时间相移显微干涉术用于微机电系统的尺寸表征

提出了将时间相移显微干涉测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上.该方法速度快、无损、非接触、易在晶片级进行,具有亚微米级的水平分辨力,垂直分辨力在纳米量级.测量系统采用Mirau显微干涉物镜,利用高性能压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向的相移,并通过健壮的5帧Hariharan算法获取表面的相位信息.通过测量美国国家标准研究院(NIST)认证的标准台阶对系统进行了精度标定,并通过测量微谐振器和压力传感器微薄膜的几何尺寸说明了该方法作为测量和过程表征工具的功能.

纳米台阶高度标准样块的研制与评价

介绍了纳米台阶高度标准样块的用途及国内研制样块的情况,设计了纳米台阶高度样块的结构和制作工艺流程,制作了高度20nm^100nm的样块。以20nm、50nm、100nm为例对样块的台阶高度、台阶上下表面平行度、台阶测量区域的粗糙度、均匀性、稳定性进行了考核。结果表明,研制的样块台阶高度与设计值基本一致,稳定性好,与美国VLSI公司的相同高度的台阶高度标准样块相比,本文制作样块的平行度、粗糙度、均匀性与VLSI样块评价测量结果一致。

集成AFM测头的纳米测量机用于台阶高度的评价

利用纳米测量机(NMM)和原子力显微镜(AFM)实现了高精度的台阶高度评价,该系统的测量范围可以达到25 mm×25 mm×5 mm。文中描述了NMM和AFM的工作原理,说明了NMM的高精度定位性能,系统利用NMM实现x、y方向的扫描,AFM测头只是作为零点传感器,通过将AFM的悬臂梁反馈控制信号引入到NMM的数字信号控制器中,NMM实现在z方向的辅助测量,这种测量模式减小了AFM的PZT扫描器固有特性对测量的影响。根据ISO 5436—1:2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的标准偏差为0.52 nm。

基于变速扫描技术的大尺寸台阶测量（英文）

为了提高大尺寸台阶结构的单边测量精度、缩短测量时间,基于变速扫描技术,并利用傅里叶变换提取法及单边台阶评价算法进行扫描干涉信号的处理,提出并搭建了具有变速扫描功能的白光干涉测量系统。并且利用该系统对标称值为9.976±0.028μm的台阶标准样板进行了测量,10次重复性测量结果为9.971μm,标准偏差量为0.007μm,测量时间仅为35 s,远小于常规扫描方法的222 s,大大缩短了测量时间,因此说明了该系统在大尺寸台阶结构测量中,具有较高的精确性与高效性。

基于白光相移干涉术的微结构几何尺寸表征

将Carré等步长相移法与白光垂直扫描相结合形成了一种白光等步长相移算法,该方法快速、准确、非接触,垂直分辨力可达亚纳米级.测量系统集成了Mirau显微干涉物镜,并通过高精度压电陶瓷纳米定位器带动物镜进行垂直扫描.分析了Carré法应用于白光干涉信号的相位提取的精度,对不同扫描步距以及不同信噪比情况下的测量进行了计算机仿真,确定了测量参数.结合重心法将相位计算的数据范围直接定位于干涉信号的零级条纹,从而省去了相位解包裹过程.通过对微谐振器和标准台阶的测量说明了该方法的有效性,并使用白光相移干涉、白光垂直扫描和单色光相移干涉对44 nm标准台阶进行了测量,并对测量结果进行了比较.

微米级台阶高度样块制备中刻蚀工艺的选择

介绍了微米级台阶高度样块的重要作用和国内外研制现状。为了研制出表面质量好的台阶高度标准样块,设计了不同的刻蚀工艺方案。通过对不同刻蚀工艺制作出样块的均匀性、表面粗糙度和平行度进行比较,确定标称高度为2~10μm的样块选用反应离子刻蚀（RIE）,标称高度为20~100μm的样块选用深反应离子刻蚀（DRIE）和湿法刻蚀相结合的工艺。为防止样块氧化,对样块溅射了90 nm的金属铬。对标称高度10μm样块质量参数进行评价。结果表明：表面粗糙度为0.4 nm、平行度为0.5°、均匀性为1.3 nm,优于美国VLSI公司同种材料制作的标称高度为8μm的样块。

纳米校准与测试——基于纳米测量机的试验性研究

主要介绍了基于纳米测量机的高阶梯差台阶标准样板和深沟槽深度标准样板计量测试和校准工作研究,包括在NMM上对两种标准样板进行计量测试和校准、在NMM上安装不同的探测传感器时纳米级深度标准样板和台阶高度样板的校准比较、以及在研航空基金项目"在NMM上实现小型非球面的坐标扫描轮廓测量方法"。

基于SIFT图像拼接算法的标准样板测量技术

为了在使用高倍物镜测量标准样板时获得高分辨率的样本整体区域信息,提出了一种基于尺度不变特征变换(SIFT)图像拼接算法的标准样板测量技术。首先通过高倍物镜获取局部三维结构,将其转化为二维灰度图像;然后采用SIFT和RANSAC算法得到准确的特征点;最后采用加权平均融合算法得到完整图像,重构整体样板三维结构,并利用ISO5436-1∶2000对标准样板台阶高度进行评价。实验对100和400 nm两种高度的标准样板进行了测量和拼接,并对拼接后的台阶高度进行评价,测量均值分别为100.3和398.9 nm,实验表明该技术能准确还原标准样板中台阶的高度,有效扩大了标准样板形貌重构的范围。

纳米计量与传递标准

纳米计量不仅提供测量和表征纳米材料及器件基础,同时在纳米生产工艺控制和质量管理领域也扮演重要角色。纳米技术就某种意义上讲就是实现原子或分子操作的超精细加工技术。纳米科技的各个领域都涉及对纳米尺度物质的形态、成分、结构及其物理化学性能功能的测量、表征。纳米测量在纳米科技中起着信息采集和分析的不可替代的重要作用。纳米测量技术包括:纳米级精度的尺寸和位移的测量,纳米级表面形貌的测量以及纳米级物理与化学特性测量。目前迫切需要解决的问题有微电子、超精密加工中线宽、台阶、膜厚等测量问题、纳米材料中的粒子特征测量问题和作为纳米科技主要测量和操作工具的扫描探针显微镜、扫描电子显微镜等的特性表征和测量准确度评定。文章重点评述了国际上为建立可溯源于国际基本单位制的纳米计量体系努力。包括:纳米尺度测量台阶、节距的国际比对,传递标准在纳米计量体系中的特殊作用,用于校准扫描探针显微镜、扫描电子显微镜等的传递标准研制概况。/()(SPM)(SEM)(SI)()(SPM)(SEM)

端度计量

端度计量是几何量计量的一项基础工作,国内外对量块、量块对和台阶规端度标准器的高精度测量技术开展了大量的研究。量块的测量方法分为比较法和绝对干涉法。比较法介绍了基于高定位重复性测头和干涉比较技术的高精度量块比较仪,其测量不确定度0.04μm+0.4×10^(-6)L。绝对干涉法介绍了量块绝对干涉测量的测量原理及国内干涉测量的发展历程。绝对干涉法主要包括单端和双端量块干涉测量方法,相应地研制了需要研合测量的单端移相量块干涉仪和无需研合的双端移相量块干涉仪,其测量不确定度达到15 nm+0.15×10^(-6)L。以移相量块干涉仪为基础开展了量块对和台阶规的测量方法研究。为实现量块对的高精度测量,通过不确定度分析和实验验证获得并规定了单端移相量块干涉仪测量量块对的限定测量条件。采用移相量块干涉仪测量量块对长度差的测量不确定度不超过10 nm。采用单端移相量块干涉仪可以实现台阶规的高精度测量,通过对干涉条纹的分析计算,台阶中心高度测量不确定度达到(0.01~0.1)μm。为满足超高精度的长度测量的需求,研究超高精度干涉测量技术是端度计量的发展趋势。已有的单端和双端移相干涉技术为基于全新设计的超高精度干涉仪的研制奠定了基础,从而实现纳米级测量不确定度的端度测量。

集成聚焦式测头的纳米测量机用于台阶高度标准的评价

利用集成聚焦式测头的纳米测量机实现了高精度的台阶高度标准评价,该系统的测量范围可以达到25mm×25mm×5mm。描述了纳米测量机的工作原理,通过内嵌激光干涉仪和角度传感器的实时测量与反馈,实现高精度定位与扫描。聚焦式测头只作为零点传感器,与3个激光轴交于一点,避免了阿贝误差影响。通过将聚焦式测头的输出信号引入到纳米测量机的数字信号控制器中,实现定位系统的辅助测量,减小了聚焦式测头的非线性对测量结果的影响。根据ISO5436-1:2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的均方根(RMS)偏差为0.237nm。