TW201636616A - 使用掃描探針顯微鏡成像一特徵之方法 - Google Patents

Abstract

使用一局部電位驅動探針將一導體驅動至一已知電位同時相鄰線經由樣本本體接地減少來自相鄰線之靜電掃描顯微鏡信號，允許該樣本中更深處之金屬線之成像。使用多個局部電位驅動探針在不同導線上局部地提供不同電位允許不同導體(例如)藉由改變施加於不同局部電位驅動探針之信號之相位而在相同影像中凸顯。

Description

使用掃描探針顯微鏡成像一特徵之方法

本發明係關於掃描探針顯微鏡法，且特定言之，係關於使用一掃描探針顯微鏡實行之電量測法。

一掃描探針顯微鏡(SPM)為使用一實體探針形成一樣品之影像的顯微鏡之一類型，該實體探針在該樣品之表面上掃描。該掃描探針可經由多種物理力與該樣品作用，該等物理力包含機械接觸力、凡得瓦氏(van der Waals)力、毛細管力、化學鍵結力、靜電力及磁力。SPM量測不同力以判定該樣品之不同性質，且在一影像上顯示樣本性質。

SPM之類型包含：掃描穿隧顯微鏡(STM)，其量測導電樣本；及原子力顯微鏡(AFM)，其可量測非導電樣本之各種性質。AFM係已知且在(例如)Hong等人之名稱為「Method and Apparatus for Measuring Mechanical and Electrical Characteristics of a Surface Using Electrostatic Force Modulation Microscopy Which Operates in Contact Mode」之美國專利第6,185,991號(其特此以引用的方式併入)中描述。一AFM可在一接觸模式、一分接模式及一非接觸模式中操作。

圖1展示一AFM 100，其在一懸臂樑104之遠端處包含一探針尖端102。一定位器106(通常包括壓電致動器)跨越一樣本108(其可包含特徵(諸如一奈米尺度結構110))之表面掃描具有探針尖端102之懸臂樑 104。懸臂樑104行為像一彈簧。當懸臂樑104偏轉且釋放時，懸臂樑104依一諧振頻率振盪。

樣本108與具有探針尖端102之懸臂樑104之間的力引起懸臂樑104之一偏轉。一雷射116引導一光束118朝向靠近尖端102之懸臂樑104上之一反射表面，且反射光120藉由一位置靈敏光子偵測器122(其產生對應於該尖端之位置之一電輸出信號)偵測。自偵測器122之該輸出信號藉由一信號處理器124處理以判定尖端102隨時間之偏轉。懸臂樑振盪及因此自光子偵測器122輸出之該信號為基本上正弦且一頻率、振幅及相位為表徵。探針與樣本之間的各種力將影響此等正弦性質。信號處理器124可包含一或多個鎖定放大器126以自其它信號提取對應於特定頻率之信號且自偵測器122提取存在於該輸出信號中之雜訊。在各種應用中，懸臂樑振動之振幅、頻率及/或相位被偵測且用以判定樣本之一局部性質。

一控制器130根據經由使用者介面132輸入之指令或根據儲存在電腦記憶體134中之程式指令控制AFM 100。控制器130亦控制一成像器件136(諸如一電腦顯示器螢幕)以顯示藉由AFM 100形成之樣本影像。在一些應用中，控制器130使用尖端偏轉提供回饋至定位器106以上升或下降懸臂樑104以在探針尖端102與樣本表面之間維持一恆定距離。所謂「探針尖端與樣本表面之間的距離」意謂自探針下方之局部樣本表面至探針之剩餘位置之距離。在其他應用中，以一直線掃描探針，且所以圍繞樣本表面之探針之高度變動為局部表面拓撲。

一樣本電壓源140可將一直流偏壓電壓、一交流電壓或直流偏壓電壓與交流電壓兩者之一組合施加於樣本108。如本文所使用，施加一直流偏壓電壓可包含施加一零電壓(即，使得一元件接地)。一掃描探針電壓源142可將一直流偏壓電壓、一交流電壓或直流偏壓電壓與交流電壓兩者施加於尖端102。

當AFM用以量測電壓時，樣本108視情況定位於一防護卡盤144(其固定該樣本且使用一導電材料部分地圍繞該樣本以減少會影響電量測法之雜散電位)內。來自樣本電壓源140之電位可經由該防護卡盤或經由一習知卡盤施加於全樣本。亦可施加該電位以與樣本上之墊接觸。

當一AFM在一模式中操作以偵測靜電力時，該AFM稱為一靜電力顯微鏡(EFM)。EFM為振動、非接觸AFM之一類型，其中量測藉由在探針尖端與樣本之間施加一電位差異而產生之一力。在(例如)P.Girard之名稱為「Electrostatic Force Microscopy：Principles and Some Applications to Semiconductors」Nanotechnology 12,485(2001)中描述一EFM。

如Girard中所描述，一樣本與一AFM尖端之間的一電壓差異產生與電容之變化與探針高度及該電位差異之平方成比例之一力：

電壓V為任何施加直流電壓(V_dc)、施加正弦電壓(V_AC)、接觸電位(V_cp)及任何外部感應表面電壓(V_induced)之一組合。

V=(V _cp +V _dc +V _induced )+V _AC sin Ωt

力可分解為三個頻率項。一直流項： 對應於懸臂樑之一連續彎曲，其難以偵測。

一頻率Ω項：

係取決於電容耦合及樣本電壓V_cp及V_induced且因此展示樣本上之電壓對比係有用的。在一些實施方案中，一回饋迴路藉由使得V_dc等於=-(V_cp+V_induced)來將F_Ω維持在0處，其在一些條件下可改良影像品質。

一頻率2Ω項： 係取決於該局部電容耦合。當依一恆定尖端-樣本距離掃描時，一鎖定放大器可用以自雜訊提取F_Ω或F_2Ω信號。

藉由跨越該樣本掃描一探針來執行EFM，同時將一或多個電位施加於探針及/或該樣本。所施加之電位可為交流、直流或交流及直流之組合。

圖1之AFM 100展示施加於探針尖端102之一電位V1且一電位V2施加於樣本108。儘管一使用者可期望將電壓V2施加於奈米尺度結構110，但各種因素影響奈米尺度結構110處之電性質，其導致奈米尺度結構110上之中間電位。

AFM探針尖端頂點與樣本之附近區域之間的電容為EFM技術之一顯著組件。然而，自整個樣本至AFM探針尖端圓錐體及懸臂樑之寄生電容產生額外量測力。此外，在複雜樣本(諸如一積體電路)中，該表面處或該表面附近之奈米尺度結構可具有電位，其等由於接面及沿著多個路徑至所驅動之基板本體電位之電阻而不太能夠明確地定義。該等寄生電容及該組鬆弛約束電位之效應產生具有較差信號之掃描影像至雜訊及不清楚的所得電位圖來源。

圖2係藉由22nm處理技術製造之電晶體上方之第二金屬位準處 之一積體電路之一四微米乘四微米區域之振動非接觸AFM拓撲影像。圖2展示藉由絕緣區域204分離之多個導線202。在圖2之假色影像中，更淺色彩指示樣本表面之一更高仰角。當在掃描期間振盪之量級隨表面拓撲改變時，回饋用以上升及下降探針以維持振盪振幅。至壓電致動器之驅動電壓經繪圖以產生拓撲影像。

圖3中之影像為藉由如圖2中展示之相同區域之一EFM形成之一電位圖。該電位圖使用依一恆定高度掃描之一AFM探針形成。在圖3之假色影像中，更高靜電位之區域展示為綠色且更低靜電位之區域以藍色展示。色彩越亮，靜電位越高。成像探針尖端隨接近該懸臂樑之諧振頻率之一時間變動頻率偏移。圖3展示金屬線302之一些作為高靜電位之區域，但其等彼此及至基板之連接路徑不明。金屬線之影像不清楚，此係因為(如上文所描述)存在影響所感測之電位之寄生電容且經由卡盤施加於樣本本體之電位在達到個別導線之各者之前由於接面及沿著至導體之不同路徑之不同電阻而不同地修改。

Tsunemi等人之名稱為「Development of dual-probe atomic force microscopy system using optical beam deflection sensors with obliquely incident laser beams」Review of Scientific Instruments 82,033708(2011)描述一雙探針AFM系統且使用該系統判定表面電位，該表面電位用以藉由一探針量測該表面一α-六噻吩薄膜而電荷藉由另一探針注入。

期望一種提供電路性質及電路缺陷之一更有用影像之分析方法。

本發明之一目的為使用一掃描探針顯微鏡提供改良的電量測法。

一掃描探針顯微鏡包含一掃描探針及一或多個額外局部電位驅 動探針，該等額外局部電位驅動探針在樣本上之一奈米尺度結構上提供一或多個局部電位。該等局部電位驅動探針可提供一固定電位、一交流電位或固定電位與交流電位兩者之一組合以當藉由掃描探針執行量測時針對最大靈敏度及選擇性調整局部電場分佈。藉由在一局部特徵處而不是經由全樣本驅動電位，局部特徵可在自相鄰特徵之一電位圖上分異，其容許識別更弱信號(諸如自次表面特徵之該等信號)。此對於識別電路缺陷係特別有用。

前述已相當廣泛地概述本發明之特徵及技術優點使得可更佳地理解後續之本發明之「實施方式」。將在下文描述本發明之額外特徵及優點。應藉由熟習技術者瞭解所揭示之概念及特定實施例可易於用作為修改或設計用於進行本發明之相同目的之其他結構的一基礎。亦應藉由熟習技術者實現此等等效構造不會背離如在隨附申請專利範圍中闡述之本發明之範疇。

100‧‧‧原子力顯微鏡(AFM)

102‧‧‧掃描探針尖端/成像探針

104‧‧‧懸臂樑

106‧‧‧定位器

108‧‧‧樣本

110‧‧‧奈米尺度結構/奈米結構

116‧‧‧雷射

118‧‧‧光

120‧‧‧反射光

122‧‧‧位置靈敏光子偵測器

124‧‧‧信號處理器

126‧‧‧鎖定放大器

130‧‧‧控制器

132‧‧‧使用者介面/使用者輸入器件

134‧‧‧電腦記憶體

136‧‧‧成像器件

140‧‧‧樣本電壓源

142‧‧‧掃描探針電壓源

144‧‧‧防護卡盤

202‧‧‧導線

204‧‧‧絕緣區域

302‧‧‧金屬線

400‧‧‧靜電力顯微鏡(EFM)

402‧‧‧局部電位驅動探針尖端

404‧‧‧第二懸臂樑

406‧‧‧第二定位器

416‧‧‧局部電位驅動探針尖端

422‧‧‧雷射

432‧‧‧局部電位驅動探針電壓源

502‧‧‧導體

702‧‧‧表面金屬線/驅動表面線

704‧‧‧次表面金屬線/嵌入導體

902‧‧‧步驟

904‧‧‧步驟

906‧‧‧步驟

908‧‧‧步驟

910‧‧‧步驟

912‧‧‧步驟

914‧‧‧步驟

916‧‧‧步驟

1000‧‧‧靜電力顯微鏡(EFM)

1002‧‧‧樣本

1004‧‧‧奈米結構

1006‧‧‧奈米結構

1010‧‧‧第二局部電位驅動探針

1012‧‧‧懸臂樑

1014‧‧‧定位器

V1‧‧‧電位

V2‧‧‧電壓

V3‧‧‧電位

為了本發明及其優點之一更完全理解，現在參考連同附圖之以下描述，其中：圖1係先前技術AFM之一示意性表示；圖2係藉由22nm處理技術製造之電晶體上方之第二金屬位準處之一積體電路之一四微米乘四微米區域之振動非接觸AFM拓撲影像；圖3係與圖2相同之區域取得之一EFM影像，其中AFM探針依一恆定高度掃描；圖4係具有一局部電位驅動探針之一EFM之一示意性表示；圖5係一EFM影像，其中掃描探針維持在恆定高度處且局部電位驅動探針與表面上之一金屬線接觸，驅動金屬線之電位；圖6係至圖3之拓撲影像上之自圖5之EFM信號之一覆蓋圖以指示相對於實體電路之信號之位置； 圖7係一EFM影像，其中掃描探針在恆定高度處掃描且局部電位驅動探針與表面上之一金屬線接觸，經由一電路互連驅動金屬線之電位與一次表面金屬線之電位；圖8係圖3之拓撲影像上之自圖7之EFM信號之一覆蓋圖以指示相對於實體電路之信號之位置；圖9係一流程圖，其展示用於使用一局部電位驅動探針量測一局部電位之步驟；且圖10係具有一個以上局部電位驅動探針之一EFM之一示意性表示。

本發明之實施例提供一AFM，該AFM可用作為一EFM且包含一或多個局部電位驅動探針與一掃描探針。在靜電力之量測期間驅動一局部特徵至一電位之技術稱為「主動EFM」。局部電位驅動探針較佳地為額外AFM探針，類似於掃描探針。一AFM探針之橫向解析度(通常小於500nm、小於250nm、小於100nm或小於50nm)允許局部電位驅動探針定位於一局部奈米結構之一元件處或接近一局部奈米結構之一元件，使得該奈米結構處之電位可視需要針對量測而藉由掃描探針驅動，例如，局部電位驅動探針可將奈米結構處之電位驅動至接地、至一直流電壓或具有一交流電壓。

本發明之實施例提供一成像工具以藉由使用電場產生該等特徵之一影像來偵測金屬線。局部電位驅動探針定義依奈米尺寸之電位上之局部邊界條件。局部電位驅動探針克服先前技術問題，其中由於電位之遠端應用與局部奈米結構之間的條件，因此局部奈米結構處之電位不藉由經由卡盤或經由接觸墊施加於全樣本之電位而精確定義。再者，局部電位驅動探針在連接至局部電位驅動探針之驅動奈米結構與通常經由樣本本體接地或經由樣本本體維持在一不同電位處之相鄰結 構之間的AFM影像中提供視覺差異中之一明顯差異。此提供足夠的靈敏度以在一相鄰導體陣列中清楚地識別個別傳導且成像電連接至驅動電極之次表面特徵。例如，若一電位施加於一表面導體且該表面導體與一次表面導體之間存在一電連接，則該次表面導體將獲取在藉由掃描探針形成之一影像中可見的一電荷。若電路設計不包含一連接，則該連接表示一缺陷。若電路設計在層之間包含一連接，且影像在次表面層上無法展示一電荷，則電路包含一遺漏連接器之一缺陷。

圖4展示類似於圖1之AFM 100之一EFM 400，但EFM 400包含用以驅動奈米結構110處之局部電位之一局部電位驅動探針402。與AFM 100中之該等元件相同之EFM 400之元件使用相同元件符號標記。EFM 400包含一第二AFM次組件，該第二AFM次組件在一第二懸臂樑404之末端上包含一局部電位驅動探針尖端402，其藉由一第二定位器406以奈米尺度精確度定位，該第二定位器406藉由控制器130控制。一雷射422及一位置靈敏光子偵測器422可用以偵測局部電位驅動探針尖端402之位置。一局部電位驅動探針電壓源432提供一電壓至局部電位驅動探針尖端402，其接著驅動奈米結構110處之局部電位至一所要的電位。局部電位驅動探針電壓源432可驅動奈米結構110至一接地電位、至一非接地直流電位或局部電位驅動探針電壓源432可提供一交流信號至奈米結構110。施加於一局部電位驅動探針402之電位V3定義藉由探針102掃描之樣本108中之奈米尺度結構110上之中間電位。

一些實施例在局部電位驅動探針402上提供一AC信號及一DC偏壓、使得樣本卡盤144接地且將另一DC偏壓施加於成像探針102。該局部電位驅動探針上之該AC信號通常依該成像探針之懸臂樑之頻率。

V3之量級係較佳地足夠大以使得所接觸之奈米尺度結構出現在藉由該成像探針形成之影像中，且較佳地不太大使得該量級將損壞將 成為影像之電路。在一些實施例中，一AC信號與一DC偏壓兩者均施加於該局部電位驅動探針。該DC偏壓通常在+/- 15V之間。該AC信號之頻率通常匹配於懸臂樑之諧振頻率，該諧振頻率通常在1kHz與150kHz之間。施加於成像探針102之電壓V1可包含+/- 15V之間的一DC偏壓。

使用依恆定高度掃描之探針102及與表面上之一金屬線接觸且使其電位被驅動之局部電位驅動探針402獲得圖5之影像。圖5之影像比圖3展示之導體更清楚地展示導體502。由於藉由該局部電位驅動探針在導體502上直接局部應用電位，因此更清楚地展示導體502之影像。導體502上之電位因此更明確。另外，相鄰線(其等與該局部電位驅動探針絕緣且其等可經由樣本本體接地)上之電位之缺乏使得影像中展示之導線之重疊減少或消除。施加於相鄰線之電位之缺乏亦消除該等相鄰線與懸臂樑或尖端圓錐體之間的寄生電容耦合。

圖6係圖3之拓撲影像上之自圖5之EFM信號之一重疊圖以指示相對於實體電路之EFM信號之位置。樣本本體可用作為一電路節點以防護藉由局部電位驅動探針或若干探針驅動之奈米尺度結構之電位。為了獲得圖5中之影像，掃描探針尖端102電位V1及樣本電壓源140電位V2均固持在接地電位處，同時直流及交流電位偏壓V3施加於局部電位驅動探針402。交流電位偏壓頻率經選定以匹配懸臂樑諧振頻率，藉此驅動懸臂樑之振盪。鎖定放大器126用於與該懸臂樑振盪相關聯之懸臂樑位移之同步偵測。藉由在懸臂樑之諧振處或諧振附近驅動一交流電位，諧振之振幅或相位可藉由用於非接觸模式成像之相同機構量測。

圖7展示使用依恆定高度掃描之掃描探針102及與表面上之金屬線702接觸之局部電位驅動探針402獲得之一影像。局部電位驅動探針402不僅驅動表面金屬線702之電位，也經由表面金屬線702與嵌入導 體704之間的一電路互連驅動一次表面金屬線704之電位。延伸超出圖7中之強信號之末端之微弱信號指示次表面金屬線704電連接至驅動表面線702。在圖3之影像中，一微弱線(諸如線702)將藉由自其它導體302之信號沖洗。藉由局部電位驅動探針402僅局部地驅動線702，不連接至線702之自其它導體之信號減少或消除，使得電連接至線702之自次表面線704之該微弱信號可偵測，而信號自與驅動線702絕緣之其他導體消除。

圖8係圖3之拓撲影像上之自圖7之EFM信號之一重疊圖以指示相對於電路之信號之位置。本文描述之技術對於藉由允許與局部驅動電位相關聯之路徑之追蹤之電故障隔離係有用的。若電路設計不需要驅動表面線702與次表面金屬線704之間的一連接，接著影像中之次表面金屬線704之存在表示一缺陷。圖2、圖3及圖5至圖8之所有影像為相同的藉由22nm處理技術製造之電晶體上方之第二金屬位準處之一積體電路之四微米乘四微米區域。

圖9係展示用於分析一奈米結構之電性質之一程序之一流程圖。當該奈米結構為一系列緊密間隔之導體中之一導體時，圖9之方法對於成像係特別有用。藉由緊密間隔，意謂相隔小於500nm、相隔小於200nm、相隔小於100nm、相隔小於50nm或相隔小於30nm。在步驟902中，該奈米結構藉由一局部電位驅動探針接觸。在步驟904中，該局部電位驅動探針使用一所要的電位驅動該奈米結構。在步驟906中，一電位施加於全樣本。施加於全樣本之該電位在與藉由該局部電位驅動探針驅動之導體相鄰而不是電接觸之導體周圍提供一防護電位。在步驟908中，一電位施加於該掃描探針。在步驟910中，該掃描探針在該奈米結構之一區域上掃描。在步驟912中，光信號經偵測及分析以判定隨時間定位之探針。在步驟914中，所定位之探針對時間曲線經分析以判定一或多個樣本性質。此分析可包含(例如)使用一鎖 定放大器分離對應於一特定頻率之一信號。用以自AFM信號判定樣本性質之信號分析技術係已知且在(例如)Martin等人之名稱為「Atomic Force Microscope-Force Mapping and Profiling on a Sub-100Å Scale」J.Appl.Phys.61(10)(1987)中描述。如上文所描述，經分析之頻率可對應於在樣本與探針之間施加之驅動頻率Ω，或對應於Ω之一倍數(諸如2Ω)。當在樣本與探針之間施加多個交流信號時，經分析之頻率可對應於施加頻率之總和或差異，或施加頻率之總和、差異及倍數之組合。在步驟916中，分析之結果用以形成展示性質(諸如靜電荷或電容)之奈米結構之一影像。該影像之各像素之色彩及/或亮度自掃描之各點處之分析判定。該影像可展示將蓋過而無需使用一局部電位驅動探針之特徵(諸如電連接至驅動導體之次表面導體)。此可展示缺陷(諸如無意層間連接)。

儘管圖4中展示一局部電位驅動探針尖端402，但可採用多個局部電位驅動探針尖端以在樣本中之不同奈米結構上產生電位。圖10展示檢查具有奈米結構1004及1006之一樣本1002之一EFM 1000。除了掃描探針102及局部電位驅動探針402之外，EFM 1000亦包含一第三AFM次組件，該第三AFM次組件在藉由一定位器1014定位之懸臂樑1012之末端處包含一第二局部電位驅動探針1010。為了簡明，未展示第三AFM子系統之額外組件。例如，未展示雷射、光子偵測器、局部電位驅動探針電壓源及至控制器之連接。

藉由在不同線路上使用不同探測探針尖端，有可能在相同影像中凸顯不同導體。此可(例如)藉由改變施加於相對於另一探針尖端之一探針尖端之信號之相位完成，且相位中之差異將出現在EFM影像相位資料中。此使用2個以上探針尖端完成，且僅需要AC偏壓信號在不同尖端上相位調整。

局部電位驅動探針尖端可或可不與樣本接觸，以影響奈米尺度 結構之局部電位。在兩個以上電路節點之情況中，不同直流偏壓電位及交流偏壓電位可施加於不同奈米尺度結構，且分別經由頻率混合或施加時間變動電位之其他方法偵測節點之間的力之交叉耦合。

使用多個額外AFM探針在多個奈米尺度結構上建立定義電位允許使用者選擇且抑制與該等結構之各者相關聯的影像組件。特定言之，針對電路分析，兩個電路域之混合或重疊可產生一故障或接面之位置。兩個頻率向量積可經選擇使得該混合頻率處於成像探針之諧振處。除了多個局部電位驅動探針之外，一些實施例亦使用多個掃描探針。具有不同懸臂樑諧振之多個掃描探針可同時或非同時掃描。該等頻率向量積可經選擇以模擬成像探針以凸顯變動相互作用(諸如缺陷點或接面)。此外，模擬頻率可經選擇以模擬成像探針之諧振響應(諸如更高順序節點或扭轉模式)之任一者。

在EFM量測(其中偏移樣本)中，自樣本本體之場力線之發散由於其相當均勻之電位而趨向於為一維的。所得場發散比僅藉由由第二探針接觸之奈米結構或線路而導致來自相對於尖端頂點之尖端圓錐體及懸臂樑之一更大不利的力分量所產生之一場減少更慢。然而，兩個尖端(其等之一者與一奈米尺度結構接觸)之間的場趨向於自該等尖端在所三個維度上發散，藉此增加力中之變化根據位移而改變。奈米結構(諸如器件、域或奈米尺度佈線)之存在有利地可藉由本發明接觸且導致尖端至尖端或奈米結構至相對遠之懸臂樑本體之可忽略比重，克服樣本偏移之一強烈缺點。當僅將電壓偏壓施加於奈米結構器件而不是整個樣本時，達成一更高靈敏度。靈敏度(懸臂樑之偏轉)藉由探針頂點與局部奈米結構之間的電磁場支配。當整個樣本被偏移時，電磁場在區域中較大且不僅作用於尖端頂點也作用於尖端圓錐體及懸臂樑。此使得量測對探針頂點處之相互作用不太敏感。

由於AFM探針之高橫向定位解析度及AFM探針之易於可用性， 因此AFM探針較佳地用作為局部電位驅動探針。局部電位探針在結構上可非常類似於或等同於掃描探針。在一些實施例中，掃描探針及局部電位驅動探針係可互換的。即，系統可包含兩個AFM探針，且任一探針可用於任一功能。一AFM探針之橫向定位解析度允許探針之精確放置，藉此允許一電位施加於一奈米尺度上所需之精確位置處。一AFM上可用之精確垂直位置控制允許探針與奈米結構較輕地接觸以避免損壞奈米結構。懸臂樑之偏轉可經觀察以判定局部電位驅動探針何時與表面接觸且控制接觸力，防止對奈米結構之損壞同時確保一適當電觸點。當一探針僅用作為一局部電位探針時，其結構可簡化，此係因為不必要量測振盪。因此，本發明不限於使用一AFM作為一局部電位驅動探針。可使用具有充分橫向解析度之任何探針。

儘管所描述之技術科用以具有電場及表面電位之特徵，但本發明之一較佳應用為偵測及成像金屬線，而不是電性質之定量量測。

上文描述之實施例使用一懸臂樑類型AFM用於成像，本發明不限於用於成像之掃描探針顯微鏡之任何類型。例如，實施例亦可如(例如)可自http：//www.intechopen.com/books/scanning-probe-microscopy-physical-property-characterization-atnanoscale/tuning-fork-scanning-probe-microscopes-applications-for-the-nano-analysis-of-the-material-surface獲得之Vo Thanh Tung等人之名稱為「Tuning Fork Scanning Probe Microscopes-Applications for the Nano-Analysis of the Material Surface and Local Physico-Mechanical Properties,Scanning Probe Microscopy-Physical Property Characterization at Nanoscale」,Dr.Vijay Nalladega(Ed.),ISBN：978-953-51-0576-3,InTech中所描述使用一音叉式樣AFM。

藉由使用局部電位驅動探針將AC信號施加於金屬線，本文描述之技術增加EFM信號之信號強度以允許樣本中更深處之金屬線之偵測 且具有來自樣本之較少影響。藉由使得樣本接地且使得相鄰線接地，該技術進一步減少成為影像之金屬線上施加之AC信號之背景雜訊且藉由如此增加信號雜訊比以達成更佳的成像品質。

儘管本文描述之實施例係關於一EFM中之靜電力之量測，但本發明可應用於藉由局部電位影響之任何掃描探針顯微鏡技術。使用一成像探針量測樣本性質之技術係已知的。參閱(例如)上文引用之Girard等人。一些量測僅需要一不同信號分析以判定樣本之一不同性質。因為表面上之電位可甚至影響非電性質之量測，所以本發明之應用不限於電度量技術。

本發明之一較佳方法或裝置具有許多新穎態樣，且因為本發明可在用於不同目的之不同方法或裝置中體現，所以不是每個態樣呈現在每個實施例中。再者，所描述之實施例之許多態樣可分別獲取專利。本發明具有廣泛可應用性且如所描述可提供許多優點且展示在上文之實例中。實施例將取決於特定應用而大幅變動，且不是每個實施例將提供所有優點且滿足可藉由本發明達成之所有目的。

本發明包含一顯微鏡系統，該顯微鏡系統包含可經程式化以進行上文描述之步驟之一控制器。應該認識到本發明之實施例可經由電腦硬體、硬體與軟體兩者之一組合或藉由儲存在一非暫態電腦可讀記憶體中之電腦指令實施。該等方法可使用標準程式技術(根據此說明書中描述之方法及圖，其包含經組態具有一電腦程式之一非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該儲存媒體如此組態引起一電腦以一特定及預定義方式操作)在電腦程式中實施。各程式可以一高階程序或物件導向程式語言實施以與一電腦系統通信。然而，若需要，該等程式可以組件或機器語言實施。在任何情況中，該語言可為一編譯語言或解釋語言。再者，該程式可在為了該目的程式化之專用積體電路上運行。

此外，方法可在計算平台之任何類型(包含但不限於個人電腦、 迷你電腦、主架、工作站、智慧型電話、網路或分佈式計算環境、與SPM分離、整合或通信之電腦平台或其他成像器件及其類似者)。本發明之態樣可在儲存於一非暫態儲存媒體或器件(可移除或整合至該計算平台，諸如一硬碟、光學讀取及/或寫入儲存媒體、RAM、ROM及其類似者)上之機器可讀碼中實施，使得其可藉由一可程式化電腦讀取，用於組態或操作電腦何時儲存媒體或器件藉由電腦讀取以執行本文描述之程序。再者，機器可讀碼或其部分可在一有線或無線網路上傳輸。本文描述之本發明包含此等及其他各種類型之非暫態電腦可讀儲存媒體，何時此等媒體含有用於實施上文描述之步驟之指令或程式連同一微處理器或其他資料處理器。當根據本文描述之方法及技術程式化時，本發明亦包含電腦自身。

電腦程式可應用於輸入資料以執行本文描述之功能且藉此轉換該輸入資料以產生輸出資料。輸出資訊應用於一或多個輸出器件(諸如一顯示器監測器)。在本發明之較佳實施例中，所轉換之資料表示實體及有形物件，其包含在一顯示器上產生該等實體及有形物件之一特定視覺繪圖。

儘管先前描述之許多描述引導至自鑽孔切割之礦物樣本處，但本發明可用以製備任何適合材料之樣本。除非另有指示，否則術語「工件」、「樣本」、「基板」及「樣品」可在此申請案中互換地使用。此外，不管本文何時使用術語「自動」、「自動化」或相似術語，該等術語將理解為包含自動或自動化程序或步驟之手動起動。

在以下討論且在申請專利範圍中，術語「包含」及「包括」以一開放端方式使用，且因此應該解釋為意謂「包含但不限於」。就任何術語不在此說明書中特別定義而言，意圖為該術語待給定其普通及一般意義。附圖意欲有助於理解本發明且，除非另有指示，否則不按比例繪製。

本文描述之各種特徵可以任何功能組合或子組合使用，且不僅為在本文之實施例中描述之該等組合。如此一來，本發明應該解釋為提供任何此組合或此子組合之書面描述。

儘管已詳細描述本發明及其優點，但應瞭解可對本文描述之實施例實行各種改變、替代及更改而不會背離如藉由隨附申請專利範圍所定義之本發明之範疇。再者，本申請案之範疇不意欲限於程序、機器、製造、本說明書中描述之物質、手段、方法及步驟之組成之特定實施例。如一般技術者將易於自本發明之揭示內容所明白，可根據本發明利用程序、機器、製造、現存或稍後待開發之實質上執行與本文描述之對應實施例相同之功能或實質上達成與本文描述之對應實施例相同之結果的物質、手段、方法或步驟之組成。相應地，隨附申請專利範圍意欲將此等程序、機器、製造、物質、手段、方法或步驟之組成包含於其等之範疇內。

902‧‧‧步驟

904‧‧‧步驟

906‧‧‧步驟

908‧‧‧步驟

910‧‧‧步驟

912‧‧‧步驟

914‧‧‧步驟

916‧‧‧步驟

Claims (21)

1. 一種使用一掃描探針顯微鏡觀察一樣本之一次表面特徵之方法，該樣本包含一樣本本體、一表面特徵及一次表面特徵，該方法包括：提供一樣本電位至該樣本本體；使用連接至一定位器之一局部電位驅動探針與該樣本上之該表面特徵接觸，該定位器能夠以次微米精確度定位該局部電位驅動探針；經由該局部電位驅動探針提供一局部電位至該表面特徵；在接近該表面特徵之一區域上掃描一第一掃描探針顯微鏡之一成像探針以產生一輸出信號；且判定該輸出信號之一量級、頻率或相位以形成一影像，該影像包含該表面特徵之至少一部分及該次表面特徵之至少一部分。
2. 如請求項1之方法，其中使用該局部電位驅動探針與該樣本上之該表面特徵接觸包括使用一局部電位驅動探針與該表面特徵接觸，該局部電位驅動探針為一第二掃描探針顯微鏡之部分。
3. 如請求項2之方法，其中使用該局部電位驅動探針與該表面特徵接觸包括使用一局部電位驅動探針與該表面特徵接觸，該局部電位驅動探針為一原子力顯微鏡之部分。
4. 如請求項1之方法，其中判定該輸出信號之一量級、頻率或相位以形成一影像包括形成對應於所掃描之區域上之該靜電荷之一影像。
5. 如請求項4之方法，其中形成對應於該所掃描之區域上之該靜電荷之一影像包含形成對應於該表面特徵上之一靜電荷且對應於 該次表面特徵上之一靜電荷之一影像。
6. 如請求項1之方法，其進一步包括在該成像探針與該表面特徵之間提供一交流電壓。
7. 如請求項1之方法，其中偵測形成該影像之該掃描探針之振盪之該量級、頻率或相位包含使用一鎖定放大器自該輸出信號提取一信號。
8. 如請求項1之方法，其中：提供一樣本電位至該樣本本體包含使得該樣本本體接地；經由該局部電位驅動探針提供一局部電位至該表面特徵包含使得該表面特徵接地；且掃描該成像探針包含在該成像探針與該表面特徵之間提供一交流電位。
9. 如請求項1之方法，其中提供一樣本電位至該樣本本體包括經由一防護卡盤提供一樣本電位至該樣本本體。
10. 如請求項1之方法，其中在接近該表面特徵之一區域上掃描該成像探針以產生一輸出信號包含掃描安裝在懸臂樑之末端上之一成像探針。
11. 如請求項1之方法，其中在接近該表面特徵之一區域上掃描該成像探針以產生一輸出信號包含掃描安裝在一音叉感測器上之一成像探針。
12. 如請求項1之方法，其進一步包括使用一第二局部電位驅動探針與一第二表面特徵接觸且經由該第二局部電位驅動探針將一第二電位施加於該第二表面特徵。
13. 如請求項12之方法，其中在該第一表面特徵與該成像探針之間施加一第一頻率之一第一交流電位且其中在該第二表面特徵與該成像探針之間施加一第二交流電位。
14. 如請求項13之方法，其中該第一交流電位之該頻率及/或該第二交流電位之該頻率經選擇使得該等頻率之向量積在該成像探針之諧振頻率處。
15. 如請求項1之方法，其進一步包括在該區域上掃描一第二成像探針。
16. 一種顯微鏡系統，其包括：一卡盤，其用於固持一樣本；一樣本電位源，其用於提供一電位至該樣本；一掃描探針顯微鏡，其用於檢查該樣本；一局部電位驅動探針；一局部電位驅動探針電位源，其用於提供一電位至該局部電位驅動探針；一電腦記憶體，其用於儲存電腦指令，該等電腦指令用於執行如請求項1之方法；及一控制器，其用於控制該顯微鏡系統之該操作以根據該等所儲存之電腦指令執行如請求項1之方法。
17. 一種使用一掃描探針顯微鏡觀察一樣本之一第一特徵之方法，該樣本包含：一樣本本體；及多個特徵，該等特徵彼此足夠接近使得當該等特徵驅動至相似電位時，該等特徵之該等影像重疊，該方法包括：提供一樣本電位至該樣本本體，該樣本電位在該等多個特徵周圍提供一防護電位；使用連接至一定位器之一局部電位驅動探針與該樣本上之該第一特徵接觸，該定位器能夠以次微米精確度定位該局部電位驅動探針；經由該局部電位驅動探針提供一局部電位至該表面特徵； 在一區域上掃描一第一掃描探針顯微鏡之一成像探針，該區域包含該第一特徵以產生一輸出信號；且判定該輸出信號之一量級、頻率或相位以形成該第一特徵之一影像，該影像僅包含該第一特徵及電連接至該第一特徵之特徵。
18. 如請求項17之方法，其進一步包括使用連接至一第二定位器之一第二局部電位驅動探針與該樣本上之一第二特徵接觸，該第二定位器能夠以次微米精確度定位該局部電位驅動探針。
19. 如請求項17之方法，其中偵測形成該影像之該掃描探針之振盪之該量級、頻率或相位包含使用一鎖定放大器自該輸出信號提取一信號。
20. 如請求項17之方法，其中判定該輸出信號之一量級、頻率或相位以形成一影像包括形成對應於所掃描之區域上之該靜電荷之一影像。
21. 如請求項20之方法，其中形成對應於該所掃描之區域上之該靜電荷之一影像包含形成對應於該表面特徵上之一靜電荷且對應於該次表面特徵上之一靜電荷之一影像。