毫米級納米幾何特征尺寸計量標準裝置多自由度激光干涉計量系統

施玉書, 張 樹, 連笑怡, 李 偉, 李 琪, 黃 鷺, 高思田

(中國計量科學研究院,北京 100029)

1 引 言

納米技術是基礎研究和高新技術發展中具有前瞻性、帶動性的重點領域,已經成為國際科技競爭的戰略制高點[1]。納米結構的設計制造技術和觀測分析技術是納米技術實現工業化生產的關鍵技術[2],對于半導體、光學等先進器件而言,如果沒有相應的計量檢測分析技術,就無法進行高效的研發和生產。納米幾何結構計量是指針對MEMS器件和半導體集成電路產業中的各類納米結構體的各種幾何尺寸進行計量[3～5],包括間隔、寬度、高度和膜厚等幾何尺寸,并將結果溯源至米定義SI單位。目前,納米幾何結構計量面臨的最大挑戰是被測物尺寸從幾毫米到上百毫米,測量范圍從幾十微米到幾十毫米,即納米幾何結構計量正從小范圍向大范圍邁進[1]。

納米幾何結構計量必須實現測量結果向米定義SI單位的直接溯源。目前SI單位米定義的復現是基于高復現性的碘穩頻激光的波長實現,并通過碘穩頻激光與其它激光的拍頻比對實現米定義的量值溯源。激光干涉儀是長度計量中最為廣泛使用的測量儀器,其位移測量結果可以直接溯源到米定義波長基準;然而,目前國內市場上商品型激光干涉儀基本被國外公司壟斷,不僅價格昂貴,而且部分高分辨率的激光干涉儀的進口受到各種限制[6]。

2 毫米級納米幾何特征尺寸計量標準裝置

毫米級納米幾何特征尺寸計量標準裝置主要由位移系統、測頭系統、計量系統、測量控制系統和環境測量控制系統5大部分組成。……