扫描探针显微镜的测量装置和利用扫描探针显微镜对测量样品进行扫描探针显微测试的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测量装置、扫描探针显微镜和对测量样品进行测试的方法。用于扫描探针显微镜的测量装置具有：样品容纳部，其设置成用于容纳要测试的测量样品；测量探针，其设置在探针支架上并且具有探针尖，该测量样品能够利用所述探针尖进行测量；移位装置，其设置成，为了测量所述测量样品使测量探针和样品容纳部相对于彼此运动，使得测量探针为了测量所述测量样品而相对于测量样品在至少一个空间方向上实施扫描运动；控制装置，其与移位装置连接并控制测量探针与样品容纳部之间的相对运动；以及传感器装置，其设置成，检测测量探针和/或样品容纳部的实际运动的运动测量信号并将所述运动测量信号发送给控制装置。

【技术实现步骤摘要】
扫描探针显微镜的测量装置和利用扫描探针显微镜对测量样品进行扫描探针显微测试的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2019年11月21日提交德国专利商标局的德国专利申请号102019131421.6的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种用于扫描探针显微镜的测量装置、一种扫描探针显微镜和一种利用扫描探针显微镜对测量样品进行扫描探针显微式测试的方法。
技术介绍
这样的扫描探针显微镜以各种不同的实施形式已知。所述扫描探针显微镜用于扫描探针显微式地测试测量样品。这里，为了扫描测量样品，在测量探针的探针尖和样品容纳部之间发生相对运动，用于进行测试的测量样品设置在所述样品容纳部上。测量探针和样品容纳部借助于移位装置相对于彼此运动。探针尖和测量样品发生相互作用。对于这种相互作用探测测量信号。这种原子力显微镜可以具有能弹性弯曲的杠杆臂，探针尖位于所述杠杆臂的端部上。移位装置具有用于实现探针尖和要测试的测量样品之间的相对移位的驱动器，在扫描显微法中例如使用压电致动器作为驱动器。此外，设有用于测量杠杆臂上的力的探测单元。根据具体实施方案，各构件可以固定在一个或多个支座上。例如当驱动器在测量中实施周期性的振动运动时，驱动器的运动可能独立于其固有的谐振特性由于不同运动轴线的机械耦合而实施非计划的运动或者激励相应的支座结构发生内振动。这会导致样品表面的成像失真或样品的表面特性的成像失真，因为预期的，通过有针对性地操控驱动器产生的轨迹与探针尖和样品之间的实际相对运动不一致。在探针显微法测试中，测量样品通过测量探针(探针尖)扫描。这里要注意的是，由测量探针在测试中实际实施的扫描也对应于对于测量技术上的测试预先规定的和计划的网格形式，从而在扫描时产生的测量样品的图像不会发生扭曲。在已知的扫描探针显微镜中，在这种情况下，当在移位装置中采用的压电元件导致发生非线性的运动时，则可能出现问题。附加地还会出现所谓的蠕变，这会导致，例如可能设计成悬臂的测量探针和测量样品附加于扫描运动而相对于彼此运动。通常，此时通过传感器测量两个构件之间的偏移，这里由移位装置使其中一个构件运动，相反，另一个构件不运动。此时，在测量数据分析评估时通常假定，移位装置(和其容纳部)与测量探针和测量样品之间相互作用的位置之间的连接是刚性的。在扫描或探测速度(扫描频率)较高时，这种假设通常不再成立并且因此会出现图像失真，传感器不再能识别这种图像失真并且也不能消除这种图像失真。
技术实现思路
本专利技术的目的是，给出一种用于扫描探针显微镜的测量装置、一种扫描探针显微镜和一种利用扫描探针显微镜对测量样品进行扫描探针显微测试的方法，其中，能够以更高的精度实施测量样品测试。为了实现所述目的，提出一种根据独立权利要求1的用于扫描探针显微镜的测量装置以及根据并列独立权利要求14和15的扫描探针显微镜和用于利用扫描探针显微镜对测量样品进行扫描探针显微式测试的方法。各实施形式是从属权利要求的主题。根据一个方面，提出一种用于扫描探针显微镜的测量装置，所述测量装置具有以下特征：样品容纳部，所述样品容纳部设置成用于容纳要测试的测量样品；测量探针，所述测量探针设置在探针支架上并且具有探针尖，利用所述探针尖能测量所述测量样品；移位装置，所述移位装置设置成，为了测量所述测量样品使测量探针和样品容纳部相对于彼此运动，使得测量探针为了测量所述测量样品而相对于测量样品在至少一个空间方向上实施扫描运动；控制装置，所述控制装置与移位装置连接并控制测量探针与样品容纳部之间的相对运动；以及传感器装置，所述传感器装置设置成，检测测量探针和/或样品容纳部的实际运动的运动测量信号并将所述运动测量信号发送给控制装置，在测量探针和样品容纳部之间为了测量所述测量样品而相对移动时实施所述实际运动，所述运动测量信号指示沿第一空间方向的干扰扫描运动的第一运动分量和沿第二空间方向的干扰扫描运动的第二运动分量，所述第二空间方向横向于第一空间方向延伸。此外，所述控制装置还设置成，根据所述运动测量信号控制测量探针与样品容纳部之间的相对运动，使得通过控制装置给移位装置加载起补偿作用的控制信号分量，所述控制信号分量对于测量探针和/或样品容纳部的运动实现第一反向运动和/或第二反向运动，所述第一反向运动基本上补偿沿第一空间方向的干扰性的第一运动分量，所述第二反向运动基本上补偿沿第二空间方向的干扰性的第二运动分量。根据另一个方面，提供一种具有所述测量装置的扫描探针显微镜。根据又一个方面，提供一种用于利用扫描探针显微镜对测量样品进行扫描探针显微测试的方法，所述方法包括以下步骤：将测量样品设置在扫描探针显微镜的样品容纳部上；以及通过探针对测量样品进行探针显微式的测试，所述测量探针设置在探针支架上并具有探针尖。这里，通过移位装置使测量探针和样品容纳部相对于彼此运动，使得测量探针相对于测量样品沿至少一个空间方向实施扫描运动。设有控制装置，所述控制装置与移位装置连接并控制测量探针与样品容纳部之间的相对运动。通过传感器装置检测测量探针的运动和/或样品容纳部的运动的运动测量信号，在测量探针与样品容纳部的相对运动中实施所述运动，所述运动测量信号指示干扰扫描运动的沿第一空间方向的第一运动分量和干扰扫描运动的沿第二空间方向的第二运动分量，所述第二空间方向横向于第一空间方向延伸。将所述运动测量信号发送给控制装置。控制装置根据所述运动测量信号控制测量探针与样品容纳部之间的相对运动，使得通过控制装置给移位装置加载补偿用的控制信号分量，所述控制信号分量对于测量探针和/或样品容纳部的运动实现第一反向运动和/或第二反向运动，所述第一反向运动基本上补偿沿第一空间方向的干扰性的第一运动分量，所述第二反向运动基本上补偿沿第二空间方向的干扰性的第二运动分量。借助于所述传感器装置检测由测量探针和/或由设置在样品容纳部上的测量样品实际实施的运动并将其反馈给控制装置，从而所述控制装置可以以次为根据产生用于使测量探针和测量样品相对运动的移位装置的控制信号。如果由测量探针和测量样品在扫描或探测测量样品时实际实施的运动与针对探针显微法测试预先规定的扫描运动不同，则由此可以对此进行修正。由此以改进的方式确保了，在测试测量样品时在测量探针和样品容纳部之间实施的相对运动(扫描测量样品)对应于针对测试计划和预先规定的运动。在本公开的范围内，扫描运动(探测)是测量探针与测量样品之间的相对运动，用于使测量探针与测量样品的要测试的区域发生相互运动。这里，例如可以沿相对于测量样品的一个横向方向实施三角形运动，而沿另一个横向方向实施阶梯函数式的运动，从而扫描测量样品的四边形区域。第一或第二空间方向(空间轴)可以对应于扫描运动的至少一个空间方向。所述传感器装置可以设置成，以绝对测量的形式检测运动测量信号。绝对测量在本公开的范围内是指基于惯性系统测量物理量，这意味着，在没有任何基准点的情况下进行测量，特别是没有在测量装置上的、也没有在测量装置的周围环境中的、例如在试验室中的基准点。所述传感器装置可以设置成，对于测量探针和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于扫描探针显微镜的测量装置，具有/n-样品容纳部，所述样品容纳部设置成用于容纳要测试的测量样品；/n-测量探针，所述测量探针设置在探针支架上并且具有探针尖，所述测量样品能够利用所述探针尖进行测量；/n-移位装置，所述移位装置设置成，为了测量所述测量样品使所述测量探针和所述样品容纳部相对于彼此运动，使得所述测量探针为了测量所述测量样品而相对于所述测量样品在至少一个空间方向上实施扫描运动；/n-控制装置，所述控制装置与所述移位装置连接并控制所述测量探针与所述样品容纳部之间的相对运动；以及/n-传感器装置，所述传感器装置设置成，检测所述测量探针和/或所述样品容纳部的实际运动的运动测量信号并将所述运动测量信号发送给所述控制装置，在所述测量探针与所述样品容纳部之间为了测量所述测量样品而相对运动时实施所述实际运动，其中所述运动测量信号指示沿第一空间方向的干扰扫描运动的第一运动分量和沿第二空间方向的干扰扫描运动的第二运动分量，所述第二空间方向横向于所述第一空间方向延伸；/n其中，所述控制装置还设置成，根据所述运动测量信号来控制所述测量探针与所述样品容纳部之间的相对运动，使得通过所述控制装置给所述移位装置加载起补偿作用的控制信号分量，所述控制信号分量对于所述测量探针和/或所述样品容纳部的运动实现第一反向运动和/或第二反向运动，所述第一反向运动基本上补偿沿所述第一空间方向的干扰性的所述第一运动分量，所述第二反向运动基本上补偿沿所述第二空间方向的干扰性的所述第二运动分量。/n...

【技术特征摘要】
20191121 DE 102019131421.61.一种用于扫描探针显微镜的测量装置，具有
-样品容纳部，所述样品容纳部设置成用于容纳要测试的测量样品；
-测量探针，所述测量探针设置在探针支架上并且具有探针尖，所述测量样品能够利用所述探针尖进行测量；
-移位装置，所述移位装置设置成，为了测量所述测量样品使所述测量探针和所述样品容纳部相对于彼此运动，使得所述测量探针为了测量所述测量样品而相对于所述测量样品在至少一个空间方向上实施扫描运动；
-控制装置，所述控制装置与所述移位装置连接并控制所述测量探针与所述样品容纳部之间的相对运动；以及
-传感器装置，所述传感器装置设置成，检测所述测量探针和/或所述样品容纳部的实际运动的运动测量信号并将所述运动测量信号发送给所述控制装置，在所述测量探针与所述样品容纳部之间为了测量所述测量样品而相对运动时实施所述实际运动，其中所述运动测量信号指示沿第一空间方向的干扰扫描运动的第一运动分量和沿第二空间方向的干扰扫描运动的第二运动分量，所述第二空间方向横向于所述第一空间方向延伸；
其中，所述控制装置还设置成，根据所述运动测量信号来控制所述测量探针与所述样品容纳部之间的相对运动，使得通过所述控制装置给所述移位装置加载起补偿作用的控制信号分量，所述控制信号分量对于所述测量探针和/或所述样品容纳部的运动实现第一反向运动和/或第二反向运动，所述第一反向运动基本上补偿沿所述第一空间方向的干扰性的所述第一运动分量，所述第二反向运动基本上补偿沿所述第二空间方向的干扰性的所述第二运动分量。


2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述传感器装置设置成，以绝对测量的方式检测所述运动测量信号。


3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述传感器装置设置成，对于所述测量探针和/或所述样品容纳部的实际运动检测运动测量信号，所述运动测量信号指示沿所述样品容纳部的x-y平面的x方向的干扰扫描运动的第一运动分量。


4.根据上述权利要求中至少一项所述的测量装置，其特征在于，所述运动测量信号包括用于沿所述第一空间方向的干扰扫描运动的第一运动分量和用于沿所述第二空间方向的干扰扫描运动的第二运动分量的位置测量信号。


5.根据上述权利要求中至少一项所述的测量装置，其特征在于，所述控制装置和所述移位装置设置成，在测量所述测量样品时，作为周期式运动沿至少一个空间方向实施所述测量探针相对于所述测量样品的扫描运动。


6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述控制装置和所述移位装置设置成，在测量所述测量样品时，根据所述运动测量信号在周期式运动的幅值和/或相位方面控制所述测量探针相对于所述测量样品的周期式运动。


7.根据上述权利要求中至少一项所述的测量装置，其特征在于，所述传感器装置设置成，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈·多布勒，达尼洛·尼采，弗雷德里克·布考·范德，
申请(专利权)人：布鲁克纳米有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE