电子束诱导污染的主动监测与控制

在扫描电子显微镜中，电子束引起的碳氢化合物污染的沉积被认为是一个长期存在的问题。在样品上沉积污染物通常是一种不必要的负面影响（即使它已被控制并用于制造原子力显微镜（AFM）探针）。很多时候，真空读数看起来相对较好，但电子束仍在样品上留下令人担忧的污染痕迹。

这意味着，在CD-SEM中，如果没有额外的、有时是不可接受的高测量误差，就不可能进行重复测量。遗留是指由于电子束沉积在被测结构边缘的碳氢化合物污染而导致尺寸尺寸的增加。

沉积的烃部分来自各种来源，包括阶段润滑剂，真空系统和样品本身。在甚至一个测量所需的时间期间，除非发现了完美的污染测量技术并应用了定期监控，否则样本可能会发生变化，并且这种变化的程度未知。

在较早的一份报告中，研究了实验室扫描电子显微镜(sem)污染的一些原因，并提出了潜在的解决方案(Postek, 1996)。本文在前面的研究基础上进行了扩展，并提供了一种额外的主动监视和控制方法来解决这个问题。

欧洲杯足球竞彩材料和方法

本研究使用日立2 S-4700实验室扫描电镜、日立S6280-H cd -扫描电镜和S-806倾斜扫描电镜。后两种仪器配备150毫米晶圆台。CD-SEM配有两台荏原干泵和两台涡轮分子泵。倾斜扫描电镜有两个旋转泵和一个涡轮分子泵。

S-4700实验室SEM配备了工厂安装的泵：一个扩散和两个旋转机械泵。该研究中使用的样品是用硅集成电路技术中使用的不同方法制成的晶片的清洁晶片或切块芯片。在这项研究中，探索了沉积在这些样品上的污染的量和污染速率，以及减少污染影响的一些可能的方法，包括新的抗污装置，称为Evactron™，也进行了探索。

Evactron™

蒸发管²是一个自动等离子清洗和真空监测系统。该系统能够测量真空度，并且通过使用阀门，它还可以控制进入等离子体清洗所需腔室的气体压力。它有一个内置电源来驱动等离子发生器头。Evactron清洁头的示意图如图1所示。该装置安装在SEM样品室的墙壁上，由一个控制器组成，该控制器能够自动控制整个清洗过程。

清洗过程的压力(40- 100pa)比样品室的正常工作压力(10-3 -10 - 4pa)高得多。清洗周期开始于关闭必要的阀门，以便将样品室与电子光学分离。在最好的情况下，样品室可以与扩散或涡轮-分子泵分离。在其他情况下，根据真空系统的设计，程序也会有所不同。下一步是让气体(清洁、过滤、室内空气或氧气-氩气混合物，以便更快地清洗)进入样品室，然后将压力稳定在其最优值80pa。

当达到这一点后，将高(13.56 MHz)频率功率应用于清洗头几分钟。持续时间和功率取决于燃烧室的大小。这个程序提供了温和的等离子体清洗。腔内的新生氧气与真空中的残留物迅速反应，产品被泵出。为了加速这一步，最好使用干净的N₂脸红对于氧氩混合气体，此步骤是强制性的。这一过程可以轻松地实现完全自动化，因此用户只需启动装置并等待其完成，并且SEM为其正常工作计划做好准备。

为了充分描述实验过程，本报告确定了某些2020欧洲杯下注官网商业设备。这种鉴定并不意味着得到国家标准和技术研究所的推荐或认可，甚至也不意味着所鉴定的设备基本上是用于这一目的的最佳设备。2020欧洲杯下注官网vactron是XEI Scientific的商标。

图1所示。真空吸尘器清洗头示意图。

结果

图2中示出了两种CD-SEM的污染沉积行为。通过每个仪器检查相同的UV光致抗蚀剂晶片。该仪器被编程为转到特定的隔离线，而不会移动样品执行50（所谓的静态可重复性）测量。虽然一个仪器能够将50个重复的测量结果报告在宽度小于2nm的较小尺寸范围内，但其他工具所获得的值接近8nm。通常，从重复的线扫描或平均图像（其表现出类似的行为）执行线宽测量。

因此，污染的沉积可以由于具有严重的污染问题的SEM无效数据不具有测量线而不改变宽度的电势。这甚至可以一次扫描后发生。正结转的情况下是特别可疑的，因为其可能是严重污染的迹象。

精确的测量需要测量和污染率的认识。有效尺寸测量不能测量不污染率，其实际上是测量误差来完成。此外，可能的是束诱导污染的厚层以充当抗蚀剂并用SEM测量，这些位置可能不是在随后的处理过程中相同的速率相似不受干扰区域蚀刻。

图2。用两种不同的cd - sem和相同的UV光刻胶进行50次重复线宽测量的结果。

它已被怀疑由电子束开发的污染层有两个来源：样品表面和真空。默（1993）描述了电子轰击下大分子量分子的漂移的方法。污染层的沉积被认为是一个动态过程。分子到达和离开同时样品表面。污染的沉积的量取决于电子剂量，（即，时间的长短在样品上的光束驻留）。污染成为当停留时间延长得到更厚。

这个过程如图3和图4所示。在图3的情况下，(5 kV, 10 pA)电子束在一个干净的、蚀刻的硅样品上留置两个小时，放大倍数为高倍。在较低的放大倍数下，极重的污染沉积形成了一个“雕塑”，在左上角有一个峰值。电子束产生了结构的框架，因为在同步脉冲到达并启动水平和框架扫描之前，电子束在边缘停留的时间更长。

此外，就在帧扫描开始之前，电子束更多地停留在左上角，因此电子束在该点停留的时间最长，并且形成了一个相当高的污染峰（与电子束沉积AFM探针不同）。在长时间辐照期间，光束和/或样品台的漂移导致结构出现畸变。

靠近污染诱导框架中间的垂直线（最初是框架的左边缘）的存在显然证明，一旦污染沉积，电子束就无法将其移除。如果在高倍率下实时查看，操作员不会主动看到污染。显示在观察屏幕上的图像比该帧小约20%，因此，电子束通常在样品上扫描比电子束显示在屏幕上更大的区域。因此，在高倍率下沉积的污染物中最令人不安的部分是指，操作员通常不会观察到污染物的影响，除非返回到低倍率下。

图3。在连续2小时的电子束轰击过程中，硅晶片样品上形成污染。左侧图像是在样品倾斜60°的情况下拍摄的，可以观察到污染物的三维结构。

图4显示了一个蚀刻的硅“草”样品在50000倍放大。该样品被5千伏、10 pA的电子束以500000倍的放大倍数轰击。在这个放大倍数下，扫描电镜屏幕上显示的区域被标记在接近图像中心的地方。右下角是放大500000倍的图像。典型的框状污染痕迹不再可见;在这样高的放大倍数下，动态过程只形成一个圆圈。10分钟后，电子束留在样品上。

图4。以50000倍的倍率，将其在50万倍的倍率用5千伏，10pA的电子束轰击蚀刻的硅“草”样品

图5显示了使用CD-SEM拍摄的两个图像。在这种情况下，（800V，3 PA）电子束轰击样品六分钟。在此期间，光束漂移/样品和污染导致拐角部分的扩大约0.15μm。类似的效果可能在较短的时间内发生，即使在几秒钟内也在严重的情况下。

除非操作人员意识到这个问题，并对污染率进行一致正确的检查和测量，否则沉积污染导致cdsem测量错误的程度将继续是未知的。

图5。在CD-SEM中由于污染和漂移导致的拐角区域的X和Y放大。800v, 3pa电子束轰击6分钟。

Anti-contamination设备

显然，电子束诱导的污染被认为是扫描电子显微镜的一个真正的问题，没有仪器是完全免费的这个问题。即使是干泵的仪器也能够沉积污染(通常以低得多的速率)。样品本身将碳氢化合物带到电子束附近也会造成污染。问题的严重程度可以通过常规的污染率测量来揭示，但如果由于污染造成的误差过高，就必须采取一些措施来缓解问题。

具体SEM的一种可能性是使用液氮抗污染装置。抗污染装置基本上是一个小的扁平金属件，放置在样品表面上方，该样品表面保持在液氮温度下。通过基本上作为吸气泵或冷陷阱工作，抗污染装置收集污染物的良好部分。因此，在样品中局部样品污染速率降低。

然而，应该注意，一旦允许设备热预热，捕获的污染物被释放。图6示出了在设置有液氮抗污染装置的仪器中以50000倍的倍率观察的蚀刻硅“草”样品。该样品在两个不同位置轰击两次，以100000倍放大10分钟（@ 5kV，10Pa）。收集图6的左图，在没有加入到装置中的液氮的情况下收集，并且用相同的条件拍摄右图像，但用抗污染装置完全充电，液氮。污染量肯定会降低，但它仍然仍然很高。

图6。硅“草”样品的两个位置照射10分钟无（左）和具有（右）液体n的应用₂冷却防污染装置(50000x)。

蒸发清洗

图7显示了同一硅“草”样品在同一扫描电子显微镜下的两张图像，与图6相同。为了便于对比，左侧图像与图6左侧图像相同，但右侧图像是在打开真空发生器，清洗10分钟后拍摄的。在图7的右侧，其中Evactron anti-contamination设备就业，污染量明显减少。沉积的量也远远不到液氮冷却抗污染装置。

扫描电镜采用冷场发射枪仪器拍摄图7中的图像。在扩散泵顶部的水冷挡板上方设置液氮冷阱。该仪器还配备了气体氮气泄漏系统，机械泵前管路的针阀被设置为约2pa。

这种故意从到达其极限真空（博思得，1996）抑制回转泵。此泄漏是小到足以保持有效泵背衬扩散泵或抽气试样交换室而不损害最终室真空。然而，氮分子的环形流进线减少从旋转泵的油返流的潜力。这个简单的系统提供一种有效的机制用于降低仪器诱导污染但在许多情况下，如下所示，可能不充分。

图7。硅“草”样品的两个位置照射10分钟前（左）和后（右）使用Evactron抗污染装置。50000X

CD-SEM中通常配备有无油前级管道泵和涡轮分子泵，以便提供一个清洁的，较好的真空度。即使有这些泵，许多中小企业都不够干净，扰乱沉积的污染发生。定期监测，如有必要，清洗仪器已被执行。对于监控，两种可能的方式可以遵循：

1. 测量真空管的污染率，揭示真空的清洁度。
2. 通过测量重复测量中发生的变化来测量尺寸测量的影响。

差率测定一般更有益，但它可能不会像适用于所有的样本。这是因为由不同材料制成的变化样品以不同的速率和样本本身是污染分子的来源以及倾斜污染物。欧洲杯足球竞彩对于必须确认的样品的尺寸变化的另一种可能性是，被测样品可通过电子束曝光本身会失真（博思得等人，1989）。因此，有必要改变之间的区别正确评估由于污染沉积和电子束引起的变化的贡献。

以下几个Evactron治疗，真空开始长时间保持清洁，必要的真空处理频率变得更少。然而，由于真空的清洁度也依赖于通过系统的样品的清洁度和性质，对污染率的稳定监测可以指定何时必须进行另一个清洗周期。

图8显示具有倾斜晶片SEM拍摄的图像。在Evactron清洗之前，没有majorly污染样品是不可能的工作。该仪器通过一系列10分钟Evactron清洗去了。在清洗后，只有污染最小量的电子束下开发。这是通过在干净的，新鲜蚀刻多晶硅样本的光污染标记证明。

图8。倾斜晶圆扫描电镜。在处理后的多晶硅样品上有最小的污染标记，在30000x放大率下停留15分钟，@5 kV。

样本清洁

在样品上沉积污染物后，可以使用Evactron原位氧等离子体清洗在一定程度上去除污染物。该清洁程序在图9中的硅“草”样品上进行了演示。样品的两个位置均辐照10分钟。图9的左图是未经处理的样本。图9右侧的图像是在使用Evactron防污染装置对样品进行60分钟处理后拍摄的。值得强调的是，长期处理样品也可能会改变“干净”区域。

图9。辐照10分钟的硅草样品。左侧图像是在污染物沉积后拍摄的，未经处理。右边的图像是在使用Evactron防污染装置对样品进行60分钟原位处理后拍摄的。50000x

结论

在电子束下污染不同样品的污染已被证明在CD-SEM和实验室中引起测量误差。除非执行对污染率的稳定监测，否则误差的程度是未知的。必须基于问题的严重程度进行污染分子的去除。本文描述了一种采用活性等离子体系统的新清洁方法，该方法是有效地清洁实验室和生产计量SEM的样本室的真空。

参考和进一步阅读

1. 波斯泰克，麻省理工学院，1996年。SEM中减少碳氢化合物污染的方法。扫描18:269-274
2. 波斯泰克，麻省理工学院，1989年。基于扫描电子显微镜的计量电子显微镜系统和新原型SEM放大标准。扫描显微镜3（4）：1087-1099
3. 雷默，L.：低压电子显微镜SPIE Opt中的图像形成。工程出版社；第TT 12卷（1993）ISBN 0-8194-1206-6

此信息已经来源，审议通过XEI科学提供的材料改编。欧洲杯足球竞彩

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