計量型掃描電子顯微鏡（M-SEM,計量電鏡）是一種準確測量納米結構尺寸的分析設備,通過掃描電子顯微鏡（SEM,掃描電鏡）與先進的微納位移臺和激光干涉儀聯(lián)用,可以實現(xiàn)微納米尺度的長度測量。在計量電鏡中,微納位移臺是關鍵部件之一,由于其承載被測樣品,在作快速往復式掃描運動的過程中,會產(chǎn)生振動且慣性較大難以精確地實現(xiàn)掃描。因此,想要得到精確的測量尺寸,必須擁有性能良好的微納位移臺。文中所涉及計量電鏡,微納位移臺包括機械位移臺和柔性鉸鏈位移臺兩部分。為提高計量電鏡位移臺穩(wěn)定性以及測量精度,依據(jù)機械位移臺工況建立模型,運用有限元方法對其進行靜力及模態(tài)分析,獲取機械位移臺振動參數(shù);在模態(tài)分析基礎上對機械位移臺進行諧響應分析,獲取外界激勵頻率與位移臺上平面應力、應變、變形以及加速度之間關系;并且通過仿真得出了機械位移臺最佳載重位置以及材料屬性對其頻率影響規(guī)律。結果顯示,機械位移臺靜剛度為6.634×105 N/mm;水平X、Z兩運動方向耦合比分別為15.22%和17.63%;通過上平面振動參數(shù)頻率響應曲線,得出危險頻率為7750 Hz左右,即第8階固有模態(tài)下的頻率。為減小柔性鉸鏈位移臺耦合振動,建立... 

【文章來源】：華北理工大學河北省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

掃描電子顯微鏡工作原理

EM，用于在集成電路晶圓和掩膜上測量結構尺寸、形狀和位置，并對標準樣品進行校準，見圖2[14]。計量電鏡配備場發(fā)射電子槍，空間分辨率超過1nm，樣品腔內可放置200mm晶片或者掩模板；位移臺采用步進電機進行驅動，最小步進距離為1.24nm，行程100mm×100mm；激光干涉儀采用差動式平面激光干涉儀，輸出分辨力38pm。圖3所示[14]為ReferenceMetrologySEM樣品腔內部結構以及樣品臺上標準反射鏡的布置。目前NIST完成了以SRM-484為代表的微米和亞微米級的標準樣品標定，但是對10nm標準線寬的測量和標定方法還處于研究階段。圖2NIST標準計量掃描電子顯微鏡裝置Fig.2StandardM-SEMdevicedevelopedbyNIST

第1章緒論-5-圖3Reference型計量掃描電子顯微鏡樣品腔內部結構Fig.3InternalstructureofsamplecavityofReferenceM-SEM德國標準技術研究院（PTB）[16-18]為滿足光刻掩膜以及掩膜板的圖案位置測量需要，研制了一種電子光學計量系統(tǒng)（EOMS），如圖4所示[18]。該裝置由低壓掃描電子顯微鏡、真空腔和x-y坐標位移臺組成，并結合激光干涉儀，同步測量位移臺位移和樣品二次電子或背散射電子信號來測量待測樣品長度。真空腔尺寸為1000mm×900mm×300mm；位移臺尺寸為300mm×300mm×100mm，承載重量最高可達25kg，采用摩擦輪驅動，步進為40nm，行程為300mm；三軸激光干涉儀測量位移的分辨率為0.6nm。目前該系統(tǒng)的掃描電子顯微鏡裝置已更新為ZeissULTRA型號SEM。從其位移臺的最小步進距離為40nm判斷，該系統(tǒng)必須研制更小步距的位移臺，才能適應未來10nm芯片結構的測量研究工作需求。圖4PTB研制的電子光學計量系統(tǒng)Fig.4TheelectroopticalmetrologysystemdevelopedbyPTB相比于美國和德國，國內開展計量型掃描電鏡裝置的研究相對較晚。在十二五期間[19]，國家計量科學研究院高思田聯(lián)合中科院電工所在ZEISSULTRA55場發(fā)射電鏡上開展了利用計量電鏡對微米尺度的標準樣品進行計量的研究工作，并搭建了


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