FR2785390A1 - Determination de la forme d'un echantillon par la mesure de la pente d'une surface au moyen d'un microscope electronique a balayage - Google Patents
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Abstract
La forme d'un échantillon est déterminée par un microscope électronique à balayage en utilisant l'émission d'électrons à partir d'une surface pour mesurer sa pente. Une surface d'un échantillon est placée dans le faisceau électronique du microscope électronique à balayage selon plusieurs angles connus, et des mesures respectives de l'émission d'électrons sont obtenues. Une relation entre l'angle de surface et l'émission d'électrons est déduite pour l'échantillon à partir des mesures. Ensuite, alors que le faisceau électronique est balayé le long de la surface pour mesurer l'émission d'électrons, cette relation déduite est utilisée pour obtenir la pente à chaque point de balayage.
Description
Détermination de la forme d'un échantillon par la mesure de la pente d'une
surface au moyen d'un microscope électronique à balayage La présente invention concerne la détermination de la forme d'un échantillon au moyen d'un microscope électronique à balayage et, en particulier, l'utilisation de l'émission d'électrons à partir de la surface de l'échantillon pour mesurer sa pente. Lorsqu'un microscope électronique à balayage émet un faisceau électronique vers une surface, ce faisceau incident produit des électrons rétrodiffusés et des électrons secondaires. Le nombre d'électrons rétrodiffusés et secondaires varie avec l'angle d'inclinaison, ou la pente, de la surface sur laquelle le faisceau est incident. On s'attend à ce que davantage d'électrons secondaires soient émis à partir d'une surface inclinée qu'à partir d'une surface normale au faisceau incident parce qu'avec une plus grande inclinaison, un plus grand pourcentage de l'interaction du faisceau avec l'échantillon est suffisamment proche de la surface pour
que des électrons soient émis.
Dans le chapitre 4 de Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis de J. Goldstein et al., Plenum Publishing 1992, il est dit que l'émission d'électrons
secondaires varie à peu près comme une fonction sécante.
Si 0 est l'angle entre le faisceau incident et une droite normale à la surface de l'échantillon, ce qui fait de 0 l'angle d'inclinaison, et parce que secO = 1/cos0, selon cette relation, l'émission d'électrons secondaires varie
comme une réciproque de cosO.
Il serait utile d'utiliser le microscope électronique à balayage pour déterminer la forme tridimensionnelle d'un échantillon. Afin de réaliser cela, cependant, il est
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nécessaire que le microscope électronique à balayage mesure avec précision l'angle d'inclinaison des surfaces en pente de l'échantillon. Si l'inclinaison devait être mesurée à partir de l'émission d'électrons secondaires déterminée en fonction de la relation mentionnée ci- dessus, le résultat serait affecté par le fait qu'elle produit une émission infinie à O = 90 . Si la détermination de la pente devait reposer sur une telle relation incorrecte, des angles d'inclinaison incorrects
seraient déduits.
Un objet de l'invention consiste à mesurer avec précision la pente d'une surface avec un microscope
électronique à balayage.
Ces objets et d'autres sont atteints selon un aspect de l'invention en déterminant la pente d'une surface avec un faisceau électronique provenant d'un microscope électronique à balayage. Une procédure d'étalonnage est exécutée qui comprend: (i) l'obtention d'une pluralité de mesures de l'émission d'électrons secondaires en mesurant l'émission d'électrons secondaires à partir d'une partie de la surface positionnée selon des angles connus respectifs 0 par rapport au faisceau électronique, et (ii) la déduction d'une relation entre l'émission d'électrons
secondaires et 0 sur la base de la pluralité de mesures.
Le faisceau électronique est ensuite dirigé de manière à heurter un point de la surface pour produire une émission d'électrons secondaires mesurée, et la pente au niveau du point est déterminée en déduisant l'angle 0 de l'émission
d'électrons secondaires mesurée et de la relation obtenue.
La figure 1 montre une vue en coupe d'un échantillon avec des parois en pente dont un faisceau électronique provenant d'un microscope électronique à balayage génère
une image.
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La figure 2 est un graphique d'électrons secondaires émis par l'échantillon de la figure 1 à différents points
alors que le faisceau se déplace le long de sa surface.
La figure 3 est un organigramme des étapes exécutées selon l'invention. La figure 4 est un graphique d'une émission d'électrons secondaires comme une fonction de l'angle d'inclinaison. La figure 1 montre un échantillon 1 formé sur un substrat 2. La forme de l'échantillon 1 a été choisie de manière arbitraire à des fins d'illustration de manière à avoir une surface plane 3 et des parois en pente 5 et 7 avec des angles égaux et d'inclinaison opposée. Un faisceau électronique incident 9 est émis par un microscope électronique à balayage (non montré), et le nombre des électrons secondaires émis par l'échantillon 1 qui heurtent un détecteur d'électrons dans le microscope électronique à balayage (non montré) est compté, comme expliqué ci-dessous. Le positionnement du détecteur, ou des multiples détecteurs, est une affaire de choix par le concepteur et/ou l'utilisateur du microscope électronique à balayage, en fonction de facteurs facilement connus d'un
spécialiste de l'art.
La figure 2, qui est alignée avec la figure 1, montre l'amplitude de l'émission d'électrons secondaires SE alors que le faisceau 9 est balayé de manière à être incident à des points discrets espacés le long de la surface de l'échantillon 1. Bien entendu, les valeurs d'émission d'électrons secondaires réelles dépendent de facteurs tels que le matériau de l'échantillon, la conception et le fonctionnement du microscope électronique à balayage, ainsi que la charge de l'échantillon et la géométrie de l'échantillon. Cependant, la figure 2 est destinée à illustrer une variante exemplaire qui peut survenir dans l'émission d'électrons secondaires pour les parois en
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pente 5, 7 et la surface plane 3 qui est normale au faisceau. Ainsi, il est évident que l'émission d'électrons secondaires entre les points b et c correspondant à la paroi inclinée 5 est supérieure à celle entre les points c et d correspondant à la surface plane 3 à 0 = 0 . Cependant, afin de déterminer l'angle d'inclinaison des parois 5, 7, il est nécessaire de connaître quantitativement comment l'émission d'électrons
secondaires varie avec l'angle d'inclinaison.
Pour déterminer une relation quantitative entre l'émission d'électrons secondaires et l'angle d'inclinaison, telle que montrée sur la figure 4, la présente invention exécute une procédure de test préalable, ou étalonnage, afin de déterminer la forme tridimensionnelle de l'échantillon ou d'un lot d'échantillons de forme identique. L'échantillon est placé dans le microscope électronique à balayage, le faisceau 9 est dirigé sur une partie de sa surface qui se trouve selon un angle connu 0 par rapport au faisceau, et la valeur de l'émission d'électrons secondaires est enregistrée. Les valeurs de 0 et de l'émission d'électrons secondaires constituent un point de données sur le graphique de la figure 4. Une pluralité de ces points de données est obtenue en inclinant l'échantillon selon des angles connus et en mesurant l'émission d'électrons secondaires selon chaque angle et, ensuite, une technique de courbe de meilleur ajustement est appliquée d'une manière bien connue aux points de données. La courbe
montrée sur la figure 4 a été déduite de cette manière.
Une fois que cette procédure d'étalonnage est achevée, le faisceau 9 est balayé le long d'une partie présentant un intérêt de la surface de l'échantillon. Pour chaque emplacement de surface discret o le faisceau heurte la surface, la mesure de l'émission d'électrons secondaires est convertie en un angle 0 en utilisant la
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relation représentée sur la figure 4, ou sa représentation mathématique. Bien entendu, aucun détail à cet égard n'est
estimé nécessaire parce que ceci est bien connu.
La pente mesurée peut produire la forme tridimensionnelle de l'échantillon parce qu'elle indique comment la forme de la surface varie dans une direction perpendiculaire au faisceau 9. Ainsi, en intégrant la valeur de pente obtenue à chacun des points balayés, la forme montrée sur la figure 1 peut être déduite d'une
manière bien connue.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, la relation suivante entre l'émission d'électrons secondaires et la pente a été découverte: SE = [(1 - cos( 80. Pente) gamma) (SE90 -SEO)] +SEO (1) o, SE est l'émission d'électrons secondaires mesurée à un point sélectionné sur la surface de l'échantillon 1; SE0 est une émission d'électrons secondaires connue à
0 = 0 ;
SE90 est une émission d'électrons secondaires connue à 0 = 90 ; et
gamma est un terme d'ajustement de courbe.
Pour trouver la pente, un réarrangement des termes produit ce qui suit: ( I/lgammal Pente= 1 -80$SE-SEo /g(2) - arcco (2) SE9o - SEo) Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, avant d'effectuer les mesures de l'émission d'électrons secondaires pour trouver l'angle d'une paroi inclinée, les valeurs de SEo et de SE90 sont déterminées et utilisées comme points de données pour déduire la courbe de la figure 4. Une valeur de gamma est sélectionnée dans l'équation (1) pour obtenir une courbe d'émission
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d'électrons secondaires ayant le meilleur ajustement pour ces points de données connus. Une telle technique
d'ajustement de courbe est bien connue.
Un avantage de l'utilisation du mode de réalisation préféré consiste en ce qu'il simplifie l'étalonnage tout en fournissant des résultats satisfaisants. Plus spécifiquement, il est nécessaire de fournir seulement un nombre minimal de points de données en plus des deux points de données SE0 et SE90, au lieu du plus grand nombre de points de données autrement nécessaire pour l'ajustement de courbe. Cependant, si gamma est connu,
alors deux points de données seulement sont nécessaires.
Gamma peut être connu à partir de données précédentes recueillies en utilisant un microscope électronique à balayage similaire et fonctionnant avec des matériaux
d'échantillon similaires.
Une fois que SE0 et SE90 et gamma sont connus, les mesures de l'émission d'électrons secondaires sont effectuées par le faisceau de balayage 9 qui heurte la surface de l'échantillon. Lorsque cet impact a lieu à un point sur la paroi inclinée de l'échantillon, par exemple, l'émission d'électrons secondaires mesurée est entrée dans
l'équation (2) pour déduire la pente à ce point.
Avec référence maintenant aux figures 3 et 4 pour une explication plus spécifique du mode de réalisation préféré de l'invention, l'échantillon 1 est placé dans le microscope électronique à balayage et le faisceau 9 est dirigé en un point sur la surface plane 3. A l'étape 20, la surface plane 3 est à 0 = 0 . Le faisceau 9 est émis et une mesure de l'émission d'électrons secondaires qui sert en tant que SE0 est enregistrée. A l'étape 22, l'échantillon 1 est incliné de sorte que la surface plane 3 soit selon un angle connu autre que 0 pour déduire SE90.
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En réalité, l'angle d'inclinaison ne peut pas être fixé exactement à 90 parce qu'il n'est pas possible de mesurer l'émission d'électrons secondaires de la surface selon cet angle étant donné que le faisceau ne heurte pas la surface mais, plutôt, son bord. Il est donc préférable de mesurer l'émission d'électrons secondaires selon un angle très proche de 90 0. Typiquement, l'émission d'électrons secondaires ne varie pas considérablement pour 0 entre 85 et 90 , et souvent ces mesures peuvent présenter une précision suffisante pour donner des résultats significatifs. Ainsi, cette mesure peut être
utilisée sensiblement comme l'équivalent de SE90.
Alternativement, un point de données selon un angle différent de 90 peut être utilisé à l'étape 24 pour mieux ajuster une courbe, telle que celle représentée sur la figure 4. A partir de cette courbe, une valeur pour SE90 peut être déduite. Egalement, si des points de données supplémentaires sont obtenus à partir des mesures de l'émission d'électrons secondaires effectuées selon plusieurs angles d'inclinaison plus connus, ceci peut produire un meilleur ajustement de courbe et, en
conséquence, de meilleures valeurs pour SEo, SE90 et gamma.
Ainsi, avec le mode de réalisation préféré tel que basé sur l'équation (1), il n'est pas nécessaire d'effectuer des mesures pour presque autant de points de données que nécessaire autrement, mais il est utile d'en avoir
davantage que seulement deux.
L'étape 22 est exécutée avant l'étape 24 si SE90 est obtenu directement à partir de l'émission d'électrons
secondaires mesurée selon un angle très proche de 0 = 90 .
Autrement, l'étape 22 comprend une ou plusieurs mesures de l'émission d'électrons secondaires effectuées selon des angles connus pour déduire des points de données supplémentaires, suivie de l'étape 24, et seulement alors
SE90 est déduite.
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A l'étape 26, la mesure de l'angle d'inclinaison pour un lot d'échantillons commence. Ainsi, les étapes 20, 22 et 24 peuvent être considérées comme des étapes d'étalonnage exécutées en utilisant un ou plusieurs échantillons parmi ce lot. Une fois que cette phase est achevée, un échantillon à mesurer est installé en position dans le microscope électronique à balayage et sa surface est balayée par le faisceau 9. Lorsque le faisceau 9 atteint une position désignée sur une paroi inclinée, la mesure de l'émission d'électrons secondaires est enregistrée. A l'étape 28, la valeur mesurée de l'émission d'électrons secondaires est entrée dans l'équation (2), et l'angle d'inclinaison est ainsi déduit. L'angle d'inclinaison étant connu à chacun des points balayés, la forme tridimensionnelle de l'échantillon peut être déterminée. Bien que seul le mode de réalisation préféré ait été décrit en détail dans le présent document, on devrait se rendre compte que diverses modifications peuvent
facilement y être apportées par un spécialiste de l'art.
Par exemple, la valeur mesurée de l'émission d'électrons secondaires peut comprendre une composante de rétrodiffusion ainsi qu'une composante d'électrons secondaires. Egalement, la valeur mesurée de l'émission d'électrons secondaires peut être exclusivement une composante de rétrodiffusion. Ces modifications et d'autres sont destinées à être comprises dans l'étendue de la présente invention telle que définie par les
revendications suivantes.
Claims (10)
1. Procédé pour déterminer la pente d'une surface dont une image est générée par un faisceau électronique provenant d'un microscope électronique à balayage, comprenant les étapes consistant à: exécuter une procédure d'étalonnage, comprenant, l'obtention d'une pluralité de mesures de l'émission d'électrons secondaires en mesurant l'émission d'électrons secondaires à partir d'une partie de la surface positionnée selon des angles connus respectifs 0 par rapport au faisceau électronique, et la déduction d'une relation entre l'émission d'électrons secondaires et 0 sur la base de ladite pluralité de mesures; l'orientation du faisceau électronique pour qu'il heurte un point de la surface pour produire une émission d'électrons secondaires mesurée; et la détermination de la pente audit point en déduisant l'angle 0 de ladite émission d'électrons secondaires
mesurée et de ladite relation obtenue.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape consistant à mesurer l'émission d'électrons secondaires comprend le placement d'une surface dans un trajet du faisceau électronique selon un angle 0 et la détection du nombre des électrons secondaires résultants
émis par ladite surface.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape d'obtention d'une pluralité de mesures de l'émission d'électrons secondaires est suivie d'une étape d'ajustement de courbe utilisant la relation: SE = [(- cos(80 Pente)- (SE90-SEO)] + SEO o, SE est l'émission d'électrons secondaires mesurée à un point sélectionné sur la surface de l'échantillon 1; SEo est une émission d'électrons secondaires connue à
O = 0 ;
SE90 est une émission d'électrons secondaires connue à O = 90 ; et gamma est un terme d'ajustement de courbe.
4. Procédé selon la revendication 3, comprenant, de plus, l'étape consistant à déduire SE90 en plaçant une surface d'échantillon dans le faisceau selon plusieurs angles connus 0, à obtenir plusieurs mesures de l'émission d'électrons secondaires, respectivement pour lesdits plusieurs angles connus, à déterminer une relation entre 0 et l'émission d'électrons secondaires sur la base desdites plusieurs mesures, et à appliquer cette relation pour
déduire SE90o.
5. Procédé selon la revendication 3, comprenant, de plus, l'étape consistant à déduire SE90 en mesurant l'émission d'électrons secondaires pour un angle O
sensiblement proche de 90 .
6. Appareil pour déterminer la pente d'une surface dont une image est générée par un faisceau électronique provenant d'un microscope électronique à balayage, comprenant: des moyens pour exécuter une procédure d'étalonnage, comprenant, des moyens de mesure pour obtenir une pluralité de mesures de l'émission d'électrons secondaires en mesurant l'émission d'électrons secondaires à partir d'une partie de la surface positionnée selon des angles connus respectifs 0 par rapport au faisceau électronique, et des moyens pour obtenir une relation entre l'émission d'électrons secondaires et 0 sur la base de ladite pluralité de mesures; des moyens pour diriger le faisceau électronique de manière à ce qu'il heurte un point de la surface pour produire une émission d'électrons secondaires mesurée; et 1] des moyens pour déterminer la pente audit point en déduisant l'angle 0 de ladite émission d'électrons
secondaires mesurée et de ladite relation obtenue.
7. Appareil selon la revendication 6, dans lequel les moyens de mesure comprennent le placement d'une surface dans le faisceau selon un angle 0 et la détection du nombre des électrons secondaires émis par ladite surface
pour déduire SEo.
8. Appareil selon la revendication 6, dans lequel les moyens pour déduire une relation comprennent un ajustement de courbe utilisant la relation: SE = 1 - cos( 1 80 Pente) (SE9 -SE.) +SEo o, SE est l'émission d'électrons secondaires mesurée à un point sélectionné sur la surface de l'échantillon 1; SEo est une émission d'électrons secondaires connue à
O = 0;
SE90 est une émission d'électrons secondaires connue à 0 = 90 ; et
gamma est un terme d'ajustement une courbe.
9. Appareil selon la revendication 8, comprenant, de plus, des moyens pour déduire SE90 en plaçant une surface d'échantillon dans le faisceau selon plusieurs angles connus 0, des moyens pour obtenir plusieurs mesures de l'émission d'électrons secondaires, respectivement, pour lesdits plusieurs angles connus, des moyens pour déterminer une relation entre 0 et l'émission d'électrons secondaires sur la base desdites plusieurs mesures, et des
moyens pour appliquer cette relation pour déduire SE90.
10. Procédé selon la revendication 8, comprenant, de plus, des moyens pour déduire SE90 en mesurant l'émission d'électrons secondaires pour un angle O sensiblement
proche de 90 .
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