مجهر القوة الذرية للمسبار النشط مع صفائف ناتئة متوازية Quattro لفحص العينات على نطاق واسع عالي الإنتاجية

مجهر القوة الذرية (AFM) هو أداة قوية ومتعددة الاستخدامات للدراسات السطحية النانوية لالتقاط صور تضاريس 3D للعينات. ومع ذلك ، نظرا لمحدودية إنتاجية التصوير ، لم يتم اعتماد AFMs على نطاق واسع لأغراض التفتيش على نطاق واسع. طور الباحثون أنظمة AFM عالية السرعة لتسجيل مقاطع فيديو عملية ديناميكية في التفاعلات الكيميائية والبيولوجية بعشرات الإطارات في الثانية ، على حساب مساحة تصوير صغيرة تصل إلى عدة ميكرومتر مربع. في المقابل ، يتطلب فحص الهياكل المصنعة النانوية واسعة النطاق ، مثل رقائق أشباه الموصلات ، تصويرا بدقة مكانية نانوية لعينة ثابتة على مئات السنتيمترات المربعة ذات الإنتاجية العالية. تستخدم AFMs التقليدية مسبارا ناتئا سلبيا واحدا مع نظام انحراف شعاع بصري ، والذي يمكنه جمع بكسل واحد فقط في كل مرة أثناء تصوير AFM ، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاجية التصوير. يستخدم هذا العمل مجموعة من الكابوليات النشطة مع مستشعرات مدمجة مقاومة للضغط ومشغلات ميكانيكية حرارية ، مما يسمح بالتشغيل المتزامن متعدد الكابولي في التشغيل المتوازي لزيادة إنتاجية التصوير. عند دمجها مع محددات تحديد المواقع النانوية واسعة النطاق وخوارزميات التحكم المناسبة ، يمكن التحكم في كل ناتئ بشكل فردي لالتقاط صور AFM متعددة. باستخدام خوارزميات ما بعد المعالجة المستندة إلى البيانات ، يمكن تجميع الصور معا ، ويمكن إجراء اكتشاف العيوب من خلال مقارنتها بالهندسة المطلوبة. تقدم هذه الورقة مبادئ AFM المخصصة باستخدام صفائف الكابولي النشطة ، تليها مناقشة حول اعتبارات التجربة العملية لتطبيقات الفحص. تم التقاط أمثلة مختارة من صور صريف معايرة السيليكون ، والجرافيت الانحلال الحراري عالي التوجيه ، وأقنعة الطباعة الحجرية فوق البنفسجية الشديدة باستخدام مجموعة من أربعة ناتئات نشطة ("Quattro") بمسافة فصل طرف 125 ميكرومتر. مع المزيد من التكامل الهندسي ، يمكن لأداة التصوير عالية الإنتاجية وواسعة النطاق هذه توفير بيانات مترولوجية 3D لأقنعة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV) ، وفحص الاستواء الميكانيكي الكيميائي (CMP) ، وتحليل الفشل ، وشاشات العرض ، وقياسات خطوة الأغشية الرقيقة ، وقوالب قياس الخشونة ، وأخاديد ختم الغاز الجاف المحفورة بالليزر.