【技术实现步骤摘要】
基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺及采用该纳米卡尺测 量微纳米结构关键尺寸的方法
本专利技术涉及基于双探针原子力显微镜（AFM)的纳米卡尺测量技术。
技术介绍
对样品中出现的相邻和相对两侧壁表面进行测量是半导体行业中检测样件加工 性能的重要手段，如何实现对样品中两侧壁表面扫描及关键尺寸的测量是提高微纳米结构 检测效率和加工工艺的关键。传统的原子力显微镜（AFM)采用Top-Down方式观测样品表面 形貌，探针不能旋转，针尖朝向光学显微镜的底座，很难实现对与底座平面成大角度侧壁表 面进行扫描。这种AFM的主要功能是实现对基底平行表面或与基底成小角度外斜表面扫描 成像和度量，但对样品中常出现的相邻和相对两侧壁表面，却很难实现对其相邻和相对区 域扫描成像和度量，即很难实现对两侧壁表面相邻和相对区域表面间的线宽、线宽粗糙度、 线边缘粗糙度、沟槽深度，以及侧壁倾角等微纳米结构关键尺寸的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统的原子力显微镜（AFM)很难测量微纳米结构关键 尺寸问题，提供一种基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺及采用...
【技术保护点】
基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺，包括双探针原子力显微镜，其特征在于：它还包括两个结构相同的探针架(24)，所述探针架(24)包括基座(24‑1)和旋转臂(24‑3)，旋转臂(24‑3)设置在基座(24‑1)上，且该旋转臂(24‑3)能够绕其中心轴旋转，两个基座(24‑1)分别用于将两个探针架(24)固定在双探针原子力显微镜的第一探针手(18)和第二探针手(11)上，双探针原子力显微镜的一号探针和二号探针分别固定在两个探针架(24)的旋转臂(24‑3)上，所述的一号探针的横截面为圆形或椭圆形，二号探针与一号探针具有相同的结构。
【技术特征摘要】
1. 基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺，包括双探针原子力显微镜，其特征在于：它 还包括两个结构相同的探针架（24)，所述探针架（24)包括基座（24-1)和旋转臂（24-3)， 旋转臂（24-3)设置在基座（24-1)上，且该旋转臂（24-3)能够绕其中心轴旋转，两个基座 (24-1)分别用于将两个探针架（24)固定在双探针原子力显微镜的第一探针手（18)和第二 探针手（11)上，双探针原子力显微镜的一号探针和二号探针分别固定在两个探针架（24) 的旋转臂（24-3)上，所述的一号探针的横截面为圆形或椭圆形，二号探针与一号探针具有 相同的结构。2. 根据权利要求1所述的基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺，其特征在于：所述的 双探针原子力显微镜包括光学显微镜（1)、上位机（20)、第一激光力学子系统、第二激光力 学子系统、第一探针手（18)、第二探针手（11)、第二XYZ微米定位台（12)、第二XYZ纳米定 位台（13)、XY微米定位台（14)、第一 XYZ纳米定位台（15)、样品台（16)和第一 XYZ微米定 位台（17)、双路探针控制器（23)、采集卡（19)、两个压电控制器（21)、一号切换器（22)、二 号切换器（25)和三号切换器（26); 所述第一激光力学子系统用于检测第一探针手（18)的力信号或谐振信号，第二激光 力学子系统用于检测第二探针手（11)的力信号或谐振信号，所述第一激光力学子系统与 第二激光力学子系统的结构相同，所述第一激光力学子系统包括用于调节激光角度的激光 角度调整机构（2)、激光器（3)、四象限位置检测器（5)、用于调节四象限位置检测器（5)位 置的四象限位置检测器二维调整微平台（4)、反射激光凸透镜（7)、用于调节反射激光凸透 镜（7)沿激光传播方向的位置的反射凸透镜一维调整微平台（6)、入射光凸透镜（10)、用于 调节入射光凸透镜（10)沿激光传播方向的位置的入射凸透镜一维调整微平台（8)和反射 镜（9); 所述ΧΥ微米定位台（14)固定在光学显微镜（1)的底座上，所述底座为平板结构，ΧΥ 平面与光学显微镜（1)的底座平行，第一 ΧΥΖ纳米定位台（15)固定在ΧΥ微米定位台（14) 上，样品台（16)固定在第一ΧΥΖ纳米定位台（15)上，第一探针手（18)固定在所述第一ΧΥΖ 微米定位台（17)上，第二ΧΥΖ纳米定位台（13)固定在所述第二ΧΥΖ微米定位台（12)上， 第二探针手（11)固定在所述第二ΧΥΖ纳米定位台（13)上； 第一激光力学子系统中，激光器（3)固定在激光角度调整机构（2)上，四象限位置检测 器（5)固定在四象限位置检测器二维调整微平台（4)上，入射光凸透镜（10)固定在入射凸 透镜一维调整微平台（8)上，反射激光凸透镜（7)固定在反射凸透镜一维调整微平台（6) 上，激光器（3)发出的激光经过入射光凸透镜（10)后聚焦在一号探针的悬臂梁前端上，经 所述悬臂梁前端反射后的激光入射至反射镜（9)的表面，经反射镜（9)反射后的激光入射 至反射激光凸透镜（7)，经过反射激光凸透镜（7)后聚焦在四象限位置检测器（5)的探测面 上；第二激光力学子系统的激光器（3)发出的激光经过入射光凸透镜（10)后聚焦在二号探 针的悬臂梁前端上，经悬臂梁前端反射后的激光入射至反射镜（9)的表面，经反射镜（9)反 射后的激光入射至反射激光凸透镜（7)，经过反射激光凸透镜（7)后聚焦在四象限位置检 测器（5)的探测面上； 上位机（20)的第一 ΧΥΖ微米控制信号输出端连接第一 ΧΥΖ微米定位台（17)的控制信 号输入端，上位机（20)的第二ΧΥΖ微米控制信号输出端连接第二ΧΥΖ微米定位台（12)的 控制信号输入端，上位机（20)的ΧΥ微米控制信号输出端连接ΧΥ微米定位台（14)的控制 信号输入端，上位机（20)的X纳米控制信号输出端通过一个压电控制器（21)连接第一XYZ 纳米定位台（15)的X控制信号输入端，上位机（20)的第一 Υ纳米控制信号输出端和双路 探针控制器（23)的第一 Υ纳米控制信号输出端分别连接一号切换器（22)的两个信号输入 端，该一号切换器（22)的信号输出端通过一个压电控制器（21)连接第一 ΧΥΖ纳米定位台 (15)的Υ控制信号输入端，上位机（20)的第一 Ζ纳米控制信号输出端和双路探针控制器 (23)的第一Ζ纳米控制信号输出端分别连接二号切换器（25)的两个信号输入端，该二号切 换器（25)的信号输出端通过上述压电控制器（21)连接第一 ΧΥΖ纳米定位台（15)的Ζ控 制信号输入端，上位机（20)的ΧΥ纳米控制信号输出端通过另一个压电控制器（21)连接第 二ΧΥΖ纳米定位台（13)的ΧΥ控制信号输入端，上位机（20)的第二Ζ纳米控制信号输出端 和双路探针控制器（23)的第二Ζ纳米控制信号输出端分别连接三号切换器（26)的两个信 号输入端，该三号切换器（26)的信号输出端通过另一个压电控制器（21)连接第二ΧΥΖ纳 米定位台（13)的Ζ控制信号输入端，双路探针控制器（23)的第一振动控制信号输出端连 接第一探针手（18)的振动控制信号输入端，该四象限位置检测器（5)的法向检测信号输出 端同时连接双路探针控制器（23)的第一法向检测信号输入端和采集卡（19)的第一法向检 测信号输入端，该四象限位置检测器（5)的侧向检测信号输出端和总检测信号输出端分别 连接采集卡（19)的第一侧向检测信号输入端和第一总检测信号输入端，双路探针控制器 (23)的第二振动控制信号输出端连接第二探针手（11)的振动控制信号输入端，该四象限 位置检测器（5)的法向检测信号输出端同时连接双路探针控制器（23)的第二法向检测信 号输入端和采集卡（19)的第二法向检测信号输入端，该四象限位置检测器（5)的侧向检测 信号输出端和总检测信号输出端分别连接采集卡（19)的第二侧向检测信号输入端和第二 总检测信号输入端，采集卡（19)的信号输出端连接上位机（20)的采集卡信号输入端。3. 根据权利要求1所述的基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺，其特征在于：所述的 双路探针控制器（23)采用0C4-Dual探针动态控制器实现。4. 根据权利要求1所述的基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺，其特征在于：第一激 光力学子系统中，激光器（3)发出的激光、经一号探针反射后的激光以及经反射镜（9)反射 后的激光在同一平面内，所述平面为S1面；第二激光力学子系统中，激光器（3)发出的激 光、经二号探针反射后的激光以及经反射镜（9)反射后的激光在同一平面内，所述平面为 S2面。5. 根据权利要求4所述的基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺，其特征在于：所述的 S1面与S2面重合。6. 采用权利要求2所述的基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺测量微纳米结构关键 尺寸的方法，其特征在于，所述方法为：利用一号探针和二号探针分别对两个相邻或相对的 待测侧壁表面进行扫描，根据扫描数据得到微纳米结构关键尺寸。7. 根据权利要求6所述的采用基于双探针原子力显微镜的纳...
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