Microscopie à force atomique à sonde active avec réseaux en porte-à-faux quattro-parallèles pour l’inspection d’échantillons à grande échelle à haut débit

Un microscope à force atomique (AFM) est un outil puissant et polyvalent pour les études de surface à l’échelle nanométrique afin de capturer des images topographiques 3D d’échantillons. Cependant, en raison de leur débit d’imagerie limité, les AFM n’ont pas été largement adoptés à des fins d’inspection à grande échelle. Les chercheurs ont mis au point des systèmes AFM à grande vitesse pour enregistrer des vidéos de processus dynamiques dans des réactions chimiques et biologiques à des dizaines d’images par seconde, au prix d’une petite zone d’imagerie allant jusqu’à plusieurs micromètres carrés. En revanche, l’inspection de structures nanofabriquées à grande échelle, telles que les plaquettes de semi-conducteurs, nécessite une imagerie à résolution spatiale à l’échelle nanométrique d’un échantillon statique sur des centaines de centimètres carrés avec une productivité élevée. Les AFM conventionnels utilisent une seule sonde passive en porte-à-faux avec un système de déviation du faisceau optique, qui ne peut collecter qu’un seul pixel à la fois pendant l’imagerie AFM, ce qui entraîne un faible débit d’imagerie. Ce travail utilise un ensemble de porte-à-faux actifs avec des capteurs piézorésistifs intégrés et des actionneurs thermomécaniques, ce qui permet un fonctionnement simultané en porte-à-faux multiple en fonctionnement parallèle pour un débit d’imagerie accru. Lorsqu’il est combiné avec des nano-positionneurs à grande portée et des algorithmes de contrôle appropriés, chaque porte-à-faux peut être contrôlé individuellement pour capturer plusieurs images AFM. Grâce à des algorithmes de post-traitement basés sur les données, les images peuvent être assemblées et la détection des défauts peut être effectuée en les comparant à la géométrie souhaitée. Cet article présente les principes de l’AFM personnalisé à l’aide des réseaux actifs en porte-à-faux, suivi d’une discussion sur les considérations pratiques en matière d’expérience pour les applications d’inspection. Des exemples choisis d’images de réseaux d’étalonnage au silicium, de graphite pyrolytique hautement orienté et de masques de lithographie ultraviolette extrême sont capturés à l’aide d’un réseau de quatre porte-à-faux actifs (« Quattro ») avec une distance de séparation des pointes de 125 μm. Grâce à une plus grande intégration de l’ingénierie, cet outil d’imagerie à haut débit et à grande échelle peut fournir des données métrologiques 3D pour les masques ultraviolets extrêmes (EUV), l’inspection par planarisation mécanique chimique (CMP), l’analyse des défaillances, les affichages, les mesures d’étape en couche mince, les matrices de mesure de rugosité et les rainures de joint de gaz sec gravées au laser.