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Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Probenanregung als Verfahren zur höchstaufgelösten Charakterisierung verborgener Strukturen und von Schichteigenschaften

Atomic force acoustic microscopy as a technique for the characterization of buried structures and thin film properties
 
: Striegler, A.; Kopycinska-Müller, M.; Bendjus, B.; Köhler, B.; Meyendorf, N.; Wolter, K.-J.

MP materials testing 51 (2009), No.10, pp.686-691
ISSN: 0025-5300
German
Journal Article
Fraunhofer IZFP, Institutsteil Dresden ( IKTS-MD) ()

Abstract
Die Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Anregung der Probe (AFAM) ist eine dynamische Erweiterung der Rasterkraftmikroskopie. Als kontaktbasierte Methode liefert sie Informationen über effektive elastische Eigenschaften aus einem oberflächennahen Volumengebiet. Das Potenzial von AFAM zur Detektion verdeckter Strukturen wurde an drei idealisierten Testobjekten mit verdeckten Hohlräumen mittels qualitativer Bildgebung evaluiert. Eine Probe ist eine dünne, speziell präparierte Siliziumnitridmembran. Weitere Strukturen sind eine Gruppe neun quadratischer Membranen mit Kantenlänge 3,7 µm und linear abgestuften Dicken von 30 nm bis 270 nm, sowie eine Keilstruktur mit Breite 1,6 µm, Länge 50 µm und linear steigender Membrandicke von 0 µm bis 2,7µm. In den AFAM-Abbildungen sind die verdeckten Strukturen jeweils bis zu Tiefen detektierbar, die deutlich über den Annahmen der Kontaktmechanik für homogene Proben liegen. An dünnen Siliziumdioxidschichten mit Dicken und Dickenunterschieden im Bereich weniger Nanometer konnte gezeigt werden, dass AFAM das Potenzial zur Schichtcharakterisierung besitzt. Sowohl die Dickenunterschiede waren detektierbar als auch die Abhängigkeiten des elastischen Verhaltens der drei Schichtsysteme bei steigenden Spannungsfeldtiefen.

 

Atomic Force Acoustic Microscopy as a technique for the characterization of buried structures and thin film properties. Atomic force acoustic microscopy (AFAM) is a dynamic technique which is based on Atomic force microscopy (AFM). As a contact based method AFAM provides information on effective elastic properties of a near-surface volume. The potential of AFAM for the detection of buried structures was evaluated in the investigations by means of qualitative imaging of idealized test objects with air filled voids. One sample consists of a thin specially prepared silicon nitride membrane. Another structure is a group of nine quadratic membranes with edge length of 3.7 mu m and linearly stepped thickness from 30 nm to 270 nm. A third structure is a wedge structures with a width of 1.6 mu m, length of 50 mu m and linear graded thickness of 0 mu m to 2.7 mu m. The depths up to which the buried structures can be detected by AFAM are significantly larger than predicted by basic models of the contact mechanic for homogeneous samples. It could be demonstrated that AFAM has the potential to characterize film thicknesses, wherefore thin silicon dioxide layers with thicknesses and thickness differences in a range of a few nanometers have been investigated. The thickness differences could be detected and the dependencies of the elastic properties of the three film systems for increased stress field depths were studied.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-148537.html