控制探针尖端倾斜角度的扫描探针系统技术方案

一种用探针扫描特征的方法，探针包括悬臂支架、从悬臂支架延伸到自由端的悬臂以及由悬臂的自由端承载的探针尖端。测量探针相对于参考表面的定向以生成探针定向测量结果；参考表面限定垂直于参考表面的参考表面轴线，探针尖端相对于参考表面轴线具有参考倾斜角；根据探针定向测量结果改变悬臂的形状，使得探针尖端相对于悬臂支架移动，参考倾斜角从第一参考倾斜角减小到第二参考倾斜角。采用探针扫描样品表面，其中，样品表面限定垂直于样品表面的样品表面轴线，探针尖端具有相对于样品表面轴线的扫描倾斜角。在扫描样品表面期间，移动悬臂支架，使得探针尖端以小于第一参考倾斜角的扫描倾斜角插入到样品表面中的特征中。

Scanning probe system for controlling tip tilt angle

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制探针尖端倾斜角度的扫描探针系统
本专利技术涉及一种用探针扫描特征的方法和相应的设备，以及使悬臂相对于参考表面定向的方法。
技术介绍
WO2016/198606描述了一种已知的扫描探针系统。该系统具有探针，所述探针包括从底座延伸到自由端的悬臂，以及由悬臂的自由端承载的探针尖端。第一驱动器设置有第一驱动器输入端，所述第一驱动器设置为根据在第一驱动器输入端处的第一驱动信号来驱动探针。第二驱动器设置有第二驱动器输入端，所述第二驱动器设置为根据第二驱动器输入端处的第二驱动信号来驱动探针。控制系统设置为控制第一驱动信号，以使第一驱动器在一系列循环中重复地朝向和远离样品的表面驱动悬臂的底座。表面检测器设置为当其检测到探针尖端与样品的表面的相互作用时，针对每个循环生成表面信号。控制系统还设置为响应于从表面检测器接收到的表面信号而修改第二驱动信号，第二驱动信号的修改使得第二驱动器控制探针尖端。US2014/0289911公开了一种观测样品表面的方法。探针与第一样品紧密接近并在第一样品上进行扫描。使用检测系统监测探针对其与样品间相互作用的响应，采集指示所述响应的第一数据集。探针和/或样品倾斜一定角度。在倾斜步骤之后，探针在第一样品或第二样品上扫描，使用检测系统监测探针对其与扫描样品间相互作用的响应，并且采集指示所述响应的第二数据集。所述方法包括在使探针和/或样品倾斜之前分析第一数据集以确定倾斜角度的额外步骤。US2017/0016932公开了一种探针系统，该探针系统包括具有第一臂和第二臂的探针以及由第一臂和第二臂承载的探针尖端。照射系统设置为通过以相应照射功率分别照射在第一臂的第一致动位置处和第二臂的第二致动位置处来使探针变形。致动控制器设置为独立地控制每个致动位置处的照射功率，以便控制探针的高度和倾斜角度，进而控制尖端的高度和横向位置。第一臂和第二臂在通过探针尖端的对称平面的相对侧上彼此成镜像。还公开了一种检测系统，该检测系统不仅测量探针尖端的高度生成高度信号，而且还测量探针的倾斜角度生成倾斜信号，根据该倾斜信号可以确定尖端的横向位置。WO2015/197398描述了一种利用承载在悬臂上的探针尖端检查样品表面的方法。如果探针尖端扫描具有高纵横比的样品表面的一部分，则悬臂会扭转，从而使探针尖端倾斜。US2008/0223117描述了另一种已知的扫描探针显微镜。US2017/0059609描述了用于扫描探针显微镜的光轴调节方法。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供了根据权利要求1的方法和根据权利要求22的设备。在WO2015/197398中，增大探针尖端角度以扫描高纵横比特征，而在本专利技术的第一方面中，探针尖端以减小的扫描倾斜角插入到样品表面的特征中。WO2015/197398中的方法适于扫描突出的高纵横比特征，因为倾斜的探针尖端可以从侧面接近突出的特征，不会与样品表面的另一部分发生碰撞。然而，已经意识到，由于在插入时倾斜的探针尖端会与凹入特征的唇缘碰撞，WO2015/197398的方法不适于扫描如沟槽、孔、井或凹坑等凹入特征。因此，为了避免这种碰撞，在本专利技术的第一方面的方法中减小了探针尖端的倾斜角，以插入到样品表面中的特征中。在探针尖端插入之前，测量探针相对于参考表面的定向以生成探针定向测量结果。该参考表面可以是样品表面的一部分或参考试样的表面。根据探针定向测量结果改变悬臂的形状，以使探针尖端相对于悬臂支架移动，探针尖端相对于参考表面的参考倾斜角从第一倾斜角减小到第二倾斜角。最基本地，探针定向测量结果可能仅用于确定减小参考倾斜角所需的探针尖端的枢转方向。举例来说，探针定向测量结果可以用于确定是顺时针还是逆时针扭转悬臂，以减小参考倾斜角。可选地，探针定向测量结果可以用于确定使参考倾斜角最小化所需的探针尖端的枢转幅度——理想情况下，参考倾斜角减小为零，以便探针尖端在插入到特征中时不倾斜。样品表面限定垂直于样品表面的样品表面轴线，并且探针尖端具有相对于样品表面轴线的扫描倾斜角。通常，样品表面轴线与参考表面轴线基本上平行。在扫描样品表面期间，移动悬臂支架，以使探针尖端以扫描倾斜角插入到样品表面中的特征中，扫描倾斜角至少小于第一参考倾斜角，且优选地，扫描倾斜角远远小于第一参考倾斜角。通常，当探针尖端插入到特征中时，探针尖端基本以相对于样品表面轴线的第二参考倾斜角固定，可选地，在第二参考倾斜角的任一侧具有小的抖动振荡。在整个扫描过程中，扫描倾斜角可以保持固定，也可以变化，例如在插入到特征中之后，迅速缩回探针。通常，测量探针相对于参考表面的定向以生成探针定向测量结果包括与参考表面相互作用，例如，通过光学测量参考表面的定向(例如，通过将感测光束反射离开参考表面)或通过用探针扫描参考表面。探针定向测量结果可以直接测量探针尖端的定向，或者探针定向测量结果也可以测量悬臂的定向，根据悬臂的定向可以推断出探针尖端的定向。改变悬臂的形状可以包括挠曲悬臂、扭转悬臂，或同时或依次挠曲或扭转悬臂。优选地，可使悬臂挠曲和扭转，因为挠曲和扭转悬臂能够控制倾斜角，且在两个轴线上将倾斜角最小化。可选地，悬臂的挠曲和扭转可以分别和独立控制。在从属权利要求中陈述了本专利技术的第一方面的其它优选特征。本专利技术的第二方面提供了一种根据权利要求19的使悬臂定向的方法。第二方面提供了一种在如在本专利技术的第一方面中使用探针尖端扫描例如沟槽、孔、井或凹坑等凹入特征之前使悬臂定向的光学方法。在从属权利要求中陈述了本专利技术第二方面的优选特征。本专利技术的又一方面提供了一种用探针扫描特征的方法，所述探针包括悬臂支架、从所述悬臂支架延伸到自由端的悬臂以及由所述悬臂的自由端承载的探针尖端，所述方法包括：测量探针相对于参考表面的定向以生成探针定向测量结果，其中，参考表面限定垂直于参考表面的参考表面轴线，探针尖端具有相对于参考表面轴线的参考倾斜角；根据探针定向测量结果改变悬臂的形状，以使探针尖端相对于悬臂支架移动，参考倾斜角从第一参考倾斜角减小到第二参考倾斜角；采用探针扫描特征，其中，所述特征限定特征轴线，且所述探针尖端具有相对于所述特征轴线的扫描倾斜角，在扫描样品表面期间，移动所述悬臂支架，以使所述探针尖端以所述扫描倾斜角插入到所述特征中，所述扫描倾斜角小于第一参考倾斜角。特征轴线通常垂直于样品表面，但可选地，特征轴线可以相对于样品表面倾斜一定倾角。本专利技术的又一方面提供了一种用探针扫描特征的方法，所述探针包括悬臂支架、从所述悬臂支架延伸到自由端的悬臂、以及由所述悬臂的自由端承载的探针尖端，所述方法包括：测量探针相对于参考表面的定向以生成探针定向测量结果，其中，参考表面限定垂直于参考表面的参考表面轴线，探针尖端具有相对于参考表面轴线的倾斜角；根据探针定向测量结果改变悬臂的形状，以使探针尖端相对于悬臂支架移动，以及倾斜角从第一倾斜角减小到第二倾斜角；采用探针扫描样品表面，其中，在扫描样品表面期间，移动悬臂支架，以将探针尖端插入到样品表面中的特征中，其中探针尖端基本上固定为第二倾斜角。倾斜角通常固定在±0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用探针扫描特征的方法，所述探针包括悬臂支架、从所述悬臂支架延伸到自由端的悬臂以及由所述悬臂的所述自由端承载的探针尖端，所述方法包括：/n测量所述探针相对于参考表面的定向以生成探针定向测量结果，其中，所述参考表面限定垂直于所述参考表面的参考表面轴线，所述探针尖端相对于所述参考表面轴线具有参考倾斜角；/n根据所述探针定向测量结果改变所述悬臂的形状，使得所述探针尖端相对于所述悬臂支架移动，且所述参考倾斜角从第一参考倾斜角减小到第二参考倾斜角；以及/n采用所述探针扫描样品表面，其中，所述样品表面限定垂直于所述样品表面的样品表面轴线，且所述探针尖端具有相对于所述样品表面轴线的扫描倾斜角，在扫描所述样品表面期间，移动所述悬臂支架，以使所述探针尖端以所述扫描倾斜角插入到所述样品表面中的特征中，所述扫描倾斜角小于所述第一参考倾斜角。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170407 GB 1705613.61.一种用探针扫描特征的方法，所述探针包括悬臂支架、从所述悬臂支架延伸到自由端的悬臂以及由所述悬臂的所述自由端承载的探针尖端，所述方法包括：
测量所述探针相对于参考表面的定向以生成探针定向测量结果，其中，所述参考表面限定垂直于所述参考表面的参考表面轴线，所述探针尖端相对于所述参考表面轴线具有参考倾斜角；
根据所述探针定向测量结果改变所述悬臂的形状，使得所述探针尖端相对于所述悬臂支架移动，且所述参考倾斜角从第一参考倾斜角减小到第二参考倾斜角；以及
采用所述探针扫描样品表面，其中，所述样品表面限定垂直于所述样品表面的样品表面轴线，且所述探针尖端具有相对于所述样品表面轴线的扫描倾斜角，在扫描所述样品表面期间，移动所述悬臂支架，以使所述探针尖端以所述扫描倾斜角插入到所述样品表面中的特征中，所述扫描倾斜角小于所述第一参考倾斜角。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在扫描所述样品表面期间，移动所述悬臂支架，使得所述探针尖端以所述扫描倾斜角插入到所述样品表面中的所述特征中，所述扫描倾斜角基本上固定为所述第二倾斜角。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一驱动器根据第一驱动信号来平移所述悬臂支架；且第二驱动器根据第二驱动信号改变所述悬臂的形状。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，扫描所述样品表面包括：
控制所述第一驱动信号，使得所述第一驱动器在一系列周期中重复地朝向和远离所述样品表面驱动所述悬臂支架；
在检测到所述探针尖端与所述样品表面的相互作用时，对每个周期生成表面信号；以及
响应于所述表面信号的接收，修改所述第二驱动信号，所述第二驱动信号的所述修改使所述第二驱动器改变所述悬臂的形状，使得所述探针尖端从所述样品表面缩回，其中，对于每个周期，在生成所述表面信号之前存在接近阶段以及在生成所述表面信号之后存在缩回阶段，在所述接近阶段，所述第一驱动器使所述悬臂支架和所述探针尖端朝向所述样品表面移动，在所述缩回阶段，所述第一驱动器使所述悬臂支架和所述探针尖端远离所述样品表面移动。


5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述第一驱动器是线性致动器，在所述探针尖端插入到所述特征中时，所述线性制动器基本上沿直线延伸。


6.根据权利要求3到5中任一项所述的方法，其中，当所述探针尖端插入到所述特征中时，所述第二驱动信号基本固定。


7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，当所述探针尖端插入到所述特征中时，所述悬臂的形状基本固定。


8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述探针尖端以所述扫描倾斜角插入到所述特征中，所述扫描倾斜角小于所述第一倾斜角的50％、30％或10％。


9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述探针尖端以所述扫描倾斜角插入到所述特征中，所述扫描倾斜角小于1度、优选地小于0.5度、最优选地小于0.1度。


10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，测量所述探针相对于所述参考表面的定向以生成所述探针定向测量结果包括与所述参考表面相互作用。


11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，测量所述探针尖端相对于所述参考表面的定向，以生成所述探针定向测量结果。


12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过以下操作来测量所述探针尖端相对于所述参考表面的定向：
采用所述探针扫描所述参考表面以生成数据集；
分析所述数据集以识别所述数据集中的不对称特征；以及
确定所述不对称特征中的不对称度，以生成所述探针定向测量结果。


13.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，测量所述悬臂相对于所述参考表面的定向，以生成所述探针定向测量结果。


14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过以下操作来测量所述悬臂相对于所述参考表面的定向：
用经由透镜的感测光束照射所述参考表面，使得所述感测光束被所述参考表面反射，生成从所述参考表面反射的光束；
采用所述透镜采集从所述参考表面反射的光束，并将从所述参考表面反射的光束引导到位置敏感检测器上，所述位置敏感检测器生成参考测量结果，所述参考测量结果指示从所述参考表面反射的光束在所述位置敏感检测器上的位置；
采用所述感测光束照射所述悬臂，使得所述感测光束被所述悬臂反射，生成从所述悬臂反射的光束；
采用所述透镜采集从所述悬臂反射的光束，并将从所述悬臂反射的光束引导到所述位置敏感检测器，所述位置敏感检测器生成悬臂测量结果，所述悬臂测量结果指示从所述悬臂反射的光束在所述位置敏感检测器上的位置；以及
根据所述参考测量结果和所述悬臂测量结果生成所述探针定向测量结果。


15.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，改变所述悬臂的形状包括使所述悬臂挠曲和/或扭转。


16.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述特征具有入口和底部、从所述入口到所述底部的深度D、所述入口处的宽度W以及纵横比D/W，所述纵横比D/W大于1、2、5或10。


17.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述探针尖端具有根部和尖端、从所述根部到所述基底的长度L、最大宽度W以及纵横比L/W，所述纵横比L/W大于5、10或15。


18.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述特征具有入口、底部和从所述入口延伸到所述底部的一对相对侧壁。


19.一种使悬臂相对于参考表面定向的方法，所述方法包括：
用经由透镜的感测光束照射所述参考表...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·汉弗里斯，
申请(专利权)人：英菲尼特斯马有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB