автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка и исследование методов и средств повышения технического уровня элементной базы вакуумного электронно-зондового и ионно-лучевого оборудования микроэлектроники

На правах рукописи УДК 533.565.5 621.38

Фатьянова Галина Ивановна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ВАКУУМНОГО ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВОГО И ИОННО-ЛУЧЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Специальность 05.27.06 - Технология и оборудование производства полупроводниковых материалов и приборов электронной техники.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва 2005

Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете)

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации,

доктор физико-математических наук,

профессор Васичев Борис Никитович

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Балашов Владимир Николаевич

доктор технических наук,

профессор ЧеркасовАлександр Сергеевич

Ведущее предприятие ОАО НИИ «Точного машиностроения»

Защита диссертации состоится << 24 » 06 2005 г в "(О часов На заседании диссертационного совета Д.212.133.05 в Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете) по адресу: 109028, г. Москва, Б. Трёхсвятительский пер., д. 1-3/12, стр.8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ

Учёный секретарь Диссертационного совета Д.212.133.05

Кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы

Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке методов и средств повышения технического и эксплуатационного уровня элементной базы специализированного и общенаучного электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования, обладающего высокой разрешающей способностью и формирующего пучки заряженных частиц в широком диапазоне ускоряющих напряжений с минимальными размерами сечения, обеспечивающего исследование материалов, контроль за технологическими процессами и осуществляющими формирование микроструктур.

Актуальностьработы.

Одним из важнейших направлений повышения качества изделий электронной техники и изделий ряда смежных отраслей, основанных на использовании сложных физических процессов является применение высокоэнергетичных или низкоэнергетичных заряженных частиц для осуществления технологических процессов, а также для неразрушающего контроля за технологическими процессами, с высокой чувствительностью, разрешающей способностью и степенью автоматизации. Промышленная реализация современных технологий требует постоянного повышения технического уровня аналитического и технологического оборудования за счёт совершенствования его элементной базы. Научно-техническая перспектива дальнейшего развития современных технологий обусловлена развивающимися потребностями потребительского рынка. В связи с этим непрерывно будет развиваться производство микроэлектроники, наноэлектроники, микромеханики, а также создание структур с различной степенью интеграции и миниатюризации. Будут проводиться всесторонние исследования различных материалов. В соответствии с этим исследование и решение новых -теоретических и прикладных задач, направленных на совершенствование электроннолучевого и ионно-лучевого оборудования и приборов, участвующих в новейших технологических процессах, в том числе, и как средства диагностики и контроля представляется акт у а л ь н ы м.

Цель изадачиработы

Цель и задачи работы состоят в проведении теоретических, экспериментальных и расчетно-конструкторских работ, направленных на расширение возможностей и повышение технического уровня электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования и приборов микроэлектроники и наноэлектроники.

Для достижения этой цели в работе поставлены и выполнены следующие задачи: проведён анализ применения электронно- и ионно-лучевого оборудования для исследования материалов и контроля физических свойств изделий микроэлектроники с целью определения дальнейшего направления исследований и развития элементной базы электронно-и ионно-лучевого оборудования и приборов;

выбраны наиболее эффективные методы и алгоритмы численного моделирования электронных линз (магнитопровода и обмотки возбуждения магнитных электронных линз, работающих как при низких ускоряющих напряжениях (до 100В), так и при очень высоких -до 5 МВ; электростатических линз - иммерсионных и одиночных, используемых в ионно-лучевых установках, электронных и ионных пушках; линз с наложенными полями);

выполнены теоретические и экспериментальные исследования влияния эволюции конфигурации магнитопровода и положения обмоток возбуждения на распределение магнитной индукции в немагнитном зазоре магнитных электронных линз;

проведено исследование влияния взаимного расположения электродов и полюсных наконечников в линзах с наложенными электростатическими и магнитными полями на параметры формируемого пучка заряженных частиц;

выполнены теоретические (аберрационные) исследования систем динамической фокусировки пучков; разработаны и исследованы системы обеспечения оптимальных условий

динамической фокусировки пучков заряженных частиц, в рабочей камере в процессе электронной литографии и измерения линейных размеров элементов НС, а также в ЮМ для контроля электрофизических свойств полупроводниковых приборов на промежуточных стадиях их изготовления с целью расширения их информативности;

осуществлён синтез структуры и проведены теоретические и экспериментальные исследования ионно-оптических систем с целью создания ионно-лучевых установок для размерной обработки и ионно-лучевой литографии;

проведены теоретические и экспериментальные исследования и разработка электронно-оптических систем (магнитных и электростатических) с возможностью изменения вдоль оптической оси формы распределения напряжённости поля для обеспечения постоянства увеличения объектива при динамической фокусировке пучков;

разработан алгоритм расчета напряжённости магнитного и электрического полей в объективах с управляемым изменением и перемещением этого поля для сохранения фокусировки при сканировании пучка;

разработан алгоритм поиска вариантов возможных оптимальных решений при выборе типа электронной линзы (магнитной, электростатической и линз с наложенными полями) при проектировании электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования.

проведен комплекса работ по совершенствованию элементной базы электроннолучевого и ионно-лучевого оборудования в соответствии с современными требованиями, направленных на повышение качества проектируемого электронно- и ионно-лучевого оборудования и приборов.

Методы исследования

В работе использованы современные методы теоретических, численных и экспериментальных исследований, в том числе с использованием методов как физического, так и математического моделирования. Оценка точности получаемых данных проводилась путём сравнения численных результатов с результатами экспериментальных исследований и расчётами по известным методам.

Научная новизнаработы

1. Выполнено комплексное исследование электронных магнитных (с насыщением и без насыщения), электростатических линз (иммерсионных и одиночных) и линз с наложенными полями (с ускорением и замедлением электронов), позволившее выявить наиболее оптимальные варианты конструкций, разработать и рекомендовать к применению конструкции линз, обеспечивающих повышение качества специализированного электронно- и ионно-лучевого оборудования. Сформулированы рекомендации и предложены новые технические решения по совершенствованию элементной базы. Перспективные технические решения внедрены при создании новой электронно-лучевой и ионно-лучевой техники.

2. Впервые выполнен анализ влияния эволюции конфигурации магнитопровода и расположения катушек возбуждения на электронно-оптические характеристики магнитных линз.

3. Впервые предложен алгоритм поиска вариантов возможных решений при выборе конструкции электронной линзы (магнитной, электростатической и линз с наложенными полями) при проектировании электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования и созданы условия для его осуществления.

4. Впервые предложен и разработан алгоритм расчёта напряжённости магнитного и электрического полей в многощелевых объективах с управляемым изменением и перемещением этого поля для сохранения фокусировки при сканировании пучка;

5. Впервые дан полный аберрационный анализ систем динамической фокусировки пучков и разработан алгоритм расчета напряжённости магнитного и электрического полей в объективах с управляемым перемещением максимума поля для сохранения фокусировки при сканировании пучка;

6. Предложен и теоретически обоснован принципиально новый метод формирования синтезируемых электромагнитных полей, с заданными свойствами в локальных областях вдоль оптической оси, для управляемого изменения формы напряжённости поля при динамической фокусировке электронных и ионных пучков.

7. Впервые предложена конструкция объектива с перемешаемым максимумом напряжённости поля.

Практическая значимость работу

Исследованы возможности и сформулированы рекомендации по улучшению характеристик элементной базы электронно- и ионно-лучевого оборудования. Выполненный комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, позволяет модернизировать широко используемое специализированное и разрабатывать новое высокоэффективное электронно- и ионно-лучевое оборудование микроэлектроники.

Разработан метод и алгоритм анализа вариантов возможных конструктивных решений при выборе электронной линзы (магнитной, электростатической и линз с наложенными полями) при проектировании электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования. Это позволяет существенно сократить затраты на проектирование электронно-лучевых и ионно-лучевых устройств различного назначения. Оценивать возможности эксплуатируемого оборудования. Ряд электронных линз внедрён в эксплуатируемое оборудование.

Анализ систем динамической фокусировки позволил выявить возникающие дополнительные аберрации и наметить путь их устранения.

Разработанный и предложенный метод управления формой и положением распределения индукции магнитного поля магнитной линзы и напряжённости электрического поля электростатической линзы вдоль оптической оси позволяет создавать принципиально новые системы фокусировки пучков. Использование этого метода позволяет значительно улучшить технические характеристики электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования.

На защиту выносятся:

1. Комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных работ, по выявлению влияния конструктивных параметров электронных (ионных) линз магнитных (с насыщением и без насыщения), электростатических (иммерсионных и одиночных) линз и линз с наложенными полями (с ускорением и замедлением электронов) на электронно-оптические характеристики, и выбору варианта конструктивного решения, обеспечивающего повышение качества специализированного электронно- и ионно-лучевого оборудования, позволяющего модернизировать элементную базу специализированного электронно- и ионно-лучевого оборудования.

2. Результаты теоретического исследования влияния на электронно-оптические характеристики ЭОС, формирующих низкоэнергетичные пучки электронов, наложения электрических полей на магнитные поля.

3. Алгоритм поиска вариантов возможных оптимальных решений при выборе типа электронной линзы (магнитной, электростатической и линз с наложенными полями) при проектировании электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования.

4. Принципиально новый метод динамической фокусировки, обеспечивающий предотвращение расфокусировки электронного луча объективом при динамической фокусировке.

5. Принципиально новый метод и конструктивное исполнение линз с управляемым изменением формы распределения индукции магнитного поля в магнитной линзе и напряжённости электрического поля в электростатической линзе вдоль оптической оси.

6. Принципиально новый метод и алгоритм расчёта напряжённости магнитного и электрического полей в многощелевых объективах с управляемым изменением и перемещением этого поля для сохранения фокусировки при сканировании пучка;

Внедрениерезультатов

Результаты диссертационной работы использованы при разработке и модернизации новых типов электронно-лучевых и ионно-лучевых установок и приборов в НИИ электронной и ионной оптики ГУЛ «НПО»Орион», а так же использованы в научно-исследовательских работах и учебном процессе МИЭМ.

Апробация работы

Результаты работы обсуждались на: «Всероссийских семинарах по проблемам теоретической и прикладной электронной и ионной оптики», «Российских конференциях по электронной микроскопии», «Российских симпозиумах по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел», «Международных конференциях по фотоэлектронике и приборам ночного видения», «Научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ» и др.

Публикаиии

Материал диссертации, в основном, опубликован в журналах: «Известия РАН. Серия физическая», «Прикладная физика», «Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России», Труды МИЭМ.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, заключения, выводов и списка цитированной литературы (132 наименований). Общий объём работы: 247 страниц, 122 рисунков и графиков, 14 таблиц. "

Основное содержание работы

Во введении диссертации обоснована актуальность, выбранной темы диссертации, определены цели и задачи работы, сформулированы научная новизна, практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ публикаций в области применения электронно- и ионно-лучевого оборудования, показана значимость оборудования в общенаучных целях, в контрольно-диагностических и в технологических операциях.

Электронно-лучевое оборудование в виде электронных микроскопов уже давно используется для исследования материалов. В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч электронных микроскопов: растровых с ускоряющим напряжением от 0,5 до 50 кВ, просвечивающих с ускоряющим напряжением от 75 кВ до 3-5 MB и таких как фотоэмиссионные и экзоэмиссионные, отражательные, зеркальные, туннельные и силовые. Разрешение просвечивающих электронных микроскопов колеблется по данным различных авторов от 0,062-0,1 до 0,7-1,0 нм, растровых - от 2,5 до5 нм.

Основными проблемами электронной микроскопии являются: уменьшение длины волны электронов пучка для реализации высокой разрешающей способности, достоверное представление и интерпретация получаемых изображений, максимальное развитие сервисных устройств, уменьшение габаритов и материалоёмкости. Для их решения необходимы: -комплексные исследования функциональных элементов, осуществляющих формирование и фокусировку электронных пучков, - развитие физического и математического моделирования, максимально приближённого к реальности, - использовать материалы с новыми свойствами, включая высокотемпературную сверхпроводимость и комплектующие изделия на их основе, - решать сложные технических задач, связанные с конструктивными решениями функциональных элементов.

В последнее десятилетие интерес к низковольтным электронно-оптическим устройствам значительно возрос. Наибольший интерес проявдляется к комбинированным системам состоящим из магнитных и электростатических линз. Такая комбинация позволяет уменьшить сферическую и хроматическую аберрации по сравнению с магнитной линзой. Однако материалы, имеющиеся в периодической литературе по созданию объектива для низковольтного ЮМ не достаточны для их сравнения.

Большое внимание уделяется новому направлению электронного машиностроения -

разработке специализированного электронно-лучевого оборудования, предназначенного для прямого использования его в цеховых условиях при контроле и диагностике материалов и изделий электронной техники на промежуточных стадиях изготовления полупрводниковых приборов разного назначения По зарубежным данным доля участия электронно-лучевого оборудования на различных стадиях разработки и изготовления микроэлектронных приборов составляет от 25%до 70%

Разработка такого оборудования не может быть выполнена без специальных мер по совершенствованию элементной базы электронно-лучевых устройств

Электронно-лучевая технология - чрезвычайно важная область современных технологий Она включает в себя широкий спектр технологических процессов Преобразование информации машинного проектирования в изображения топологических слоёв с .пшенными размерами близкими к физическому пределу миниатюризации интегральных схем (ИС) позволило совершить прорыв на новые рубежи в электронике

Широкий круг применения электронных линз и многообразие их конструкций усложняет их систематизацию и правильный выбор при создании новых установок и приборов Этим определяется актуальность темы диссертации

В данной главе продемонстрирована роль электронно и ионно-лучевого оборудования в исследовании материалов и полупроводниковых приборов, в контроле за технологическими процессами и при изготовлении изделий микрофотоэлектроники Всё это свидетельствует о том, что без дальнейшего исследования и развития элементной базы электронной оптики невозможно поступательное развитие новой технологии и техники, а значит, настоящая работа является актуальной

Здесь следует отметить, что большой вклад в развитие отечественной электроннолучевой техники внесли такие выдающиеся российские учёные как Лебедев А.А., Кабанов А Н, Сушкин Н Г, Верцнер В Н, Кушнир К) М, Васичев Б Н, Стоянов П А, Дер-Шварц Г В, Сатаров Г X, Балашов В Н, Макарова И С, Куликов Ю В, Фетисов Д.В, Мосеев В Н, и многие др

Во второй главе ставится задача выявления ранее не исследованных свойств магнитных электронных линз с различной геометрией магнитопровода Представлены результаты исследования линз "работающих" с насыщением магнитопровода при ускоряющих напряжениях до 2-5 MB и линз без насыщения, широко используемых в электронно-лучевом аналитическом, контрольно-диагностическом и технологическом оборудовании с ускоряющим напряжением до 100 кВ

Известно, что параметры возбуждения и геометрия, при которых достигают минимума фокусные расстояния, сферическая и хроматическая аберрации, совершенно различны Поэтому «оптимальное» конструирование подразумевает некоторые дополнения к обычным практическим требованиям Так, если коэффициенты аберраций нормированы относительно минимально возможного асимптотического фокусного расстояния, они имеют минимальное значение для каждого фиксированного отношения s/D (отношения ширины немагнитного зазора к диаметру канала) при определенном оптимальном возбуждении Это минимальное значение уменьшается по мере роста отношения s/D Поэтому, в общем, линзы с высокими значениями s/D имеют относительно низкие аберрации Если, однако, рассматривать сферическую аберрацию при таком возбуждении линзы, когда хроматическая аберрация имеет минимум, то видим, что коэффициент сферической аберрации круто возрастает с увеличением отношения s/D Обе аберрации достигают своих минимумов при различных значениях возбуждения, поэтому оптимальная геометрия линзы всегда понимается в ограниченном смысле Правильный выбор геометрии, параметров возбуждения линзы и максимального значения магнитной индукции более важен, чем выбор отношения s/D Факторы насыщения ферромагнитных материалов ограничивают возможные сочетания геометрии линзы и возбуждения Это ограничение определяет минимальные значения фокусного расстояния и аберраций

В литературе, в основном, обсуждаются симметричные линзы, как правило, без насыщения магнитопровода. Однако линзы могут иметь совершенно асимметричные полюса, и число зазоров, конечно, тоже не ограничено. Так как на максимальную магнитную индукцию Вщ» асимметрия, вызванная, например, различием внутренних диаметров полюсов в небольших пределах, влияет слабо, свойства первого порядка в основном зависят от Вщш- Линзы с значительной асимметрией можно использовать для удаления объектов из областей максимального поля линзы. При создании специализированного электронно-лучевого оборудования возникает необходимость создания конструкции электронных линз, в частности, объектива, который является частью технологической камеры и должен удовлетворять потребителя не только с позиций электронной оптики, но и конкретного технологического процесса, будь то специальное электронно-микроскопическое исследование, рентгеновский микроанализ или электронно-лучевая литография. Процесс моделирования усложняется из-за специфических требований к конфигурации магнитопровода магнитных линз. Постоянное совершенствование электронных микроскопов (просвечивающих, растровых, фотоэмиссионных и др.) и микрозондовых аналитических установок (рентгеновских микроанализаторов, РЭМ для контроля изделий микрофотоэлектроники, РЭМ для измерения линейных размеров элементов топологических слоев ИС) потребовали проведения исследований и поиска таких конструктивных решений, которые позволили бы создавать электронно-зондовые приборы и устройства нового поколения, удовлетворяющие современным потребностям.

Наши исследования были начаты и проводились одновременно с разработкой выше перечисленного электронно-лучевого оборудования. В литературе отсутствуют конкретные сведения о конструкции многих линз. Зарубежные фирмы предпочитают держать такие сведения в секрете не только потому, что они хороши, но и потому, что они недостаточно хороши. Поэтому при каждой новой разработке процедура определения наилучшей для данной технологической операции конструкции электронных линз выполняется заново.

Исследования выполнялись нами методом численного моделирования с использованием вычислительных программ, которые тестировались на контрольных задачах имеющих аналитическое решение. Результаты численного моделирования и расчета выбранной конструкции, в ряде случаев, проверялись методом физического эксперимента (на опытном образце). Многие из линз прошли испытание при эксплуатации оборудования. Это позволило провести сравнение результатов исследований, выбрать наиболее подходящие прикладные программы для численного моделирования. Использование различных программ вызвано, прежде всего, тем, что каждая из программ обладает своими особенностями и часто более удобна для решения конкретных задач, во-вторых, это было связано с производственными возможностями в разные периоды времени, в-третьих, в некоторых случаях представлялось интересным сравнить результаты моделирования, выполняемые с помощью различных прикладных программ. Расчёт по разным программам приводит к разбросу данных. Величина разброса иногда составляет до 10%, что не всегда приемлемо.

Моделирование и оптимизация по различным критериям физических моделей электронно-оптических элементов и устройств позволили создать конкурентно способные образ-иы электронно-оптических систем.

В последнее время возникла необходимость использовать полюсные наконечники с формой отличной от классической. А так как изменение конфигурации приводит к изменению формы распределения магнитной индукции в немагнитном зазоре, потребовались исследования влияния этих изменений на электронно-оптические характеристики линз. Результаты исследования, например несимметричных линз, позволяют осуществить выбор наиболее оптимального варианта конструктивного решения при создании специализированных электронно-зондовых устройств.

Анализ распределений магнитной индукции нормированных по максимальному значению позволил выявить зависимость ширины распределения на половине его высоты от

диаметров каналов в полюсных наконечниках асимметричных линз. Эта зависимость имеет простое соотношение

Используя полученные распределения магнитной индукции, проводился траекторный и аберрационный анализ этих линз.

Существенную роль при конструировании электронных линз играет правильный выбор толщины стенок магнитопровода и полюсных наконечников Для этого было выполнено исследование зависимости Н<> OTD/S ДЛЯ разных значений ТОЛЩИНЫ стенок ПОЛЮСНЫХ наконечников и получена аналитическая зависимость.

Важной частью разработки магнитных линз, особенно высоковольтного оборудования, является исследование влияния конфигурации магнитопровода на степень его насыщения. С повышением ускоряющего напряжения возрастает магнитодвижущая сила (МДС) линзы и веб сильнее оказывает влияние на электроннооптические характеристики линз насыщение материала магнитопровода. На рис.1 представлены экспериментальные данные максимального значения магнитной индукции на электроннооптической оси в еди-

ницах Тл от приведённого значения напряжённости поля Н в А/мм для этих линз. Прямая линия (1) представляет зависимость изменения максимального значения магнитной индукции на оси от ампервитков возбуждения, без учёта насыщения материала магнитопровода. Цифры 2,3,4 соответствуют магнитопроводам «работающим» с насыщением. Представлены магнитные линзы, в качестве материала магнитопровода, которых было использовано ваку-умно-чистое железо марки 008 ЖР ВД и пермаллой марки ЗОН. Материал полюсных наконечников - пермендюрмарки 49 КФ ВН.

Исследовались распределения магнитной индукции В(г), отнесённые к максимальному значению В(г) ш на оси линзы для различных значений магнитодвижущей силы. Проведены исследования влияния МДС линзы на величину и конфигурацию распределения магнитной индукции на оптической оси линзы. Полученные данные показывают, что с ростом МДС, а следовательно с ростом степени насыщения материала магнитопровода линзы, кривые распределения индукции увеличивают свою полуширину и, кроме того, при больших МДС возникают вторые горбы на кривых, обусловленные, по видимому: во-первых, конфигурацией магнитопровода, во-вторых, наличием контакта полюсных наконечников и собственно магнитопровода, в третьих, наличием двух разных материалов (кожуха и полюсного наконечника линзы) имеющих разные кривые намагничивания. Наличие двух материалов с разными кривыми намагничивания и их влияние на характер распределения магнитной индукции в линзах ранее не изучалось. Появляющиеся горбы или поля рассеяния оказывают влияние на электронно-оптические характеристики линзы.

Используя распределение магнитной индукции на оси линз для разных значений МДС, рассчитывались координаты положения объекта в зазоре полюсного наконечника 2^ов и эксплуатационный параметр или ускоряющее напряжение II*, при которых может

быть осуществлена работа прибора в том или другом режиме (в режиме ЮМ или РЭМ), фокусное расстояние Г коэффициентов сферической Ссф и хроматической Схр аберраций для изображающей части объектива при работе в режиме ПЭМ и для зондоформирующей части при работе в режиме РЭМ. Результаты проведённого численного эксперимента представлены на рис. 2 и 3 .

На рис. 2 представлены зависимости, на которых цифрами обозначены следующие кривые: от величины напряжённости

магнитного поля в зазоре линз Н = (А/мм), для случая работы линзы в качестве объ-

ектива в режиме ПЭМ. Зависимости относящиеся к объективу обозначены 1-5, а к проекти-ву - 6-10. На рис.3 представлены аналогичные данные, полученные для зондо-формирующего режима работы линз (в режиме ЮМ). Обозначения те же. Величина относи

Рис. 1.Зависимость от Н 2,3,4 - линзы разной конфщурации магнитопровода

о < * 3 * » в 7 в 9 Н,кА/мм

Рис. 2. Зависимость от Н

и'.мв

Рис.3.Зависимость //^С^/л.С^/л отН Рис 4. Зависимость

тельных значений электронно-оптических параметров зависит от степени насыщения магни-топровода Наиболее сильно растут значения и*, (Л и С^/в, - при одинаковых значениях напряжённости поля Н в зазоре линзы При значительной степени насыщения величина электронно-оптических параметров зависит от конфигурации магнитопровода в большей степени

Эксперименты показали, что на форму распределения магнитной индукции на оси линзы влияет не только конфигурация магнитопровода, но и форма и расположение катушки возбуждения В ряде практических случаев возникает необходимость размещения нескольких катушек возбуждения, как внутри, так и вне магнитопровода - панцыря магнитной линзы При этом возникает вопрос, каково влияние положения катушек возбуждения на распределение индукции магнитного поля вдоль электронно-оптической оси, определяющее электронно-оптические свойства линзы Асимметрия положения катушки, в ряде случаев, вызывает появление протяжённого участка на распределении магнитной индукции со вторым максимумом В зависимости от МДС величина второго максимума может составлять от 1,2% до 11,7% от главного максимума Чем ближе расположена катушка к магнитопроводу при неполном заполнении окна, тем выше второй максимум распределения, который расположен под тем участком магнитопровода, который локально насыщается Так как степень локального насыщения оказывается наибольшей из-за наименьшей площади сечения магнитопро-вода у полюсного наконечника, то второй максимум в этом случае достигает наибольшей относительной величины (до 10-12% от главного максимума) При приближении катушки к центральной плоскости значение главного максимума увеличивается, однако, увеличиваются также абсолютные и относительные значения вторых пиков, Это связано с большим локальным насыщением участков около катушки

Выполнено исследование линз без насыщения материала магнитопровода с разной формой панциря и полюсных наконечников Прослежено влияние эволюции конфигурации магнитопровода на его электронно-оптические характеристики

Третья глава посвящена исследованию электростатических электронных линз Иммерсионные объективы (катодные электронные линзы) являются неотъемлемым элементом электронно-зондового оборудования Исследовалось влияние размеров элементов электронной линзы на её электронно-оптические параметры Поиск оптимального варианта иммерсионной электростатической электронной линзы производился последовательным перебором всех возможных размеров элементов линзы и сравнением результатов исследований, отражающих зависимость апертурного угла, диаметра кроссовера и тока пучка от размеров элементов электродов, для каждой из конфигураций исследованных линз Погрешность экспериментов не превышает 2-5%

Результаты исследования иммерсионных линз были использованы при разработке различного по назначению электронно- и ионно-лучевого высоковольтного оборудования (от 10 до 100 кВ)

Методом численного эксперимента были проведены расчетные исследования влияния конструктивных и эксплуатационных параметров, а также режимов работы различных электростатических линз и основные их ионно-оптические характеристики, которые легли в основу опытных образцов ионно-лучевых установок На рис 4 представлены кривые зависимости плотности тока .¡и и диаметра пучки <1ц от ускоряющего напряжения и для одной из линз (с диаметром канала И = 10 мм, 1.Щ = 70 мм, а =610"3рад) Индекс (1) на графике относится к режиму работы при ]ах = 10 мм, индекс (2) - при !„ = 20 мм, иммерсионная линза работает в режиме ускорения Из графика видно, что зависимость ионно-оптических и токовых характеристик зондовой системы от и имеет неоднозначный и сложный характер

На основании полученных результатов исследования линз были разработаны рекомендации для конструирования ионно-оптической системы и требования к питающим устройствам установки "Луч-1"

В четвертой главе анализируется связь конструктивных параметров функциональных элементов ионной оптики ионно-зондовых установок с ионно-оптическими характерстиками ионно-оптических систем. Методом численного моделирования определялись основные ионно-оптические характеристики ионно-оптической системы (ИОС) и условия, при которых возможно получить минимальное изображение источника ионов. Эта задача решается традиционно с привлечением метода моделирования траекторий заряженных частиц.

По теории аберраций имеется достаточно обширная литература. Однако в ней не учтена специфика эмиссионных систем, к которым относится ионный эмиттер. Эта специфика заключается в том, что заряженные частицы эмитируются непосредственно в примыкающее к эмиттеру поле ускоряющей или фокусирующей системы с малыми начальными скоростями и большой апертурой (до 90°)

В опубликованных ранее работах в качестве малых параметров аберрационного разложения принимается угол между направлением начальной скорости и расстояние точки эмиссии от оси системы. Поэтому пользоваться для вычислений полученными в них формулами для коэффициентов аберраций неправомерно. В качестве системы малых параметров в настоящей работе принимаются составляющие начальной скорости частицы, и расстояние точки эмиссии от оси. В выражении, которое является решением параксиального уравнения

где - осевое распределение электростатического потенциала, штрихи означают диф-

ференцирование по г. Осевое распределение электростатического поля и его производных, в используемом пакете прикладных программ, вычисляется методом интегральных уравнений первого рода со сплайновой аппроксимацией поверхностной плотности заряда. Впервые аналогичная программная реализация этого метода применялась к задачам электронной оптики изображающих систем В Я. Ивановым. Метод интегральных уравнений имеет ряд существенных преимуществ перед другими численными методами Он позволяет с высокой точностью рассчитывать поля систем с весьма сложной геометрией, количество поверхностей электродов и значения потенциалов на них практически не ограничивается, отсутствует также проблема замыкания границ, свойственная, например, методу сеток и т.д. Выражения для коэффициентов аберраций обычно имеют вид определённых интегралов от характеристик поля (потенциала и его четырёх производных на оси) и параксиальных траекторий.

Коэффициенты аберраций легко могут быть получены, например, с помощью алгоритма метода т-вариаций. В этом случае коэффициенты аберраций удовлетворяют совокупности обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка, правые части которых являются функциями потенциала и его четырех производных на оси. Решение этих уравне-111111 было реализовано с помощью пакета прикладных программ «ЕИщ-Е», созданной Куликовым Ю.В. Принципиальная схема ионно-оптической системы представлена на рис. 5.

В качестве фокусирующей системы выбрана асимметричная иммерсионная трёхэлек-тродная электростатическая линза. При моделировании подбирался потенциал фокусирующего электрода, обеспечивающий острую фокусировку ионного пучка на мишени в режиме его ускорения. Ионы в линзе испытывают сильное ускорение, что приводит к уменьшению аберраций. Острая фокусировка может быть обеспечена (рис.6) и в режиме замедления ионов, когда на средний электрод подаётся потенциал существенно меньше потенциалов на крайних электродах. При этом замедление ионов как показали компьютерные исследования приводит к росту аберраций. Заметим, что предполагаемого раздвоения траекторий, обусловленное разбросом начальных энергий ионов не выявлено. Анализ полученных данных показывает существенный рост (почти на порядок) основных коэффициентов аберраций в режиме торможения по сравнению с режимом ускорения. Расчетные траектории в области фокусирующей линзы (в режиме ускорения) представлены на рис. 7.

Рис 5 Схематическое изображение исследуемой ионно-оптической системы 1 эмиттер, 2-управляющий электрод, 3- электрод, вытягивающий ионы, 4-входной электрод фокусирующей линзы, 5-фокусирующий электрод, 6-выходной электрод, 7- ионные траектории, 8-отклоняющая система,9 мишень, 10-апертурная диафрагма

аоооо

ао 20 <а ва яа

Рис 7 Ход ионных траекторий в области фокусирующей линзы

Минимальное сечение пучка в режиме ускорения имеет величину порядка 0.05 мкм и это сечение может быть доведено до величины в 0.03 мкм за счет небольшого диафрагмирования пучка. В режиме замедления минимальное сечение (без диафрагмирования) составляет порядка 0.15 мкм, что для получения зонда в 0.03 мкм требует существенного диафрагмирования пучка. Такая ионно-оптическая система позволяет с использованием диафрагмирования пучка обеспечить плотность тока в пучке порядка 0.005 А/мм2 при диаметре зонда на мишени до 0.03 мкм. С ростом рабочего отрезка линзы 1рцв диаметр пучка увеличивается, а плотность частиц в нем уменьшается как для одиночных, так и для иммерсионных линз. Кроме того, для тех и других линз при 1р>б<5(1и плотность тока в пучке больше у линз, работающих в режиме ускорения, чем в режиме торможения. Для ^ > 5<3И зависимость имеет обратный характер. Сказанное иллюстрирует рис. 8. На нем представлена зависимость плотности тока '¡и, диаметра пучка <1ц от рабочего отрезка фокусирующей линзы \р,е. Использованы следующие обозначения: для режима ускорения - 1, для режима замедления - 2. Графики построены для случая , =20 мм, <14= 10 мм, и ш 20 кВ, а = 0,003 рад. Было выполнено исследование влияния размеров электродов линз фокусирующих ионные пучки на их оптические свойства.

В режиме торможения частиц плотность потока в пучке больше у иммерсионных линз с меньшими размерами. В режиме же ускорения ¡„ больше для линз имеющих большие размеры. Это позволяет подавать более высокие потенциалы на средний электрод, не опасаясь электрического пробоя.

Было исследовано влияние апертурного угла пучка ионов а на плотность потока ионов }„ и диаметр пучка ¿и- Результаты моделирования показали, что диаметр пучка с ростом апертурного угла увеличивается, сначала линейно, а затем пропорционально второй и даже третьей степени апертурного угла. На зависимости плотности потока ионов наблюдается максимум при некотором значении угла а. Это объясняется тем, что по мере увеличения а диаметр пучка определяется сначала величиной гауссова изображения источника ионов, а затем начинает превалировать хроматическая аберрация, пропорциональная первой степени и, наконец, при значительных величинах угла основной вклад в размеры пучка начинает вносить сферическая аберрация, которая возрастает пропорционально третьей степени

Рис. 8. Зависимость ^(А/см3), <1н (мкм) ОТ 1р»б(мм) при работе линзы в режиме ускорения (1) и торможения (2) ионов.

В пятой главе представлены результаты исследования центральных аберраций электронно-оптических систем с электростатическими и магнитными элементами фокусировки, совмещёнными в пространстве. Было показано, что в такой системе удается уменьшить коэффициенты центральных аберраций. Появился термин «замагничивание» электронного пучка в электронной пушке. Системы с совмещенными полями могут использоваться не только в электронных пушках, но и в фотоэмиссионных микроскопах. Делаются попытки использовать метод совмещения полей в объективе низковольтного электронного микроскопа. Опубликованные работы носят характер не систематических исследований.

Проводился анализ основных электронно-оптических характеристик электронно-оптических систем с совмещёнными в пространстве осесимметричными электростатическими и магнитными полями. Для этого нами использовались программы «СОМЫ» на языке TURBO-BASIC для ШМ PC (эта программа разработана к.т.н. И.С. Макаровой в Институте электронной и ионной оптики) и «ELT RACE» для расчета электростатического потенциала (разработанной для ЦВМ PC в Институте аналитического приборостроения Г.В. Лебедевым и Н А. Тимченко).

Основными факторами, определяющими электронно-оптические параметры ЭОС, являются форма и величина электрических и магнитных полей, участвующих в формировании изображения, которые зависят от расположения в пространстве и формы полюсных наконечником магнитной линзы и электродов электростатической линзы, а так же от величины ускоряющего напряжения и возбуждения магнитных линз. Основным условием уменьшения хроматической аберрации является увеличение напряжённости электрического поля в точке выхода электронов из твёрдого тела. В конструктивной схеме иммерсионного объектива с ускорением электронов перед объективом, максимальная напряжённость электрического поля на оси, для уменьшения хроматической аберрации может быть получена, если использовать малое отверстие в электроде, совмещённым с анодом. Это уменьшает эффективность сбора объективом электронов выходящих из объекта.

Из выполненных экспериментов следует, что изменяется не только величина, но и характер зависимости распределения осевой и радиальной компонент электрического поля при изменении расстояния до оптической оси. Радиальная составляющая электрического поля в прикатодной области достигает нескольких процентов от осевой составляющей при максимальном поле зрения объектива (радиальная составляющая однородного поля плоского конденсатора отсутствует). Это значит, что использование однородного поля при моделировании иммерсионного объектива может приводить к большим погрешностям. Анализ распределения осевой электрической компоненты в области ускоряющего промежутка показывает: 1 - что имеет место значительное отличие характера получаемого поля от однородного, создаваемого плоским конденсатором и 2 - что имеет место отличие характера зависимости распределения осевой электрической компоненты Ej от расстояния до оси.

При оптимизации методом перебора размеров и форм основных конструктивных элементов, влияющих на распределение магнитного поля, оперировали диаметрами каналов в полюсных наконечниках, шириной зазора, расстоянием до объекта, ускоряющим напряжением. Возбуждение магнитной линзы изменялось так, чтобы поверхность объекта всегда была четко сфокусирована.

Диаметр отверстия в ускоряющем электроде - аноде влияет на электронно-оптические характеристики магнитной линзы. Увеличение диаметра отверстия в аноде приводит к уменьшению дисторсии за счёт увеличения области ускорения электронов, но, одновременно, приводит к увеличению как сферической, так и хроматической аберраций из-за уменьшения напряжённости поля вблизи объекта. Уменьшение же диаметра отверстия в аноде, так же как и использование однополюсной линзы, приводит к уменьшению поля на объекте, из которого выходят электроны.

Проводились расчёты иммерсионных линз автоэмиссионных электронных пушек с наложенными магнитными полями. Были рассчитаны радиусы кружков рассеяния, обусловленных хроматической Гхр и сферической Гсф аберрациями, отнесённые к плоскости объекта . иммерсионной линзы, для различных апертурных углов а. Наблюдается снижение сферической и хроматической аберраций с применением дополнительного магнитного поля.

Для исследования объективов низковольтного ЮМ были выбраны наиболее на наш взгляд реальные конструкции, которые планируется внедрить в производственную практику в НПО «Орион». Для выбранной геометрии системы формирования низкоэнергетичного электронного пучка было проведено моделирование режимов работы при изменении энергии падающих на объект электронов в пределах 100 - 1000 В при постоянном ускоряющем напряжении электронной пушки равном 10 кВ. Использование в колонне низковольтного растрового электронного микроскопа объективной линзы с торможением пучка электронов позволяет уменьшить протяжённость области, где энергия электронов мала (и, соответственно, влияние «паразитных» полей велико) до нескольких миллиметров, что должно способствовать повышению реального разрешения.

Была прослежена зависимость изменения диаметра выходного пучка от ускоряющего напряжения, а также зависимость изменения диаметра выходящего пучка от ширины немагнитного зазора линзы. Для каждого варианта ЭОС была рассчитана дифракционная ошибка, при апертурном угле 0,5° и при различных энергиях электронов на образце. Из полученных данных видно, что лучшие результаты получаются при торможении пучка электронов непосредственно перед объектом. Лучшие результаты получаются также с линзой, имеющей немагнитный зазор 3 мм. При этом обеспечивается минимальный диаметр зонда в 30 ангстрем при ускоряющем напряжении 300 В. Комбинированная система, состоящая из магнитной линзы и совмещённой с ней электростатической линзой обеспечивает меньший размер пучка, нежели отдельно взятая электростатическая или магнитная линзы.

В шестой главе рассматриваются системы динамической фокусировки пучков заряженных частиц. При отклонении пучка увеличивается отрезок от объектива до мишени. Это приводит к увеличению аберраций. Сферическая и хроматическая аберрации линз значительно возрастают.

В тонко-зондовых системах, например в установках прецизионной литографии, в установках для измерения линейных размеров топологических элементов ИС и др, необходимо обеспечивать сохранение заданных формы и размера пучка заряженных частиц при позиционировании по максимально возможной поверхности объекта. Поэтому динамическая фокусировка особенно необходима. В настоящей главе анализируются ошибки, возникающие при динамической фокусировке в электронно- и ионно-оптических системах.

Известно, что разброс энергии электронов в пучке в первом приближении определяется выражением:

где а - угловая апертура пучка; - диаметр кроссовера; В - электронная яркость источника, Т - температура катода; к - коэффициент пропорциональности, а диаметр пучка

где СХр - коэффициент хроматической аберрации объектива, Оц - угловая апертура пучка на мишени. Аксиальная хроматическая аберрация ограничивает плотность тока в пучке, поперечная хроматическая аберрация ограничивает размеры поля сканирования (21) Анализ зависимости различных аберраций от выбора схемы системы "фокусировка-отклонение" показывает, что для выбора приемлемого варианта необходимо подбирать конфигурацию как линзы, так и отклоняющей системы и их взаимное расположение.

АЕкк[(аВс1,)т/Т1М),

(3)

ай = Схр(Д£/£)а,

(4)

При сканировании пучка сохранение заданных формы и размера пучка заряженных частиц может осуществляться путём выполнения уравнения Ньютона. Однако, препятствием этому является тот факт, что поверхность фокусировки пучка не совпадает с плоскостью перпендикулярной оптической оси. Несовпадение поверхностей идеальной фокусировки и мишени приводит к расфокусировке пучка.

При отклонении пучка с увеличением (или уменьшением) расстояния до объекта при сохранении расстояния до предмета изменяется не общее увеличение (или уменьшение) системы, а только рабочий отрезок. В ряде случаев этим фактором пренебрегают. При уменьшении оптической силы линзы обе главные плоскости смещаются к её центру. Это приводит к тому, что при уменьшении оптической силы линзы увеличивается не расстояние от предмета до главной плоскости, а расстояние от изображения до главной плоскости. При изменении только расстояния от главной плоскости до поверхности объекта и сохранение диаметра пучка за счёт изменения оптической силы линзы приводит к полному нарушению основного закона оптики - закона Ньютона. Опыт показал, что в установках высокого разрешения, например в РЭМ и установках прецизионной электронной литографии, этот фактор становится существенным.

Исследование показало, что система динамической фокусировки должна обеспечивать смещение главных плоскостей линзы одновременно с изменением расстояния до объекта. Это означает необходимость физического перемещения электронной линзы с одновременным изменением её оптической силы к1., Однако следуетучитывать, что при быстрых изменениях возбуждения магнитной линзы из-за большой индуктивности обмотки возбуждения с сердечником, влияние токов Фуко в магнитопроводе, затухание которых может доходить до десятых долей секунды, и наличия гистерезиса магнитного материала воспроизводимость фокусировки линзы нарушается

При отклонении пучка возникают аберрации: изотропная, анизотропная дисторсии, астигматизм, расфокусировка пучка за счёт кривизны поля и дополнительные аберрации -это расфокусировка пучка, увеличение диамегра пучка за счёт дополнительной сферической аберрации. Как было показано в главе 2, дополнительные катушки вносят дополнительные аберрации, главной из которых является сферическая аберрация

Впервые проведён полный аберрационный анализ разных систем динамической фокусировки Были рассчитаны зависимости коэффициента сферической аберрации С? ф от длины луча и приращения диаметра пучка от рабочего отрезка для различных фокусных

расстояний объектива и для разных параметров полюсного наконечника при угловой апертуре пучка а — 4-10'5 рад без учета астигматизма. Для компенсации изменения расстояния от главной плоскости объектива до объекта обработки Я на величину АН необходимо перемещении поля объектива на величину Получены зависимости необходимого перемещения поля электронной линзы вдоль оси т. Численные исследования показали возможность перемещения поля линзы вдоль оси путем использования многощелевых (многоэлементных) или многоэлектродных систем.

Впервые предложены линзы (многощелевая магнитная линза и многоэлектродная электростатическая линза), которые представляют собой новые электронно-оптические элементы с необычными оптическими свойствами

В заключении подводятся итоги проделанной работы. Сформулированы основные результаты, полученные в диссертации Показано, как при проектировании электронно- и ион-но-лучевого оборудования необходимо правильно выбрать электронно-оптические элементы, обеспечивающие достижение наивысших показателей качества проектируемого оборудования.

Полученные данные функциональных элементов могут быть использованы при проектировании нового и модернизации имеющегося электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования и приборов в целях совершенствования аналитических, контрольно-измерительных и технологических операций при производстве приборов микроэлектроники

( Стоя )

Рис. 9. Блок-схема выбора конструкции линзы

Разработан алгоритм анализа вариантов, основанный на составлении, так называемой матрицы оптимизации. Он позволяет оптимизировать (в первом приближении) принимаемое решение при наличии набора возможных конкурирующих вариантов решений путем определения интегрального показателя качества с учетом ограничений, накладываемых на решение условиями постановки задачи. На рис. 9 представлена блок-схема программы выбора конструкции линзы.

Полученные результаты и выводы:

На основании обобщения опыта создания и эксплуатации электронно-лучевого и ион-но-лучевого прецизионного оборудования с использованием методов и алгоритмов научно-исследовательских, контрольно-диагностических и технологических операций в работе выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, решены расчётно-теоретические, проектные и технологические задачи, которые легли в основу разработок новых и модернизации эксплуатируемых функциональных устройств и элементов электроннолучевого и ионно-лучевого прецизионного оборудования различного назначения.

В процессе работы были получены следующие результаты:

1. Проведённый анализ применения электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования показал, что оно широко используется не только в общенаучных интересах, но и при контрольно-измерительных операциях на промежуточных стадиях изготовления изделий микроэлектроники, обеспечивая повышение выпуска годных изделий и повышая их надёжность и непосредственно в технологических процессах. Это накладывает жёсткие ограничения на конструкции таких функциональных элементов электронно-оптических систем как электронные линзы. Следовательно, для успешной модернизации или разработки нового оборудования необходимо было выполнить всестороннее и более тщательное исследование электронных линз.

2 Системный анализ магнитных электронных линз, способных фокусировать пучки заряженных частиц в широком диапазоне энергией, используемых при проектировании нового электронно-лучевого оборудования, позволил проследить влияние эволюции конфигураций магнитопроводов на эксплуатационные характеристики линз. Выявить артефакты, возникающие как при проектировании магнитопровода, так и при несимметричном расположении обмоток возбуждения. Показано, что несимметричное расположение катушек возбуждения и введение в канал магнитопровода дополнительных источников аксиально-симметричного магнитного поля приводит к ухудшению расчетных характеристик линзы. Получены аналитические зависимости: - размеров магнитных электронных линз от величины немагнитного зазора; - зависимость основных элементов распределения магнитной индукции от величины диаметров каналов в полюсных наконечниках несимметричных магнитных линз. Предложен алгоритм поиска конфигурации магнитопровода при проектировании электронно-оптических систем электронно-лучевого оборудования. Результаты исследований и внедрение ряда конструктивных решений в разработки электронных микроскопов и технологических установок позволило создать оборудование, отвечающее современным требованиям технологии.

3. Систематизирована зависимость между геометрическими размерами элементов электродов и электронно-оптическими характеристиками высоковольтных электростатических иммерсионных и одиночных линз. Анализ электронно-оптических свойств высоковольтных электростатических линз, используемых при формировании ионных пучков в ионно-лучевых установках позволил методом вычислительного эксперимента выявить наилучшие конструктивные решения фокусирующих систем. На основании этих исследований предложена конструкция ионно-оптической системы, использованная при создании ионно-лучевых установок высокого разрешения.

4 Выполненный анализ электронно-оптических систем с линзами, использующими совмещённые (наложенные) аксиально-симметричные электростатические и магнитные поля в качестве объективов для ФЭМ, в низкоэнергетичных РЭМ, в электронных пушках с «замаг-ничиванием» электронного пучка показал, что при использовании совмещенных (наложенных) полей снижается сферическая аберрация в зависимости от степени наложения полей Выявлено влияние степени наложения полей друг на друга на аберрации системы Методом численного моделирования получены данные для проектирования таких систем

5 Показано, что использование катушек динамической фокусировки в ЭОС приводит к нарушению условий уравнения Ньютона Выполненный аберрационный анализ систем динамической фокусировки пучков заряженных частиц позволил выявить зависимость величины сферической аберрации от фокусного расстояния объектива и поля сканирования Показано, что при отклонении пучка от оси, необходимо перемещать фокусирующее поле объектива вдоль электронно-оптической оси в сторону изображения Найдены зависимости величины необходимого перемещения фокусирующего поля объектива для сохранения требований уравнения Ньютона при сканировании пучка Из анализа систем с перемещаемым полем многощелевого объектива сделан вывод, что объектив должен иметь достаточное и необходимое количество магнитных зазоров Возбуждение в каждом из зазоров должно производиться по определённому закону Разработан алгоритм для расчёта зависимости величины управляемого возбуждения магнитного и электростатического объектива, обеспечивающих увеличение поля сканирования при сохранении разрешающей способности Определены их пределы

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1 Васичев Б Н, Фатьянова Г И, Смольянинов В Д, Потапкин О Д Ионно-зондовые системы ионно-лучевых установок // Известия Академии Наук Р Ф, сер Физич Т 66 №9 стр 1332-1335 2002

2 Васичев Б Н, Фатьянова Г И. Анализ процесса формирования электронно-лучевых голограмм Фурье с помощью управляемых электронно-оптических транспорантов // Известия Академии Наук Р Ф, сер Физич Т 66 №9 стр 1358-13 64 2002

3 Васичев Б Н, Фатьянова Г И, Куликов Ю В, Смольянинов В Д Моделирование ионно-зондовых систем ионно-лучевых установок с жидкометаллическим и плазменным источником ионов малых размеров // «Прикладная физика», № 4, стр 80-89, 2002 г

4 Васичев Б Н, Фатьянова Г И. Методы электронной микроскопии как средство неразру-шающего локального контроля за технологическими процессами при изготовлении приборов ИК-техники// Изввестия Академии Наук Р Ф, сер физич №4 Т 67 стр 560-565 2003 г

5 Васичев Б Н, Фатьянова Г И Телепортация квантовых полей и их материализация в виде топологического рельефа наноструктур//Прикладная физика В6 стр 35-38 2003

6 Васичев Б Н, Фатьянова Г И Перспективы использования высокотемпературных сверхпроводников в электронной оптике // Известия Академии Наук Р Ф, сер Физич Т 67 №4 стр 542-545 2003

7 Васичев Б Н, Фатьянова Г И, Филачев А М, Пономаренко Локальные методы диагностики и оборудование для контроля за технологическими процессами изготовления приборов ИК-техники//Прикладная физика № 4 стр 110-119 2003 г

8 Васичев Б Н, Фатьянова Г И Ионно-зондовые системы для ионно-лучевых технологических установок // Прикладная физика № 4 стр 49-53 2003 г

9 Васичев Б Н, Фатьянова Г И Исследование электростатических ионно-оптических систем ионно-лучевых зондовых устройств // Известия Академии Наук Р Ф, сер Физич Т 67 №9 стр 539-541 2003

10 Васичев Б Н, Фатьянова Г И., Куликов Ю В Формирование электронных пучков малого сечения с энергией до 100 эВ в РЭМ //Прикладная физика В 1 стр 93 - 97 2004

11 Васичев Б Н, Фатьянова Г И Телепортация квантовых электромагнитных микрополей как средство формирования микро- и наноструктур // Известия Академии Наук Р Ф, сер Фи-зич Т 67 №4 стр 560-562 2003

12 Фатьянова Г И, Васичев Б Н Электронные линзы как элементная база элионного оборудования //Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, тезисы докладов, Москва МИЭМ, стр 464 - 465 2004 г

13 Васичев Б Н, Пономаренко В П, Фатьянова Г И, Филачев А. А Электронно- ионнно- лучевое оборудование в технологическом процессе изготовления приборов ИК-техники // Тезисы докладов 17-й Междунар н-т конф по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва НТЦ ГУЛ «НПО»Орион», с 81,2002 г

14 Васичев Б Н, Куликов Ю В, Фатьянова Г И, Потапкин О Д Моделирование ионнозон-довых систем для ионно-лучевых технологий // Тезисы докладов 17-й Междунар н-т конф по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва НТЦ ГУЛ «НПО»Орион», с 150, 2002 г

15 Васичев Б Н, Фатьянова Г И, Куликов Ю В, Потапкин О Д Исследование ионно-оптических систем ионно-лучевых зондовых устройств / / Тезисы докладов 19-й российской конференции по электронноймикроскопии, г Черноголовка, РАН с 62,2002 г

16 Фатьянова Г И, Васичев Б Н, Телепортация квантовых электромагнитных микро-полей, как средство формирования микро- и нано- структур // Тезисы докладов 19-й российской конференции по электронной микроскопии, г Черноголовка, РАН с 63-64,2002 г

17 Фатьянова Г И, Васичев Б Н, Методы электронной микроскопии как средство неразру-шающего контроля за технологическим процессом // Тезисы докладов 19-й российской конференции по электронной микроскопии, г Черноголовка, РАН с 65,2002 г

18 Фатьянова Г И, Васичев Б Н, Перспективы использования высокотемпературных сверхпроводников в электронно-оптических элементах электронных микроскопов и электроннолучевом технологическом оборудовании // Тезисы докладов 19-й российской конференции по электронной микроскопии, г Черноголовка, РАН с 66,2002 г

19 Васичев Б Н, Фатьянова Г И Анализ и оптимизация параметров ионного источника с равномерным распределением дозы облучения мишени ионами без привнесения дополнительной дефектности на формируемые слои ИК-техники //Тезисы докладов Шестого Всероссийского семинара «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики» 28-30 мая 2003г Москва ГНЦ РФ ГУЛ «НПО»Орион», стр 54,2003 г

20 ВасичевБ Н, Фатьянова Г И, КуликовЮ В Исследование объективных магнитных электронных линз электронно-зондового оборудования // Тезисы докладов Шестого Всероссийского семинара «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики» 2830 мая 2003г Москва ГНЦ РФ ГУЛ «НПО»Орион», стр 58, 2003 г

21 ВасичевБ Н, Фатьянова Г И, КуликовЮ В Формирование электронного пучка с повышенной плотностью тока // Тезисы докладов 13-го Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел «РЭМ-2003» 2-6 июня 2003г г Черноголовка РАН

22 ВасичевБ Н, Фатьянова Г И, КуликовЮ В Перспективы использования материалов с прямоугольной петлёй гистерезиса в электронно-оптических функциональных элементах // Тезисы докладов 13-го Российского симпозиума по растровой и электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел «РЭМ-2003» 2-6 июня г Черноголовка РАН

20ОЗг

23 ВасичевБ Н., Фатьянова Г И., КуликовЮ В Формирование электронных пучков малого сечения с энергией около 100 В в растровых электронных микроскопах, электроннооптиче-ских вычислителях и устройствах нанотехнологии // Тезисы докладов 13-го Российского

симпозиума по растровой и электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел «РЭМ-2003».2-6 июня. г. Черноголовка.. Москва. РАН. 2003г.

24. Фатьянова Г.И., ВасичевБ.Н. Динамическая фокусировка пучков заряженных частиц и компенсация аберрации, вызванной кривизной поля сканирования // XX Российская конференция по электронной микроскопии. 1-4 июня. Г.Черноголовка РФ. Тезисы докладов. Стр.123.2004.

25. Фатьянова Г.И., Махов Д Ю. Детектор медленных электронов с цилиндрической электростатической линзой для низковольтных РЭМ // XX Российская конференция по электронной микроскопии. 1-4 июня. Г.Черноголовка РФ. 2004. Тезисы докладов. Стр.124.

26. Фатьянова Г.И, Махов ДЮ. Анализ влияния конфигурации магнитопровода низковольтных электронных магнитных линз на электронно-оптические характеристики электронного пучка // XX Российская конференция по электронной микроскопии. 1-4 июня. Г.Черноголовка РФ. 2004. Тезисы докладов. Стр. 125.

27. Васичев Б.Н., Фатьянова Г.И. Изучение конструктивных особенностей и физических свойств функциональных элементов вакуумных электронно- и ионно-лучевых систем и установок. Метод. Указания к лабораторным работам. МИЭМ 2004.

28. Васичев Б.Н., Фатьянова Г.И. Ионно-зондовые системы для ионно-лучевых технологических установок. Прикладная физика 4, стр.49 - 53,2003.

29. Васичев Б.Н., Фатьянова Г.И. Изучение конструктивных особенностей и физических свойств функциональных элементов вакуумных электронно- и ионно-лучевых систем и установок: электронных линз, электронных зеркал, электронных призм. Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Вакуумная и плазменная электроника» и « Оборудование микроэлектроники» МИЭМ. 2004.

30. Васичев Б.Н, Фатьянова Г.И. Определение производственных характеристик оборудования электронной техники. Метод. Указания к выполнению курсовой работы по дисциплинам «Вакуумная и плазменная электроника» и « Оборудование микроэлектроники» МИЭМ. 2004.

31. Васичев Б.Н., Фатьянова Г.И. Динамическая фокусировка электронных и ионных пучков. Методические указания для самостоятельной работы студентов. МИЭМ. 2004.

32. Фатьянова Г.И, Васичев Б.Н, Махов Д Ю. Формирование электронного пучка с повышенной плотностью тока при его сканировании. "Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России" № 3, стр. 44 - 48.2004.

33. Фатьянова Г.И., Васичев Б.Н., Куликов Ю.В., Гореликов А.В., Махов ДЮ. Формирование электронных пучков малого сечения с энергией около 100 эВ в растровой электронной микроскопии, электронно-оптических вычислителях и устройствах нанотехнологии. "Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России" № 3, стр. 49 - 52.2004.

34. Фатьянова Г.И, Васичев Б.Н. Разработка ионно-лучевой установки - УИЛТ-Э. Труды инженерно-экономического института. Вып.4. стр.268-271. - М.: Изд-во Россельхозакадемии, 2004г.

Подписано к печати * 12. 05 2005 г. Отпечатано в типографии МИЭМ. Москва, ул. М. Пионерская, 12 Заказ № "106 ■ Объем п л. Тираж 100 экз.

(' .f." ,. i « \

i

J

09 ИЮН 2005

Введение

Глава 1 Электронно- и ионно-лучевое оборудование и его применение в исследовании материалов, контроле полупроводниковых приборов и в осуществлении технологических процессов микроэлектроники

1.1 Аналитическое оборудование

1.2 Электронно-лучевые методы диагностики и контроля для выполнения технологических операций.

1.3 Контроль и диагностика с помощью электронно- и ионно-лучевого оборудования.

1.4 Методы электронно-лучевой технологии.

2.2 Исследование магнитных электронных линз с различной формой магнитопровода .51

2.3 Исследование влияния конфигурации магнитопровода на степень его насыщения.74

2.4 Исследование влияния МДС линзы на величину и конфигурацию распределения магнитной индукции на оптической оси линзы.77

2.5 Исследование влияния расположения катушки возбуждения на распределение индукции поля на электронно-оптической оси в магнитных линзах.84

2.6 Исследование симметричных линз без насыщения материала магнитопровода с разной формой панциря и полюсных наконечников.101

2.7 Выводы.124

2.8 Литература. 127

Глава 3 Исследование свойств электростатических электронных линз, предназначенных для различного по назначению микрозондового электронно- и ионнолучевого оборудования.128

3.1 Введение.128

3.2 Моделирование иммерсионных линз.132

3.3 Исследование электростатических фокусирующих систем.159

3.4 Выводы.169

3.5 Литература.170

Глава 4 Исследование функциональных элементов ионной оптики ионно-зондовых установок.171

4.1 Введение.171

4.2 Метод моделирования ионно-зондовых систем.171

4.3 Исследование ионно-зондовых систем с острийным жидкометаллическим и плазменным эмиттером.177

4.4 Выводы.192

4.5 Литература.194

Глава 5 Анализ основных электронно-оптических характеристик электронно-оптических систем с совмещёнными в пространстве осесимметричными электростатическими магнитными полями.195

5.1 Анализ систем с совмещёнными полями.195

5.2 Выводы.217

5.3 Литература.218

Глава 6 Исследование систем динамической фокусировки пучков заряженных частиц.219

6.1 Введение.219

6.2.Влияние хроматической аберрации на плотность тока электронного пучка.220

6.3 Влияние отклонения пучка от оптической оси при обработке плоского объекта на плотность тока электронного пучка.222

6.4 Исследование процесса возникновения дополнительных аберраций, связанных с изменением увеличения линз при отклонении пучка от оптической оси.226

6.5 Анализ систем "фокусировка - отклонение" пучка.228

6.6 Анализ возможности перемещения поля объектива. 235

6.7 Выводы.238

6.8 Литература. 239

7 Заключение.240

8 Выводы

244

Введение

Непрерывное совершенствование технологий исследования материалов и производства изделий приборов электронной техники, микроэлектромеханических и микрооптоэлектромеханических систем, элементов нанотехнологии ставит всё новые задачи перед исследователями и разработчиками оборудования приборов электронной техники. Совершенствование имеющегося и создание нового оборудования, удовлетворяющего современным потребностям технологии, нуждается в развитии и совершенствовании элементной базы этого оборудования, в частности электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования, опережающими темпами. Переход технологии в субмикронный диапазон линейных размеров, а в контрольно-диагностическом процессе до долей нанометра, обострил потребность в повышении качества электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования, которого невозможно достичь без изучения всех особенностей, влияющих на результаты проектирования этих элементов.

Цель и задачи работы состоят в проведении теоретических, экспериментальных и расчётно-конструкторских работ, направленных на расширение возможностей и повышение технического уровня электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования и приборов микроэлектроники и наноэлектроники.

В соответствие с поставленной задачей в диссертационной работе проведено исследование и разработка методов и средств повышения технического и эксплуатационного уровня элементной базы специализированного и общенаучного электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования, обладающего высокой разрешающей способностью и формирующего пучки заряженных частиц в широком диапазоне ускоряющих напряжений (100 В - 5 MB) с минимальными размерами сечения до 5 - 3 нм, обеспечивающего исследование материалов и контроль за технологическими процессами с разрешающей способностью менее 0,1 нм, осуществляющими формирование микроструктур с линейными размерами до 0,13 - 0,05 мкм.

В работе использованы методы физического моделирования и имитационного моделирования - современные методы численного моделирования. Выполненный комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, позволяет модернизировать широко используемое специализированное и разрабатывать новое высокоэффективное электронно-лучевое и ионно-лучевое оборудование микроэлектроники. Результаты диссертационной работы использованы при модернизации и разработке новых типов электронно-лучевых и ионно-лучевых установок и приборов. Научно-техническая перспектива дальнейшего развития современных технологий обусловлена развивающимися потребностями потребительского рынка.

В диссертации представлены результаты исследований основных функциональных элементов электронно- и ионно-оптических систем электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования микроэлектроники - магнитных и электростатических электронных линз, используемых в качестве объективов, конденсоров, проекционных и прикатодных линз и т.д. Выявлены особенности различных конструкций электронных линз: магнитных, электростатических, линз с наложенными электростатическими и магнитными полями. Получены сведения об электронно-оптических и рабочих характеристиках этих линз. Выявлено влияние эволюции конфигурации магнитопровода линз на их электронно-оптические и рабочие характеристики. Исследованы объективы с системами динамической фокусировки пучка. Показано, что для сохранения условия фокусировки Ньютона необходимо перемещать объектив в сторону объекта. Получены зависимости величины перемещения объектива при отклонении пучка для сохранения фокусировки. Предложен метод управления перемещением поля объектива. Разработаны конструкции таких объективов. Исследованы системы с совмещёнными магнитными и электростатическими аксиальносимметричными полями, позволяющие снизить величину аберраций.

Свойства электронно-оптических систем существенно меняются при различных вариантах решений конструкции отдельной электронной линзы. В этих случаях необходим анализ имеющегося набора возможных решений в целях поиска условий оптимизации принимаемых решений. При проектировании электронно- лучевого и ионно-лучевого оборудования необходимо правильно выбрать электронно-оптические элементы, обеспечивающие достижение наивысших показателей качества проектируемого оборудования. Приведённые в диссертации данные дают возможность конструировать электронно-оптические системы высокоэффективного аналитического и технологического электронно-лучевого и ионно-лучевого оборудования.

Результаты диссертации внедрены в НИИ электронной и ионной оптики ГУП «НПО»Орион», а так же использованы в учебном процессе МИЭМ. Они обсуждались на: «Всероссийских семинарах по проблемам теоретической и прикладной электронной и ионной оптики», «Российских конференциях по электронной микроскопии», «Российских симпозиумах по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твёрдых тел», «Международных конференциях по фотоэлектронике и приборам ночного видения», «Научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ» и др.

Материал диссертации опубликован в журналах: «Известия РАН. Серия физическая», «Прикладная физика», «Оборонный комплекс народному хозяйству», Труды МИЭМ.

1.5 Заключение

Анализ современного состояния в области электронно- и ионно-лучевого оборудования и методов контроля, диагностики и непосредственно технологии изготовления изделий микрофотоэлектроники, как и микроэлектроники в целом показывают, что поситоянно идёт процесс поиска и разработка новых методов и технологий, позволяющих смовершенствовать электронно- и ионно-лучевое оборудование. Совершенствованию этого оборудования предшествуют научные исследования и разработка новой элементной базы, которая включает в себя разработку новых методов исследования и моделирования элементов электронной и ионной оптики, разработку конструкции новых электронных линз (магнитных и электростатических), катодов, электронных пушек, систем управления позиционированием пучков заряженных частиц (квадруполей, октуполей и мультиполей), сбора и регистрации вторичных излучений (в том числе вторичных электронов), вызванных бомбардировкой мишени пучками ускоренных электронов и ионов, и др. устройствами, обеспечивающими функционирование перечисленных элементов электронной оптики. Сейчас, когда электронная оптика перешагнула диапазон, соответствующий единицам ангстрем (просвечивающая электронная микроскопия) и даже долей ангстрем (растровая электронная микроскопия), а технологическое оборудование 0,13 мкм (электронная литография), ведутся работы по овладения нанометровым диапазоном в нанотехнологии. Начаты работы по созданию микропроцессоров на свободных электронных пучках, управляемых элементами электронной оптики, что позволит увеличить быстродействие современных машин в 1000 раз.

Всё это свидетельствует о том, что без дальнейшего исследования и развития элементной базы электронной оптики невозможно поступательное развитие новой технологии и техники, а значит, настоящая работа является актуальной.

1. Alfred Seeger. Four generations of high-voltage electron microscopes (четыре поколения высоковольтных электронных микроскопов). Journal of microscopy 48(4): 301 — 315 (1990).

2. Filachov A., Moseev V., Stoyanov P., Vasichev B. Super high-voltage electron microscope SVEM-1 // Fifth International Conference on Electron Beam Technologies (EBT 97) Varna, Bulgaria, 1997.

3. Филачёв A.M., Васичев Б.Н., Макарова И.С. и др. Анализ возможности использования сверхвысоковольтного электронного микроскопа «СВЭМ-1» для исследования радиационной стойкости материалов // Прикладная физика. 1998. в.3-4. с. 19 24.

4. Васичев Б.Н. Развитие сверхвысокоэнергетичной электронной микроскопии.// Известия АН СССР. Сер. Физ. 1980. т. 44. №6. с. 1266- 1271.

5. Васичев Б.Н. Растровый электронный микроскоп с релятивистской энергией электронов // Сб. докл. «Приборы для научных исследование». Т.2. изд. Секретариат СЭВ. М.: 1980.

6. V. A. Zworykin, J. Hillier, R. L. Snyder. ASTM Bull. 117 (1942) 15.

7. Жуков B.A// Тез.докл. XVIII российской конференции по электронной микроскопии. Черноголовка. Россия. 2000. с. 111.

8. Проспект фирмы Akashi Seisakusho, Ltd.

9. N. Nagatani, S. Saito, M. Sato and M. Yamada, Scanning Microsc. 1(1987) 901.

10. R. Buchannan and W.C. Nixon, in: Proc. 3rd Eur. Reg. Conf. On Electron Microscopy, Prague, v. A (CSAV, Prague, 1964. p.l 19.

11. R.S. Paden and W.C. Nixon, J. Phys. T (Sci. Instr.) 2 (1968) 1073.

12. R.D. Hoare and H. Ahmed, in: Proc. On Scanning Electron Microscopy: Systems and Applications, Newcastle (1973) 64.

13. Y.W. Yau, R.F.W. Pease, A.A. Iranmanesh and K.J. Polasko, J. Vac. Sci. Technol. 19 (1981) 1048.

14. Т.Н. Newman and R.F.W. Pease, Stanford University, 1983, preprint.

15. H. C. Chu and E. Munro, J. Vac. Sci. Technol. 19 (1981) 1053.

16. R.K. Garg, Ultramicroscopy 7 (1982) 441.

17. R.K. Garg, H. Buttner and G. Woinberg, in: Proc. 8th EUREM, Budapest, Hungary, 1984, v. 1.p. 569.

18. О. Scherzer, Ultramicroscopy 9 (1982) 385.

19. J. Zach and H. Rose, Scanning 8 (1986)285.

20. H.Rose, Optik 33 (1971) 1.

21. D.H.Narum and R.F.W. Pease, J. Vac. Sci. Technol. В 6 (1988) 966.

22. E. Munro, J. Orljff, R. Rutherford and J. Wallmark, J. Vac. Sci. Technol. В 6 (1988) 1971.

23. J. Frosien, E. Plies and K. Anger, J. Vac. Sci. Technol. В 6 (1989) 1874 24.1. Mullerova and M. Lenc, Microchim. Acta 102 (1992).

24. T. Mulvey, Magnetic Electron Lenses, Ed. P. Hawkes (Springer, Berlin, 1982) p. 359.

25. M. Lenc and I. Mullerova, in: Proc. EUREM 88, York, England, 1988, v. 1, p. 117.

26. Philip Batson, Thomas J Watson, Ondrej Krivanek andNiklas Dellby//Nature 2002.418 617.

27. Фатьянова Г.И., Куликов Ю.В., Васичев Б.Н.// Прикладная физика 2004, № 1, стр. 93 -97.

28. Е. Bauer, R. Mundschau, W. Swiech and W. Telieps, Ultramicroscopy 31 (1989) 49.

29. G.F. Rempfer and O.H. Griffith, Ultramicroscopy 27 (1989) 273.

30. W. Engel, M.T. Kordesch, H.H. Rotermund, S. Kudala and A.V. Oertzen, Ultramicroscopy 36 (1991) 148.

31. W. Telieps and E. Bauer, Ultramicroscopy 17 (1985) 57.

32. H. Liebl, Optik 80 (1988) 4.

33. A. Delong and V. Drahos. J.Phys. E 1 (1968) 197.

34. A. Delong and V. Drahos.in: Proc. 7th Int. Congr. On Electron Microscopy, Grenoble, 1970, v.l,(Soc. Fr. Microsc. Electron., Haris, 1970) p. 197.

35. A. Delong and V. Drahos, Nature (Phys. Sci,) 230 (1971) 196.

36. A. Delong and V. Drahos, V. Kolarik and M. Lenc, in: 5th Czech. Conf. on Electronics and Vacuum Physics, Brno, 1972, paper I.c) 6.

37. M. Lenc, in: 5th Czech! Conf. on Electronics and Vacuum Physics, Brno, 1972, paper I.c) 4.

38. Delong and V. Kolarik, Ultramicroscopy 17 (1985) 67.

39. T. Ichinkawa, in: Proc. 12th ICXOM (Acad. Min. and Mttallurgy, Cracow) p. 25.

40. T. Ichinokawa, Y.Ishikawa, M. Kemmochi and N. Ikeda, Scanning Microsc. Suppl. 1 (1987) 93.

41. T. Ichinokawa, in: Proc. 12th Int. Conf. For Electron Microscopy, Seattle, WA, 1990 (San Francisco Press, San Francisco, 1990) p. 302.

42. G. Mollenstedt and F. Lenz, Advances in Electronics and Electron Physics, v. 18. (Academic Press, New York, 1963).

43. V. Drahos, A. Delong V. Kolarik and M. Lenc, J. Microscopie 18 (1973) 135.

44. J. Witzani and E.M. Horl, in: Proc. 6th Eur. Congr. On Electron Microscopy, Jerusalem, 1976, v. I, p. 324.

45. R.E. Ogilvie, M.A. Schippert, S.H. Moll and D.M. Koffman,

46. E. Bauer, Ultramicroscopy 17 (1985) 51.

47. E. Bauer and W. Telieps, Scanning Microsc. Suppl. 1 (1987) 99.

48. R.F.M. Thorneley, in: Proc. 2nd Eur. Reg. Conf. on Eltctron Microscopy, Delft, 1960, v. 1. (NVEM, Delft, 1960), p.173.

49. J.B. Pawley, Scanning Microscopy, 12 (1990) 22.

50. J.B. Pawley, in: Proc. 12th Int. Conf. for Eltctron Microscopy, Seattle, WA, 1990 (San Francisco Press, San Francisco, 1990) p. 364.

51. J. Zach, Optik 83 (1989) 30.

52. I. Mullerova and M. Lenc. Some approaches to low-volyage scanning electron microscopy//Ultramicroscopy 41 (1992) p. 399-410.

53. Васичева Б.Н. Fifth Seminar on Problems of Teoretical and Applied Electron and Ion Optics, 2001, Moscow, Russia//Proceedings of SPIE, Vol. 5025, Washington, 2001.

54. Васичева Б.Н., Фатьяновой Г.И. //Известия Академии Наук. Сер. Физ., 2002, т. 66,№ 9, с. 1358-1364.

55. Васичева Б.Н., Фатьяновой Г.И. //Прикладная физика, № 6, 2003, с. 35 38.

56. Васичев Б.Н., Фатьянова Г.И. Методы электронной микроскопии как средство неразрушающего локального контроля за технологическими процессами при изготовлении приборов ИК-техники.//«Известия академии наук. Серия физическая», 2003, том 67, № 4, с. 548-553.

57. Васичев Б.Н., Филачёв A.M., Пономаренко В.П., Фатьянова Г.И. Локальные методы диагностики и оборудование для контроля над технологическими процессами изготовления приборов ИК-техники. «Прикладная физика» №4. 2003. С.110 119.

58. Гостев А.В., и др. Визуализация приповерхностной микроструктуры полупроводниковых материалов методом индукционно-зарядовой ЭДС.// Поверхность. Физика, химия, механика. 1987. N5. С. 73-81.

59. Лукьянов А.Е. и др. Визуализация рекомбинационной неоднородности полупроводниковых пластин в РЭМ с СВЧ-детектированием.// Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. вып. 10. С. 31-33.

60. Crewe Albert V. Is there a limit to the resolving power of the SEM. J. Electron. Microsc. 1986. V. 35. Suppl. N3. P. 2105-2108.российская1. ГОСУДАРСТВЕННАЯ

61. Bauer Е., Telieps W. Low energy electron microscopy. j. Elect ron. Microsc. 1986. V. 35. Suppl. N1. P. 67-70.

62. Aristov V.V., at al. Sem-tomography. j. Electron Microsc. 1986. V. 35. Suppl. N1. P.475 -476.

63. Rosencwaig A. Depth profiling of integrated circuits with thermal wave electron microscopy .Electronics Let. 1980.V. 16. N 24. P. 928-930.

64. Pay Э.И. Растровая электронная термоакустическая микроскопия твердотельных структур. Заводская лаб. 1987. Т. 53.N 10. С. 31-38.

65. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии под ред. Д.Бриггса и М.П. Сиха. М:Мир. 1987. 600 С.

66. Гоулдстейн Дж. и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. М.:Мир. 1984.1. Кн. 1 и 2.

67. Рехнер В., Шнайдер Р. Некоторые вопросы спектроскопии энергетических потерь в просвечивающей электронной микроскопии. Поверхность. Физики, химия, механика. 1987. N 10. С. 43-51.

68. Yagi Katsumichi. Reflection electron microscopy. j. Appl. Crystallogr., 1987. V.20. N3. P. 147 -160.

69. Miln R.H. Surface steps imaged by secondary electrons. Ultramicroscopy. 1989. V.27. N 4. P. 433-437.

70. Васичев Б.Н. Электронно-зондовый микроанализ тонких пленок. М:Металлургия. 1977. 239 С.

71. Методы анализа на пучках заряженных частиц//А.А. Ключников, Н.Н. Пучеров, Т.Д.

72. Чесноков, В.Н.Щербин. Киев: Наукова Думка. 1987. 152С.

73. Стрепетов А.Н., Франк А.И. Зеркальный нейтронный микроскоп с магнитной компенсацией гравитационных искажений. Журн. техн. физ.1986. Т. 56. N 9. С. 1775 1785.

74. Rich Arthur, Van House James. Physics in action. Phys. Bull. 1988. V.39. N8. P.308.

75. Nobling R. Analytical possibilities of high energy proton microprobes. J. Electron Microscopy.1986. V. 35. Suppl. l.N 1. P. 601-602.

76. Рентгеновская оптика и микроскопия. Под ред. Г. Шмаля, Д. Рудольфа. М:Мир. 1987. 464 С.

77. Hren J.J., Shedd G. Field electron emission, the atom probe and scanning tunneling spectroscopy. Ultramicroscopy. 1988. V.24. N 2-3. P.169-180.

78. Atomic resolution with atomic force microscope // G. Binning, Ch. Gerber, E.Stoll et fl. Europhys. Let. 1987. V.3.N12. P. 1281 1286.

79. Reihi В., Gimzewski J.K. Field emission scanning Auger microscope (FESAM). Sueface Sci.1987. V.189. N1-3. P. 36-43.

80. Pierce Daniel T. Spin-polarized electron microscopy. Physica Scripta. 1988. V. 38. N2. P. 291 -296.

81. Martin Lves. Photo- and Joule-displacement microscopy. Phys. Bull. 1987. V. 38. N4. P.145 -147.

82. Васичев Б.Н. и др. Установка для межоперационного контроля полупроводниковых структур микрофотоэлекгроники на работоспособность и анализа на отказ в технологическом процессе их производства // Прикладная физика. 2002. N2. С.47-57.

83. Б.Н. Васичев и др. Установка для межоперационного контроля за качеством поверхности подложек и тонких пленок микроструктур изделий микроэлектроники в технологическом процессе.// Прикладная физика. 2002. N2. С.58-67.

84. Bunshah R. F. The history of electron beam technology.-In Bakish R. Introducion to Electron Beam Technology .-New York: J.Willy a. Sons Inc., 1962

85. Bakish R. Introduction to Electron Beam Technology. New York: J. Willey a. Sons Inc., 1962.

86. Электронная плавка маталлов / Под ред. М.А.Марауха, М: Мир, 1964. - 357 с.

87. Brewer G.R. A reviw of electron and ion beam for microelectronics application.- In Bakish R.: Electron and Ion Beam Sience and Technology. 4th Int. Conf. Los Angeles, Calif, 1970.- New York: Electrohem. Soc. Inc., 1970, p. 455-488.

88. Moore D.W. Evaporation by electron bombardement heating.- In Bakish R. 2., p. 382 400.

89. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология.- М.: Энергия, 1980.

90. Кабанов А.Н., Кафафов А.А., Михайловский Г.А. // Автоматическая сварка, 1967, №3.с. 72

91. Кабанов А.Н., Михайловский Г.А., Пантелеев Н.И.// Известия АН СССР. Сер. Физ., 1968, т. XXXII, № 8, с.956.

92. Заславский А.В., Иванов М.Д. // ОМП, 1984, № 10,с. 61.

93. Бдуленко А.П., Васичев Б,Н, и дрУ/ОМП, 1990. № 2, с. 7 49.

94. Кабанов А.Н., Вольфсон Л.Ю., Клюйков А.Г. // ОМП, 1977,№ 6, с.26.

95. Ильин В.В., Клюйков А.ГУ/ Автоматическая сварка, 1967, №3.

96. Васичев Б.Н. Электронолитография. Сер. Радиотехника и связь, М.: Знание, 1982, №8.

97. Проспект фирмы JENOPTIK Raith.

98. Васичев Б.Н. Конструктивные особенности электронно-оптической системы установки прецизионной электронной микролитографии.// Известия Академии Наук, серия физическая, Т. 64, №8,2000.

99. Васичев Б.Н., Фатьянова Г.И. Ионно-зондовые системы для ионно-лучевых технологических установок. «Прикладная физика» №4. 2003. с. 49-53.

100. Васичев Б.Н., Куликов Ю.В., Ротапкин О.Д., Фатьянова Г.И. Ионно-зондовые системы ионно-лучевых установок// Известия Академии Наук, серия физическая, Т. 66, № 9, 2002, С.1332- 1335.

101. Васичев Б.Н., Фатьянова Г.И. // Прикладная физика 2003, № 6, с. 35 38.

102. Фатьянова Г.И., Васичев Б.Н. Разработка ионно-лучевой установки "УИЛТ-Э"// Труды инженерно-экономического института РЭА, вып.4, стр. 268-271,2004.

103. Глава 2. Исследование свойств электромагнитных электронных линз, используемых в широком диапазоне ускоряющих напряжений (от 0,1 кВ до 5000 кВ), предназначенных для различного по назначению микрозондового электронно-лучевого оборудования21 Введение

104. В связи с быстрым развитием и доступностью вычислительной техники возрос интерес к численному моделированию линз. Создано несколько конкурирующих прикладных программ, хотя ни одна из них не является окончательным решением обозначенной проблемы.

105. В данной работе приводятся результаты исследований последних 20-и лет, в которых автор в той или иной мере принимал непосредственное участие.

106. Электрические и магнитные поля в пакете ELIM-E, разработанной Куликовым Ю.В. рассчитываются методом интегральных уравнений. Суть этого метода будет изложена ниже.

107. Исследование магнитных электронных линз с различной формой магнитопровода

108. B(z)=|a0IN{(z+S/2)/(2D/3)2+(z-Zm-S/2)2."1/2-(z-S/2)/[(2D/3 )2+(z-Zm-S/2)2]~1 /2} /2 S.

109. Точность расчёта траекторий существенно зависит от точности задания кривой намагниченности материала и распределения магнитной индукции вдоль электронно-оптической оси.

110. Чаще всего используются электронно-оптические свойства магнитного поля с колоколо-образным распределением1. В. T/i

111. Рис. 2.1. Экспериментальные результаты и результаты аппроксимации осевого магнитного поля полюсных наконечников «работающих» без насыщения и с насыщением:1 экспериментальная кривая;2 кривая, полученная по программе «Lens-2»;

112. В = В0 e"(z/d)2 1п2; 4 - B=Bo/l+(z/a,)2.; 5-B=Bo/ch(z/a 2); 6-B=Bo/[l+(z/a3)2]3/21. Hz = Ho/l+(z/d)2.2.1)

113. Параметр к2 , от которого, согласно последнему уравнению (2.4), зависит искривление электронных траекторий, характеризует оптическую силу линзы.

114. Общее решение уравнения (2.4) можно получить, пользуясь справочником по обыкновенным дифференциальным уравнениям 107.

115. Таким образом, можно найти точки, в которых происходит фокусировка пучка. Из «уравнения изображения» 108. можно определить положение изображения на оси Z , когда последнее находится в поле линзы.

116. Это фундаментальная или стандартная система решений дифференциального уравнения представленного выше.

117. Положение плоскости изображения линзы Zi определяется первым нулём решения R(z): z, : R(zj) = 0.

118. Линейное увеличение линзы равно: М = S(zj) .Угловое увеличение линзы равно:Г = R(zi).3th величины определяют оптические интегралы для расчёта коэффициентов аберраций в плоскости изображения z0.

119. Коэффициенты аберраций вычисляются по следующим формулам:

120. Коэффициент сферической аберрации:1. А, =еМ16т1ГJ1. OL1. UB2Zn + ——B4Zn -UB2Zl Ri20 8m 01. R21. R4dz, (26)1. Астигматизм:л M f1. A2 = — 2 32 7Jzoe2 -B4Z 2e-Bz -B"z лu ZQ ZQ ZQ4m2U2mU1. R2S2 +mU