مجهر القوة الذرية للمسبار النشط مع صفائف ناتئة متوازية Quattro لفحص العينات على نطاق واسع عالي الإنتاجية

Summary

يحتوي فحص العينات على نطاق واسع بدقة متناهية الصغر على مجموعة واسعة من التطبيقات ، خاصة بالنسبة لرقائق أشباه الموصلات النانوية. يمكن أن تكون مجاهر القوة الذرية أداة رائعة لهذا الغرض ، ولكنها محدودة بسبب سرعة التصوير. يستخدم هذا العمل صفائف ناتئ نشطة متوازية في AFMs لتمكين عمليات الفحص عالية الإنتاجية وواسعة النطاق.

Abstract

مجهر القوة الذرية (AFM) هو أداة قوية ومتعددة الاستخدامات للدراسات السطحية النانوية لالتقاط صور تضاريس 3D للعينات. ومع ذلك ، نظرا لمحدودية إنتاجية التصوير ، لم يتم اعتماد AFMs على نطاق واسع لأغراض التفتيش على نطاق واسع. طور الباحثون أنظمة AFM عالية السرعة لتسجيل مقاطع فيديو عملية ديناميكية في التفاعلات الكيميائية والبيولوجية بعشرات الإطارات في الثانية ، على حساب مساحة تصوير صغيرة تصل إلى عدة ميكرومتر مربع. في المقابل ، يتطلب فحص الهياكل المصنعة النانوية واسعة النطاق ، مثل رقائق أشباه الموصلات ، تصويرا بدقة مكانية نانوية لعينة ثابتة على مئات السنتيمترات المربعة ذات الإنتاجية العالية. تستخدم AFMs التقليدية مسبارا ناتئا سلبيا واحدا مع نظام انحراف شعاع بصري ، والذي يمكنه جمع بكسل واحد فقط في كل مرة أثناء تصوير AFM ، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاجية التصوير. يستخدم هذا العمل مجموعة من الكابوليات النشطة مع مستشعرات مدمجة مقاومة للضغط ومشغلات ميكانيكية حرارية ، مما يسمح بالتشغيل المتزامن متعدد الكابولي في التشغيل المتوازي لزيادة إنتاجية التصوير. عند دمجها مع محددات تحديد المواقع النانوية واسعة النطاق وخوارزميات التحكم المناسبة ، يمكن التحكم في كل ناتئ بشكل فردي لالتقاط صور AFM متعددة. باستخدام خوارزميات ما بعد المعالجة المستندة إلى البيانات ، يمكن تجميع الصور معا ، ويمكن إجراء اكتشاف العيوب من خلال مقارنتها بالهندسة المطلوبة. تقدم هذه الورقة مبادئ AFM المخصصة باستخدام صفائف الكابولي النشطة ، تليها مناقشة حول اعتبارات التجربة العملية لتطبيقات الفحص. تم التقاط أمثلة مختارة من صور صريف معايرة السيليكون ، والجرافيت الانحلال الحراري عالي التوجيه ، وأقنعة الطباعة الحجرية فوق البنفسجية الشديدة باستخدام مجموعة من أربعة ناتئات نشطة ("Quattro") بمسافة فصل طرف 125 ميكرومتر. مع المزيد من التكامل الهندسي ، يمكن لأداة التصوير عالية الإنتاجية وواسعة النطاق هذه توفير بيانات مترولوجية 3D لأقنعة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV) ، وفحص الاستواء الميكانيكي الكيميائي (CMP) ، وتحليل الفشل ، وشاشات العرض ، وقياسات خطوة الأغشية الرقيقة ، وقوالب قياس الخشونة ، وأخاديد ختم الغاز الجاف المحفورة بالليزر.

Introduction

يمكن لمجاهر القوة الذرية (AFMs) التقاط صور تضاريس 3D بدقة مكانية نانوية. قام الباحثون بتوسيع قدرة AFMs على إنشاء خرائط خصائص عينة في المجالات الميكانيكية والكهربائية والمغناطيسية والبصرية والحرارية. في غضون ذلك ، كان تحسين إنتاجية التصوير أيضا محور البحث لتكييف AFMs مع الاحتياجات التجريبية الجديدة. هناك في المقام الأول مجالان تطبيقيان لتصوير AFM عالي الإنتاجية: الفئة الأولى هي التصوير عالي السرعة لمنطقة صغيرة لالتقاط التغيرات الديناميكية في العينة بسبب التفاعلات البيولوجية أو الكيميائية ^1,2 ؛ الفئة الثانية هي الدقة المكانية العالية ، والتصوير على نطاق واسع للعينات الثابتة أثناء الفحص ، والتي تتم مناقشتها بالتف....

Protocol

1. إعداد عينة للتفتيش على نطاق واسع

1. قم بإعداد العينة بحجم مناسب ل AFM (انظر جدول المواد).
   ملاحظة: يمكن احتواء العينات على شكل رقاقة بقطر داخل الطائرة من 75 مم إلى 300 مم وتباين متوقع في الارتفاع خارج المستوى أقل من 200 ميكرومتر في مرحلة عينة AFM. في هذه الدراسة ، يتم استخدام قناع الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV) على رقاقة 4 بوصات (انظر جدول المواد).
2. نظف العينة لإزالة الملوثات واحتفظ بالعينات داخل غرفة نظيفة أو بيئة منخفضة الغبار ، مثل غرفة مفرغة أو خزانة مطهرة بالنيتروجين.
   1. قم بإزالة جزيئات الغبار الكبيرة عن طريق نفخ العينة بمسدس رش النيتروجين المضغوط ، أو اشطفها بالماء منزوع الأيونات إذ....

النتائج

لإثبات فعالية التصوير واسع المدى AFM باستخدام ناتئات نشطة متوازية للتصوير الطبوغرافي ، يتم عرض الصور المخيطة لشبكة المعايرة ، التي تم التقاطها بواسطة أربعة ناتئات تعمل بالتوازي ، في الشكل 2. يتميز هيكل معايرة رقاقة السيليكون بميزات بطول 45 ميكرومتر بارتفاع 14 نانومتر. يغطي ك?.......

Discussion

كما هو موضح في النتائج التمثيلية ، يمكن استخدام مصفوفة ناتئة نشطة لالتقاط صور متعددة لعينة ثابتة بالتوازي. يمكن لهذا الإعداد القابل للتطوير أن يحسن بشكل كبير إنتاجية التصوير للعينات ذات المساحة الكبيرة ، مما يجعله مناسبا لفحص الأجهزة المصنعة بالنانو على رقائق أشباه الموصلات. لا تقتصر هذ?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Active-Cantilever	nano analytik GmbH	AC-10-2012	AFM Probe
E-Beam	EBX-30, INC	012323-15	Mask patterning instrument
Highly Oriented Pyrolytic Graphite – HOPG	TED PELLA, INC	626-10	AFM calibration sample
Mask Sample	Nanda Technologies GmbH	Test substrate	EUV Mask Sample substrate
NANO-COMPAS-PRO	nano analytik GmbH	23-2016	AFM Software
nanoMetronom 20	nano analytik GmbH	1-343-2020	AFM Instrument