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 بالتفصيل في هذا العمل. مع تقلص حجم الترانزستور إلى المقياس النانوي ، تحتاج صناعة أشباه الموصلات بشكل عاجل إلى AFMs عالية الإنتاجية لفحص الأجهزة المصنعة بالنانو على نطاق الرقاقة بدقة مكانية^{نانوية 3}.

يمكن أن يكون توصيف الأجهزة المصنعة بالنانو على رقاقة أمرا صعبا بسبب الاختلاف الكبير بين ميزات الرقاقة والترانزستور. يمكن رصد العيوب الكبيرة بالمجاهر الضوئية تلقائيا⁴. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم المجاهر الإلكترونية الماسحة (SEMs) على نطاق واسع للفحص وصولا إلى عشرات النانومتر في 2D⁵. للحصول على معلومات 3D ودقة أعلى ، يعد AFM أداة أكثر ملاءمة إذا كان من الممكن تحسين إنتاجيته.

مع إنتاجية التصوير المحدودة ، يتمثل أحد الأساليب في تصوير مناطق الرقاقة المختارة حيث من المرجح أن تحدث عيوب التصنيع النانوي⁶. سيتطلب ذلك معرفة مسبقة بعملية التصميم والتصنيع. بدلا من ذلك ، من الممكن الجمع بين الطرائق الأخرى ، مثل المجهر الضوئي أو SEM مع AFM للنظرة العامة والتكبير / التصغير ، ^7,8. هناك حاجة إلى نظام تحديد المواقع واسع النطاق وعالي الدقة لمواءمة نظام الإحداثيات بشكل صحيح بين أدوات التصنيع والتوصيف. علاوة على ذلك ، من الضروري وجود نظام AFM آلي لتصوير مناطق محددة مختلفة لتحقيق هذه الوظيفة.

كبديل ، قام الباحثون بالتحقيق في طرق مختلفة لزيادة سرعة مسح AFM. نظرا لأن تمكين AFMs عالي الإنتاجية يمثل تحديا منهجيا للأجهزة الدقيقة ، فقد قام الباحثون بالتحقيق في طرق مختلفة ، بما في ذلك استخدام مجسات AFM أصغر ، وإعادة تصميم محددات المواقع النانوية ذات النطاق الترددي العالي^{9،10،11،12} وإلكترونيات القيادة¹³ ، وتحسين أوضاع التشغيل ، وخوارزميات التحكم في التصوير^{14،15،16،17}الخ. من خلال هذه الجهود ، يمكن زيادة الطرف النسبي الفعال وسرعة العينة إلى حد أقصى يبلغ حوالي عشرات المليمترات في الثانية لأنظمة AFM أحادية المسبار المتاحة تجاريا.

لزيادة تحسين إنتاجية التصوير ، تعد إضافة مجسات متعددة للعمل بالتوازي حلا طبيعيا. ومع ذلك ، فإن نظام انحراف الحزمة الضوئية (OBD) المستخدم لاستشعار انحراف الكابولي ضخم نسبيا ، مما يجعل إضافة مجسات متعددة أمرا صعبا نسبيا. قد يكون من الصعب أيضا تحقيق التحكم في انحراف الكابولي الفردي.

للتغلب على هذا القيد ، يفضل الاستشعار المضمن ومبادئ التشغيل بدون مكونات خارجية ضخمة. كما هو مفصل في التقارير المنشورة سابقا^18،19 ، يمكن اعتبار استشعار الانحراف بمبادئ مقاومة الضغط والكهرضغطية والميكانيكية البصرية استشعارا مضمنا ، مع كون الأولين أكثر نضجا وأسهل في التنفيذ. بالنسبة للتشغيل المضمن ، يمكن استخدام كل من الميكانيكا الحرارية مع التسخين الكهربائي أو مبادئ كهرضغطية. على الرغم من أن المبادئ الكهرضغطية يمكن أن تعمل في نطاق درجة حرارة أوسع وصولا إلى البيئات المبردة ، إلا أنها يمكن أن تدعم فقط عمليات AFM في وضع التنصت ، حيث لا يمكن قياس الانحراف الثابت بسبب تسرب الشحنة والتشغيل الثابت الذي يعاني من التباطؤ والزحف. في العمل السابق ، تم تطوير صفائف مسبار ناتئ نشط باستخدام مستشعر مقاوم للضغط ومستشعر كهرضغطية للتصوير واسع المدى^20,21 ، ولكن لم يتم توسيع نطاقها للتصوير على نطاق واسع أو تسويقها. في هذا العمل ، تم اختيار مزيج من الاستشعار المقاوم للضغط والتشغيل الحراري الميكانيكي كمحولات مدمجة مع إمكانية التحكم في الانحراف الثابت.

في هذا العمل ، يتم استخدام مصفوفة ناتئ نشطة متوازية "Quattro"²² كمسبار²³ للتصوير المتزامن باستخدام الكابوليات النشطة. لقياس انحراف الكابولي ، يتم تصنيع المستشعرات المقاومة للضغط في تكوين جسر ويتستون¹⁹ بشكل نانوي في قاعدة كل ناتئ صغير لقياس الضغط الداخلي ، والذي يتناسب خطيا مع انحراف طرف الكابولي. يمكن لهذا المستشعر المدمج المدمج أيضا تحقيق دقة دون النانومتر مثل مستشعر OBD التقليدي. تظهر المعادلة الحاكمة لخرج جهد جسر ويتستون Uاستجابة للقوة المطبقة F أو انحراف الكابولي z في المعادلة 1¹⁹ لناتئ بطول L وعرض W وسمك H ، معامل مستشعر مقاومة الضغط P_R ، ومعامل المرونة الفعال لجهد إمداد الجسر الكابولي E U_b.

(1)

نظرا لأن عملية النقر الديناميكي / وضع عدم الاتصال مفضلة للتصوير غير الباضع لتجنب إزعاج العينة ، يتم استخدام مشغل ميكانيكي حراري مصنوع من أسلاك الألمنيوم على شكل أفعواني لتسخين الكابولي ثنائي الشكل المصنوع من سبائك الألومنيوم / المغنيسيوم²⁴ والسيليكون ومواد أكسيد السيليكون. على النطاق المجهري ، يكون ثابت الوقت للعمليات الحرارية أصغر بكثير ، ويمكن إثارة الرنين الكابولي عند عشرات إلى مئات الكيلوهرتز عن طريق قيادة السخان بإشارة كهربائية. يظهر انحراف الطرف الحر الكابولي z_hالذي يتم التحكم فيه بواسطة درجة حرارة السخان ΔT الأجواء النسبية في المعادلة 2¹⁹لطول الكابولي L مع ثابت K ، اعتمادا على المعامل الحراري للمواد ثنائية الشكل للتمدد والسمك الهندسي والمساحة. وتجدر الإشارة إلى أن ΔT يتناسب مع طاقة السخان P ، والتي تساوي مربع الجهد المطبق V مقسوما على مقاومته R.

(2)

كميزة إضافية ، يمكن أيضا التحكم في الانحراف الساكن بالإضافة إلى إثارة الرنين. يمكن أن تكون هذه قدرة مفيدة بشكل خاص لتنظيم تفاعل عينة المسبار لكل ناتئ على حدة. علاوة على ذلك ، يمكن إثارة الكابوليات المتعددة على نفس الشريحة الأساسية بشكل فردي باستخدام المحرك الحراري الميكانيكي المدمج ، وهو أمر مستحيل في إثارة الرنين التقليدية مع الموجات الصوتية الناتجة عن بيزو.

من خلال الجمع بين الاستشعار المقاوم للضغط والتشغيل الحراري الميكانيكي ، مكن مسبار الكابولي النشط مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك الفحص المجهري AF المترابط في الفحص المجهري SE ، والتصوير في سائل معتم ، والتصوير الحجري لمسبار المسح ، مع مزيد من التفاصيل المتاحة في المراجعة²⁵. لأغراض الفحص عالي الإنتاجية ، يتم إنشاء صفيف الكابولي النشط بمثال تنفيذ AFM تمثيلي يتضمن أربعة ناتئات متوازية ، كما هو موضح في الشكل 1. في المستقبل ، سيتم تطوير نظام على نطاق صناعي باستخدام ثمانية ناتئات نشطة متوازية وعشرات من أجهزة تحديد المواقع²⁸. لتوضيح المقياس باستخدام مثال ، مع دقة مكانية داخل المستوى تبلغ 100 نانومتر ، فإن تصوير مساحة 100 مم × 100 مم سيؤدي إلى أكثر من 10⁶ خطوط مسح و 10¹² بكسل. مع سرعة مسح تبلغ 50 مم / ثانية لكل ناتئ ، سيتطلب ذلك ما مجموعه أكثر من 555.6 ساعة من المسح (23+ يوما) لناتئ واحد ، وهو طويل جدا بحيث لا يكون مفيدا عمليا. باستخدام تقنية الصفيف الكابولي النشط مع عشرات من أجهزة تحديد المواقع ، يمكن تقليل وقت التصوير المطلوب بحوالي أمرين من الحجم إلى 5-10 ساعات (أقل من نصف يوم) دون تقديم أي تنازلات عن الدقة ، وهو مقياس زمني معقول لغرض الفحص الصناعي.

لالتقاط صور كبيرة الحجم وعالية الدقة ، تمت ترقية نظام تحديد المواقع النانوي أيضا. لتصوير العينات الكبيرة على نطاق الرقاقة ، يفضل مسح المسبار بدلا من العينة ، من أجل تقليل حجم الأشياء التي يتم نقلها. مع مسافة الفصل بين الكابوليات النشطة عند 125 ميكرومتر ، يغطي الماسح الضوئي مساحة أكبر قليلا من هذا النطاق بحيث يمكن خياطة الصور من كل ناتئ معا أثناء المعالجة اللاحقة. عند الانتهاء من الفحص ، يقوم محدد الموضع الخشن تلقائيا بإعادة وضع المسبار إلى منطقة مجاورة جديدة لمواصلة عملية التصوير. بينما ينظم المشغل الحراري الميكانيكي المدمج انحراف كل ناتئ ، يتم تنظيم متوسط الانحراف لجميع الكابوليات المتوازية باستخدام وحدة تحكم أخرى مشتقة متناسبة متكاملة (PID) لمساعدة الكابوليات أثناء تتبع التضاريس. تضمن وحدة التحكم في الماسح الضوئي أيضا أن ثني كل ناتئ لا يتجاوز قيمة العتبة القصوى ، مما قد يتسبب في فقدان المجسات الأخرى الاتصال بالسطح إذا كان تباين التضاريس كبيرا جدا.

يجب أن يكون مستوى تباين التضاريس الذي يمكن تتبعه للناتئات على نفس الشريحة الأساسية محدودا ، نظرا لأن نطاق التحكم في الانحراف الثابت للناتئ يبلغ عشرات الميكرونات. بالنسبة لرقائق أشباه الموصلات ، عادة ما تكون اختلافات تضاريس العينة على مقياس دون ميكرومتر ، لذلك لا ينبغي أن تكون مشكلة كبيرة. ومع ذلك ، مع إضافة المزيد من الكابوليات ، يمكن أن يصبح إمالة مستوى العينة فيما يتعلق بخط الكابوليات مشكلة. من الناحية العملية ، فإن ثمانية ناتئات متوازية ذات مسافات قريبة من 1 مم ستظل تسمح بزاوية إمالة بمقدار 1 درجة ، في حين أن إضافة المزيد من الكابوليات يمكن أن تجعل التحكم في الإمالة أكثر صعوبة في التحقيق. لذلك ، فإن استخدام مجموعات متعددة من مجسات الكابولي الثمانية الموضوعة على ماسحات ضوئية منفصلة هو جهد مستمر لتحقيق إمكانات مبدأ مسبار الكابولي النشط الموازي.

بعد جمع البيانات ، تكون عملية ما بعد المعالجة ضرورية لاسترداد المعلومات المطلوبة. تتضمن العملية عموما إزالة القطع الأثرية الممسوحة ضوئيا ، وخياطة الصور المجاورة لتشكيل بانوراما شاملة ، وتحديد عيوب الهيكل اختياريا من خلال مقارنتها بالهندسة المطلوبة باستخدام خوارزميات مناسبة²⁶. تجدر الإشارة إلى أن كمية البيانات المتراكمة يمكن أن تكون هائلة لمجموعة كبيرة من الصور ، كما يتم تطوير خوارزميات التعلم القائمة على البيانات من أجل معالجة أكثر كفاءة²⁷.

توضح هذه المقالة العملية العامة للحصول على صور AFM عالية الدقة باستخدام صفيف الكابولي النشط المتوازي المدمج في نظام AFM مخصص. يتوفر التنفيذ التفصيلي للنظام في^{22،28،29،30} ، ويتم تسويقه برقم الطراز المدرج في جدول المواد. تم تشغيل جميع الكابوليات الأربعة في وضع النقر متحمسا بواسطة المشغل الحراري الميكانيكي المدمج. يتم توفير نتائج تمثيلية على عينات المعايرة وأقنعة التصنيع النانوي وعينات الجرافيت الانحلالي الحراري عالي التوجيه (HOPG) (انظر جدول المواد) لتوضيح فعالية أداة AFM الجديدة هذه للفحص على مساحة كبيرة.

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 إذا لم تتفاعل العينة مع الماء. لتجنب إتلاف العينة ، استخدم معدل تدفق صغير أقل من 0.1 م³ / دقيقة.
   2. اختياريا ، تطبيق تنظيف البلازما لإزالة الملوثات العضوية. ضع العينة في آلة معالجة البلازما. أغلق الحجرة وضخ الضغط إلى 600 mTorr. تعريض العينة للبلازما لمدة 30 ثانية للتنظيف.
      ملاحظة: الخطوة 1.3.2 اختيارية لإزالة التلوث. في هذه الدراسة ، تم إجراء التصنيع والتوصيف داخل غرفة نظيفة ، لذلك لم تكن هناك حاجة لهذه الخطوة.
3. حدد استراتيجيات التصوير المناسبة ، بما في ذلك مجالات الاهتمام ونطاق المسح الضوئي والدقة المكانية / بكسل وسرعة خط المسح.
   1. حدد ما إذا كانت العينة تحتاج إلى بانوراما شاملة أو تصوير آلي لمناطق محددة متعددة أصغر.
      ملاحظة: بالنسبة للعينات المصنعة بالنانو ذات الهياكل المرغوبة ، غالبا ما يكون من الأسهل تحديد المناطق الرئيسية الأكثر عرضة للعيوب لأغراض الفحص. بالنسبة للعينات الأخرى ، يمكن أن يكون التقاط صورة منخفضة الدقة المكانية للحصول على نظرة عامة سريعة ، ثم التكبير في منطقة الاهتمام الأصغر للتصوير عالي الدقة المكانية أسهل.
   2. تقدير حجم المعالم بناء على المعرفة المسبقة للعينة لتحديد الدقة المكانية المطلوبة لحل هذه المعالم.
   3. استخدم نسبة نطاق التصوير والدقة المكانية لتحديد دقة البكسل.
   4. حدد سرعة خط المسح الأولية بناء على الخبرة السابقة مع العينة ، أو استخدم برنامج نظام AFM لاحقا ، بناء على مادة العينة وديناميكيات المسبار والدقة المكانية المطلوبة.

2. معايرة أداة AFM وإعداد التجربة

1. حدد صفيف ناتئ AFM النشط المناسب.
   ملاحظة: تتميز صلابة الكابولي النشط AFM ، وتردد الرنين الأول ، وحدة طرف المسبار غير المستخدمة لكل ناتئ في مجموعة المسبار من الإنتاج. يمكن استرداد البيانات من الشركة المصنعة وتحميلها في البرنامج تلقائيا قبل التصوير. يعد اختيار الكابولي المناسب الموصى به من قبل البرنامج بناء على عينة المواد أو التطبيق مفيدا لضمان التصوير الناجح. نظرا لتقلب التصنيع ، يمكن أن تكون خصائص كل ناتئ مختلفة ولكن على مستوى مماثل.
2. قم بتشغيل AFM عن طريق تشغيل الطاقة الرئيسية لوحدة التحكم وانتظر حتى تتم تهيئة النظام. قم بتشغيل الكمبيوتر المضيف وافتح برنامج نظام AFM.
3. قم بإجراء تركيب مسبار ناتئ نشط.
   1. ارفع الماسح الضوئي للمسبار من خلال النقر على التثبيت الكابولي النشط. انتظر حتى يتم رفع حامل المسبار من مرحلة العينة وتوقف تلقائيا.
   2. قم بتركيب وتأمين مجموعة مسبار الكابولي AFM على حامل المسبار.
      ملاحظة: يتم توصيل صفائف الكابولي AFM بحامل شكل بطاقة nano-SD ويمكن التعامل معها يدويا مباشرة لتركيب المسبار. مع الاختلاف الأساسي في مبادئ الاستشعار والتشغيل ، ليست هناك حاجة لإجراء أي محاذاة بالليزر.
   3. انقر فوق إعدادات الفحص التلقائية وقم بتحميل معلومات المسبار المقدمة من الشركة المصنعة (انظر جدول المواد). تأكد من مطابقة الرقم التسلسلي على المسبار وفي البرنامج.
   4. قم بإجراء مسح تردد المسبار للتحقق من صدى كل ناتئ للتصوير. انقر فوق Cancableever Tuning وانقر فوق Sweep في النافذة المنبثقة. حدد تردد البدء وتكرار النهاية إذا كان النطاق معروفا. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسيقوم البرنامج تلقائيا بتحديث القيم باستخدام الإعدادات الافتراضية.
      ملاحظة: هذه الخطوة اختيارية من حيث المبدأ للمجسات الجديدة حيث تمت معايرتها بعد الإنتاج. ومع ذلك ، بالنسبة للتحقيقات التي تم استخدامها سابقا ، يوصى بإجراء هذا المسح فقط في حالة تغيير أي خصائص أثناء العملية السابقة (على سبيل المثال ، ربط جزيئات الملوثات التي تحول رنين الكابولي). بسبب التشغيل الحراري الميكانيكي ، تتناسب طاقة التسخين مع مربع جهد القيادة. للاستفادة من عملية وضع عدم الاتصال ، يتم إنشاء توافقي ثان لمكون موجة جيبية لجهد الدخل بسبب العلاقة المربعة في المعادلة 2. عادة ما يتطابق هذا التوافقي الثاني مع الرنين الكابولي أثناء الإثارة ، حيث لا تؤثر إشارة إزاحة التيار المباشر (DC) على سعتها. لذلك ، تتحكم مكونات التيار المستمر في متوسط انحراف الكابولي ، ويتم ضبط مكون التيار المتردد (AC) لإشارة القيادة تلقائيا على نصف تردد الرنين الكابولي للتصوير.
4. قم بتحميل العينة وتأمينها في مكانها. تأكد من أن السطح السفلي الملامس للعينة مواز للسطح العلوي مع الميزات المراد تصويرها. قم بضبط إمالة مرحلة العينة باستخدام مقابض الميكرومتر للتأكد من أن العينة مسطحة. أضف فواصل إذا كان الميل كبيرا جدا بحيث لا يمكن تعويض مواضع الضبط الدقيقة.
5. اضبط موضع XY داخل الطائرة للعينة باستخدام الميكرومتر على مرحلة AFM. استخدم صورة مجهر ضوئي لتحديد منطقة الاهتمام ووضع الموضع النسبي للصفيف الكابولي على منطقة الاهتمام الأولى المراد تصويرها.
6. قم بإنشاء إحداثيات عالمية بالنقر فوق الزر XYZ Zero .
   ملاحظة: لإنشاء صورة بانورامية ، يمكن إجراء هذه الخطوة تقريبا باستخدام عرض المجهر الضوئي. عند تصوير مناطق محددة من عينة نانوية الصنع ، قد يكون من الضروري محاذاة إحداثيات XYZ لمعدات التصنيع بدقة مع إحداثيات AFM. يمكن تنفيذ هذه الخطوة بدقة أكبر عن طريق إجراء تصوير AFM والنقر على زر XYZ Zero مرة أخرى.
7. أغلق وأغلق الدرع الصوتي.
   ملاحظة: يساعد الدرع الصوتي على تقليل انتشار الاهتزاز عبر الهواء. علاوة على ذلك ، يمكن أن يقلل الغطاء المحكم أيضا من فرصة هبوط جزيئات الغبار على العينة ، نظرا لأن التصوير على نطاق واسع قد يستغرق وقتا طويلا حتى يكتمل. يمكن أن يكون هذا الغطاء الواقي اختياريا في بيئة غرفة نظيفة بدون مصادر اهتزاز.

3. التصوير الطبوغرافي وضبط المعلمات

1. حدد علامة التبويب إعداد معلمة التصوير (الوضع الذاتي الكابولي النشط ، سرعة المسح ، نقطة الضبط ، إلخ) وأدخل معلمات التصوير المطلوبة.
   1. للحصول على صورة بانورامية واحدة، أدخل إحداثيات الزاوية العلوية اليسرى من الصورة وحجم المسح الضوئي. لتصوير مناطق متعددة محددة تلقائيا، كرر هذه العملية لجميع المناطق المراد تصويرها. أضف حشوة إضافية حول منطقة التصوير لخياطة الصور بعد المعالجة.
      ملاحظة: بالنسبة للدراسة الحالية ، تم ضبط الزاوية العلوية اليسرى من قناع EUV بميزات محددة مسبقا ، وتم تكوين النظام لالتقاط أربع صور بدقة 130 ميكرومتر × 130 ميكرومتر في وقت واحد باستخدام كل ناتئ.
   2. أدخل دقة البكسل المطلوبة داخل الشاشة (عادة آلاف البكسل لكل خط مسح) واستخدم سرعة مسح الخط الافتراضية الموصى بها من البرنامج للتصوير. إذا لزم الأمر، اضبط سرعة مسح الخط يدويا لكل منطقة يتم تصويرها.
      ملاحظة: في هذه الدراسة ، تم استخدام دقة بكسل تبلغ 26000 بكسل لكل سطر ، أي ما يعادل 5 نانومتر لكل بكسل ، للحصول على صور عالية الدقة.
   3. بالنسبة لوضع عدم الاتصال، استخدم سعة محرك الأقراص الافتراضية وترددها ونقطة ضبطها في البرنامج الذي تم الحصول عليه من خصائص الكابولي، أو أدخل نقطة الضبط يدويا لكل ناتئ على الصفيف. اترك إعدادات وحدة تحكم PID كإعدادات افتراضية.
2. قم بإشراك صفيف مسبار الكابولي النشط مع العينة.
   1. انقر فوق تهيئة الكابولي لثني الكابولي مسبقا قبل التصوير.
   2. انقر فوق بدء محرك الأقراص غير المتصل لإثارة الرنين الكابولي.
   3. انقر فوق Engage للسماح للنظام تلقائيا بإحضار العينة والمسبار إلى الاتصال. سيبدأ التصوير تلقائيا بعد اكتمال هذه الخطوة.
3. اضبط معلمات وحدة التحكم PID لكل ناتئ بناء على التتبع/الصورة الممسوحة ضوئيا. اضبط معلمات PID لتحسين المطابقة بين خطوط التتبع والتتبع، مما يساعد على التقاط تغييرات الطبوغرافيا. يمكن أيضا تعديل سرعة التصوير وفقا لذلك لتحسين أداء تتبع التضاريس.
4. احفظ البيانات الحالية على الشاشة بالنقر فوق الزر حفظ . سيتم أيضا حفظ البيانات تلقائيا أثناء الفحص في نهاية كل إطار.
5. أوقف التصوير بالنقر فوق الزر إيقاف . سيتوقف النظام عن التصوير ويسحب تلقائيا صفيف الكابولي من العينة. سيتم أيضا إيقاف محرك الكابولي بحيث يكون من الآمن إلغاء تثبيت المسبار.
6. قم بإزالة المسبار والعينة بعناية وأوقف تشغيل النظام.

4. مرحلة ما بعد المعالجة وتحليل الصور

1. افتح برنامج تحليل الصور AFM الذي يوفره المورد.
   1. انقر فوق المعالجة التلقائية لتطبيق تسلسل ما بعد المعالجة الافتراضي ، بما في ذلك تصحيح إمالة العينة وإزالة القيم المتطرفة على مستوى البكسل ومطابقة خط المسح الضوئي.
   2. قم بتطبيق المزيد من التصحيحات على عيوب الصورة يدويا من ملاحظة الصور. مع أدوات AFM المتقدمة ، تكون هذه العيوب نادرة ، ولكن لا يزال من الممكن تحسين الصور بهذه الخطوات.
      ملاحظة: بالنسبة للكميات الكبيرة من الصور ، من الممكن أتمتة العملية باستخدام البرامج النصية Macro أو Python من خلال معالجة الدفعات بنفس العملية. ولم يكن ذلك مطلوبا لهذه الدراسة.
2. استخدم البرنامج لتشكيل صورة بانورامية من خلال النقر على زر صورة بانوراما وتحديد صور متعددة ليتم خياطتها.
   ملاحظة: يتم إجراء خياطة الصور تلقائيا باستخدام المساحة المتداخلة للصور المجاورة مباشرة. بدلا من ذلك، يحاول دمج الصور تعظيم ارتباط البيكسلات المتداخلة على الحواف. تتوفر خيارات مختلفة في هذه الأوامر ويمكن تحسينها لتحسين أداء الدمج العام.
3. احفظ البيانات لمزيد من التحليل بناء على العينة المحددة.

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