RU2325619C2 - Test object for calibration of raster electron and scanning probe microscopes - Google Patents
Test object for calibration of raster electron and scanning probe microscopes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2325619C2 RU2325619C2 RU2006113068/28A RU2006113068A RU2325619C2 RU 2325619 C2 RU2325619 C2 RU 2325619C2 RU 2006113068/28 A RU2006113068/28 A RU 2006113068/28A RU 2006113068 A RU2006113068 A RU 2006113068A RU 2325619 C2 RU2325619 C2 RU 2325619C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test object
- relief
- angle
- steps
- sem
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения малых длин отрезков, характеризующих геометрические параметры профиля элементов рельефа поверхности твердого тела, в нанометровом диапазоне (1÷1000 нм), проводимого с помощью растровых электронных (РЭМ) и сканирующих зондовых (СЗМ) микроскопов.The invention relates to the field of measuring small lengths of segments characterizing the geometric parameters of the profile of the elements of the relief of a solid surface in the nanometer range (1 ÷ 1000 nm), carried out using scanning electron (SEM) and scanning probe (SPM) microscopes.
Известны тестовые объекты для калибровки РЭМ и СЗМ, используемых для выполнения измерения длин отрезков, характеризующих геометрические параметры профиля элементов рельефа поверхности твердого тела [1]. Эти тестовые объекты - эталонные линейные меры, которые представляют собой рельефные шаговые структуры на поверхности твердого тела, состоящие из пяти выступов с геометрической формой их профиля, близкой к прямоугольной. Средний элемент этой структуры имеет большую длину по сравнению с четырьмя другими. Аттестованный шаг указанной структуры служит для калибровки увеличения РЭМ и СЗМ (определения цены деления шкал сканирования), но не обеспечивает измерения размеров зондов микроскопов, значения которых необходимо знать для выполнения процедуры измерения линейных размеров конкретного элемента рельефа поверхности с высокой точностью.Known test objects for calibrating SEM and SPM used to measure lengths of segments characterizing the geometric parameters of the profile of the relief elements of a solid surface [1]. These test objects are standard linear measures, which are relief step structures on the surface of a solid body, consisting of five protrusions with a geometric shape of their profile that is close to rectangular. The middle element of this structure is longer than four others. The certified step of this structure serves to calibrate the increase in SEM and SPM (determining the price of dividing the scanning scales), but does not provide measurements of the sizes of microscope probes, the values of which must be known to perform the procedure of measuring the linear dimensions of a particular element of the surface topography with high accuracy.
Наиболее близким по технической сущности выполнением тестового объекта, выбранным в качестве прототипа, является конструкция тестового объекта, выполненного в виде периодической монокристаллической кремниевой структуры с рельефной шаговой поверхностью, элементы которой имеют профиль с формой трапеции. Проекция боковых сторон трапеции на основание заметно превышает размеры зондов указанных выше микроскопов, а острый угол наклона этих сторон относительно нижнего основания трапеции выдержан постоянным и равным 54,7° (угол между кристаллографическими плоскостями кремния (100) и (111) [2]. Фактически тестовый объект-прототип - это рельефная поверхность, представляющая собой суперпозицию линейно-протяженных, параллельных друг другу и развернутых друг относительно друга на угол 180° ступенек с известным постоянным углом наклона их боковых граней. Тестовый объект-прототип с калиброванным шагом конкретной пары элементов его структуры позволяет определять единицу шкалы сканирования и размер зонда РЭМ и СЗМ, но только в одном направлении (например, вдоль X).The closest in technical essence the execution of the test object, selected as a prototype, is the design of the test object, made in the form of a periodic single-crystal silicon structure with a relief stepped surface, the elements of which have a profile with a trapezoid shape. The projection of the sides of the trapezoid onto the base significantly exceeds the probe sizes of the above microscopes, and the acute angle of inclination of these sides relative to the lower base of the trapezoid is kept constant and equal to 54.7 ° (the angle between the crystallographic planes of silicon is (100) and (111) [2]. The prototype test object is a relief surface, which is a superposition of linearly extended steps parallel to each other and rotated relative to each other at an angle of 180 ° with a known constant angle of inclination of their side faces. A prototype test object with a calibrated step of a specific pair of elements of its structure allows you to determine the unit of the scan scale and the size of the SEM and SPM probe, but only in one direction (for example, along X).
Однако тестовый объект-прототип имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что для высокоточного измерения малых длин отрезков, характеризующих профиль элемента рельефа, необходима юстировка плоскости измеряемой структуры, которая должна быть ортогональна относительно оси зонда РЭМ и СЗМ или составлять заданный с ней угол для некоторых моделей последнего. Кроме того, конструкция тестового объекта-прототипа, как уже отмечалось выше, не позволяет калибровать обе оси сканирования РЭМ и все три оси сканирования СЗМ одновременно по одному и тому же участку рельефной структуры. Также объект-прототип не позволяет определить размеры зондов РЭМ и СЗМ одновременно по двум взаимно перпендикулярным направлениям.However, the prototype test object has significant drawbacks in that for high-precision measurement of small lengths of segments characterizing the profile of the relief element, it is necessary to adjust the plane of the measured structure, which should be orthogonal to the axis of the SEM and SPM probe or make an angle with it for some models of the latter. In addition, the design of the prototype test object, as noted above, does not allow to calibrate both scanning axes of the SEM and all three scanning axes of the SPM simultaneously on the same section of the relief structure. Also, the prototype object does not allow to determine the sizes of the SEM and SPM probes simultaneously in two mutually perpendicular directions.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении точности и уменьшении времени измерений малых длин отрезков, характеризующих профиль элемента рельефа, во всем нанометровом диапазоне, выполняемых с помощью РЭМ и СЗМ, а также в расширении функциональных свойств предлагаемой конструкции за счет возможности одновременной калибровки шкал сканирования РЭМ по двум осям и СЗМ - по трем осям, определения линейности шкал сканирования и их ортогональности, определения размеров зондов РЭМ и СЗМ по двум взаимно перпендикулярным направлениям с использованием одного и того же участка рельефной структуры объекта.The problem to which this invention is directed, is to achieve a technical result, which consists in increasing the accuracy and reducing the measurement time of small lengths of segments characterizing the profile of the relief element in the entire nanometer range, performed using SEM and SPM, as well as expanding the functional properties of the proposed design due to the possibility of simultaneous calibration of SEM scanning scales along two axes and SPM along three axes, determining the linearity of scanning scales and their orthogonality, determine the dimensions of the SEM and SPM probes in two mutually perpendicular directions using the same section of the relief structure of the object.
Поставленная задача решается в тестовом элементе для калибровки растровых электронных и сканирующих зондовых микроскопов, выполненном в виде структуры с рельефной поверхностью, элементы которой имеют профиль с проекциями боковых сторон на плоскость основания, превышающими размеры зондов РЭМ и СЗМ, и во всех элементах рельефной поверхности выдержан постоянный острый угол между боковой гранью и плоскостью нижнего основания, отличающемся тем, что рельеф выполнен в виде совокупности ступенек, как минимум две из которых стыкуются под углом не равным и не кратным 180°.The problem is solved in a test element for calibrating scanning electron and scanning probe microscopes, made in the form of a structure with a relief surface, the elements of which have a profile with projections of the sides on the plane of the base exceeding the dimensions of the SEM and SPM probes, and a constant constant is maintained in all elements of the relief surface acute angle between the side face and the plane of the lower base, characterized in that the relief is made in the form of a set of steps, at least two of which are joined at an angle m not equal and not a multiple of 180 °.
Таким образом, отличительными особенностями изобретения является то, что рельеф выполнен в виде совокупности ступенек, как минимум две из которых стыкуются под углом не равным и не кратным 180°; то, что ступеньки стыкуются под углом 90°; а также то, что четыре пары стыкующихся ступенек образуют рельефную структуру крестообразного выступа.Thus, the distinguishing features of the invention is that the relief is made in the form of a set of steps, at least two of which are joined at an angle not equal to and not a multiple of 180 °; the fact that the steps are joined at an angle of 90 °; and also the fact that four pairs of joined steps form a relief structure of a cross-shaped protrusion.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении точности и уменьшении времени измерения малых длин отрезков, характеризующих профиль элемента рельефа, во всем нанометровом диапазоне, а также в расширении функциональных свойств предлагаемой конструкции за счет возможности одновременной калибровки шкал сканирования РЭМ по двум осям, а для СЗМ по трем осям, определения линейности шкал сканирования и их ортогональности, определения размеров зондов РЭМ и СЗМ по двум взаимно перпендикулярным направлениям с использованием одного и того же участка рельефной структуры.The specified set of distinctive features allows to achieve a technical result, which consists in increasing the accuracy and reducing the measurement time of small lengths of segments characterizing the profile of the relief element in the entire nanometer range, as well as in expanding the functional properties of the proposed design due to the possibility of simultaneous calibration of SEM scanning scales along two axes and for SPM in three axes, determining the linearity of the scanning scales and their orthogonality, determining the sizes of the SEM and SPM probes in two in the direction perpendicular using the same section of the relief structure.
Изобретение поясняется приведенными чертежами.The invention is illustrated by the drawings.
На фиг.1 приведено схематическое изображение тестового объекта для калибровки РЭМ и СЗМ согласно изобретению. Предлагаемый тестовый объект включает подложку 1 с рельефной поверхностью, представляющей собой две ступеньки с общими верхним 2 и нижним 3 основаниями и боковыми наклонными гранями 4 и 5, пересекающимися под углом 6 (показан вариант пересечения под углом 90°). В обеих ступеньках выдержан известный и постоянный угол 9 между боковыми гранями ступенек 4 и 5 и плоскостью основания 3. Поскольку верхние и нижние основания обеих ступенек общие, то высоты 7 и 11 обеих ступенек одинаковы. Соответственно, проекции боковых сторон профиля рельефа 8 и 12 на плоскость основания 3 также одинаковы. Боковые грани ступенек пересекаются по прямой 10.Figure 1 shows a schematic representation of a test object for calibrating SEM and SPM according to the invention. The proposed test object includes a
На фиг.2 показан вариант исполнения тестового объекта согласно изобретению, в котором стыкуются четыре пары ступенек (13-14; 15-16; 17-18; 19-20), образуя рельефную структуру крестообразного выступа.Figure 2 shows an embodiment of a test object according to the invention, in which four pairs of steps (13-14; 15-16; 17-18; 19-20) are joined, forming a relief structure of a cross-shaped protrusion.
Калибровка РЭМ с помощью тестового объекта согласно изобретению выполняется следующим образом. Тестовый объект устанавливается на столик для образцов микроскопа и затем проводится сканирование его рельефа зондом РЭМ при требуемой энергии электронов зонда. РЭМ должен работать в режиме сбора его детектором вторичных медленных электронов. На экране монитора РЭМ устанавливают часть изображения рельефа вблизи области пересечения боковых граней ступенек 4 и 5 (см. фиг.1). Затем это изображение с помощью интерфейсного устройства переносится в персональный компьютер, в котором выполняется обработка кривых видеосигнала. По этим кривым определяют длину отрезков в пикселях изображения, характеризующих проекции боковых стенок ступенек 8 и 12 согласно методу, изложенному в [3]. В паспорте тестового объекта приведены аттестованные значения этих проекций в нанометрах. Поделив паспортные значения соответствующих проекций на измеренные их длины в пикселях, получают цену деления шкал сканирования по двум взаимно перпендикулярным направлениям. При этом полученные данные не зависят от ошибок оператора при фокусировке зонда на образце. Получив эти результаты, по кривым видеосигнала определяют значения размеров электронного зонда по этим двум направлениям согласно методу из [3]. Такая калибровка РЭМ позволяет повысить точность и уменьшить время измерений.SEM calibration using the test object according to the invention is performed as follows. The test object is mounted on a table for microscope samples and then its surface is scanned with a SEM probe at the required electron energy of the probe. SEM should work in the mode of collection by its detector of secondary slow electrons. On the SEM monitor screen, a part of the relief image is set near the intersection of the side faces of steps 4 and 5 (see Fig. 1). Then this image is transferred using an interface device to a personal computer, in which the processing of video signal curves is performed. These curves determine the length of the segments in image pixels characterizing the projections of the side walls of steps 8 and 12 according to the method described in [3]. The passport of the test object shows the certified values of these projections in nanometers. Dividing the passport values of the corresponding projections by their measured lengths in pixels, we obtain the price of dividing the scan scales in two mutually perpendicular directions. In this case, the obtained data does not depend on operator errors when focusing the probe on the sample. Having obtained these results, the values of the sizes of the electron probe in these two directions are determined from the video signal curves according to the method from [3]. Such SEM calibration allows to increase accuracy and reduce measurement time.
Калибровка СЗМ с помощью тестового объекта согласно изобретению выполняется следующим образом. Тестовый объект устанавливают на столик СЗМ для образцов и выполняют сканирование области рельефа вблизи пересечения боковых граней 4 и 5 (см. фиг.1). Аттестованные значения размеров элементов рельефа (например, проекции боковых сторон 4 и 5 и высота ступеньки), приводимые в паспорте тестового объекта, позволяют по измеренным кривым видеосигнала СЗМ откалибровать цену деления его всех трех шкал сканирования, проконтролировать их взаимную ортогональность и по паспортным данным размера основания элемента рельефной структуры в виде крестообразного выступа определить размер зонда СЗМ согласно методу, изложенному в [3]. Такая одновременная калибровка СЗМ по трем его осям сканирования увеличивает точность и уменьшает время измерений отрезков малой длины.Calibration of the SPM using the test object according to the invention is as follows. The test object is installed on the SPM table for samples and scan the area of the relief near the intersection of the side faces 4 and 5 (see figure 1). The certified values of the dimensions of the relief elements (for example, the projections of the lateral sides 4 and 5 and the step height) given in the passport of the test object make it possible to calibrate the division price of all three scan scales using the measured video signal curves, check their mutual orthogonality and the passport size data element of the relief structure in the form of a cross-shaped protrusion to determine the size of the SPM probe according to the method described in [3]. Such simultaneous calibration of the SPM along its three scanning axes increases accuracy and reduces the measurement time of small lengths.
Тестовый объект для калибровки РЭМ и СЗМ со взаимно перпендикулярными стыкующимися ступеньками может быть изготовлен по стандартным технологическим процессам микроэлектроники с использованием фотолитографии и анизотропного травления монокристаллической кремниевой пластины, рабочая поверхность которой ориентирована вдоль кристаллографической плоскости (100).A test object for calibrating SEM and SPM with mutually perpendicular mating steps can be manufactured using standard microelectronics processes using photolithography and anisotropic etching of a single-crystal silicon wafer, the working surface of which is oriented along the crystallographic plane (100).
Тестовый объект согласно изобретению может найти широкое применение для калибровки РЭМ и СЗМ, используемых в качестве средств измерений малых длин элементов рельефа изделий, изготавливаемых по микро- и нанотехнологиям.The test object according to the invention can find wide application for calibration of SEM and SPM used as measuring instruments for short lengths of relief elements of products manufactured by micro- and nanotechnologies.
ЛитератураLiterature
1. М.Т.Postek, A.E.Viladar, J.S.Villarrubia. Is a production level scanning microscope linewidth standard possible? // Procedings SPIE, vol.3898, pp.42-56, (2000).1. M.T. Postek, A.E. Viladar, J.S. Villarrubia. Is a production level scanning microscope linewidth standard possible? // Procedings SPIE, vol. 3898, pp. 42-56, (2000).
2. Ч.П.Волк, Е.С.Горнев, Ю.А.Новиков, Ю.В.Озерин, Ю.И.Плотников, А.М.Прохоров, А.В.Раков. Тестовый объект для калибровки растровых электронных микроскопов // Патент на изобретение №2207503, приоритет от 29.03.2001, зарегистрирован 27 июня 2003 г.2. Ch.P. Volk, E.S. Gornev, Yu.A. Novikov, Yu.V. Ozerin, Yu.I. Plotnikov, A. M. Prokhorov, A. V. Rakov. Test object for calibration of scanning electron microscopes // Patent for invention No. 2207503, priority dated March 29, 2001, registered June 27, 2003.
3. Ч.П.Волк, Е.С.Горнев, Ю.А.Новиков, Ю.В.Озерин, Ю.И.Плотников, А.М.Прохоров, А.В.Раков. Линейная мера микронного, субмикронного и нанометрового диапазонов для измерений размеров элементов СБИС на растровых электронных и атомно-силовых микроскопов // Микроэлектроника, 2002, т.31, №4, с.243-262.3. Ch.P. Volk, E.S. Gornev, Yu.A. Novikov, Yu.V. Ozerin, Yu.I. Plotnikov, A. M. Prokhorov, A. V. Rakov. A linear measure of the micron, submicron, and nanometer ranges for measuring the sizes of VLSI elements using scanning electron and atomic force microscopes // Microelectronics, 2002, v.31, No. 4, p.243-262.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006113068/28A RU2325619C2 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Test object for calibration of raster electron and scanning probe microscopes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006113068/28A RU2325619C2 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Test object for calibration of raster electron and scanning probe microscopes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006113068A RU2006113068A (en) | 2007-10-27 |
RU2325619C2 true RU2325619C2 (en) | 2008-05-27 |
Family
ID=38955520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006113068/28A RU2325619C2 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Test object for calibration of raster electron and scanning probe microscopes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2325619C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519826C1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" (ОАО "НИИМЭ"), Российская Федерация | Test object for calibrating microscopes in micrometer and nanometer ranges |
-
2006
- 2006-04-19 RU RU2006113068/28A patent/RU2325619C2/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519826C1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" (ОАО "НИИМЭ"), Российская Федерация | Test object for calibrating microscopes in micrometer and nanometer ranges |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006113068A (en) | 2007-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8142965B2 (en) | Method and system for measuring in patterned structures | |
JP4490043B2 (en) | Integrated measurement method | |
KR100382721B1 (en) | Methods and systems for measuring microroughness of substrate surface combining particle counter and atomic force microscope measurements | |
Volk et al. | Linear standard for SEM–AFM microelectronics dimensional metrology in the range 0.01–100 μm | |
US6714892B2 (en) | Three dimensional reconstruction metrology | |
Foucher et al. | Introduction of next-generation 3D AFM for advanced process control | |
Novikov et al. | Test objects with right-angled and trapezoidal profiles of the relief elements | |
Novikov | Test Object for SEM Calibration: 2. Correlation Analysis of SEM Signals | |
RU2325619C2 (en) | Test object for calibration of raster electron and scanning probe microscopes | |
Orji et al. | Strategies for nanoscale contour metrology using critical dimension atomic force microscopy | |
US7209596B2 (en) | Method of precision calibration of a microscope and the like | |
Cordes et al. | Sidewall slope sensitivity of critical dimension atomic force microscopy | |
CN106767596A (en) | It is a kind of while the method for characterizing micro-nano imaging measurement instrument multiple performance | |
Kizu et al. | Accurate vertical sidewall measurement by a metrological tilting-AFM for reference metrology of line edge roughness | |
US11852581B2 (en) | Method for calibrating nano measurement scale and standard material used therein | |
US6807314B1 (en) | Method of precision calibration of a microscope and the like | |
Orji et al. | 3D-AFM measurements for semiconductor structures and devices | |
Danzebrink et al. | Dimensional nanometrology at PTB | |
US20240151666A1 (en) | Method for calibrating parameter error of electron probe microanalysis instrument | |
Potzick | Accuracy in integrated circuit dimensional measurements | |
Yang et al. | The Evaluation and Research of step profiler about the measurement uncertainty | |
JP4276892B2 (en) | Standard member for length measurement and calibration method for electron beam length measuring device | |
Novikov et al. | Direct measurement of the linewidth of relief element on AFM in nanometer range | |
Li et al. | Calibration of Pitch Standards of SEM for Semiconductor Dimension Metrology Application | |
RU95396U1 (en) | METROLOGICAL TEST SAMPLE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20090430 |