工業(yè)型SPM的電控系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、掃描探針顯微鏡（Scanning Probe Microscope，SPM）自發(fā)明以來，在生物、化學(xué)、物理和材料等諸多領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用。SPM家族中的原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）因其無損檢測和高分辨率成像能力，在半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵尺寸（Critical Dimension，CD）檢測上表現(xiàn)出巨大潛力，但傳統(tǒng)AFM成像速度慢限制了其工業(yè)應(yīng)用。另一方面，隨著集成電路的工藝節(jié)點越來越小，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

2、的復(fù)雜化，對檢測設(shè)備的三維成像能力提出了迫切的需求。本項目針對工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的特點，研發(fā)出一種具有快速掃描、三維掃描、快速無損進(jìn)針和自動換針等特性的適于工業(yè)檢測的SPM系統(tǒng)。
　　本論文主要完成了工業(yè)型掃描探針顯微測試系統(tǒng)的電控系統(tǒng)的下位機(jī)硬件與軟件的設(shè)計，并對AFM實現(xiàn)側(cè)壁形貌掃描的方法作了初步的實驗，論文的主要內(nèi)容包括：
　　1、介紹了掃描探針顯微鏡的發(fā)展概況和AFM的工作原理，其中重點介紹了用于半導(dǎo)體行業(yè)的CD-AFM的

3、發(fā)展概況。
　　2、介紹了工業(yè)SPM系統(tǒng)的總體設(shè)計，包括整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計、光路系統(tǒng)設(shè)計、探針夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計和電控系統(tǒng)整體框架與功能。
　　3、實現(xiàn)了電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括FPGA最小系統(tǒng)、以太網(wǎng)通信模塊、QPD信號處理電路、電機(jī)控制模塊、探針夾持器驅(qū)動和模擬鎖相放大電路。
　　4、實現(xiàn)了各部分硬件對應(yīng)的下位機(jī)軟件設(shè)計，包括嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)、電機(jī)控制軟件和DDS控制軟件的實現(xiàn)。
　　5、進(jìn)行了樣品側(cè)壁掃