CN114088979A - 探针校准方法、表面测量方法以及探针控制设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种探针校准方法、表面测量方法以及探针控制设备，涉及控制技术领域。探针校准方法包括：控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，并获取在每次测量时各探针测量对应的区域得到的高度信息；在多次测量过程中每个探针与相邻的探针对目标表面的同一个区域进行测量；对于每个探针，将探针与目标探针对同一区域测量得到的高度信息进行对比，确定探针与目标探针在高度方向上的高度差值；目标探针为与探针相邻的探针；选取任一探针作为基准探针，并基于各探针与对应的目标探针在高度方向上的高度差值，得到各探针与基准探针在高度方向上的高度差值。本发明避免了由探针疲劳和漂移对测量结果造成偏差。
Description
技术领域
本发明涉及控制技术领域，具体涉及一种探针校准方法、表面测量方法以及探针控制设备。
背景技术
在芯片产业中，芯片器件的微型化一直是重要的研究方向，制造出5纳米技术节点的芯片已经实现，制造3纳米技术节点的芯片已经研发成功，然而芯片产业的测量技术则远远落后。不仅检测手段不足，而且达到纳米级表面测量的速度往往很慢，不能满足芯片产业在线检测，甚至抽检的水平。
现有的，光学椭偏仪的检测技术可以检测晶圆表面的三维结构在纵向分辨率达到1纳米以下，而且速度快，可以用于在线检测，可是横向分辨率仍然停留在亚微米数量级，无法满足测量分辨率的要求。
扫描探针显微镜(Fcanning Probe MicroFcope，简称FPM)可以测到亚纳米级的纵向和横向分辨率，尤其是几个纳米到几十个纳米的三维结构。但是其测量速度很慢，据估算，完整测量一个晶圆上的晶片(DIE)需要至少30天时间。测量速度慢的主要原因之一是，探针必须距离表面只有几个纳米至几十纳米的距离才能测出纳米级的三维形貌。为了避免探针与待测表面三维结构相撞而影响测量精度，探针在测量过程中必须以极其缓慢的速度行进。
利用探针技术可以测量物理量，比如表面导电性，表面光刻胶残余，表面不同组份分布等等。
探针的针头特别细，其曲率半径有的只有2纳米，甚至在其尖端只有一个原子。对探针加上一个非常小的电压，比如50V，就能造成探针尖端具备非常高的电场强度。这时，针尖端头的电子就很容易被拉出来，形成探针端头的电场发射。利用探针针尖形成的电场发射的电子可以对光刻胶感光形成电子束光刻，也叫扫描探针光刻(FPL Fcanning probelithography)。
扫描探针光刻的优点是光刻线条很细，非常适合于曝光出单纳米级细线条结构。其原因除了非常小的探针顶端发射电子形成单纳米级电子束斑外，还在于发射出的电子能量很低，以至于难以形成电子束光刻的一大问题，即邻近效应。由于没有了邻近效应，电子束曝光以后感光区间的展宽问题就没有了，导致探针电子束尺寸直接决定光刻胶感光的区域，形成单纳米级光刻线宽。
然而，探针阵列中的探针针尖在测量过程会在高度方向上出现疲劳和漂移，导致后续测量结果出现偏差；若在测试过程中对探针阵列中的探针针尖进行校准，则需要更换校准用的晶圆，操作繁琐，影响测量进程，降低了测量效率。因此，为了解决上述技术问题，发明人提出了本发明的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供了一种探针校准方法、表面测量方法以及探针控制设备，在利用多个探针对待操作表面进行测量过程中可以根据各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，对除基准探针以外的探针测量对应区域得到的高度信息进行校准，避免由探针疲劳和漂移对测量结果造成偏差。
为实现上述目的，本发明提供了一种探针校准方法，包括：控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，并获取在每次测量时各所述探针测量对应的所述区域得到的高度信息；在多次测量过程中每个所述探针与相邻的所述探针对所述目标表面的同一个所述区域进行测量；对于每个所述探针，将所述探针与目标探针对同一所述区域测量得到的高度信息进行对比，确定所述探针与所述目标探针在高度方向上的高度差值；所述目标探针为与所述探针相邻的探针；选取任一所述探针作为基准探针，并基于各所述探针与对应的所述目标探针在高度方向上的高度差值，得到各所述探针与所述基准探针在高度方向上的高度差值。
本发明还提供了一种表面测量方法，包括：控制探针装置中的多个探针对待操作表面的多个区域进行测量，得到各所述探针测量对应的所述区域得到的高度信息；基于获取的各所述探针与所述多个探针中的基准探针在高度方向上的高度差值，对各所述探针测量得到的所述高度信息进行校准；其中，各所述探针与所述基准探针在高度方向上的高度差值基于权利要求1至6中任一项所述的探针校准方法得到；根据校准后的各所述探针的所述高度信息，得到所述待操作表面的测量结果。
本发明还提供了一种探针控制设备，包括：探针装置以及与所述探针装置通信连接的探针控制系统；所述探针装置上设置有多个探针；所述探针控制系统用于上述的探针校准方法，和/或上述的表面测量方法。
本发明实施例中，在利用多个探针对待操作表面进行测量过程中可以根据各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，对除基准探针以外的探针测量对应区域得到的高度信息进行校准，避免由探针疲劳和漂移对测量结果造成偏差；该探针校准方法可以在探针工作过程中进行，实时更新各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，提升测量结果的准确度，并且无需更换当前待操作表面，更加便于操作，校准的实时性和效率较好。
在一个实施例中，所述多个探针形成一维探针阵列；所述控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，包括：控制多个探针在多个测量位置上对所述目标表面的多个区域进行测量，每个所述测量位置与下一个所述测量位置之间在预设方向上相差所述目标表面的一个区域，所述预设方向为所述一维探针阵列中的探针排列方向。
在一个实施例中，所述多个探针形成二维探针阵列；所述控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，包括：控制多个探针在多个测量位置上对所述目标表面的多个区域进行测量，至少存在一个所述测量位置与相邻的下一个所述测量位置之间在所述二维探针阵列的长度方向上相差所述目标表面上的一个区域，且至少存在一个所述测量位置与相邻的下一个所述测量位置之间在所述二维探针阵列的宽度方向上相差所述目标表面上的一个区域。
在一个实施例中，对于每个所述探针，将所述探针与目标探针对同一所述区域测量得到的高度信息进行对比，确定所述探针与所述目标探针在高度方向上的高度差值，包括：对于每个所述探针，根据所述探针与所述目标探针对同一所述区域测量得到的高度信息，分别计算得到所述探针以及所述目标探针在高度方向的高度值；计算所述探针的高度值与所述目标探针的高度值之间的差值作为述探针与所述目标探针在高度方向上的高度差值。
在一个实施例中，所述探针的高度信息包括所述探针与测量的所述区域中各像素点之间的高度值，所述探针在高度方向的高度值为所述探针与测量的所述区域中各像素点之间的高度值的均值。
在一个实施例中，所述探针的高度信息包括所述探针与测量的所述区域中各像素点之间的高度值，所述探针在高度方向的高度值为所述探针与测量的所述区域中的预设像素点之间的高度值。
在一个实施例中，所述目标表面的区域为以下任意一种：一个像素点、由多个像素点形成的线和由多个像素点组合的面。
附图说明
图1根据本发明第一实施例中的探针校准方法的流程图；
图2根据本发明第二实施例中的探针校准方法的流程图；
图3至图6是根据本发明第二实施例中一维探针阵列对目标表面进行测量的示意图；
图7根据本发明第三实施例中的探针校准方法的流程图；
图8至图10是根据本发明第三实施例中二维探针阵列对目标表面进行测量的示意图；
图11是根据本发明第四实施例中的探针校准方法的流程图；
图12是根据本发明第五实施例中的表面测量方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。
在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“或/和”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。
在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
本发明第一实施方式涉及一种探针校准方法，应用于探针控制系统，探针控制系统可以为电脑主机、笔记本电脑等，探针控制系统可以使用本实施例中的探针校准方法对探针装置的探针阵列所包含的多个探针进行高度方向上的校准。探针装置用于对待操作表面进行操作处理，对待操作表面的处理包括：待操作晶圆表面物理量和化学量的测量、扫描探针光刻(Scanning probe lithography，SPL)、产生电子、产生光子，还有利用探针引入离子对待操作表面进行离子注入等。其中，涉及的物理量和化学量包括但不限于：电学信息、力学信息、磁学信息、光学信息、声学信息以及物质成分等，例如三维形貌测量，表面粗超度测量，表面导电性测量，表面物质成分测量，表面温度测量，表面硬度测量，表面弹性模量测量，表面发射光测量，表面发光测量，表面拉曼信号测量等；扫描探针光刻为在探针上加上电压(例如50V)，在探针针尖处形成高电场强度的电场，此时针尖处的电子很容易被拉出，形成探针端头的电场发射，由此利用探针针尖形成的电场发射的电子对光刻胶感光形成电子束光刻，探针发射的电子可以在待操作表面上产生二次电子。其中，待操作表面可以为硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板等。
本实施例的探针校准方法的具体流程如图1所示。
步骤101，控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，并获取在每次测量时各探针测量对应的区域得到的高度信息；在多次测量过程中每个探针与相邻的探针对目标表面的同一个区域进行测量。
具体而言，目标表面上划分了多个区域，每个区域中包括至少一个像素点；探针控制系统控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次扫描测量，在每次控制探针阵列对目标表面进行扫描测量(例如为原子力显微图形测量)时，探针阵列上的每个探针对应于目标表面的一个区域，并对对应的区域进行扫描测量，得到探针测量该区域得到的高度信息，高度信息能够表示探针的针尖相对于该区域中各像素点的高度值。对于探针装置上的每个探针来说，在多次测量的过程中，该探针与相邻的探针完成了对目标表面的同一个区域进行扫描测量的工作，可以得到该探针以及与该探针相邻的探针对同一区域进行测量所得到的该区域的高度信息。其中，目标表面上的区域为以下任意一种：一个像素点、由多个像素点形成的线和由多个像素点组合的面；即目标表面上的区域可以按照像素点划分，每个像素点作为一个区域；或者，目标表面上的区域按照线进行划分，每个区域为由相邻的多个像素点形成的线；或者，目标表面上的区域按照面进行划分，每个区域为由相邻的多个像素点组合形成的面。需要说明的是，本实施例以及之后的实施例中均以区域为多个像素点形成的面进行说明。
步骤102，对于每个探针，将探针与目标探针对同一区域测量得到的高度信息进行对比，确定探针与目标探针在高度方向上的高度差值；目标探针为与探针相邻的探针。
具体而言，以探针阵列中的任意一个探针为例，与该探针相邻的探针记作目标探针，该探针与目标探针对目标表面的同一个区域进行了测量，随后将该探针与目标探针测量该区域所得到的高度信息进行对比，确定出该探针与目标探针在高度方向上的高度差值；若该探针周围有多个相邻探针，则可以得到该探针各相邻探针在高度方向上的高度差值。由此，能够得到每个探针与相邻探针在高度方向上的高度差值。
步骤103，选取任一探针作为基准探针，并基于各探针与对应的目标探针在高度方向上的高度差值，得到各探针与基准探针在高度方向上的高度差值。
具体而言，选取探针装置中的任意一个探针为基准探针，对于探针阵列中除基准探针以外的每个探针来说，基于探针阵列中探针的排布得到该探针与基准探针之间所间隔的探针，然后结合该探针与基准探针之间所间隔的探针，以及探针阵列中各探针与对应的目标探针在高度方向上的高度差值，便能够得到该探针与基准探在高度方向上的高度差值。由此，能够得到出探针阵列中各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，随后在对目标表面的测量过程中，以基准探针为标准，基于各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，分别对各探针测量对应的区域所得到的高度信息进行校准。
本实施例提供了一种探针校准方法，先控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，并获取在每次测量时各探针测量对应的区域得到的高度信息，在多次测量过程中每个探针与相邻的探针对目标表面的同一个区域进行测量；对于多个探针中的每个探针，将该探针与相邻的目标探针对同一区域测量得到的高度信息进行对比，确定探针与目标探针在高度方向上的高度差值；由此能够得到每个探针与对应的各目标探针在高度方向上的高度差值；随后以多个探针中的任一探针作为基准探针，基于各探针与对应的目标探针在高度方向上的高度差值，得到各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，从而在利用多个探针对待操作表面进行测量过程中可以根据各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，对除基准探针以外的探针测量对应区域得到的高度信息进行校准，避免由探针疲劳和漂移对测量结果造成偏差；该探针校准方法可以在探针工作过程中进行，实时更新各探针与基准探针在高度方向上的高度差值，提升测量结果的准确度，并且无需更换当前待操作表面，更加便于操作，校准的实时性和效率较好。
本发明的第二实施例涉及一种探针校准方法，本实施方式相对于第一实施方式而言，主要区别之处在于：本实施例提供了多个探针形成一维探针阵列时控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量的一种具体实现方式。
本实施例的探针校准方法的具体流程如图2所示。
步骤201，控制多个探针在多个测量位置上对目标表面的多个区域进行测量，并获取在每次测量时各探针测量对应的区域得到的高度信息；每个测量位置与下一个测量位置之间在预设方向上相差目标表面的一个区域，预设方向为一维探针阵列中的探针排列方向。
具体而言，请参考图3，探针阵列包括由4个探针(Cantilever)形成的1x4一维探针阵列(图中以探针的针尖来表示探针)，分别为探针C1、探针C2、探针C3以及探针C4；目标表面上包括4个区域(Field)，分别为区域F1、区域F2、区域F3以及区域F4；本实施例中以控制4个探针在两个测试位置对目标表面进行扫描测量为例，在第一个测试位置，请参考图3与图4，探针C1对区域F1进行测量、探针C2对区域F2进行测量、探针C3对区域F3进行测量、探针C4对区域F4进行测量，由此得到探针C1对区域F1测量得到的高度信息HC1F1、探针C2对区域F2测量得到的高度信息HC2F2、探针C3对区域F3测量得到的高度信息HC3F3、探针C4对区域F4测量得到的高度信息HC4F4；随后控制探针阵列向右平移目标表面的一个区域到达第二个测试位置，请参考图5与图6，探针C1对区域F2进行测量、探针C2对区域F3进行测量、探针C3对区域F4进行测量、探针C4本轮不测量，由此得到探针C1对区域F2测量得到的高度信息HC1F2、探针C2对区域F3测量得到的高度信息HC2F3、探针C3对区域F4测量得到的高度信息HC3F4。
步骤202，对于每个探针，将探针与目标探针对同一区域测量得到的高度信息进行对比，确定探针与目标探针在高度方向上的高度差值；目标探针为与探针相邻的探针。
具体而言，接续上例，对于探针C1来说，其所对应的目标探针为探针C2，将探针C1测量区域F2得到的高度信息HC1F2与探针C2测量区域F2得到的高度信息HC2F2进行对比，得到探针C1与探针C2在高度方向上的高度差值△HC1C2；对于探针C2来说，其所对应的目标探针为探针C1和探针C3，但是探针C1与探针C2在高度方向上的高度差值△HC1C2已经完成计算，此时仅需将探针C2测量区域F3得到的高度信息HC2F3与探针C3测量区域F3得到的高度信息HC3F3进行对比，得到探针C2与探针C3在高度方向上的高度差值△HC2C3；同理，对于探针C3来说，将探针C3测量区域F4得到的高度信息HC3F4与探针C4测量区域F4得到的高度信息HC4F4进行对比，得到探针C3与探针C4在高度方向上的高度差值△HC3C4。
步骤203，选取任一探针作为基准探针，并基于各探针与对应的目标探针在高度方向上的高度差值，得到各探针与基准探针在高度方向上的高度差值。
具体而言，接续上例，以选取探针C1作为基准探针为例，探针C2与基准探针C1在高度方向上的高度差值为△HC1C2，探针C3与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C3＝△HC1C2+△HC2C3，探针C4与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C4＝△HC1C2+△HC2C3+△HC3C4。
本发明的第三实施例涉及一种探针校准方法，本实施方式相对于第一实施方式而言，主要区别之处在于：本实施例提供了多个探针形成二维探针阵列时控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量的一种具体实现方式。
本实施例的探针校准方法的具体流程如图7所示。
步骤301，控制多个探针在多个测量位置上对目标表面的多个区域进行测量，至少存在一个测量位置与相邻的下一个测量位置之间在二维探针阵列的长度方向上相差目标表面上的一个区域，且至少存在一个测量位置与相邻的下一个测量位置之间在二维探针阵列的宽度方向上相差目标表面上的一个区域。
具体而言，请参考图8，探针阵列包括由9个探针(Cantilever)形成的3x3二维探针阵列(图中以探针的针尖来表示探针)，分别为探针C1至探针C9；目标表面上包括9个区域(Field)，以每个区域的中心表示各区域，X1至X4表示横坐标、Y1至Y4表示纵坐标，9个区域分别为区域F11(X1，Y1)、区域F12(X1，Y2)，……，区域F44(X4，Y4)。
本实施例中以控制4个探针在三个测试位置对目标表面进行扫描测量为例，在第一个测试位置，请参考图8，探针C1对区域F11进行测量、探针C2对区域F21进行测量、探针C3对区域F31进行测量，以此类推，探针C9对区域F33进行测量，由此得到探针C1对区域F11测量得到的高度信息HC1F11、探针C2对区域F21测量得到的高度信息HC2F21、探针C3对区域F31测量得到的高度信息HC3F31、探针C4对区域F12测量得到的高度信息HC4F12、探针C5对区域F22测量得到的高度信息HC5F22、探针C6对区域F32测量得到的高度信息HC6F32、探针C7对区域F13测量得到的高度信息HC7F13、探针C8对区域F23测量得到的高度信息HC8F23、探针C9对区域F33测量得到的高度信息HC9F33。
随后控制探针阵列从第一个测试位置向右平移目标表面的一个区域到达第二个测试位置，请参考图9，探针C1对区域F21进行测量、探针C2对区域F31进行测量、探针C3对区域F41进行测量，以此类推，探针C9对区域F43进行测量，由此得到探针C1对区域F21测量得到的高度信息HC1F21、探针C2对区域F31测量得到的高度信息HC2F31、探针C3对区域F41测量得到的高度信息HC3F41、探针C4对区域F22测量得到的高度信息HC4F22、探针C5对区域F32测量得到的高度信息HC5F32、探针C6对区域F42测量得到的高度信息HC6F42、探针C7对区域F23测量得到的高度信息HC7F23、探针C8对区域F33测量得到的高度信息HC8F33、探针C9对区域F43测量得到的高度信息HC9F43。
随后控制探针阵列从第二个测试位置向上平移目标表面的一个区域到达第三个测试位置，请参考图10，探针C1对区域F22进行测量、探针C2对区域F32进行测量、探针C3对区域F42进行测量，以此类推，探针C9对区域F44进行测量，由此得到探针C1对区域F22测量得到的高度信息HC1F22、探针C2对区域F32测量得到的高度信息HC2F32、探针C3对区域F42测量得到的高度信息HC3F42、探针C4对区域F23测量得到的高度信息HC4F23、探针C5对区域F33测量得到的高度信息HC5F33、探针C6对区域F43测量得到的高度信息HC6F43、探针C7对区域F24测量得到的高度信息HC7F24、探针C8对区域F34测量得到的高度信息HC8F34、探针C9对区域F44测量得到的高度信息HC9F44。
步骤302，对于每个探针，将探针与目标探针对同一区域测量得到的高度信息进行对比，确定探针与目标探针在高度方向上的高度差值；目标探针为与探针相邻的探针。
具体而言，接续上例，对于探针C1来说，其所对应的目标探针为探针C2和探针C4，将探针C1测量区域F21得到的高度信息HC1F21与探针C2测量区域F21得到的高度信息HC2F21进行对比，得到探针C1与探针C2在高度方向上的高度差值△HC1C2，将探针C1测量区域F22得到的高度信息HC1F22与探针C4测量区域F22得到的高度信息HC4F22进行对比，得到探针C1与探针C2在高度方向上的高度差值△HC1C4。
对于探针C2来说，其对应的目标探针为探针C1、探针C3以及探针C5，探针C1与探针C2在高度方向上的高度差值△HC1C2已经完成了计算，由此仅需计算探针C2和探针C3以及探针C5在高度方向上的高度差值，将探针C2测量区域F31得到的高度信息HC2F31与探针C3测量区域F31得到的高度信息HC3F31进行对比，得到探针C2与探针C3在高度方向上的高度差值△HC2C3，将探针C2测量区域F32得到的高度信息HC2F32与探针C5测量区域F32得到的高度信息HC5F32进行对比，得到探针C2与探针C5在高度方向上的高度差值△HC2C5。
对于探针C3来说，其对应的目标探针为探针C2与探针C6，探针C2与探针C3在高度方向上的高度差值△HC2C3已经完成了计算，由此仅需计算探针C3和探针C6在高度方向上的高度差值，将探针C3测量区域F42得到的高度信息HC3F42与探针C6测量区域F42得到的高度信息HC6F42进行对比，得到探针C3与探针C6在高度方向上的高度差值△HC3C6。
对于探针C4来说，其对应的目标探针为探针C1、探针C5以及探针C7，探针C1与探针C4在高度方向上的高度差值△HC1C4已经完成了计算，由此仅需计算探针C4和探针C5以及探针C7在高度方向上的高度差值，将探针C4测量区域F22得到的高度信息HC4F22与探针C5测量区域F22得到的高度信息HC5F22进行对比，得到探针C4与探针C5在高度方向上的高度差值△HC4C5，将探针C2测量区域F32得到的高度信息HC2F32与探针C5测量区域F32得到的高度信息HC5F32进行对比，得到探针C2与探针C5在高度方向上的高度差值△HC2C5。
对于探针C5来说，其对应的目标探针为探针C2、探针C4、探针C6以及探针C8，探针C5与探针C2以及探针C4在高度方向上的高度差值已经完成了计算，由此仅需计算探针C5和探针C6以及探针C8在高度方向上的高度差值，将探针C5测量区域F32得到的高度信息HC5F32与探针C6测量区域F32得到的高度信息HC6F32进行对比，得到探针C5与探针C6在高度方向上的高度差值△HC5C6，将探针C5测量区域F33得到的高度信息HC5F33与探针C8测量区域F33得到的高度信息HC8F33进行对比，得到探针C5与探针C8在高度方向上的高度差值△HC5C8。
对于探针C6来说，其对应的目标探针为探针C3、探针C5以及探针C9，探针C6与探针C3以及探针C5在高度方向上的高度差值已经完成了计算，由此仅需计算探针C6和探针C9在高度方向上的高度差值，将探针C6测量区域F43得到的高度信息HC6F43与探针C9测量区域F43得到的高度信息HC9F43进行对比，得到探针C6与探针C9在高度方向上的高度差值△HC6C9。
对于探针C7来说，其所对应的目标探针为探针C4和探针C8，探针C4与探针C7在高度方向上的高度差值已经完成了计算，由此仅需计算探针C7和探针C8在高度方向上的高度差值，将探针C7测量区域F23得到的高度信息HC7F23与探针C8测量区域F23得到的高度信息HC8F23进行对比，得到探针C7与探针C8在高度方向上的高度差值△HC7C8。
对于探针C8来说，其所对应的目标探针为探针C5、探针C7以及探针C9，探针C8与探针C5以及探针C7在高度方向上的高度差值已经完成了计算，由此仅需计算探针C8和探针C9在高度方向上的高度差值，将探针C8测量区域F33得到的高度信息HC8F33与探针C9测量区域F33得到的高度信息HC9F33进行对比，得到探针C8与探针C9在高度方向上的高度差值△HC8C9。
对于探针C9来说，其所对应的目标探针为探针C6和探针C8，探针C9与探针C6以及探针C8在高度方向上的高度差值已经完成了计算，此时无需重复计算。
步骤303，选取任一探针作为基准探针，并基于各探针与对应的目标探针在高度方向上的高度差值，得到各探针与基准探针在高度方向上的高度差值。
具体而言，接续上例，以选取探针C1作为基准探针为例，探针C2与基准探针C1在高度方向上的高度差值为△HC1C2，探针C3与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C3＝△HC1C2+△HC2C3，探针C4与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C4；探针C5与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C5＝△HC1C4+△HC4C5，或者△HC1C5＝△HC1C2+△HC2C5；探针C6与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C6＝△HC1C2+△HC2C3+△HC3C6，或者△HC1C6＝△HC1C2+△HC2C5+△HC5C6，或者△HC1C6＝△HC1C4+△HC4C5+△HC5C6；探针C7与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C7＝△HC1C4+△HC4C7；探针C8与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C8＝△HC1C4+△HC4C7+△HC7C8，或者△HC18＝△HC1C2+△HC2C5+△HC5C8；探针C9与基准探针C1在高度方向上的高度差值△HC1C9＝△HC1C4+△HC4C7+△HC7C8+△HC8C9，或者△HC1C8＝△HC1C2+△HC2C3+△HC3C6+△HC6C9。
需要说明的是，当可以通过多个计算式计算出探针与基准探针在高度方向上的高度差值，可以通过取平均值或者中位数的方式来获取最终的探针与基准探针在高度方向上的高度差值，能够提升计算出的高度差值的准确度。
本发明的第四实施例涉及一种探针校准方法，本实施方式相对于第一实施方式而言，主要区别之处在于：提供了确定探针与目标探针在高度方向上的高度差值的一种具体实现方式。
本实施例的探针校准方法的具体流程如图11所示。
步骤401，控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，并获取在每次测量时各探针测量对应的区域得到的高度信息；在多次测量过程中每个探针与相邻的探针对目标表面的同一个区域进行测量。与第一实施方式中的步骤101大致相同，在此不再赘述。
步骤402，包括以下子步骤：
子步骤4021，对于每个探针，根据探针与目标探针对同一区域测量得到的高度信息，分别计算得到探针以及目标探针在高度方向的高度值。
子步骤4022，计算探针的高度值与目标探针的高度值之间的差值作为述探针与目标探针在高度方向上的高度差值。
具体而言，请参考图3与图4，以探针C1为例，探针C1对应的目标探针为探针C2，基于探针C1测量区域F2得到的高度信息HC1F2，计算探针C1测量目标区域F2得到的在高度方向的高度值HC1F2’；同理，基于探针C1对应的目标探针C2测量区域F2得到的高度信息HC2F2，计算该目标探针C2测量区域F2得到的在高度方向的高度值HC2F2’。
在一个实施例中，探针的高度信息包括探针与测量的区域中各像素点之间的高度值，探针在高度方向的高度值为探针与测量的区域中各像素点之间的高度值的均值。以探针C1为例，在计算探针C1在测量区域F2的高度值HC1F2’时，获取探针C1测量区域F2得到的高度信息HC1F2中所包含的探针C1与区域F2中各像素之间的高度值，然后计算这多个高度值的均值作为探针C1测量目标区域F2得到的在高度方向的高度值HC1F2’。
在另一个实施例中，探针的高度信息包括探针与测量的区域中各像素点之间的高度值，探针在高度方向的高度值为探针与测量的区域中的预设像素点之间的高度值。以探针C1为例，在计算探针C1在测量区域F2的高度值HC1F2’时，获取探针C1测量区域F2得到的高度信息HC1F2中所包含的探针C1与区域F2中各像素之间的高度值，然后选取出探针C1与区域F2中的预设像素点之间的高度值，该高度值即为探针C1测量目标区域F2得到的在高度方向的高度值HC1F2’。
然后计算探针C1的探针高度HC1F2’与目标探针C2的高度值HC2F2’之间的差值，该差值即为探针C1与目标探针C2在高度方向上的高度差值△HC1C2。其中，在计算两个探针的高度值之间的差值时，可以采用探针的高度值减去对应的目标探针的高度值，即△HC1C2＝HC1F2’-HC2F2’；同理，基于探针C2测量区域F3得到的高度信息HC2F3计算探针C2测量区域F3得到的在高度方向的高度值HC2F3’、基于探针C3测量区域F3得到的高度信息HC3F3计算探针C3测量区域F3得到的在高度方向的高度值HC3F3’，则△HC2C3＝HC2F3’-HC3F3’；基于探针C3测量区域F4得到的高度信息HC3F4计算探针C3测量区域F4得到的在高度方向的高度值HC3F4’、基于探针C4测量区域F4得到的高度信息HC4F4计算探针C4测量区域F4得到的在高度方向的高度值HC4F4’，则可以得到△HC3C4＝HC3F4’-HC4F4’。
步骤403，选取任一探针作为基准探针，并基于各探针与对应的目标探针在高度方向上的高度差值，得到各探针与基准探针在高度方向上的高度差值。与第一实施方式中的步骤103大致相同，在此不再赘述。
需要说明的是，本实施例以一维探针阵列为例进行说明，上述的确定探针与目标探针在高度方向上的高度差值的计算方法同样适用于二维探针阵列，在此不再赘述。
本发明第五实施例涉及一种表面测量方法，应用于探针控制系统，探针控制系统可以为电脑主机、笔记本电脑等，探针控制系统可以使用本实施例中的表面测量方法控制探针装置对待操作表面进行测量，并且在每次测量结束后对测量结果进行校准。探针装置对待操作表面的处理包括：待操作表面物理量和化学量的测量、扫描探针光刻(Scanningprobe lithography，SPL)、产生电子、产生光子，还有利用探针引入离子对待操作表面进行离子注入等。其中，涉及的物理量和化学量包括但不限于：电学信息、力学信息、磁学信息、光学信息、声学信息以及物质成分等，例如三维形貌测量，表面粗超度测量，表面导电性测量，表面物质成分测量，表面温度测量，表面硬度测量，表面弹性模量测量，表面发射光测量，表面发光测量，表面拉曼信号测量等；扫描探针光刻为在探针上加上电压(例如50V)，在探针针尖处形成高电场强度的电场，此时针尖处的电子很容易被拉出，形成探针端头的电场发射，由此利用探针针尖形成的电场发射的电子对光刻胶感光形成电子束光刻，探针发射的电子可以在待操作表面上产生二次电子。其中，待操作表面可以为硅片、玻璃片、石英片、晶圆或者印刷电路板等。
本实施例的表面测量方法的具体流程如图12所示。
步骤501，控制探针装置中的多个探针对待操作表面的多个区域进行测量，得到各探针测量对应的区域得到的高度信息。
步骤502，基于获取的各探针与多个探针中的基准探针在高度方向上的高度差值，对各探针测量得到的高度信息进行校准；其中，各探针与基准探针在高度方向上的高度差值基于第一至第四实施例中任一项的探针校准方法得到。
具体的，在探针装置的探针阵列中包括多个探针，其中一个探针被选作为基准探针，可以采用第一至第四实施例中任一项的探针校准方法，获取其余的各探针与基准探针之间在高度方向上的高度差值，然后对于每个探针，基于该该探针与基准探针之间在高度方向上的高度差值对该探针测量对应的区域所得到的高度信息进行校准，此时可以认为探针阵列中的各探针的针尖处于同一水平面，即探针阵列中的所有探针测量对应的区域所得到的高度信息能够准确表示出待操作表面的情况。其中，采用第一至第四实施例中任一项的探针校准方法，获取的各探针与基准探针之间在高度方向上的高度差值，可以按照预设的方式进行更新，例如在每次对新的待操作表面进行测量时进行更新，或者在对待操作表面完成预设轮次的测量进行更新，或者经过预设时长的测量后进行更新。
步骤503，根据校准后的各探针的高度信息，得到待操作表面的测量结果。
具体而言，在得到校准后的各探针的高度信息后，可以基于此生成待操作表面的测量结果，例如待操作表面的图像。
本发明的第六实施例涉及一种探针控制设备，包括：探针装置以及与探针装置通信连接的探针控制系统；探针装置上设置有多个探针；探针控制系统用于第一至第四实施例中任一项的探针校准方法，和/或第五实施例中的表面测量方法，探针控制系统例如为电脑主机、笔记本电脑等。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。
考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。
Claims (9)
1.一种探针校准方法，其特征在于，包括：
控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，并获取在每次测量时各所述探针测量对应的所述区域得到的高度信息；在多次测量过程中每个所述探针与相邻的所述探针对所述目标表面的同一个所述区域进行测量；
对于每个所述探针，将所述探针与目标探针对同一所述区域测量得到的高度信息进行对比，确定所述探针与所述目标探针在高度方向上的高度差值；所述目标探针为与所述探针相邻的探针；
选取任一所述探针作为基准探针，并基于各所述探针与对应的所述目标探针在高度方向上的高度差值，得到各所述探针与所述基准探针在高度方向上的高度差值。
2.根据权利要求1所述的探针校准方法，其特征在于，所述多个探针形成一维探针阵列；所述控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，包括：
控制多个探针在多个测量位置上对所述目标表面的多个区域进行测量，每个所述测量位置与下一个所述测量位置之间在预设方向上相差所述目标表面的一个区域，所述预设方向为所述一维探针阵列中的探针排列方向。
3.根据权利要求1所述的探针校准方法，其特征在于，所述多个探针形成二维探针阵列；所述控制多个探针对目标表面上的多个区域进行多次测量，包括：
控制多个探针在多个测量位置上对所述目标表面的多个区域进行测量，至少存在一个所述测量位置与相邻的下一个所述测量位置之间在所述二维探针阵列的长度方向上相差所述目标表面上的一个区域，且至少存在一个所述测量位置与相邻的下一个所述测量位置之间在所述二维探针阵列的宽度方向上相差所述目标表面上的一个区域。
4.根据权利要求1所述的探针校准方法，其特征在于，对于每个所述探针，将所述探针与目标探针对同一所述区域测量得到的高度信息进行对比，确定所述探针与所述目标探针在高度方向上的高度差值，包括：
对于每个所述探针，根据所述探针与所述目标探针对同一所述区域测量得到的高度信息，分别计算得到所述探针以及所述目标探针在高度方向的高度值；
计算所述探针的高度值与所述目标探针的高度值之间的差值作为述探针与所述目标探针在高度方向上的高度差值。
5.根据权利要求4所述的探针校准方法，其特征在于，所述探针的高度信息包括所述探针与测量的所述区域中各像素点之间的高度值，所述探针在高度方向的高度值为所述探针与测量的所述区域中各像素点之间的高度值的均值。
6.根据权利要求4所述的探针校准方法，其特征在于，所述探针的高度信息包括所述探针与测量的所述区域中各像素点之间的高度值，所述探针在高度方向的高度值为所述探针与测量的所述区域中的预设像素点之间的高度值。
7.根据权利要求1所述的探针校准方法，其特征在于，所述目标表面上的区域为以下任意一种：一个像素点、由多个像素点形成的线和由多个像素点组合的面。
8.一种表面测量方法，其特征在于，包括：
控制探针装置中的多个探针对待操作表面的多个区域进行测量，得到各所述探针测量对应的所述区域得到的高度信息；
基于获取的各所述探针与所述多个探针中的基准探针在高度方向上的高度差值，对各所述探针测量得到的所述高度信息进行校准；其中，各所述探针与所述基准探针在高度方向上的高度差值基于权利要求1至7中任一项所述的探针校准方法得到；
根据校准后的各所述探针的所述高度信息，得到所述待操作表面的测量结果。
9.一种探针控制设备，其特征在于，包括：探针装置以及与所述探针装置通信连接的探针控制系统；所述探针装置上设置有多个探针；
所述探针控制系统用于执行权利要求1至7中任一项所述的探针校准方法，和/或权利要求8所述的表面测量方法。
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