隨著微納制造技術(shù)的發(fā)展,微電子集成電路、晶體管、芯片等零部件的尺寸精度已經(jīng)邁入納米結(jié)點(diǎn),而掩膜版作為微納器件的制作母版,其幾何結(jié)構(gòu)尺寸的微小偏差將導(dǎo)致器件功能和性能的失效,其中幾何尺寸中的線(xiàn)寬值和線(xiàn)間距是制造精度的重要參數(shù),因此在微納器件制造中必須對(duì)納米級(jí)幾何尺寸進(jìn)行精密檢測(cè)。光學(xué)顯微測(cè)量法由于其非接觸、高精度、高分辨率、速度快等特點(diǎn),是微納幾何尺寸測(cè)量的主要方法。本論文在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院的“紫外微納幾何結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)裝置”基礎(chǔ)上對(duì)線(xiàn)寬測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)綜合分析了國(guó)內(nèi)外納米技術(shù)及納米結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀,介紹了國(guó)內(nèi)外的納米結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量裝置,闡述了紫外光學(xué)納米線(xiàn)寬測(cè)量裝置研究的必要性。(2)描述了紫外光學(xué)線(xiàn)寬測(cè)量光路及原理,基于科勒式照明原理,組裝了高數(shù)值孔徑的紫外聚束鏡,實(shí)現(xiàn)了50μm半徑的圓域照明視場(chǎng)及0.67的數(shù)值孔徑。設(shè)計(jì)了分光結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),分光結(jié)構(gòu)由分光鏡、調(diào)節(jié)基座、小孔位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。調(diào)節(jié)基座可以實(shí)現(xiàn)分光鏡偏擺的調(diào)節(jié),保證了物面上的待測(cè)區(qū)域成像在紫外CCD的感光面上,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量過(guò)程的可視化操作;小孔位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的孔位置調(diào)節(jié),保證物像共軛關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了PMT接收線(xiàn)寬柵格條紋的最大光通量。制作了高性能I/V轉(zhuǎn)換放大電路,可以實(shí)現(xiàn)百nA級(jí)電流檢測(cè),用于線(xiàn)寬信號(hào)的轉(zhuǎn)換和提取。(3)為實(shí)現(xiàn)對(duì)柵格掩膜版線(xiàn)寬的精確掃描,對(duì)自制納米位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了評(píng)估及校準(zhǔn)�；诩す馔獠罡缮鏈y(cè)量方法設(shè)計(jì)了一套位移臺(tái)性能測(cè)量系統(tǒng),研究了納米位移臺(tái)的校準(zhǔn)方法;位移臺(tái)未校準(zhǔn)時(shí),PZT的伸長(zhǎng)量和位移臺(tái)的位移量存在不一致現(xiàn)象,即位移機(jī)構(gòu)存在非線(xiàn)性,當(dāng)PZT伸長(zhǎng)至100μm時(shí),位移臺(tái)的X軸和Y軸方向的測(cè)試位移分別為95.947μm、97.075μm,X軸和Y軸的最大誤差分別為4.053μm、2.925μm,根據(jù)測(cè)量結(jié)果提出了一種多項(xiàng)式擬合的非線(xiàn)性校準(zhǔn)方法,并比較了全行程內(nèi)三階擬合校準(zhǔn)方法和三階分段擬合校準(zhǔn)方法的有效性,位移臺(tái)校準(zhǔn)后,X軸和Y軸方向的最大非線(xiàn)性誤差分別為15nm、17nm,由測(cè)量結(jié)果可知三階分段擬合校準(zhǔn)更加有效且能夠使誤差降低99%,評(píng)估了位移臺(tái)的往返一致性、耦合位移及角擺。(4)為實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)寬測(cè)量裝置硬件的集中控制,基于MFC框架編寫(xiě)了各個(gè)硬件的控制軟件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米位移臺(tái)、相機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡等硬件的有效、穩(wěn)定的控制。最后利用完成的線(xiàn)寬測(cè)量裝置對(duì)2μm線(xiàn)寬柵格掩膜版進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn),采用FDTD Solutions建立掩膜版線(xiàn)寬模型進(jìn)行仿真,由仿真結(jié)果可知,可取歸一化光強(qiáng)的30%處作為線(xiàn)寬邊緣。根據(jù)獲得的柵格邊緣閾值,計(jì)算出8組實(shí)驗(yàn)的線(xiàn)寬值并得到線(xiàn)寬測(cè)量平均值為2156.57nm,驗(yàn)證了構(gòu)建的紫外納米線(xiàn)寬測(cè)量裝置及評(píng)估方法的有效性和可行性。
【學(xué)位單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN23
【部分圖文】：

第一章 緒論景、目的及意義是指在納米尺度上運(yùn)行的每一項(xiàng)技術(shù)和科學(xué)的集體定義，是其他列科學(xué)技術(shù)的總稱(chēng)，是分子生物學(xué)、介觀物理等現(xiàn)代科學(xué)和計(jì)算納米技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物[1-3]。通過(guò)對(duì) 1nm 至 100nm 微尺究，可以找到新的科學(xué)原理、材料特性和科學(xué)技術(shù)，因此納米技和應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的潛力[4-6]。目前，納米技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋封裝、納米生物化學(xué)、智能藥物領(lǐng)域[7,8]，精密加工與定位技術(shù)器件等，如圖 1.1 所示，物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、和根據(jù)納米技術(shù)完成的高科技產(chǎn)品共同構(gòu)成了枝葉繁盛的納米樹(shù)

圖 1.2 納米結(jié)構(gòu)特征尺寸示意圖.1.2 納米測(cè)量技術(shù)的發(fā)展納米測(cè)量是對(duì)物質(zhì)的尺寸、表面形貌、形狀等性質(zhì)在納米尺度上的精密測(cè)量，圖 納米結(jié)構(gòu)特征尺寸示意圖[21]。隨著納米材料研制、集成電路、微型機(jī)電系統(tǒng)、超精密等領(lǐng)域的快速發(fā)展，發(fā)起對(duì)納米測(cè)量技術(shù)更高的挑戰(zhàn)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于納米結(jié)構(gòu)特測(cè)量方法主要有以下幾種：（1）掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡是一種在納米尺度上對(duì)物質(zhì)的微觀形貌表征手段，具有視場(chǎng)大，分高、測(cè)量速度快、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于觀察各種物質(zhì)超微結(jié)構(gòu)的形態(tài)和組成依據(jù)的是電子與物質(zhì)之間的相互作用。其工作過(guò)程為[22]：電子槍發(fā)射電子，經(jīng)聚焦、形成高能電子束，在環(huán)形掃描磁場(chǎng)的作用下，按照一定空間和時(shí)間順序測(cè)量樣品表面廓。由于入射電子與樣品之間的相互作用，將根據(jù)擊打被測(cè)物的深度而產(chǎn)生不同類(lèi)型

（a）裝置主體 （b）樣品腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1.3 NIST 研制的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量 SEM2）掃描探針顯微鏡掃描探針顯微鏡問(wèn)世之前，光學(xué)成像法是對(duì)物質(zhì)表面微觀結(jié)構(gòu)與特征觀測(cè)的主要方法。是光學(xué)衍射極大限制了此類(lèi)儀器的分辨力，1956 年美國(guó)科學(xué)家 O.Keefe 提出的掃描探測(cè)理突破光學(xué)衍射對(duì)顯微鏡分辨力的限制[26]。掃描探針顯微鏡是一系列顯微鏡的統(tǒng)稱(chēng)，它通過(guò)原子級(jí)別大小的探針接近樣品表面來(lái)分辨極小尺度上的表面細(xì)節(jié)和特征，主要包括子力顯微鏡（AFM）、掃描隧道顯微鏡（STM）等[27,28]。隧道顯微鏡是根據(jù)隧道效應(yīng)設(shè)而成，具有恒流和恒壓兩種工作模式，通過(guò)探針與樣品表面的隧道電流或針尖驅(qū)動(dòng)器的制電壓變化反應(yīng)樣品表面輪廓，具有亞納米分辨率，缺陷是被測(cè)樣品表面必須導(dǎo)電。原力顯微鏡是基于針尖尖端原子與樣品表面原子之間的排斥力，具有原子級(jí)分辨率的同時(shí)服了 STM 對(duì)樣品導(dǎo)電性的限制，AFM 因其高分辨率，不受環(huán)境和樣品的影響等優(yōu)點(diǎn)，泛應(yīng)用于二維、三維表面形貌表征、在線(xiàn)測(cè)量等領(lǐng)域[29]。
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本文編號(hào)：2840635