【摘要】：隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展,元件的集成度越來(lái)越高,其關(guān)鍵單元的特征尺寸已經(jīng)達(dá)到數(shù)十納米。在生產(chǎn)過(guò)程中,測(cè)量樣品特征尺寸往往是難以突破的重點(diǎn),在不得已的情況下,甚至需要破壞樣品進(jìn)行測(cè)量。目前采用的技術(shù)方法已經(jīng)很難滿足當(dāng)前元件尺寸的要求。原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)是納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的常用工具,其掃描過(guò)程中可以不損傷樣品。AFM掃描成像前需要手動(dòng)或半自動(dòng)操作步驟實(shí)現(xiàn)探針與樣品逼近過(guò)程,自動(dòng)化程度低、操作繁瑣,探針容易受損。而且目前大多數(shù)科研型AFM只能對(duì)樣品實(shí)現(xiàn)2維或2.5維的掃描成像過(guò)程。上述存在的問(wèn)題,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化水平和檢測(cè)樣品的技術(shù)方法。所以,AFM在工業(yè)生產(chǎn)中往往面臨著大量的技術(shù)提高。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn),總結(jié)綜述了原子力顯微鏡系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),制定了粗精結(jié)合的分段式自動(dòng)定位方法進(jìn)行自動(dòng)聚焦,確定了探針-樣品自動(dòng)逼近的方法,提出了實(shí)現(xiàn)樣品三維測(cè)量的方案。(2)采用自動(dòng)聚焦定位方法,對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的自動(dòng)聚焦算法進(jìn)行了改進(jìn),提出了一種最強(qiáng)邊緣拉普拉斯算子均值算法,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法具有良好的抗噪性能,提高了聚焦的精度與算法的普適性,適用AFM長(zhǎng)行程、不同紋理樣品自動(dòng)聚焦。(3)提出了一種粗精結(jié)合的分段式自動(dòng)定位方法。在粗定位階段,確定探針和樣品的相對(duì)位置;在精定位階段,采用精確力反饋控制方法,當(dāng)樣品和探針作用力超過(guò)設(shè)定值時(shí),探針在Z向納米平臺(tái)的帶動(dòng)下能夠自動(dòng)回退,使針尖得到有效保護(hù)。通過(guò)這兩種方法的有效技術(shù)融合,可以實(shí)現(xiàn)探針-樣品逼近過(guò)程的自動(dòng)化操作,提高AFM的易用性和使用效率。(4)對(duì)AFM成像方法進(jìn)行研究,提出了一種基于反饋控制的三維結(jié)構(gòu)測(cè)量方法,控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同側(cè)壁方向調(diào)整探針的反饋運(yùn)動(dòng)角度,實(shí)現(xiàn)探針針尖與樣品側(cè)壁的有效觸碰,達(dá)到側(cè)壁形貌檢測(cè)的目的。在自制3D-AFM平臺(tái)上進(jìn)行了三維測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,獲得了柵格結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形貌信息和三維形貌,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)刻線結(jié)構(gòu)樣品三維形貌測(cè)量。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH742
【圖文】：

１．１．２課題研宄的意義逡逑隨著１Ｃ、ＭＥＭＳ、ＮＥＭＳ、超精密加工等重要前沿技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，微納米尺度結(jié)構(gòu)逡逑的三維測(cè)量已成為一個(gè)亟待解決的難題。以微電子產(chǎn)業(yè)為例，其工藝流程如圖１．１所示，逡逑大規(guī)模集成電路（１Ｃ）的加工尺寸己進(jìn)入納米尺度，加工形成的３Ｄ形態(tài)如關(guān)鍵尺寸ＣＤ逡逑和各項(xiàng)參數(shù)（如線邊緣粗糙度ＬＥＲ、線寬粗糙度ＬＷＲ等）對(duì)１Ｃ芯片電氣性能的影響越逡逑來(lái)越大，同時(shí)其樣品的參數(shù)也很難獲取，如圖１．２所示精確測(cè)量與控制１Ｃ的３Ｄ結(jié)構(gòu)形態(tài)逡逑已成為提升１Ｃ芯片性能和質(zhì)量的關(guān)鍵［１１＿１２］。逡逑晶圓邐光刻邐檢涵邐檢p>邐其他工藝邐測(cè)試封裝逡逑＿＿邋＿邋＿＿＿邐｜邐邋１邋Ｉ逡逑｜丨袞面檢測(cè)邐ｊ邋（邋－邋－Ｔ邐＾邐！邐＾邋ｐ邋－邋－邋Ｉ邐？邋Ｊ邋灰絕�。悾椋赍澹赍义�？邐２邋—邋＾＂＂＾１邐｜邋Ｉ邋Ｏ）檢測(cè)邋Ｉ邋｜邐ｌ邋［邐；邐｜邋Ｊ邐Ｊ逡逑ｊ邋ｍ邋ｉ邋ｊ邋－ｘ邋；邋；ｒ＾ｎ邋？邋ｔ＊．邋！逡逑ＮＬＡ．�。蓿�

邐３逡逑響，其三維形貌測(cè)量更是難點(diǎn)技術(shù)問(wèn)［１３＿１４］。實(shí)現(xiàn)ＭＥＭＳ結(jié)構(gòu)的微納三維形態(tài)精密測(cè)量已逡逑經(jīng)成為了邋ＭＥＭＳ設(shè)計(jì)、仿真、制造及質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［１５＿１７］，如圖１．３所示。逡逑■逡逑圖１．３利用掃描探針技術(shù)實(shí)現(xiàn)ＭＥＭＳ形貌檢測(cè)逡逑Ｆｉｇ．ｌ邋．３邋Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ＭＥＭＳ邋Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ邋Ｕｓｉｎｇ邋Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋Ｐｒｏｂｅ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ逡逑ｉｙ逡逑在超精密加工方面，天然金剛石刀具是進(jìn)行超精密切削加工的重要工具，而ｉｆ具刃逡逑口鋒利度對(duì)加工表面質(zhì)量有著重要影響，如圖１．４所示。目前金剛石刀具刃口半徑往往在逡逑１０－ｌＯＯｎｍ之間，而測(cè)量精度在５－ｌＯｎｍ之間才能滿足當(dāng)今金剛石刀具刃磨技術(shù)對(duì)刃口半徑逡逑檢測(cè)的需求。因而，實(shí)現(xiàn)微納米３Ｄ結(jié)構(gòu)形態(tài)測(cè)量對(duì)各個(gè)元件制造業(yè)具有重要意義。在超逡逑精密加工方面，天然金剛石刀具是進(jìn)行超精密切削加工的重要工具，而刀具刃口鋒利度逡逑對(duì)加工表面質(zhì)量有著重要影響［１８１。目前金剛石刀具刃門(mén)半徑往往在１０－ｌＯＯｎｍ之間，而測(cè)逡逑量精度在５－ｌＯｎｍ之間才能滿足當(dāng)今金剛石刀具刃磨技術(shù)對(duì)刃口半徑檢測(cè)的需求［１９■。實(shí)逡逑現(xiàn)金剛石刀具納米級(jí)刃口的高精度三維測(cè)量對(duì)超精密加丨：技術(shù)的發(fā)展具符重要意義［２１］。逡逑ｍ逡逑（ａ）天然金剛石刀具逡逑（ａ）邋Ｎａｔｕｒａｌ邋ｄｉａｍｏｎｄ邋ｔｏｏｌｓ逡逑

（ｂ）金剛石刀具形貌逡逑（ｂ）邋Ｄｉａｍｏｎｄ邋ｔｏｏｌ邋ｓｈａｐｅ逡逑圖１．４利用掃描探針技術(shù)實(shí)現(xiàn)金剛石刀具刃口形貌檢測(cè)逡逑Ｆｉｇ．１．４邋Ｕｓｉｎｇ邋ｔｈｅ邋Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋Ｐｒｏｂｅ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｔｏ邋Ｒｅａｌｉｚｅ邋ｔｈｅ邋Ｅｄｇｅ邋Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｄｉａｍｏｎｄ邋Ｔｏｏｌ邋Ｅｄｇｅ逡逑１．２國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)逡逑目前，在ＩＣ、ＭＥＭＳ和超精密加工等領(lǐng)域主要檢測(cè)設(shè)備有光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯逡逑微鏡（ＳＥＭ）。其中，光學(xué)顯微鏡存在觀測(cè)分辨率受限問(wèn)題，ＳＥＭ存在微結(jié)構(gòu)電子束損逡逑傷等問(wèn)題，而且上述兩類(lèi)檢測(cè)設(shè)備均無(wú)法實(shí)現(xiàn)３Ｄ觀測(cè)［２２］。目前可以實(shí)現(xiàn)微納米尺度３Ｄ逡逑觀測(cè)的唯一手段是透射電子顯微鏡（ＴＥＭ），但需要對(duì)樣品進(jìn)行破壞性加工才能進(jìn)行觀逡逑測(cè)，而且ＴＥＭ使用成本昂貴，難以滿足微納米制造技術(shù)的發(fā)展需求。逡逑ＳＰＭ可以實(shí)現(xiàn)納米尺度的３Ｄ測(cè)量，但受到探針形貌和掃描機(jī)理限制，目前普通掃逡逑描探針顯微技術(shù)只能完成２維或２．５維的測(cè)量，目前僅有德國(guó)Ｂｒｕｋｅｒ公司生產(chǎn)的Ｉｎｓｉｇｈｔ逡逑３ＤＡＦＭ和韓國(guó)Ｐａｒｋ公司生產(chǎn)的ＸＥ－３ＤＭ邋ＡＦＭ能夠用于１Ｃ工業(yè)納米刻線的三維檢測(cè)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2764647