[发明专利]物体平面微、纳米尺寸的测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及微、纳米测量领域中基于纳米定位测量机和光学显微镜的平面微、纳米尺寸的测量装置及其测量方法。

背景技术

随着微细加工技术的不断进步，微电路、微光学元件、微机械以及其它各种微结构不断出现，器件特征尺寸和与之关联的公差不断减小，而其形状结构复杂程度却不断增加，这就对加工过程中几何量的检测手段提出更高的要求。在半导体工业中，要求的器件检测精度已经达到亚微米或者纳米水平，这就对具有高精度的测量装置和方法提出了迫切的要求。

目前的检测手段有原子力探针法、光学测量技术等。原子力探针法测量线宽、线间隔等，首先需要确定扫描方向，必须沿正交方向扫描才能测量获取准确的线宽和线间隔距离。为了寻找正确的扫描方向需要进行多次扫描最后计算出扫描角度，整个过程繁琐，时间长。而光学测量手段如线宽仪、线距仪等，由于光学镜头的限制，为了提高分辨率，需要提高放大倍数，但视场会随着放大倍数的增大减小，导致测量时视场有限，无法一次性获取整个被测物体的平面形貌，可直接检测的范围有限。

本发明是为避免上述现有技术所存在不足之处，提出了一种基于纳米定位测量机和光学显微镜测头的平面微、纳米尺寸的测量方法，这种新的测量方法使得寻找扫描方向的时间更短，检测装置的测量范围更大，测量的结果可以溯源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种物体平面微、纳米尺寸的测量方法和装置，以实现在大范围内快速对线宽、线间隔等进行可溯源的测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于一个纳米定位测量机平台，利用光学显微镜测头对被测物体成像，获取被测物体不同区域内的灰度算数平均值，对微结构的平面尺寸进行测量。

物体平面微、纳米尺寸测量方法中使用的纳米定位测量机(如德国SIOS公司生产的型号为NMM-1的纳米定位测量机)，利用三个微型平面镜干涉仪，两个角度传感器经过适当的设置与安装，使得测量在三个方向均消除了阿贝误差。被测物体放置在可移动的载物平台上，载物平台的位置用三个微型平面镜干涉仪确定，载物平台移动的位移可直接溯源到激光波长，定位精度0.1nm，不确定度10nm，范围25mm×25mm×5mm。

物体平面微、纳米尺寸测量方法中使用的光学显微镜测头，包含光源、光学组合镜头、手动调焦装置、自动调光数控组件、CCD。所述的光学显微镜测头是通过设置在纳米测量机上部的固定支架被固定在纳米测量机的上部。光学测头CCD将测头视场区域内图像数据传送至数据处理器。

数据处理器完成的工作主要有：灰度转换、方向确定、区域灰度算术平均值计算、数模转换。

被测物体经光学测头成像后，图像数据传送到数据处理器，数据处理器将接收到的数据进行数值转换获取被测物体在光学测头视场内的灰度图，在灰度图中可以设定线宽的方向，

(之后的扫描沿与线宽方向垂直进行)，然后设定沿线宽方向的区域计算该区域内的灰度算术平均值，并将该灰度算术平均值经数模转换后发送到纳米测量机。纳米测量机就可以获取一一对应的位置坐标和灰度算术平均值。

对被测物体沿与线宽垂直的方向进行扫描，可以获取位置坐标和灰度值图，图中具有灰度算术平均值变化较大这个特征的坐标位置就对应着线宽边缘位置。两个线宽边缘位置的横坐标之差就是实际线宽值。

本发明基于纳米定位测量机平台，利用光学显微镜测头可以实现测量范围25mm×25mm，测量精度0.2μm.随着光学显微镜测头的分辨率的提升，测量精度也会提高。

本发明采用平面微、纳米尺寸测量方法的有益效果是，加速了寻找扫描角度，拓展了光学测量等其他测量手段的测量对象的范围，实现对线宽、线间等特征参数的测量和表征。解决了在半导体加工制造领域对平面微、纳米尺寸的测量方法和装置的迫切需求，研究成果具有重要的应用前景和实用价值，对于推动微加工技术的工艺和精度的提高具有重要意义。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明纳米定位测量机和固定支架示意图；

图3a、3b是本发明扫描过程示意图；

图4a、4b是线宽扫描曲线示意图，以灰度算术平均值为纵坐标，扫描距离为横坐标；

图5是物体表面距离与扫描距离关系示意图；

图6a、6b是线间隔扫描曲线示意图，以灰度算术平均值为纵坐标，扫描距离为横坐标。