一种使用扫描探针显微镜的表面成像方法，该扫描探针显微镜包括具有从基部支持物(2)延伸到自由端的悬臂的探针、由悬臂的自由端承载的探针尖端以及转向镜(13)；所述方法包括：跨表面横向扫描探针，使得探针进行跨表面的扫描运动；经转向镜将检测光束转向到探针上，检测光束以返回光束的形式从探针反射；移动转向镜，使检测光束进行与扫描运动同步的跟踪运动，并且通过转向镜保持检测光束转向到探针上；使用返回光束获得图像测量值，每个图像测量值表示表面上相应点的测量高度；通过将转向镜位置的目标值与转向镜位置的实际位置进行比较来获得表面上每个点的相关高度误差测量值，每个高度误差测量值表示测量高度的相应误差；以及，使用高度误差测量值校正图像测量值，以生成校正图像测量值。以生成校正图像测量值。以生成校正图像测量值。
Surface imaging method using scanning probe microscope and corresponding system using the method
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用扫描探针显微镜的表面成像方法及使用该方法的相应系统
[0001]本专利技术涉及一种使用扫描探针显微镜的表面成像方法以及一种扫描探针显微镜。
技术介绍
[0002]US2015/0020244公开了一种扫描探针显微镜。透镜被布置成接收光束并将光束聚焦到探针上。扫描系统随时间改变光束相对于透镜光轴进入透镜的入射角。扫描系统通常布置成使光束移动以便跟踪探针的移动，从而保持光束在探针上的聚焦位置。扫描系统可以包括使光束向透镜反射的光束转向镜；以及用于旋转光束转向镜的镜致动器。
[0003]US2007/0195333公开了一种原子力显微镜。通过在探针的反射面上反射测量光，利用施加在探针和待测构件之间的原子力来测量待测构件的表面形状。除了用于驱动探针的第一扫描仪之外，还提供了用于移动光学系统的焦点位置的第二扫描仪。预先获得位置转换数据，该转换数据表示第一扫描仪和第二扫描仪的控制量之间的相关性。通过同步驱动第一扫描仪和第二扫描仪，使得光学系统的焦点位置跟随探针，从而提高测量精度。
[0004]WO2019/00870提供了一种扫描探针显微镜，该扫描探针显微镜包括：第一致动器，用于移动特征以使该特征进行扫描运动；转向元件；视觉系统，用于采集来自视场的光以生成图像数据，其中该视场包括上述特征，并且来自该视场的光经该转向元件从特征行进到视觉系统；跟踪控制系统，用于根据存储的参考数据生成一个或多个跟踪驱动信号；第二致动器，用于接收该一个或多个跟踪驱动信号，并基于该一个或多个跟踪驱动信号移动转向元件，从而使视场进行与扫描运动同步的跟踪运动，并且使特征保持在视场内；图像分析系统，用于分析来自视觉系统的图像数据，以识别特征并测量该特征相对于视场的表观运动(apparent motion)；以及，校准系统，用于基于由图像分析系统测量的表观运动调整存储的参考数据。
技术实现思路
[0005]本专利技术的第一方面提供了一种使用扫描探针显微镜的表面成像方法，该扫描探针显微镜包括具有从基部延伸到自由端的悬臂的探针、由悬臂自由端承载的探针尖端以及转向镜；所述方法包括：跨表面横向扫描所述探针，使得所述探针进行跨所述表面的扫描运动；经所述转向镜将检测光束转向到所述探针上，检测光束以返回光束的形式从所述探针反射；移动所述转向镜，使所述检测光束进行与扫描运动同步的跟踪运动，并且通过所述转向镜保持检测光束转向到探针上；使用所述返回光束获得图像测量值，每个图像测量值表示所述表面上相应点的测量高度；获得所述表面上每个点的相关高度误差测量值，每个高度误差测量值表示测量高度的相应误差；以及，使用所述高度误差测量值校正图像测量值，以生成校正图像测量值。
[0006]对探针进行扫描通常包括进行扫描以在扫描过程中对表面上的多个点进行成像/分析。可以基于表示转向镜的预期位置或方向的一个或多个扫描命令信号来移动转向镜。
[0007]获得相关高度误差测量值可以包括：基于一个或多个扫描命令信号确定所述转向镜的预期位置或方向；测量所述转向镜的实际位置或方向；以及，计算表示所述预期位置或方向与实际位置或方向之间的差异的镜误差(mirror error)测量值，其中该相关高度误差测量值是基于所述镜误差测量值得到的。
[0008]获得相关的误差测量值还可以包括将灵敏度参数应用于所述镜误差测量值。
[0009]将所述灵敏度参数应用于差值可以包括用所述镜误差测量值乘以或除以所述灵敏度参数。
[0010]所述灵敏度参数可以通过以下方式确定：将所述转向镜移动已知量；确定测量高度的观察变化值；以及，用所述已知量除以所述观察变化值，反之亦然。
[0011]可以同时获得所述图像测量值和所述相关误差测量值。
[0012]在扫描过程中获得多个高度误差测量值，并将其用于校正它们的相关图像测量值。还可以在扫描期间进行进一步图像测量，该图像测量值未经校正和/或不具有相关高度误差测量值，但更优选地，对扫描期间生成的所有图像测量值进行校正。
[0013]使用高度误差测量值来校正图像测量值的步骤可以在扫描完成后的后处理中进行。或者，可以在进行扫描时实时地对所述图像测量值进行校正。
[0014]所述相关高度误差测量值可以通过对所述镜误差测量值进行滤波而获得，例如使用低通滤波器，通常在扫描已经完成并且所有镜误差测量值已被计算之后的后处理中进行。或者，滤波可以在扫描发生时实时进行。
[0015]移动所述转向镜可以包括平移和/或旋转所述转向镜。
[0016]本专利技术的第二方面提供了一种扫描探针显微镜，所述扫描探针显微镜包括：具有从基部延伸到自由端的悬臂的探针和由悬臂的自由端承载的探针尖端；扫描仪，用于跨表面横向扫描所述探针，使得所述探针进行跨所述表面的扫描运动；转向镜，用于将检测光束转向到探针上，所述检测光束以返回光束的形式从探针反射；一个或多个致动器，用于移动所述转向镜，使得所述检测光束进行与扫描运动同步的跟踪运动，并且通过所述转向镜保持所述检测光束转向到所述探针上；以及，处理系统，用于：使用所述返回光束来获得所述表面上的点的图像测量值，所述图像测量值表示所述表面上的所述点的测量高度；获得所述表面上的所述点的相关高度误差测量值，该高度误差测量值表示测量高度的误差；以及，使用所述高度误差测量值对所述图像测量值进行校正，以生成校正测量值。
[0017]在一个实施例中，所述处理系统包括跟踪控制器和图像采集处理器。所述处理系统可以以软件实现，或者以诸如一个或多个数字信号处理器的专用硬件实现。
[0018]探针显微镜可具有多种应用，包括(但不限于)：材料科学和生物学研究、工业检测、半导体晶片和掩模检测和检查；生物传感检测多种生物标志物；纳米光刻术，例如其中扫描探针将化合物沉积在基板上的蘸笔纳米光刻术；或数据存储，其中探针具有加热器，所述加热器允许温度独立升高以熔化聚合物基底，随后探针进行压印动作，从而产生代表二进制数字的凹痕。
[0019]通常，扫描探针显微镜可操作以利用探针从样品中获取信息。从样品获得的信息可以是地形信息或任何其他类型的信息(例如关于样品或样品表面的化学和机械信息)。探针和显微镜可以进一步适于经合适的相互作用力测量其他的样品特性，例如磁场或电场。或者，扫描探针显微镜可操作以用探针操控或修改样品，例如通过去除或添加材料(例如在
样品上沉积化合物)，或在样品上存储数据。
附图说明
[0020]现在将参照附图描述本专利技术的实施例，其中：
[0021]图1示出了在校准模式下使用的扫描探针显微镜的多个部分；
[0022]图2示出了在校准模式下进行工作的扫描探针显微镜的更多细节；
[0023]图3是第二致动器和转向镜的视图；
[0024]图4示出了视觉系统的视场；
[0025]图5示出了转向镜和探针支架移动后的视觉系统的视场；
[0026]图6详细示出了检测系统；
[0027]图7是校准过程的流程图；
[0028]图8示出了在成像模式下进行工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用扫描探针显微镜的表面成像方法，所述扫描探针显微镜包括具有从基部延伸到自由端的悬臂的探针、由所述悬臂的所述自由端承载的探针尖端以及转向镜；所述方法包括：跨表面横向扫描所述探针，使得所述探针进行跨所述表面的扫描运动；经所述转向镜将检测光束转向到所述探针上，所述检测光束以返回光束的形式从所述探针反射；移动所述转向镜，使得所述检测光束进行与所述扫描运动同步的跟踪运动，并且通过所述转向镜保持所述检测光束转向到所述探针上；使用所述返回光束获得图像测量值，每个图像测量值表示所述表面上相应点的测量高度；获得所述表面上每个点的相关高度误差测量值，每个高度误差测量值表示测量高度的相应误差；以及使用所述高度误差测量值校正所述图像测量值，以生成校正图像测量值。2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得相关高度误差测量值包括：基于扫描命令信号确定所述转向镜的预期位置或方向；测量所述转向镜的实际位置或方向；以及计算表示所述预期位置或方向与所述实际位置或方向之间的差异的镜误差测量值，其中所述相关高度误差测量值基于所述镜误差测量值得到。3.根据权利要求2所述的方法，其中，获得相关高度误差测量值还包括将灵敏度参数应用于所述镜误差测量值。4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述灵敏度参数应用于所述镜误差测量值包括用所述镜误差测量值乘以或除以所述灵敏度参数。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述灵敏度参数通过以下步骤确定：将所述转向镜移动已知量；确定测量高度的观察变化值；以及，用...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁，
申请(专利权)人：英菲尼特斯马有限公司，
类型：发明
国别省市：
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