Активная зондовая атомно-силовая микроскопия с кватропараллельными кантилевеверными решетками для высокопроизводительного крупномасштабного контроля образцов

Резюме

Крупномасштабный контроль образцов с наноразмерным разрешением имеет широкий спектр применения, особенно для наноготовых полупроводниковых пластин. Атомно-силовые микроскопы могут быть отличным инструментом для этой цели, но они ограничены скоростью визуализации. В этой работе используются параллельные активные консольные массивы в АСМ для обеспечения высокой пропускной способности и крупномасштабных проверок.

Аннотация

Атомно-силовой микроскоп (АСМ) является мощным и универсальным инструментом для наноразмерных исследований поверхности для получения 3D-изображений топографии образцов. Однако из-за ограниченной пропускной способности АСМ не получили широкого распространения для крупномасштабных инспекций. Исследователи разработали высокоскоростные системы АСМ для записи видео динамических процессов химических и биологических реакций с частотой в десятки кадров в секунду за счет небольшой площади изображения до нескольких квадратных микрометров. Напротив, для контроля крупномасштабных наноструктур, таких как полупроводниковые пластины, требуется наноразмерная визуализация статического образца с пространственным разрешением на сотнях квадратных сантиметров с высокой производительностью. В обычных АСМ используется один пассивный консольный зонд с оптической системой отклонения луча, который может собирать только один пиксель за раз во время АСМ-визуализации, что приводит к низкой пропускной способности. В этой работе используется массив активных консолей со встроенными пьезорезистивными датчиками и термомеханическими приводами, что позволяет одновременно работать в нескольких кантилеверах параллельно для повышения производительности визуализации. В сочетании с нанопозиционерами большого радиуса действия и соответствующими алгоритмами управления каждым кантилевером можно управлять индивидуально для получения нескольких АСМ-изображений. С помощью алгоритмов постобработки на основе данных изображения могут быть сшиты вместе, а обнаружение дефектов может быть выполнено путем сравнения их с желаемой геометрией. В этом документе представлены принципы пользовательской АСМ с использованием активных консольных решеток, за которыми следует обсуждение практических соображений эксперимента для применения в инспекционных приложениях. Выбранные примеры изображений кремниевой калибровочной решетки, высокоориентированного пиролитического графита и масок для литографии в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне получены с помощью массива из четырех активных консолей («Quattro») с расстоянием между зондами 125 мкм. Благодаря большей инженерной интеграции этот высокопроизводительный крупномасштабный инструмент визуализации может предоставлять 3D-метрологические данные для масок в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне (EUV), химико-механической планаризации (CMP), анализа отказов, дисплеев, тонкопленочных ступенчатых измерений, матриц для измерения шероховатости и канавок для сухих газовых уплотнений с лазерной гравировкой.

Введение

Атомно-силовые микроскопы (АСМ) могут получать 3D-изображения топографии с наноразмерным пространственным разрешением. Исследователи расширили возможности АСМ для создания карт свойств образцов в механической, электрической, магнитной, оптической и тепловой областях. В то же время повышение пропускной способности визуализации также находится в центре внимания исследований по адаптации АСМ к новым экспериментальным потребностям. Существует две основные области применения высокопроизводительной АСМ визуализации: первая категория - это высокоскоростная визуализация небольшой области для регистрации динамических изменений в образце, вызванных биологическими или химическим....

протокол

1. Подготовка образцов для крупномасштабного контроля

1. Подготовьте образец подходящего размера для АСМ (см. Таблицу материалов).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Пластинчатые образцы с диаметром в плоскости от 75 мм до 300 мм и ожидаемым отклонением высоты вне плоскости менее 200 мкм могут помещаться на предметном столике АСМ. В этом исследовании используется маска для экстремального ультрафиолета (EUV) на 4-дюймовой пластине (см. таблицу материалов).
2. Очистите образец, чтобы удалить загрязняющие вещества, и храните образцы в чистом помещении или среде с низким уровнем запыленности, например, в вакуумной камере или шк....

Результаты

Чтобы продемонстрировать эффективность АСМ широкодиапазонной визуализации с использованием параллельных активных кантилеверов для получения топографической визуализации, на рисунке 2 показаны сшитые изображения калибровочной решетки, сделанные четырьмя кантилеве.......

Обсуждение

Как показано в репрезентативных результатах, активная консольная матрица может быть использована для параллельного захвата нескольких изображений статического образца. Эта масштабируемая установка может значительно повысить производительность визуализации образцов большой площа.......

Материалы

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