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紫外光学线宽扫描测量装置的成像系统研究

张明凯  
【摘要】:现在随着半导体产业的快速发展,芯片和MEMS器件的尺寸已经从微米向100纳米甚至10纳米量级迈进。相应的,对这些芯片和器件的检测范围也进入到纳米量级。在计量领域中,对纳米量级几何结构的高分辨率测量属于关键尺寸检测(CD Measurement),检测设备的准确与否对芯片晶体管以及微纳器件的性能及合格率起着关重要的作用。目前,在半导体及芯片制造中,光学显微成像方法由于高速和较高分辨率,常用于芯片尺寸的测量。而当制造工艺进入到纳米量级范围,通常的光学显微镜由于存在光学衍射极限,分辨率受到限制。 为提高对芯片和微纳器件线宽的测量能力,中国计量科学研究院正在研究一套计量型紫外光学微纳几何结构标准测量装置,该装置使用紫外光学检测设备减小对象的衍射尺寸,提高检测分辨率;使用激光干涉仪对被测线宽进行溯源。本论文依托该装置,研究一种计量型紫外光学显微镜的线宽测量方法,通过高分辨率紫外CCD自动聚焦,紫外光电倍增管对线宽衍射光强的测量,得到可溯源的纳米线宽值。 文章中介绍了计量型紫外光学微纳测量的系统构架,结构设计。通过对OLYMPUS光学显微镜的改造设计,实现紫外光路的分光以及光路的微调。介绍了线宽测量方法,最后通过介绍数字图像自动聚焦算法,利用小波分解的方法实现CCD自动对焦。主要工作有以下几个方面: 第一章介绍课题研究的背景和意义,主要介绍了微纳线宽测量的重要意义、纳米计量的相关方法、计量型紫外光学显微镜的优势以及目前国内外计量型紫外光学显微镜的研究现状。 第二章说明了本课题研究的国内首个计量型紫外光学显微镜的系统原理,详细的说明了该系统的结构参数,以及预期分辨率;微纳线宽的测量过程,系统整体结构的设计方案。 第三章分析了线宽扫描成像的系统组成和扫描原理。本章研究了四个方面内容:物平面与共轭像平面的分辨率计算关系;分光光路的结构设计和小孔三维调整装置的安装;紫外光源光强测量实验以及光电倍增光(PMT)选型分析;线宽扫描原理及相关实验,详细介绍了自动聚焦的硬件组成。 第四章分析了光学成像系统的成像原理,数字图像自动聚焦原理。相对于传统的电机物镜执行器,我们选择了PZT来提高聚焦精度。紫外CCD数字图像方法实现自动聚焦的算法,简述了现有的自动对焦方法,对比了各种数字图像自动聚焦算法的研究, 第五章研究了小波分解自动聚焦算法。算法使用小波对图像的高低频分解,定义聚焦评价函数,最终确定准确的聚焦位置。最后分析了聚焦效率,以及精度。 第六章对已经完成的工作成果进行总结,并对未来的工作作出展望。


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