扫描探针系统技术方案

一种用扫描探针系统扫描样品的方法，扫描探针系统包括探针，探针具有从基部延伸到自由端的悬臂的探针，以及由悬臂的自由端承载的探针尖端。该方法包括：使用探针测量样品和探针之间的静电相互作用；并且在静电相互作用之后，在向扫描探针系统施加偏置电压的同时，用探针扫描样品，其中，所施加的偏置电压是基于测得的样品和探针之间的静电相互作用的。测得的样品和探针之间的静电相互作用的。测得的样品和探针之间的静电相互作用的。

Scanning probe system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描探针系统
专利

[0001]本专利技术涉及扫描探针系统和用扫描探针系统扫描样品的方法。

技术介绍

[0002]一些待由扫描探针显微镜扫描的样品会产生电荷。这种电荷会对扫描探针显微镜所做的测量产生严重影响——在较轻微的情况下，由于扫描探针和样品上的电荷之间的相互作用，生成的图像会失真且不准确。在较严重的情况下，由于上述相互作用，扫描探针甚至无法接近样品至合适的扫描范围内。
[0003]US8011230公开了一种扫描探针显微镜，其能够不受样品静电荷分布影响地进行形状测量。通过检测由于静电荷引起的悬臂的弯曲或振动状态的变化来监测静电荷状态，该监测在探针和样品之间进行相对扫描的测量期间与扫描同步。显微镜进行电位调整，以消除静电荷分布的影响，从而防止因放电而损坏探针或样品，并减少因静电荷分布引起的测量误差。
[0004]US8011230的显微镜存在的问题是，由于与扫描同步地对静电荷状态进行监测，导致这种监测会减慢扫描速度。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用扫描探针系统扫描样品的方法。所述扫描探针系统包括探针，所述探针包括从基部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：将所述探针移动到样品对所述探针施加静电力的测量位置；在测量位置：将测量电压施加到所述扫描探针系统，改变施加在所述扫描探针系统上的测量电压，并监测所述探针对所述测量电压的变化的反应，以测量抵消电压值，所述抵消电压值减小或消除在所述测量位置对所述探针施加的静电力；以及在测量所述抵消电压值后，在向所述扫描探针系统施加偏置电压的同时，用所述探针扫描所述样品，其中所述偏置电压是基于所述抵消电压值的。
[0006]根据本专利技术的另一方面，提供了一种扫描探针系统，所述系统包括：探针，所述探针包括从基部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；其中，所述扫描探针系统被布置为执行本专利技术第一方面的方法。
[0007]当探针扫描样品时，偏置电压会使样品和探针之间的静电力减小——理想情况下会消除静电力(即，使静电力减小到零)。
[0008]不同于US8011230中与扫描同步地监测静电荷状态，本专利技术在测量抵消电压值之后扫描样品。这意味着可以基于预设偏置电压(或一组预设偏置电压)更快地对样品进行扫描。尽管在一些实施例中偏置电压可能变化——例如在一组预设偏置电压之间变化，但通常偏置电压在扫描样品的区域期间不变。
[0009]只对单个抵消电压值进行测量。可替代地，可以在扫描样品之前对多个抵消电压值进行测量。
[0010]可选地，所述方法包括：将所述探针移动到所述样品对所述探针施加静电力的多个测量位置；在每个测量位置：将测量电压施加到所述扫描探针系统，改变施加到所述扫描探针系统的测量电压，并监测所述探针对所述测量电压的变化的反应，以侧量相应的抵消电压值，所述相应的抵消电压值减小或消除在所述测量位置对所述探针施加的静电力；基于至少两个所述抵消电压值确定偏置电压。
[0011]可以在不参考待扫描样品的区域位置情况下确定所述偏置电压(例如，可以将其计算为抵消电压值的平均值)。更通常地，用所述探针扫描所述样品的区域，并基于所述样品的区域位置(例如其与样品中心的距离，或其X、Y坐标)确定偏置电压。如果所述样品的电荷状态在其表面上发生变化，则会使得所述偏置电压能够更准确地抵消所述探针上的静电力。
[0012]在一些实施例中，基于所述样品的第一区域的位置确定第一偏置电压，且在扫描所述样品的所述第一区域期间，所述第一偏置电压被施加到所述扫描探针系统；基于所述样品的第二区域的位置确定第二偏置电压，且在扫描所述样品的所述第二区域期间，所述第二偏置电压被施加到所述扫描探针系统。通常，第一和第二区域彼此不相邻。
[0013]可选地，所述(或每个)偏置电压是从所述抵消电压值通过插值(例如线性插值)确定的。
[0014]可选地，在所述探针尖端与所述样品之间的间距大于1μm的情况下，在所述(或每个)测量位置处确定所述抵消电压值。
[0015]可选地，该方法还包括在扫描所述样品之前存储所述(或每个)抵消电压值。
[0016]可选地，用所述探针扫描所述样品的区域，且在扫描所述样品的区域期间，施加到所述扫描探针系统的偏置电压不变。或者，在扫描所述样品的区域期间，施加到所述扫描探针系统的偏置电压可以变化。
[0017]可选地，用所述探针扫描所述样品包括：在所述样品上的一系列扫描位置处对所述样品进行一系列扫描测量；并且，每次扫描测量是通过将所述探针尖端移向所述样品，在其中相应的一个扫描位置处进行扫描测量，再将所述探针尖端从所述样品处缩回而进行的。例如，每次扫描测量可以用作二维图像的像素。施加到所述扫描探针系统的偏置电压在不同扫描位置之间可以不变。
[0018]可选地，对于每次扫描测量，在所述探针尖端向所述样品移动时，以及在所述探针尖端从所述样品缩回时，施加到所述扫描探针系统的偏置电压保持基本恒定。
[0019]用所述探针扫描样品可以包括用所述探针对所述样品进行成像，以产生具有多个像素的图像。通常，对于所述图像的每个像素，施加到扫描探针系统的偏置电压都是相同的。
[0020]用所述探针扫描所述样品可以包括测量所述样品的形貌，或所述样品的一些其他特性。
[0021]用所述探针扫描所述样品可以包括在所述样品和所述探针之间产生横向或水平的扫描运动。所述扫描运动可以通过移动所述探针和/或通过移动所述样品来产生。例如，扫描运动可以沿着光栅图案进行。
[0022]所述偏置电压的大小和符号可以是基于所述抵消电压值的。
[0023]可选地，所述测量电压的变化导致所述探针发生偏转，且所述探针的偏转被监测
以确定所述抵消电压。被监测的所述偏转可以是所述悬臂相对于固定轴的角度。
[0024]可选地，所述测量电压的变化可以引起所述探针的振荡参数发生变化(例如探针振荡的相位、频率或幅度)，且所述振荡参数被监测以确定所述抵消电压。
[0025]所述测量电压和所述偏置电压可以被施加到所述探针，最优选地，它们被施加到所述悬臂。
[0026]可替代地，所述测量电压和所述偏置电压可以被施加到靠近所述样品的导体上。例如，靠近所述样品的所述导体可以是导电板。所述导电板可以设置在所述样品上。所述导电板可以设置在所述样品与所述探针相对的一侧。所述导体可以是承载所述样品的载物台。
[0027]将所述偏置电压施加到所述扫描探针系统可以附加地或可替代地包括将所述偏置电压直接施加到所述样品。
[0028]可选地，所述悬臂包括导电层，所述导电层通过电绝缘屏障与所述探针尖端隔开，且所述偏置电压被施加到所述导电层。所述探针可以被布置或构造成使得从所述导电层到所述探针尖端不存在导电通路。所述电绝缘屏障可以是所述悬臂的主体。
[0029]当用所述探针扫描所述样品时，可以照射所述导电层以使所述探针进行循环弯曲运动。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用扫描探针系统扫描样品的方法，所述扫描探针系统包括探针，所述探针包括从基部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：将所述探针移动到所述样品对所述探针施加静电力的测量位置；在所述测量位置：将测量电压施加到所述扫描探针系统，改变施加在所述扫描探针系统上的测量电压，并监测所述探针对所述测量电压的变化的反应，以测量抵消电压值，所述抵消电压值减小或消除在所述测量位置对所述探针施加的静电力；和在测量所述抵消电压值后，在向所述扫描探针系统施加偏置电压的同时，用所述探针扫描所述样品，其中，所述偏置电压是基于所述抵消电压值的。2.根据权利要求1所述的方法，包括：将所述探针移动到多个测量位置，在所述多个测量位置所述样品对所述探针施加静电力；和在每个测量位置：将测量电压施加到所述扫描探针系统，从而改变施加到所述扫描探针系统的测量电压，并监测所述探针对所述测量电压的变化的反应，以测量相应的抵消电压值，所述相应的抵消电压值减小或消除在所述测量位置对所述探针施加的静电力；和基于至少两个所述抵消电压值确定所述偏置电压。3.根据权利要求2所述的方法，其中，用所述探针扫描所述样品的区域，并基于所述样品的所述区域的位置确定所述偏置电压。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述偏置电压在扫描所述样品的区域期间不变。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中：基于所述样品的第一区域的位置确定第一偏置电压，且所述第一偏置电压在扫描所述样品的所述第一区域期间被施加到所述扫描探针系统；和基于所述样品的第二区域的位置确定第二偏置电压，且所述第二偏置电压在扫描所述样品的所述第二区域期间被施加到所述扫描探针系统。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述(或每个)偏置电压是从所述抵消电压值通过插值确定的。7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，在所述探针尖端与所述样品之间的间距大于1μm的情况下，在所述(或每个)测量位置处确定所述抵消电压值。8.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括在扫描所述样品之前，存储所述(或每个)抵消电压值。9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，用所述探针扫描所述样品的区域，且在扫描所述样品的区域期间，施加到所述扫描探针系统的偏置电压不变。10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，用所述探针扫描所述样品包括：在所述样品上的一系列扫描位置处对...

【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：