采用四通道并行悬臂阵列的有源探针原子力显微镜用于高通量大规模样品检测

基于新型微机电系统探针的扫描探针显微技术被称为有源悬臂梁。与依赖压电激励和光束偏转测量的被动悬臂梁相比，集成了驱动和传感功能的悬臂梁具有多项优势。该领域最新的进展是实现了有源悬臂梁阵列，用于高通量并行扫描探针显微成像。

带有有源悬臂梁阵列采用集成的压阻传感器，提供了与光学读出方法相当的灵敏度，且不受衍射极限的限制，从而实现了更小、更柔软且更紧凑的原子力显微镜探针。该技术的结果为利用高速多通道电子器件运行和构建高通量原子力显微镜奠定了基础。该技术的进一步发展有望在未来促进大规模并行有源悬臂梁系统的更快速、更可靠运行。

首先运行原子力显微镜（AFM）软件，并将载有样品基底的晶圆装入AFM系统中。确保与样品接触的底面与顶面平行。为定位目标区域，在调整平面内的XY位置之前，务必先精细调节样品台。

使用原子力显微镜（AFM）载物台上的微米尺进行调节。然后将AFM悬臂探针阵列安装并固定在探针支架上。执行频率扫描，以自动识别每个悬臂的共振频率，用于成像。

选择悬臂阵列相对于首个待成像区域的位置。随后，在关闭并密封声学屏蔽罩之前，单击 XYZ 零位按钮以建立全局坐标。通过选择成像参数设置选项卡，开始形貌成像与参数调节。

在扫描单幅全景图像的尺寸之前，输入左上角的坐标。然后输入所需的纯像素分辨率，并使用软件默认推荐的线扫描速度进行成像。对于轻敲模式操作，使用软件根据悬臂梁特性获得的默认轻敲驱动振幅、频率和设定值。

接下来，让系统自动将样品与探针接触。根据保存数据和取出探针前每幅图像的扫描轨迹，调整每个悬臂梁的比例-积分-微分控制器参数。为了验证有源悬臂梁阵列的空间分辨率，对高取向热解石墨进行了高分辨率成像，成像范围较小，平面内尺寸为 5 × 5 微米，像素为 1028 × 1028。

通过使用四个并行操作的有源悬臂梁对校准光栅进行拼接成像，验证了基于并行有源悬臂梁的原子力显微镜（AFM）的有效性。AFM 扫描结果显示，硅片校准结构的特征长度为 45 微米，高度为 14 纳米。每个悬臂梁覆盖 125 × 125 微米的区域，最终获得一幅 500 × 125 微米的拼接全景图像。

对用于制造半导体特征的极紫外光刻掩模进行成像，获得了一幅整体拼接的全景图像，空间分辨率达到五纳米，覆盖面积为505乘以130微米。图像中可清晰观察到电路的各个区域。该系统以每秒10行的速度，在约40分钟内采集了101,000乘以26,000像素的数据，显著快于传统的原子力显微镜系统。