微纳特征结构评价与表面表征方法研究

论文摘要

随着超精密加工技术加工精度的不断提高和微电子器件、MEMS制造尺寸的不断减小,纳米加工技术应时而生。计量技术与工业生产技术从来都是互相促进、相互提高的,纳米计量技术也因此得到了飞速发展。针对超精密加工中对典型特征尺寸和微观表面形貌的测量需求,本课题开展了微纳特征结构评价与表面表征方法方面的研究,主要工作内容如下:1.通过对国内外典型特征尺寸和微观表面形貌的测量技术和方法的充分调研,寻求各种方法之间的关系,在实验中采用了原子力显微术、相移扫描干涉技术和白光扫描干涉技术。2.研究分析了微纳特征结构的评价原理,主要对台阶、栅距和线宽等微纳结构的评价算法进行了分析,并使用MATLAB编写了评价程序。应用多种方法对台阶、栅格结构进行测量,利用MATLAB编写评价程序对测量数据进行评价计算,验证了各个评价算法的可行性和可靠性;建立线宽结构的评价模型和算法,对线宽结构进行多组仿真,验证所建线宽模型和评价算法的可行性。3.研究了加工表面包含的表面形变、波纹度和粗糙度信息的滤波分离技术,分析高斯滤波器的工作原理和近似实现方法,对高斯近似滤波器的可靠性进行仿真实验验证。4.利用不同的测量方法:相移干涉、白光垂直扫描干涉和原子力显微镜对超精密加工表面进行了多组测量实验;针对用于超精密表面粗糙度分析的多个参数,对不同方法测量得到的数据进行分析和对比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超精密加工技术的发展及其计量需求
• 1.2 纳米计量的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 微纳特征结构表征的研究现状
• 1.2.2 微观表面表征的研究现状和发展趋势
• 1.3 纳米计量常用的测量方法
• 1.4 课题的研究意义与论文主要工作
• 第二章 测量原理与系统
• 2.1 原子力显微测量原理与系统
• 2.1.1 原子力显微术
• 2.1.2 基于纳米测量机的计量型AFM系统
• 2.2 光学轮廓术测量原理与系统
• 2.2.1 相移干涉术的测量原理
• 2.2.2 白光扫描干涉的测量原理
• 2.2.3 微结构光学测试系统
• 第三章 微纳特征结构的评价方法
• 3.1 台阶结构的评价
• 3.1.1 台阶高度的评价方法
• 3.1.2 实验结果分析
• 3.2 一维栅格结构的评价
• 3.2.1 一维栅距的评价方法
• 3.2.2 实验结果分析
• 3.3 线宽结构的评价
• 3.3.1 线宽的测量模型
• 3.3.2 线宽结构的评价方法
• 3.3.3 仿真结果分析
• 第四章 超精密加工表面表征方法
• 4.1 表面滤波分离
• 4.1.1 高斯滤波器的定义
• 4.1.2 高斯滤波器的数值实现
• 4.1.3 仿真数据滤波
• 4.2 表面粗糙度参数
• 4.2.1 表面粗糙度的评价基准
• 4.2.2 表面粗糙度的表征参数
• 4.2.3 三维表面粗糙度参数
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 相移干涉测量结果与分析
• 4.3.2 原子力显微术测量结果与分析
• 4.3.3 不同测量方法的评价结果对比
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢