用于線寬測量的雙探針原子力顯微鏡系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來隨著半導(dǎo)體工業(yè)的不斷發(fā)展，集成電路的關(guān)鍵尺寸正向著22nm以下的技術(shù)節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)。器件尺寸的不斷減小，導(dǎo)致關(guān)鍵尺寸成為影響器件電氣性能的重要因素。如何有效測量和控制關(guān)鍵尺寸成為納米計(jì)量領(lǐng)域的一大難題。傳統(tǒng)的測量工具如光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)都不能對關(guān)鍵尺寸進(jìn)行有效的真三維測量。為此本文提出構(gòu)建雙探針原子力顯微鏡測量系統(tǒng)，利用雙探針針尖對頂測量，有效消除探針尺寸對測量結(jié)果的影響。為驗(yàn)證雙探針測

2、量的可行性，基于石英音叉探針(A-Probe)開發(fā)了原子力顯微鏡測頭。具體工作如下:
　　1.介紹了A-Probe的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理;建立了音叉探針的力學(xué)和電學(xué)等效模型;介紹并分析了動態(tài)AFM在幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)模式下的工作原理及特點(diǎn);最后分析了雙探針測量如何能消除探針尺寸的影響并給出對針方案。
　　2.為了實(shí)現(xiàn)雙探針AFM系統(tǒng)測量結(jié)果的量值溯源，課題采用了激光干涉儀系統(tǒng)?；贔PGA設(shè)計(jì)

3、了細(xì)分卡接口電路，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)軟件對位置數(shù)據(jù)的讀取、復(fù)位操作。驗(yàn)證了等位移間隔觸發(fā)的功能。
　　3.基于A-Probe探針搭建了單測頭實(shí)驗(yàn)裝置，系統(tǒng)主要由測頭、納米位移臺、視覺觀測模塊、鎖相放大器和數(shù)字反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成。主要開發(fā)了探針夾持機(jī)構(gòu)、探針微弱信號檢測電路及基于DSP的數(shù)字反饋控制電路?；诖藢?shí)驗(yàn)裝置完成了測頭在調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種工作模式下的靈敏度及分辨力測試。并對二維柵格樣品進(jìn)行了測量。實(shí)驗(yàn)表明，該測頭具有納米級分辨力