Научная статья на тему 'Образцовые меры малых длин повышенной точности'

Образцовые меры малых длин повышенной точности Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
86
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Васильченко А.Ю., Маркова С.Ю.

В статье представлены сведения о точности образцовых мер для проверки измерительного и фотолитографического оборудования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Exemplary measures of small lengths of high accuracy

The article presents information on the accuracy of the model measures to verification of the measuring and photolithographic equipment.

Текст научной работы на тему «Образцовые меры малых длин повышенной точности»

In the structural system of the high-rise building accounting of the rigidity provides distribution of efforts between the vertical elements: diaphragms and frames. The article shows the accounting of the influence of slabs compliance on the tension state. To simplify the calculation in numerous scientific articles the slab is considered as a hard disk that does not correspond to reality.

УДК 006.9

А. Ю. Васильченко, С. Ю. Маркова

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г. Павлодар

ОБРАЗЦОВЫЕ МЕРЫ МАЛЫХ ДЛИН ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ

В статье представлены сведения о точности образцовых мер для проверки измерительного и фотолитографического оборудования.

Для обеспечения единства измерений геометрических размеров топологий элементов на фотошаблоне или полупроводниковой пластине в технологическом процессе изготовления больших интегральных (БИС) и сверхбольших интегральных (СБИС) схем большинство производителей использует специальные меры длины. Эти меры весьма разнообразны. Их можно условно разделить на несколько групп: штриховые меры длины, дифракционные решетки, меры ширины, меры совмещаемости [1, 9 с].

Наиболее распространены в современной метрологической практике такие штриховые меры, как объект - микрометры, выпускаемые по ТУ 3-3.2038-87. Как правило, их используют для проверки и градуировки микроскопов большого увеличения с различными отсчетными устройствами. Было выявлено, что применение стандартных объект - микрометров для градуировки или проверки приборов без учета погрешности изготовления штриховых шкал приводит к погрешностям измерений, достигающим 0,8-1 мкм, т.е. к гораздо большим погрешностям по сравнению с допускаемыми. При использовании аттестованного объект -микрометра погрешности измерений значительно снижаются. В различных лабораториях были аттестованы специальные объект - микрометры повышенной точности, выполненные в по последним технологиям изготовления. В различных научных источниках доказывается, что отклонения общей длины от номинального размера не превышают 0,2 мкм, а отклонения двух последовательных интервалов шкалы - 0,05-0,1 мкм. Применение такого объект - микрометра вместо стандартного по ТУ 3-3.2038-87 на порядок уменьшает погрешность определения цены деления окуляр - микрометров и в два раза - погрешность измерения размеров элементов фотошаблонов. Их применяют в качестве образцовых мер для аттестации микроскопов благодаря высокому качеству и точности изготовления.

Для точных измерений ширины линий менее 1 мкм оптические микроскопы практически непригодны, потому что они работают на пределе работающей способности. Поэтому изготовители интегральных схем предпочитают сравнительные

измерения с использованием специальных тестовых структур или тест - объектов для проверки качественных и количественных характеристик оборудования [3, 132 с].

При оценке качества оптических систем большое распространение получили специальные тест - объекты под названием «миры». Возможны несколько типов исполнений таких мир для определения качества микроизображений. Для оценки качества изображений оптических систем, точности измерений и градуировки отсчетных устройств измерительных приборов все шире применяют штриховые или дифракционные решетки. Измерение периода решеток выполняют косвенным методом, используя волновые параметры дифракционного спектра интерференционной картины. По сравнению с дифракционным спектром, полученным от одного элемента, применение решетки существенно увеличивает интенсивность прошедшего через нее света в определенных направлениях спектра. Это значительно упрощает регистрирующую часть измерительных установок. Кроме того, сравнительно большая площадь, занимаемая решеткой, позволяет снизить требования к точности позиционирования образца на измерительной позиции. При обработке результатов измерений используют классические зависимости дифракционного спектра во фраунгоферовой области, которые устанавливают связь между параметрами дифракционной решетки: периодом ё, шириной щели Ь, угловыми направлениями на дифракционные максимумы фт и распределением интенсивности света в них. Использование дифракционных решеток в качестве образцовых мер малой длины весьма перспективно, так как они дают возможность воспроизводить элементы мер размерами до 0,4-0,5 мкм с погрешностью 0,01-0,02 мкм. Измерения таких мер легко поддаются автоматизации.

Меры в виде объект - микрометра или дифракционной решетки не являются эффективными при градуировке оптических приборов, служащих для измерения ширины линий. Так как ширина линии измеряется от ее левого края до правого и наоборот, градуировка прибора по линейной шкале не может ни обнаружить расширения или сужения линии, обусловленных влиянием формы края измеряемой топологии, прозрачностью, степенью когерентности освещения, абберацией линз и т.д., ни скомпенсировать их. Наилучшим средством градуировки или поверки служила бы мере ширины, похожая на фотошаблон, с элементами, выполненными из тех же материалов, что и фотошаблон.

Объект - микрометры предназначены для градуировки и поверки систем измерения ширины линий на основе оптических микроскопов в пределах 0,5-12 мкм. Меры разработаны для измерения прозрачных и непрозрачных линий в проходящем свете. Номинальная толщина хромового покрытия 150 нм [2, 19 с]. На пластине расположено восемь базовых эталонов, один из которых аттестован. Каждый базовый эталон состоит из семи рядов элементов. Два ряда содержат десять непрозрачных линий на чистом фоне, два - десять прозрачных линий на непрозрачном фоне. Остальные ряды содержат: пары непрозрачных линий для градуировки оптического микроскопа, измеряющего расстояния между центрами линий или шаг; смежные линии и промежутки приблизительно равной ширины для установления отношения линии к промежутку; два элемента, содержащих

десять непрозрачных линий типа решетки. Погрешность аттестации элементов, полученная из девяти измерений, оценивается как ±50 нм. Погрешность аттестации определяется для напыленного материала с наклоном края 70°. Влияние контура края материала на погрешность измерений неизвестно.

Однако, как показывает практика, не всегда целесообразно на одной мере аттестовывать все выполненные элементы. Для повышения производительности, достоверности измерений и снижения стоимости выгодно изготавливать меры с однотипными элементами, например решетку, меру ширины, объект - микрометр. Такие меры наиболее выгодно применять в рабочих лабораториях на территории завода.

Особое место при проверке измерительного и фотолитографического оборудования занимают меры для определения совмещенности элементов комплекта фотошаблонов, при этом для оценки несовмещаемости элементов используют как оптические, так и электрические методы.

Современная литография, наряду с хорошо освоенными контактными и проекционными методами изготовления элементов фотошаблонов, широко использует новые методы - электронно-лучевой, ионно-лучевой и рентгеновский, поэтому изготовление образцовых мер в диапазоне 1-200 мкм, которые должны быть выполнены в хорошем качестве, не является сложным [4, 135 с].

Рассмотрим комплект мер, которые позволяют проводить градуировку практически любого оптического прибора, используемого в технологии изготовления фотошаблонов. В комплект входят меры четырех типов: мера ширины линий (рисунок1), штриховая мера объект - микрометр (рисунок 2), штриховая (дифракционная) решетка, координатная мера совмещаемости. Меры выполнены методом фотолитографии. Две первые меры могут быть покрыты хромовым непрозрачным и железоокисным полупрозрачным покрытием. Аттестацию мер ширины проводят при помощи лазерного дифракционного измерителя. Среднее квадратическое отклонение результата измерений, полученное десятикратным измерением ширины линий, для интервала размеров 1-100 мкм составило о = 0,002 ... 0,03 мкм [6, 37 с].

Рисунок 1 - Мера ширины линий

Рисунок 2 - Штриховая мера объект - микрометр

Аттестацию штриховых мер длины (объект - микрометров) и координатных мер совмещаемости проводят на фотоэлектрическом интерференционном компараторе.

Объем - микрометры были изготовлены с двумя шкалами, расположенными параллельно, с диапазонами 0-1,5 и 0-0,3 мм, наименьшим расстоянием между штрихами 0,005 мм и шириной штрихов 2,5 мкм. До 100 мкм все шкалы имеют отклонения от номинального значения менее 0,03 мкм, далее отклонения возрастают и достигают 0,1-0,15 мкм. Погрешность аттестации объект -микрометров в диапазоне 0-1,5 мм при экспериментальных исследованиях не превышала ±0,03 мкм. На практике доказано, что наибольшее удобство и точность отсчитывания (как визуальным, так и фотоэлектрическим методом) получают при использовании шкал с шириной штрихов 1,5-2 мкм [2, 80 с].

Операции, проводимые при аттестации координатных мер совмещаемости, идентичны операциям при измерении штриховых мер длины. Предельная погрешность аттестации мер с базовыми расстояниями между реперами 100 мм составила ±0,3 мкм.

Чтобы оценить возможности использования дифракционной решетки в качестве образцовой меры, были изготовлены методом фотолитографии две решетки с периодом 10 мкм. Ширина темных или светлых промежутков в зонах составляла соответственно 2, 4, 6, 8 мкм. Исследования показали большое удобство и высокую точность аттестации таких мер. Погрешность аттестации по периоду и ширине линий не превышала 0,02 мкм [5, 140 с].

Как уже отмечалось, в государственной поверочной схеме для средств измерений длины не предусмотрены методы и средства передачи размера единицы длины мерами менее 0,1 мм [1, 120 с]. Рассмотренные меры и методы их аттестации могут применяться в любой соответствующей лаборатории, причем целесообразно разделять государственную поверочную и локальную (ведомственную) поверочную

ТЛ " "

схемы. В качестве исходных средств измерений при построении локальной поверочной схемы аналогично можно использовать меры малых длин.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 ГОСТ 8.020 - 75. ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений длины.

2 Волков, В. В. Микроэлектроника. - М. : Машиностроение, 1998.

3 Гузь, И. В. Электронная промышленность. - М. : РОСМЭН, 2008.

4 Лаймен, Д. Электроника. - М. : Машиностроение, 2005.

5 Лизунов, В. Д. Лазерный измеритель для малых поперечных размеров. -Новосибирский ЦНТИ, 2004.

6 Лизунов, В. Д. Измерительная техника. - М. : РОСМЭН, 2003.

Материал поступил в редакцию 13.03.14.

А. Ю. Васильченко, С. Ю. Маркова

Жогары дэлд1кт1ц К1Ш1 ^зындыгынын Yлплlк елшемдер1

С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.

Материал 13.03.14 баспаFа тYстi.

A. Yu. Vasilchenko, S. Yu. Markova

Exemplary measures of small lengths of high accuracy

S. Toraighyrov Pavlodar State university, Pavlodar.

Material received on 13.03.14.

Мацалада фотолитографиялыц жэне влшеушi цондыргыларды тексеру ушт улгшк влшемдердщ дэлдт туралы мэлiметтер усынылган

The article presents information on the accuracy of the model measures to verification of the measuring and photolithographic equipment.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.