紫外纳米线宽测量系统及线宽边缘的准确评估

发布时间：2020-10-14 12:04

　　 随着微纳制造技术的发展,微电子集成电路、晶体管、芯片等零部件的尺寸精度已经迈入纳米结点,而掩膜版作为微纳器件的制作母版,其几何结构尺寸的微小偏差将导致器件功能和性能的失效,其中几何尺寸中的线宽值和线间距是制造精度的重要参数,因此在微纳器件制造中必须对纳米级几何尺寸进行精密检测。光学显微测量法由于其非接触、高精度、高分辨率、速度快等特点,是微纳几何尺寸测量的主要方法。本论文在中国计量科学研究院的“紫外微纳几何结构标准装置”基础上对线宽测量系统进行研究,主要研究内容如下:(1)综合分析了国内外纳米技术及纳米结构尺寸测量技术的研究现状,介绍了国内外的纳米结构尺寸测量装置,阐述了紫外光学纳米线宽测量装置研究的必要性。(2)描述了紫外光学线宽测量光路及原理,基于科勒式照明原理,组装了高数值孔径的紫外聚束镜,实现了50μm半径的圆域照明视场及0.67的数值孔径。设计了分光结构及调节机构,分光结构由分光镜、调节基座、小孔位置调节机构组成。调节基座可以实现分光镜偏摆的调节,保证了物面上的待测区域成像在紫外CCD的感光面上,实现了测量过程的可视化操作;小孔位置调节机构可实现纳米级的孔位置调节,保证物像共轭关系,实现了PMT接收线宽栅格条纹的最大光通量。制作了高性能I/V转换放大电路,可以实现百nA级电流检测,用于线宽信号的转换和提取。(3)为实现对栅格掩膜版线宽的精确扫描,对自制纳米位移台的运动性能进行了评估及校准。基于激光外差干涉测量方法设计了一套位移台性能测量系统,研究了纳米位移台的校准方法;位移台未校准时,PZT的伸长量和位移台的位移量存在不一致现象,即位移机构存在非线性,当PZT伸长至100μm时,位移台的X轴和Y轴方向的测试位移分别为95.947μm、97.075μm,X轴和Y轴的最大误差分别为4.053μm、2.925μm,根据测量结果提出了一种多项式拟合的非线性校准方法,并比较了全行程内三阶拟合校准方法和三阶分段拟合校准方法的有效性,位移台校准后,X轴和Y轴方向的最大非线性误差分别为15nm、17nm,由测量结果可知三阶分段拟合校准更加有效且能够使误差降低99%,评估了位移台的往返一致性、耦合位移及角摆。(4)为实现对线宽测量装置硬件的集中控制,基于MFC框架编写了各个硬件的控制软件,实现了对纳米位移台、相机、数据采集卡等硬件的有效、稳定的控制。最后利用完成的线宽测量装置对2μm线宽栅格掩膜版进行了测量实验,采用FDTD Solutions建立掩膜版线宽模型进行仿真,由仿真结果可知,可取归一化光强的30%处作为线宽边缘。根据获得的栅格边缘阈值,计算出8组实验的线宽值并得到线宽测量平均值为2156.57nm,验证了构建的紫外纳米线宽测量装置及评估方法的有效性和可行性。
【学位单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN23
【部分图文】：

第一章 绪论景、目的及意义是指在纳米尺度上运行的每一项技术和科学的集体定义，是其他列科学技术的总称，是分子生物学、介观物理等现代科学和计算纳米技术等现代技术结合的产物[1-3]。通过对 1nm 至 100nm 微尺究，可以找到新的科学原理、材料特性和科学技术，因此纳米技和应用领域具有巨大的潜力[4-6]。目前，纳米技术的应用已经覆盖封装、纳米生物化学、智能药物领域[7,8]，精密加工与定位技术器件等，如图 1.1 所示，物理、化学、生物等领域的基础理论、和根据纳米技术完成的高科技产品共同构成了枝叶繁盛的纳米树

图 1.2 纳米结构特征尺寸示意图.1.2 纳米测量技术的发展纳米测量是对物质的尺寸、表面形貌、形状等性质在纳米尺度上的精密测量，图 纳米结构特征尺寸示意图[21]。随着纳米材料研制、集成电路、微型机电系统、超精密等领域的快速发展，发起对纳米测量技术更高的挑战。目前，国内外对于纳米结构特测量方法主要有以下几种：（1）扫描电子显微镜扫描电子显微镜是一种在纳米尺度上对物质的微观形貌表征手段，具有视场大，分高、测量速度快、测量范围广等优点，广泛应用于观察各种物质超微结构的形态和组成依据的是电子与物质之间的相互作用。其工作过程为[22]：电子枪发射电子，经聚焦、形成高能电子束，在环形扫描磁场的作用下，按照一定空间和时间顺序测量样品表面廓。由于入射电子与样品之间的相互作用，将根据击打被测物的深度而产生不同类型

（a）装置主体 （b）样品腔内部结构图 1.3 NIST 研制的标准计量 SEM2）扫描探针显微镜扫描探针显微镜问世之前，光学成像法是对物质表面微观结构与特征观测的主要方法。是光学衍射极大限制了此类仪器的分辨力，1956 年美国科学家 O.Keefe 提出的扫描探测理突破光学衍射对显微镜分辨力的限制[26]。扫描探针显微镜是一系列显微镜的统称，它通过原子级别大小的探针接近样品表面来分辨极小尺度上的表面细节和特征，主要包括子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）等[27,28]。隧道显微镜是根据隧道效应设而成，具有恒流和恒压两种工作模式，通过探针与样品表面的隧道电流或针尖驱动器的制电压变化反应样品表面轮廓，具有亚纳米分辨率，缺陷是被测样品表面必须导电。原力显微镜是基于针尖尖端原子与样品表面原子之间的排斥力，具有原子级分辨率的同时服了 STM 对样品导电性的限制，AFM 因其高分辨率，不受环境和样品的影响等优点，泛应用于二维、三维表面形貌表征、在线测量等领域[29]。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张东;张磊;史久林;石锦卫;弓文平;刘大禾;;受激布里渊散射的线宽压缩及时间相干性[J];物理学报;2012年06期

2 孙再吉;;NEDO成功开发线宽26nm的曝光设备[J];半导体信息;2007年05期

3 杨毅红;;AutoCAD中有线宽的圆的绘制及编辑方法的研究[J];高职论丛;2006年04期

4 薛冬,楼祺洪,周军,叶震寰,孔令峰;窄线宽光纤激光器进展[J];激光与光电子学进展;2004年05期

5 李毅杰;步进机的成象线宽控制因素探讨[J];电子工业专用设备;1996年04期

6 安平;AutoCAD自动改变实体线宽的实现[J];工程设计CAD及自动化;1997年06期

7 沈文革;Auto CAD中LINE和PLINE集的线宽编辑[J];电脑技术;1995年08期

8 王水平;电子自旋共振(ESR)实验中测量吸收线宽△H的技巧[J];大学物理;1987年12期

9 柴燕杰;吴群;张汉一;周炳琨;;窄线宽外腔半导体激光器[J];激光与红外;1988年10期

10 胡衍芝,顾德英;窄线宽单纵模沟槽衬底平面条形(AlGa)As激光器的研制及其线宽分析[J];光学学报;1989年12期

相关博士学位论文 前10条

1 梁宜勇;可变线宽的无掩膜光刻理论与技术研究[D];浙江大学;2005年

2 方苏;窄线宽激光和窄线宽光梳的研究[D];华东师范大学;2013年

3 代志勇;1.55μm单频窄线宽光纤激光器理论与实验研究[D];电子科技大学;2012年

4 孙殷宏;高功率窄线宽光纤激光器理论和实验研究[D];中国工程物理研究院;2016年

5 蒋燕义;超窄线宽激光及其在光钟中的应用[D];华东师范大学;2012年

6 王福源;窄线宽非经典光源的制备及性质[D];中国科学技术大学;2009年

7 赵天明;无频率关联窄线宽纠缠光源的量子纠缠交换[D];中国科学技术大学;2014年

8 陈默;超窄线宽布里渊掺铒光纤环形激光器机理与特性研究[D];国防科学技术大学;2015年

9 杨昌盛;高性能大功率kHz线宽单频光纤激光器及其倍频应用研究[D];华南理工大学;2015年

10 冷进勇;窄线宽光纤放大器的理论和实验研究[D];国防科学技术大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 周奇;紫外纳米线宽测量系统及线宽边缘的准确评估[D];浙江理工大学;2019年

2 徐志晨;窄线宽掺铒光纤环形激光器技术研究[D];西安电子科技大学;2018年

3 李相良;锶原子698 nm钟跃迁激光系统搭建及窄线宽激光技术研究[D];清华大学;2017年

4 杜楠;窄线宽铒镱共掺光纤激光器的研究[D];华中科技大学;2013年

5 张志楠;窄线宽掺镱光纤激光器的研究[D];华中科技大学;2011年

6 张仁杰;单频单偏振窄线宽光纤激光器[D];安徽大学;2007年

7 尹传祥;紫外显微镜微纳线宽测量关键技术的研究[D];合肥工业大学;2015年

8 夏春雨;窄线宽复合腔半导体激光器的特性研究[D];长春理工大学;2008年

9 胡洋;基于受激瑞利散射的窄线宽可调谐光纤激光器研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 徐量;1550nm高功率窄线宽光源的研究[D];武汉邮电科学研究院;2011年

本文编号：2840635