Rasterkraftmikroskopie mit aktiven Sonden mit quattroparallelen Cantilever-Arrays für die Inspektion von Großproben mit hohem Durchsatz

Zusammenfassung

Die großflächige Probeninspektion mit nanoskaliger Auflösung hat ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere für nanofabrizierte Halbleiterwafer. Rasterkraftmikroskope können ein großartiges Werkzeug für diesen Zweck sein, sind aber durch ihre Abbildungsgeschwindigkeit begrenzt. Bei dieser Arbeit werden parallele aktive Cantilever-Arrays in AFMs verwendet, um Inspektionen mit hohem Durchsatz und großem Maßstab zu ermöglichen.

Zusammenfassung

Ein Rasterkraftmikroskop (AFM) ist ein leistungsstarkes und vielseitiges Werkzeug für nanoskalige Oberflächenstudien, um 3D-Topographiebilder von Proben zu erfassen. Aufgrund ihres begrenzten Bildgebungsdurchsatzes sind AFMs jedoch nicht weit verbreitet für groß angelegte Inspektionszwecke. Forscher haben Hochgeschwindigkeits-AFM-Systeme entwickelt, um dynamische Prozessvideos bei chemischen und biologischen Reaktionen mit Dutzenden von Bildern pro Sekunde aufzuzeichnen, und das auf Kosten einer kleinen Bildgebungsfläche von bis zu mehreren Quadratmikrometern. Im Gegensatz dazu erfordert die Inspektion großflächiger nanofabrizierter Strukturen, wie z. B. Halbleiterwafer, eine Abbildung einer statischen Probe mit räumlicher Auflösung im Nanobereich über Hunderte von Quadratzentimetern mit hoher Produktivität. Herkömmliche AFMs verwenden eine einzelne passive Cantilever-Sonde mit einem optischen Strahlablenkungssystem, das während der AFM-Bildgebung jeweils nur ein Pixel erfassen kann, was zu einem geringen Bilddurchsatz führt. Diese Arbeit verwendet eine Reihe von aktiven Cantilevern mit eingebetteten piezoresistiven Sensoren und thermomechanischen Aktuatoren, die einen gleichzeitigen Multi-Cantilever-Betrieb im Parallelbetrieb für einen erhöhten Bilddurchsatz ermöglichen. In Kombination mit Nanopositionierern mit großer Reichweite und geeigneten Steuerungsalgorithmen kann jeder Cantilever einzeln gesteuert werden, um mehrere AFM-Bilder aufzunehmen. Mit datengesteuerten Nachbearbeitungsalgorithmen können die Bilder zusammengefügt und eine Fehlererkennung durchgeführt werden, indem sie mit der gewünschten Geometrie verglichen werden. In diesem Artikel werden die Prinzipien des kundenspezifischen Rasterkraftmikroskops unter Verwendung der aktiven Cantilever-Arrays vorgestellt, gefolgt von einer Diskussion über praktische Versuchsüberlegungen für Inspektionsanwendungen. Ausgewählte Beispielbilder von Silizium-Kalibriergittern, hochorientiertem pyrolytischem Graphit und extrem ultravioletten Lithographiemasken werden mit einem Array von vier aktiven Cantilevern ("Quattro") mit einem Spitzenabstand von 125 μm aufgenommen. Mit mehr technischer Integration kann dieses großflächige Bildgebungswerkzeug mit hohem Durchsatz messtechnische 3D-Daten für UV-Masken (EUV), chemisch-mechanische Planarisierungsprüfung (CMP), Fehleranalysen, Displays, Dünnschichtschrittmessungen, Rauheitsmessdüsen und lasergravierte Trockengasdichtungsnuten liefern.

Einleitung

Rasterkraftmikroskope (AFMs) können 3D-Topographiebilder mit nanoskaliger räumlicher Auflösung aufnehmen. Forscher haben die Fähigkeit von AFMs erweitert, um Muster-Eigenschaftskarten in mechanischen, elektrischen, magnetischen, optischen und thermischen Bereichen zu erstellen. In der Zwischenzeit steht auch die Verbesserung des Bildgebungsdurchsatzes im Fokus der Forschung, um AFMs an neue experimentelle Anforderungen anzupassen. Es gibt im Wesentlichen zwei Anwendungsbereiche für die Hochdurchsatz-AFM-Bildgebung: Die erste Kategorie ist die Hochgeschwindigkeitsbildgebung eines kleinen Bereichs, um dynamische Veränderungen in der Probe aufgrund biologischer oder chem....

Protokoll

1. Probenvorbereitung für die Inspektion im großen Maßstab

1. Bereiten Sie die Probe mit einer geeigneten Größe für das AFM vor (siehe Materialtabelle).
   HINWEIS: Waferförmige Proben mit einem Durchmesser in der Ebene von 75 mm bis 300 mm und einer erwarteten Höhenabweichung außerhalb der Ebene von weniger als 200 μm passen auf den AFM-Probentisch. In dieser Studie wird eine extrem ultraviolette (EUV) Maske auf einem 4-Zoll-Wafer verwendet (siehe Materialtabelle).
2. Reinigen Sie die Probe, um Verunreinigungen zu entfernen, und bewahren Sie die Proben in einem Reinraum oder einer staubarmen Umgebung au....

Diskussion

Wie in den repräsentativen Ergebnissen gezeigt, kann ein aktives Cantilever-Array verwendet werden, um mehrere Bilder einer statischen Probe parallel zu erfassen. Dieser skalierbare Aufbau kann den Bildgebungsdurchsatz von großflächigen Proben erheblich verbessern und eignet sich daher für die Inspektion von nanofabrizierten Bauelementen auf Halbleiterwafern. Die Technik ist auch nicht auf künstliche Strukturen beschränkt; Solange die Topographievariation innerhalb einer Gruppe von aktiven Cantilevern nicht zu gro?.......

Materialien

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