RU2524792C1 - Device for inspecting surface roughness - Google Patents
Device for inspecting surface roughness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524792C1 RU2524792C1 RU2013100141/07A RU2013100141A RU2524792C1 RU 2524792 C1 RU2524792 C1 RU 2524792C1 RU 2013100141/07 A RU2013100141/07 A RU 2013100141/07A RU 2013100141 A RU2013100141 A RU 2013100141A RU 2524792 C1 RU2524792 C1 RU 2524792C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- monochromator
- ray
- radiation
- soft
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к использованию мягкого рентгеновского излучения для исследования сверхгладких оптических поверхностей и многослойных элементов, в частности для аттестации оптических элементов дифракционного качества.The device relates to the use of soft x-ray radiation for the study of ultra-smooth optical surfaces and multilayer elements, in particular for the certification of optical elements of diffraction quality.
Предложено устройство, позволяющее производить процедуру аттестации в лабораторных условиях за счет динамического диапазона интенсивности зондирующего излучения, приближающегося к синхротронным источникам.A device is proposed that makes it possible to perform the certification procedure in laboratory conditions due to the dynamic range of the intensity of the probe radiation approaching synchrotron sources.
Изготовление оптических элементов для приборов и систем изображающей оптики дифракционного качества (EUV и DUV литография, рентгеновская микроскопия) требует сохранения точности формы и шероховатости поверхности на субнанометровом уровне: 3-5 ангстрема в диапазоне пространственных частот 10-6-103 µм-1. В зависимости от характерного латерального размера, дефекты оптических элементов приводят к искажению изображения как целого (низкие частоты, 10-6-10-3 µм-1), его размытию (среднечастотная область, 10-3-5 µм-1) или ослаблению его освещенности (высокие частоты, 5-103 µм-1). Требования высокой гладкости налагаются как на сами оптические элементы, представляющие собой многослойные рентгеновские зеркала, так и на их подложки.The manufacture of optical elements for devices and systems of imaging optics of diffraction quality (EUV and DUV lithography, X-ray microscopy) requires maintaining the accuracy of the shape and surface roughness at the subnanometer level: 3-5 angstroms in the range of spatial frequencies 10 -6 -10 3 µm -1 . Depending on the characteristic lateral size, defects in optical elements lead to distortion of the image as a whole (low frequencies, 10 -6 -10 -3 µm -1 ), blurring it (mid-frequency region, 10 -3 -5 µm -1 ) or weakening it illumination (high frequencies, 5-10 3 µm -1 ). High smoothness requirements are imposed both on the optical elements themselves, which are multilayer X-ray mirrors, and on their substrates.
Для доведения формы подложек оптических элементов до требуемой точности в настоящий момент наиболее широко применяются методы ионного травления и нанесения многослойных покрытий. Это итерационные процедуры, на каждом этапе требующие контроля формы подложки, а также выбора режима травления, не приводящего к развитию шероховатостей высоко- и среднечастотного пространственного диапазона. Отсюда возникает необходимость развития методов лабораторного контроля поверхностей подложек атомарной гладкости во всем указанном диапазоне пространственных частот.To bring the shape of the substrates of optical elements to the required accuracy, the methods of ion etching and applying multilayer coatings are currently most widely used. These are iterative procedures, at each stage requiring control of the substrate shape, as well as the choice of etching mode, which does not lead to the development of roughnesses in the high and mid-frequency spatial range. Hence the need arises for the development of laboratory control methods for surfaces of substrates of atomic smoothness over the entire specified range of spatial frequencies.
Задаче аттестации подложек, в том числе сверхгладких, в прошлом уделялось достаточно много внимания. В области низких пространственных частот проблема решена с помощью интерферометра с дифракционной волной сравнения, в высокочастотном диапазоне методы зеркального отражения жесткого рентгеновского излучения (для плоских поверхностей) и атомно-силовая микроскопия (АСМ) позволяют достоверно описывать поверхность и предсказывать характеристики наносимых многослойных зеркал. Наибольшее число вопросов в настоящий момент вызывает область средних пространственных частот. Стандартно применяемая здесь оптическая интерференционная микроскопия (ОИМ) в случае подложек атомарной гладкости приводит к ряду противоречивых результатов для разных интерферометров, что объясняется применением эталонной поверхности и влиянием пропускающей оптики. Сопоставление данных аттестации ансамбля сверхгладких Si образцов и SiC эталона (ОИМ «Talysurf CCI 2000») показало, что, в области пространственных частот более 10-2 µм-1 измеренные функции спектральной плотности мощности шероховатостей образцов совпадают и повторяют соответствующую характеристику эталона (что существенно противоречит данным АСМ и, таким образом, в этом диапазоне полученные с помощью ОИМ результаты не могут характеризовать исследуемые образцы).The certification of substrates, including super-smooth ones, has received a lot of attention in the past. In the region of low spatial frequencies, the problem was solved using an interferometer with a diffraction comparison wave; in the high-frequency range, the methods of specular reflection of hard x-ray radiation (for flat surfaces) and atomic force microscopy (AFM) make it possible to reliably describe the surface and predict the characteristics of applied multilayer mirrors. The greatest number of questions at the moment is the region of medium spatial frequencies. The standard optical interference microscopy (AMI) used here in the case of substrates of atomic smoothness leads to a number of conflicting results for different interferometers, which is explained by the use of a reference surface and the influence of transmission optics. A comparison of the certification data for the ensemble of super-smooth Si samples and SiC reference (OIM Talysurf CCI 2000) showed that, in the region of spatial frequencies greater than 10 -2 μm -1, the measured spectral density functions of the roughness power of the samples coincide and repeat the corresponding characteristic of the reference (which significantly contradicts AFM data and, therefore, in this range, the results obtained using AMI cannot characterize the samples under study).
Принципиальной особенностью изображающих оптических схем является кривизна оптических элементов: радиус кривизны может варьироваться от нескольких миллиметров до метра, стрелка прогиба достигать десяти миллиметров, что фактически запрещает использование жесткого рентгеновского излучения для исследования поверхностей подложек и коэффициентов отражения многослойных рентгеновских зеркал. Отметим, что применение жесткого рентгеновского излучения возможно в рамках метода, основанного на эффекте шепчущей галереи, однако к настоящему моменту его использование для аттестации поверхностей находится в стадии разработки. Применение методов АСМ в среднечастотной области также осложнено из-за особенностей учета нелинейности пьезокерамики. Комплекс исследований плоских Si и SiO2 подложек на микроскопе "Solver PRO" (NT-MDT) показал, что в случае больших кадров сканирования, 10-100 µм, нелинейность пьезокерамики полностью не компенсируется даже при работе с емкостными датчиками: после вычитания наклона изображение поверхности имеет ярко выраженную параболическую форму. Для восстановления реальной структуры образца необходимо вычитать поверхность второго и даже третьего порядка (кадры более 50 µм), что не может быть применено для поверхностей большой кривизны без опасности потери информации о структуре образца.The principal feature of imaging optical schemes is the curvature of the optical elements: the radius of curvature can vary from a few millimeters to a meter, the deflection arrow can reach ten millimeters, which actually prohibits the use of hard x-ray radiation to study the surfaces of substrates and the reflection coefficients of multilayer x-ray mirrors. We note that the use of hard x-ray radiation is possible within the framework of the method based on the whispering gallery effect, however, at present, its use for surface certification is under development. The use of AFM methods in the mid-frequency region is also complicated due to the peculiarities of taking into account the nonlinearity of piezoceramics. A complex of studies of flat Si and SiO 2 substrates on a Solver PRO microscope (NT-MDT) showed that in the case of large scanning frames, 10-100 μm, the nonlinearity of piezoceramics is not fully compensated even when working with capacitive sensors: after subtracting the tilt, the surface image has a pronounced parabolic shape. To restore the real structure of the sample, it is necessary to subtract the surface of the second and even third order (frames more than 50 μm), which cannot be applied to surfaces of large curvature without the danger of losing information about the structure of the sample.
Существующие в настоящий момент микроскопы также не оснащаются гониометрами, что не позволяет достаточно точно скорректировать локальный наклон поверхности. Проблема здесь состоит в том, что для сохранения субатомарного разрешения высот шероховатостей диапазон вертикального перемещения зонда в процессе сканирования не должен превышать 1 µм. В случае наклона поверхности по отношению к оси зонда, диапазон возможного латерального сканирования уменьшается, что приводит к ограничению диапазона регистрируемых пространственных частот шероховатостей. Так, для наклона ~3° размер кадра не может превышать ~20 µм. Реальная оптика имеет локальные наклоны поверхности к оси на порядок больше. Создание специализированного АСМ, оснащенного четырехосным гониометром для изучения шероховатостей в среднечастотном диапазоне, в настоящее время активно обсуждается. Поэтому по-прежнему существует необходимость развития альтернативных первопринципных методов контроля качества неплоских подложек и поверхностей многослойных элементов, а также межслоевых границ многослойных структур. В качестве такого метода нами рассматривается рассеяние мягкого рентгеновского или ЭУФ-излучения.Existing microscopes are also not equipped with goniometers, which does not allow for accurate enough adjustment of the local surface slope. The problem here is that in order to maintain subatomic resolution of roughness heights, the range of vertical movement of the probe during scanning should not exceed 1 μm. In the case of tilting the surface with respect to the axis of the probe, the range of possible lateral scanning is reduced, which leads to a limitation of the range of recorded spatial frequencies of roughness. So, for a tilt of ~ 3 °, the frame size cannot exceed ~ 20 μm. Real optics has local surface inclinations to the axis an order of magnitude larger. The creation of a specialized AFM equipped with a four-axis goniometer for studying roughnesses in the mid-frequency range is currently under active discussion. Therefore, there is still a need for the development of alternative first-principle methods for controlling the quality of non-planar substrates and surfaces of multilayer elements, as well as the interlayer boundaries of multilayer structures. As such a method, we consider the scattering of soft X-ray or EUV radiation.
В лабораторных условиях в настоящий момент в основном применяется жесткое рентгеновское излучение, что в первую очередь связано с необходимостью получения оперативной информации при разработке технологий, а также с достаточно большой интенсивностью лабораторных источников рентгеновского излучения (рентгеновских трубок) в этом диапазоне. Например, стандартный рентгеновский 4-кристальный дифрактометр PANalitical X'Pert PRO (λ=0.154 nm) обладает интенсивностью зондирующего пучка до 105 фотонов/с (при шуме детектора <1 фотонов/с за счет использования накопления это дает динамический диапазон 106), что позволяет исследовать подложки с ангстремной шероховатостью для пространственных частот 0.07-2 µм-1. В то же время в мягком диапазоне существующие лабораторные рефлектометры с решеточными монохроматорами (например, на базе РСМ-500) демонстрируют интенсивность на уровне нескольких тысяч фотонов в секунду и динамический диапазон регистрации ~104. Таким образом, применение методики в мягком диапазоне требует разработки качественно иных лабораторных рефлектометров с увеличенным динамическим диапазоном.In laboratory conditions, hard x-ray radiation is currently mainly used, which is primarily associated with the need to obtain operational information in the development of technologies, as well as with a sufficiently high intensity of laboratory x-ray sources (x-ray tubes) in this range. For example, the standard PANalitical X'Pert PRO X-ray 4-crystal diffractometer (λ = 0.154 nm) has a probe beam intensity of up to 10 5 photons / s (with detector noise <1 photons / s due to the use of accumulation this gives a dynamic range of 10 6 ), which makes it possible to study substrates with an Angstrom roughness for spatial frequencies of 0.07-2 μm -1 . At the same time, in the soft range, existing laboratory reflectometers with grating monochromators (for example, based on RSM-500) demonstrate an intensity of several thousand photons per second and a dynamic detection range of ~ 10 4 . Thus, the application of the technique in the soft range requires the development of qualitatively different laboratory reflectometers with an increased dynamic range.
В качестве наиболее близкого аналога заявленного устройства можно предложить устройство рентгеновского контроля шероховатости поверхности, описанное в RU 2199110 C2. К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточную точность измерений и невозможность проведения процедуры аттестации оптических элементов дифракционного качества.As the closest analogue of the claimed device, you can offer a device for x-ray control of surface roughness, described in RU 2199110 C2. The disadvantages of the known device include insufficient measurement accuracy and the inability to conduct the certification procedure of optical elements of diffraction quality.
Задачей изобретения является создание устройства для осуществления контроля шероховатости оптических элементов с использованием диффузного рассеяния мягкого рентгеновского излучения.The objective of the invention is to provide a device for controlling the roughness of optical elements using diffuse scattering of soft x-ray radiation.
Поставленная задача решается тем, что при рентгеновском контроле шероховатости оптических элементов используется диффузное рассеяние мягкого рентгеновского излучения, в частности, с длиной волны 13,5 нанометров.The problem is solved in that when x-ray inspection of the roughness of the optical elements, diffuse scattering of soft x-ray radiation is used, in particular, with a wavelength of 13.5 nanometers.
Задача решается также тем, что устройство для осуществления контроля шероховатости оптических элементов с использованием диффузного рассеяния мягкого рентгеновского излучения содержит установленные на плите трехкоординатный прецизионный стол с размещенными на нем рентгеновской трубкой, излучающей в мягком рентгеновском диапазоне, и ионным источником для чистки мишени, камеру монохроматора с установленными в ней монохроматором и монитором интенсивности зондирующего пучка, и камеру для исследуемых образцов с размещенным в ней пятиосным гониометром, при этом камера монохроматора и камера для исследуемых образцов соединены между собой через первый шибер, в качестве монохроматора использован сферический объектив Шварцшильда, камера монохроматора соединена с магниторазрядным насосом, а камера для исследуемых образцов через второй шибер последовательно соединена с турбомолекулярным и форвакуумным безмасляным насосами, соответственно.The problem is also solved by the fact that the device for controlling the roughness of optical elements using diffuse scattering of soft x-ray radiation contains a three-coordinate precision table mounted on a plate with an x-ray tube emitting in the soft x-ray range and an ion source for cleaning the target, a monochromator camera with a monochromator and a monitor of the intensity of the probe beam installed in it, and a chamber for the studied samples with five with a goniometer, the monochromator chamber and the chamber for the samples under study are interconnected through the first gate, the Schwarzschild spherical lens is used as the monochromator, the monochromator chamber is connected to the magneto-discharge pump, and the chamber for the samples under study is connected in series with the turbomolecular and forevacuum oil-free pumps , respectively.
В одном из вариантов выполнения устройства длина волны излучения рентгеновской трубки составляет 13,5 нанометров.In one embodiment of the device, the radiation wavelength of the x-ray tube is 13.5 nanometers.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема устройства, выполненного в виде рефлектометра с объективом Шварцильда.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a diagram of a device made in the form of an OTDR with a Schwarzild lens.
Устройство содержит точную оптическую плиту 1, трехкоординатный прецизионный стол 2 для рентгеновской трубки, ионный источник 4 для чистки мишени, камеру монохроматора 5, сферический объектив Шварцшильда 6, точное основание 7 для монохроматора и монитора, магниторазрядный насос 8, монитор интенсивности зондирующего пучка 9, первый шибер 10, камеру для исследуемых образцов 11, пятиосный гониометр 12, второй шибер 13, турбомолекулярный насос 14, форвакуумный безмасляный насос 15.The device contains a precise optical plate 1, a three-coordinate precision table 2 for an x-ray tube, an ion source 4 for cleaning the target, a monochromator camera 5, a Schwarzschild spherical lens 6, an exact base 7 for a monochromator and a monitor, a magnetic discharge pump 8, a probe beam intensity monitor 9, the first a gate 10, a chamber for the samples 11, a five-axis goniometer 12, a second gate 13, a turbomolecular pump 14, a forevacuum oil-free pump 15.
Работа устройства происходит следующим образом. После ручной установки исследуемого образца на стол гониометра 12 камера для образцов 11 закрывается, открывается вакуумный затвор (второй шибер) 13. Производится предварительная откачка камеры с помощью форвакуумного насоса 15. Вакуумный затвор (первый шибер) 10 открывается в том случае, когда давление в камере для образцов и в камере монохроматора 5 сравняется. Если давление в камере монохроматора ниже чем 5·10-2 Торр, то после достижения этого давления в камере для образцов включается турбомолекулярный насос 14. После того, как вакуум в обеих камерах сравняется или достигнет величины ниже 10-5 Торр, открывается вакуумный затвор 10 и включается магниторазрядный насос 8. После достижения вакуума ниже 2·10-6 Торр прибор готов к работе. Такой трехступенчатый способ откачки и высокий вакуум необходимы для того, чтобы минимизировать загрязнение мишени и «отравление» (потеря термоэлектронной эмиссии) термокатода рентгеновской трубки, так как излучение в рабочем диапазоне длин волн сильно поглощается, длина пробега не превышает долей микрометра.The operation of the device is as follows. After manually installing the test sample on the table of the goniometer 12, the sample chamber 11 closes, the vacuum shutter opens (second gate) 13. The chamber is pre-pumped using the fore-vacuum pump 15. The vacuum shutter (first gate) 10 opens when the pressure in the chamber for samples and in the camera monochromator 5 is equal. If the pressure in the monochromator chamber is lower than 5 · 10 -2 Torr, then after reaching this pressure in the sample chamber, the turbomolecular pump 14 is turned on. After the vacuum in both chambers is equalized or reaches a value below 10 -5 Torr, the vacuum shutter 10 and the magnetic discharge pump 8 is turned on. After reaching a vacuum below 2 · 10 -6 Torr, the device is ready for operation. Such a three-stage pumping method and high vacuum are necessary in order to minimize target contamination and “poisoning” (loss of thermionic emission) of the X-ray tube cathode, since radiation in the operating wavelength range is strongly absorbed, and the path length does not exceed fractions of a micrometer.
После достижения рабочего вакуума включается рентгеновская трубка 3. В рентгеновской трубке электроны, эмитируемые из катода, нагретого до температуры около 2000° Ц, ускоряются до энергии 7 кэВ и с помощью соленоида фокусируются на мишени. Мишень представляет собой полированную кремниевую пластинку, припаянную к водоохлаждаемому медному держателю. В результате взаимодействия энергичных электронов с атомами кремния, происходит их ионизация, в том числе и глубоких К и L оболочек. Возбужденные ионы переходят в основное состояние, в том числе и за счет заполнения этих оболочек электронами более высоких энергетических уровней. С вероятностью порядка 10-4 такой переход сопровождается излучением линейчатого излучения с характерной длиной волны 13,5 нм, так называемая L-линия излучения кремния. Так как диффузионная длина пробега электронов в мишени составляет несколько микрометров, то размер источника излучения примерно совпадает с размером электронного пучка на мишени.After reaching the working vacuum, the X-ray tube 3 is switched on. In the X-ray tube, the electrons emitted from the cathode heated to a temperature of about 2000 ° C are accelerated to an energy of 7 keV and are focused on the target using a solenoid. The target is a polished silicon wafer soldered to a water-cooled copper holder. As a result of the interaction of energetic electrons with silicon atoms, they are ionized, including deep K and L shells. Excited ions pass into the ground state, including due to the filling of these shells with electrons of higher energy levels. With a probability of the order of 10 -4, such a transition is accompanied by the emission of line radiation with a characteristic wavelength of 13.5 nm, the so-called silicon radiation L-line. Since the diffusion path length of electrons in the target is several micrometers, the size of the radiation source approximately coincides with the size of the electron beam on the target.
Излучение этой длины волны падает на объектив Шварцшильда, образованный двумя зеркалами. Объектив Шварцшильда строит увеличенное изображение (в нашем случае 10×) источника излучения на исследуемом образце. Схема с увеличением обеспечивает квазипараллельный пучок излучения, падающий на образец (под квазипараллельностью понимается то, что угловая расходимость падающего пучка много меньше индикатрисы рассеяния и даже шага сканирования детектора при съемке угловой зависимости интенсивности рассеянного мягкого рентгеновского излучения).Radiation of this wavelength falls on a Schwarzschild lens formed by two mirrors. The Schwarzschild lens constructs an enlarged image (in our case 10 ×) of the radiation source on the sample under study. The scheme with magnification provides a quasi-parallel beam of radiation incident on the sample (quasi-parallelism means that the angular divergence of the incident beam is much smaller than the scattering indicatrix and even the detector scanning step when taking the angular dependence of the intensity of scattered soft x-ray radiation).
При измерении шероховатости поверхности устанавливается фиксированный угол падения на образец (обычно 10°, отсчитываемые от поверхности). Для этого выполняется следующая процедура юстировки. С помощью шагового двигателя (горизонтальное движение гониометра) образец выводится из пучка. Производится сканирование детектором (снимается зависимость интенсивности регистрируемой детектором, от угла положения детектора). Угловому положению детектора, соответствующему максимуму интенсивности, присваивается нулевое значение. После этого исследуемый образец с учетом его физической толщины и кривизны поверхности снова вводится в рентгеновский пучок. После этого детектор перемещается в положение, соответствующее двойному углу падения излучения на образец (отраженный зеркально пучок попадает в детектор). Так как образец может иметь произвольную форму, то локальная (в точке падения излучения на поверхность) нормаль к поверхности может не совпадать с плоскостью падения, образованной источником, центром гониометра и центром детектора, то с помощью двух других шаговых двигателей снимается зависимость отраженной интенсивности от углов наклона и поворота образца (можно сказать повороты относительно двух перпендикулярных осей). Максимумам интенсивности соответствует правильная настройка образца, в том числе таким образом задается и угол падения излучения на образец.When measuring surface roughness, a fixed angle of incidence is established on the sample (usually 10 °, measured from the surface). To do this, perform the following adjustment procedure. Using a stepper motor (horizontal movement of the goniometer), the sample is removed from the beam. The detector is scanned (the dependence of the intensity recorded by the detector on the angle of the detector’s position is removed). The detector's angular position corresponding to the maximum intensity is assigned a zero value. After that, the test sample, taking into account its physical thickness and surface curvature, is again introduced into the X-ray beam. After that, the detector moves to the position corresponding to the double angle of incidence of radiation on the sample (the specularly reflected beam enters the detector). Since the sample can have an arbitrary shape, the local (at the point of radiation incident on the surface) normal to the surface may not coincide with the plane of incidence formed by the source, the center of the goniometer, and the center of the detector, then the dependence of the reflected intensity on the angles is removed using two other stepper motors inclination and rotation of the sample (we can say rotations relative to two perpendicular axes). The intensity maxima correspond to the correct tuning of the sample, including in this way the angle of incidence of radiation on the sample is also set.
После установки образца в рабочее положение производится сканирование детектором по углу. Результатом измерений является угловая зависимость интенсивности рассеянного излучения. Полученная экспериментальная кривая обрабатывалась в соответствии с теорией, описанной в работах Asadchikov, V.Е., Kozhevnikov, I.V., Krivonosov, Yu.S., Mercier, R., Metzger, Т.H., Morawe, C, Ziegler E., "Application of X-ray scattering technique to the study of supersmooth surfaces," Nucl. Instrum.a nd Meth. in Phys. Res. A. 530, 575-595 (2004) и Kozhevnikov I.V., Pyatakhin, M.V. ′Use of DWBA and perturbation theory in X-ray control of the surface roughness,′ Journal of X-ray science and technology 8, 253-275 (2000). Результатом обработки является построение так называемой PSD-функции шероховатостей (Power Spectral Density - функция плотности спектральной мощности шероховатостей) непосредственно из результатов эксперимента (без априорных предположений о ее форме) благодаря пропорциональной зависимости между индикатрисой рассеяния и PSD-функцией. Связь PSD-функции с угловой интенсивностью рассеяния выражается в видеAfter installing the sample in the working position, the detector scans the angle. The measurement result is the angular dependence of the intensity of the scattered radiation. The obtained experimental curve was processed in accordance with the theory described by Asadchikov, V.E., Kozhevnikov, IV, Krivonosov, Yu.S., Mercier, R., Metzger, T.H., Morawe, C, Ziegler E., "Application of X-ray scattering technique to the study of supersmooth surfaces," Nucl. Instrum.a nd Meth. in Phys. Res. A. 530, 575-595 (2004) and Kozhevnikov I.V., Pyatakhin, M.V. Use of DWBA and perturbation theory in X-ray control of the surface roughness, Journal of X-ray science and technology 8, 253-275 (2000). The result of the processing is the construction of the so-called PSD roughness function (Power Spectral Density - a function of the density of the spectral roughness power) directly from the experimental results (without a priori assumptions about its shape) due to the proportional relationship between the scattering indicatrix and the PSD function. The relationship of the PSD function with the angular scattering intensity is expressed as
где ε - диэлектрическая проницаемость вещества исследуемого образца, ν - пространственная частота шероховатости, λ - длина волны излучения, t(θ) - френелевский коэффициент прохождения, θ и θ0 - углы рассеяния и падения.where ε is the dielectric constant of the substance of the test sample, ν is the spatial roughness frequency, λ is the radiation wavelength, t (θ) is the Fresnel transmission coefficient, and θ and θ 0 are the scattering and incidence angles.
Среднеквадратическая величина шероховатости σeff определяется интегрированием PSD функции в интервале пространственных частот - ν, в котором производится измерениеThe root mean square roughness σ eff is determined by integrating the PSD function in the spatial frequency range ν, in which the measurement
Так как диапазон регистрируемых пространственных частот зависит от динамического диапазона регистрируемой интенсивности излучения, а любой детектор имеет ограниченный диапазон линейности регистрируемой интенсивности (в нашем случае в качестве детектора излучения используется вторичный электронный умножитель ВЭУ-6, отличающийся близкой к 1 квантовой эффективностью регистрации на рабочей длине волны при использовании фотокатода из CsJ на входе, его динамический диапазон не превышает 104), то в процессе съемки в начале кривой, где интенсивность рассеяния велика после Шварцшильдовского объектива устанавливается поглотитель, уменьшающий интенсивность зондового пучка. После того, как сигнал входит в зону линейной регистрации детектора, поглотитель убирается. Кроме того, для расширения диапазона также изменяется (повышается при увеличении углов рассеяния) ток электронного пучка рентгеновской трубки. В совокупности это позволило расширить динамический диапазон до 108.Since the range of recorded spatial frequencies depends on the dynamic range of the detected radiation intensity, and any detector has a limited linearity range of the recorded intensity (in our case, a secondary electron multiplier VEU-6 is used as a radiation detector, characterized by a quantum detection efficiency close to 1 at the operating wavelength when using a photocathode from CsJ at the input, its dynamic range does not exceed 10 4 ), then during shooting at the beginning of the curve, where the intensity The scattering intensity is high after the Schwarzschild lens has an absorber installed, which reduces the intensity of the probe beam. After the signal enters the linear registration zone of the detector, the absorber is removed. In addition, to expand the range, the current of the electron beam of the x-ray tube also changes (increases with increasing scattering angles). Together, this allowed us to expand the dynamic range to 10 8 .
В процессе проведения измерений мишень рентгеновской трубки загрязняется, что приводит к падению интенсивности зондового пучка. Для решения этой проблемы рентгеновская трубка оснащена ионным источником 4, с помощью которого периодически производится очистка мишени за счет травления ионным пучком.During measurements, the target of the x-ray tube becomes contaminated, which leads to a decrease in the intensity of the probe beam. To solve this problem, the x-ray tube is equipped with an ion source 4, with the help of which the target is periodically cleaned by etching by the ion beam.
Техническим результатом изобретения является получение высокой интенсивности квазипараллельного пучка мягкого рентгеновского излучения на исследуемом образце и возможность изучения шероховатости образцов с криволинейной формой поверхности.The technical result of the invention is to obtain a high intensity quasi-parallel beam of soft x-ray radiation on the test sample and the possibility of studying the roughness of samples with a curved surface shape.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013100141/07A RU2524792C1 (en) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Device for inspecting surface roughness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013100141/07A RU2524792C1 (en) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Device for inspecting surface roughness |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013100141A RU2013100141A (en) | 2014-07-20 |
| RU2524792C1 true RU2524792C1 (en) | 2014-08-10 |
Family
ID=51214890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013100141/07A RU2524792C1 (en) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Device for inspecting surface roughness |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2524792C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4916720A (en) * | 1987-11-27 | 1990-04-10 | Horiba, Ltd. | X-ray analyzer |
| RU2199110C2 (en) * | 1997-04-24 | 2003-02-20 | Баранов Александр Михайлович | Procedure testing parameters of film coats and surfaces in process of their change and device for is implementation |
| RU2208227C2 (en) * | 2000-08-07 | 2003-07-10 | Кумахов Мурадин Абубекирович | X-ray measuring and testing complex |
| RU120252U1 (en) * | 2012-04-20 | 2012-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" | X-RAY FLUORESCENT MICROSCOPE |
-
2013
- 2013-01-09 RU RU2013100141/07A patent/RU2524792C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4916720A (en) * | 1987-11-27 | 1990-04-10 | Horiba, Ltd. | X-ray analyzer |
| RU2199110C2 (en) * | 1997-04-24 | 2003-02-20 | Баранов Александр Михайлович | Procedure testing parameters of film coats and surfaces in process of their change and device for is implementation |
| RU2208227C2 (en) * | 2000-08-07 | 2003-07-10 | Кумахов Мурадин Абубекирович | X-ray measuring and testing complex |
| RU120252U1 (en) * | 2012-04-20 | 2012-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" | X-RAY FLUORESCENT MICROSCOPE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013100141A (en) | 2014-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102404613B1 (en) | Liquid Metal Rotating Anode X-Ray Source for Semiconductor Metrology | |
| US10533848B2 (en) | Metrology and control of overlay and edge placement errors | |
| KR102070263B1 (en) | Angle calibration for grazing-incidence x-ray fluorescence (gixrf) | |
| TW201940841A (en) | Systems and methods for combined X-ray reflectometry and photoelectron spectroscopy | |
| KR20200003256A (en) | Process monitoring for deep structures using X-ray scatterometry | |
| JP2023001191A (en) | Transmission small-angle x-ray scattering metrology system | |
| KR20050010835A (en) | Element-specific X-ray fluorescence microscope using multiple imaging systems comprising a zone plate | |
| TWI529386B (en) | A method for determining the performance of a photolithographic mask | |
| JP2001305077A (en) | Method of inspecting structure on semiconductor substrate | |
| JP7427763B2 (en) | Methods and systems for optical surface defect material characterization | |
| Voss et al. | A scanning soft x-ray microscope with an ellipsoidal focusing mirror | |
| KR20220163446A (en) | Soft X-ray optics with improved filtering | |
| Garakhin et al. | High-resolution laboratory reflectometer for the study of x-ray optical elements in the soft and extreme ultraviolet wavelength ranges | |
| Malyshev et al. | Current State of Development of a Microscope Operating at a Wavelength of 3.37 nm at the Institute of Physics of Microstructures of the Russian Academy of Sciences | |
| TW202138756A (en) | Measurement and control of wafer tilt for x-ray based metrology | |
| JPWO2019087229A1 (en) | Defect detection sensitivity evaluation method for evaluation semiconductor substrates and inspection equipment using them | |
| RU2524792C1 (en) | Device for inspecting surface roughness | |
| Tarrio et al. | Synchrotron beamline for extreme-ultraviolet multilayer mirror endurance testing | |
| Barysheva et al. | Investigation of supersmooth optical surfaces and multilayer elements using soft X-ray radiation | |
| Sostero et al. | Metrological challenges of synchrotron radiation optics | |
| Chkhalo et al. | Manufacturing and characterization of diffraction quality normal incidence optics for the XEUV range | |
| Tarrio et al. | A synchrotron beamline for extreme-ultraviolet photoresist testing | |
| Henriksen et al. | Design, performance, and utilization of the Low-Energy X-ray Reflectometer at DTU space | |
| US11955308B1 (en) | Water cooled, air bearing based rotating anode x-ray illumination source | |
| Li et al. | Study on full-aperture intensity response measurement for x-ray Kirkpatrick–Baez microscope |