SBIR Phase I: Nanometer Scale Raman Force Microscopy for Topographic, Strain, and Chemical Analysis

SBIR 第一阶段:用于形貌、应变和化学分析的纳米级拉曼力显微镜

基本信息

  • 批准号:
    1247448
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-01-01 至 2013-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Innovation Research Phase I project aims to demonstrate the feasibility of the Raman Force Microscope (RFM) to provide a new metrology tool for in situ topographic, strain, and chemical analysis with nanometer spatial resolution. Feature size reduction in the semiconductor industry requires that metrology methods must routinely measure properties down to the atomic scale. Novel materials and geometries add to the complexity of measurements. RFM technology is a combination of Raman microscopy and atomic force microscopy (AFM), where an AFM tip provides a nanometer scale light source to generate stimulated Raman scattering, and at the same time measures the force gradient arising from the Raman scattering. The use of the AFM tip as the Raman scattering detector significantly simplifies Raman signal acquisition and system configuration. By combining a high-speed AFM scheme, this technology allows for in-line characterization of physical and chemical properties of nanoscale materials and structures in the manufacturing environment, i.e. stress in the channel layer and chemical characterization defects. The objectives of the proposed Phase I study are (1) to demonstrate reflection mode RFM for Raman signal measurement of Si wafers and (2) to demonstrate measurement of stress-induced Raman shifts in nanometer-sized features.The broader impact/commercial potential of this project will be felt not only in the semiconductor industry but across many disciplines and industries, both in academia and industry. RFM can be used to measure and characterize a wide variety of nanoscale materials and structures, e.g. high- and low-k dielectric films and other emerging materials (such as graphene) used in advanced semiconductor processes. It can be also widely used across disciplines, e.g. for the measurement of nanoparticle homogeneity or optimization of self-assembled monolayers in surface chemistry. The RFM technique also has the capability to image individual biomolecules in situ, such as for the real-time monitoring of membrane protein dynamics on cells, which will provide unprecedented utility in biomedical and clinical research. A reliable label-free imaging tool with the capability to identify chemical bond information at the molecular level will potentially bring about revolutionary advances in many fields of basic and applied biological science, including drug discovery, proteomics, structural biology, and personalized medicine. The RFM technique will be simpler to implement as compared to other hybrid instruments involving high resolution microscopy, resulting in an affordable instrument for academic and research institutions.
这个小型创新研究第一阶段项目旨在证明拉曼力显微镜(RFM)的可行性,为原位地形,应变和化学分析提供一种新的计量工具,具有纳米空间分辨率。 半导体工业中的特征尺寸减小要求计量方法必须常规地测量低至原子尺度的性质。 新的材料和几何形状增加了测量的复杂性。RFM技术是拉曼显微镜和原子力显微镜(AFM)的结合,其中AFM针尖提供纳米级光源以产生受激拉曼散射,并且同时测量由拉曼散射引起的力梯度。使用AFM针尖作为拉曼散射检测器显著简化了拉曼信号采集和系统配置。 通过结合高速AFM方案,该技术允许在线表征制造环境中纳米级材料和结构的物理和化学性质,即沟道层中的应力和化学表征缺陷。建议的第一阶段研究的目标是(1)演示反射模式RFM的拉曼信号测量的硅晶片和(2)演示测量应力引起的拉曼位移在纳米尺寸的feature.The更广泛的影响/商业潜力,这个项目将不仅在半导体行业,但在许多学科和行业,无论是在学术界和工业界。 RFM可用于测量和表征各种纳米级材料和结构,例如高k和低k介电膜以及用于先进半导体工艺的其他新兴材料(如石墨烯)。它也可以广泛用于各个学科,例如用于测量纳米颗粒均匀性或优化表面化学中的自组装单层。RFM技术还具有对单个生物分子进行原位成像的能力,例如用于实时监测细胞上的膜蛋白动力学,这将在生物医学和临床研究中提供前所未有的实用性。 一种可靠的无标记成像工具,能够在分子水平上识别化学键信息,将可能在基础和应用生物科学的许多领域带来革命性的进步,包括药物发现,蛋白质组学,结构生物学和个性化医疗。 RFM技术将更容易实现相比,其他混合工具,涉及高分辨率显微镜,从而在一个负担得起的仪器,为学术和研究机构。

项目成果

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