주사탐침현미경을 사용한 샘플 스캐닝 방법 및 장치 document_id A220623049000

여러 탐침형 기기들은 샘플의 하나 또는 그 이상의 특성들에 관한 정보를 얻기 위하여 캔틸레버(cantilever)형 프로브(probe)와 샘플간의 상호작용을 모니터한다. (작업)처리 요구량의 증가에 따라, 증가된 데이타 취득 레이트가 요구되고, 따라서 신뢰있는 데이타를 얻기 위한 능력이 요구되고 있다. 원자현미경(AFM)과 같은 주사탐침현미경(SPMs)은 일반적으로 샘플의 하나 또는 그 이상의 속성들을 국부적으로 측정하기 위해 예리한 팁(tip)을 사용하는 장치이다. 보다 구체적으로 주사탐침현미경은 일반적으로 샘플 및 관련 프로브 조립체의 팁간의 상호작용을 모니터링함으로써 매우 작은 크기의 샘플 특징(feature)들의 표면들을 특징으로 한다. 팀과 샘플 간에 상대 스캐닝 운동을 제공함으로써, 표면 특성 테이타 및 다른 샘플-독립 데이타가 샘플의 특정 영역에 걸쳐 얻어질 수 있고, 샘플의 대응하는 맵(map)이 발생될 수 있다. 원자현미경은 매우 인기있는 형태의 주사탐침현미경이다. 전형적인 원자현미경의 프로브는 하단에서 지지물에 고정된 매우 작은 캔틸레버를 포함하고 반대의 자유단에는 예리한 프로브 팁이 부착된다. 프로브 팁은 검사되는 샘플의 표면에 직접 또는 간헐적으로 거의 접촉하게 되고, 샘플과 프로브 팁의 상호작용에 따른 캔틸레버의 변형이 대게는 Hansma 등의 미국특허 제RE 34,489호에 개시된 광 레버 시스템(optical lever system), 또는 변형률 게이지, 정전용량 센서 등으로된 장치와 같은 어떤 다른 변형검출기 같은 초고감도 변형검출기로 측정된다. 원자현미경은 압전 스캐너, 광 레버 변형 검출기 및 매우 작은 캔틸레버를 사용함으로써 공기, 액체 또는 진공에 있는 광범위한 절연 또는 전도성 표면상에서 해상도 다운(down)을 원자수준으로 얻을 수 있다. 원자현미경들은 그 해상도와 다용성 때문에 반도체 제조에서 생물학적 연구에 이르는 많은 다양한 분야에서 중요한 장치이다. 바람직하게, 프로브는 샘플 지지물 및/또는 프로브상에 작용하는 고해상도 3축 스캐너를 사용하여 표면에 걸쳐 스캔된다. 기기는 따라서 토포그래피(topography) 또는 예를 들어 Hansma 등의 supra; Elings 등의 미국특허 제5,266,801호; 및 Elings 등의 미국특허 제5,412,980호에 개시된 어떤 다른 샘플들의 속성을 측정하면서 프로브와 샘플간의 상대운동을 생성할 수 있다. 일반적인 원자현미경 시스템이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 캔틸레버(15)를 갖는 프로브(14)를 포함하는 프로브장치(12)를 채택하는 원자현미경(10)은 이 경우 프로브의 공진 주파수 가까이에서 프로브(14)를 진동시키는 데 사용되는 진동액추에이터 또는 구동장치(16)에 연결된다. 통상적으로 전기 신호는 AFM제어기(20)의 제어 아래에서 교류신호원(18)로부터 인가되어 액추에이터(16)가 바람직하게는 자유 진동폭 A0에서 진동하도록 프로브(14)를 구동시킨다. 프로브(14)는 일반적으로 제어기(20)에 의한 피드백을 통해 제어된 적절한 액추에이터 또는 스캐너(24)를 사용하여 샘플(22)로 향하거나 멀어지게 운동하도록 구동되어진다. 액추에이터(16)는 스캐너(24) 및 프로브(14)에 연결될 수 있거나, 자동 캔틸레버/프로브의 부품으로써 프로브(14)의 캔틸레버(15)에 일체로 형성될 수 있다. 또한 액추에이터(24)가 프로브(14)에 연결되게 도시되어 있더라도, 액추에이터(24)는 래스터(raster) 스캐닝과 같이 샘플(22)을 XYZ 액추에이터처럼, 즉 모든 Z 운동, 및 X-Y 스캐닝 운동, 3 대각방향으로 움직이게 채택될 수 있다. 또 다른 변경이 가능하다. 하나 또는 그 이상의 프로브들이 AFM에 로드될 수 있고 AFM은 로드된 여러 프로브들 중 하나를 선택하게 갖춰질 수 있다. 일반적으로, 상술한 것처럼, 프로브(14) 진동의 하나 또는 그 이상의 특성들의 변화를 검출하여 샘플 특성들이 모니터될 때 선택된 프로브(14)는 진동되고 샘플(22)과 상호작용하게 된다. 이런 면에서 변형검출장치(17)는 일반적으로 빔을 프로브(14)의 뒷측으로 안내하게 채택되고, 빔은 이후 4개의 4분(quadrant)광검출기와 같은 검출기(26)쪽으로 반사된다. 빔이 검출기(26)를 지나 변할 때, 적절한 신호들이 프로브(14)의 진동 변화를 결정하기 위해 신호들을 처리하는 제어기(20)로 전해진다. 통상적으로, 제어기(20)는 팁과 샘플 사이에 일정한 힘을 유지하고, 일반적으로 프로브(14) 진동의 설정점 특성을 유지하기 위해 제어신호들을 발생시킨다. 예를 들어 제어기(20)는 팁과 샘플 사이에 대게는 일정한 힘을 보장하기 위하여 설정점값, As에서 진동폭을 유지시키는 데 자주 사용되고 있다. 이와 달리 예를 들어, 설정점 위상 또는 주파수가 사용될 수 있다. 통상적으로 액추에이터(24)는 측정하는 프로브와 샘플 표면간의 상대운동을 발생시키는 데 사용되는 압전튜브(주로 여기서는 "압전튜브"로 언급됨) 또는 굴곡부(flexure)이다. 압전튜브는 전압이 튜브의 내외측에 배치된 전극들로 인가될 때 하나 또는 그 이상의 방향으로 움직이는 장치이다. 액추에이터들은 프로브, 샘플 또는 모두에 연결될 수 있다. 가장 일반적으로, 액추에이터 조립체는 프로브나 샘플을 수평 또는 XY 방향으로 구동시키는 XY 액추에이터 및 프로브나 샘플을 수직 또는 Z 방향으로 움직이게 하는 Z 액추에이터의 형태로 마련된다. AFM은 접촉 모드 및 진동 굴곡 모드를 포함하는 여러가지 모드들로 작동되게 설계될 수 있다. "진동 굴곡 모드"에서 작동시, 캔틸레버는 일반적으로 고정단에 대해 진동한다. 작동의 한 굴곡 모드는 소위 태핑 모드(TappingModeTM)AFM 운전(operation)(TappingModeTM은 현 양수인의 상표임)이라 불린다. TappingModeTMAFM에서, 팁은 프로브의 캔틸레버의 공진주파수에서 또는 가까이에서 굴곡적으로 진동된다. 팁이 샘플 표면과 간헐적 또는 직접 접촉할 때, 진동폭은 팁/표면의 상호작용에 의해 결정된다. 일반적으로, 이 진동의 진폭, 위상 또는 주파수는 팁-샘플 상호작용에 대하여 발생되는 피드백 신호들을 사용하여 스캐닝하는 동안 일정하게 유지된다. 이 피드백 신호들은 이후 수집되고, 저장되고 샘플을 특성화하기 위한 데이타로 사용된다. 계측 어플리케이션(application)들이 보다 큰 처리량을 요구하고, 서브 마이크로미터의 측정을 요구하는 광범위한 응용들에 SPM을 사용하고자 하는 바램이 지속적으로 증가하기에, SPM을 사용하여 테이타를 획득하려는 개선이 필요하게 되었다. 반도체 산업에서 웨이퍼 분석은 하나의 중요한 어플리케이션이다. 일반적으로, 칩 제조자들은 90㎚ 미만인 상호연결 라인, 컨택(contacts), 트렌치 등의 폭과 같은 임계 치수(CDs)를 가진 구조물(가령, 라인(lines), 비아(vias), 트렌치(trenches) 등)을 측정하고 싶어한다. 이런 면에서, "하단(bottom) CD" 계측은 특히 반도체 고객들에게 흥미롭다. 반도체 장치 제조자들은 흔히 프로세서와 같은 로직(logic) 요소들을 만들어내고, 그렇게 함으로써 게이트(gate) 구조물의 폭, 트랜지스터의 기본 요소 및 실리콘계 로직 요소들에 대한 기초(basis)를 측정하고 싶어한다. 반도체용 국제 기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors; ITRS)는 케이트와 같은 세미(semi) 특징들의 하단 CD는 범위가 매년 증가하고 있는 몇 ㎚의 부정확도내에서 제어되어야 하는 매우 중요한 변수이거나, 합성 트랜지스터는 원하는 것처럼 작동하지 않을 것임을 분명히 하였다. 따라서 하단 CD의 측정력은 AFM이 많은 잠재 고객들에게 충분한 값을 갖고 있는지를 정확하게 밝힐 수 있다. 그 결과 CD-AFM이 개선될 필요가 있게 되었다. 구조물을 상당히 작은 크기에서 분석할 때, 대응하는 측정은 균일한 제어가 요구되고 큰 체적의 제조 환경을 수용할 수 있어야 한다. 이런 면에서, 작동시 전문 사용자의 직무를 최소화함으로써 특정 시간 프레임(frame)으로 이미지될 수 있는 다수의 샘플들을 크게 향상시키는 자동화 AFMs의 영역에서 발전이 있어 왔다. 자동화 웨이퍼 측정을 실행하기 위한 기기들은 변하나, 그러나 AFM은 예를 들어 고해상도 다(多)차원(예를 들어, 3차원) 이미징을 실행할 능력을 제공함으로써 유일한 해법을 제공한다. Veeco 제조사에서 제공하는 X 차원 자동화 AFM(Dimension X automated AFM)과 같은 어떤 기기들은 200㎚ 및 300㎚ 자동 플랫폼을 입증하여 왔다. CD 모드로 알려진 이미징 반도체 샘플들에 구체적으로 적용 가능한 진동 모드 운전의 한 형태에 따르면, 임계 부트(boot) 형태의 팁이 개별 배치(batch)처리된 반도체 구조물들의 임계 치수들을 측정하는 데 적용된다. CD 모드에서는, 진동 모드에서 작동하는 AFM의 작동 변수들은 예를 들어 라인, 트렌치, 비아 등을 포함하는 다른 장치 특징들과 관련된 토포그래피에서 뚜렷한 전이(transition)를 수용하도록 수정되어진다. 명백하게, CD 모드는 기본적으로 서보 방향을 샘플 표면에 거의 직교하게 유지시키는 2차원 서보(뚜렷한 전이를 수용하는 X 서보 뿐만 아니라 TappingModeTMAFM과 같은 진동 모드에서 사용되는 표준 Z 서보)를 일반적으로 제공한다. 도 2는 플랫에서 측벽으로의(flat-to-sidewall) 전이영역 A와 B를 갖는 대표적인 라인(30)을 예시한다. 전이영역 A는 "X"로 표시된 방향으로 스캐닝될 때 상승 모서리, 예를 들어 위로 연장하는 측벽 전이를 보여주는 한편, 전이영역 B는 낙하 모서리와 대응한다. 흔히, 특징들은 추적(trace)/역추적(retrace) 스캐닝의 부분으로써 양 방향으로 스캔된다. 샘플 전이의 상승 및 낙하는 이들 스캔에 대해서는 반대로 된다. 여기에 참조된 전이들은 물질 형태와 같이 AFM으로 측정될 수 있는 다른 형태의 전이들과는 반대로 반도체 라인의 플랫에서 측벽으로의 전이와 같은 구조적인 전이들을 나타냄에 주의한다. 프로브 장치의 팁(40)의 개략적인 버젼(version)이 도 3a 내지 도 3e에 예시되어 있다. 팁(40)은 팁의 주축 "A"에 일반적으로 직교하게 연장되는 피트(feet)부(44,46)를 갖는 부트 형태의 말단(42)을 포함한다. 분명하게, CD 팁(40)과 같은 팁들은 일반적으로 반도체 웨이퍼로부터 일괄 제조되나, 그러한 특징을 이미징하는 데 적합한 어떤 팁이 사용되었을 수 있다. 또한 CD 모드로 작동하는 AFM은 여기서 CD-AFM으로 언급될 수 있다. 다시 도 3a 내지 도 3e는 프로브 장치의 베이스와 캔틸레버는 도시되지 않고 샘플(48)의 플랫(flat)에서 측벽으로의 전이를 스캐닝하는 프로브 장치의 팁만 도시되어 있다. 분명하게, CD 팁의 형태, 예를 들어 거의 "부트 형태"는 AFM이 샘플 표면의 전이를 감지할 수 있게 한다. 그러나 스캐너와 관련된 제한들을 포함하는 시스템의 역학 관계 때문에, 이 전이영역들에 관한 정보를 흔히 표준 CD 모드 AFM으로는 얻기는 곤란하다. 다시 말해서, AFM이 고속으로 작동할 때, 서보 스캐너의 대역폭이 전이벽과의 팁접촉을 나타내는 명령에 충분하게 반응하더라도, 스캐너의 관성은 시스템이 스캐닝을 정지하게 명령한 후에도 팁(40)이 샘플(48)의 측벽(54)쪽으로 더 구동되게 한다. 도 3a 내지 도 3e는 이 제한들의 결과들이 어떻게 전이영역(50)에 있는 샘플(48)에 관한 정보를 편향 또는 분실시키는지를 두드러지게 보여준다. 도 3a를 처음으로 참조하면, 말단(42)을 가진 팁(40)이 샘플(48)의 플랫(flat)부(52)로 들어오고 스캔 라인을 따라 "X" 표시된 방향으로 스캔된다. 이 경우, 샘플(48)은 측벽(54)을 위로 연장하는 플랫에서 측벽으로의 전이(50)를 한정하는 반도체 라인을 포함하고 있다. 팁(40)이 플랫부(52)를 스캔할 때, CD-AFM은 샘플 표면을 신뢰있게 이미지한다. 그런 후 팁(40)이 도 3b에 도시된 바와 같이 측벽과 접촉할 때, 말단(42)이 측벽(54)과 접촉하는 것처럼 CD-AFM은 프로브 진동폭의 감소(예를 들어 진동 RMS폭은 거의 0이 됨)를 검출할 것이고, 제어기가 스캐너를 정지시키도록 전달되는 신호를 발생시키게 작동할 것이고, 이 경우, 진동의 설정점 폭을 다시 설정하려는 시도로 프로브를 당길 것이다. 이와 달리, 물론, 샘플은 특정 스캐너 정렬에 따라 이동되었을 수 있다. 이 경우, 일반적으로, 팁(40)은 꽂힐 것이고, 도 3c에 도시된 것처럼 이미지되는 특징으로부터 프로브가 멀리 당겨질 필요가 있음을 나타내는 신호가 피드백 루프(도 1의 25)에 주어질 것이다. 스캐너로의 피드백 루프 또는 서보 명령 신호가 스캐너에 정지를 지시하더라도, 스캐너는, 상술한 바와 같이, 팁을 측벽(54)쪽으로 계속해서 더 가져갈 것이고, 따라서 플랫에서 측벽으로의 전이를 추적하기 어려워진다. 스캐너는 이후 도 3c에서 화살표 표시된 "W" 로 도시된 것처럼 이미지되는 특징으로부터 팁을 후퇴시키려 한다. 어떤 점에서는, 일반적으로 측벽(54) 위로 10~20㎚되는 점에서, 팁(40)은 측벽(54)으로부터 자유로워진다. 이런 CD 모드에서, 샘플 표면에 대해 팁을 진동시키는 제어변수들은 도 3d에 도시된 것처럼 샘플(48)의 측벽(54)을 스캔하도록 수정된다. 그렇게 하더라도, 그러나, 데이타는 시스템이 어떤 데이타도 취하지 않거나, 또는 이와 달리, 스캐너(팁(40))의 계속되는 움직임과 연관된 편향된 데이타를 기록하지 않고 측벽(50)에 대해 10~20㎚ 위로 팁(40)을 당기는 플랫에서 측벽으로의 전이영역에서 왜곡되어진다. 이 분실 또는 편향된 데이타는 AFM 데이타에 있는 인공물(artifact)이고 흔히 "노칭(notching)"으로 불린다. 이 노칭 현상이 도 3e에 예시되어져 있고, 도 3a 내지 도 3d에 예시된 종래의 CD 모드를 사용하여 발생된 개략적인 이미지(56)를 보여주고 있다. 분명하게, 도 3e에 도시된 노칭은 플랫에서 측벽으로의 전이를 완전히 대표하지는 않는다. 특히 이 정보는 반도체 제조업자들을 포함한 많은 고객들이 항상 구조물의 베이스로 내려가는(down) 라인 폭 거칠기(LWR)와 같은 샘플 변수들을 사정하려는 것처럼 그들에게 매우 중요하다. 반도체 장치(도 2의 30)의 라인과 같은, 큰 전이를 갖는 특징을 이미징할 때 CD 모드 운전의 보다 구체적인 예시가 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 특히 증명 운동(prove motion)이 여기에 기술되었으나, 그러나 스캐너 실행에 따라, 샘플 및/또는 팁이 움직일 수 있다. 도 4는 "O's"이 팁과 샘플간의 접촉을 나타내는, 예를 들어 진동의 RMS 진폭이 0으로 가는 샘플(60)상에서 종래의 CD AFM에 의해 취해진 데이타를 예시하고 있다. 전이영역(62)에서, 스캐너는 정지 지시를 받는 한편, 스캐너의 운동량은 계속해서 팁(도 4에 도시되지 않음)을 측벽(64)쪽으로 구동시킨다. 팁은 측벽으로부터 멀리 서보되고, 프로브와 같은 데이타 점으로 기록될 수 있는 점(68)으로 이동하고, 구체적으로 팁은, 측벽(64)과 접촉하게 된다. 팁이 샘플로부터 분리되는 70으로 표시된 영역에서는, 특히 측벽에서, 스캐너가 프로브를 위로 당기고, 어떤 데이타도 일반적으로 AFM에 의해 기록되지 않는다. 가장 흔히 "O's"에 의해 발생된 데이타는 샘플 표면의 이미지를 발생할 때 수직 측벽을 다시 생성하기 위해 중간에 데이타를 삽입하는(interpolate) 데 사용된다. 이는 흔히 "노칭"이라고 불리는 인공물을 낳는다. 측벽이 이런 방식으로 이미지될 수 있고 데이타가 알맞고 정확하게 측벽(64)을 나타내도록 삽입될 수 있더라도, "N"으로 표시된 영역에서의 데이타 분실, 예를 들어 상술한 "노칭" 문제를 야기하는 편향되거나 또는 완전히 분실은 여전히 어떤 어플리케이션들에 대해서는 받아들여질 수 없다. 그 결과 CD 알고리즘을 사용하는 종래의 AFM 운전은, 특히 특징들의 전이점들을 이미징할 때 개선이 요구되었다. 이러한 노칭 문제를 해결하기 위해, 여러 기술들이 채택되어 왔다. 먼저 예를 들어 CD 모드로 AFM 계측을 실행할 때, 샘플의 급속한 고속 스캐닝과 정확한 트래킹(tracking)간에는 항상 트레이드오프(tradeoff)가 있고, 이는 액추에이터의 구조적인 대역폭 또는 밀폐형 대역폭에 의해 부분적으로 지시되어진다. 명령된 입력에 대한 응답이 일반적으로 즉각적이지 않기 때문에, 앞서 말했듯이, 스캐너의 운동량은 즉시 멈출 수 없다. 노칭 문제는 항상 문제점(issue)으로 남아 있다. 그러나 스캔 레이트가 감소하면, 노칭 효과는 줄어들 수 있다. 그러나 스캔 레이트를 줄임으로써, 다른 문제점이 발생한다. 첫째 저속 스캐닝은 열 조건 때문에 시스템이 스테이지 표류(stage drift)할 여지를 준다. 둘째 스캐닝이 느려지는 것은 단위 시간당 스캐닝하는 샘플이 적어짐을 의미한다. 따라서 빠른 AFM은 시스템이 이후 스테이즈 표류될 여지가 덜하다는 사실과 취득된 데이타를 절충할 수 있는 다른 유사한 조건들 때문에 보다 정확하고 정밀함을 제공할 뿐만 아니라 시간당 보다 많은 샘플들을 이미지할 수 있는 본래의 이점을 포함하고 있다. 마지막으로 많은 고객 어플리케이션들이 반도체 계측을 포함한 관련 계측이 측정당 수 달러로 측정되는 것을 요구하기 때문에, 저속 스캐닝은 어떤 고객들에 대해서는 받아드려질 수 없게 되고, 이 점에서, AFM은 반도체 구조물의 임계 치수(dimension)와 같은 샘플들의 특징들을 측정하기 위한 다른 공지의 공구들에 대한 실용적인 대체가 있을 수 없다. 매우 정확한 스테이지와 냉각된 환경을 사용하는 것과 같이 사용자가 느린 스캔 레이트로 AFM을 작동시킬 수 있는 몇가지 대책이 있다. 그러나 여기에는 항상 스캐너를 정지시키는 것과 연관된 몇가지 운동이 있을 것이고, 그리하여, 다시 노칭이 거의 항상 문제가 된다. 반도체 특징들 상에서 임계 치수를 측정하기 위한 스캐닝 프로브 현미경검사법에 대한 다른 대안들로 주사전자현미경(SEM) 및 투과전자현미경(TEM, 또한 스캐닝용 주사투과전자현미경(STEM))이 있다. SEM, 그리고 더우기나 TEM은 매우 정확한 기기들이다. 그러나 이 기술들은 매우 비싸고 종종 측정을 실행함에 앞서 필요한 샘플 준비 작업의 주어진 양이 사용을 어렵게 한다. 예를 들어 반도체 웨이퍼를 이미징할 때, SEM 및 TEM은 일반적으로 이미지하고자 하는 구조물을 보존하면서 웨이퍼를 특정 위치에서 절단할 필요가 있을 것이다. 이 준비 작업은 하루 또는 이틀이 걸릴 수 있고, 따라서 일반적으로 웨이퍼의 해당 배치를 계속해서 처리하는 실행 가능성을 분석하는 데 사용되는 한 희생 웨이퍼를 분석하는 반도체 제조공정이 느려질 것이다. 산란측정기법(scatterometry)은 반도체 제조 환경에서, 예를 들어 라인들 등의 기본 치수를 포함하는 샘플 특징들의 임계 치수를 측정하는 데 사용된다. 산란측정기는 매우 빠르고 여기서 심사숙고된 형태들의 샘플들을 SPM 보다 빨리 이미지할 수 있다. 그럼에도 노칭이 일반적으로 문제가 되지 않더라도, 예를 들어 AFM을 사용하는, 산란측정기는 그 자체에 한계를 포함하고 있다. 산란측정기는 산란측정기에 의해 얻어진 측정물과 비교되는 데이타의 라이브러리(library)를 짓기 위해 CD-AFM 또는 CD-SEM에 의해 취득된 데이타를 사용하는 간접 측정이다. CD-AFM, SEM 및 TEM과 같은 기술들은 따라서 샘플 특징들의 간접 측정을 제공하는 다른 공구들에 의해 사용되는 공구들이라는 점에서 때때로 표준계측시스템(RMS)으로 언급된다. 산란측정기는, 일반적으로, 타겟(target)쪽을 향하는 신호를 발생시키고, 타겟과 상호작용한 후 얼마나 많은 신호가 타겟으로부터 되돌아오는지를 감지함으로써 작동된다. 데이타를 예를 들어 CD-AFM에 의해 발생된 데이타 라이브러리와 비교함으로써, 타겟이 표현될 수 있다. 전체적으로 산란측정기의 이런 특징은 샘플들을 이미지할 수 있는 현저한 시간-소비와 힘든 교정을 의미한다. 샘플 특징들을 이미지하는 직접적인 방법이 따라서 바람직하다. 또한 산란측정기들은 평균 데이타만을 생성하고 따라서, 예를 들어 라인 폭을 읽는 참 RMS 또는 라인 폭의 표준 편차를 생성할 수 없다. CD 모드 AFM은, 반면, AFM의 팁이 상호작용하는 것을 실시간으로 검출할 수 있는 적응 가능한 스캔이다. 산란측정기는 다른 샘플 속성들이 산란측정기에 의해 발생된 소스(source) 신호와 다르게 상호작용할 것이기 때문에 또한 샘플의 속성에 좌우된다. 요컨대 매우 정밀하고 매우 빠르게 샘플을 측정하는 기술은, 특히 반도체 제조 환경에서, 매우 높은 정확도와 반복도로, 반도체 특징들의 임계 치수와 같은 샘플 속성들을 직접 측정할 수 있는 계측공구를 필요로 하였다. 보다 구체적으로 고속으로 그리고 데이타에 있는 노칭과 같은 인공물의 야기 없이, 라인의 측벽과 같은 전이영역들을 이미징할 수 있는 CD-AFM이 요구되었다.