Microscopie à force atomique à sonde active avec réseaux en porte-à-faux quattro-parallèles pour l’inspection d’échantillons à grande échelle à haut débit

Résumé

L’inspection d’échantillons à grande échelle avec une résolution à l’échelle nanométrique a un large éventail d’applications, en particulier pour les plaquettes de semi-conducteurs nanofabriquées. Les microscopes à force atomique peuvent être un excellent outil à cette fin, mais sont limités par leur vitesse d’imagerie. Ce travail utilise des réseaux de porte-à-faux actifs parallèles dans les AFM pour permettre des inspections à haut débit et à grande échelle.

Résumé

Un microscope à force atomique (AFM) est un outil puissant et polyvalent pour les études de surface à l’échelle nanométrique afin de capturer des images topographiques 3D d’échantillons. Cependant, en raison de leur débit d’imagerie limité, les AFM n’ont pas été largement adoptés à des fins d’inspection à grande échelle. Les chercheurs ont mis au point des systèmes AFM à grande vitesse pour enregistrer des vidéos de processus dynamiques dans des réactions chimiques et biologiques à des dizaines d’images par seconde, au prix d’une petite zone d’imagerie allant jusqu’à plusieurs micromètres carrés. En revanche, l’inspection de structures nanofabriquées à grande échelle, telles que les plaquettes de semi-conducteurs, nécessite une imagerie à résolution spatiale à l’échelle nanométrique d’un échantillon statique sur des centaines de centimètres carrés avec une productivité élevée. Les AFM conventionnels utilisent une seule sonde passive en porte-à-faux avec un système de déviation du faisceau optique, qui ne peut collecter qu’un seul pixel à la fois pendant l’imagerie AFM, ce qui entraîne un faible débit d’imagerie. Ce travail utilise un ensemble de porte-à-faux actifs avec des capteurs piézorésistifs intégrés et des actionneurs thermomécaniques, ce qui permet un fonctionnement simultané en porte-à-faux multiple en fonctionnement parallèle pour un débit d’imagerie accru. Lorsqu’il est combiné avec des nano-positionneurs à grande portée et des algorithmes de contrôle appropriés, chaque porte-à-faux peut être contrôlé individuellement pour capturer plusieurs images AFM. Grâce à des algorithmes de post-traitement basés sur les données, les images peuvent être assemblées et la détection des défauts peut être effectuée en les comparant à la géométrie souhaitée. Cet article présente les principes de l’AFM personnalisé à l’aide des réseaux actifs en porte-à-faux, suivi d’une discussion sur les considérations pratiques en matière d’expérience pour les applications d’inspection. Des exemples choisis d’images de réseaux d’étalonnage au silicium, de graphite pyrolytique hautement orienté et de masques de lithographie ultraviolette extrême sont capturés à l’aide d’un réseau de quatre porte-à-faux actifs (« Quattro ») avec une distance de séparation des pointes de 125 μm. Grâce à une plus grande intégration de l’ingénierie, cet outil d’imagerie à haut débit et à grande échelle peut fournir des données métrologiques 3D pour les masques ultraviolets extrêmes (EUV), l’inspection par planarisation mécanique chimique (CMP), l’analyse des défaillances, les affichages, les mesures d’étape en couche mince, les matrices de mesure de rugosité et les rainures de joint de gaz sec gravées au laser.

Introduction

Les microscopes à force atomique (AFM) peuvent capturer des images de topographie 3D avec une résolution spatiale à l’échelle nanométrique. Les chercheurs ont étendu la capacité des AFM à créer des cartes de propriétés d’échantillons dans les domaines mécanique, électrique, magnétique, optique et thermique. Entre-temps, l’amélioration du débit d’imagerie a également fait l’objet de recherches visant à adapter les AFM aux nouveaux besoins expérimentaux. Il existe principalement deux domaines d’application pour l’imagerie AFM à haut débit : la première catégorie est l’imagerie à grande vitesse d’une petite zone pour capturer les changements dynamiques dans l’échantillon....

Protocole

1. Préparation de l’échantillon pour l’inspection à grande échelle

1. Préparez l’échantillon avec une taille appropriée pour l’AFM (voir le tableau des matériaux).
   REMARQUE : Les échantillons en forme de plaquette dont le diamètre dans le plan est compris entre 75 mm et 300 mm et dont la variation de hauteur hors plan prévue est inférieure à 200 μm peuvent être prélevés sur la platine de l’AFM. Dans cette étude, un masque aux ultraviolets extrêmes (EUV) sur une plaquette de 4 pouces est utilisé (voir le tableau des matériaux).
2. Nettoyez l’échantillon pour éliminer les contaminants et conservez-le da....

Discussion

Comme le montrent les résultats représentatifs, un réseau actif en porte-à-faux peut être utilisé pour capturer plusieurs images d’un échantillon statique en parallèle. Cette configuration évolutive peut améliorer considérablement le débit d’imagerie d’échantillons de grande surface, ce qui la rend adaptée à l’inspection de dispositifs nanofabriqués sur des plaquettes de semi-conducteurs. La technique ne se limite pas non plus aux structures artificielles ; Tant que la variation de topographie au .......

matériels

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