Aktiv sonde Atomic Force Microscopy med Quattro-Parallel Cantilever Arrays for høy gjennomstrømning storskala prøveinspeksjon

Et atomkraftmikroskop (AFM) er et kraftig og allsidig verktøy for overflatestudier på nanoskala for å ta 3D-topografibilder av prøver. På grunn av deres begrensede bildebehandlingsgjennomstrømning har AFM-er imidlertid ikke blitt mye brukt for storskala inspeksjonsformål. Forskere har utviklet høyhastighets AFM-systemer for å registrere dynamiske prosessvideoer i kjemiske og biologiske reaksjoner med titalls bilder per sekund, på bekostning av et lite bildeområde på opptil flere kvadratmikrometer. I motsetning til dette krever inspeksjon av storskala nanofabrikerte strukturer, for eksempel halvlederskiver, nanoskala romlig oppløsningsavbildning av en statisk prøve over hundrevis av kvadratcentimeter med høy produktivitet. Konvensjonelle AFM-er bruker en enkelt passiv utkragesonde med et optisk stråleavbøyningssystem, som bare kan samle inn én piksel om gangen under AFM-avbildning, noe som resulterer i lav bildegjennomstrømning. Dette arbeidet benytter en rekke aktive utkragere med innebygde piezoresistive sensorer og termomekaniske aktuatorer, som muliggjør samtidig multi-utkragende drift i parallell drift for økt bildegjennomstrømning. Når det kombineres med nanoposisjoneringsenheter med stor rekkevidde og riktige kontrollalgoritmer, kan hver utkrager styres individuelt for å ta flere AFM-bilder. Med datadrevne etterbehandlingsalgoritmer kan bildene sys sammen, og feildeteksjon kan utføres ved å sammenligne dem med ønsket geometri. Denne rapporten introduserer prinsippene for den tilpassede AFM ved bruk av de aktive utkragingsarrayene, etterfulgt av en diskusjon om praktiske eksperimenthensyn for inspeksjonsapplikasjoner. Utvalgte eksempelbilder av silisiumkalibreringsgitter, høyt orientert pyrolytisk grafitt og ekstreme ultrafiolette litografimasker er tatt ved hjelp av en matrise med fire aktive utkrager ("Quattro") med en separasjonsavstand på 125 μm spiss. Med mer teknisk integrering kan dette storskala bildebehandlingsverktøyet med høy gjennomstrømning gi metrologiske 3D-data for ekstreme ultrafiolette (EUV) masker, inspeksjon av kjemisk mekanisk planarisering (CMP), feilanalyse, skjermer, tynnfilmtrinnsmålinger, grovhetsmålingsdyser og lasergraverte tetningsspor for tørr gass.