雙探針原子力顯微鏡測頭機電系統(tǒng)的研究.pdf

1、現(xiàn)代集成電路制造工藝中芯片上所能容納的電子元器件數(shù)目越來越多，對集成電路微納米尺寸的測量提出了更高的要求。微納米級別的線寬作為表征集成電路芯片的主要參數(shù)之一，從一定程度上的決定了集成芯片的性能。原子力顯微鏡以其超高分辨率、可測量非導電樣品等優(yōu)點廣泛應用于集成電路的微納米級別的線寬的測量。但是，由于探針本身的尺寸、針尖的角度、針尖的大小、形狀等會對測量結果產生一定的影響，因此現(xiàn)有原子力顯微鏡無法準確的表征樣品的真實線寬、形貌等表面信息。本

2、論文依托國家科技支撐課題“計量型掃描電鏡及雙探針原子力顯微鏡標準裝置的搭建（課題編號：2011BAK15B02）”，就雙探針原子力顯微鏡線寬測量技術進行研究，旨在建立起可以真實表征樣品線寬及形貌的雙探針原子力顯微鏡系統(tǒng)。
　　論文首先分析了原子力顯微鏡技術的國內外研究現(xiàn)狀和原子力顯微鏡在微納米測量中的重要應用，描述了幾種常見的線寬測量方式，介紹了現(xiàn)階段商用原子力顯微鏡的測量原理和測量方法。設計了雙探針原子力顯微鏡測頭機電系統(tǒng)方案，

3、并描述了其工作原理和組成，采用Ansys有限元軟件對測頭機電系統(tǒng)進行了分析，確定了測頭機械結構組成的穩(wěn)定性及線寬測量的可行性，完成了雙探針原子力顯微鏡測頭系統(tǒng)的機械結構設計。在雙探針對準方法方面，分別采用依次步進的方式和PID反饋對準的方式完成了雙探針在納米級別的對準。在樣品掃描方法方面，使用石英音叉探針對標準樣品進行掃描并和商用掃描電鏡以及商用原子力顯微鏡的掃描測量結果進行對比，完成了單個探針對1μm柵格樣品的表面形貌測量。
　

4、　為驗證本論文中構建的雙探針原子力顯微鏡測頭機電系統(tǒng)的可行性及穩(wěn)定性，使用A-Probe石英音叉探針、PI超高精度納米定位臺、HF2LI鎖相放大器、Renishaw激光干涉儀等儀器完成了雙探針原子力顯微鏡實驗系統(tǒng)裝置的構建，分別進行了以下實驗：（1）系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，通過石英音叉探針針尖坐標的偏移量來判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實驗結果證明探針的漂移量在納米級別，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好；（2）石英音叉探針的對準實驗，通過視場范圍內對準兩個探針之間的距離