CN116125102A - 原子力显微镜及其探针校准方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种原子力显微镜及其探针校准方法，涉及精密测量技术领域，用于解决的原子力显微镜其获取图像出现畸变失真的技术问题。该探针校准方法包括在待测样品的表面设定目标位置O；将探针的尖端移动至初始位置A，且初始位置A位于目标位置O的正上方；控制探针的尖端由初始位置朝向目标位置O移动；获取探针的尖端与待测样品的表面接近时的实际位置O’；获取目标位置O与实际位置O’之间的位移偏差，位移偏差包括偏移量和偏移角度；根据位移偏差对所述探针的尖端的初始位置A进行补偿。本公开提供的探针校准方法，能够对探针的目标位置与实际位置的偏差进行补偿，避免引起待测物体形貌图像畸变失真，能够提升分析效果。

Description

原子力显微镜及其探针校准方法

技术领域

本公开涉及精密测量技术领域，尤其涉及一种原子力显微镜及其探针校准方法。

背景技术

原子力显微镜(Atomic Force Microscope，简称AFM)，其能够对样品的表面轮廓进行扫描并生成三维表面图，被广泛应用于半导体等纳米相关学科的研究领域中。

原子力显微镜包括探针悬臂组件、激光发射器及光斑位置检测器等，其中探针悬臂组件包括悬臂及设置在悬臂端部的探针，激光发射器发出的激光束聚焦在悬臂背面，并从悬臂的背面反射到光斑位置检测器上。在对样品进行扫描时，由于样品表面的原子与探针的尖端的原子间的相互作用力，悬臂将随着样品表面形貌而弯曲起伏，反射光束在光斑位置检测器上形成的光斑也将随之偏移，进而通过光斑位置的变化，可获取被测样品表面形貌的信息。

然而，在利用原子力显微镜对被侧样品进行扫描，其获取的形貌图像出现畸变失真，从而影响分析效果。

发明内容

鉴于上述问题，本公开实施例提供一种原子力显微镜及其探针校准方法，其能够对探针的目标位置与实际位置的偏差进行补偿，避免引起待测物体形貌图像畸变失真，能够提升分析效果。

本公开实施例的第一方面提供了一种探针校准方法，包括以下步骤：

在所述待测样品的表面设定目标位置O；

将所述探针的尖端移动至初始位置A，且所述初始位置A位于所述目标位置O的正上方；

控制所述探针的尖端由所述初始位置A朝向所述目标位置O移动；

获取所述探针的尖端与待测样品的表面接近时的实际位置O’；

获取所述目标位置O与所述实际位置O’之间的位移偏差，所述位移偏差包括偏移量和偏移角度；

根据所述位移偏差对所述探针的尖端的初始位置A进行补偿。

本公开实施例提供的探针校准方法至少具有如下优点：

本公开实施例提供的探针校准方法，通过在待测样品的表面设定目标位置O，并将探针的尖端移动至位于目标位置的正上方的初始位置，控制探针的尖端由初始位置接近待测样品的表面，并获取实际位置O’；进一步获取实际位置O’与目标位置之间的位移偏差。

进而，在下一次对待测样品进行扫描之前，在设定探针的尖端的初始位置时，对探针的尖端位移偏差进行补偿，即在设定探针的尖端的初始位置时，提前对探针的位移偏差进行补偿，以消除探针的尖端在下放过程中的位移偏差，从而完成对探针的尖端校准。

如此设置，在对待测样品进行扫描测量时，能够保证探针的尖端能够移动至目标位置，以准确获取目标位置的表面形貌的信息，避免待测物样品的形貌图像畸变失真，而影响分析效果的现象的发生。

如上所述的探针校准方法，所述获取所述探针的尖端与所述待测样品的表面接近时的实际位置O’的步骤包括：

判断所述探针的尖端与所述待测样品的表面是否接近；

若是，则获取所述探针的尖端与待测样品的表面接近时的实际位置O’；

若否，则继续控制所述探针的尖端朝向所述待测样品的表面移动。

如上所述的探针校准方法，所述判断所述探针的尖端与待测样品的表面是否接近的步骤包括：

设定所述探针的尖端与所述待测样品的表面接近时的预设压力值；

利用压力传感器获取所述探针的尖端与所述待测样品的表面之间的实际压力值；

判断所述实际压力值是否大于或等于所述预设压力值；

若是，则判断所述探针的尖端与所述待测样品的表面接近；

若否，则继续控制所述探针的尖端朝向所述待测样品的表面移动。

如上所述的探针校准方法，所述探针连接有扫描器，所述扫描器与控制反馈系统信号连接；且所述扫描器包括控制所述探针沿X轴方向移动的第一压电控制模块，控制所述探针沿Y轴方向移动的第二压电控制模块，及控制所述探针沿Z轴方向移动的第三压电控制模块；

所述获取所述目标位置O与所述实际位置O’之间的位移偏差的步骤包括：

当所述探针的尖端与所述待测样品接近时，则所述控制反馈系统获取所述扫描器上各压电控制模块的对应坐标位置。

如上所述的探针校准方法，所述根据位移偏差对所述探针的尖端的初始位置A进行补偿的步骤包括：

利用所述第一压电控制模块、所述第二压电控制模块控制所述探针沿X轴方向、Y轴方向移动，以对所述探针的尖端的位移偏差进行补偿。

如上所述的探针校准方法，所述将所述探针的尖端移动至初始位置A，且所述初始位置A位于所述目标位置O的正上方步骤包括：

建立三维角坐标系，设定目标位置O为坐标原点(0，0，0)；

设定初始位置A的坐标(0，0，z)；

控制所述探针的尖端移动至所述目标位置的正上方。

如上所述的探针校准方法，所述目标位置O为所述待测样品的中心，且所述目标位置设置有十字形图案。

如上所述的探针校准方法，获取所述实际位置O’的坐标为(r，α，0)，其中r为所述实际位置O’与坐标原点之间的偏移量，α为偏移角度；

所述根据所述位移偏差对所述探针的尖端的初始位置进行补偿的步骤包括：控制所述探针的尖端移动至补偿位置B，所述补偿位置B的坐标为(r，α+π，z)。

如上所述的探针校准方法，在更换新的探针之后或在对待测样品进行扫描之前，利用所述校准方法对所述探针进行校准。

本公开实施例的第二方面提供了一种第一方面所述的探针校准方法所用的原子力显微镜，所述原子力显微镜包括扫描器、探针悬臂组件、控制反馈系统及光检测系统；所述探针悬臂组件包括悬臂及设置在所述悬臂上的探针，所述探针位于所述悬臂的一端，所述悬臂的另一端与所述扫描器连接；所述探针还设置有与所述控制反馈系统连接的压力传感器；所述光检测系统包括激光发射器以及光斑位置检测器，且所述光斑位置检测器与所述控制反馈系统连接。

本公开实施例提供的原子力显微镜至少具有如下优点：

本公开实施例提供的原子力显微镜，其能够根据探针的尖端在下放过程的位移偏差，对下一次探针的尖端初始位置进行补偿，以消除尖端下放过程的产生的位移偏差，进而探针的尖端可移动至预设的目标位置，以准确获取目标位置的表面形貌的信息，避免待测物样品的形貌图像畸变失真，而影响分析效果的现象的发生。

如上所述的原子力显微镜，所述扫描器包括与所述控制反馈系统信号连接的第一压电控制模块、第二压电控制模块以及第三压电控制模块；

所述第一压电控制模块包括控制所述悬臂X轴方向移动的第一压电陶瓷块，所述第二压电控制模块包括控制所述悬臂Y轴方向移动的第二压电陶瓷块；所述第三压电控制模块包括控制所述悬臂Z轴方向移动的第三压电陶瓷块。

如上所述的原子力显微镜，所述悬臂配置为由厚度范围为5μm至500μm，且其长度范围为100μm至500μm的硅片或氮化硅片制成。

如上所述的原子力显微镜，所述探针配置为所述原子力显微镜对待检测样品进行扫描时，所述探针的尖端与待检测样品的表面之间的间距范围为5nm至10nm。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的原子力显微镜的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的探针的尖端与待测样品的表面接近示意图；

图3为本公开实施例提供的探针校准方法的流程示意图一；

图4为本公开实施例提供的探针校准方法的流程示意图二；

图5为本公开实施例提供的探针校准方法的流程示意图三；

图6为本公开实施例提供的目标位置O、实际位置O’、初始位置A、补偿位置B在三维角坐标系中的位置示意图；

图7为本公开实施例提供的目标位置O与实际位置O’之间的位移偏差示意图。

附图标记说明：

10-待测样品；

20-探针；

21-尖端；

30-扫描器；

40-激光发射器；

50-光斑位置检测器；

60-控制反馈系统。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的原子力显微镜在对待测样品进行扫描时，存在待测样品的形貌图像畸变失真问题，影响分析效果，经发明人研究发现，出现这种问题的原因在于，探针的尖端朝向待测样品的表面移动时，其移动的路径出现偏移，导致探针的实际位置与目标位置之间存在位移偏差，进而获取的形貌图像与目标位置的形貌图像不符，从而出现畸变失真问题。

为此，本公开实施例提供了一种探针的校准方法，通过在待测样品表面设定目标位置O，并将探针的尖端移动至位于目标位置O的正上方的初始位置A，控制探针的尖端由初始位置A接近待测样品表面，并获取实际位置O’；进一步获取实际位置O’与目标位置O之间的位移偏差。

因此，在下一次对待测样品进行扫描之前，在设定探针的尖端的初始位置A时，对探针的尖端位移偏差进行补偿，以消除探针的尖端在下放过程中的位移偏差，从而完成对探针的尖端校准。

如此设置，在利用原子力显微镜对待测样品进行扫描测量时，能够保证探针的尖端能够移动至目标位置，以准确获取目标位置的表面形貌的信息，避免待测物样品的形貌图像畸变失真，而影响分析效果的现象的发生。

为了使本公开实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本公开保护的范围。

图1为本公开实施例提供的原子力显微镜的结构示意图；图2为本公开实施例提供的探针的尖端与待测样品的表面接近示意图；

如图1和图2所示，本公开实施例提供一种探针校准方法，其基于原子力显微镜所实施，即本校准方法适用于对原子力显微镜的探针进行校准。为便于对探针校准方法进行详细介绍，本公开实施例首先对原子力显微镜进行介绍。

本公开实施例提供的原子力显示镜可以是非接触式原子力显微镜、或者接触式原子力显微镜，该探针校准方法对上述原子力显微镜均适用。本实施例以非接触式原子显微镜为例，对其探针20的校准方法进行说明。

非接触式原子显微镜，其在对待测样品10的表面进行扫描测量时，非接触式原子显微镜的探针20的尖端21接近待测样品10的表面，且探针20的尖端21与待测样品10的表面不接触。例如，非接触式原子显微镜对待检测样品进行扫描时，探针20的尖端21与待检测样品的表面之间保持一定间距，且两者之间的间距范围为5nm至10nm。

具体地，非接触式原子力显微镜包括扫描器30、探针悬臂组件、控制反馈系统60以及光检测系统，其中探针悬臂组件包括悬臂和探针20，悬臂用于安装探针20，并带动探针20移动。悬臂的一端与扫描器30连接，悬臂的另一端连接有探针20，并且探针20朝向待测样品10的表面具有尖端21，此尖端21设置有微型敏感元件(例如压力传感器)。

微型敏感元件与上述控制反馈系统60信号连接，微型敏感元件配置为用于感测待测样品10表面与尖端21之间的微弱原子间相互作用力，以判断尖端21是否与接近待测样品10表面接近，待尖端21与待测样品10的表面接近时，由于在尖端21与待测样品10表面之间的原子间相互作用力下，悬臂发生形变或者运动状态发生变化，进而控制反馈系统60根据悬臂的状态变化，此状态变化可通过下文中的悬臂关联的坐标信息以及与悬臂关联的光斑位置所体现，进而以获取待测样品10的表面结构及性质。

进一步地，本公开实施例中的探针20的尖端21位于待测样品10的上方，并与待测样品10的上表面保持一定间距，即探针20的尖端21与待测样品10的上表面无接触。扫描器30可控制探针20的尖端21朝向待测样品10移动，尖端21可接近待测样品10的上表面，当尖端21接近待测样品10的上表面时，扫描器30控制探针20在待测样品10的上表面移动，进而获取待测样品10的上表面的整体结构形貌。

扫描器30还用于控制悬臂移动，并能够使尖端21与待测样品10保持接近状态以及控制探针20对待测样品10的表面进行扫描。其中扫描器30包括第一压电控制模块、第二压电控制模块以及第三压电控制模块，且各压电控制模块分别与控制反馈系统60信号连接。

示例性地，扫描器30包括本体，第一压电控制模块可以是设置在本体上的第一压电陶瓷块，第一压电控制模块与控制反馈系统60信号连接，控制反馈系统60可将动作信号发送至第一压电陶瓷块，并通过第一压电陶瓷块控制悬臂沿X轴方向移动；反之，控制反馈系统60可实时获取第一压电陶瓷块的状态，可进一步获取此时悬臂的尖端21在X轴方向上的坐标信息。

第二压电控制模块可以是设置在本体上的第二压电陶瓷块，同样的，第二压电陶瓷块与控制反馈系统60信号连接，控制反馈系统60可将动作信号发送至第二压电陶瓷块，并通过第二压电陶瓷块控制悬臂沿Y轴方向移动；反之，控制反馈系统60可可使获取第二压电陶瓷块的状态，可进一步获取判断此时悬臂的尖端21在Y轴方向上的坐标信息。

同样的，第三压电控制模块可以是设置在本体上的第三压电陶瓷块，同样的，第三压电陶瓷块与控制反馈系统60信号连接，控制反馈系统60可将动作信号发送至第三压电陶瓷块，并通过第三压电陶瓷块控制悬臂沿Z轴方向移动；反之，控制反馈系统60可可使获取第三压电陶瓷块的状态，可进一步获取判断此时悬臂的尖端21在Z轴方向上的坐标信息。

需要说明的是，上述X轴方向、Y轴方向形成的平面为扫描器30的顶部表面，此顶部表面可以是水平面；Z轴方向垂直于扫描器30的顶部表面，且探针20沿Z轴方向朝向待测样品10的表面移动，并接近待测样品10。在对待测样品10进行扫描测量过程中，扫描器30通过第三压电陶瓷块控制探针20的尖端21始终与待测样品10的表面保持接近状态，即以保证探针20的尖端21对待测样品10的表面进行持续测量。

本公开实施例提供的光检测系统包括激光发射器40和光斑位置检测器50，其中激光发射器40和光斑位置检测器50分别与控制反馈系统60信号连接。激光发射器40设置于悬臂背离待测样品10的一侧，且激光发射器40与悬臂之间保持一定距离。激光发射器40发出的激光束聚焦在悬臂背面，即激光光束可照射在悬臂的背面。激光光束被悬臂的背面反射后，可进一步传输至光斑位置检测器50上。

光斑位置检测器50通常设置于激光发射器40的一侧，光斑位置检测器50用于接收经悬臂的背面反射的激光光束，并在光斑位置检测器50上形成光斑。利用非接触式原子力显微镜对待测样品10进行扫描时，由于待测样品10表面的原子与探针20的尖端21的原子间存在相互作用力，悬臂将随着待测样品10表面形貌而弯曲起伏，即悬臂随着尖端21在待测样品10表面移动，悬臂发生形变，进而反射光束在光斑位置检测器50上形成的光斑也将随之偏移。

控制反馈系统60可获取光斑位置的变化并记录该电信号，控制反馈系统60根据光斑位置变化的电信号作为扫描器30的动作信号，以调整各压电陶瓷块做适当移动，以使尖端21保持与待测样品10的表面保持接近状态；再者，控制反馈系统60根据其记录的光斑位置变化，并对此分析可获取被测样品表面形貌的信息。

进一步地，本公开实施例中悬臂可由厚度范围为5μm至500μm，且其长度范围为100μm至500μm的硅片或氮化硅片制成。如此设置，悬臂具有较好的弹性，当悬臂的尖端21与待测样品10的表面之间的微小的原子间相互作用力作用于悬臂时，悬臂发生震动或变形，从而形成在光斑位置检测器50上的光斑发生偏移，即可提升获取被测样品表面形貌信息的准确度。

图3为本公开实施例提供的探针校准方法的流程示意图一，图6为本公开实施例提供的目标位置O、实际位置O’、初始位置A、补偿位置B在三维角坐标系中的位置示意图。

如图3和图6所示，针对上述非接触式原子力显微镜的探针校准方法，包括以下步骤：

步骤S100：在待测样品10的表面设定目标位置O。

具体地，在待测样品10的上表面设定目标位置，并使非接触式原子力显微镜的扫描器30控制探针20的尖端21接近待测样品10的上表面，以获取该目标位置的坐标信息，并记录于控制反馈系统60。为便于描述本方法实施过程，可将此目标位置定义为目标位置O，即目标位置O可以是待测样品10表面的任一位置，本公开实施例对此不加以限制。

步骤S200：将探针20的尖端21移动至初始位置A，且初始位置A位于目标位置O的正上方。

具体地，控制反馈系统60根据目标位置O的坐标信息，控制扫描器30探针20将尖端21移动至目标位置O的正上方，此位置可定义为扫描器30的初始位置A，即初始位置A位于目标位置O的正上方，并将初始位置A的坐标信息记录于控制反馈系统60中。

例如，本公开实施例中非接触式原子力显微镜设置有三维角坐标系。优选地，为便于获取目标位置O与实际位置O’之间的位移偏差，本公开实施例将目标位置O设定坐标原点(0，0，0)；设定的初始位置A的坐标为(0，0，z)；进一步控制探针20的尖端21移动至初始位置A，此时探针20的尖端21位于目标位置O的正上方。

需要说明的是，由于探针20的尖端21所处的高度不同，其在尖端21下放的过程中的位移偏移也不同，因此本公开实施例提供的校准方法在整个实施过程中，探针20的尖端21所处的高度相同；换言之，在探针20的尖端21处于同一预设高度的前提下，才对探针20的尖端21在X方向、Y轴方向上的位移偏差进行校准。

步骤S300：控制探针20的尖端21由初始位置A朝向目标位置O移动。

具体地，控制反馈系统60通过扫描器30控制探针20的尖端21沿Z轴方向移动，以使探针20的尖端21朝向目标位置O移动，并使探针20的尖端21接近待测样品10的表面。当探针20的尖端21与待测样品10的表面接近时，此时探针20的尖端21与待测样品10的表面之间的距离可以是为5nm至10nm。

步骤S400：获取探针20的尖端21与待测样品10的表面接近时的实际位置O’。

具体地：为获取上述实际位置O’的位置信息，需判断探针20的尖端21是否与待测样品10的表面接近，即需在探针20的尖端21与待测样品10接近的状态下，获取该状态下的探针20的尖端21在待测样品10的表面上的实际位置O’。

图4为本公开实施例提供的探针校准方法的流程示意图二；图5为本公开实施例提供的探针校准方法的流程示意图三，图4、图5也是获取探针20的尖端21与待测样品10接近时的实际位置O’的具体实施流程示意图。

如图4所示，步骤S400包括步骤S410：判断探针20的尖端21与待测样品10的表面是否接近；若是，则执行步骤S420：获取探针20的尖端21与待测样品10的表面接近时的实际位置，即获取实际位置O的坐标信息。若否，则继续执行步骤S300：控制探针20尖端21继续沿Z轴方向移动，直至探针20的尖端21与待测样品10的表面接近。

在一些实施方式中，如图5所示，上述步骤S410包括步骤S411：设定探针20的尖端21与待测样品10的表面接近时的预设压力值。

具体地，由于悬臂组件中还设置有压力传感器，且压力传感器与控制反馈系统60连接，因此可在控制反馈系统60中设置有当探针20的尖端21与待测样品10的表面接近时的预设压力值，以便于判断探针20的尖端21是否与待测样品10的表面接近。

步骤S412：利用压力传感器获取探针20的尖端21与待测样品10的表面之间的实际压力值。

具体地，在探针20的尖端21朝向待测样品10的表面移动过程中，利用压力传感器对探针20的尖端21与待测样品10的表面之间的实际压力值进行测量，并将测量结果传输至控制反馈系统60，以便于控制反馈系统60将实际压力值与预设压力值相比较，以判断探针20的尖端21是否与待测样品10的表面接近。

步骤S413：判断实际压力值是否大于或等于预设压力值。

具体地，控制反馈系统60接收来自压力传感器检测的实际压力值后，将实际压力值与预设压力值进行比较；若实际压力值大于或等于预设压力值，则判断探针20的尖端21与待测样品10的表面接近，并执行步骤S420：获取探针20的尖端21与待测样品10的表面接近时的实际位置O’。

反之，若实际压力值小于预设压力值，则判断探针20的尖端21与待测样品10的表面未接近，并继续执行步骤S300：控制探针20的尖端21由初始位置A朝向目标位置O移动，直至满足探针20的尖端21与待测样品10的表面之间的实际压力值大于或等于预设压力值时停止。

在获取实际位置O’的坐标信息之后，则执行步骤S500：获取目标位置O与实际位置O’之间的位移偏差，其中位移偏差包括偏移量和偏移角度。

具体地，当探针20的尖端21与待测样品10的表面之间的实际压力大于或等于预设压力值时，控制反馈系统60获取该状态下的第一压电控制模块、第二压电控制模块及第三压电控制模块的对应坐标位置，以获取该状态下实际位置O’的坐标信息。

由于在控制反馈系统60中预设有目标位置O的坐标信息，控制反馈系统60根据实际位置O’的坐标信息以及预设目标位置O的坐标信息，计算实际坐标位置O’与目标位置O之间的位移偏差，其中上述位移偏差包括偏移量和偏移角度。

在另一些实施例中，当探针20的尖端21与待测样品10的表面之间的的实际压力大于或等于预设压力值时，控制反馈系统60可获取光斑位置传感器所记录的光斑位置，进而控制反馈系统60通过光斑位置读取实际位置O’的坐标信息。本实施例对此不加以限制。

具体地，在步骤S100中，在待测样品10的表面设定目标位置O，可控制尖端21接近该目标位置O，此时利用光检测系统获取目标位置O的位置信息。例如，当尖端21接近目标位置O后，获取此装置下光斑在光斑位置检测器50上的光斑位置，控制反馈系统60并据此获取目标位置O的坐标信息；待尖端21与实际目标位置O’接近时，获取该状态下光斑在光斑位置检测器50上的光斑位置，控制反馈系统60据此获取该状态下的实际目标位置O’的坐标信息，控制反馈系统60可根据上述初始目标位置的O的坐标信息以及实际目标位置O’的坐标信息，获取两者之间的位移偏差。

当然，上述实施例中提供的两种不同获取尖端21的位移偏差的方法中，可择一适用，本公开实施例对此不加以限制。或者，本公开实施例可同时采用上述两种不同方法获取尖端21的位移偏差，以便于后续对位移偏差进行对比、校准，即可进一步获取两种不同方法所获取的位移偏差之间的误差，判断该误差是否在误差范围之内，以获取更加准确的位移偏差，从而提升对探针20的尖端21校准效果，以及准确获取待测样品10的表面形貌的信息。

步骤S600：根据位移偏差对探针20的尖端21的初始位置A进行补偿。

具体地，在控制反馈系统60获取目标位置O与实际位置O’之间的位移偏差后，可将此位移偏差进行存储，探针20以便于对待测样品10进行扫描之前，可对探针20的尖端21的初始位置A进行补偿。

图7为本公开实施例提供的目标位置O与实际位置O’之间的位移偏差示意图。

如图6和图7所示，获取实际位置O’的坐标为(r，α，0)，其中r为实际位置O’与坐标原点之间的偏移量，α为偏移角度；在对探针20的尖端21的初始位置A进行补偿时，可控制探针20的尖端21移动至补偿位置B，补偿位置B的坐标为(r，α+π，z)。

示例性地，控制反馈系统60根据获取目标位置O与实际位置O’之间的位移偏差，通过控制第一压电模块动作，以使悬臂带动探针20沿X轴方向移动，以及通过控制第二压电模块动作，以使悬臂带动探针20沿Y轴方向移动，从而使探针20的尖端21移动至补偿位置B，以消除探针20的尖端21在下放过程中的位移偏差，从而完成对探针20的尖端21校准。

如此设置，利用上述校准方法对探针20进行校准，可在对待测样品10进行扫描测量时，能够保证探针20的尖端21能够移动至目标位置，以准确获取目标位置的表面形貌的信息，避免待测物样品的形貌图像畸变失真，而影响分析效果的现象的发生。

继续参阅图6，进一步地，上述目标位置O可设置在待测样品10的上表面的中心，相比目标位置O设置在待测样品10上表面的边缘位置，将目标位置O设置在待测样品10的上表面的中心，可保证实际位置O’不偏出待测样品10的上表面，以保证能够获取实际位置O’的位置信息，提升对探针20校准实施的可靠性。

在一些实施例中，待测样品10上表面设置有十字形图案，十字形图案设置在上表面的中心位置，该十字形图案可以是荧光标记或者其他，在待测样品10的上表面设置十字形图案，以便于探针20的尖端21与待测样品10的中心进行对位，提升尖端21与目标位置O的对准效率。进一步的，可控制探针20沿Z轴方向移动，当探针20的尖端21与待测样品10的表面接近后，可便于获取实际位置O’的坐标信息。

需要说明的是，在一些实施例中，在利用非接触式原子力显微镜对下一次待测样品10进行扫描之前，或者在更换探针20后，均需要对探针20的尖端21进行一次校准，以准确获取待测样品10的表面形貌的信息。进一步地，校准前后的尖端21初始位置的高度相同，因此校准后，对待测样品10进行扫描时，仅需对探针20的尖端21在X轴方向、Y轴方向上的位移偏差进行补偿。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书的描述中，参考术“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种探针校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

在待测样品的表面设定目标位置O；

将所述探针的尖端移动至初始位置A，且所述初始位置A位于所述目标位置O的正上方；

控制所述探针的尖端由所述初始位置A朝向所述目标位置O移动；

获取所述探针的尖端与待测样品的表面接近时的实际位置O’；

获取所述目标位置O与所述实际位置O’之间的位移偏差，所述位移偏差包括偏移量和偏移角度；

根据所述位移偏差对所述探针的尖端的初始位置A进行补偿。

2.根据权利要求1所述的探针校准方法，其特征在于，所述获取所述探针的尖端与所述待测样品的表面接近时的实际位置O’的步骤包括：

判断所述探针的尖端与所述待测样品的表面是否接近；

若是，则获取所述探针的尖端与待测样品的表面接近时的实际位置O’；

若否，则继续控制所述探针的尖端朝向所述待测样品的表面移动。

3.根据权利要求2所述的探针校准方法，其特征在于，所述判断所述探针的尖端与待测样品的表面是否接近的步骤包括：

设定所述探针的尖端与所述待测样品的表面接近时的预设压力值；

利用压力传感器获取所述探针的尖端与所述待测样品的表面之间的实际压力值；

判断所述实际压力值是否大于或等于所述预设压力值；

若是，则判断所述探针的尖端与所述待测样品的表面接近；

若否，则继续控制所述探针的尖端朝向所述待测样品的表面移动。

4.根据权利要求3所述的探针校准方法，其特征在于，所述探针连接有扫描器，所述扫描器与控制反馈系统信号连接；且所述扫描器包括控制所述探针沿X轴方向移动的第一压电控制模块，控制所述探针沿Y轴方向移动的第二压电控制模块，及控制所述探针沿Z轴方向移动的第三压电控制模块；

所述获取所述目标位置O与所述实际位置O’之间的位移偏差的步骤包括：

当所述探针的尖端与所述待测样品的表面接近时，则所述控制反馈系统获取所述扫描器上各压电控制模块的对应坐标位置。

5.根据权利要求4所述的探针校准方法，其特征在于，所述根据位移偏差对所述探针的尖端的初始位置A进行补偿的步骤包括：

利用所述第一压电控制模块、所述第二压电控制模块控制所述探针沿X轴方向、Y轴方向移动，以对所述探针的尖端的位移偏差进行补偿。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的探针校准方法，其特征在于，所述将所述探针的尖端移动至初始位置，且所述初始位置A位于所述目标位置O的正上方步骤包括：

建立三维角坐标系，设定目标位置O为坐标原点(0，0，0)；

设定初始位置A的坐标(0，0，z)；

控制所述探针的尖端移动至所述目标位置O的正上方。

7.根据权利要求6所述的探针校准方法，其特征在于，所述目标位置O为所述待测样品的中心，且所述目标位置设置有十字形图案。

8.根据权利要求6所述的探针校准方法，其特征在于，

获取所述实际位置O’的坐标为(r，α，0)，其中r为所述实际位置O’与坐标原点之间的偏移量，α为偏移角度；

所述根据所述位移偏差对所述探针的尖端的初始位置A进行补偿的步骤包括：控制所述探针的尖端移动至补偿位置B，所述补偿位置B的坐标为(r，α+π，z)。

9.根据权利要求1所述的探针校准方法，其特征在于，在更换新的探针之后或在对待测样品进行扫描之前，利用所述校准方法对所述探针进行校准。

10.一种权利要求1至9中任一项所述的探针校准方法所用的原子力显微镜，其特征在于，所述原子力显微镜包括扫描器、探针悬臂组件、控制反馈系统及光检测系统；

所述探针悬臂组件包括悬臂及设置在所述悬臂上的探针，所述探针位于所述悬臂的一端，所述悬臂的另一端与所述扫描器连接；所述探针还设置有与所述控制反馈系统连接的压力传感器；

所述光检测系统包括激光发射器以及光斑位置检测器，且所述光斑位置检测器与所述控制反馈系统连接。

11.根据权利要求10所述的原子力显微镜，其特征在于，所述扫描器包括与所述控制反馈系统信号连接的第一压电控制模块、第二压电控制模块以及第三压电控制模块；

所述第一压电控制模块包括控制所述悬臂X轴方向移动的第一压电陶瓷块，所述第二压电控制模块包括控制所述悬臂Y轴方向移动的第二压电陶瓷块；所述第三压电控制模块包括控制所述悬臂Z轴方向移动的第三压电陶瓷块。

12.根据权利要求10所述的原子力显微镜，其特征在于，所述悬臂配置为由厚度范围为5μm至500μm，且其长度范围为100μm至500μm的硅片或氮化硅片制成。

13.根据权利要求12所述的原子力显微镜，其特征在于，所述探针配置为所述原子力显微镜对待检测样品进行扫描时，所述探针的尖端与待检测样品的表面之间的间距范围为5nm至10nm。

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