Атомно-силовой микроскоп ХЕ-3DM

Атомно-силовой микроскоп NX-3DM/ХЕ-3DM

  • Измерение выступающих элементов профилей, получение боковых изображений высокого разрешения, измерение критических углов
  • Неразрушающее измерение мягких поверхностей фоторезисторов
  • Система раздельного сканирования в латеральной плоскости XY и по оси Z и поворотным Z-сканером
  • Полностью автоматизированный АСМ

Производитель Park Systems

Преимущества

Полностью автоматизированный АСМ для измерения выступающих элементов профилей, получения боковых изображений высокого разрешения, измерений критических углов.

С запатентованной системой раздельного сканирования в латеральной плоскости XY и по оси Z и поворотным Z-сканером АСМ решает сложнейшие задачи с помощью стандартных и конических наконечников (зондов) при точном анализе боковых стенок. Метод True Non-ContactTM  позволяет проводить неразрушающее измерение мягких поверхностей фоторезисторов с помощью зондов при высоком соотношении сторон.

Полностью автоматизированный промышленный АСМ

  • Возможность использования в чистых комнатах за счет полной автоматизации измерений и анализа полученных данных
  • Современные технологии позволяют автоматически получать топографические изображения высочайшего качества для сбора необходимых данных о структуре подложки
  • В данных АСМ используется ультрасовременный независимый Z-детектор с самым низким уровнем собственных шумов, работающий по замкнутому циклу для минимизации ошибок при анализе топографии
  • Запатентованный бесконтактный режим измерений (True Non-Contact) позволяет получать изображения с самым высоким разрешением без повреждения как поверхности образца, так и кантилевера – продлевая срок службы последнего и уменьшая затраты на расходные материалы

Инновационный дизайн измерительной головки для измерения сложных структур

  • Уникальный дизайн измерительной головки с боковым доступом позволяет производить измерения срезанных и выступающих структур различных промышленных материалов
  • Запатентованные независимые системы сканирования XY и Z совместно с наклоняющимся Z-сканером позволяют Вам производить измерения не только горизонтальных плоскостей, но и высокоточный анализ боковых поверхностей
  • С помощью данного АСМ Вы можете измерять такие параметры, как профиль бороздок на боковых и наклонных поверхностях, их шероховатость, критические углы и размеры
  • Механизм наклона Z-сканера позволяет исследовать боковые стороны с помощью сверхострого кантилевера – это позволяет получать изображения с таким же высоким разрешением, как и при сканировании горизонтальных поверхностей

Надежный инструмент для измерения материалов во всех плоскостях

  • Для измерения боковых и наклонных поверхностей не требуется абсолютно никакой пробоподготовки (резка, крепление, нанесение покрытий и т.п.)
  • Использование бесконтактного режима измерений с помощью наклонной головки также позволяет сохранять целостность образца и предотвращает повреждение кантилевера

Применение

Измерение срезанных и выступающих структур

АСМ NX-3DM позволяет получить уникальный доступ к измерению срезанных и выступающих структур фоторезистов и прочих промышленных материалов, гарантируя пользователю получение полной информации об образце.

Изображения, полученные при трех разных углах наклона Z-сканера, могут быть сшиты автоматически для получения полной трехмерной картины.

Измерение критических размеров

Технология True Non-Contact позволяет измерять сложные структуры CD-дисков без потерь в качестве получаемого изображения.

Из проведенного анализа видно, что АСМ изображение хорошо согласуется с SEM изображением, причем с лучшим контрастом и четкостью.

Измерение шероховатости боковых поверхностей

Инновационный дизайн наклоняющейся измерительной головки позволяет исследовать боковые поверхности с помощью сверхострого кантилевера с целью получения высококачественной информации о топографии и шероховатости исследуемых областей образца.

Изображение верхней, нижней и боковой областей фоторезиста, полученное с помощью NX-3DM, имеет высокое разрешение – далее оно может быть использовано для анализа шероховатости

Особенности

Лидирующий в отрасли Z-детектор с низким уровнем шума

Наши АСМ оснащены самыми эффективными в отрасли Z-детекторами с низким уровнем шума. Уровень шума не превышает 0.02 нм в широком диапазоне частот. Это позволяет выполнять измерение рельефа образца с высокой точностью, без смещения краев и калибровки. Поэтому Park NX-3DM экономит время и выдает отличные данные.

Точное топографическое изображение образца, полученное с помощью Z-детектора с низким уровнем шума.

Отсутствие артефактов в результате сканирования АСМ на топографическом изображении с низким уровнем шума и обратной связью

  • Используется сигнал Z-детектора низкого уровня шума для получения рельефа изображения
  • Низкий уровень шума Z-детектора 0.02 нм в широком диапазоне частот
  • Отсутствие смещения краев (начальных и замыкающих)
  • Выполняется только одна калибровка на заводе

Минимальный уровень собственных шумов

Для обнаружения минимальных фрагментов при сканировании изображений и плоских поверхностей Park разработал микроскоп с минимальным уровнем собственного шума – менее 0,05 нм. Характеристики собственного шума определяются с помощью «нулевого сканирования». Системный шум измеряется в момент контакта кантилевера с поверхностью образца в одной точке с учетом следующих условий:

  • сканирование 0 нм × 0 нм, в одной точке
  • коэффициент усиления 0.5 в режиме контакта
  • 256 × 256 пикселей

Автоматическая замена зонда (АТХ)

Режим автоматической замены наконечника (зонда) производит полностью автоматическую замену данных компонентов для выполнения непрерывного автоматизированного измерения. При этом автоматически калибруется положение кантилевера и оптимизируются настройки измерения на основе данных справочных образцов. Наш магнитный метод замены зондов обеспечивает 99% успешных исходов по сравнению с традиционными вакуумными технологиями.

Воспроизводимость показаний

Вследствие снижения размера компонентов производителям необходим высочайший уровень контроля качества. Park AFM обеспечивает стандартное отклонение 1 σ для 1 Å

Совместимость с другими инструментами

Благодаря революционной платформе Park АСМ, которая была разработана для промышленной метрологии, модель Park NX-HDM совместима с любым существующим Park AFM, который ранее использовался для производства, проверки, анализа или исследования.

Инновационная система сканирования вдоль оси Z 

Большинство уникальных особенностей АСМ NX-3DM появилось благодаря использованию независимо наклоняющегося Z-сканера, размещенного на специальной платформе для устранения собственного шума (запатентованная технология Crosstalk Elimination), а также использованию независимых систем сканирования в плоскости XY и вдоль оси Z. Данное исполнение позволяет пользователю исследовать вертикальные стенки, а также проводить измерения срезанных структур под различными углами. В отличие от обычных систем с расширяющимся к основанию острием кантилевера, данный АСМ использует кантилеверы с высоким соотношением сторон, что позволяет получать изображения очень высокого разрешения.

XY-сканер с закрытой обратной связью

XY-сканер состоит из двух симметричных предметных столиков и высокосильных пьезоэлектрических датчиков, обеспечивающих высокую ортогональность перемещений с минимальными внеплоскостными биениями, а также имеет сверхбыстрое время обратного отклика для улучшения точности сканирования образца. Каждая из осей предметного столика имеет по два симметричных сенсора с низким уровнем шума для поддержания ортогональности при сканировании больших площадей и образцов. Вторичные сенсоры предназначены для компенсации возникающих нелинейных и внеплоскостных ошибок позиционирования, появляющихся при использовании только одной пары сенсоров на обе оси сканирования.

Автоматическая смена кантилеверов (ATX)

Данная система автоматически распознает кантилеверы и меняет их с помощью изменения магнитного поля (для снятия/крепления кантилевера к держателю) с высочайшей точностью до 99.9%. Затем лазерный луч автоматически наводится на новый кантилевер по осям X и Y с помощью автоматизированных вращающихся ручек.

Система ионизации

Система ионизации эффективно снижает действие электростатических зарядов. Она ионизирует заряженные объекты, поддерживая идеальное равновесие положительных и отрицательных ионов, не загрязняя окружающую среду. Данная система также снижает риск случайного возникновения электростатического заряда в результате перемещения образца.

Автоматический манипулятор

АСМ NX-3DM может быть оснащен различными автоматическими манипуляторами для перемещения подложек на анализ и обратно (EFEM или FOUP). Данный инструмент гарантирует пользователям, что они каждый раз смогут получать результаты быстро и надежно.

 Автоматический контроль процесса измерений для увеличения эффективности

АСМ NX-3DM поставляется совместно с автоматизированным программным обеспечением, которое выполняет операции последовательно и без прерываний. Все, что Вам нужно сделать, - это выбрать желаемую программу измерений для автоматической оптимизации настроек кантилевера, скорости сканирования, усиления и точек измерения. Также данное ПО позволяет Вам писать собственные алгоритмы для измерения – получение максимальной производительности при минимальных усилиях. Написание скрипта занимает всего около 10 минут, а изменение существующего порядка 5 минут.

Технологии Park AFM

Программное обеспечение

ХЕА – Промышленная автоматизация и анализ

ХЕА – системная программа автоматизации, которая выполняет измерение образца с помощью АСМ согласно процедуре,  указанной в методе. Удобная архитектура программы ХЕА подстраивает работу программы под требования оператора для решения разных задач.

  • Поддержка автоматического, полуавтоматического и ручного режимов сканирования.
  • Метод измерения для каждой автоматизированной процедуры.
  • Естественный мониторинг процесса измерения.
  • Автоматизированный анализ полученных данных измерения

ХЕР – Получение данных

Все органы управления измерениями АСМ управляются с помощью ХЕР, которая представляет собой программу получения данных. Пользовательский интерфейс позволяет без труда работать с АСМ.

  • Одновременное получение до 16 изображений.
  • Максимальный размер изображения 4096×4096.
  • Силовая спектроскопия и спектроскопия I-V с пакетной обработкой данных.
  • Постоянная калибровка пружины кантилевера.
  • Управление скриптами с помощью внешней программы (LabVIEW, C++)

ХЕI – Обработка и анализ изображений

XEI представляет собой программу обработки и анализа изображений АСМ. Мощные алгоритмы обработки делают анализ простым и непрерывным. С наиболее передовым и универсальным инструментом обработки изображений пользователи ХЕ способны получить важную информацию в своих экспериментах.

  • Анализ профиля линии, области и 3D визуализация изображения.
  • Модуль анализа данных спектроскопии (F-d, I-V).
  • Программа копирования/вставки в презентацию.
  • Множественное сравнение изображений.
  • Наложение двух разных изображений

Технические характеристики Park ХЕ-3DM

Характеристики системы
Моторизированный столик XY 200 мм перемещается на расстояние  до 275 мм × 200 мм, разрешение – 0,5 мкм
Моторизированный столик XY 300 мм перемещается на расстояние  до 375 мм × 300 мм, разрешение – 0,5 мкм, воспроизводимость менее 1 мкм
Моторизированный столик Z дистанция перемещения 30 мм
разрешение 0,08 мкм, воспроизводимость менее 1 мкм
Моторизированный фокусный столик (автофокусирующая подача) дистанция перемещения вдоль Z: 11 мм для осевой оптики
Моторизация углового диапазона -19 и +19 оС
-38 и +38 оС
Угловая воспроизводимость менее 0,5 оС
Допуск толщины образца до 20 мм
Биение по оси Z в режиме максимального сканирования менее 2 нм, воспроизводимость <1 нм
Распознавание  образцов COGNEX Образец разрешением ¼ пикселя
Характеристики сканера
Диапазон сканера XY 100 мкм × 100 мкм (максимальный режим)
50 мкм × 50 мкм (средний режим)
10 мкм ×10 мкм (минимальный режим)
Разрешение сканера XY 1,5 нм (режим высокого напряжения)
менее 0,2 нм (режим низкого напряжения)
Диапазон сканера Z 12 мкм (режим высокого напряжения)
1,7 мкм (режим низкого напряжения)
Разрешение сканера Z менее 0,2 нм
Собственный шум сканера Z Менее 0,05 нм (с активной системой защиты от вибраций)
Электронное управление столиком XY и АСМ
ЦПУ 600 МГц и 4800 MIPS
ADC и DAC сигналы, 16-бит
Диапазон частот 500 кГц, внутренняя фиксация
Характеристики вибрации, акустических шумов и ESD
Вибрация пола Менее 0,5 мкм/с
(10 Гц до 200 Гц с активной системой защиты от вибраций)
Акустический шум свыше 20 дБ - поглощение в акустической камере
Размеры и вес
Система 200 мм 880 × 1050 × 2024 (Ш × Г × В) без EFEM
примерно 800 кг (вкл. корпус XE-WAFER)
1820 × 1050 × 2024 (Ш × Г × В) с EFEM
примерно 1010 кг (вкл. корпус XE-WAFER)
Шкаф управления 800 × 800 × 1000 (Ш × Г × В) вес примерно 160 кг (вкл. контроллеры)
600 × 800 × 2000  (Ш × Г × В) в форме «Tower»
вес примерно 220 кг (вкл. контроллеры)
Основание системы 1780 × 980 (Ш × Г) без EFEM
Основание системы 3050 × 980 (Ш × Г) с EFEM
Высота потолка 2000 и более
Рабочее пространство оператора 3300 × 1950 (Ш × Г), минимум (в мм)
Система 300 мм 1220 × 1200 × 2024 (Ш × Г × В) без EFEM
примерно 1150 кг (вкл. корпус XE-WAFER)
2490 × 1720 × 2024 (Ш × Г × В) с EFEM
примерно 1450 кг (вкл. корпус XE-WAFER)
Шкаф управления 800 × 800 × 1000 (Ш × Г × В)
примерно 160 кг (вкл. контроллеры)
600 × 800 × 2000  (Ш × Г × В) в форме «Tower»
примерно 220 кг (вкл. контроллеры)
Держатель подложки (EFEM) 1270 × 1720 × 2024 (Ш × Г × В), примерно 300 кг
Основание системы 1220 × 1200 (Ш × Г) без EFEM
Основание системы 2490 × 1720 (Ш × Г) с EFEM
Высота потолка 2000 и более
Рабочее пространство оператора 4500 × 3120 (Ш × Г), (в мм)
Рабочие условия
Температура в помещении (режим ожидания) 10 - 40°С
Температура в помещении (при работе) 18 - 24°С
Влажность 30 - 60% (без учета конденсации)
Уровень вибрации пола VC-E (3 мкм/сек)
Акустический шум Ниже 65 дБ
Пневматическая система Разрежение: -80 кПа
CDA: 0,7 мПа
Электропитание 208 - 240 В, однофазное, 15 А (макс.)
Расход электроэнергии 2 кВт (стандартное значение)
Сопротивление заземления Менее 100 Ом