Microscopía de fuerza atómica de sonda activa con matrices en voladizo cuatór-paralelas para la inspección de muestras a gran escala de alto rendimiento

Un microscopio de fuerza atómica (AFM) es una herramienta potente y versátil para estudios de superficie a nanoescala con el fin de capturar imágenes topográficas en 3D de muestras. Sin embargo, debido a su limitado rendimiento de imágenes, los AFM no se han adoptado ampliamente para fines de inspección a gran escala. Los investigadores han desarrollado sistemas AFM de alta velocidad para grabar vídeos de procesos dinámicos en reacciones químicas y biológicas a decenas de fotogramas por segundo, a costa de una pequeña área de imagen de hasta varios micrómetros cuadrados. Por el contrario, la inspección de estructuras nanofabricadas a gran escala, como las obleas semiconductoras, requiere imágenes de resolución espacial a nanoescala de una muestra estática de cientos de centímetros cuadrados con alta productividad. Los AFM convencionales utilizan una sola sonda en voladizo pasivo con un sistema de desviación de haz óptico, que solo puede recopilar un píxel a la vez durante la obtención de imágenes AFM, lo que da como resultado un bajo rendimiento de imágenes. Este trabajo utiliza una serie de voladizos activos con sensores piezorresistivos integrados y actuadores termomecánicos, lo que permite el funcionamiento simultáneo de varios voladizos en paralelo para aumentar el rendimiento de las imágenes. Cuando se combina con nanoposicionadores de gran alcance y algoritmos de control adecuados, cada voladizo se puede controlar individualmente para capturar múltiples imágenes AFM. Con los algoritmos de posprocesamiento basados en datos, las imágenes se pueden unir y la detección de defectos se puede realizar comparándolas con la geometría deseada. Este documento presenta los principios del AFM personalizado utilizando las matrices en voladizo activas, seguido de una discusión sobre consideraciones de experimentos prácticos para aplicaciones de inspección. Las imágenes de ejemplo seleccionadas de la rejilla de calibración de silicio, el grafito pirolítico altamente orientado y las máscaras de litografía ultravioleta extrema se capturan utilizando una matriz de cuatro voladizos activos ("Quattro") con una distancia de separación de punta de 125 μm. Con una mayor integración de ingeniería, esta herramienta de procesamiento de imágenes de alto rendimiento y gran escala puede proporcionar datos metrológicos en 3D para máscaras ultravioleta extrema (EUV), inspección de planarización mecánica química (CMP), análisis de fallas, pantallas, mediciones de pasos de película delgada, troqueles de medición de rugosidad y ranuras de sellado de gas seco grabadas con láser.