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扫描电镜能测出半导体线宽的真实长度吗?

分类:公司新闻 发布时间:2024-03-07 91140次浏览

  “大部分扫描电镜实验室对于纳米尺寸的准确测量,要求没有那么严格,比如线宽或颗...

  “大部分沈阳扫描电镜实验室对于纳米尺寸的准确测量,要求没有那么严格,比如线宽或颗粒大小到底是105nm还是95nm,似乎不太重要,大部分用户关心统计趋势而不是某一个值的准确值。但在半导体领域,105nm或95nm的误差,是不可接受的。这就提出了一个问题,我们如何才能测准?本文讨论了SEM成像参数/仪器校准以及电子束-样品相互作用模型对准确度的影响。”

  自沈阳扫描电子显微镜(SEM)问世以来,经历了巨大的演变,已成为许多科学和工业领域的重要研究工具。高分辨SEM特别适合定性和定量方面的应用1,尤其是纳米技术和纳米制造。备注1:SEM定量方面应用主要是在半导体行业的测量或计量。

沈阳蔡司沈阳扫描电镜

沈阳蔡司沈阳扫描电镜

  在张SEM图像被记录之前,人们更先提出的问题之一很可能是:"......这个东西到底有多宽?"

  在过去的几年里,这个问题的答案精度有了很大的提高,特别是如今CD-SEM已被用作半导体加工生产线上的主要测量工具,用于监控生产过程。半导体生产的明确需求推动了SEM设备及其功能的快速发展。在过去20年左右的时间里,通过半导体行业大量的研发资金投入,SEM仪器制造商极大地提高了这些仪器的性能。所有用户都能从这些投资中受益匪浅,尤其是在使用SEM进行定量测量时。但是,这些数据到底有多好或者多准确?

  SEM 计量/测量

  有人曾经说过:"如果我想得到准确的尺寸,我就把被测样品交给SEM操作员。如前所述,SEM是一种仪器,人们常常想当然地认为它是正确的,所产生的任何测量值也是正确的。在过去的几年里,SEM的测量精度有了极大的提高,CD-SEM也已经成为半导体加工生产线上监控制造过程的主要工具之一。但是,事实还是会被掩盖,我们必须小心谨慎。

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  使用任何科学仪器进行定量测量,都需要比想象中更加谨慎和深入了解。定量测量所依据的物理原理必须在测量中得到充分理解和说明。例如,在光学中,必须克服衍射的影响;在扫描探针显微镜中,必须考虑扫描探针针尖的形状;在SEM中,必须考虑测量信号的产生、电子束参数、样品充电以及电子束与试样的相互作用。如果不仔细检查就认为一切正常,很容易得出错误的数据。

  如今,使用SEM进行的测量主要有三种,尤其是在半导体制造领域。如图5所示,最简单的是间距(或位移)测量,第二种是结构宽度(临界尺寸或线宽测量)。不久之后,第三种测量方式也将成为主流,即轮廓正三维(3D)测量(Orji 2011)。不过,由于三维或轮廓计量学仍处于发展阶段,因此本文不对其进行讨论。

  间距测量

  如果我们将两条线分开一定的距离,那么测量条线的前缘到第二条线的前缘的距离就定义了间距或位移。间距测量中的一些系统误差(由于振动、电子束相互作用效应等)在两个前缘上都是相同的;这些误差,包括试样与电子束相互作用的影响,被认为是可以忽略的(Jensen,1980;Postek,1994)。因此,与边缘相关的误差有相当大的一部分不在用于计算间距的等式中。成功测量的主要标准是测量的两条边缘必须在所有方面都相似。

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  平均多条线可以更大程度地减少校准样本中边缘效应造成的影响。使用的间距标准可以轻松完成SEM放大校准。RM8820有许多间距结构可用于此过程;可根据要求提供计算间距的软件程序(Postek,2010 )。

  宽度测量

  任何纳米结构、纳米粒子或半导体线路的宽度测量都很复杂,因为上述的许多系统误差现在都是相加的。因此,在测量中还包括来自两个边缘的边缘检测误差。SEM的放大倍率不应校准为宽度测量值。宽度测量会将这些误差加在一起,导致测量不确定性增加。

  此外,由于电子束-样品的相互作用效应不同,这些误差也因样品而异。使测量更加复杂的是,每台SEM都会因操作条件和电子收集特性而产生其特有的仪器效应。实际上,通过这种测量方法,我们并不知道图像中边缘的准确位置,更重要的是,不知道它是如何随仪器条件而变化的。

  上文提到的实验室间研究也证明,参与者报告的200 nm名义线宽的宽度测量值有的偏大了60%之多(Postek,1993)。造成这些结果的影响因素很多,尤其是用于解释所获图像或数据的测量算法类型。因此,基于宽度测量的校准包含许多误差成分,需要开发和使用电子束-试样相互作用模型。

  总结

  校准良好的现代CD-SEM仪器能够进行极高分辨率和高度的测量。由于对SEM进行了许多改进,可以使用适当的校准样本以较高的置信度校准放大倍率(或刻度)。测量精度一般可以达到或优于0.2nm (1σ),在半导体生产等许多应用中,这样的高精度已经足够。


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