發(fā)布時間：2020-10-14 12:04

　　 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,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寬值和線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納米級幾何尺寸進行精密檢測。光學(xué)顯微測量法由于其非接觸、高精度、高分辨率、速度快等特點,是微納幾何尺寸測量的主要方法。本論文在中國計量科學(xué)研究院的“紫外微納幾何結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)裝置”基礎(chǔ)上對線寬測量系統(tǒng)進行研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)綜合分析了國內(nèi)外納米技術(shù)及納米結(jié)構(gòu)尺寸測量技術(shù)的研究現(xiàn)狀,介紹了國內(nèi)外的納米結(jié)構(gòu)尺寸測量裝置,闡述了紫外光學(xué)納米線寬測量裝置研究的必要性。(2)描述了紫外光學(xué)線寬測量光路及原理,基于科勒式照明原理,組裝了高數(shù)值孔徑的紫外聚束鏡,實現(xiàn)了50μm半徑的圓域照明視場及0.67的數(shù)值孔徑。設(shè)計了分光結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)機構(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)機構(gòu)組成。調(diào)節(jié)基座可以實現(xiàn)分光鏡偏擺的調(diào)節(jié),保證了物面上的待測區(qū)域成像在紫外CCD的感光面上,實現(xiàn)了測量過程的可視化操作;小孔位置調(diào)節(jié)機構(gòu)可實現(xiàn)納米級的孔位置調(diào)節(jié),保證物像共軛關(guān)系,實現(xiàn)了PMT接收線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,可以實現(xiàn)百nA級電流檢測,用于線寬信號的轉(zhuǎn)換和提取。(3)為實現(xiàn)對柵格掩膜版線寬的精確掃描,對自制納米位移臺的運動性能進行了評估及校準(zhǔn)�；诩す馔獠罡缮鏈y量方法設(shè)計了一套位移臺性能測量系統(tǒng),研究了納米位移臺的校準(zhǔn)方法;位移臺未校準(zhǔn)時,PZT的伸長量和位移臺的位移量存在不一致現(xiàn)象,即位移機構(gòu)存在非線性,當(dāng)PZT伸長至100μm時,位移臺的X軸和Y軸方向的測試位移分別為95.947μm、97.075μm,X軸和Y軸的最大誤差分別為4.053μm、2.925μm,根據(jù)測量結(jié)果提出了一種多項式擬合的非線性校準(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,位移臺校準(zhǔn)后,X軸和Y軸方向的最大非線性誤差分別為15nm、17nm,由測量結(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%,評估了位移臺的往返一致性、耦合位移及角擺。(4)為實現(xiàn)對線寬測量裝置硬件的集中控制,基于MFC框架編寫了各個硬件的控制軟件,實現(xiàn)了對納米位移臺、相機、數(shù)據(jù)采集卡等硬件的有效、穩(wěn)定的控制。最后利用完成的線寬測量裝置對2μm線寬柵格掩膜版進行了測量實驗,采用FDTD Solutions建立掩膜版線寬模型進行仿真,由仿真結(jié)果可知,可取歸一化光強的30%處作為線寬邊緣。根據(jù)獲得的柵格邊緣閾值,計算出8組實驗的線寬值并得到線寬測量平均值為2156.57nm,驗證了構(gòu)建的紫外納米線寬測量裝置及評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)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：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行的每一項技術(shù)和科學(xué)的集體定義，是其他列科學(xué)技術(shù)的總稱，是分子生物學(xué)、介觀物理等現(xiàn)代科學(xué)和計算納米技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物[1-3]。通過對 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

圖 1.2 納米結(jié)構(gòu)特征尺寸示意圖.1.2 納米測量技術(shù)的發(fā)展納米測量是對物質(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、微型機電系統(tǒng)、超精密等領(lǐng)域的快速發(fā)展，發(fā)起對納米測量技術(shù)更高的挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)外對于納米結(jié)構(gòu)特測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物質(zhì)的微觀形貌表征手段，具有視場大，分高、測量速度快、測量范圍廣等優(yōu)點，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)形掃描磁場的作用下，按照一定空間和時間順序測量樣品表面廓。由于入射電子與樣品之間的相互作用，將根據(jù)擊打被測物的深度而產(chǎn)生不同類型

（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)計量 SEM2）掃描探針顯微鏡掃描探針顯微鏡問世之前，光學(xué)成像法是對物質(zhì)表面微觀結(jié)構(gòu)與特征觀測的主要方法。是光學(xué)衍射極大限制了此類儀器的分辨力，1956 年美國科學(xué)家 O.Keefe 提出的掃描探測理突破光學(xué)衍射對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，它通過原子級別大小的探針接近樣品表面來分辨極小尺度上的表面細節(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，通過探針與樣品表面的隧道電流或針尖驅(qū)動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，具有原子級分辨率的同時服了 STM 對樣品導(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，泛應(yīng)用于二維、三維表面形貌表征、在線測量等領(lǐng)域[29]。
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本文編號：2840635