使用AFM测量纳米尺度刻线边缘粗糙度的影响因素的研究

随着半导体制造技术降至100nm以下技术节点,刻线边缘粗糙度的测量与控制已成为纳米测量中的研究热点之一。本文对使用原子力显微镜(AFM)测量半导体刻线边缘粗糙度的影响因素问题进行了研究。根据线边缘粗糙度测量与表征的特点对各种影响因素进行理论和实验分析,包括探针针尖尺寸与形状的非理想性、AFM扫描图像的噪声、扫描采样间隔、压电晶体驱动精度、悬臂梁振动以及线边缘检测算法中的自由参数等。在对这些影响因素进行分析的基础上分别提出抑制及修正方法,从而在一定程度上提高LER测量结果的准确度,为实现半导体制造业不断提高的刻线形貌测量的精度要求提供了可行性参考。     

基于原子力显微镜的线宽粗糙度测量

给出采用原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)测量线宽粗糙度(Line width roughness,LWR)的分析步骤。分析线宽和LWR及其偏差随刻线横截面位置的高度变化的关系,线宽及其偏差和LWR及其偏差随刻线横截面位置的高度值增加而减小。分别采用四种边缘提取算子提取了碳纳米管针尖AFM测量的刻线顶部线宽边缘,计算了刻线顶部线宽和LWR,顶部线宽和LWR测量结果对边缘提取算子不敏感。结合被测单晶硅台阶的顶表面和底表面加工方法,提出采用各扫描线轮廓高度相等的方法校正AFM压电驱动器的z向非线性。比较了采用普通氮化硅探针针尖、超尖针尖以及碳纳米管针尖AFM测量名义线宽为1 000 nm刻线LWR的结果,显示采用三种针尖的LWR测量结果存在差异,但考虑到AFM分辨率,可认为测量结果基本相同。因此,为更精确描述刻线边缘,必须提高AFM分辨率。     

新一代GPS操作技术在纳米粗糙度评定中的应用

基于新一代GPS标准体系中的操作和操作算子技术对纳米粗糙度的测量与评定规范进行了研究,以离线分析扫描电子显微镜（SEM）图像方法测量与评定线边缘粗糙度为例给出了相应的操作和操作算子,为规范纳米粗糙度的测量和评定过程提供了一条可行之路。     

基于计量学的线边缘粗糙度定义

对目前线边缘粗糙度(Line edge roughness,LER)的研究进行了分类,区分线宽变化率、线的边缘粗糙度和侧墙(边缘)粗糙度的物理本质.重新给出一个LER定义,定义LER是由加工工艺和材料本身结构引起的刻线侧墙的表面形貌微观不规则程度,并分析给出定义的合理性.给出该定义和ITRS定义间的换算关系.结合刻线的加工过程主要发生在刻线的边缘表面,且该加工过程发生于深纳米尺度,给出一种基于原子尺度的LER计量模型,在该模型中分离了材料本质粗糙度.     

基于形貌参数表征系统的表面粗糙度评定实验平台开发

随着对机械零部件表面质量要求的不断提高,需要更准确有效地表征表面形貌参数。本文采用VC++软件,研制了一套适用于表面形貌粗糙度参数表征及研究的系统,可以用于互换性与测量技术基础等课程中表面粗糙度监测与评定实验,也可以用于表面形貌参数表征及其表面性能等方面的研究。本系统主要包括了表面形貌轮廓曲线的绘制、各种表面粗糙度参数的计算和比较等。     

极紫外多层膜基底表面粗糙度综合表征技术

研究用不同清洗方法对硅基底表面粗糙度的影响,首先使用原子力显微镜(AFM)直接测量硅片表面粗糙度;然后,利用直流磁控溅射方法,在相同制备工艺条件下镀制M o/S i多层膜,使用X射线衍射仪(XRD)对多层膜二级衍射峰进行摇摆曲线扫描;最后,利用同步辐射测量多层膜的反射率,间接表征基底的粗糙度。结果表明,超声清洗后镀制的多层膜反射率最高,结论与AFM,XRD等表征方法一致。     

波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统

用光学显微干涉法进行表面形貌测量时其深度测量范围的扩大和形貌测量精度的提高是一对矛盾。为此,本文设计出了一种基于波长轮换与相移扫描相结合的三波长表面形貌测量系统,并提出了一种基于椭圆拟合与相位差大小尺度相结合的相位提取与识别算法。将这种算法运用于多波长干涉图像的数据处理,有效地提高了形貌的整体测量精度,并拓展了深度测量范围。实验结果表明:在深度测量范围扩大近15倍的条件下,采用粗糙度国家基准校准的方波多刻线样板得到的表面粗糙度数据与校准数据的相对误差仅为4.12%,表明该系统在一定的深度范围内能够实现表面形貌的高精度测量。另外,针对该系统设计的多波长相位识别算法对环境噪声要求不高,可以支持系统的高噪声或在线测量。     

光学干涉法在航天阀门产品表面粗糙度测量中的应用

航天阀门产品如活门壳体、阀芯等,其密封面处表面粗糙度的加工精度,对阀门密封性能起着至关重要的作用。采用垂直扫描光学干涉法,根据产品材质和表面形状等特性设置不同的测量参数,获得活门壳体平面形密封面、R形密封面和非金属阀芯密封面表面粗糙度的测量图像及测量结果。经测量不确定度分析,扩展相对不确定度小于10%,满足测量精度的要求,实现了毫米级小尺寸平面和曲面表面粗糙度的高精度非接触测量。     

接触线参数双目视觉测量系统的有效视场与分辨率分析

根据双目测量系统的特点和接触线参数检测的技术要求,分析了双目视觉法测量接触线的有效视场和分辨率与系统结构参数和摄像机光学参数的理论关系.应用MATLAB软件对不同结构参数和光学参数条件下的有效视场和分辨率进行仿真计算.结果表明图像传感器CCD的光敏面尺寸和像素尺寸分别是影响有效视场和分辨率的主要因素;对于确定的CCD,焦距增大,有效视场减小,分辨率提高;而且,对接触线高度的测量分辨率远低于对拉出值的测量分辨率.     

一维矩形光栅AFM图像盲探针表面重建模拟研究

探针结构参数的合理选取将直接决定扫描图像及其盲探针修正图像的失真程度。基于此,以一维矩形模拟光栅为典型案例,对该模拟光栅的原子力显微镜(AFM)扫描成像过程与盲探针修正过程进行了仿真,阐明了探针结构参数对扫描成像过程与盲探针修正过程的影响规律。通过建立线宽变化度与半高宽相结合的图像重建误差评价指标,确定了针对该模拟光栅的AFM探针建议结构参数,并取得了良好的光栅图像重建效果。研究表明,应用线宽变化度结合半高宽来综合评价光栅的AFM测量和图像重建过程,有利于提升实际光栅AFM图像盲探针重建的准确度。