CN101501785A - 针对米到亚纳米长度范围内的高速测量、分析和成像的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一个用于对各类尺寸的被测物体及表面进行测量、分析及成像的系统。在多数的条款中，一般来讲，本发明与这样的一个设备有关，这个设备能够测量一个物体，测量将低分辨率光学系统、高分辨率光学系统、SPM/AFM及材料分析技术结合起来对物体进行测量。把各种分辨率条件下收集的数据整合在一起来校正可以于物体表面的绝对位置相对应，可在物体表面选取任意的区域以任意角度程度的精度(可达到原子级)进行分析。在本发明的一个特殊实例说明装置中，揭示了一个对所测物体表面的测量数据的采集系统。系统包括一个样品镜台，用来承载被测物体。系统还包括一个光学镜头系统，安装在样品镜台上。光学镜头系统用来捕捉被测物体的光学图像。

Description

针对米到亚纳米长度范围内的高速测量、分析和成像的系统及方法

参照有关专利

这项申请根据下面列出的美国临时申请办法来要求索赔：申请专利号No.60/803,804，申请日期2006年6月2日，全标题为“针对米到亚纳米^M(1亚纳米＝1埃)长度范围内的高速测量、分析及成像的系统及方法”；

本揭露与本发明人接下来的共同等待美国专利申请和已获得的早期发明的美国专利有关。

·美国专利号4,561,731，发表于1985年12月31日

·美国专利号6,144,028，发表于2000年11月07日

·美国专利号6,229,138，发表于2001年05月08日

·美国专利号6,242,734，发表于2001年06月05日

·美国专利号6,265,711，发表于2001年07月24日

·美国专利号6,281,491，发表于2001年08月28日

·美国专利号6,337,479，发表于2002年01月08日

·美国专利号6,339,217，发表于2002年01月15日

·美国专利号6,369,379，发表于2002年04月09日

·美国专利号6,232,597，发表于2001年05月15日

·美国专利号6,396,054，发表于2002年05月28日

·美国专利号6,515,277，发表于2003年02月04日

·美国专利号7,045,780，发表于2006年05月16日

·申请号11/531,248，申请日期2006年09月12日，标题全称为“扫描探针显微镜和原子力显微镜中探针尖的应用”，发表于2002年04月09日

·申请编号11/383,356，申请日期2006年05月15号，标题全称“微型机械加工成的可用于扫描探针显微镜或者目标对象物体修改的电子束或者和离子束源以及二次电子收集装置微型机械结构和次级测量头”。

把这里公布的申请和专利包括所有附件和附录在内整合在一起，可用于各种用途的参考。

背景技术

本发明主旨是倾注于对各种规格尺寸的物体及其表面的测量、分析和成像技术。尤其是，该发明提供了一种系统和方法来对物体及其表面测量、分析和成像，范围从人眼宏观可见的范围到数十、数百、数千阿托(1阿托＝10^-18米)或小于一个典型的原子宽度的范围。在大多数的条件中一般来讲，本发明与这样的一个设备有关，这个设备能够测量一个物体，测量将低分辨率光学系统、高分辨率光学系统、SPM/AFM及材料分析技术结合起来对物体进行测量。各种分辨率下采集的数据可以与目标物体表面的绝对位置相对应有关，绝对位置定位好后可以对被选择的目标物体表面的区域进行任意程度精度的各种角度的精确分析(小到原子)。这套扫描能力达到17个数量级的设备叫做阿托镜；这些设备包含这份专利申请中描述的特有技术，这项技术可能会命名为

或者这是

公司的商标贸易标识术语。

是注册于特拉华州的一个公司。

这项发明意在克服了现有的阿托镜例如传动透射电子显微镜存在的很多问题。与扫描探针显微镜、纳米机械、微机械、机械、光学、生物技术及生物医药学有关的制造及其他加工过程都会从电子束和离子束成像和修改技术受益。但是对现有的电子束、离子束、离子和电子的二重双束系统在速度、标本准备、成本控制和本质破坏性的修改方面的表现还不是特别理想。尤其是在生物领域和日益增多的越来越多地在半导体领域，在这些问题的影响下，典型传统的电子束和离子束系统所需要的高速能量正对课题研究对象、检查的必要条件或者生产材料产生创伤性的影响或者是致命的影响。

从以上可以看出，对多种长度范围内的目标物体进行测量、分析和成像的技术的更新是迫切的。

发明内容

本发明的装置展示说明解决了上述提到的一些或者所有的困难题。一些装置实例说明可能提供更多的优势有利条件，包括本申请中所列出的一部分或者全部的优势有利条件。

从用户的观点考虑，把本发明的实例说明装置准确无疑的从低放大率调到高倍放大率已变得很迫切(使用扫描探针显微镜[SPM]或者电子显微镜)，并且步骤很简单，例如用户可以通过计算机软件控制的显示器实时放大或者缩小放大率(1/30秒或者更快)。

本发明的另外一个目标是要能在自然环境或者周围环境中操作，而且自然环境中所用的样品的准备不同于在而不需要为真空环境中所用的做样品的准备。在真空环境中下生物样品会有实质的改变并减少样品的死亡生存率。

此外，本发明中的装置展示说明的理想效果是能够在水或者其他液体下操作。

本发明实施例的另一个目的是提供用于确定样本或乃至样本表面上或内部体积中的所述材料的单个分子或原子的任何部分的材料成分。

本发明的一些实施例的又一个目的是能够在优势温度下且在随时间具有较大温度变化时在高振动的工厂地板环境中操作。

本发明还有一个目的就是集成光学、扫描探针显微镜(包括近场和远场探针交付发射的电磁辐射)和电子的方法，而每一种调整放大率范围的方法都适合其使用，而且对客户也是全透明的。

它是对象的进一步体现本发明提供了一种手段和歧视高地方向向上或向下的任何表面低放大倍率为那些在传统的光学方法中占主导地位这一综合系统。本发明的另一个目的是为低放大率的集成系统提供一个鉴别表面高度和方向的方法，可以鉴别向上或者向下的任何表面。而传统的光学方法在这一集成系统占据主导地位。

本发明中的装置展示说明的另一个目的是提供一个通过一系列角度来轮换(转动)转动光学、SPM、电子束头及样本的方法，而使光学和SPM及电子束，对例如侧墙、底切和表面的空穴裂缝等这些角度，都可以达到。最后的旋转也是要使得对大表面的校正更容易，这个表面可能有局部有些倾斜或者整个表面都有些倾斜，这使得适时合适的补偿使得对倾斜的部分进行细节就变得更容易得到。

本发明的另一个目的是提供与固体表面的各个视角有关的新的数学解决处理方法。把每一个表面观察都组合起来就构成了整个固体物体的一个形貌图，可以充分的旋转这个代表(观察表面)并很容易的在一个匹配的显示设备上得到一个3D视图或者预想的3D视图以及一系列的2D视图。这些数据资料或视图将成为通过矩阵运算的主题范围和众所周知的技术，这种技术适用于单值函数，单值函数是通过把多值表面分成一系列连续的单值函数而获得的。

本发明的另一个目的是使用原子力显微镜(AFM)引导的豪微计算机纳米机械加工和其他的表面修改技术并利用阿托镜(attoscopic)为其它技术来准备样品抽样对象或者准备样品底座。这些技术包括TEM，SEM，原子探针，FEM，LEAP，FIM以及其他中所熟知的阿托镜(attoscopy)技术。

本发明的一个特殊展示装置就是，在低倍放大率景深比较大时，受控光源能为投影提供精确的方向和角度、偏振态、颜色和强度并按反射率进行区分，反射率按目标图像的一帧内或者帧到帧的方式进行区分。然后分别对比这些图像，并用这些图像来测定物体表面的高度、曲率、反射率和颜色。制作一个物体的表面分析图，然后用它来设置简单的光学、共焦及干涉显微镜的光焦范围及设置变焦的起点和终点，并为运算法则提供参考。然后用光学方法在高倍放大率下观察这个物体的表面分析图(根据用户指令或者根据自动的测量顺序要求)，这个表面分析图在也包含了对SPM上成一个探针尖的图像成像。在每一个连续的焦点对准的指令下，SPM针尖被它的z转换压电支撑，这个z转换压电支撑离正在使用的目标的焦平面有一个精确的距离。例如，这个精确距离可以通过自动校准过程获得，在自动校准的时候每次降低一点点针尖到焦平面的距离直到它从图象上消失，也可以通过一束试验调制光速来测量这个精确距离，在各调制光束在针尖处会被分散并对目标物体收集的光进行采样。然后在光学模式下针尖接近或碰触到焦平面之前，会使扫描探针显微镜的针尖一直被抬起来，这样它就会一直在表面的上面。

在扫描探针显微镜SPM针尖下面最低点的区域的光学图像描述了光学装置摆动的最大值，这个光学装置承载着这个SPM针尖。可能会用SPM探针来检查在SPM探针针尖下面的成像区域，并根据用户的要求逐步加大放大率直到达到SPM分辨率技术的极限值，现如今一个探针的分辨率值在x、y和z的三维中小于1

。正如参考资料和专利中提到的，当放大率增大到20到40平方纳米时，就可以用从SPM针尖表面发射出来的波长只有几个纳米的一束电子束及电磁束。

本发明的另一个特殊装置是一个采集系统，用于采集目标物体的测量数据。这个数据采集系统包括一个样品镜台，用来支撑目标物体。这个系统还包括一套光学镜头装置，这套光学镜头装在上述的样品镜台上。配备这套光学镜头装置是用来捕获目标物体的光学图像的。此外这个系统还包括一个扫描探针显微镜装置(SPM)，扫描探针显微镜配有一个针尖。扫描探针显微镜装置(SPM)与光学镜头装置装配在同一个中心轴上。除此之外，这套系统还包括一套定位系统，用来定位光镜镜头装置和扫描探针显微镜装置(SPM)以及固定在样品镜台上的目标物体。从光学镜头装置所获得的光学图像上能够观察到SPM装置的探针针尖。

在本发明的另一个特殊装置中描述了如何确定目标物体的的位置的方法。这个方法包括如何定位在样品镜台上的目标物体的位置。样品镜台是用来承载目标物体的。这个方法中至少要用三个照明光源来照亮目标物体以及镜台样品的平面，这三个照明光源与样品镜台分别成不同的角度。每一个照明光源都分别对目标物体投影。这个方法还包括利用目标物体的投影信息来描述目标物体的表面，至少要描述一个表面，然后构建一个目标物体的高度分析图。此外，这个方法包括如何使用高度分析图来计算一个元件相对于第二个元件的的绝对位置。

在本发明的另一个特殊装置中提供了一个数据采集系统，用于对目标物体的测量数据的采集。这个系统包括一个样品镜台，用来支撑目标物体的。这个系统还包括一个光学装置，这个光学装置配有一个照相机。这个系统还包括用三个照明光源以及镜台样品的平面，这三个照明光源分别与样品镜台的表面成不同的角度。每种光源的波长都不同，并分别对目标物体形成投影。此外，这个系统还包含有探测器，用来探测目标物体的投影。至少一个探测器要能接收到照明光源的每一个波段。另外，这个系统还配置一个处理部件，利用来自探测器的信息来计算目标物体的高度配置这个处理部件的另一个用途是用来区分目标物体相对于相机的方向是向上还是向下，这个相机是用来队目标物体成像的。

在本发明的另一个特殊装置中提供了一个目标物体的测量数据采集系统。这个系统包括一个样品镜台，用来承载目标物体。这个系统还包括一个光学镜头装置，被安装在样品镜台上。这个系统还包括一个光学镜头装置，用来捕捉目标物体所成的光学图像。此外，这个系统还包括一套扫描探针显微镜(SPM)装置，这套装置配有一个探针针尖。这个SPM针尖是用一种特殊的反光材料制作的。另外，这个系统还配备一套定位系统，用来对光学镜头装置及扫描探针显微镜装置SPM以及固定在样品镜台上的目标物体定位。这个系统还配备一个调制照明光源，这个调制照明光源通过光学系统的一个傅立叶平面上的反射镜继电器把线偏振光束反射到扫描探针显微镜的探针针尖上，这个系统还包括一个探测器和放大器装置，这个放大器与调制光源保持一致。这个探测器和放大器装置还将用来检测SPM装置的针尖是否进入到光学镜头装置的焦点区域内并为SPM装置创建一个光学镜头装置的焦平面的参考基点。

在本发明的另一个特殊装置中提供了一个探针，这个探针是用来扫描并触碰目标物体的。探针包含一个针尖，针尖的尖端锋利无比，探针表面是坚硬无比的金刚石镀膜，至少针尖的尖端是金刚石镀膜的。针尖以掠射角反射面来反射线偏振光束并把这个线偏振光束反射到针尖尖端附近的目标物体的表面上，线偏振光束是一个光源产生的。

在本发明的另一个特殊装置中提供了一个目标物体的测量数据采集系统。这个系统包括一个样品镜台，用来固定目标物体。这个系统也包括一个光学镜头装置，被安装在样品镜台上。这个光学镜头装置用来捕捉目标物体的光学图像。这个系统包括一个或多个照明光源。此外，这个系统包括一个扫描探针显微镜(SPM)装置，这个SPM装置有一个探针针尖。这个SPM针尖是由一种反光的特殊材料制成的。另外，这个系统还包括一个定位系统，用来对光学镜头装置和SPM装置以及固定在样品镜台上的目标物体进行定位。这个系统还包括一个探测器装置。这个探测器装置是用来从一个照明光源或多个照明光源接收光束，然后对SPM针尖尖端附近的目标物体表面成像。

要了解本发明的更多特性和优点请参照说明及图纸部分。

附图说明

根据本发明中的一个装置，图1是典型的阿托镜(attoscope)的侧面俯视图，图1中将光学装置和SPM模块组合在一起。

根据本发明中的一个装置，图2是典型的阿托镜(attoscope)的侧面俯视图，图中将光学装置和SPM装置组合在一起，成像头的倾斜在图中也可以看出来。

根据本发明中的一个装置，图2a是典型的阿托镜(attoscope)的简化操作流程图。

根据本发明的一个装置，图2b是典型的阿托镜(attoscope)的侧面俯视图，图中光学装置和SPM模块及样品底座是组合在一起的，并且样品底座的机械装置是倾斜的。

根据本发明中的一个装置，图2c是目标物体的侧面图和透视图，此图从所给的目标物体的方向来描述目标物体的体积及它的表面特性。

根据本发明中的一个装置，图2d是关于目标物体及一体化、标定指数及目标数据参考的操作过程的简化流程图。

]根据本发明中的一个装置，图3是典型的阿托镜(attoscope)的顶视图，图里展示的是一个转动的弯曲和多个灯源。

]根据本发明中的一个装置，图4是典型的阿托镜(attoscope)的代表性顶视图，图中展示的是多个灯源照射目标物体并描述了目标物体的高度和形状的特性。

根据本发明中的一个装置，图4a是线偏振光束的顶视图，光束是红光波段，并对目标物体投影。

根据本发明中的一个装置，图4b是一个线偏振光束的顶视图，光束是红光波段，并对目标物体投影。

根据本发明中的一个装置，图4c是一个线偏振光束的顶视图，光束是绿光波段，并对目标物体投影。

根据本发明的一个装置，图5是阿托镜(attoscope)精密测量系统z轴的侧面俯视图。

根据本发明中的一个装置，图5a是z轴精密测量系统的电子计算机控制操作的典型简化流程图。

根据本发明中的一个装置，图6分别是光学物镜的侧面俯视图和端视图以及薄悬臂和针尖结构的顶视图，途中可以看到反射式悬臂反射镜、激光发射器和探测器。

根据本发明中的一个装置，图6a是一个阿托镜(attoscope)装置的侧面俯视图，这个装置具有数据采集、分析和显示功能，用于创建目标物体的形貌图。

根据本发明中的一个装置，图6b是取样和针尖尖端的典型图像，这个针尖尖端即能在大气压中使用也能在真空中使用。

根据本发明中的一个装置，图7是光学物镜的侧面俯视图和端视图以及薄悬臂和针尖结构的顶视图，针尖能作为掠射角反射镜使用。

根据本发明中的一个装置，图7a是一个针尖结构的三个不同侧面的侧视图，这个针尖结构可被用来移走目标物体表面的材料。

根据本发明中的一个装置，图7b-7d是光以不同角度传播时的掠射角表格。

根据本发明中的一个装置，图7e是光源和参数表格，表中列出了不同材料的反射率特性。

根据本发明中的一个装置，图8是典型的阿托镜(attoscope)的侧面俯视图，图中将光学装置和SPM模块组合在一起，SPM还附带一个x-y镜台。

根据本发明中的一个装置，图8a是典型的阿托镜(attoscope)的侧面俯视图，这个阿托镜(attoscope)装置包括一个针尖。这个针尖是用来把样品表面的原料移走的。

根据本发明中的一个装置，图9是对轴和样品的最后形状的特写镜头。这个样品的最终形状与阿托镜(attoscope)有关。

根据本发明中的一个装置，图10是粗磨工具的顶透视图和侧透视图及横切面的侧视图。这个工具是为LEAP分析准备原料的。

根据本发明中的一个装置，图10a是粗磨工具操作时的横切面的侧视图，这个粗磨工具在图10中有详细说明。

根据本发明中的一个装置，图10b是粗磨工具的两侧面透视图，在图10中有粗磨工具的说明。

根据本发明中的一个装置，图10c是底座基部和样品的侧透视图，这个样品可经纳米机械加工成一定的形状，最后形成一个纳米管。

根据本发明的一个装置，图11是纳米管加工过程的一系列侧视图。

根据本发明朱红的一个装置，图11a和图11b纳米管的图标，并描述了碳纳米管的优点。

具体实施方式

在阿托镜(attoscope)的一个装置中，如图1中，一个广角变焦镜头装置和一个照相机126与一个高解析度的照相机并排安装在阿托镜(atooscope)的一个特殊装置里，图1中有对这个阿托镜(特殊装置)做说明，那个高解析度的照相机配有一个共焦自旋圆盘和一个光源、镜头，通过压电或者平移的方法在镜片和SPM模块104上运行(包括x，y，z平移，悬臂移动探测法和悬臂驱动法)。可以在一个旋转的弯曲114或者在一个大的支撑面上通过压电变换来旋转整套装置，当要运转时就松开支撑面，要成像和测量数据时再它夹紧。这个装置被叫做成像头115。在一个可选的装置里，当成像头保持固定不动时样品底座会有一个机械的摆动，(如图2b中的202，204)，也可能是成像头和样品都有适度的倾斜。

这套装置被安装在一个夹紧的振动受阻的底座124上，底座124和横梁100，120，122共同提供一个坚固的热稳定结构，成像头115和样品底座(图中没有画出)被固定在这个热稳定结构上。在一个典型装置中，底座和横梁可由花岗岩或者其他适合的材料构成。例如，成像头115可安全地连接在横梁100上，并利用支点102移动。成像头还可以使用其它的移动方法。还将为x，y118及θ116镜台提供样品的平移和旋转动作。当带有三个或多个光源106的灯照射镜台时，用低分辨率的照相机向下观察时能看到整个镜台，而且这个照相机具有光学系统126变焦功能。

例如，来自光源106的三条光线108，110，112能从三个角度或者更多角度照亮整个镜台及镜台上的目标物体，每一种光线在一定的角度时也能单独照亮整个镜台。每一种光线108，110，112都有一个特殊的角度和方向，而与之共存的光源106以120度的间隔均匀的分布在目标物体的周围。另外，光源106可能包括不同波长的光(例如光线从1.4微米到350微米)，一个从高强度的LED光源发射出的易于使用的光波长范围。在本发明的特殊装置中所使用到的三个波段的光分别是红、绿和蓝光。在本发明的特殊装置中，光线108，110，112的照射光束角分别为45度，10度和5.71055度，照射光束角是光线108，110，112分别与镜台116的表面所成的角。

根据本发明中的一个装置，图2是典型的阿托镜(attoscope)的平面侧视图，把光学装置和SPM模块组合在一起，图中的成像头是倾斜的。例如，根据本发明中的一个特殊装置，图2中的光线109，111和113具有不同的照射光束角，分别为10度，25度和45度。成像头115被旋转200后具有一定程度的倾斜并与目标物体在同一直线上(图中未画出)。

根据本发明中的一个装置，图2a是典型的阿托镜(attoscope)的一个代表性的简化操作流程图。在步骤210中，采集与目标物体有关的多种数据，用这些数据来构成一个数据装置，这个数据装置用来制作目标物体的表面观察或者高度分析图。例如步骤210中，所获得的各个点的数据将组成变量分析和其他特征信息，包括但不仅仅限于领域众熟知的声谱仪、质谱仪、磁、电、摩擦力、粘度、传导率的测量设备及其他测量设备。与数据相关的信息会立即在步骤220中被存储起来。例如，根据围绕目标物体206(图2b)的多边形的一个面，数据集可以是一个高度分析图或者体积测定图，如图2c中209所示的一个7边形(图2c)。在步骤220中将引用更多的信息来说明体积的特征及如何按照给定的方向使表面倾斜，这个方向是多边形的一个面的法线。在步骤212中，用户或者预先设定的程序将引导更多的数据采集装置被存储起来(例如使用不同的方向或者不同的面)，这样的引导可能会损耗一个程序计算器。步骤216来检测对目标物体的数据采集操作是否已经完成。如果没有按照用户或者预先设定的程序完成数据采集操作(步骤214)，那么系统将重复步骤210继续对目标物体进行数据采集。当数据采集程序开始采集时，对任何指定的点进行大面积或者小面积的扫描以及对万兆解析度的线的扫描结果随后都会被嵌入到表面数据装置，这个表面数据装置是用来描述整个图像表面的。邻近的区域或者非邻近的区域也可能会被成像(例如，使用光学、SPM、电子束或者近场光学方法)。在成像过程中收集到的每一个区域的数据都将被添加到整个数据集里。

操作者或者自动程序可通过定位SPM模块104下面的目标物体400(如图4中)采集光学和SPM数据，然后使用被采集的光学截面或者一系列的光学截面来形成一个目标物体400的表面观察图或者高度分析图。然后操作者或者自动程序将增大放大率，这样SPM探针600(如图6)和探针的长长的尖端603(如图6)将被带动起来，接下来对目标物体400的扫描工作就开始了。本扫描和接下来扫描的信息都将被计算(机)系统输入到表面数据集，然后根据操作者或自动程序的指令在显示设备上将其放大(如图2a)。(成像)头还包括一些特殊SPM功能(如在上述应用的专利和申请中所描述的)：包括电子束扫描和近场光学扫描，近场光学扫描是利用SPM针尖装置里的机械装置的电磁辐射进行扫描，或将电磁辐射引到针尖装置的表面进行光学扫描(如图7，7a-e)。

再次参考图2a，一组数据集被存储以后，在步骤222中将对一个单独的高度分析图(或者是一个插值高度分析图)或者图的一部分使用横截面工具，然后再把所有的横截面组合在一起就获得整个表面的总体效果图。另外，也可使用表面测量、形状嵌入或光标嵌入技术。也可在各自的相关平面的高度分析图上反复使用高度分析图程序。完成数据采集的工作后，在步骤224中将可提供3D表面或者体积(的效果图)。可以对这些数据进行存储或在显示设备上显示。在步骤226中，选择并显示二维或三维的表面然后做进一步的分析、度量、用户交流及描述。在步骤228中，矩阵过滤器(傅立叶变换，功率谱，水准测量或其他填充物)将分别对每一个相关平面的高度分析度或单值函数进行过滤。从而就可以用高度分析图来分析实物的整个表面或部分表面的形貌特征，还可被用于傅立叶变换、功率谱、粗糙度、子波等类似的从空间域到频域操作、过滤和整理数据的技术。而从频域到空间域将被用在单个的高度分析图(包括插值高度分析图)或图的一部分的分析。把所有的单个的高度分析图的结果结合起来就得到了整个表面包括内部成分的特征。

根据本发明中的一个装置，图2b是典型的阿托镜(attoscope)的一个侧视平面图，集成了光学装置、SPM模块(例如，与图1相似)和样品底座，样品底座带有一个倾斜结构。例如倾斜结构202和204是用来控制目标物体206的。另外，如上所述，从围绕物的多边形的一个角度(或面)所获得的数据集是一个高度分析图或者体积测定图——如围绕目标物体206(图2b)的一个七边形209(图2c)——将会在步骤220(如图2a)中引用这些附加信息描述特定方向的体积的特征及排列表面顺序，这个特定方向是多边形的法线。

图2c是目标物体的侧透视图，从目标物体给定的方向并依照本发明的一个装置来描述体积的特征并排列表面顺序。例如，旋转图206a-206h所展示的靠近目标物体206的旋转动作，旋转动作是用来分析和测量与目标物体有关的数据集的。

依照现有的发明，图2d是目标物体和加工过程的简化流程图，包括整合、标定指数和目标数据参考。例如，在步骤210(图2a)开始采集数据前，要先运行一些子程序。在步骤232中，自动程序使用内嵌的基准点来校准光学系统的每一个变焦面，用以矫正光学观察时的变焦范围、转动和补偿。这样就确保了所有的光学观察能够精确并反复地的进行，并根据给定的一系列性质和量的测量上从最低的变焦平面被指示出来。在步骤234中，指数(指针)由低倍放大率变为高倍放大率。例如，被标记的区域在图的一些要素上就能看出来，如被观察的区域是半透明的颜色和结构。一个指数可能指目标物体指数区域内的任何一个特性，包括磁场、电场、分子或原子结构，元素或者分子的量子化。

在一些装置里，插入数据集，分辨率有高到低可变，但有较大的成像范围，高分辨率是相对较低的分辨率而言，如图2d中236，238，240图像所术。图像236是对整个目标物体在低倍放大率时的光学总揽。在图像236里有另一个光学分辨率较高的图像238，图像238与图236内的点结合在一起。接下来使用SPM获得了一个光学分辨率更高的图像240，图像240的分辨率比图像238和图像236都要高。当放大倍数由最高值缩小并且重新观察之前获得的高分辨率的数据子集时，显示设备226上的那些较高分辨率和较高放大倍数的目标物体在图上很突出。

例如，将整个目标物体206在低功率下获得的的缩略图像安装到一边宽2cm结构中，并将这个结构并入到z特性的1000 x 1000点的照相机图像里，z特性来自于投影的结构，如在我早期的专利(U.S.专利编号.7,109,48)中描述的。这构成了目标物体206的一个高度观察图，这个高度观察图示闭合的多边形209的一个面的法线。这个目标物体大约将被分成1,000,000个点，每个点大约分别为20微米(1米＝10-6微米)。在表面上以点(x，y)为中心的一块特殊的区域内，高功率共焦系统在100微米的区域内截出一系列的1000x1000点(100纳米的间隔)光学断层，100微米的区域界线是通过先前确定的低功率图像高低限制来界定的，这样就得到了有界面的100微米的表面和体积。然后这个信息就被存储起来并指出低成像数据点x和y在最后的面或者体积内，用SPM扫描一个以点(x′，y′)为中心的区域，扫描范围为500 x 500纳米(最后的高功率光学系统的五个分辨率点)，SPM被固定在高功率的光学系统的镜头上并于之共轴。然后按以上步骤用1000 x 1000点的分辨率扫描一次，保存上述扫描的数据并指出点x′和y′。这次的分辨率是5埃。在这个分辨率内点(x＂，y＂)以电子束探针为中心，如相关的专利和应用中所描述的，分辨率为1埃时，一个1纳米的点在50 x 50点5 x 5纳米内被扫描到。然后这个区域将被同一电子束再扫描一次，这次扫描时电子束能量增加了，同时伴有一个自由电子激光束。当电子束扫描时，电子束下面的原子能量将增加并被驱逐到FAT分光计、质谱仪、声谱仪、原子吸收光谱仪及其他仪器中去，这些仪器都是众所周知的分子及原子检测设备。这些系统可识别物体成分中的每一个原子、分子或者材料的体积，每一种设备都要在样品上找一个特殊的位置才能识别。要反复使用这个过程来构建一个面的原子图像，以及表面下边的各层的原子图像，知道达到探针的极限及光束的极限。所有后来的元件都被组合在一个数据集中，然后用户或者自动程序将把它存储起来并于多个不同的数据集组合在一起。可能对同一个粗略观察或者想要观察的区域重复后面的这个操作，以此来创建一个复杂的图像。此外，一束强电磁光如光束708(在图7a中)将在具有三个面结构的针尖702的背面702b上被反射，一束小的光束700在针尖702的最窄的面702c上被反射，这两束光束将与电子束或者线偏振光一起来降物体表面上较大的一块材料移走。如上述参考的申请中所描述的，针尖本身将被用来从物体表面挖掘材料，挖掘的材料在数量和体积上分别与针尖自身在表面上挖掘的深度和针尖自身在挖掘方向上的形状相当。

图3是exemplary attoscope的平面顶视图(例如，图1中的attoscope的侧视图)，根据本发明的一个装置，图3体现的是旋转的弯曲和多个光源。例如，阿托镜周围的三个光源106按大约120度的间隔照亮一个物体(图中未画出)。系住其中的两个光源106用以支撑横梁300，这个横梁给予了光源准确的方向和位置。

根据本发明的一个装置，图4是典型的阿托镜横切面的顶视图，图上用多光源照亮物体来描述物体的高度和构成。光线/光束402、404、406分别以10/1，5.7/1和1/1的长度比率从纵向结构对镜台上的物体400投影。当不同波段的光束分别(例如红光402，绿光404，蓝光406)以同样的角度照射镜台上的物体时，每种光束会分别对物体投影，如图4a-4c中镜台上三个不同方向的投影408、410和410。如一些专利和应用中描述的，这些光源照射物体并投影的信息将用来描述物体400在z方向的高度和形状。此外，利用一些夹角小于45度的光束如光束108(如图1)把各个结构多次放大，这样低分辨率系统就能更好的对一些垂直特征进行分析，而不用再受固有的简单的光学系统的限制。此外，使用三个不同波长的光(例如，红色，绿色和蓝色)时，实现了普通的彩色摄像机从三个方向在一帧内捕捉阴影信息，而在以前要需要三个帧捕获并存在对齐的不确定性和可变性，这些问题在本发明的装置中都得到了解决。为了更充分地描述目标物体400的整个表面，摄像机可以从不同角度以多帧捕捉阴影信息。全面表征可提供指导系统软件中设置的范围和限制在Z对于任何特定领域的对象400和身体的任何潜在的干扰与更高分辨率的头104。用高分辨率的成像头104对物体400任一特定区域或任何潜在的物质干扰的整体描述将为系统软件在z方向设置范围和界限时提供指导。

图5是z轴精确测量系统的优先装置，图5a是计算机程序控制的流程图。一个如原子力显微镜512的扫描探针显微镜，与z方向平移和测量结构510之间是刚性连接的。共焦显微镜506及被成像物体504也是如此。在原子力显微镜z方向平移结构510(例如众所周知的压电元件)的作用下，原子力显微镜AFM的针尖尖端516和悬臂508及共焦显微镜506和被检测物体504可以在z方向做纵向移动。悬臂508的针尖轴的长度要足够长(相对于共焦显微镜506的镜头光圈值而言)，以便共焦显微镜对针尖成像。此外，校准z平移子系统510以便于精确测量任何共焦/原子力显微镜装置在z方向的移动。在操作时，原子力显微镜的探针要参考共焦显微镜506的景深或者浅焦距的数值。一旦设置好共焦显微镜的景深和浅焦距，z平移子系统510就能对z方向共焦显微镜506焦点内的的任一点定位，然后原子显微镜512的z轴定位系统将对这个z点进行精确的检测。在本发明的一个装置里，把原子显微镜AFM针尖516(一般情况下针尖516在镜头焦平面以上的位置)调到焦距区域内，当线偏振光束502照射在截止反射镜514上并被检测到时就停止对原子显微镜AFM针尖的调节，截止反射镜514被置于尼普[？？]科盘(图中未标出)背面的转动的后焦平面上或靠近焦平面的位置上。其中，光束502，其调制由锁相放大器及探测装置500联合完成。检测的快慢只受限于探测器装置500的速度而与共焦子系统506的对焦装置无关。在本发明的另一个装置中，同样是把原子显微镜的针尖向焦距区域内调节，当刚进入焦距范围时针尖就会被检测到并检查针尖刚进入焦距区域内是的帧数。在这个装置里不需要单独的光源或者探测系统。控制系统，由最初通过低倍棱镜得到的粗略的表面全图，应该能阻止z平移系统510过多降低共焦系统/原子显微镜AFM系统，如果共焦系统/原子显微镜AFM降得过低针尖516就会与被测物体504的表面接触。这个可通过维持AFM探针516在AFM控制的Z方向的可移动距离的上限来得到，而不会冲过共焦显微镜的粗调和自动光学聚焦界限。此外，如上述参考的专利和申请中讲到的，原子显微镜的针尖也可能会发光。

根据本发明的一个装置，图5a是z轴上精确测量系统计算程序的代表性的简化流程图，z轴精确测量系统在图5中有详细说明。在步骤520中第一次创建了被测物体在较大角观察时的整个高度分析图。在步骤524中，如果高度和深度是可视的，就根据被测物体表面的整体分析图把高分辨率的镜头调到被测区域内最高点的上方(步骤530)。如果高度和深度是不可视的(步骤526)，就创建一个被测物体在较小角时的整体分析图(步骤522)，按递归法(反复)将

新创建的整体分析图与现有的整体分析图组合在一起，直到高度和深度是可视的或者角不能再被变小为止(步骤525)。这意味着高度/深度范围比SPM的最小范围还小，并且对整个表面的观察是水平的。步骤532中，当把针尖调到焦距区域内时，同时针尖会发出一束参考光束或反射一束参考光束对z轴校准并寻找光学焦平面。然后把针尖调到焦平面的上方，把共焦/干涉显微镜子系统调到较低的位置来精确地描述表面的一些特性。表面形貌不超过SPM(534)的Z-方向范围。如果如此的话，SPM(x，y)的范围会被减小或偏移到低于可提供的Z的范围。。步骤540中，根据操作者或者自动程序的指令扫描探针显微镜SPM的针尖将靠近物体表面的区域并对该区域进行扫描。为避免物体表面和针尖发生干涉，将在步骤542中使用高分辨率光学整体分析图。例如，如果要求针尖的尖端在物体的表面上移动，就移动镜台和z轴来获得一个针尖尖端的运动轨迹(或路线)，针尖的尖端的移动没有超过物体的表面(允许有一点点的偏移和误差)。完成移动后，根据用户或者自动程序的要求，将执行SPM测量法或其他的光学测量方法。Z-平台的位置可用于对共焦显微镜和/或干涉和/或简单光学平面于显微镜探针的距离定位，使其与探针针尖在一个中心线上，然后建一个长范围的z坐标。被测表面区域的粗嵌入式参考的准确性不够，所以把X、Y和Z轴的数据整合到一起来扩大针尖在被测表面区域的范围。被测表面区域需要非常高的精度和分辨率，只有SPM或者电子束测量设备才能达到这样的要求，而且常规的特性也不能被作为绝对参考，可在其上标注拼接。在“标记拼接”时针尖删除或添加了一个参考标记或多个标记，并移动的镜台和Z轴及扫描捕显微镜来捕捉这些标记，使扫描显微镜刚好与标记连接在一起。例如，探针可沿测量所需求的方向和距离来移动，用来定义测量并捕捉上一个扫描探针显微镜或电子束扫描的图像和下一个图像，然后以图标作为一个绝对参照物将各个点的数据结合起来。根据需要可重复这一过程以覆盖所要求的范围。结果将在步骤544中被存储并在步骤546中作为表面或体积数据集的结果被显示。

根据本发明的一个装置，图6是整合后的光学镜头的平面侧视图和端视图以及微悬壁和针尖结构的顶视图，图中有一个悬壁反射镜和激光发射器及探测器。如图6所示，针尖603的形状在最前端也就是距离悬壁601最远的那一端变得更加尖锐，而针尖的长度几乎与悬壁一样长，但与悬壁的精确夹角604能满足任何特定的设计目标。此外，有一定角度的反射面602的内部是一个具有一定角度的凹壁结构，而凹壁是由具有自限制湿度蚀刻材料氢氧化钾制成的(图中未标注)。离轴单晶硅可使表面产生不同的角度，并且众所周知当表面使用晶体材料可达到原子级光滑度，且很少或根本没有脱位和缺陷。常规下整个悬壁和针尖采用大块结构的平面(硅片、金刚石片、蓝宝石片)构造，这与本发明中的制造悬壁和针尖的方法有着本质上的区别，本发明中的悬壁和针尖的制造方法将使悬壁和针尖装置具有更多先进的功能或使针尖比被尖头的杆梁的一端而不是比悬壁的一端更坚硬。因此，悬臂和针尖在没有被夹住时能按照扫描探针显微镜技术对悬臂横梁的要求而工作，或当悬壁和针尖被夹住时，针尖可以作为一个真正的STM或扫描探针显微镜模式工作，这两种模式要求针尖要特别坚硬。

如图6中的操作，针尖603的设计要与典型的SPM或AFM系统的部分元件相结合，包括光学镜头606，激光光源607和线偏振光束609，线偏振光束609入射到反射面602上，反射面602以角605的角度放置。细小部分600是显微镜物镜606接受锥面内最小的，同时这个细小部分还支撑着悬臂，而有一定角度的反射器提供的一种方法能把光学系统、激光光源和探测器都置于平面体和悬臂及针尖的支撑体以外的靠近平移结构的某个地方(图中未体现，但在这个领域内是众所周知的)。此外，有一定角度的反射器还能反映出在垂直方向上被测物体表面与悬臂表面之间的相互作用，这两者之间的相互作用将被SPM扫描下来，如图4c中所示。激光发射出来的线偏振光束609经光学聚焦系统607聚焦后入射在602上并经602反射后照射在探测器608上。探测器608由两个传感器(图中未体现)和一个光束分离器(图中未体现)构成。这样就可能把Z和X方向的光束斑的运动轨迹分开来，其中一个传感器只观察垂直方向光束斑的运动轨迹，另一个传感器则只观察X方向的光束斑的运动轨迹。此外，探测器-还有一个不带光束分离器的单个的传感器，用来观察悬臂末端每一次的弯曲量。在另一种装置中的探测器608使用的是一个方形矩阵或者长方形矩阵探测器(图中未列出)来同时探测两个方向的光束斑的运动轨迹。这样有一定角度的反射器就提供了一个明确的方法来探测扫描探针显微镜SPM(如AFM-原子力显微镜，MFM-电磁力显微镜，CFM-化学力显微镜及领域内其他熟知的悬臂弯曲量检测技术)在两个轴上的相互作用。

根据本发明的一个装置，图6a是阿托镜(attoscope)装置的平面侧视图，装置中还包括数据采集器、分析设备和显示设备，这些设备是构建一个详细的被测物体的形貌图。图6a中的结构在之前也对其描述过，在这个结构中共焦光学系统606和摄像机632及AFM探针600的长尖端603对被测物体610表面进行数据采集。然后把这些数据传输到控制系统630和显示设备612(图中614是对数据集的放大)。放大数据集后就能在被测物体610表面找到一块目标区域并用AFM的针尖603切割一体积快618。然后这体积块被来自补给装置622的气体及者液体620移动到摄像管624并第一次被传输到光谱摄制仪626(这个设备是检测分子成分的)然后再传输到质谱仪628(这个设备是检测材料的原子成分的)通过通信电路634将取样区域616的信息发送到控制系统630，这个控制系统把这些信息按其在被测物体610上的物理位置的顺序连接起来，然后就得到了小块体积/样本616在被测物体610表面实际位置上的形貌图。

根据本发明的一各装置，图6b是样本拾取和探针尖端的代表性图像，大气中和真空中都可使用本方法。虽然其它部件如质谱仪628必须要在真空中使用，但被测物体610和共焦显微镜系统及扫描探针显微镜系统SPM都可在大气中操作。例如，对微型机电系统(MEMS)——样品拾取器624成像并进行编号，如图6b中的图像和图6a中的编号。通过使用上述所参考的一些专利和专利申请中描述的技术，样本拾取器624用一个非常小的样品管传送样本的材料，在一个大气压时样品管的体积非常小，不会对质谱仪的体积有任何影响，质谱仪与真空泵浦系统的长度一样长，一个真空泵系统连续不断的靠去除至少和漏气口624(1大气压)/10(12)以及加上其它所有的系统漏气相当的气体量来维持系统的真空。

除此以外，图6b中的样本拾取器624和液体补给620在两端的位置都没有用盖板来封闭内部，这样就形成了一个完全意义上的管子，这样624和620的内部结构就更容易被观察到。根据本发明的一些装置，这些盖板是很容易制作的。

根据本发明的一个装置，图7是微悬臂和针尖结构的平面侧视图和端视图及顶视图，还有一个光学物镜的端视图，针尖结构也可作为掠射角反射镜使用。在图7中针尖结构被充当掠射角反射镜702，在深紫外区域能辐射非常短的光波700，或者在x射线区域内辐射，但针尖形状的选择有要求(如图7a中的702b和702c)。这样就形成了一个窄的反射面(小反射面)，这个反射面辐射的电子或光子束在物体表面成一个很窄的光斑，通过对表面辐射电子或者光子束我们就可以得到物体表面的形貌图并能了解表面的更多信息并对其修改。领域内熟知的硬度比较大的制作针尖的材料如金刚石，碳化硅，氮化硅或氮化硼等都可用来制作宽度只有几个唉的针尖。光束700的辐射几乎都能被反射，只有很小的损耗，如图掠射角图表7b，7c，7d及光源和参数图表7e中所示。该unreflected辐射光束分散形式立即离开地面或吸收吸收板706如图7所示。光束700没有被反射的辐射光束被分散或者被吸收板吸收掉，如图7中所示。吸收板706能透射光学显微镜的任何波段的光线(例如200nm到3微米的波段)，同时吸收板706还能屏蔽外界照射在被测物体上的杂散光。这样一束波长非常短的强光束就很精确地投射到靠近针尖的物体的表面上，针尖是用来扫描这个物体表面的。最后使另一束短波强光708入射在针尖603的背面(如图7a中所示)并被反射到物体的表面上，然后在表面上形成一个较大的光斑。光源708的能量足以使表面发生改变或与光束相互作用，光束708与物体表面相互作用能对物体表面的电子或光子产生作用并观察到这些电子和光子。

根据本发明的一个装置，图7a是针尖结构的三个面的侧视图，这个针尖被用做反射镜通过反射线偏振光束来将物体表面的材料移走。例如，针尖结构的一个面702b上反射的一束强电磁光束708或者针尖最窄的前表面702c反射的一个小光束700将与电子束一起从物体表面上移走更大面积的材料。此外，针尖本身(如上述参考的专利和申请中所描述的)也要在物体表面挖掘一定量的材料，挖掘的深度与针尖本身深度接近，在物体被挖掘的形状也与针尖形状相似。

图8到图11是样品制备的各种结构，用来为SEM、TEM及原子探针如LEAP(局部电极原子探针)创建或准备样品。

图8中是一个阿托镜

图中LEAP(局部电极原子探针)样品底座安装在镜台上。在粗定型后，如图10c中，每一个样品区域1431(有9个这样的样品区域，分三排排列，每排3个)经纳米级机械AFM加工成最终的形状。图8中还列出了另一个(x，y)镜台1200，也被用来对一些样品元件定位(图中未标出)，确保样品在旋转轴的中心轴上。

根据本发明的一个装置，图8a是典型阿托镜(attoscope)的平面侧视图，阿托镜(attoscope)由一个针尖构成，针尖是用来把样本表面的材料移走的。在图8a中还有一个阿托镜

在这个结构中单向样品1300被固定在底座1302上，而底座1302被固定在轴1306上。伺服电机1204在带子1210带动下可以以任意速度将轴1306旋转起来或者在轴上用地锥钻的指引下来旋转轴1306，地锥有一个指度针1312。按指令要求或者预先设置的数量和形状AFM及针尖将从样本1300表面移取一些材料，图中AFM及针尖在共焦扫描系统的后面。AFM/共焦头收缩后，用成形工具或者研磨机1208加工出样本1304的粗略形状1300，如图9中所示。研磨时样本以轴1306为中心轴旋转(轴1306被密闭的精密轴承1202支撑着)，然后再把样本放在轴1306的另一端的阿托镜的下面并对样本进行最后的加工。

图9中是轴1306和样本1300的最终形状(有三个面的角锥)以及指度针1312的详图。

图10是粗磨工具的一些视图，这些粗磨工具使用铜1400或者石墨圆片1406以及铜垫片1402为LEAP分析准备导体或者半导体材料。铜垫片1402被做成一个水套1404，水套1404与样本腔1408经水套通孔1409连接在一起，比如水套通孔的孔径(长度？)有2-20微米。样本腔1408把石墨圆片1406的正面加工成样本形状的负型。也可以其他非机械加工的方法来制造负型。这个负型结构还包括一个非常小的与水套通孔1409连接在一起的通孔1411。

根据本发明的一个装置，图10a是粗磨工具操作时的剖面侧视图。如图10a中所示，图10中的整个结构都能塞入装置1420里(例如总行程100-200微米的压电堆)，装置由样本1414和底座的底部1416构成。绝缘液体1410如去离子水以恒定速度经一条补给线(图中未标出)被注入到水套1404中，在这过程中V11412和V21418之间的电路要保持一定的电压，通过这样的操作就能移走一大块的材料。放电加工(EDM)是领域内熟知的基本方法。

根据本发明的一个装置，图10b是粗磨工具操作时的两个侧视图，在图10中有粗磨工具的详图。1422的整个装置都能被浸入到绝缘液体的池室1424中，并使用脉冲动作方法把图10中的装置浸入到池室1424中进行加工并派出绝缘液体，使其远离1414表面。1408的负极端在除通孔1409的1414处创造了正极，通过通孔1409的绝缘液体的正电压确保不在样本圆盘1414的正上方进行加工。在图10b中，直到小棒达到理想的长度或者达到了样本的深度极限时才停止这个加工过程。

根据本发明的一个装置，图10c是底座底部和样本的侧面透视图。样本可用纳米级机械加工成纳米管的形状。如图10c中所示，在样本1414的表面电镀一层100-200纳米的镍薄膜(或者铁薄膜)，电镀后的1432的正上方尖端处有一小块的镍镀层1434，根据要求尖端可用纳米级机械加工成具有精确宽度的多边形1434，如图10c所示。

根据本发明的一个装置，图11是纳米管制造过程的一系列侧视图。把一个镍元件或者一个像结点的元件1502，1506放入电容分压器(CVD)反应堆，一个或多个碳或氮化硼的纳米管能在镍(或者铁)1500上生长在领域内是众所皆知的(如图11a和11b)，如图中1530所示。在纳米管表面上镀金镀层1508或者其他金属镀层。组合层1510包括镍生长层和纳米管及金镀层，如1532所示。将组合层平铺如1534中所示并把纳米管上的端盖除掉，然后通过纳米管上的凹槽将组合层与黄金镀层的铜安装板接在一起，如1536所示。用化学蚀刻的方法将原样材料除掉，将表面平铺并除掉裸露一端的纳米端盖，如1538所示。然后把这个部件连接到一个电绝缘装置1514上，这个电绝缘装置最后被装在一个LEAP样品底座上(图中未画出)，然后用一个电切割机械将镀有黄金镀层的铜基板分成一个个带电的小块区域1516。如果是多层的，那么纳米管就能根据外部电场1520的变化自由的伸缩，如1506所示，外部电场与LEAP仪器在样品上产生的电场相似。

虽然以上是本发明装置的详细且完整的描述，但上述的描述成说明中所定义的发明范围并不是一个限制。

Claims (47)

1.目标物体的数据测量采集系统，系统包括：

一个镜台样品，用来承载目标物体；

一个光学镜片装置，安装在镜台样品上，光学镜片装置是用来捕捉目标物体的光学图像的；

一个扫描探针显微镜(SPM)装置，这个装置有一个探针针尖，这个装置与光学镜片装置共中心轴；

一个定位系统，用来对光学镜片装置和SPM装置及承载在镜台上的目标物体定位；

在光学镜片装置捕捉的光学图像里能看到SPM装置的探针针尖。

2.在说明1中光学镜片装置和SPM装置是集成在一个单独的成像头上，这个成像头与目标物体成一顶角。

3.在说明2中，在对目标物体进行多方面观察时顶角是可以改变和测量的。

4.在说明2中，在对目标物体进行多方面观察和参考时顶角是可以改变和测量的。

5.在说明2中，为了对目标物体进行多方面的观察和参考，顶角及物体角度是可变和可测量的，物体角度是成像头和目标物体所成的角。

6.在说明1中，光学镜头装置有一个变焦镜头和一个摄像机组成。

7.说明1还包括如下内容：

一个探测器装置，探测器通过一种方法来采集目标物体的测量数据，可选的方法有：光学分辨率、扫描探针显微镜、电子束显微镜、深紫外成像、x射线成像、光谱仪、质谱分析、聚合酶链反应(PCR)、蛋白质识别和核苷酸识别。

8.在说明7中，探测器装置和SPM装置是一体的。

9.说明1中还包括一个与光学镜头装置z方向连接的干涉显微镜或者共焦显微镜。

10.说明1还包括：

分析仪器，用来确定被测目标物体的材料的分子及原子构成成分。一个气体或者液体传输系统，把目标物体上被记录位置的材料测量数据传输到分析仪器上。

探针针尖及与针尖关连的组件是用来把目标物体上被记录位置的材料测量数据移走的。

11.说明10中的分析仪器包括：分光光度计、原子吸收分光光度计、质谱仪、聚合酶链反应——用来复制遗传或其他某些蛋白物、气象色谱仪，电镀色谱仪或者简单的色谱仪。

12.说明10中还包括一个显示设备，用来显示目标物体的构成成分。

13.说明12中的显示设备还用来显示目标物体的构成成分，至少显示目标物体表面或者结构的一部分。

14.说明1中还包括一个显示设备，显示关于目标物体的直观可视数据。

数据包括：

第一个数据子集

第二个数据子集

15.说明14中的第二个数据子集比第一个数据子集所代表的分辨率要高。

16.说明14中的第一个数据子集和第二个数据子集将在显示设备上显示，第二个数据子集展示给操作者或者自动系统的图表与第一个数据子集截然不同。

17.说明14中的第二个数据子集的图表是高亮的，而第一个数据子集不是高亮的。

18.说明1中还包括一个控制系统，在操作者或者自动子程序指定放大率时，这个控制系统被用来在不同的模式之间进行转换，模式包括如下：

通过光学镜头装置获得的粗光学放大率模式；

通过光学镜头装置获得的高倍光学放大率模式；

SPM模式，使用SPM装置(获得)。

19.在说明18中，操作者或者自动子系统可对一个图像连续运行放大率操作，分辨率可从1:1到10,000,000,000:1。

20.说明19中一次放大率过程能在1/30秒内实现。

21.说明1中的系统还包括一个受控的自旋主轴，为LEAP、SEM或者TEM加工过程承载样品，在这个过程中，说明1中的系统是用来加工样品的形状的。

22.说明21中的系统中，主轴与一个或多个粗切削工具，磨削工具或研磨工具一起制造出一个大致的样品。

23.说明21中的系统还包括一个负成形工具，这个负成形工具使用一个放电机械程序(EDM)。

使用负成形工具来准备样品，样品由一种或多种材料构成，材料包括石墨，铜，镍或者镀镍膜，银或者银镀膜，铁或者铁镀膜，金或金镀膜，铍(元素符号Be)或者铍镀膜，金刚石或者金刚石镀膜，类似于金刚石的碳及碳镀膜，并被压成流动的然后浸入到绝缘材料如煤油和去离子水。

24.在说明23中，负成形工具还包括一个用于样品成型的负池室，这个负池室有一个或多个通向绝缘体蓄水池的洞，绝缘体从这些洞流到负池室里。

25.在说明23中，纳米管在一个未被损坏的样品尖端上生长。

26.在说明25中提到的纳米管是碳纳米管或者氮化硼纳米管。

27.在说明25中的纳米管是多层结构，并且纳米管的外壁通过机械或者化学方法嵌入到基片里，而纳米管的内壁在热、磁场及电场的作用下自由的膨胀。

28.说明1中一个与探针连接的元件是用来修改目标物体的表面并留下一个标记，如对SPM装置的扫描范围做标记继而在这个进行更多的操作，如测量、分析、修改等。

29.说明28中与针尖连接在一起的元件可从下面列表中选择：

探针本身，被探针反射的电磁能量，探针辐射的电子束，探针辐射的电磁能量，以及探针所承载的液体或者固体，以及外界光源及外界光源驱动的发热元件。

30.说明28中对目标物体表面的修改是通过增加，减少或者促进增加或者减少目标物体表面的材料来实现的。

31.定位一个元件—目标物体的方法包括如下：

在样品镜台上定位目标物体的位置，这个样品镜台是用来承载目标物体的；

至少用三个照明光源照射目标物体，这三个光源要分别与样品镜台成不同的角度，每个光源对目标物体成一个投影。

用目标物体的投影信息来描述目标物体的表面特征，至少要描述一个面的形貌特征，然后创建一个目标物体的高度分析图；

利用高度分析图来计算一个元件相对于第二个元件的绝对位置。

32.在说明31的方法中，照明光源发射出来的线偏振光束的波长范围为1.4到.350微米。

33.说明32中使用了红光、绿光和蓝光波段作为照明光源。

34.说明31中的投影信息是在单帧时捕捉的。

35.说明31中的投影信息是在多帧时捕捉的。

36.将说明31中的多帧高度分析图组合在一起形成一个目标物体的表面形貌分析图。

37.说明31中的方法还包括：

将高度分析图组合起来构建一个目标物体整个表面或者局部表面的形貌图。所使用的排列法如对一个高度分析图的常规排列可通过观察单独的高度分析图实现，而物体整个表面及内部元素的观察则要把所有的高度分析图组合在一起来观察。

38.说明31的方法中还包括如下内容：

将高度分析图组合起来构建一个目标物体整个表面或者局部表面的形貌图。所用的排列法如离位观察，可将一个高度分析图插入到两个相邻的高度分析图的中间，然后对这个高度分析图做离位观察。

39.说明31中的方法还包括：

将高度分析图组合起来构建一个目标物体整个表面或者局部表面的形貌图，用于对单一的高度分析图的排列方法如过滤程序或其他的矩阵算子也可被用于表面或局部表面包括被插入的高度分析图及内部元素。

40.说明31的方法中还包括：

将高度分析图组合起来构建一个目标物体整个表面或者局部表面的形貌图，所使用的排列方法包括从空间域到频域的傅立叶变换，功率谱，粗糙程度测量，子波或类似的数据控制、筛选和分类的技术，而从频域到空间域的排列可用于单个高度分析图和物体的表面或局部表面，也包括被插入的高度分析图，并可把所有的高度分析图排列在一起来描述目标物体的整个表面及内部元素的特性。

42.目标物体的测量数据采集系统，系统包括：

一个样品镜台，用来承载目标物体。

一个光学装置，配有一个摄像机。

几个照明光源，要分别与样品镜台的平面成不同的角度，几个照明光源以不同的波段分别对目标物体成一个投影。

几个探测器，用来检测目标物体的投影。照明光源的每一个波段至少要有一个探测器与之相对应。

一个处理部件，用探测器获得的数据来计算目标物体的高度。这个处理部件还用来区别目标物体相对相机是向上还是向下的，相机是用来对目标物体成像的。

43.目标物体的测量数据采集系统，系统包括：

一个样品镜台，用来承载目标物体；

一个光学装置，安装在样品镜台上，这个光学装置是用来捕捉目标物体的光学图像的；

一个扫描探针显微镜(SPM)装置，这个显微镜有一个SPM探针，这个探针用一种能反射光束的材料制作；

一个定位系统，用来对光学镜头装置和SPM装置及承载在样品镜台上的目标物体定位；

一个调制光源，调制光源通过一个光学系统的傅立叶平面的继电反射镜把线偏振光束反射到SPM探针上；

一个探测器和放大器装置，这两个装置与调制光源同步，同时还用来确定SPM探针是否已进入光学镜头装置的焦距范围并是否为SPM装置创建了一个光学镜头系统的焦平面的参考基点。

44.一个探针：在装置中用于扫描并于目标物体相互作用，探针包括：

一个针尖包括：

一个针尖的尖端；

坚硬的金刚石镀层，至少尖端的末端是金刚石镀膜，针尖以掠射角反射面把一个线偏振光发射的光束反射到物体表面上靠近针尖末端的地方。

45.说明44中，第二个线偏振光源发射的光束和第一个线偏振光源产生的光束相继在针尖的表面被反射或者同时被反射。

46.目标物体的测量数据采集系统，系统包括：

一个样品镜台，用来承载目标物体；

一个光学装置，安装在样品镜台上，这个光学装置是用来捕捉目标物体的光学图像的；

一个或多个照明光源；

一个扫描探针显微镜(SPM)装置，这个显微镜有一个SPM探针，这个探针用一种能反射光束的材料制作；

一个定位系统，用来对光学镜头装置和SPM装置及承载在样品镜台上的目标物体定位；

一个探测器装置，用来接收一个或多个照明光源发射出来的光线，继而对靠近SPM针尖末端的目标物体的表面成像。

47.说明46中的光束是用来修改或促进对目标物体表面的修改的。

48.说明46中还包括吸收材料，吸收材料用来吸收除用于吸收杂散光和一些反射光，但并不对用于目标物体成像的光束产生吸收。

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