מיקרוסקופ כוח אטומי פעיל של בדיקה עם מערכי קנטיליבר קוואטרו-מקביליים לבדיקת דגימות בקנה מידה גדול בתפוקה גבוהה

Summary

לבדיקת דגימה בקנה מידה גדול עם רזולוציה ננומטרית יש מגוון רחב של יישומים, במיוחד עבור פרוסות מוליכים למחצה ננו-מפורקות. מיקרוסקופ כוח אטומי יכול להיות כלי נהדר למטרה זו, אך מוגבל על ידי מהירות ההדמיה שלהם. עבודה זו משתמשת במערכי קנטיליבר פעילים מקבילים ב- AFM כדי לאפשר בדיקות בתפוקה גבוהה ובקנה מידה גדול.

Abstract

מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) הוא כלי רב עוצמה ורב-תכליתי למחקרי שטח ננומטריים ללכידת תמונות טופוגרפיה תלת-ממדיות של דגימות. עם זאת, בשל תפוקת ההדמיה המוגבלת שלהם, AFMs לא אומצו באופן נרחב למטרות בדיקה בקנה מידה גדול. חוקרים פיתחו מערכות AFM מהירות להקלטת סרטוני תהליך דינמי בתגובות כימיות וביולוגיות בקצב של עשרות פריימים לשנייה, במחיר של שטח הדמיה קטן של עד כמה מיקרומטרים רבועים. לעומת זאת, בדיקת מבנים ננו-מיוצרים בקנה מידה גדול, כגון פרוסות מוליכים למחצה, דורשת הדמיה ברזולוציה מרחבית ננומטרית של דגימה סטטית על פני מאות סנטימטרים רבועים עם פרודוקטיביות גבוהה. מערכות מיקוד אוטומטי קונבנציונליות משתמשות בגשושית פסיבית יחידה עם מערכת הטיית אלומה אופטית, שיכולה לאסוף רק פיקסל אחד בכל פעם במהלך דימות AFM, וכתוצאה מכך תפוקת הדמיה נמוכה. עבודה זו עושה שימוש במערך של מכלים פעילים עם חיישנים פיאזו-התנגדותיים משובצים ומפעילים תרמומכניים, המאפשרים הפעלה סימולטנית מרובת קנטיליוור בפעולה מקבילית להגדלת תפוקת ההדמיה. בשילוב עם ננו-מיקומים בעלי טווח גדול ואלגוריתמי בקרה מתאימים, ניתן לשלוט בנפרד בכל כלי כדי ללכוד תמונות AFM מרובות. בעזרת אלגוריתמים מבוססי נתונים לאחר עיבוד, ניתן לתפור את התמונות זו לזו, ולבצע זיהוי פגמים על ידי השוואתן לגיאומטריה הרצויה. מאמר זה מציג עקרונות של AFM מותאם אישית באמצעות מערכי cantilever פעיל, ואחריו דיון על שיקולי ניסוי מעשי עבור יישומי בדיקה. תמונות נבחרות לדוגמה של סורגי כיול סיליקון, גרפיט פירוליטי בעל אוריינטציה גבוהה ומסיכות ליתוגרפיה אולטרה סגולות קיצוניות מצולמות באמצעות מערך של ארבעה מכלים פעילים ("קוואטרו") עם מרחק הפרדת קצה של 125 מיקרומטר. עם אינטגרציה הנדסית רבה יותר, כלי הדמיה בקנה מידה גדול ובעל תפוקה גבוהה זה יכול לספק נתונים מטרולוגיים תלת-ממדיים עבור מסכות אולטרה סגולות קיצוניות (EUV), בדיקת פלנריזציה מכנית כימית (CMP), ניתוח כשלים, תצוגות, מדידות צעדים של סרט דק, מתים למדידת חספוס וחריצי אטם גז יבש חרוטים בלייזר.

Introduction

מיקרוסקופי כוח אטומי (AFM) יכולים ללכוד תמונות טופוגרפיה תלת-ממדיות ברזולוציה מרחבית ננומטרית. חוקרים הרחיבו את היכולת של AFMs ליצור מפות מאפיינים לדוגמה בתחומים מכניים, חשמליים, מגנטיים, אופטיים ותרמיים. בינתיים, שיפור תפוקת ההדמיה עמד גם במוקד המחקר להתאמת AFM לצרכים ניסיוניים חדשים. ישנם בעיקר שני תחומי יישום עבור דימות AFM בתפוקה גבוהה: הקטגוריה הראשונה היא הדמיה במהירות גבוהה של שטח קטן כדי ללכוד שינויים דינמיים בדגימה עקב תגובות ביולוגיות או כימיות ^1,2; הקטגוריה השנייה היא עבור רזולוציה מרחבית גבוהה, הדמיה בקנה מידה גדול של דגימות סטטיות במהלך בדיקה, אשר נדון בפירוט בעבודה זו. כאשר גודל הטרנזיסטור מתכווץ....

Protocol

1. הכנת מדגם לבדיקה בקנה מידה גדול

1. הכינו את הדגימה בגודל המתאים ל-AFM (ראו טבלת חומרים).
   הערה: דגימות בצורת רקיק בקוטר In-plane מ-75 מ"מ עד 300 מ"מ ושינוי צפוי בגובה מחוץ למישור מתחת ל-200 מיקרומטר יכולות להתאים לשלב הדגימה של AFM. במחקר זה נעשה שימוש במסכת אולטרה סגול קיצוני (EUV) ע.......

Discussion

כפי שהודגם בתוצאות המייצגות, ניתן להשתמש במערך קנטליבר פעיל כדי ללכוד תמונות מרובות של דגימה סטטית במקביל. התקנה ניתנת להרחבה זו יכולה לשפר באופן משמעותי את תפוקת ההדמיה של דגימות בשטח גדול, מה שהופך אותה למתאימה לבדיקת התקנים ננו-מפוברקים על פרוסות מוליכים למחצה. הטכניקה אינה מוגבלת גם ל.......

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