本文選題：微納米側(cè)壁結(jié)構(gòu)　切入點：側(cè)壁掃描成像　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微納米側(cè)壁結(jié)構(gòu)成像技術(shù)在半導(dǎo)體制造中關(guān)鍵尺寸測量方面有著十分重要的研究意義。常用的關(guān)鍵尺寸的測量儀器主要包括散射測量儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、小角度X射線散射和原子力顯微鏡(AFM)。由于原子力顯微鏡具有高空間分辨率和無損測量的優(yōu)點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于微納米器件關(guān)鍵尺寸的測量。在過去二十年里,出現(xiàn)了關(guān)鍵尺寸原子力顯微鏡(CD-AFM)與傾斜探針掃描AFM等測量方法,可以實現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)的側(cè)壁掃描成像與測量。但是,受限于傳統(tǒng)硅探針的針尖長度和形狀,傳統(tǒng)AFM很難實現(xiàn)深溝槽、大懸垂特征側(cè)壁,以及相鄰側(cè)壁精確定位掃描成像與測量。針對這些問題,本論文開展了以下內(nèi)容的研究:提出了基于光纖探針的AFM傾斜掃描測量方法。設(shè)計了光纖探針旋轉(zhuǎn)支架,實現(xiàn)了側(cè)壁測量過程中光纖探針傾斜角的優(yōu)化調(diào)節(jié)。實驗結(jié)果分析表明提高探針傾斜角度,可以獲得更高的圖像分辨率與測量精度。相反,由于針尖滑動和摩擦,較小的探針傾斜角度會降低圖像分辨率與測量精度。另外,針對微納米結(jié)構(gòu)水平表面與其側(cè)壁夾度的精確測量,提出了一種側(cè)壁 水平表面(頂部或底部)自動切換掃描的成像與測量方法。實驗結(jié)果證明了所提出測量方法的可行性與精準性。提出了基于石英音叉(QTF)力傳感器的側(cè)壁正交掃描方法。該方法通過QTF力傳感器的針尖運動方向與側(cè)壁正交,解決了傾斜掃描中針尖滑動的問題。針對高靈敏度QTF探針的制備,提出了制備微質(zhì)量鎢針尖的兩步電化學(xué)蝕刻工藝方法,并采用對稱附載的質(zhì)量再平衡的方法,解決了針尖質(zhì)量導(dǎo)致QTF力傳感器Q因子下降的問題。MEMS深溝槽側(cè)壁掃描成像及其粗糙度測量實驗驗證了QTF力傳感器的側(cè)壁正交掃描方法的可行性。提出了一種雙探針AFM納米卡尺相鄰側(cè)壁成像以及線寬與線寬粗糙度測量方法,并構(gòu)建雙探針AFM納米卡尺。該納米卡尺具有兩個相對安裝的側(cè)向傾斜光纖探針,通過針尖頂端互掃成像的方法來實現(xiàn)納米卡尺的精確對準,并實現(xiàn)相對側(cè)壁的掃描成像與精確測量。實驗測量了MEMS微結(jié)構(gòu)和AFM校準光柵TGZ3的側(cè)壁線寬及其粗糙度,并與SEM測量結(jié)果以及TGZ3的標稱值對比,結(jié)果驗證了所研究的納米卡尺的測量精度。提出了一種面向微納米結(jié)構(gòu)三維成像的矢量探針掃描方法,并構(gòu)建了三維原子力顯微鏡(3D-AFM)。該3D-AFM具有兩個獨立的二自由度掃描器,分別完成傾斜探針與樣品間的位置控制與光柵式掃描,可實現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)底部、側(cè)壁和頂部的連續(xù)掃描,獲得真實的3D表面圖像。并提出了可變角矢量探針掃描方法,實現(xiàn)側(cè)壁掃描密度的可控調(diào)節(jié)。微納米結(jié)構(gòu)3D掃描成像實驗驗證了3D-AFM的可行性。綜上所述,本論文研究的基于光纖探針的AFM傾斜掃描成像方法、基于QTF力傳感器的側(cè)壁正交掃描成像方法、雙探針AFM納米卡尺相鄰側(cè)壁掃描成像方法、三維原子力顯微鏡掃描成像方法,為微納米結(jié)構(gòu)成像與關(guān)鍵尺寸測量提供了新的方法和系統(tǒng),將在關(guān)鍵尺寸測量領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH742;TP391.41
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本文編號：1640829