用于線寬測量的雙探針原子力顯微鏡系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來隨著半導體工業(yè)的不斷發(fā)展，集成電路的關鍵尺寸正向著22nm以下的技術節(jié)點邁進。器件尺寸的不斷減小，導致關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鍵尺寸成為納米計量領域的一大難題。傳統(tǒng)的測量工具如光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)都不能對關鍵尺寸進行有效的真三維測量。為此本文提出構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果的影響。為驗證雙探針測

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的結構特點及工作原理;建立了音叉探針的力學和電學等效模型;介紹并分析了動態(tài)AFM在幅度調制（AM）、頻率調制(FM)和相位調制(PM)模式下的工作原理及特點;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.為了實現(xiàn)雙探針AFM系統(tǒng)測量結果的量值溯源，課題采用了激光干涉儀系統(tǒng)。基于FPGA設計

3、了細分卡接口電路，實現(xiàn)了上位機軟件對位置數據的讀取、復位操作。驗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驗裝置，系統(tǒng)主要由測頭、納米位移臺、視覺觀測模塊、鎖相放大器和數字反饋控制系統(tǒng)構成。主要開發(fā)了探針夾持機構、探針微弱信號檢測電路及基于DSP的數字反饋控制電路。基于此實驗裝置完成了測頭在調幅、調頻和調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行了測量。實驗表明，該測頭具有納米級分辨力