多个扫描探针的软件同步制造技术

本发明专利技术涉及一种近距离扫描多探针扫描显微镜的方法及装置，其可同时对多个重叠扫描区域进行扫描并避免碰撞，其使用一控制系统（１３０）向一第一原子力显微镜（ＡＦＭ）（１４８ａ）提供驱动信号，并依据第一驱动信号及其他ＡＦＭ距该第一ＡＦＭ的相对位置向其他ＡＦＭ（１４８ｂ及１４８ｃ）提供计算出的驱动信号，以使其在移动中保持恒定间隔。使用多个ＡＦＭ对多个目标形貌进行扫描及故障分析（ＦＡ）探测可减少勘定ＦＡ形貌及建立测量值所需时间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

总体而言，本专利技术涉及扫描探针显微术(SPM)及故障分析(FA)，且更具体而言，涉及当使用SPM为FA勘定形貌时的一多探针扫描控制系统。
技术介绍
在半导体微电路中勘定形貌以进行故障分析(FA)的工作一直非常棘手。随着技术的进步，FA中目标形貌的尺寸愈来愈小。FA的传统方法是对目标形貌进行电接触，其又称为探测，其包括使用带有精细探针的机械定位器及一光学显微镜。该些定位器可为手动或电动精密3轴台定位器，且附装有灵敏的探针。借助于一传统的光学显微镜及该定位器，使用者可以使用探针对目标FA装置进行探测。由于光学显微术的局限性，当今半导体技术的日趋小型化尺寸已经使FA形貌的勘定及探测变得非常困难或甚至于不可能实现。 扫描探针显微术(SPM)是可用来勘定上述形貌的技术之一。使用SPM所形成、显像及勘定的形貌远远小于传统光学显微术所能勘定的形貌。在SPM技术中，由于每个扫描探针显微镜仅能够对一个FA目标形貌进行探测，因此，如果要接触多个形貌，则需要多个扫描探针。对于FA探测而言，使用SPM(又称为原子力显微术(AFM))的领域称为原子力探测(AFP)。缩写AFP代表该
及设计用于该领域的仪器，即原子力探针。 现有技术包括许多使用SPM勘定FA形貌的实例，其中包括使用一单个SPM勘定FA形貌。但是，由于许多用于FA的相关装置均需要2个(如果是二极管)、3个(如果是晶体管)或甚至更多个探针，所以使用单个探针所能进行的FA实验是非常有限的。 与多个FA用扫描探针相关的现有技术的局限性在于，为避免碰撞，探针一次只能扫描一个形貌。此种方法可有效地避免碰撞，至少直到探针移至各自目标形貌时。但是该方法扫描时间过长，导致发生漂移(例如热漂移)的时间增加。而且，测量时间过长这一明显事实也是现有技术的一严重缺点。 图1a至1d以象形图形式显示2探针的一现有技术实施例。样品110含有目标形貌112。对于传统方法，这些目标特征112可能太小以至于很难探测到。图1a显示扫描探针尖端114大致放置在样品110上并靠近目标形貌112。每一扫描探针尖端114都将对一扫描区域116进行扫描及显像。图1b显示，第一个扫描探针尖端114从一起始点118开始对目标区域116进行扫描。图1c显示第二个扫描探针尖端114所进行的同样过程。在扫描过程中的任何给定点，不同扫描探针尖端114的扫描方向120可相同或不同。图1b与图1c表示了不同的扫描方向，此在现有技术中是一普遍现象。图1d显示扫描探针尖端114位于目标形貌112之上，且已准备进行FA试验。该过程花费的时间为进行一次扫描所需时间的两倍。同样，如果试验中需要更多的探针，则时间延迟会按探针数量按比例放大。 此外，此过程还需要一繁琐的初始粗略位置设置。在扫描探针尖端初始设置完毕后，探针尖端间应充分分开，以便在一个扫描探针尖端进行扫描时，不会与其他未进行扫描的扫描探针尖端碰撞。如此便要求在初始设置时，扫描探针尖端之间应保持充分的间距以避免碰撞，而且还应尽可能的靠近以便对困难的同一区域进行扫描及显像。 因此，理想状况为，使用多个探针进行SPM，且在对单个探针进行一次扫描所用相同时间内对多个探针进行扫描。其优点为可减少SPM漂移效应产生时间，以及显而易见地减少测量时间。这亦使得初始粗略位置设置变得更加简便及有效，原因在于无需避免与未进行扫描的探针尖端之间的碰撞。
技术实现思路
本专利技术涉及一种在重叠或非重叠目标区域上同时扫描多个扫描探针并在最短时间内勘定相应目标形貌的装置及方法，其至少采用2个扫描探针，每一探针均由一原子力显微镜(AFM)悬臂支撑。每一AFM中的控制器会接收来自一主控制器的移动控制信号，该主控制器产生一第一移动控制信号使AFM中的一第一AFM在一第一轴上移动，并产生一第二移动控制信号使该第一AFM在一第二轴上移动。该第二轴基本垂直于该第一轴。然后，该主控制器会根据该第一移动控制信号计算出一第一偏置移动控制信号，使一第二AFM相对于该第一AFM间隔一定距离在该第一轴上移动；该主控制器还会根据该第二移动控制信号计算出一第二偏置移动控制信号，使一第二AFM相对于该第一AFM间隔一定距离在第二轴上移动。 附图说明 结合附图参照下列详细解释可更清楚地了解本专利技术的该些及其他特征和优点，其中图1a至1d阐述逐一扫描多个扫描探针来对目标形貌进行扫描及探测的现有技术；图2a至2c阐述采用本专利技术的一实施例同时扫描多个扫描探针来对目标形貌进行扫描及探测； 图3a至3c阐述本专利技术的一3个探针的实施例；图4显示3个扫描探针尖端及样品的俯视图；图5a为一本专利技术实施例的硬件配置的方块图；图5b为一探针尖端及悬臂实施例的详细侧视图；图6a为一本专利技术实施例通过软件实施某些控制功能的流程图；图6b为图6a流程图的接续图；图7a至7f为所述实施例的某些电子波形的示意图；图8a至8c显示应用本专利技术的一实施例针同时扫描多个扫描探来对目标形貌进行扫描及探测，同时避开一特定区域；图9为针对避开区域的Z轴控制软件实施情况的流程图；及图10a至10c显示代表图9中所规定控制例行程序的控制信号波形。 具体实施方式 如图2a所示，一本专利技术实施例使用二个或以上扫描探针尖端114a及114b，其均位于样品110附近。该样品110含有两个目标形貌112a及112b。图2b显示分别对应于预期扫描区域116a及116b的扫描探针尖端。需注意在所示的实施例中，扫描区域116a与116b重叠。每一个扫描区域具有一起始点118a与118b，其相应的扫描探针尖端将从该起始点进行扫描。同样，每一个扫描探针尖端分别有对应的扫描方向120a与120b。在所示实施例中，对于所有扫描探针尖端，扫描方向120a与120b始终平行且偏置。因此多个扫描探针相互之间可呈一定间隔同时移动，从而避免碰撞。图2c显示扫描探针尖端位于目标形貌之上并准备进行电试验或力试验。 图3a、3b及3c显示一本专利技术实施例，其增加有一第三个探针114c，用于同时扫描第三个需要扫描区域116c。同时图示一第三个目标形貌112c。 图4显示在样品110上的三个扫描探针尖端114a、114b与114c之间的几何关系。探针尖端之间的角度各不相同。扫描探针尖端114a、114b及114c的各平台角(platen angle)122a、122b与122c分别为从一基准轴126测得的探针中线124a、124b及124c的角度。每一扫描探针尖端均有一独特的平台角。本专利技术利用探针尖端的平台角产生控制信号，在下文中将对此进行详细描述。 图5a为一体现本专利技术的AFP系统元件的示意图。用户通过计算机130访问软件程序。该计算机具有一标准配置，其与显示器132、鼠标134及键盘136连接。扫描图像137显示在计算机显示器上。计算机130产生扫描波形138a、138b及138c。对于多于3个探针的情况，图中用138i一概表示。关于波形的产生过程，下文将参照图6进行阐述。对应于每个目标形貌112，均有一组完整的独立扫描波形来控制一扫描探针的移动。该些扫描波形分别输出至数字模拟转换器(DAC)140a、140b与140c。对于每个扫描尖端控制，均有一对应的DAC 140。DAC之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描探针显微术系统，其包括：至少２个扫描探针（１１４），每一探针均由悬臂（１５６）支撑至一原子力显微镜（ＡＦＭ）（１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃ）；在每一ＡＦＭ中的控制构件（１５０），其适于接收移动控制信号；用于产 生一第一移动控制信号（１６０、１６４、１６８、１７２）使一第一ＡＦＭ在一第一方向移动的构件；用于产生一第二移动控制信号（１６２、１６６、１７０、１７２）使所述第一ＡＦＭ在一第二方向移动的构件；用于根据所述第一移动控制信号测定 一第一偏置移动控制信号（１２２ａ、１８９、１８６）来使一第二ＡＦＭ相对于所述第一ＡＦＭ保持一定距离在所述第一方向上移动的构件；用于根据所述第二移动控制信号测定一第二偏置移动控制信号（１２２ｂ、１８９、１８６）来使所述第二ＡＦＭ相对于 所述第一ＡＦＭ在所述第二方向上移动的构件；及，用于由每一探针的输入信号产生图像扫描数据的构件（１３７）。

【技术特征摘要】
US 2002-7-8 60/394,414书所界定的本发明范围及意图内。权利要求1.一种扫描探针显微术系统，其包括至少2个扫描探针(114)，每一探针均由悬臂(156)支撑至一原子力显微镜(AFM)(148a、148b、148c)；在每一AFM中的控制构件(150)，其适于接收移动控制信号；用于产生一第一移动控制信号(160、164、168、172)使一第一AFM在一第一方向移动的构件；用于产生一第二移动控制信号(162、166、170、172)使所述第一AFM在一第二方向移动的构件；用于根据所述第一移动控制信号测定一第一偏置移动控制信号(122a、189、186)来使一第二AFM相对于所述第一AFM保持一定距离在所述第一方向上移动的构件；用于根据所述第二移动控制信号测定一第二偏置移动控制信号(122b、189、186)来使所述第二AFM相对于所述第一AFM在所述第二方向上移动的构件；及，用于由每一探针的输入信号产生图像扫描数据的构件(137)。2.如权利要求1所述的扫描探针显微术系统，其进一步包括从每一探针至相应控制构件的反馈构件(152)，其用于调节相关的移动控制信号。3.如权利要求1所述的扫描探针显微术系统，其中用于测定一第一偏置移动控制信号的所述构件和用于测定一第二偏置移动控制信号的所述构件包括一可旋转矩阵(189)。4.如权利要求1所述的扫描探针显微术系统，其中每一探针(114)和相应悬臂(156)均定向为可在所述AFM的远侧放置所述探针的一尖端。5.如权利要求1所述的扫描探针显微术系统，其中对一悬臂偏转信号(154)进行监测，且所述悬臂偏转信号包括从每一探针至所述扫描图像产生构件的输入信号。6.如权利要求1所述的扫描探针显微术系统，其中对一悬臂偏转信号(154)进行监测，且所述悬臂偏转信号向所...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯西帕特里克黑尔，安德鲁诺曼埃里克森，
申请(专利权)人：马尔蒂普罗布公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]