工业型spm的电控系统设计

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2、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证，书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：緣畫處签字日期：年《月日／学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可＾１义将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段

3、保存、汇编Ｗ供查网和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：！签矮多参填菩亨Ｉ字日期：如／ｊ－年６月Ｉ日签字日期；＞／戶＾月／日工业型SPM的电控系统设计TheDesignofElectronicControlSystemforIndustrialSPM学科专业：仪器科学与技术研究生：徐建国指导教师：胡小唐教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年五月摘要扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope，SPM）自发明以来，在生物、化学、物理和材料等

4、诸多领域都取得了广泛的应用。SPM家族中的原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，AFM）因其无损检测和高分辨率成像能力，在半导体行业的关键尺寸（CriticalDimension，CD）检测上表现出巨大潜力，但传统AFM成像速度慢限制了其工业应用。另一方面，随着集成电路的工艺节点越来越小，半导体结构的复杂化，对检测设备的三维成像能力提出了迫切的需求。本项目针对工业领域应用的特点，研发出一种具有快速扫描、三维扫描、快速无损进针和自动换针等特性的适于工业检测的SPM系统。本论文主要完成了工业型扫描探针显微测试系统的电控系统的下位机硬件与软件的设计，并对AFM实现

5、侧壁形貌扫描的方法作了初步的实验，论文的主要内容包括：1、介绍了扫描探针显微镜的发展概况和AFM的工作原理，其中重点介绍了用于半导体行业的CD-AFM的发展概况。2、介绍了工业SPM系统的总体设计，包括整机结构设计、光路系统设计、探针夹持器结构设计和电控系统整体框架与功能。3、实现了电控系统的硬件设计，包括FPGA最小系统、以太网通信模块、QPD信号处理电路、电机控制模块、探针夹持器驱动和模拟锁相放大电路。4、实现了各部分硬件对应的下位机软件设计，包括嵌入式TCP/IP协议栈的实现、电机控制软件和DDS控制软件的实现。5、进行了样品侧壁扫描的相关实验，包括横向灵敏度标定和扭转谐

6、振实验，并在此基础上对侧壁进行了单线扫描。关键词：工业SPM，FPGA，嵌入式以太网，侧壁扫描ABSTRACTSincescanningprobemicroscope(SPM)wasinvented,ithasbeenwidelyusedinmanyfieldssuchasbiology,chemistry,physics,materials,andsoon.InSPMfamily,atomicforcemicroscope(AFM)showsenormouspotentialincriticaldimension(CD)measurementofsemiconductorin

7、dustrybecauseofitsnon-destructivetestingandhighresolutionimagingcapability.ButconventionalAFM’slowscanningspeedlimitsitsindustrialapplications.Ontheotherhand,asthetechnologynodeofintegratedcircuit(IC)isgettingsmallerandthestructureofICisgettingcomp