Microscopia de Força Atômica de Sonda Ativa com Matrizes Cantilever Paralelas Quattro para Inspeção de Amostras em Grande Escala de Alto Rendimento

Summary

A inspeção de amostras em larga escala com resolução em nanoescala tem uma ampla gama de aplicações, especialmente para wafers semicondutores nanofabricados. Microscópios de força atômica podem ser uma ótima ferramenta para esse fim, mas são limitados por sua velocidade de imagem. Este trabalho utiliza matrizes de cantiléver ativas paralelas em AFMs para permitir inspeções de alto rendimento e em larga escala.

Abstract

Um microscópio de força atômica (AFM) é uma ferramenta poderosa e versátil para estudos de superfície em nanoescala para capturar imagens de topografia 3D de amostras. No entanto, devido ao seu rendimento limitado de imagens, os AFMs não têm sido amplamente adotados para fins de inspeção em larga escala. Os pesquisadores desenvolveram sistemas AFM de alta velocidade para gravar vídeos de processos dinâmicos em reações químicas e biológicas a dezenas de quadros por segundo, ao custo de uma pequena área de imagem de até vários micrômetros quadrados. Em contraste, inspecionar estruturas nanofabricadas em grande escala, como wafers semicondutores, requer imagens de resolução espacial em nanoescala de uma amostra estática ao longo de centenas de centímetros quadrados com alta produtividade. Os AFMs convencionais usam uma única sonda de cantilever passiva com um sistema de deflexão de feixe óptico, que só pode coletar um pixel de cada vez durante a aquisição de imagens AFM, resultando em baixo rendimento de imagem. Este trabalho utiliza uma matriz de balanços ativos com sensores piezoresistivos embutidos e atuadores termomecânicos, o que permite a operação simultânea de múltiplos cantilever em operação paralela para maior rendimento de imagem. Quando combinado com nanoposicionadores de grande alcance e algoritmos de controle adequados, cada cantilever pode ser controlado individualmente para capturar várias imagens AFM. Com algoritmos de pós-processamento orientados por dados, as imagens podem ser costuradas e a detecção de defeitos pode ser realizada comparando-as com a geometria desejada. Este artigo apresenta princípios do AFM personalizado usando as matrizes de cantilever ativas, seguido por uma discussão sobre considerações de experimentos práticos para aplicações de inspeção. Imagens de exemplo selecionadas de grade de calibração de silício, grafite pirolítico altamente orientado e máscaras de litografia ultravioleta extrema são capturadas usando uma matriz de quatro cantilevers ativos ("Quattro") com uma distância de separação de ponta de 125 μm. Com mais integração de engenharia, essa ferramenta de imagem de alto rendimento e grande escala pode fornecer dados metrológicos 3D para máscaras ultravioleta extremas (EUV), inspeção de planarização químico-mecânica (CMP), análise de falhas, monitores, medições de passo de filme fino, matrizes de medição de rugosidade e sulcos de vedação de gás seco gravados a laser.

Introduction

Microscópios de força atômica (AFMs) podem capturar imagens de topografia 3D com resolução espacial em nanoescala. Os pesquisadores ampliaram a capacidade dos AFMs de criar mapas de propriedades de amostra em domínios mecânicos, elétricos, magnéticos, ópticos e térmicos. Enquanto isso, melhorar o rendimento das imagens também tem sido o foco da pesquisa para adaptar os AFMs às novas necessidades experimentais. Existem principalmente dois domínios de aplicação para imagens AFM de alto rendimento: a primeira categoria é a imagem de alta velocidade de uma pequena área para capturar mudanças dinâmicas na amostra devido a reações biológicas ou químicas

Protocol

1. Preparação de amostras para inspeção em larga escala

1. Prepare a amostra com um tamanho adequado para o AFM (ver Tabela de Materiais).
   NOTA: Amostras em forma de wafer com um diâmetro no plano de 75 mm a 300 mm e uma variação esperada de altura fora do plano inferior a 200 μm podem caber no estágio de amostragem AFM. Neste estudo, uma máscara ultravioleta extrema (EUV) em um wafer de 4 polegadas é usada (veja Tabela de Materiais).
2. Limpe.......

Discussion

Como demonstrado nos resultados representativos, uma matriz de cantilever ativa pode ser usada para capturar várias imagens de uma amostra estática em paralelo. Essa configuração escalável pode melhorar significativamente o rendimento de imagens de amostras de grande área, tornando-o adequado para inspecionar dispositivos nanofabricados em wafers semicondutores. A técnica também não se limita a estruturas feitas pelo homem; Contanto que a variação de topografia dentro de um grupo de cantilevers ativos não sej.......

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