[發明專利]物體平面微、納米尺寸的測量裝置及其測量方法

無效

• 申請號: 200910056935.0
• 申請日: 2009-03-06
• 公開（公告）號: CN101504273A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 劉一;傅云霞;孫薇斌;李源
• 申請（專利權）人: 上海市計量測試技術研究院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/14
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳志良

技術領域

本發明涉及微、納米測量領域中基于納米定位測量機和光學顯微鏡的平面微、納米尺寸的測量裝置及其測量方法。

背景技術

隨著微細加工技術的不斷進步，微電路、微光學元件、微機械以及其它各種微結構不斷出現，器件特征尺寸和與之關聯的公差不斷減小，而其形狀結構復雜程度卻不斷增加，這就對加工過程中幾何量的檢測手段提出更高的要求。在半導體工業中，要求的器件檢測精度已經達到亞微米或者納米水平，這就對具有高精度的測量裝置和方法提出了迫切的要求。

目前的檢測手段有原子力探針法、光學測量技術等。原子力探針法測量線寬、線間隔等，首先需要確定掃描方向，必須沿正交方向掃描才能測量獲取準確的線寬和線間隔距離。為了尋找正確的掃描方向需要進行多次掃描最后計算出掃描角度，整個過程繁瑣，時間長。而光學測量手段如線寬儀、線距儀等，由于光學鏡頭的限制，為了提高分辨率，需要提高放大倍數，但視場會隨著放大倍數的增大減小，導致測量時視場有限，無法一次性獲取整個被測物體的平面形貌，可直接檢測的范圍有限。

本發明是為避免上述現有技術所存在不足之處，提出了一種基于納米定位測量機和光學顯微鏡測頭的平面微、納米尺寸的測量方法，這種新的測量方法使得尋找掃描方向的時間更短，檢測裝置的測量范圍更大，測量的結果可以溯源。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提出一種物體平面微、納米尺寸的測量方法和裝置，以實現在大范圍內快速對線寬、線間隔等進行可溯源的測量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：基于一個納米定位測量機平臺，利用光學顯微鏡測頭對被測物體成像，獲取被測物體不同區域內的灰度算數平均值，對微結構的平面尺寸進行測量。

物體平面微、納米尺寸測量方法中使用的納米定位測量機(如德國SIOS公司生產的型號為NMM-1的納米定位測量機)，利用三個微型平面鏡干涉儀，兩個角度傳感器經過適當的設置與安裝，使得測量在三個方向均消除了阿貝誤差。被測物體放置在可移動的載物平臺上，載物平臺的位置用三個微型平面鏡干涉儀確定，載物平臺移動的位移可直接溯源到激光波長，定位精度0.1nm，不確定度10nm，范圍25mm×25mm×5mm。

物體平面微、納米尺寸測量方法中使用的光學顯微鏡測頭，包含光源、光學組合鏡頭、手動調焦裝置、自動調光數控組件、CCD。所述的光學顯微鏡測頭是通過設置在納米測量機上部的固定支架被固定在納米測量機的上部。光學測頭CCD將測頭視場區域內圖像數據傳送至數據處理器。

數據處理器完成的工作主要有：灰度轉換、方向確定、區域灰度算術平均值計算、數模轉換。

被測物體經光學測頭成像后，圖像數據傳送到數據處理器，數據處理器將接收到的數據進行數值轉換獲取被測物體在光學測頭視場內的灰度圖，在灰度圖中可以設定線寬的方向，

(之后的掃描沿與線寬方向垂直進行)，然后設定沿線寬方向的區域計算該區域內的灰度算術平均值，并將該灰度算術平均值經數模轉換后發送到納米測量機。納米測量機就可以獲取一一對應的位置坐標和灰度算術平均值。

對被測物體沿與線寬垂直的方向進行掃描，可以獲取位置坐標和灰度值圖，圖中具有灰度算術平均值變化較大這個特征的坐標位置就對應著線寬邊緣位置。兩個線寬邊緣位置的橫坐標之差就是實際線寬值。

本發明基于納米定位測量機平臺，利用光學顯微鏡測頭可以實現測量范圍25mm×25mm，測量精度0.2μm.隨著光學顯微鏡測頭的分辨率的提升，測量精度也會提高。

本發明采用平面微、納米尺寸測量方法的有益效果是，加速了尋找掃描角度，拓展了光學測量等其他測量手段的測量對象的范圍，實現對線寬、線間等特征參數的測量和表征。解決了在半導體加工制造領域對平面微、納米尺寸的測量方法和裝置的迫切需求，研究成果具有重要的應用前景和實用價值，對于推動微加工技術的工藝和精度的提高具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明裝置結構示意圖；

圖2是本發明納米定位測量機和固定支架示意圖；

圖3a、3b是本發明掃描過程示意圖；

圖4a、4b是線寬掃描曲線示意圖，以灰度算術平均值為縱坐標，掃描距離為橫坐標；

圖5是物體表面距離與掃描距離關系示意圖；

圖6a、6b是線間隔掃描曲線示意圖，以灰度算術平均值為縱坐標，掃描距離為橫坐標。