原子力显微镜及其驱动方法技术

提供来一种能在大气压力下以高分辨率高速观察样品表面的外形的原子力显微镜（ＡＦＭ）及其驱动方法，该ＡＦＭ包括光束源单元、光束扫描器、扫描探头单元（或矩阵），光束检测单元、驱动控制单元及显示单元。该驱动方法包括有步骤：响应参照信号振动设在各该扫描探头的第一致动器；检测在其自由端上设有尖端的悬臂的弯曲量；以及根据该悬臂的弯曲量将伺服信号传输给第二致动器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及；而更具体地涉及装有多个能在大气压力下以高分辨率高速观察样品的外形的扫描探头的。已利用各种技术观察诸如半导体器件的表面等表面的外形。诸如原子力显微镜(AFM)等扫描探头显微镜为能通过用受观察的表面与设置在扫描探头上的尖端之间的原子力所生成的信号作为反馈信号，同时在受观察的表面与尖端之间保持不变的间距而不破坏该受观察的表面地以纳米或亚纳米范围的高分辨率观察表面的显微镜。颁发给Theodore等人的名为“测定半导体器件的外形的方法与装置”的美国专利号5,338,932公开了用于执行原子力显微技术及扫描隧道显微测量的组合来提供表面外形与材料成分的精确表示的装置与方法。该装置的可变柔性探头包含参照元件、可变刚性元件、支承件、导电尖端及力元件。参照元件的第一端及可变刚性元件的第一端附着在支承件上使该参照与可变刚性元件构成从支承件伸出的两根平行悬臂。将力元件连接在参照与可变刚性元件两者上。力元件在可变刚性元件上作用一可变力以便改变该可变刚性元件的刚性或弹性常数。虽然该可变柔性探头能执行原子力显微技术与扫描隧道显微测量的组合，但难于减小该可变柔性探头的尺寸以便构成采用多个可变柔性探头的系统，由于该可变柔性探头是用其间包含该力元件的带小间隔的互相分离的两根平行悬臂构成的。颁发给Tohda等人的名为“扫描探头显微镜及使用这一显微镜测定表面的方法”的美国专利号5,468,959公开的装有活动悬臂的组合原子力显微技术与扫描隧道显微技术的先进功能的扫描探头显微镜及使用这一显微镜观察表面的方法。这一显微镜可在大气压力下工作，然而如果要求获得清洁样品表面的详细信息的测定则最好将这一显微镜放置在超高真空中。虽然这一显微镜具有能在大气压力下工作的优点，但由于该扫描探头具有类似于Theodore等人的那种用于改变扫描探头的刚性或弹性常数的大的结构而难于缩小用在该显微镜中的扫描探头的尺寸。颁发给Watanabe等人的名为“调整反馈控制下的原子力显微镜”的装置专利号5,723,775公开了能通过减小包含轴向驱动致动器的悬臂的质量同时消除由这一质量减小导致的缺点而达到执行高速反馈控制的原子力显微镜(AFM)。这一AFM在扫描要观察的样品的结构的同时，保持该样品的表面与设置在扫描探头上的尖端之间的恒定间隔。然而，当尖端受到大气压力下可能在受观察的样品表面上存在的诸如尘土、水滴之类的杂质污染时，表示样品表面的外形的图像将会降低。如上所述，上述专利中无一教导能观察样品表面的外形的带有多个扫描探头的系统及其驱动方法。当采用上术专利中所描述的技术之一构造使用多个扫描探头的系统时，将最终得出昂贵与笨重的系统。因此，为了在大气压力下以高分辨率高速观察样品表面的外形希望提供廉价及紧致尺寸的带有多个扫描探头的系统及其驱动方法。因此，本专利技术的目的为提供能在大气压力下以高分辨率高速观察样品的外形的。按照本专利技术的一个方面，提供了能在大气压力下以高分辨率高速观察样品表面的外形的原子力显微镜(AFM)包括多个用于测定样品表面的扫描探头，其中各该扫描探头包含具有尖端与第一及第二致动器的悬臂；用于检测从所述各该扫描探头反射的光束以便将其转换成依赖于第二信号的第一信号的装置；以及通过生成第三与第四信号来驱动扫描探头及检测关于样品表面的外形的信息的装置，其中该第一致动器响应第三信号执行轻拍(tapping)操作，该第二致动器响应第四信号执行定位操作，且第三信号的频率高于第四信号的频率。按照本专利技术的另一方面，提供了能在大气压力下以高分辨率高速观察样品表面的外形的原子力显微镜，包括具有N×M个扫描探头的扫描探头矩形阵，用于测量样品表面，其中各该扫描探头包含具有尖端与第一及第二致动器的悬臂，N与M分别为大于1的正整数；用于检测从各该扫描探头反射的光束以便将其转换成电信号的装置；以及通过生成一参照及一伺服信号来驱动这些扫描探头及检测关于样品表面的外形的信息的装置，其中该第一致动器响应参照信号执行轻拍操作，该第二致动器响应伺服信号执行定位操作，且参照信号的频率高于伺服信号的频率。按照本专利技术的又另一方面，提供了驱动能在大气压力下以高分辨率高速观察样品表面的外形的带有多个扫描探头的原子力显微镜(AFM)的方法，包括下述步骤a)响应参照信号振动设置在各该扫描探头上的第一致动器；b)检测在其自由端上设有尖端的悬臂的弯曲量；以及c)根据悬臂的弯曲量传输伺服信号给第二致动器，其中设置在所述各该扫描探头上的悬臂及第一与第二致动器是设置在与设有尖端的自由端相对的悬臂上的。从下面结合附图的给出的较佳实施例的描述中，本专利技术的上述与其它目的与特征是显而易见的，附图中附图说明图1示出按照本专利技术的能观察样品表面的外形的原子力显微镜(AFM)的示意图；图2示出图1中所示的光束扫描器的详图3表示沿图1中所示的虚线P-P’所取的一个较佳实施例的扫描探头的剖视图；图4描绘按照本专利技术的另一较佳实施例的扫描探头单元的剖视图；图5示出图1中所示的驱动控制单元的框图；以及图6为说明按照本专利技术的AFM的驱动操作的流程图。下面参照图1至6描述本专利技术的较佳实施例，它们只是以示例的方式给出的不应认为是对本专利技术的限制。参见图1，其中示出了按照本专利技术的带多个扫描探头的原子力显微镜(AFM)100的示意性框图，其中该AFM100能在大气压力下以高分辨率高速观察样品表面的外形。如图1中所示，AFM100包括光束源单元110、光束扫描器120、扫描探头单元130，光束检测单元140、驱动控制单元150及显示单元160。光束源单元110发射最好是诸如激光束的一光束到光束扫描器120。光束源单元110可包含例如激光二极管(LD)、发光二极管(ED)等诸如此类。光束扫描器120机械地连接在支承件(未示出)上，并且通过线路L16电连接在驱动控制单元150上。光束扫描器120接收从光束源单元110发射的光束以便响应从驱动控制单元150通过线路L16提供的位置信号顺序地通过扫描探头单元130的对应扫描探头131a、131b或131c上的光扫描路径A、B或C执行扫描操作。扫描探头单元130包含三个扫描探头131a、131b与131c，其中各个分别通过公共线路L14与线路115a、115b与115c电连接在驱动控制单元150上。为了简单起见，将扫描探头单元130示出为只由三个扫描探头131a至131c构成，但熟悉本技术的人员会理解必要时扫描探头单元130可由多个扫描探头构成。扫描探头单元130通过光反射路径A’、B’或C’将从光束源单元110发射的光束反射到光束检测单元140。光束检测单元140通过线路L13a与L13b电连接在驱动控制单元150上。光束检测单元140可用开关单元144及三个光电探测器142a至142c构成，光电探测器的数目与扫描探头131a至131c的数目相同。各光电探测器电连接在开关单元144上。各光电探测器142a至142c包含一电信号放大器(未示出)并将由扫描探头单元130反射的光束转换成对应的电信号以便用该电信号放大器将其放大到预定的信号电平。显示单元160电耦合在驱动控制单元150上。参见图2，其中示出了图1中所示的光束扫描器120的详图。如图2中所示，光束扫描器120包含第一电极210、电可移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能在大气压力下以高分辨率高速观察样品表面的外形的原子力显微镜，包括：多个用于测定该样品表面的扫描探头，其中各该扫描探头包含具有尖端及第一与第二致动器的悬臂；用于检测从所述各该扫描探头反射的光束以响应第二信号将其转换成第一信号的装 置；以及用于通过生成第三与第四信号来驱动扫描探头及检测关于样品表面的外形的信息的装置；其中该第一致动器响应第三信号而执行轻拍操作，第二致动器响应第四信号而执行定位操作，且该第三信号的频率高于该第四信号的频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄圭昊，金相国，金裕光，
申请(专利权)人：株式会社大宇电子，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]