Microscopia a forza atomica con sonda attiva con array a sbalzo Quattro-Parallel per l'ispezione di campioni su larga scala ad alta produttività

Sommario

L'ispezione di campioni su larga scala con risoluzione su scala nanometrica ha un'ampia gamma di applicazioni, in particolare per i wafer semiconduttori nanofabbricati. I microscopi a forza atomica possono essere un ottimo strumento per questo scopo, ma sono limitati dalla loro velocità di imaging. Questo lavoro utilizza array a sbalzo attivi paralleli in AFM per consentire ispezioni ad alta produttività e su larga scala.

Abstract

Un microscopio a forza atomica (AFM) è uno strumento potente e versatile per gli studi di superficie su scala nanometrica per acquisire immagini topografiche 3D di campioni. Tuttavia, a causa della loro limitata produttività di imaging, gli AFM non sono stati ampiamente adottati per scopi di ispezione su larga scala. I ricercatori hanno sviluppato sistemi AFM ad alta velocità per registrare video dinamici di processo in reazioni chimiche e biologiche a decine di fotogrammi al secondo, al costo di una piccola area di imaging fino a diversi micrometri quadrati. Al contrario, l'ispezione di strutture nanofabbricate su larga scala, come i wafer di semiconduttori, richiede l'imaging a risoluzione spaziale su scala nanometrica di un campione statico su centinaia di centimetri quadrati con un'elevata produttività. Gli AFM convenzionali utilizzano una singola sonda a sbalzo passiva con un sistema di deflessione del fascio ottico, che può raccogliere soltanto un pixel alla volta durante l'imaging AFM, con conseguente bassa produttività di imaging. Questo lavoro utilizza una serie di cantilever attivi con sensori piezoresistivi incorporati e attuatori termomeccanici, che consentono il funzionamento simultaneo multi-cantilever in parallelo per una maggiore produttività di immagini. Se combinato con nano-posizionatori ad ampio raggio e algoritmi di controllo adeguati, ogni cantilever può essere controllato individualmente per catturare più immagini AFM. Con algoritmi di post-elaborazione basati sui dati, le immagini possono essere unite insieme e il rilevamento dei difetti può essere eseguito confrontandole con la geometria desiderata. Questo documento introduce i principi dell'AFM personalizzato facendo uso delle matrici a sbalzo attive, seguito da una discussione sulle considerazioni pratiche dell'esperimento per le applicazioni di ispezione. Immagini di esempio selezionate di reticoli di calibrazione in silicio, grafite pirolitica altamente orientata e maschere di litografia ultravioletta estrema vengono catturate utilizzando una serie di quattro cantilever attivi ("Quattro") con una distanza di separazione della punta di 125 μm. Grazie a una maggiore integrazione ingegneristica, questo strumento di imaging su larga scala ad alta produttività è in grado di fornire dati metrologici 3D per maschere a raggi ultravioletti estremi (EUV), ispezione di planarizzazione chimico-meccanica (CMP), analisi dei guasti, display, misurazioni a gradini a film sottile, matrici per la misurazione della rugosità e scanalature di tenuta del gas secco incise al laser.

Introduzione

I microscopi a forza atomica (AFM) possono catturare immagini topografiche 3D con risoluzione spaziale su scala nanometrica. I ricercatori hanno esteso la capacità degli AFM di creare mappe di proprietà del campione nei domini meccanici, elettrici, magnetici, ottici e termici. Nel frattempo, il miglioramento della produttività dell'imaging è stato anche al centro della ricerca per adattare gli AFM alle nuove esigenze sperimentali. Esistono principalmente due domini di applicazione per l'imaging AFM ad alto rendimento: la prima categoria è l'imaging ad alta velocità di una piccola area per catturare i cambiamenti dinamici nel campione dovuti a reazioni biologiche o chi....

Protocollo

1. Preparazione del campione per l'ispezione su larga scala

1. Preparare il campione con una dimensione adatta per l'AFM (vedere la tabella dei materiali).
   NOTA: I campioni a forma di wafer con un diametro interno al piano compreso tra 75 mm e 300 mm e una variazione di altezza prevista fuori dal piano inferiore a 200 μm possono essere inseriti nello stadio del campione AFM. In questo studio, viene utilizzata una maschera ultravioletta estrema (EUV) su un wafer da 4 pollici (vedi Tabella dei materiali).
2. Pulire il campione per rimuovere i contaminanti e conservarlo all'interno di una camera bianca o....

Risultati

Per dimostrare l'efficacia dell'imaging ad ampio raggio di AFM facendo uso di cantilever attivi paralleli per l'imaging topografico, le immagini cucite di un reticolo di calibrazione, prese da quattro cantilever azionati in parallelo, sono mostrate nella Figura 2. La struttura di calibrazione del wafer di silicio ha caratteristiche lunghe 45 μm con un'altezza di 14 nm. Ogni cantilever copre un'area di 125 μm per 125 μm, che fornisce un'immagine panoramica cucita di 500 μm per 125 μm. La velo.......

Discussione

Come dimostrato nei risultati rappresentativi, un array a sbalzo attivo può essere utilizzato per acquisire più immagini di un campione statico in parallelo. Questa configurazione scalabile può migliorare significativamente la produttività di imaging di campioni di grandi dimensioni, rendendola adatta per l'ispezione di dispositivi nanofabbricati su wafer di semiconduttori. Inoltre, la tecnica non si limita alle strutture artificiali; Finché la variazione topografica all'interno di un gruppo di cantilever attivi non è tr.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Attivo-Cantilever	nano analytik GmbH	AC-10-2012	Sonda AFM
E-Beam	EBX-30, INC	012323-15	Strumento di modellazione della maschera
Grafite pirolitica altamente orientata - HOPG	TED PELLA, INC	626-10	Campione di calibrazione AFM
Campione di maschera	Nanda Technologies GmbH	Substrato di prova	Maschera EUV Substrato del campione
NANO-COMPAS-PRO	nano analytik GmbH	23-2016	AFM Software
nanoMetronom 20	nano analytik GmbH	1-343-2020	Strumento AFM