基于AFM的纳米尺度线宽计量模型及其算法的研究

纳米尺度线宽的测量广泛应用于半导体制造、数据存储、微机电系统等领域。随着制造技术的进步,线宽的极限尺寸也变得越来越小,目前已经缩小至100 nm左右。在这一尺度范围内,由于样本制造技术的限制和测量仪器的影响,目前很难得到准确的测量结果。为了获得样本的真实几何尺寸信息,剔除测量方法和仪器本身对测量结果的影响,建立了一个基于AFM测量技术的线宽计量模型和相应算法。该模型将被测样本的截面轮廓用20个关键点分成5个部分共19段,用基于最小二乘的直线来拟合实际轮廓。应用该模型和算法可以分别得到单刻线轮廓拟合前后的顶部线宽b_T、b_(TF),中部线宽b_M、b_(MF),底部线宽b_B、b_(BF),左右边墙角A_L、A_R,以及高度h_。使用NanoScope Ⅲa型AFM对一个单晶硅(Si)线宽样本进行了测量,测量结果表明该模型和算法可以满足纳米尺度线宽计量的基本要求。

纳米尺度表面形貌测量的双图像拼接法

与传统探针相比,使用碳纳米管探针能探测到更精细的样本表面形貌,为减小针尖形貌和尺寸造成的测量误差提供了一个良好途径。然而,在普通探针上黏贴碳纳米管时总是难以避免地出现一个倾斜角度,它使得对刻线样本进行测量时只能获得单侧较精确的边墙数据,而另外一侧失真较大。提出一种双图像拼接方法,样本在经过一次测量以后被旋转180°,然后重新测量,分别保留两次测量中较好的一侧边墙测量数据,并把它们拼接成一幅更接近真实样本的图像。采用基于ICP算法的图像配准技术匹配两次测量图像,消除两次测量的位置偏差, 并应用双线性插值和最小二乘拟合方法对配准后的图像进行处理,计算得到更准确的线宽和边墙角等单刻线样本的特征尺寸值。

基于最小二乘拟合的不同探针测量线宽的比较

AFM探针的形貌和尺寸对纳米尺度线宽的测量有较大影响.首先建立了一个基于最小二乘的应用于AFM测量技术的线宽计量模型,并使用三种不同探针在NanoScopeⅢa型AFM上对设计线宽尺寸为1000nm的样本进行了测量.应用该模型和算法对线宽进行计算,揭示出探针尺寸对线宽测量结果的影响以及该模型对探针尺寸的依赖性.