Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Nanometrologie, Rastersondenmikroskop, Rasterkraftmikroskop, AFM, Kalibriergitter, Topographienormale, Strukturbreiten, Stufenhöhen, Spitzencharakterisierung, Partikelgrösse.
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Nanometrology, scanning probe microscopy, atomic force microscopy, calibration gratings, topography standards, structure width, step heights, tip characterisation, particle size.
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Durch die rasche Entwicklung in der Mikro- und Halbleitertechnik werden genaue dimensionelle Messungen an Submikron- und Nanostrukturen immer wichtiger. Heutige integrierte Schaltkreise haben Strukturgrössen von 180 nm und in wenigen Jahren werden die kritischen Abmessungen unter 80 nm liegen. Die messtechnische Kompetenz in diesen Gebieten wird, auch durch die Anforderungen der Qualitätssicherung, immer wichtiger und damit nimmt der Bedarf an kalibrierten Normalen zu.
Mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Metrologie-Rasterkraftmikroskops am EAM sollen diverse neue Messmöglichkeiten auf dem Gebiet der Nanometrologie angeboten werden. Ein kommerzielles Metrologie-Rasterkraftmikroskop wurde durch eine lineare Objektverschiebeeinheit mit einem Bereich von 400 µm ergänzt. Die Verschiebung wird mit einem hochauflösenden Interferometer gemessen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Due to the fast development in the micro- and semiconductor technology precise dimensional measurements on submicron- and nano structures gain importance. Today's integrated circuits have structure sizes of 180 nm and in a few years the critical dimensions will be below 80 nm. The metrological competence in these fields will become more important and the need for calibrated standards will increase.
With the development and construction of a metrology atomic force microscope (AFM) at the OFMET new measurement capabilities in the field of nanometrology can be offered. A commercial metrology AFM has been expanded with a linear sample displacement stage with the range of 400 µm. This displacement is measured with a high resolution interferometer.
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Projektziele
(Deutsch)
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Ziel des Projekts ist es, am EAM für dimensionelle Messungen an kleinen Strukturen im Nanometerbereich die Rückverfolgbarkeit auf die Basiseinheit Meter zu gewährleisten. Mit dem Aufbau eines Metrologie-Rasterkraftmikroskops sollen diverse neue Messmöglichkeiten im Gebiet der Nanometrologie angeboten werden.
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Projektziele
(Englisch)
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The goal of this project is to provide at OFMET the traceability for dimensional measurements on small structures in the nanometer range. By setting up a metrology AFM, several new measurement capabilities in the field of nanometrology shall be made available.
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Abstract
(Deutsch)
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Es wurde ein neues Metrologie-Rasterkraft-Profilometer aufgebaut. Das Instrument besteht aus einem kommerziellen Metrologie-AFM-Kopf sowie einer zusätzlichen Objektverschiebeeinheit, welche das exakte lineare Verschieben einer Probe in einem Bereich von 400 µm ermöglicht. Diese Verschiebung wird mit einem hochauflösenden, differentiellen Interferometer gemessen.
Der Aufbau ermöglicht einerseits die direkte Aufnahme von 3D Abbildungen mit dem AFM-Kopf und andererseits auch das exakte Messen von Oberfächenprofilen über eine Länge von 400 µm mit Nanometer-Auflösung. Beispielsweise kann damit der mittlere Strukturabstand eines holographischen Gitters von 700 nm mit einer Standardmessunsicherheit von nur 0.008 nm bestimmt werden.
Die Genauigkeit des AFM-Profilometers wurde durch internationale Messvergleiche bestätigt.
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Abstract
(Englisch)
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A new metrology AFM profiler was built. The instrument consists of a commercial metrology-AFM head fitted with an additional sample displacement stage which allows the precise linear displacement of a sample within a range of 400 µm. This displacement is measured with a high resolution, differential interferometer.
The setup allows, on the one hand, the acquisition of 3D images with the AFM-head and, on the other hand, for accurate measurements of AFM-profiles over a total length of 400 µm with nanometer resolution. As an example, it is possible to determine the average pitch of a holographic grating of 700 nm with a standard uncertainty of only 0.008 nm.
The accuracy of the AFM-profiler was verified through international comparisons.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Mit dem neuen Intrument kann METAS diverse neue Messmöglichkeiten auf dem Gebiet der Nanometrologie anbieten: Kalibrierung von Strukturabständen, Stufenhöhen, Strukturbreiten und Partikeldurchmessern.
Das Gerät hat bereits an zwei internationalen Messvergleichen teilgenommen. Im nächsten Jahr werden zwei weitere Vergleiche folgen. METAS war beim ersten dieser Vergleich Pilotlabor.
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Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)
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Based on the new intrument new measurement capabilities in the field of nanometrology can now be offered at METAS: calibration of pitch, step-heights, structure width (CD) and particle diameters.
The instrument has already participated in two international comparisons. Two more will follow next year. In the first comparison METAS was acting as the pilot laboratory.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Publikationen in Fachzeitschriften und Konferenzbeiträge
"Long range scans with an atomic force microscope",
F. Meli, Progress in Precision Engineering and Nanotechnology, Proc. of the 9th Int. Precision Engineering Seminar and 4th Conference on Ultraprecision in Manufacturing Engineering, V2 (1997) 437-439.
"Pitch measurements of calibration grids using a metrology AFM and a linear displacement stage",
F. Meli and R. Thalmann, Proc. of the 2nd Seminar on Quantitative Microscopy, K. Hasche, W. Mirandé, G. Wilkening (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-30, Braunschweig, Nov. 1997, p.177-183.
"Long range AFM profiler used for accurate pitch measurements",
F. Meli and R. Thalmann, Measurement Science and Technology, Special Issue on Dimensional Metrology, 9(7), (1998), 1087-1092.
"Z-calibration of a metrology AFM scanner using an interferometer and a tilting device together with a linear displacement stage"
F. Meli and R. Thalmann, Proc. of the 3rd Seminar on Quantitative Microscopy, K. Hasche, W. Mirandé, G. Wilkening (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-34, Dez. 1998, p. 61-67.
"Das Metrologie-Rasterkraftmikroskop"
F. Meli and R. Thalmann, Ofmet-Info, 6(1) (1999) 3.
"Critical dimension (CD) measurements using a metrology AFM profiler"
F. Meli, Proc. of the 4th Seminar on Quantitative Microscopy, K. Hasche, W. Mirandé, G. Wilkening (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-39, Jan. 2000, p.58-65.
"Particle diameter calibration by means of a metrology AFM"
F. Meli, Proc. of the 1st euspen Topical Conference on Fabrication and Metrology in Nanotechnology, L. De Chiffre and K. Carneiro (Eds.), Vol. 1, May 2000, Copenhagen, p.45-51.
"Dimensional Metrology at the Nanometer Scale"
F. Meli, Top Nano 21 Information No.2, KTI/CTI and ETH-Board, Vol 2, June 2001, p.3-4.
"International comparison in the field of nanometrology: Pitch of 1D gratings (Nano4)"
F. Meli, Proc. of the 2nd Int. euspen Conference, A. Balsamo et al. (Eds.), Vol. 2, May 2001, Turin, Italy, p.358-361.
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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Publications and Scientific Journals and Conference Contributions
"Long range scans with an atomic force microscope",
F. Meli, Progress in Precision Engineering and Nanotechnology, Proc. of the 9th Int. Precision Engineering Seminar and 4th Conference on Ultraprecision in Manufacturing Engineering, V2 (1997) 437-439.
"Pitch measurements of calibration grids using a metrology AFM and a linear displacement stage",
F. Meli and R. Thalmann, Proc. of the 2nd Seminar on Quantitative Microscopy, K. Hasche, W. Mirandé, G. Wilkening (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-30, Braunschweig, Nov. 1997, p.177-183.
"Long range AFM profiler used for accurate pitch measurements",
F. Meli and R. Thalmann, Measurement Science and Technology, Special Issue on Dimensional Metrology, 9(7), (1998), 1087-1092.
"Z-calibration of a metrology AFM scanner using an interferometer and a tilting device together with a linear displacement stage"
F. Meli and R. Thalmann, Proc. of the 3rd Seminar on Quantitative Microscopy, K. Hasche, W. Mirandé, G. Wilkening (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-34, Dez. 1998, p. 61-67.
"Das Metrologie-Rasterkraftmikroskop"
F. Meli and R. Thalmann, Ofmet-Info, 6(1) (1999) 3.
"Critical dimension (CD) measurements using a metrology AFM profiler"
F. Meli, Proc. of the 4th Seminar on Quantitative Microscopy, K. Hasche, W. Mirandé, G. Wilkening (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-39, Jan. 2000, p.58-65.
"Particle diameter calibration by means of a metrology AFM"
F. Meli, Proc. of the 1st euspen Topical Conference on Fabrication and Metrology in Nanotechnology, L. De Chiffre and K. Carneiro (Eds.), Vol. 1, May 2000, Copenhagen, p.45-51.
"Dimensional Metrology at the Nanometer Scale"
F. Meli, Top Nano 21 Information No.2, KTI/CTI and ETH-Board, Vol 2, June 2001, p.3-4.
"International comparison in the field of nanometrology: Pitch of 1D gratings (Nano4)"
F. Meli, Proc. of the 2nd Int. euspen Conference, A. Balsamo et al. (Eds.), Vol. 2, May 2001, Turin, Italy, p.358-361.
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