原子力显微镜-AFM

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失效分析 赵工 半导体工程师 2024年09月06日 09:23 北京

近日，季丰电子引入布鲁克AFM设备：原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM），通过探针扫描样品表面，并用微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来分析物质的表面结构及电学特性。

通过固定微小悬臂一端，另一端的微小针尖接近样品表面，这时微小针尖将与样品表面相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。

扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。

XY方向扫描范围90 × 90μm，Z方向扫描范围10μm，平台可以放置6/8/12寸wafer。

AFM外观图如下

▲机台整体布局-AFM

▲ AFM主机

原子力显微镜有三种基本成像模式，以针尖与样品之间的作用力的形式来分类，分别是接触式(Contact mode)、非接触式(Non-contact mode)、轻敲式(Tapping mode)。

1

接触式

排斥力模式接触模式中，悬臂扫描时，始终保持与样品接触，因此当悬臂扫过样品表面时，强烈的排斥力导致悬臂弯曲，从而得到样品的表面形貌；

2

非接触式

吸引力模式非接触模式中，悬臂扫描时，在样品表面上方振动，精确高速的反馈回路阻止针尖撞击表面并保持针尖的锐利，当针尖接近样品表面时，悬臂的振幅减小，通过运用反馈回路纠正振幅偏差，从而得到样品的表面形貌像；

3

轻敲模式

轻敲模式介于接触模式与非接触模式二者之间，探针即使完全接触，也没有完全脱离表面，悬臂振幅相对于非接触模式更快。更大的振幅能够充分放大偏移信号，使控制回路更加容易控制形貌反馈。

AFM的XY方向精度大于等于1nm，Z方向的精度大于等于0.1nm，所以AFM在绘制表面形貌方面表现非常好。

同时SCM模块可侦测浓度的范围为1E¹⁵ ~ 1E²⁰atom/cm³,可以根据注入浓度的不同绘制出P/N的注入轮廓。

分析的样品类型包括：wafer表面的粗糙度、功率器件junction、IC junction、摄像头lens轮廓等。

来源：季丰电子

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