Microscoop die met een scherpe tip het monsteroppervlak aftast en uit de kracht tussen tip en oppervlak de fijne hoogteverschillen meet. Wordt onder meer gebruikt voor het beoordelen van oppervlakteruwheid.
Japanse benaming: AFM(原子間力顕微鏡)
“AFM (atomic force microscope)” komt voor in 7 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Metrologie en analyse.
Vakgebied: Metrologie en analyse
Een atomic force microscope (AFM) heeft een scherpe tip aan het vrije uiteinde van een microgefabriceerde cantilever. Terwijl een piëzo-elektrische scanner tip en preparaat rastervormig ten opzichte van elkaar beweegt, buigen krachten tussen tip en oppervlak de cantilever. Een laserbundel die via de achterkant van de cantilever op een positiegevoelige fotodetector wordt gereflecteerd, vergroot die doorbuiging uit. Een regellus brengt de tip omhoog of omlaag om de doorbuiging, of de oscillatieamplitude, constant te houden, en de geregistreerde hoogte op elk punt vormt een driedimensionale topografiekaart met een verticale resolutie rond 0,1 nm.
In de contactmodus wordt de tip met constante doorbuiging over het oppervlak gesleept; dat is eenvoudig, maar oefent laterale krachten uit die zachte lagen kunnen krassen of de tip bot kunnen maken. In de tappingmodus oscilleert de cantilever dicht bij zijn resonantie en raakt hij het oppervlak alleen kort aan het onderste punt van elke cyclus; de regeling houdt de oscillatieamplitude constant. De tappingmodus minimaliseert schade en is de gebruikelijke keuze voor resists, polymeren en kwetsbare dunne lagen, terwijl hij toch een hoogtegevoeligheid onder de nanometer biedt.
Een AFM-beeld is nooit het zuivere oppervlak: het is het oppervlak geconvolueerd met de tip. Een tip kan de bodem van een trench die smaller is dan de tip zelf niet bereiken, en op steile zijwanden raakt zijn flank als eerste, zodat trenches ondieper en smaller lijken en lijnen breder. Scherpere tips, uitlopende tips die ontworpen zijn voor zijwandprofilering, en software die de tipvorm schat en verwijdert, verkleinen allemaal de fout. Het scannen is mechanisch en langzaam, en de beeldvelden zijn klein, dus AFM meet geselecteerde locaties in plaats van hele wafers.
De sterke punten van AFM zijn oppervlakteruwheid na chemisch-mechanisch polijsten (CMP), oppervlakken van dunne lagen en kleine stephoogten. Een stylusprofiler werkt volgens hetzelfde aftastprincipe met een grovere resolutie, maar kan millimeters scannen, en is dus geschikt voor etsdiepte en vlakheid over grote afstand. AFM meet alleen vorm: samenstelling en chemische toestand komen van XPS (röntgenfoto-elektronspectroscopie), en de plaatweerstand van een vierpuntsmeting. Bij geavanceerde nodes worden AFM-gegevens vaak gecombineerd met optische en CD-SEM-resultaten in hybride metrologie, om afmetingen in te perken die geen enkele tool afzonderlijk goed bepaalt.
Antwoord: C. Fijne ruwheid van het oppervlak (vorm en ruwheid)
Een AFM tast het oppervlak af met een bladveer (cantilever) met een scherpe naald en scant terwijl de doorbuiging door de atomaire kracht met de reflectie van een laser wordt gedetecteerd, zodat de oppervlaktereliëf wordt gemeten. In hoogterichting kunnen verschillen van ongeveer 0,1 nm worden gemeten, dus wordt het gebruikt voor de beoordeling van oppervlakteruwheid na CMP en van de oppervlaktetoestand van dunne films. In tapping mode, waarin de naald trilt en het oppervlak licht aanraakt, wordt het monster minder beschadigd. Laagweerstand en dopantverdeling worden met andere methoden gemeten.
Antwoord: B. De punt van de naald heeft een eindige dikte en vorm, zodat de vorm van de naald zich op de gemeten vorm afbeeldt
Omdat AFM de vorm meet door het oppervlak met een naald af te tasten, bereikt de naald de bodem van grachten die smaller zijn dan de naaldpunt niet, en raakt bij steile zijwanden eerst de zijkant van de naald. Het gevolg is dat de gemeten vorm een convolutie is van de werkelijke vorm en de naaldvorm: grachten lijken ondieper en smaller en lijnen breder. Er worden naalden met een fijne punt of naalden voor zijwandmeting met een zijdelings verbrede punt gebruikt, en er wordt ook geanalyseerd door de naaldvorm te schatten en te corrigeren.
De oppervlaktetopografie, dat wil zeggen hoogtevariaties en ruwheid, met een verticale resolutie rond 0,1 nm, op basis van de krachten tussen een scherpe tip en het preparaat.
De contactmodus sleept de tip continu over het oppervlak; de tappingmodus laat de cantilever oscilleren, zodat de tip het oppervlak maar af en toe raakt, wat de laterale kracht en de schade aan het preparaat sterk vermindert.
De tip heeft een eindige grootte en vorm, dus hij kan niet in smalle trenches reiken of steile wanden volgen. Het beeld is het werkelijke profiel geconvolueerd met de tipvorm.
Een AFM tast het oppervlak af met een bladveer (cantilever) met een scherpe naald en scant terwijl de doorbuiging door de atomaire kracht met de reflectie van een laser wordt gedetecteerd, zodat de oppervlaktereliëf wordt gemeten.
Wat wordt hoofdzakelijk gemeten met een atoomkrachtmicrosco…Omdat AFM de vorm meet door het oppervlak met een naald af te tasten, bereikt de naald de bodem van grachten die smaller zijn dan de naaldpunt niet, en raakt bij steile zijwanden eerst de zijkant van de naald.
Wat veroorzaakt gemakkelijk meetfouten wanneer met AFM de v…Spanning wordt via de waferkromming gemeten en ruwheid met onder meer AFM.
Wat wordt hoofdzakelijk gemeten met de vierpuntsmethode?AFM meet de vorm en de vierpuntsmethode de weerstand.
Welke analysemethode onderzoekt de elementen en chemische b…EDX onderzoekt elementen en AFM de vorm.
SIMS meet de concentratie van onzuiverheidsatomen. Welke me…Numerieke apertuur (NA) CMP CD-SEM Via XPS (röntgenfoto-elektronenspectroscopie) SIMS (secundaire-ionenmassaspectrometrie) EDX (energiedispersieve röntgenspectroscopie) Defectinspectieapparaat Ellipsometrie FIB (focused ion beam)