計(jì)量型掃描電鏡的溯源與應(yīng)用研究.pdf

1、在新世紀(jì)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，芯片等元器件也逐步由之前的微米向納米階段進(jìn)化。這就給計(jì)量科學(xué)提出了新的要求，納米計(jì)量將在工業(yè)發(fā)展中起到積極的推動(dòng)作用。在微納幾何結(jié)構(gòu)的計(jì)量檢測(cè)中，由于有物理衍射極限的存在，使得傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡存在著很大的局限性。因此，掃描電鏡在納米計(jì)量中顯得尤其重要。
　　為了滿(mǎn)足對(duì)半導(dǎo)體芯片以及線寬等微納幾何結(jié)構(gòu)的計(jì)量要求，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了計(jì)量型掃描電鏡的標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制。該設(shè)備利用高速高精度雙層納米位

2、移臺(tái)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確測(cè)量，消除了電子束帶來(lái)的畸變;同時(shí)，利用干涉儀計(jì)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的溯源。論文研究該裝置的位移控制與干涉測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)該裝置進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)定，利用該裝置對(duì)微納幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，得到納米顆粒的有效直徑。
　　本文圍繞計(jì)量型掃描電子顯微鏡系統(tǒng)進(jìn)行了介紹與分析，其中有計(jì)量型掃描電鏡的基本構(gòu)造、溯源原理、主要誤差來(lái)源引起的不確定度分析和在微納顆粒等方面的應(yīng)用。主要工作有:
　　首先，介紹了計(jì)量型掃描電鏡的背

3、景與重要意義，其中有納米計(jì)量技術(shù)、光刻技術(shù)、測(cè)量線寬的主要方法和儀器;分析了計(jì)量型掃描電子顯微鏡的優(yōu)劣勢(shì)以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。以ZEISS ULTRA55型掃描電鏡為主體進(jìn)行改造的計(jì)量型掃描電子顯微鏡的系統(tǒng)構(gòu)造，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。概括描述了計(jì)量型掃描電鏡的可溯源的干涉儀計(jì)量系統(tǒng)。介紹了計(jì)量型掃描電鏡的雙層位移臺(tái)設(shè)計(jì):即在大范圍移動(dòng)，選用大范圍機(jī)械式位移臺(tái);在小范圍精準(zhǔn)定位，選擇壓電陶瓷納米級(jí)位移臺(tái)。介紹了激光干涉儀計(jì)量系統(tǒng)，這是裝置實(shí)現(xiàn)溯源

4、的關(guān)鍵。闡述了控制系統(tǒng)的功能模塊并展示了掃描電鏡對(duì)二維柵格的圖像。
　　然后，闡述了關(guān)于測(cè)量不確定度的A類(lèi)評(píng)定與B類(lèi)評(píng)定的主要評(píng)定方法;接著，對(duì)計(jì)量型掃描電鏡進(jìn)行測(cè)量不確定的分析與評(píng)估。主要是:1）計(jì)量系統(tǒng)的誤差;2）幾何誤差;3）電子束斑漂移;4）圖像像素的不確定度;5）機(jī)械臺(tái)振動(dòng)和納米位移臺(tái)振動(dòng);6）測(cè)量重復(fù)性。給出計(jì)量型掃描電鏡的合成測(cè)量不確定度。
　　接著，介紹了計(jì)量型掃描電鏡的應(yīng)用領(lǐng)域。概述了在計(jì)量檢測(cè)圖像分析處理