第52卷第2期2023年2月Vol.52No.2February2023光子学报ACTAPHOTONICASINICA0212001‑1基于平移差分的微结构线宽显微测量方法马剑秋1，高志山1，袁群1，郭珍艳1，孙一峰1，雷李华2，赵琳3（1南京理工大学电子工程与光电技术学院，南京210094）（2上海市计量测试技术研究院，上海201203）（3中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄050051）摘要：从显微成像测量线宽的理论模型出发，分析了限制测量精度的边缘定位误差因素，基于阶跃边缘衍射光强微分的灵敏探测原理，提出一种平移差分的微结构线宽显微测量方法，即使用压电陶瓷微位移平台微量移动待测微结构沟槽，两步平移并采集三幅对沟槽清晰成像的显微图像，显微图像依次相减得到两幅差分图，将线宽测量转为差分脉冲距离测量，利用差分脉冲在阶跃边缘附近梯度变化灵敏度高的特点，突破衍射极限，提高线宽测量精度；再用纳米精度压电陶瓷位移台标定与显微成像系统有关的倍率测量常数，以压电陶瓷位移台的高精度保证测量结果的准确性。以可溯源计量部门、线宽为30.00μm的标准沟槽样板作为待测样品，10次测量得到线宽测量平均值30.03μm，标准差0.005μm，并对本方法进行了不确定度分析，最终得到合成不确定度为0.37%（k=1）。关键词：线宽测量；光学显微；平移差分；测量精度；衍射极限中图分类号：TH741文献标识码：Adoi：10.3788/gzxb20235202.02120010引言随着微纳加工水平的不断发展，当前微结构日趋精细，对其几何关键尺寸的测量精度要求也随之提高。以线型或沟槽型结构为例，其几何关键尺寸主要包括深度、线宽和侧壁角等。对于微电子机械系统（Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS）［1］、印制电路板［2］等具有的沟槽型结构，线宽一般为具有阶跃边缘的结构顶部最小几何特征尺寸，其尺度覆盖数微米至几十微米范围。在微电子机械系统中，线宽误差将导致MEMS器件灵敏度下降，稳定性降低，影响产品性能；在印制电路板中，线宽是保证电路连接可靠性、阻抗板阻抗值满足要求的关键。因此，线宽作为微结构器件的关键指标之一，对微米尺度的线宽需要更高精度的测量技术。依据测量原理的不同，线宽测量方法可分为接触式和非接触式两类。接触式方法如机械探针法［3］、扫描探针显微镜［4］等，优点在于分辨率高，但前者需要接触待测样品，可能划伤样品表面，后者对设备使用环境要求严苛，成本高、吞吐量低，线宽测量分辨率由探针头部几何大小决定。非接触式方法主要包含基于电子束成像的扫描电子显...
