ИК-спектрам пропускания. // Поверхность. 1993. Й 10 С. 86-90.

2. Новиков Ю.4L, Геков A.B., Стеколин И.Ю. Оптическая дифракционная решетка как эталонная мера для растрового электронного микроскопа. // Известия АН. Сер. Физ. 1993. Т.57. J6 8. С. 79-83.

S. Новиков Ю.А., Пешехонов C.B., Раков A.B., Седов C.B.

Симонов А.Н., Стеколин И.Ю., Стрижков И.Б. Определение основных характеристик РЭМ с помощью щелевидаых субмикронных структур в кремнии. // Известия АН. Сер, Физ. 1993. Т.57. * 8. С. 83-93.

4. Новиков Ю.А., Раков A.B., Симонов А.Н., Стеколин И. ., Стрижков И.В. Взаимодействие вторично-эмиссионных электронов с рельефной поверхностью. // Известия АН. Сер. Физ. 1993. Ï.57. * 8. С. 67-72.

W5. Новиков Ю.А., Раков A.B., Стеколин И.О., Стрижков И.Б., • Цибульский В .В. Механизмы формирования видеосигнала в РЭМ. // Известия АН. Сер. Фаз. 1993. Т.57. » 8, С. 73-78.

■ 6. Новиков Ю.А., Раков A.B., Стеколин И.Ю. РЭМ-метрология

рельефных структур в субмикронном и нанонетровом диапазонах. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика". Москва, Se-' . леноград. 1993. С. 102-103.

7. Новиков Ю.А., Раков A.B., Стеколин И.Ю. Измерения линейных размеров субмикрошых рельефных прямоугольных структур. //

. .., Электронная промышленность. 1994. * 3. С. 41-42. - ,

8. Novikov Уи.А., Peehekhonov S.V., Fafeov A.V., Stekolin I.Yü.„ StrlüKkov I,В. Referenoe gauge atruoture for Beaming electron miorosoope certification and nanome-

• ter measurements // 1994. Reprint from; Herald of Teolmo-logioal Soienoes. Russian Academy of Tcohnologlosl Soien-oes. * 1, P, 582.-589.

9. Новиков Ю.Д., £аков А.В, э Стеколин И.Ю. Вторичная электронная эмиссия рельефной поверхности; исследование в растровом электронном шхроскош. // Поверхность. I9S4. J4 4. С. 76-84.

10. Новиков Ю.А.с Раков А.В.С Стеколин И.О. Вторичная электронная эмиссия рельефной поверхности: влияние глубины рельефа. // Поверхность. 1994» * 5„ с; I08-II3.

11. Новиков Ю.А., Раков A.B., Стеколин И.Ю., Стргажов И,Б. Калибровка растрового электронного микроскопа с одновременным определением диаметра электронного зонда. // Измерительная техника. 1994. '4 6. С. 62-64»

12. Новиков Ю,А., Раков A.B., Стеколин U.a. Калибровка растрового электронного микроскопе щм помощи шгайной керя с одним аттестованным размером. // Измерительная техника» 1994. * 7, С. 68 - 70.