【摘要】：隨著半導體工業(yè)的發(fā)展,元件的集成度越來越高,其關鍵單元的特征尺寸已經(jīng)達到數(shù)十納米。在生產(chǎn)過程中,測量樣品特征尺寸往往是難以突破的重點,在不得已的情況下,甚至需要破壞樣品進行測量。目前采用的技術方法已經(jīng)很難滿足當前元件尺寸的要求。原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)是納米科學技術領域中的常用工具,其掃描過程中可以不損傷樣品。AFM掃描成像前需要手動或半自動操作步驟實現(xiàn)探針與樣品逼近過程,自動化程度低、操作繁瑣,探針容易受損。而且目前大多數(shù)科研型AFM只能對樣品實現(xiàn)2維或2.5維的掃描成像過程。上述存在的問題,嚴重影響了生產(chǎn)過程中的自動化水平和檢測樣品的技術方法。所以,AFM在工業(yè)生產(chǎn)中往往面臨著大量的技術提高。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)查閱國內(nèi)外相關技術文獻,總結綜述了原子力顯微鏡系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和相關技術的發(fā)展趨勢,制定了粗精結合的分段式自動定位方法進行自動聚焦,確定了探針-樣品自動逼近的方法,提出了實現(xiàn)樣品三維測量的方案。(2)采用自動聚焦定位方法,對計算機視覺中的自動聚焦算法進行了改進,提出了一種最強邊緣拉普拉斯算子均值算法,實驗驗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長行程、不同紋理樣品自動聚焦。(3)提出了一種粗精結合的分段式自動定位方法。在粗定位階段,確定探針和樣品的相對位置;在精定位階段,采用精確力反饋控制方法,當樣品和探針作用力超過設定值時,探針在Z向納米平臺的帶動下能夠自動回退,使針尖得到有效保護。通過這兩種方法的有效技術融合,可以實現(xiàn)探針-樣品逼近過程的自動化操作,提高AFM的易用性和使用效率。(4)對AFM成像方法進行研究,提出了一種基于反饋控制的三維結構測量方法,控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同側壁方向調(diào)整探針的反饋運動角度,實現(xiàn)探針針尖與樣品側壁的有效觸碰,達到側壁形貌檢測的目的。在自制3D-AFM平臺上進行了三維測量方法實驗驗證,獲得了柵格結構的側壁形貌信息和三維形貌,實驗結果證明該方法能夠有效地實現(xiàn)刻線結構樣品三維形貌測量。
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：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領域的發(fā)展，微納米尺度結構逡逑的三維測量已成為一個亟待解決的難題。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）的加工尺寸己進入納米尺度，加工形成的３Ｄ形態(tài)如關鍵尺寸ＣＤ逡逑和各項參數(shù)（如線邊緣粗糙度ＬＥＲ、線寬粗糙度ＬＷＲ等）對１Ｃ芯片電氣性能的影響越逡逑來越大，同時其樣品的參數(shù)也很難獲取，如圖１．２所示精確測量與控制１Ｃ的３Ｄ結構形態(tài)逡逑已成為提升１Ｃ芯片性能和質(zhì)量的關鍵［１１＿１２］。逡逑晶圓邐光刻邐檢涵邐檢p>邐其他工藝邐測試封裝逡逑＿＿邋＿邋＿＿＿邐｜邐邋１邋Ｉ逡逑｜丨袞面檢測邐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，其三維形貌測量更是難點技術問［１３＿１４］。實現(xiàn)ＭＥＭＳ結構的微納三維形態(tài)精密測量已逡逑經(jīng)成為了邋ＭＥＭＳ設計、仿真、制造及質(zhì)量控制的關鍵環(huán)節(jié)［１５＿１７］，如圖１．３所示。逡逑■逡逑圖１．３利用掃描探針技術實現(xiàn)ＭＥＭＳ形貌檢測逡逑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行超精密切削加工的重要工具，而ｉｆ具刃逡逑口鋒利度對加工表面質(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，而測量精度在５－ｌＯｎｍ之間才能滿足當今金剛石刀具刃磨技術對刃口半徑逡逑檢測的需求。因而，實現(xiàn)微納米３Ｄ結構形態(tài)測量對各個元件制造業(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行超精密切削加工的重要工具，而刀具刃口鋒利度逡逑對加工表面質(zhì)量有著重要影響［１８１。目前金剛石刀具刃門半徑往往在１０－ｌＯＯｎｍ之間，而測逡逑量精度在５－ｌＯｎｍ之間才能滿足當今金剛石刀具刃磨技術對刃口半徑檢測的需求［１９■。實逡逑現(xiàn)金剛石刀具納米級刃口的高精度三維測量對超精密加丨：技術的發(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利用掃描探針技術實現(xiàn)金剛石刀具刃口形貌檢測逡逑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國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢逡逑目前，在ＩＣ、ＭＥＭＳ和超精密加工等領域主要檢測設備有光學顯微鏡、掃描電子顯逡逑微鏡（ＳＥＭ）。其中，光學顯微鏡存在觀測分辨率受限問題，ＳＥＭ存在微結構電子束損逡逑傷等問題，而且上述兩類檢測設備均無法實現(xiàn)３Ｄ觀測［２２］。目前可以實現(xiàn)微納米尺度３Ｄ逡逑觀測的唯一手段是透射電子顯微鏡（ＴＥＭ），但需要對樣品進行破壞性加工才能進行觀逡逑測，而且ＴＥＭ使用成本昂貴，難以滿足微納米制造技術的發(fā)展需求。逡逑ＳＰＭ可以實現(xiàn)納米尺度的３Ｄ測量，但受到探針形貌和掃描機理限制，目前普通掃逡逑描探針顯微技術只能完成２維或２．５維的測量，目前僅有德國Ｂｒｕｋｅｒ公司生產(chǎn)的Ｉｎｓｉｇｈｔ逡逑３ＤＡＦＭ和韓國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

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本文編號：2764647