1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 5, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 5, стр. 80-94

Современная растровая электронная микроскопия. 1. Вторичная электронная эмиссия

Ю. А. Новиков *

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН
119991 Москва, Россия

* E-mail: nya@kapella.gpi.ru

Поступила в редакцию 22.09.2022
После доработки 17.11.2022
Принята к публикации 17.11.2022

Аннотация

Развитие современных технологий, в том числе нанотехнологии, основано на применении методов диагностики объектов, используемых в технологиях процессах. Для этой цели наиболее перспективными являются методы, реализованные в растровом электронном микроскопе. При этом одним из основных методов является измерение линейных размеров рельефных структур микронного и нанометрового диапазонов, используемых в микро- и наноэлектронике. В основе работы растрового электронного микроскопа лежит вторичная электронная эмиссия твердого тела. Однако практически все известные закономерности вторичной электронной эмиссии были получены на поверхностях, рельефом которых пренебрегалось. Приведен обзор теоретических и экспериментальных материалов исследования вторичной электронной эмиссии твердого тела на безрельефных поверхностях. Практически все известные закономерности проверены в экспериментах и получили свое физическое объяснение. Однако применение вторичной электронной эмиссии в растровой электронной микроскопии, используемой в микро- и наноэлектронике и нанотехнологиях, требует знания закономерностей, которые проявляются именно на рельефных поверхностях. Демонстрируется, какие закономерности можно применять в растровом электронном микроскопе для измерения линейных размеров рельефных структур. Делается вывод о необходимости изучения влияния рельефа поверхности твердого тела на вторичную электронную эмиссию.

Ключевые слова: растровый электронный микроскоп, растровая электронная микроскопия, вторичная электронная эмиссия, механизмы эмиссии, ионизационный механизм, эффект стряхивания, вторичные медленные электроны, обратно рассеянные электроны, метод Монте-Карло.

Список литературы

  1. Reimer L. Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis. Springer Berlin, Heidelberg, 1998. https://doi.org/10.1007/978-3-540-38967-5

  2. Практическая растровая электронная микроскопия / Ред. Гоулдстейн Дж., Яковиц Х. Пер. с англ. М.: Мир, 1978. 656 с.

  3. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д., Фиори Ч., Лифшин Э. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 303 с.

  4. Микроанализ и растровая электронная микроскопия / Ред. Морис Ф. и др. Пер. с фр. М.: Металлургия, 1985. 392 с.

  5. Криштал М.М., Ясников И.С., Полунин В.И., Филатов А.М., Ульяненков А.Г. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ в примерах практического применения. М.: Техносфера, 2009. 208 с.

  6. Растровая электронная микроскопия для нанотехнологий. Методы и применение. / Ред. Жу У., Уанг Ж.Л. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 582 с.

  7. International Technology Roadmap for Semiconductors. 2013 Edition. Metrology. 2013. 42 p.

  8. Hatsuzawa T., Toyoda K., Tanimura Y. // Rev. Sci. Instrum. 1990. V. 61. № 3. P. 975.

  9. Marchman H.M., Griffith J.E., Guo J.Z.Y., Frackoviak J., Celler G.K. // J. Vacuum Sci. Technol. 1994. V. B12. № 6. P. 3585.

  10. Новиков Ю.А., Раков А.В. // Измерительная техника. 1999. № 1. С. 14.

  11. Postek M.T., Vladar A.E. Critical dimension metrology and the scanning electron microscope / Handbook of Silicon Semiconductor Metrology. Ed. Diebold A.C. Marcel Dekker Inc. New York – Basel, 2001. P. 295.

  12. Postek M.T. // Proc. SPIE. 2002. V. 4608. P. 84.

  13. Постек М. // Вестник технического регулирования. 2007. № 7. С. 8.

  14. Гавриленко В., Новиков Ю., Раков А., Тодуа П. // Наноиндустрия. 2009. № 4. С. 36.

  15. Gavrilenko V.P., Novikov Yu.A., Rakov A.V., Todua P.A. // Proc. SPIE. 2009. V. 7405. P. 740504. https://doi.org/10.1117/12.826164

  16. Тодуа П.А., Быков В.А., Волк Ч.П., Горнев Е.С., Желкобаев Ж., Зыкин Л.М., Ишанов А.Б., Календин В.В., Новиков Ю.А., Озерин Ю.В., Плотников Ю.И., Прохоров А.М., Раков А.В., Саунин С.А., Черняков В.Н. // Микросистемная техника. 2004. № 3. С. 25.

  17. Gavrilenko V.P., Kalnov V.A., Novikov Yu.A., Orlikovsky A.A., Rakov A.V., Todua P.A., Valiev K.A., Zhikharev E.N. // Proc. SPIE. 2009. V. 7272. P. 727227. https://doi.org/10.1117/12.814062

  18. Gavrilenko V.P., Novikov Yu.A., Rakov A.V., Todua P.A., Volk Ch.P. // Proc. SPIE. 2009. V. 7272. P. 72720Z. https://doi.org/10.1117/12.813514

  19. Новиков Ю.А. // Микроэлектроника. 2017. Т. 46. № 1. С. 61. https://doi.org/10.7868/S0544126917010070

  20. Новиков Ю.А., Раков А.В. // Труды ИОФАН. 1998. Т. 55. С. 3.

  21. Бронштейн И.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969. 407 с.

  22. Шульман А.З., Фридрихов С.А. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела. М.: Наука, 1977. 551 с.

  23. Модинос А. Авто-, термо и вторично-электронная эмиссионная спектроскопия. М.: Наука, 1990. 320 с.

  24. Герус В.Л. Физические основы электронно-лучевых приборов. М.: Наука, 1993. 352 с.

  25. Корнюшкин Ю.Д. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 1992. № 9. С. 27.

  26. Каничева И.Р., Павлова А.А. // Физика твердого тела. 1966. Т. 8. № 5. С. 1641.

  27. Лорикян М.П., Ковалов З.Д., Трофимчук Н.Н. // Радиотехника и электроника. 1969. Т. 14. № 5. С. 935.

  28. Бушкевич В.Г., Бутслов М.М. // Радиотехника и электроника. 1958. Т. 3. № 3. С. 355.

  29. Каничева И.Р., Бурцев В.А. // Физика твердого тела. 1959. Т. 1. № 8. С. 1250.

  30. Вятский А.Я., Трунев В.В. // Радиотехника и электроника. 1967. Т. 12. № 9. С. 1636.

  31. Гомоюнова М.В., Алиев Б.З. // Физика твердого тела. 1969. Т. 11. № 12. С. 3619.

  32. Шульман А.Р., Кораблев В.В., Морозов Ю.А. // Физика твердого тела. 1970. Т. 12. № 2. С. 666.

  33. Шульман А.Р., Кораблев В.В., Морозов Ю.А. // Физика твердого тела. 1970. Т. 12. № 3. С. 758.

  34. Морозов Ю.А., Осарков Е.Б. // Физика твердого тела. 1971. Т. 13. № 7. С. 2051.

  35. Бронштейн И.М., Броздниченко А.Н. // Радиотехника и электроника. 1969. Т. 14. № 2. С. 1528.

  36. Афонина А.Ф., Воробьева О.Б., Климин А.И., Стучинский Г.Б. // Радиотехника и электроника. 1969. Т. 14. № 12. С. 2237.

  37. Бронштейн И.М., Проценко А.И. // Радиотехника и электроника. 1970. Т. 15. № 9. С. 805.

  38. Бронштейн И.М., Броздниченко А.Н. // Радиотехника и электроника. 1970. Т. 15. № 8. С. 1721.

  39. Рашковский С.Ф. // Радиотехника и электроника. 1958. Т. 3. № 3. С. 371.

  40. Бронштейн И.М., Сегаль Р.Б. // Физика твердого тела. 1959. Т. 1. № 8. С. 1247.

  41. Рогаля Л.М. // Радиотехника и электроника. 1967. Т. 12. № 9. С. 1680.

  42. Бронштейн И.М., Сегаль Р.Б. // Радиотехника и электроника. 1960. Т. 5. № 10. С. 1741.

  43. Лепешинская В.Н., Борисов В.Л., Перчанак Т.М. // Радиотехника и электроника. 1960. Т. 5. № 10. С. 1636.

  44. Шульман А.Р., Закирова И.Р., Морозов Ю.А., Фридрихов С.А. // Радиотехника и электроника. 1958. Т. 3. № 3. С. 329.

  45. Фридрихов С.А., Шульман А.Р. // Физика твердого тела. 1959. Т. 1. № 8. С. 1259.

  46. Фридрихов С.А., Шульман А.Р. // Физика твердого тела. 1959. Т. 1. № 8. С. 1268.

  47. Зорин И.Е., Коган В.М., Абрамова Н.Н. // Радиотехника и электроника. 1981. Т. 26. № 4. С. 889.

  48. Harrower G.A. // Physical Review. 1956. V. 104. № 1. P. 52.

  49. Бронштейн И.М., Рощин В.В. // Журн. технической физики. 1958. Т. 28. № 10. С. 2200.

  50. Бронштейн И.М., Рощин В.В. // Журн. технической физики. 1958. Т. 28. № 11. С. 2476.

  51. Шульман А.Р., Ганичев Д.А. // Физика твердого тела. 1962. Т. 4. № 3. С. 745.

  52. Шульман А.Р., Ганичев Д.А. // Физика твердого тела. 1960. Т. 2. № 3. С. 530.

  53. Крылова И.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 1988. № 1. С. 5.

  54. Фридрихов С.А. // Физика твердого тела. 1960. Т. 2. № 1. С. 171.

  55. Фридрихов С.А., Горячева С.Н. // Известия АН СССР. Сер. физ. 1958. Т. 22. № 5. С. 486.

  56. Вавилов В.С., Киселев В.Ф., Мукашев Б.Н. Дефекты в кремнии и на его поверхности. М.: Наука, 1990. 216 с.

  57. Ковалев В.П. Вторичные электроны. М.: Энергоиздат, 1987. 177 с.

  58. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 496 с.

  59. Бета- и гамма-спектроскопия / Ред. Зигбан К. Пер. с англ. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959.

  60. Валиев К.А. Физика субмикронной литографии. М.: Наука, 1990. 528 с.

  61. Методы анализа поверхностей. / Ред. Зандерна А. Пер. с англ. М.: Мир, 1979. 582 с.

  62. Новиков Ю.А., Прохоров А.М., Раков А.В. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1993. № 3. С. 22.

  63. Новиков Ю.А., Раков А.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 1999. № 8. С. 24.

  64. Nosker R.W. // J. Appl. Phys. 1969. V. 40. P. 1872.

  65. Bethe H.A., Rose M.E., Smith H.I. // Proc. Am. Philosophical Soc. 1938. V. 78. P. 573.

  66. Махов А.Ф. // Физика твердого тела. 1960. Т. 2. № 9. С. 2172.

  67. Валиев К.А., Кириллов А.Н., Ковтун Б.Н., Махвиладзе Т.М., Мкртчян М.М. // Труды ИОФАН. 1987. Т. 8. С. 5.

  68. Reimer L. // Scanning Electron Microscopy. 1979. № 2. P. 111.

  69. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М.: Наука, 1976. 319 с.

  70. Newbury D.E., Yakowitz H. // Proc. Workshop Held at the NBS. Gaithersburg: NBS. 1976. P. 15.

  71. Хейфец А.С. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1985. Т. 89. № 2. Вып. 8. С. 459.

  72. Гайтлер В. Квантовая теория излучения. Пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1956.

  73. Шпольский Э.В. Атомная физика. Т. 1. М.: Наука, 1974. 575 с.

  74. Аристов В.В., Дремова Н.Н., Рау Э.И. // Журн. технической физики. 1996. Т. 66. № 10. С. 78.

  75. Новиков Ю.А. // Микроэлектроника. 2014. Т. 43. № 5. С. 373. https://doi.org/10.7868/S0544126914050068

  76. Postek M.T., Keery W.J., Frederick N.V. // Rev. Sci. Instrum. 1990. V. 61. № 6. P. 1648.

  77. Kanter H. // Annals of Physics. 1957. V. 20. P. 144.

  78. Hachenberg O., Brauer W. // Adv. Electronics Electron Phys. 1959. V. 11. P. 413.

  79. Борисов В.Л., Перчанок Т.М., Лепешинская В.Н. // Радиотехника и электроника. 1960. Т. 5. № 10. С. 1643.

  80. Сотников В.М. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 1988. № 1. С. 59.

  81. Берестецкий B.Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Квантовая электродинамика. 4-е изд. М.: Физматлит, 2002. 720 с.

  82. Жигарев А.А., Шамаева Г.Т. Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы. М.: Высшая школа, 1982. 463 с.

  83. Батушев В.А. Электронные приборы. М.: Высшая школа, 1969. 608 с.

  84. Новиков Ю.А. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1995. № 10. С. 58.

  85. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники. М.: Советское радио, 1971. 376 с.

  86. Van der Ziel A. // Phys. Rev. 1953. V. 92. № 1. P. 35.

  87. Томашпольский Ю.Я., Севостьянов М.А., Садовская Н.В., Колганова Н.В. // Журн. технической физики. 1990. Т. 60. № 6. С. 103.

  88. Коханчик Л.С. // Заводская лаборатория. 1994. № 7. С. 21.

  89. Спивак Г.В., Рау Э.И., Карелин Н.М., Назаров М.В. // Микроэлектроника. 1978. Т. 7. № 3. С. 212.

  90. Дюков В.Г. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 1982. № 11. С. 1.

  91. Дюков В.Г., Непийко С.А., Седов Н.Н. Электронная микроскопия локальных потенциалов. Киев: Наукова думка, 1991. 200 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал