纳米尺度线宽粗糙度测量技术

综述了纳米尺度线宽粗糙度测量研究现状.分别论述了线宽粗糙度定义、各种测量工具的优缺点、目前线宽粗糙度采用的测量方法、分析方法及其表征参数,讨论了线宽粗糙度的测量障碍.分析了线宽粗糙度测量不确定度的构成,讨论了采用原子力显微镜为工具的线宽粗糙度测量的影响因素.     

基于平稳小波变换的纳米尺度线边缘粗糙度分析方法

为了解决微电子制造技术中纳米尺度半导体刻线边缘粗糙度（line edge roughness, LER）的测量问题,笔者提出了基于平稳小波变换的线边缘粗糙度分析方法．首先,使用原予力显微镜测量硅刻线形貌,通过图像处理与阈值方法提取出线边缘粗糙度特征．然后采用基于平稳小波变换的多尺度分析确定线边缘粗糙度特征的能量分布,给出了线边缘粗糙度的多尺度表征参数,包括特征长度和粗糙度指数．仿真出具有不同粗糙程度的线轮廓,计算出其粗糙度指数分别为0．72和6．05,表明该方法可以有效地反映出线边缘的不规则程度,并提供直观的LER空间频率信息．对一组硅刻线的测量数据进行处理,得到其特征长度和粗糙度指数分别为44．56nm和12．17．最后,采用该方法对使用3种不同探针和3组不同扫描间隔的测量数据分别进行分析,结果表明该方法可以有效地量化表征线边缘粗糙度．     

一种基于图像处理的半导体刻线边缘粗糙度的确定方法

随着半导体技术的不断发展 ,半导体刻线临界尺寸不断降低 ,线边缘粗糙度对元件性能的影响越来越大。本文综合运用图像处理中的直方图图像描述、阈值化描述以及Sobel算子提取半导体刻线的边缘 ,并根据边缘计算了粗糙度。最后给出了一个样本的实际测量结果并加以分析 ,结果表明这一方法可以用来测量和分析临界尺寸刻线边缘粗糙度     

基于Motif参数的线边缘粗糙度评定方法研究

针对现有线边缘粗糙度（line edge roughhess,LER）表征参数的不足,提出采用基于Motif参数的LER表征方法。对Motif参数的基本概念和评定流程进行了介绍,并以多层薄膜沉积技术制备的纳米线宽样板的LER评定为例进行了实验。结果表明：Motif参数无需评定基准,可以在轮廓全域内表征LER的幅度和间距特性,评定结果具有一定的鲁棒性。     

基于AFM的刻线边缘粗糙度幅值与空间频率的表征方法

针对使用原子力显微镜测量纳米尺度半导体刻线边缘粗糙度的参数表征问题进行了研究．在对线边缘粗糙度的定义与现有测量方法进行分析的基础上,采用图像处理技术分析硅刻线的原子力显微镜测量图像的线边缘粗糙度特征,提出了线边缘粗糙度的幅值与空间频率的表征方法．其中幅值参数能够在一定意义上反映刻线边缘形貌的均匀性,而采用小波多分辨分析与功率谱密度函数（PSD）频谱分析相结合的空间频率表征方法,则有效地分析了侧墙轮廓边缘复杂的空间信息．实际测量结果表明,样本线边缘粗糙度的主要能量集中在低频区域,其主导空间频率为～0．04nm^-1,在低频部分约500nm特征波长上有最大的线边缘粗糙度分布．     

典型纳米结构制备及其测量表征

针对纳米器件中的典型几何特征,制备了3种纳米结构,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等测量工具对所制备的纳米样板进行了测量、分析和表征。提出转换薄膜厚度为线宽的公称值、基于多层薄膜淀积技术制备纳米宽度结构的方法,制备出了具有名义线宽尺寸分别为20 nm、25 nm、35 nm的纳米栅线结构。用离线的图像分析算法对所制备的纳米线宽样板的线边缘粗糙度/线宽粗糙度(LER/LWR)以及栅线线宽的一致性进行了评估。实验表明所制备纳米线宽样板的栅线具有较好的一致性,LER/LWR值小,且具有垂直的侧壁。采用电子束直写技术(EBL)和感应耦合等离子体刻蚀(ICP)制备了名义高度为220 nm的硅台阶样板。实验表明刻蚀后栅线边缘LER/LWR的高频成分减少,相关长度变长,均方根偏差值(σ)增大。采用聚焦离子束(FIB)制备了纳米单台阶和多台阶结构,并对Z方向的尺度与加工能量之间的关系进行了分析。     

基于等效面积法的线宽及线宽粗糙度测量

建立一种基于刻线边缘轮廓特征求取刻线线宽和线宽粗糙度的测量方法。理想情况下,刻线线宽方向截面为矩形,面积为该矩形高度和宽度的乘积。实际测量中,沿刻线线宽方向截面为一多边形,认为该多边形面积S1和理想矩形面积S相等。利用Tsai给出的台阶高度算法计算刻线单扫描轮廓的高度以获得线宽截面高度H。刻线等效宽度We可根据上述高度H和截面面积S1求出。线宽粗糙度定义为线宽变化的3倍标准偏差,因此线宽粗糙度也能用该方法求出。     

纳米负载催化剂的透射电子显微镜表征

利用透射电子显微镜(TEM)的明场、暗场和扫描透射3种表征技术对纳米负载催化剂Cu-Ag/SiO2的微观形貌、结构进行研究表征,并将所得结果进行对比,讨论这3种技术在表征负载催化剂微观结构方面的优缺点。结果表明:STEM不仅能表征纳米颗粒的粒径分布,还能得到样品的元素分布信息,结果最为直观全面。     

a-Si太阳电池用的栅线

对用低温导电银浆丝网印刷法制作的栅线进行了研究。根据栅线电阻与烘烤温度的实验,在220℃烘烤1h 可得到电阻率最小的栅线;栅线电阻率随温度升高而升高,具有正的温度系数。测量了栅线与 ITO 薄膜的接触电阻,其值为0.02～0.07Ω·cm~2,并随温度升高而增大。栅线经二个太阳的强光曝晒后,栅线电阻率、栅线与 ITO 的接触电阻均稍下降。栅线与 ITO 有一定的粘接强度,用透明胶带粘接——拉开10次,未见栅线的脱落和电阻的变化。计算了丝网印刷薄层的平均厚度,与实测的厚度较接近。分析和比较了由于制作栅线使 ITO 的等效横向传输电阻减小因而降低损耗,以及由栅线本身引起的遮光损耗、栅线电阻损耗、栅线与 ITO 的接触电阻损耗与栅线数的依存关系,发现栅线数为4时,上述四种损耗百分比的和最小。     

扫描电镜纳米颗粒粒径自动检测算法

基于数学几何学,提出一种扫描电镜纳米颗粒粒径自动检测方法,该方法利用电镜颗粒图像的粒径分布及形状信息,采用长短轴比值和区域面积2种不同参数对颗粒是否团簇或残缺进行判断,实现筛选单个的完整颗粒,并使用MATLAB对不同粒径参数的颗粒宽边缘形状进行提取,运用最小二乘法求出颗粒粒径的像素值,经转化后得到真实值,从而实现了微纳米颗粒粒径的自动检测。试验选取聚苯乙烯纳米颗粒对方法进行验证,结果表明:对于团簇残缺较少的图像,采用长短轴比值和面积2种参数进行筛选均能准确有效提取单点颗粒,但团簇残缺颗粒较多时,采用长短轴比值效果更加准确,且计算颗粒粒径与实际值吻合良好。     

表面粗糙度评定的小波基准线

给出了一条新的粗糙度评定基准线———小波基准线。此线是曲面轮廓线、形位误差及波纹度等低频信号的综合。与传统的评定基准线相比，其优点是：光滑自然，没有特定的函数形式；由数据的小波分解产生，精度高。     

双分形表面的粗糙度表征及参数计算

通过对精车和磨削加工不锈钢表面的粗糙度测量，发现它们的轮廓功率谱在其谱区内均服从两种不同的幂定律。本文对这种双分形表面提出了一种新的表征方法。并给出了分形参数的计算公式。实验表明，加工方法越精细，其边界频率越高，表面长度尺度越小。     

不同形貌Ti-O基纳米结构的可控制备与形成机制探讨

利用碱辅助水热法实现了Ti-O基纳米管、纳米带和纳米结构微球的合成,通过TEM、SEM等手段对所制备的纳米结构进行表征。当采用商品级锐钛矿TiO2为原料,热水处理温度为180℃、碱的浓度为10mol/L,热处理48h时可以得到Ti-O基纳米带。纳米带宽度为50~200nm,长度达到几十微米甚至一百多微米;产物产率高,质量好,结晶良好,表面洁净,无缺陷。当热处理温度为120℃时,可以得到Ti-O基纳米管,纳米管的长度为200~500nm,外径在20~50nm之间。当所用前驱体的粒径较小时,容易形成较细或者较窄的纳米带或者纳米线,当在选用前驱体的粒径较大时,可以生成纳米结构微球。