【摘要】：現(xiàn)在在半導(dǎo)體集成電路制造業(yè)中,晶體管的線寬尺寸已達到65nm與32nm,并正在向22nm甚至16nm尺寸邁進。當線寬單位縮小到10nm量級時,測量將進入到“關(guān)鍵尺寸”的范圍,相應(yīng)的微納幾何尺寸測量值及測量不確定度對目前的測量技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。為此中國計量科學(xué)研究院正在研究一套計量型紫外光學(xué)微納幾何結(jié)構(gòu)計量標準裝置,用于對掩膜板線寬的測量及溯源。論文著重對其中的微納線寬測量關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,并根據(jù)研究的內(nèi)容,分別構(gòu)建了一套顯微鏡自動對焦系統(tǒng)和光電倍增管信號放大與處理系統(tǒng),最終通過兩者的協(xié)同作用成功的實現(xiàn)了線寬輪廓信號的提取和測量。論文的工作分為以下幾個方面：1、研究了計量型紫外光學(xué)顯微鏡的整體架構(gòu)以及基于光電倍增管光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的微納線寬測量原理和相應(yīng)的分光光路結(jié)構(gòu)設(shè)計,引出了線寬測量所涉及的兩個重要的電氣控制系統(tǒng)一自動對焦系統(tǒng)和光電倍增管信號放大處理系統(tǒng)。2、介紹線寬測量過程中自動對焦系統(tǒng)的設(shè)計。硬件方面主要包括硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計和相應(yīng)部件選取；軟件方面則著重介紹了對焦評價函數(shù)的選取、對焦窗口及搜索策略的選取,通過對比不同的對焦評價函數(shù)的評價效果,最終選取基于小波分解的對焦評價函數(shù)。在軟件實現(xiàn)方面,利用VC與MATLAB的混合編程的方法,簡單有效的實現(xiàn)圖像的小波分解,進而實現(xiàn)圖像的清晰度評價。3、介紹了光電倍增管信號放大處理系統(tǒng)的設(shè)計。通過對光電倍增管所接收光強的分析,最終選取濱松H11461-09光電倍增管模塊作為系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換器件。由于所選用的光電倍增管的輸出信號為微弱的電流信號,所以為滿足后續(xù)電路的采樣需求,設(shè)計了一款基于電流負反饋的微弱信號放大器,最終實現(xiàn)將線寬的光強信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號。4、通過結(jié)合前面所研究的自動對焦系統(tǒng)和光電倍增管信號放大處理系統(tǒng),構(gòu)建了一套微納線寬測量系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)對標準柵格樣板進行掃描測量,最終驗證了本文所設(shè)計的線寬測量方法的可行性和精確性。
[Abstract]:Now in the semiconductor integrated circuit manufacturing industry, the linewidth size of transistors has reached 65nm and 32 nm, and is moving towards 22nm and even 16nm dimensions. When the linewidth unit is reduced to the order of 10nm, the measurement will enter the range of "key size". The corresponding micro-nano geometric size measurement value and measurement uncertainty pose a great challenge to the current measurement technology. For this reason, the China Academy of Metrology is developing a set of metrological ultraviolet optical micro-nano geometric structure measurement standard device, which can be used to measure the linewidth of the mask plate and trace it back to the source. In this paper, the key technologies of micro-nano linewidth measurement are studied, and according to the research content, a set of microscope automatic focusing system and photomultiplier tube signal amplification and processing system are constructed respectively. Finally, the extraction and measurement of linewidth profile signal is successfully realized through the synergy of the two. The work of this paper is divided into the following aspects: 1. The overall structure of metrological ultraviolet optical microscope and the principle of micro-nanowatt linewidth measurement based on photomultiplier tube photomultiplier effect and the corresponding structure design of spectroscopic path are studied. Two important electrical control systems, automatic focusing system and photomultiplier tube signal amplification processing system, are introduced. 2. The design of automatic focusing system in the process of linewidth measurement is introduced. The hardware mainly includes the design of hardware structure and the selection of corresponding components. In the aspect of software, the selection of focusing evaluation function, focusing window and search strategy are introduced emphatically. by comparing the evaluation results of different focusing evaluation functions, the focusing evaluation function based on wavelet decomposition is finally selected. In the aspect of software implementation, the wavelet decomposition of the image is realized simply and effectively by using the mixed programming method of VC and MATLAB, and then the definition evaluation of the image is realized. 3, the design of the signal amplification and processing system of photomultiplier tube is introduced. Based on the analysis of the light intensity received by the photomultiplier tube, the module of the photomultiplier tube is selected as the photoelectric conversion device of the system. Because the output signal of the selected photomultiplier tube is a weak current signal, in order to meet the sampling requirements of the following circuit, a weak signal amplifier based on negative current feedback is designed. Finally, the optical intensity signal of linewidth is converted into analog voltage signal. 4. a set of micro-nanowatt linewidth measurement system is constructed by combining the automatic focusing system and photomultiplier tube signal amplification and processing system studied above. The system is used to scan and measure the standard grid template, and the feasibility and accuracy of the linewidth measurement method designed in this paper are verified.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH742

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本文編號：2490796