Microscopía de fuerza atómica de sonda activa con matrices en voladizo cuatór-paralelas para la inspección de muestras a gran escala de alto rendimiento

Resumen

La inspección de muestras a gran escala con resolución a nanoescala tiene una amplia gama de aplicaciones, especialmente para obleas semiconductoras nanofabricadas. Los microscopios de fuerza atómica pueden ser una gran herramienta para este propósito, pero están limitados por su velocidad de imagen. Este trabajo utiliza matrices de voladizos activos paralelos en AFM para permitir inspecciones de alto rendimiento y a gran escala.

Resumen

Un microscopio de fuerza atómica (AFM) es una herramienta potente y versátil para estudios de superficie a nanoescala con el fin de capturar imágenes topográficas en 3D de muestras. Sin embargo, debido a su limitado rendimiento de imágenes, los AFM no se han adoptado ampliamente para fines de inspección a gran escala. Los investigadores han desarrollado sistemas AFM de alta velocidad para grabar vídeos de procesos dinámicos en reacciones químicas y biológicas a decenas de fotogramas por segundo, a costa de una pequeña área de imagen de hasta varios micrómetros cuadrados. Por el contrario, la inspección de estructuras nanofabricadas a gran escala, como las obleas semiconductoras, requiere imágenes de resolución espacial a nanoescala de una muestra estática de cientos de centímetros cuadrados con alta productividad. Los AFM convencionales utilizan una sola sonda en voladizo pasivo con un sistema de desviación de haz óptico, que solo puede recopilar un píxel a la vez durante la obtención de imágenes AFM, lo que da como resultado un bajo rendimiento de imágenes. Este trabajo utiliza una serie de voladizos activos con sensores piezorresistivos integrados y actuadores termomecánicos, lo que permite el funcionamiento simultáneo de varios voladizos en paralelo para aumentar el rendimiento de las imágenes. Cuando se combina con nanoposicionadores de gran alcance y algoritmos de control adecuados, cada voladizo se puede controlar individualmente para capturar múltiples imágenes AFM. Con los algoritmos de posprocesamiento basados en datos, las imágenes se pueden unir y la detección de defectos se puede realizar comparándolas con la geometría deseada. Este documento presenta los principios del AFM personalizado utilizando las matrices en voladizo activas, seguido de una discusión sobre consideraciones de experimentos prácticos para aplicaciones de inspección. Las imágenes de ejemplo seleccionadas de la rejilla de calibración de silicio, el grafito pirolítico altamente orientado y las máscaras de litografía ultravioleta extrema se capturan utilizando una matriz de cuatro voladizos activos ("Quattro") con una distancia de separación de punta de 125 μm. Con una mayor integración de ingeniería, esta herramienta de procesamiento de imágenes de alto rendimiento y gran escala puede proporcionar datos metrológicos en 3D para máscaras ultravioleta extrema (EUV), inspección de planarización mecánica química (CMP), análisis de fallas, pantallas, mediciones de pasos de película delgada, troqueles de medición de rugosidad y ranuras de sellado de gas seco grabadas con láser.

Introducción

Los microscopios de fuerza atómica (AFM) pueden capturar imágenes topográficas en 3D con resolución espacial a nanoescala. Los investigadores han ampliado la capacidad de los AFM para crear mapas de propiedades de muestra en dominios mecánicos, eléctricos, magnéticos, ópticos y térmicos. Mientras tanto, la mejora del rendimiento de las imágenes también ha sido el foco de la investigación para adaptar los AFM a las nuevas necesidades experimentales. Existen principalmente dos dominios de aplicación para la obtención de imágenes de AFM de alto rendimiento: la primera categoría es la obtención de imágenes de alta velocidad de un área pequeña para capturar cambios dinámic....

Protocolo

1. Preparación de muestras para inspección a gran escala

1. Prepare la muestra con un tamaño adecuado para el AFM (ver Tabla de Materiales).
   NOTA: Las muestras en forma de oblea con un diámetro en el plano de 75 mm a 300 mm y una variación de altura esperada fuera del plano inferior a 200 μm pueden caber en la platina de muestra AFM. En este estudio, se utiliza una máscara ultravioleta extrema (EUV) en una oblea de 4 pulgadas (ver Tabla de materiales).
2. Limpie la muestra para eliminar los contaminantes y manténgala dentro de una sala limpia o en un entorno con poco polvo, como una cámara de vacío o ....

Resultados

Para demostrar la eficacia de las imágenes de largo alcance de AFM utilizando voladizos activos paralelos para la obtención de imágenes topográficas, en la Figura 2 se muestran las imágenes cosidas de una rejilla de calibración, tomadas por cuatro voladizos operados en paralelo. La estructura de calibración de la oblea de silicio tiene características de 45 μm de largo con una altura de 14 nm. Cada voladizo cubre un área de 125 μm por 125 μm, lo que da una imagen panorámica cosida de 500 μm .......

Discusión

Como se demuestra en los resultados representativos, se puede utilizar una matriz de voladizo activa para capturar varias imágenes de una muestra estática en paralelo. Esta configuración escalable puede mejorar significativamente el rendimiento de imágenes de muestras de gran área, lo que la hace adecuada para inspeccionar dispositivos nanofabricados en obleas semiconductoras. La técnica tampoco se limita a las estructuras hechas por el hombre; Siempre que la variación topográfica dentro de un grupo de voladizos activos .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Activo-Voladizo	nano analytik GmbH	AC-10-2012	AFM Probe
E-Beam	EBX-30, INC	012323-15 Instrumento de	modelado de máscaras
Grafito pirolítico altamente orientado – HOPG	TED PELLA, INC	626-10	AFM Muestra
calibración Mascarilla Muestra Nanda Technologies	GmbH	Sustrato de prueba	EUV Mascarilla Sustrato de muestra
NANO-COMPAS-PRO	nano analytik GmbH	23-2016	AFM Software
nanoMetronom 20	nano analytik GmbH	1-343-2020	Instrumento AFM

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