雙探針原子力顯微鏡測量系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、半導(dǎo)體工業(yè)與微納米測量技術(shù)息息相關(guān),精確可靠的幾何尺寸測量是集成電路制造業(yè)飛速發(fā)展的保障,同時半導(dǎo)體工藝推動著納米尺度測量技術(shù)不斷進步。片上幾何尺寸及形狀的偏差嚴(yán)重影響了集成電路芯片電氣性能,關(guān)鍵尺寸(Critical dimension)作為其中重要的技術(shù)參數(shù),其測量和控制是今后需要解決的技術(shù)難點。傳統(tǒng)檢測手段均不能對關(guān)鍵尺寸實現(xiàn)真三維形貌的表征,本文提出雙探針原子力顯微鏡(AFM)對頂測量方案,采用音叉探針作為力傳感器,以單測頭為基

2、礎(chǔ),搭建了雙探針測量系統(tǒng),并通過實驗驗證了雙探針對頂測量方案的可行性。課題主要開展工作如下:
　　1.基于ANSYS建立Akiyama Probe(A-Probe)有限元模型,通過對其壓電和靜力學(xué)分析,解釋了A-probe工作原理;通過模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,確定了探針振型和工作頻率;通過改變探針幾何尺寸探究探針幾何尺寸對諧振頻率的影響;同時,利用彈簧單元模擬仿真樣品針尖作用時諧振頻率變化情況。
　　2.實驗系統(tǒng)搭建及測頭開發(fā)

3、。系統(tǒng)主要包括測頭、納米定位平臺、光學(xué)輔助進針系統(tǒng)。測頭開發(fā)主要設(shè)計了探針夾持裝置和對探針微弱信號放大處理電路。
　　3.基于鎖相放大器(LIA)和鎖相環(huán)(PLL)實現(xiàn)了測頭動態(tài)模式的測量需求,在幅度、頻率和相位信號調(diào)制下對測頭性能進行測試,經(jīng)實驗驗證,整個系統(tǒng)分辨力在三種模式下均優(yōu)于1nm。
　　4.在幅度調(diào)制模式下,對雙探針對頂測量方案進行了驗證分析。經(jīng)掃描探針對靜止探針區(qū)域掃描,兩探針針尖可在百納米內(nèi)完成對準(zhǔn),通過近場