Aktiv sonde Atomic Force mikroskopi med Quattro-parallelle udkragningssystemer til prøveinspektion i stor skala med høj kapacitet

Et Atomic Force Microscope (AFM) er et kraftfuldt og alsidigt værktøj til overfladeundersøgelser i nanoskala til at fange 3D-topografibilleder af prøver. På grund af deres begrænsede billedbehandlingskapacitet er AFM'er imidlertid ikke blevet bredt vedtaget til storstilede inspektionsformål. Forskere har udviklet højhastigheds AFM-systemer til at optage dynamiske procesvideoer i kemiske og biologiske reaktioner med snesevis af billeder i sekundet på bekostning af et lille billeddannelsesområde på op til flere kvadratmikrometer. I modsætning hertil kræver inspektion af nanofabrikerede strukturer i stor skala, såsom halvlederskiver, nanoskala rumlig opløsningsbilleddannelse af en statisk prøve over hundreder af kvadratcentimeter med høj produktivitet. Konventionelle AFM'er bruger en enkelt passiv udkragningssonde med et optisk stråleafbøjningssystem, som kun kan indsamle en pixel ad gangen under AFM-billeddannelse, hvilket resulterer i lav billeddannelsesgennemstrømning. Dette arbejde anvender en række aktive udkragninger med indlejrede piezoresistive sensorer og termomekaniske aktuatorer, som muliggør samtidig multi-cantilever-drift i parallel drift for øget billeddannelsesgennemstrømning. Når det kombineres med nano-positionere med stor rækkevidde og korrekte kontrolalgoritmer, kan hver udkragning styres individuelt for at tage flere AFM-billeder. Med datadrevne efterbehandlingsalgoritmer kan billederne sys sammen, og defektdetektion kan udføres ved at sammenligne dem med den ønskede geometri. Dette papir introducerer principper for den brugerdefinerede AFM ved hjælp af de aktive cantilever arrays, efterfulgt af en diskussion om praktiske eksperimentovervejelser til inspektionsapplikationer. Udvalgte eksempelbilleder af siliciumkalibreringsgitter, højt orienteret pyrolytisk grafit og ekstreme ultraviolette litografimasker optages ved hjælp af en række af fire aktive udkragninger ("Quattro") med en separationsafstand på 125 μm spids. Med mere teknisk integration kan dette billeddannelsesværktøj med høj kapacitet i stor skala levere 3D-metrologiske data til ekstreme ultraviolette masker (EUV), inspektion af kemisk mekanisk planarisering (CMP), fejlanalyse, skærme, tyndfilmstrinmålinger, ruhedsmåledyser og lasergraverede tørgastætningsriller.