可溯源计量型扫描电子显微镜

单位名称

首都科技条件平台中国科学院研发实验服务基地

联系人

王绮

联系邮箱

wangqi@cashq.ac.cn

成果成熟度

√正在研发   □已有样机   □通过小试   □通过中试   □可以量产

合作方式

□技术转让    □技术入股    □合作开发    √其他

成果简介：

   可溯源计量型扫描电镜是在场发射高分辨力扫描电子显微镜的基础上，增加高精度纳米位移台、激光干涉仪和实时控制系统，利用基于位移台移动方式的扫描成像方法来实现标准样品及微纳器件的扫描成像和长度计量。由于采用了分辨力高达38皮米的激光干涉仪及其光学测量方法，可以完成纳米尺寸的长度计量，并直接溯源到激光波长和米定义的国际单位制(SI)，从而可实现纳米尺寸的长度溯源。

为了减少放大倍率波动和扫描线圈非线性特征对于纳米尺度测量的影响，电工所提出利用激光干涉仪测量的纳米级高精度位移台步进扫描代替传统电子束扫描的图像获取的创新方法。它可以在保持电子束斑不动的条件下，利用实时采样系统在纳米位移台逐点位移的方式来获取扫描图像的同时，原位的获得逐点的(X,Y)坐标，精度达到亚纳米级别。这种方法既可以使图像扫描与激光干涉仪的位置测量直接关联，实现将纳米尺寸的量值溯源;同时也可以有效地减少由于电子显微镜扫描中的非线性和漂移造成的误差。

该设备的成功研制将极大地促进纳米尺度计量标准的制定、长度标准物质和微纳结构体的精确标定方面的研究工作，提升我国在纳米尺寸的直接精准测量以及对每年新进口数百台扫描电子显微镜及其它纳米尺寸测量仪器的校准、纳米标物和标样的校准、数据传递和参加国际长度比对方面的能力，具有在国家及省级计量院推广的潜在价值。

技术特点：

与电子束偏转扫描方式的扫描电子显微镜不同，可溯源计量型扫描电镜采用电子束固定，以纳米位移台实现样品高精度扫描的方式成像，采用激光干涉仪进行二维坐标测量，测量值直接用于测量图像重构，因而该装置的测量结果可直接溯源到米定义国家基准。创新点在于该装置采用纳米位移台驱动样品台扫描并且用干涉仪实现量值溯源，设计了层叠式双位移台，包括50mm大行程超声波电机驱动的微米级定位精度的位移台和100um行程的纳米进给分辨力的柔性铰链位移台，可以实现 XY 方向的扫描范围为100 μm。

研制了基于 DSP的嵌入式实时控制系统，通过输出波形优化控制，显著降低了位移台在行程两端换向时的刚性冲击和振动，改善了由此引起的图像抖动和畸变，研制了搭载激光干涉计量系统的SEM真空腔仓门，优化了激光干涉计量系统的布局，使 XY 二维激光光束与电子束聚焦焦点重合，减小了阿贝误差和余弦误差等几何误差。差动干涉仪的参考镜与电镜腔体固连，减小了温度漂移的影响优势：本系统达到了国际上先进计量电镜水平，目前国际上只有美国国家标准技术研究院(NIST)和德国标准技术研究机构(PTB)有这样的装置。

该仪器能够对纳米技术领域的多种研究生产设备和测量仪器及部分产品进行校准检测，缩短研发和产品化的时间，促进相关领域的技术转化和产业化发展，完善我国的纳米几何量计量量值溯源体系，实现我国纳米几何量量值的传递与统一，满足国际关键量比对的需求，增强我们的国际关键量比对的能力，使我国纳米技术领域的检测数据得到国际互认，增强我国高新技术领域产品和技术的国际竞争实力。

应用前景：

本项目所建立的可溯源计量型扫描电镜标准测量装置用于微米和纳米线宽器件结构的检测，能够将测量值直接溯源到米定义国家基准，对线宽、线纹尺、节距、网格等微纳几何结构标准物质进行校准，实现扫描电镜的量值传递外，还可完成透射电镜的低放大倍率区的校准，实现透射电镜的量值溯源。本系统主要用在半导体制造行业和尺寸计量等纳米研究领域。

知识产权及项目获奖情况：

已授权的发明专利、计算机软件著作权, 成果归属独家拥有。