Введение к работе
Актуальность работы. Прогресс современной науки и техники идет по пути развития высоких технологий. При этом основное внимание уделяется технологическим процессам создания новых веществ с наперед заданными свойствами и методам их исследования. Одним из таких методов является вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ). Она характеризует свойства приповерхностных слоев и самой поверхности твердого тела и лежит в основе работы большого числа приборов. Наиболее важным прибором, использующим вторичную электронную эмиссию является растровый электронный микроскоп. Наглядность получаемой информации при высоком разрешении (до единиц нанометров) делает его практически незаменимым при исследовании микроструктур, создаваемых в технологических процессах микроэлектроники. Однако все закономерности ВЭЭ изучались на безрелъефных. поверхностях и перенос этих закономерностей на рельефные структуры не вполне обоснован. Поэтому исследование закономерностей вторичной электронной эмиссии, проявляемых на рельефных поверхностях твердого тела, является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы состояла в разработке методов исследования закономерностей вторичной электронной эмиссии рельефной поверхности твердого тела и проведении таких исследований на простых модельных структурах типа щели с прямоугольным профилем и параметрами, известными с высокой точностью.
Основные результаты работы:
-
Разработан метод исследования вторичной электронной эмиссии рельефной поверхности твердого тела в ЮМ, не базирующийся на физических моделях генерации вторичных медленных электронов.
-
На основе этого метода проведено исследование зависимости величины вторичной электронной эмиссии от геометрии рельефной поверхности кремния и энергии первичных электронов. Установлено, что экспериментальные результаты не удается описать с помощью традиционных механизмов генерации вторичных медленных электронов.
-
Предложена физическая модель, объясняющая обнаруженные расхождения существованием квантового механизма "стряхивания" поверхностных
электронов. Показано, что практически все параметры видеосигнала РЭМ во вторичных медленных электронах, полученного при сканировании зондом поверхности с прямоугольным рельефом при энергии первичных электронов больше 10 кэВ, могут быть объяснены с помощью эффекта "стряхивания".
4. На этой основе разработан метод измерения в растровом электронном микроскопе линейных размеров субмикронных рельефных структур прямоугольного и трапециевидного сечений, выполненных из различных материалов. Метод включает: физическое обоснование РЭМ- измерений, линейную меру ширины линии прямоугольного профиля субмикронного диапазона, способы определения с помощью этой меры увеличения ЮМ и измерения диаметра электронного зонда и способы измерения размеров рельефных структур.
Научная новизна и практическая ценность. Обнаружен неизвестный ранее эффект зависимости вторичной электронной эмиссии от направления движения первичного электрона, пересекающего поверхность твердого тела. Создан прототип линейной меры ширины линии субмикронного диапазона. "Разработано 6 методов калибровки растровых электронных микроскопов. Разработан метод измерения в ЮМ размеров прямоугольных и трапециевидных структур, выполненных из различных материалов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на Третьем Всесоюзном семинаре "Микролитография-90" (Черноголовка 1990), і4 Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Суздаль 1990), 7 Всесоюзном симпозиуме по растровой электронной микроскопии к аналитическим методам исследования твердых тел (Звенигород, 1991), Всесоюзной научно-технической конференции "Метрологические проблемь микроэлектроники" (Менделеево, 1991), Научно- технической конференциі "Исследование, разработка и применение в производстве СБИС мер ширш элементов, базирующихся на различных физических принципах" (Минск 1991), Международной конференции "Scanning-93" (США, 1993), 8 Симпо зиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методаь исследования твердых тел (Черноголовка, 1993), Второй международно! конференции по нанотехнологии "Нано-П" (Москва, 1993), Международ ной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика' (Зеленоград, 1993), 15 Российской конференции по электронной микроско
та (Черноголовка, 1994), семинаре "Микролитография-94" (Черноголовка, >94), Первой национальной конференции по проблемам физической етрологии "Физмет-94" (Санкт-Петербург, 1994), а также на сессии РАН и іминарах ИОФ РАН, МГУ (физфак), НИИМЭ. НИИФП, МИЭМ.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 35 знатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти іав и заключения. Объем диссертации составляет 302 страницы, в том деле 95 рисунков, 13 таблиц и список литературы из 174 наименований.