Microscope qui balaie la surface de l'échantillon avec une pointe fine et mesure son relief microscopique à partir des forces entre la pointe et la surface. Utilisé notamment pour évaluer la rugosité.
Nom japonais: AFM(原子間力顕微鏡)
« AFM (microscope à force atomique) » apparaît dans 7 questions d'entraînement réparties sur 1 thèmes, dont Métrologie et analyse.
Domaine: Métrologie et analyse
Un microscope à force atomique (AFM) porte une pointe fine à l'extrémité libre d'un microlevier (cantilever) microusiné. Pendant qu'un scanner piézoélectrique déplace la pointe et l'échantillon l'un par rapport à l'autre selon un balayage ligne par ligne, les forces entre la pointe et la surface fléchissent le levier. Un faisceau laser réfléchi par le dos du levier sur un photodétecteur sensible à la position amplifie cette flexion. Une boucle de rétroaction monte ou abaisse la pointe pour maintenir constante la déflexion, ou l'amplitude d'oscillation, et la hauteur enregistrée en chaque point construit une carte topographique en trois dimensions avec une résolution verticale d'environ 0,1 nm.
En mode contact, la pointe est traînée sur la surface à déflexion constante, ce qui est simple mais applique des forces latérales susceptibles de rayer les films souples ou d'émousser la pointe. En mode tapping (contact intermittent), le levier oscille près de sa résonance et ne touche la surface que brièvement au bas de chaque cycle ; la rétroaction maintient constante l'amplitude d'oscillation. Le mode tapping minimise les dommages et constitue le choix habituel pour les résines, les polymères et les films minces délicats, tout en offrant une sensibilité en hauteur sub-nanométrique.
Une image AFM n'est jamais la surface pure : c'est la surface convoluée par la pointe. Une pointe ne peut pas atteindre le fond d'une tranchée plus étroite qu'elle, et sur des flancs raides c'est son côté qui touche en premier ; les tranchées paraissent donc moins profondes et plus étroites, et les lignes plus larges. Des pointes plus fines, des pointes évasées conçues pour le profilage des flancs et des logiciels qui estiment et retirent la forme de la pointe réduisent tous l'erreur. Le balayage est mécanique et lent, et les champs de vue sont petits ; l'AFM échantillonne donc des sites choisis plutôt que des plaquettes entières.
Les points forts de l'AFM sont la rugosité de surface après polissage mécano-chimique (CMP), les surfaces de films minces et les faibles hauteurs de marche. Un profilomètre à stylet repose sur le même principe de palpage avec une résolution plus grossière mais peut balayer des millimètres ; il convient donc à la profondeur de gravure et à la planéité à longue distance. L'AFM ne mesure que la forme : la composition et l'état chimique relèvent de la XPS (spectroscopie de photoélectrons X), et la résistance de couche de la méthode des quatre pointes. Aux nœuds avancés, les données AFM sont souvent combinées aux résultats optiques et CD-SEM dans une métrologie hybride afin de contraindre des dimensions qu'aucun outil seul ne détermine bien.
Réponse : C. Le relief fin de la surface (forme et rugosité)
L’AFM balaie la surface avec un levier (cantilever) muni d’une pointe acérée, en détectant par réflexion laser sa déflexion due aux forces interatomiques, pour mesurer le relief de surface. Résolvant des différences de hauteur d’environ 0.1 nm, il sert à évaluer la rugosité après CMP et l’état de surface des films minces. Le mode tapping, où la pointe oscille et touche légèrement la surface, endommage peu l’échantillon. La résistance carrée et la distribution des dopants se mesurent par d’autres méthodes.
Réponse : B. La pointe ayant une taille et une forme finies, la forme de la pointe se superpose à la forme mesurée
L’AFM mesurant la forme en parcourant la surface avec une pointe, celle-ci n’atteint pas le fond d’une tranchée plus étroite que son extrémité, et sur un flanc abrupt le côté de la pointe touche en premier. La forme mesurée est donc une convolution de la forme réelle et de celle de la pointe : les tranchées paraissent moins profondes et plus étroites, les lignes plus larges. On utilise des pointes fines ou des pointes à extrémité évasée dédiées aux flancs, et l’on effectue des analyses qui estiment la forme de la pointe pour corriger.
La topographie de surface, c'est-à-dire les variations de hauteur et la rugosité, avec une résolution verticale d'environ 0,1 nm, à partir des forces entre une pointe fine et l'échantillon.
Le mode contact traîne la pointe en continu sur la surface ; le mode tapping fait osciller le levier pour que la pointe ne touche que par intermittence, ce qui réduit fortement la force latérale et les dommages à l'échantillon.
La pointe a une taille et une forme finies : elle ne peut pas pénétrer dans les tranchées étroites ni suivre les parois raides. L'image est le profil réel convolué par la forme de la pointe.
L’AFM balaie la surface avec un levier (cantilever) muni d’une pointe acérée, en détectant par réflexion laser sa déflexion due aux forces interatomiques, pour mesurer le relief de surface.
Que mesure principalement le microscope à force atomique (A…L’AFM mesurant la forme en parcourant la surface avec une pointe, celle-ci n’atteint pas le fond d’une tranchée plus étroite que son extrémité, et sur un flanc abrupt le côté de la pointe touche en premier.
Lors de la mesure à l’AFM de tranchées très étroites ou de …La contrainte se mesure par la courbure de la plaquette, la rugosité par AFM, etc.
Que mesure principalement la méthode des quatre pointes ?L’AFM mesure la forme, la méthode des quatre pointes la résistance.
Quelle méthode d’analyse étudie les éléments et l’état de l…L’EDX étudie les éléments, l’AFM la forme.
Alors que la SIMS mesure la concentration d’atomes d’impure…CMP Méthode des quatre pointes CD-SEM Contact XPS (spectroscopie de photoélectrons X) SIMS (spectrométrie de masse des ions secondaires) EDX (spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie) DRX (XRD, diffraction des rayons X) Ellipsométrie Équipement d'inspection des défauts