Активная зондовая атомно-силовая микроскопия с кватропараллельными кантилевеверными решетками для высокопроизводительного крупномасштабного контроля образцов

Fangzhou Xia; Kamal Youcef-Toumi; Thomas Sattel; Eberhard Manske; Ivo W. Rangelow

doi:10.3791/65210

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Активная зондовая атомно-силовая микроскопия с кватропараллельными кантилевеверными решетками для высокопроизводительного крупномасштабного контроля образцов

2.9K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/65210

⸱

13 июня 2023 г.

Fangzhou Xia¹ , Kamal Youcef-Toumi¹ , Thomas Sattel² , Eberhard Manske³ , Ivo W. Rangelow⁴^,⁵

¹Mechatronics Research Lab, Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ²Mechatronics Group, Department of Mechanical Engineering, Ilmenau University of Technology, ³Production and Precision Measurement Technology Group, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Ilmenau University of Technology, ⁴Nanoscale Systems Group, Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Ilmenau University of Technology, ⁵nano analytik GmbH

В этой статье

Краткое содержание

Крупномасштабный контроль образцов с наноразмерным разрешением имеет широкий спектр применения, особенно для наноготовых полупроводниковых пластин. Атомно-силовые микроскопы могут быть отличным инструментом для этой цели, но они ограничены скоростью визуализации. В этой работе используются параллельные активные консольные массивы в АСМ для обеспечения высокой пропускной способности и крупномасштабных проверок.

Аннотация

Атомно-силовой микроскоп (АСМ) является мощным и универсальным инструментом для наноразмерных исследований поверхности для получения 3D-изображений топографии образцов. Однако из-за ограниченной пропускной способности АСМ не получили широкого распространения для крупномасштабных инспекций. Исследователи разработали высокоскоростные системы АСМ для записи видео динамических процессов химических и биологических реакций с частотой в десятки кадров в секунду за счет небольшой площади изображения до нескольких квадратных микрометров. Напротив, для контроля крупномасштабных наноструктур, таких как полупроводниковые пластины, требуется наноразмерная визуализация статического образца с пространственным разрешением на сотнях квадратных сантиметров с высокой производительностью. В обычных АСМ используется один пассивный консольный зонд с оптической системой отклонения луча, который может собирать только один пиксель за раз во время АСМ-визуализации, что приводит к низкой пропускной способности. В этой работе используется массив активных консолей со встроенными пьезорезистивными датчиками и термомеханическими приводами, что позволяет одновременно работать в нескольких кантилеверах параллельно для повышения производительности визуализации. В сочетании с нанопозиционерами большого радиуса действия и соответствующими алгоритмами управления каждым кантилевером можно управлять индивидуально для получения нескольких АСМ-изображений. С помощью алгоритмов постобработки на основе данных изображения могут быть сшиты вместе, а обнаружение дефектов может быть выполнено путем сравнения их с желаемой геометрией. В этом документе представлены принципы пользовательской АСМ с использованием активных консольных решеток, за которыми следует обсуждение практических соображений эксперимента для применения в инспекционных приложениях. Выбранные примеры изображений кремниевой калибровочной решетки, высокоориентированного пиролитического графита и масок для литографии в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне получены с помощью массива из четырех активных консолей («Quattro») с расстоянием между зондами 125 мкм. Благодаря большей инженерной интеграции этот высокопроизводительный крупномасштабный инструмент визуализации может предоставлять 3D-метрологические данные для масок в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне (EUV), химико-механической планаризации (CMP), анализа отказов, дисплеев, тонкопленочных ступенчатых измерений, матриц для измерения шероховатости и канавок для сухих газовых уплотнений с лазерной гравировкой.

Введение

Атомно-силовые микроскопы (АСМ) могут получать 3D-изображения топографии с наноразмерным пространственным разрешением. Исследователи расширили возможности АСМ для создания карт свойств образцов в механической, электрической, магнитной, оптической и тепловой областях. В то же время повышение пропускной способности визуализации также находится в центре внимания исследований по адаптации АСМ к новым экспериментальным потребностям. Существует две основные области применения высокопроизводительной АСМ визуализации: первая категория - это высокоскоростная визуализация небольшой области для регистрации динамических изменений в образце, вызванных биологическими или химическим....