고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

요약

나노 단위 분해능의 대규모 샘플 검사는 특히 나노 가공 반도체 웨이퍼의 경우 광범위한 응용 분야에 사용됩니다. 원자력 현미경은 이러한 목적을 위한 훌륭한 도구가 될 수 있지만 이미징 속도에 의해 제한됩니다. 이 작업은 AFM의 병렬 액티브 캔틸레버 어레이를 활용하여 높은 처리량과 대규모 검사를 가능하게 합니다.

초록

원자력 현미경(AFM)은 샘플의 3D 지형 이미지를 캡처하기 위한 나노 스케일 표면 연구를 위한 강력하고 다재다능한 도구입니다. 그러나 제한된 이미징 처리량으로 인해 AFM은 대규모 검사 목적으로 널리 채택되지 않았습니다. 연구원들은 최대 몇 제곱마이크로미터의 작은 이미징 영역을 희생하면서 초당 수십 프레임의 속도로 화학 및 생물학적 반응에서 동적 프로세스 비디오를 녹화하는 고속 AFM 시스템을 개발했습니다. 대조적으로, 반도체 웨이퍼와 같은 대규모 나노 가공 구조를 검사하려면 수백 제곱센티미터가 넘는 정적 샘플의 나노 단위 공간 분해능 이미징이 높은 생산성으로 필요합니다. 기존 AFM은 광학 빔 편향 시스템이 있는 단일 패시브 캔틸레버 프로브를 사용하는데, AFM 이미징 중에 한 번에 하나의 픽셀만 수집할 수 있어 이미징 처리량이 낮습니다. 이 작업은 압전 저항 센서와 열기계 액추에이터가 내장된 액티브 캔틸레버 어레이를 사용하여 이미징 처리량을 높이기 위해 병렬 작동에서 동시 다중 캔틸레버 작동을 가능하게 합니다. 넓은 범위의 나노 포지셔너 및 적절한 제어 알고리즘과 결합하면 각 캔틸레버를 개별적으로 제어하여 여러 AFM 이미지를 캡처할 수 있습니다. 데이터 기반 후처리 알고리즘을 사용하여 이미지를 함께 스티칭할 수 있으며 원하는 형상과 비교하여 결함 감지를 수행할 수 있습니다. 이 백서에서는 액티브 캔틸레버 어레이를 사용하는 맞춤형 AFM의 원리를 소개하고 검사 응용 분야의 실제 실험 고려 사항에 대해 논의합니다. 실리콘 캘리브레이션 격자, 고배향 열분해 흑연 및 극자외선 리소그래피 마스크의 선별된 예시 이미지는 팁 이격 거리가 125μm인 4개의 액티브 캔틸레버("Quattro") 어레이를 사용하여 캡처됩니다. 더 많은 엔지니어링 통합을 통해 이 고처리량 대규모 이미징 도구는 극자외선(EUV) 마스크, 화학적 기계적 평탄화(CMP) 검사, 고장 분석, 디스플레이, 박막 단계 측정, 거칠기 측정 다이 및 레이저 각인 건식 가스 씰 홈을 위한 3D 계측 데이터를 제공할 수 있습니다.

서문

원자력 현미경(AFM)은 나노 단위의 공간 분해능으로 3D 지형 이미지를 캡처할 수 있습니다. 연구원들은 AFM의 기능을 확장하여 기계, 전기, 자기, 광학 및 열 영역에서 샘플 속성 맵을 생성했습니다. 한편, 이미징 처리량 개선은 AFM을 새로운 실험 요구에 맞게 조정하기 위한 연구의 초점이기도 했습니다. 고처리량 AFM 이미징을 위한 두 가지 응용 분야가 있습니다: 첫 번째 범주는 생물학적 또는 화학적 반응으로 인한 샘플의 동적 변화를 포착하기 위한 작은 영역의 고속 이미징입니다 ^1,2; 두 번째 범주는 검사 중 정적 샘플의 고공간 분해능, 대규모 이미징을 위한 것으로, 이 작업에서 자세히 설명합니다. 트랜지스터 크기가 나노 규모로 축소됨에 따라 반도체 산업은 나노 단위 공간 분해능³을 가진 웨이퍼 규모의 나노 가공 장치를 검사하기 위해 고처리량 AFM이 시급히 필요합니다.

웨이퍼에서 나노 가공 장치의 특성 분석은 웨이퍼와 트랜지스터 기능 간의 막대한 규모 차이로 인해 어려울 수 있습니다. 큰 결함은 광학 현미경으로 자동으로 발견 할 수 있습니다⁴. ....

프로토콜

1. 대규모 검사를 위한 시료 전처리

1. AFM에 적합한 크기로 샘플을 준비합니다( 재료 표 참조).
   참고: 면내 직경이 75mm에서 300mm이고 예상되는 면외 높이 변화가 200μm 미만인 웨이퍼형 샘플은 AFM 샘플 스테이지에 맞을 수 있습니다. 이 연구에서는 4인치 웨이퍼에 극자외선(EUV) 마스크를 사용합니다( 재료 표 참조).
2. 샘플을 세척하여 오염 물질을 제거하고 샘플을 클린룸 또는 진공 챔버 또는 질소 퍼지 캐비닛과 같은 먼지가 적은 환경에 보관합니다.
   1. 압축 질소 스프레이 건으로 샘플을 불어 큰 먼지 입자를 제거하거나 샘플이 물과 반응하지 않는 경우 탈이온수로 헹굽니다. 샘플 손상을 방지하려면 0.1m³/min 미만의 작은 유속을 사용하십시오.
   2. 선택적으로 플라즈마 세척을 적용하여 유기 오염 물질을 제거합니다. 샘플을 플라즈마 처리 기계에 넣습니다. 챔버를 닫고 압력을 600mTorr로 펌핑합니다. 세척을 위해 샘플을 플라즈마에 30초 동안 노출시킵니다.
      알림: 1.3.2단계는 오염 제거를 위한 선택 사항입니다. 이 연구에서는 제작 및 특성화가 클린룸 내부에서 수행되었으므로 이 단계가 필요하지 않았....

토론

대표적인 결과에서 알 수 있듯이 활성 캔틸레버 어레이를 사용하여 정적 샘플의 여러 이미지를 병렬로 캡처할 수 있습니다. 이 확장 가능한 설정은 대면적 샘플의 이미징 처리량을 크게 향상시킬 수 있으므로 반도체 웨이퍼의 나노 가공 장치를 검사하는 데 적합합니다. 이 기술은 또한 인공 구조물에만 국한되지 않습니다. 활성 캔틸레버 그룹 내의 지형 변화가 캔틸레버 어레이가 처리하기에 너?.......

자료

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