电镜论文作业

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1、扫描电子显微镜的应用贺双11020720110790一.绪论随着神化稼场效应器件工作频率、噪声、输岀功率、增益等性能的提高，其栅长要求也越来越小。冃前，此类器件多采用栅结构，最小栅长已达到0.lum以下，如此精细的几何结构，普通的光学显微镜根本无法进行清晰观察，给光刻工艺的控制和改进带来了很大困难。因此，当前国内外半导体行业普遍采用扫描电了显微镜来监控栅光刻工艺5。然而，光刻胶化学性能的不稳定性和非导电性，给扫描电子显微镜的观察带来了很大困难，尤其是无法观察到“T”型栅胶的立体形貌。目前，一般途径是蒸发栅金属并将光刻胶剥离后,用扫描电子显微镜来观察倾斜的栅图像，或者等全部工艺完成后，将

2、个别管芯解理观察剖面结构;用上述方法虽然比较直观，但是结果反馈不够及时，工艺调整周期太长。2006年底，作者单位引进了日立公司的S4800II型场发射扫描电子显微镜。根据实际的需要，作者做了大量的实验，结合该电镜的特点，不断地进行摸索和创新，解决了一系列难题，最终使该电镜能够在栅光刻工艺中实现在线监测，从而使栅光刻工艺的控制更为及时、精确，为工艺水平的提高提供了翔实的数据和图片资料。聚光器镜头偏转线圈样品室增幅器真空泵二次电子二・工作原理S4800II型扫描电子显微镜采用场发射钩丝电子枪。如图1所示，电子束经加速电压加速后，通过三组电子透镜，被聚焦成很细的一束，到达样品表面。样品被高能

3、电子轰击后，产生二次电子，当其被二次电子探测器吸收之后产生二次电子信号，经过放大，到达视器，在监视器上形成一个亮点，其亮度取决于二次电了探测器所吸收的二次电子的数量。电子束在到达样品之前还要通过一组偏转线圈，此偏转线圈和监视器偏转线圈所加的锯齿波信号波形同步，而电位不同，因此聚焦到样品的电子束和监视器上的亮点将进行同步的Z字型扫描，分别形成一个长方形的光栅。电子朿在样品表面扫描时，二次电子探测器所吸收的二次电了信号随着样品各点的结构、材质或形貌的不同而改变，因此监视器的亮点也随之变化。这样，在监视器上就能得到一个样品被放大的图像(2-4)o电子枪区q二^电子束偏转增幅器■—图1扫描电子

4、显微镜的工作原理Fig1Physicalprinc°bofSEW实验与分析在应用扫描电子显微镜观察栅光刻胶形貌的过程中，作者遇到了诸多问题，女口:电子束的辐照会引起光刻胶的变形和变性;样品的荷电现象给观察造成了极大困难;普通模式无法观测到T型栅三层胶的立体结构等，这些问题使在线测试工作无法川页利进行。电了污染光刻胶是有机高分子聚合物，高能电子束的辐照会破坏分子间的键，导致其变形和变性（称为电子污染），从而严重影响测量准确度，（a）高能电子造成光刻胶窗口变形（b）采用减速模式拍摄光刻胶窗口图2电子污染Fig2Electionpollulion入射电子束（加速电压山昨）图3减速功能原理Fi

5、g3Principleofdeceleiationfunction如图2(d)所示，光刻胶窗口在高能电子的作用下逐渐扭曲变形;光刻胶变性后，还会给后面的去胶工序带来困难。针对这个问题，作者选择使用S4800IX型电镜的减速功能来减轻电子对样品的作用，效果如图2(b)所不。图3所不为减速工作原理。在观察光刻胶样品时，在铝质样品台上加一负电位，这样在样品与物镜之间就存在一个均匀电场，那么到达样品的电了能量就可以根据公式计算出來®*=匕“-此。这样，既保证了电子束绝大部分路程是高速通过，不会因散射而造成束径过大而影响分辨率，又能使到达样品表面的电子能量降低从而减轻电子对光刻胶的污染⑹。不同的

6、光刻胶材料和性质有的电子不能够迅速导走，负电荷的积累会引起样品被辐照区域的电位变化，从而影响二次电子的发射，有时会瞬间放电，严重影响图像的质量，如图4(a)所示。所得图片不清楚，对比度极不均匀，图中特别亮的部分就是样品的瞬间放电现象。一般情况下，可以在样品表面喷镀2nm左右的金膜使电荷导走，从而得以观察。但在后序工艺中金膜无法去除，造成圆片报废，因此这种方法并不适用光刻胶在线观测。如果在观察光刻胶样品时加入-定的背散射电子信号，就能减轻样品荷电现象所导致的图片质量问题，如图4(b)所示。(a)光刻胶的荷电现象(b)采用一定的背散射电子信号滅少荷电彫响图4光刻胶荷电现象Fig4Phoio

7、resistchaiging当高能电子束辐照到固体表面时，会激发出二次电子信号，同吋产生背散射电子、俄歇电子、X射线等，如图5所示®刃。所示二次电子是从距样品表面10nm左右深度范围内激发出来的低能电子，能量小于50eV;观察导体和半导体样品表而时，选择使用二次电子信号，能清晰反映样品最表面的形貌;背散射电子是从距样品表面0.1-1Um深度范围内散射回來的入射电了，其能量比二次电了大很多，接近入射电子能量［⑹。因此，样品表面的荷电积累所产生的不