[實用新型]一種自適應(yīng)步進掃描模塊及其三維原子力顯微鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201822142235.0
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN209387684U
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王艷艷;賀思漢;邊琰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24;G01Q10/00
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 李薇

本實用新型公開了一種自適應(yīng)步進掃描模塊及其三維原子力顯微鏡，自適應(yīng)步進掃描模塊，其特征在于，包括智能反饋控制器、六軸位移臺、數(shù)據(jù)采集卡和控制模塊，其中，所述原子力顯微鏡的探針驅(qū)動器受所述六軸位移臺驅(qū)動以發(fā)生傾斜，所述探針驅(qū)動器與所述智能反饋控制器通訊連接，所述智能反饋控制器通過所述數(shù)據(jù)采集卡與所述控制模塊通訊連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述六軸位移臺通訊連接。該模塊可實現(xiàn)樣品兩側(cè)側(cè)壁的精確測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及原子力顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種面向三維原子力顯微鏡的自適應(yīng)步進掃描模塊。

背景技術(shù)

原子力顯微鏡(AFM)可用于測試絕緣體、導體、半導體等微納結(jié)構(gòu)的表面形貌，測試分辨率較高(縱向可達0.01nm)，且測試過程中對被測樣品無損壞，獲得了廣泛應(yīng)用。目前半導體工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，集成電路加工過程中的刻線加工尺寸越來越小(30nm以內(nèi))，原子力顯微鏡以其高分辨率的優(yōu)勢備受青睞。

原子力顯微鏡的基本工作原理是：利用集成探針的微懸臂梁接觸被測樣品表面，兩者距離很近時，探針尖端原子與樣品表面原子之間產(chǎn)生作用力，該力引起微懸臂梁發(fā)生變形，變形量經(jīng)光杠桿放大并由光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)計算機采集讀取并顯示。利用壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動探針在樣品上進行X、Y和Z三個方向的掃描，Z向設(shè)定作用力值，利用反饋控制器控制該作用力恒定得到樣品表面形貌的二維圖像。

傳統(tǒng)AFM有三種掃描模式：接觸、輕敲和非接觸。接觸模式下，針尖在掃描過程中一直接觸樣品，兩者原子之間的排斥力其主要作用，但該模式下容易損壞樣品。非接觸模式下，針尖與樣品之間主要表現(xiàn)為吸引力，測試不穩(wěn)定，分辨率較低。輕敲模式下，針尖處于諧振狀態(tài)，周期性接觸樣品表面，分辨率較高，但掃描速度較低。

半導體工業(yè)領(lǐng)域，微納結(jié)構(gòu)刻線側(cè)壁尺寸(如側(cè)壁粗糙度、側(cè)壁傾角)直接影響器件的電氣性能。然而，AFM在以上三種模式下測量半導體結(jié)構(gòu)刻線尺寸時，只能測得一側(cè)側(cè)壁形貌，且準確度較低。這嚴重限制了AFM在半導體工業(yè)生產(chǎn)線上的進一步應(yīng)用。因此，一種面向3D-AFM可實現(xiàn)側(cè)壁形貌準確測試的掃描技術(shù)是十分必要的。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的接觸、輕敲和非接觸三種掃描模式都只能測得一側(cè)側(cè)壁形貌的問題，而提供一種集成在傳統(tǒng)的AFM系統(tǒng)中的面向三維原子力顯微鏡的自適應(yīng)步進掃描模塊，在傳統(tǒng)原子力顯微鏡的基礎(chǔ)上，添加該模塊，即可實現(xiàn)樣品兩側(cè)側(cè)壁形貌的準確測試。

本實用新型的另一方面是提供所述自適應(yīng)步進掃描模塊的控制方法，通過自適應(yīng)掃描方法實現(xiàn)側(cè)壁形貌的精確測量，提高測量的準確度。

本實用新型還提供了所述控制方法在半導體形貌測量中的應(yīng)用，可精確的對側(cè)壁進行測量。

為實現(xiàn)本實用新型的目的所采用的技術(shù)方案是：

面向三維原子力顯微鏡的自適應(yīng)步進掃描模塊，其特征在于，包括智能反饋控制器、六軸位移臺、數(shù)據(jù)采集卡和控制模塊，其中，所述原子力顯微鏡的探針驅(qū)動器受所述六軸位移臺驅(qū)動以發(fā)生傾斜，所述探針驅(qū)動器與所述智能反饋控制器通訊連接，所述智能反饋控制器通過所述數(shù)據(jù)采集卡與所述控制模塊通訊連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述六軸位移臺通訊連接。

在上述技術(shù)方案中，所述探針驅(qū)動器為高剛性壓電陶瓷促動器P-841.1，所述六軸位移臺為六軸六足位移臺H840。

在上述技術(shù)方案中，所述智能反饋控制器為DSP芯片。

在上述技術(shù)方案中，所述DSP芯片通過外接模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7725和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD5542與所述探針驅(qū)動器相連接。

在上述技術(shù)方案中，所述DSP芯片通過內(nèi)置的多通道緩沖接口McBSP0的CLKR引腳、FSR引腳、DR0引腳分別與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7725的SCO引腳、FSO引腳、引腳SDO 相連；