雙探針原子力顯微鏡測頭機(jī)電系統(tǒng)的研究.pdf

1、現(xiàn)代集成電路制造工藝中芯片上所能容納的電子元器件數(shù)目越來越多，對集成電路微納米尺寸的測量提出了更高的要求。微納米級別的線寬作為表征集成電路芯片的主要參數(shù)之一，從一定程度上的決定了集成芯片的性能。原子力顯微鏡以其超高分辨率、可測量非導(dǎo)電樣品等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于集成電路的微納米級別的線寬的測量。但是，由于探針本身的尺寸、針尖的角度、針尖的大小、形狀等會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，因此現(xiàn)有原子力顯微鏡無法準(zhǔn)確的表征樣品的真實(shí)線寬、形貌等表面信息。本

2、論文依托國家科技支撐課題“計(jì)量型掃描電鏡及雙探針原子力顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)裝置的搭建（課題編號：2011BAK15B02）”，就雙探針原子力顯微鏡線寬測量技術(shù)進(jìn)行研究，旨在建立起可以真實(shí)表征樣品線寬及形貌的雙探針原子力顯微鏡系統(tǒng)。
　　論文首先分析了原子力顯微鏡技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和原子力顯微鏡在微納米測量中的重要應(yīng)用，描述了幾種常見的線寬測量方式，介紹了現(xiàn)階段商用原子力顯微鏡的測量原理和測量方法。設(shè)計(jì)了雙探針原子力顯微鏡測頭機(jī)電系統(tǒng)方案，

3、并描述了其工作原理和組成，采用Ansys有限元軟件對測頭機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行了分析，確定了測頭機(jī)械結(jié)構(gòu)組成的穩(wěn)定性及線寬測量的可行性，完成了雙探針原子力顯微鏡測頭系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在雙探針對準(zhǔn)方法方面，分別采用依次步進(jìn)的方式和PID反饋對準(zhǔn)的方式完成了雙探針在納米級別的對準(zhǔn)。在樣品掃描方法方面，使用石英音叉探針對標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行掃描并和商用掃描電鏡以及商用原子力顯微鏡的掃描測量結(jié)果進(jìn)行對比，完成了單個探針對1μm柵格樣品的表面形貌測量。
　

4、　為驗(yàn)證本論文中構(gòu)建的雙探針原子力顯微鏡測頭機(jī)電系統(tǒng)的可行性及穩(wěn)定性，使用A-Probe石英音叉探針、PI超高精度納米定位臺、HF2LI鎖相放大器、Renishaw激光干涉儀等儀器完成了雙探針原子力顯微鏡實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置的構(gòu)建，分別進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：（1）系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，通過石英音叉探針針尖坐標(biāo)的偏移量來判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明探針的漂移量在納米級別，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好；（2）石英音叉探針的對準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，通過視場范圍內(nèi)對準(zhǔn)兩個探針之間的距離