Twee samengestelde afbeeldingen, elk met behulp van de TSOM-methode, tonen een enkele nanocontaminant op een halfgeleidermonster, opgenomen op verschillende afstanden van de lens van een optische microscoop. Rood geeft de hoogste intensiteit van verstrooid licht aan, blauw de laagste. Krediet: NIST
Naarmate computerchips en andere elektronische apparaten steeds kleiner worden, worden ze steeds gevoeliger voor vervuiling. Het detecteren van het equivalent op nanoschaal van een watervlek op een raam is echter ongelooflijk uitdagend. Het is echter essentieel, aangezien deze bijna onzichtbare defecten van deze componenten de goede werking kunnen verstoren.
Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben nu een goedkope optische methode aangepast om de vorm van kleine objecten te onderzoeken, zodat het bepaalde soorten nanocontaminanten kan detecteren die kleiner zijn dan 25 nanometer (nm) hoog – ongeveer zo groot van een klein virus. De techniek zou gemakkelijk kunnen worden opgenomen in het productieproces voor halfgeleiderapparaten, zei NIST-onderzoeker Kiran Attota.
Bij NIST hielp Attota pionieren met de methode, bekend als Through-Focus Scanning Optische Microscopie (TSOM), ongeveer 15 jaar geleden. TSOM transformeert een conventionele, goedkope optische microscoop in een krachtig driedimensionaal vormmeetinstrument op nanometerschaal. In plaats van een enkel, scherp beeld op te nemen wanneer een monster op een vaste afstand van de lens ligt, maakt de microscoop verschillende onscherpe, tweedimensionale beelden, elk met het monster op een andere afstand van het instrument en de lichtbron. . (Samen bevatten deze afbeeldingen veel meer informatie dan een enkele in-focus afbeelding.)
Een computer extraheert vervolgens de variatie in helderheid – het zogenaamde helderheidsprofiel – over elk beeld. Elk helderheidsprofiel is anders omdat voor elk beeld het monster zich op een andere afstand van de lichtbron bevindt. Door deze tweedimensionale profielen te combineren, construeert de computer een fijn gedetailleerd, driedimensionaal beeld van het monster.
Attota en zijn collega’s ontwikkelden inderdaad de techniek om de volledige driedimensionale vorm van kleine objecten vast te leggen, niet om nanocontaminanten te detecteren. Maar door zowel de golflengte van de lichtbron als de uitlijning van de microscoop te optimaliseren, produceerde het team TSOM-beelden met de hoge gevoeligheid die nodig is om de aanwezigheid van nanocontaminanten in een klein monster halfgeleidermateriaal te onthullen.
Omdat de geoptimaliseerde TSOM-methode geen dure apparatuur vereist en monsters in realtime kan afbeelden, is de techniek klaar om door fabrikanten te worden overgenomen, merkte Attota op.
Min-Ho Rim et al. Detectie van vervuiling op nanoschaal bij de fabricage van halfgeleiders met behulp van optische scanningmicroscopie door middel van focus, Journal of Vacuum Science & Technology B (2020). DOI: 10.1116 / 6.0000352
Geleverd door National Institute of Standards and Technology
