TW202307435A - 使用即時漂移修正的ａｆｍ成像 - Google Patents
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Abstract
一種操作原子力顯微鏡(atomic force microscope (AFM))的系統和方法，包括在資料掃描的慢速掃描方向上提供AFM的探針與樣本之間的相對掃描運動，以產生感興趣區域的參考影像(平面)。接著，在最終資料掃描的快速掃描方向上提供探針與樣本之間的相對掃描運動以產生資料影像。藉由在提供步驟期間將資料影像與參考影像即時映射，較佳實施例產生最終的漂移修正資料影像而無需影像採集後處理。
Description
較佳實施例有關原子力顯微術(Atomic Force Microscopy(AFM))，特別是用於補償AFM資料收集中的漂移的即時方法。
諸如原子力顯微鏡(atomic force microscope (AFM))的掃描探針顯微鏡是採用探針的裝置，該探針具有尖端並導致尖端以適當的力與樣本表面交互作用以將表面特性化到原子尺寸。通常，將探針引入樣本表面，並透過提供尖端與樣本之間的相對掃描運動，可以在樣本的特定區域上獲取表面特性資料，並且可以產生樣本的對應圖。
典型的AFM系統示意性地顯示於圖1中。AFM 10採用探針裝置12，探針裝置12包括具有懸臂15的探針14。掃描器24在探針14與樣本22之間產生相對運動，同時測量探針-樣本交互作用。以這種方式可以獲得樣本的影像或其他測量值。掃描器24通常由一或多個致動器組成，該等致動器通常在三個正交方向(XYZ)上產生運動。通常，掃描器24是單個整合單元，其包括一或多個在所有三個軸上移動樣本或探針的致動器，例如壓電管致動器。或者，掃描器可以是多個獨立致動器的總成。一些AFM將掃描器分成多個組件，例如移動樣本的XY掃描器和移動探針的獨立Z致動器。因此，該儀器能夠在探針和樣本之間產生相對運動，同時測量樣本的形貌或一些其他表面特性，如Hansma等人的美國專利第RE 34,489號；Elings等人的美國專利第5,266,801號；以及Elings等人的美國專利第5,412,980號。
在常見的配置中，探針14通常耦合到用以以或接近懸臂15的諧振頻率驅動探針14的振盪致動器或驅動器16。替代配置測量懸臂15的偏轉、扭轉或其他運動。探針14通常是具有整合尖端17的微加工懸臂。
通常，在SPM控制器20的控制下從AC信號源18施加電子信號，以使致動器16(或替代地掃描器24)驅動探針14振盪。探針-樣本交互作用通常由控制器20透過反饋來控制。值得注意的是，致動器16可以耦合到掃描器24和探針14，但可以與探針14的懸臂15一體成形，作為自致動懸臂/探針的一部分。
如上所述，當藉由檢測探針14的振盪的一或多個特性的變化來監測樣本特性時，通常選擇的探針14被振盪並與樣本22接觸。在這方面，通常採用偏轉檢測設備25將光束引向探針14的背面，接著將光束反射向檢測器26。當光束平移穿過檢測器26時，在方塊28處處理適當的信號以，例如，確定RMS偏轉並將其傳輸到控制器20，控制器20處理信號以確定探針14的振盪變化。通常，控制器20產生控制信號以保持尖端17與樣本22(或15的偏轉)之間的相對恆定交互作用，通常以保持探針14的振盪的設定點特性。更具體地，控制器20可以包括PI增益控制塊32和高壓放大器34，其調節誤差信號，該誤差信號藉由以電路30比較對應於由尖端-樣本相互作用造成的探針偏轉的信號與設定點所獲得。例如，通常使用控制器20來將振盪振幅維持在設定點值
A
S ，以確保尖端17與樣本22之間的大致恆定的力。或者，可以使用設定點相位或頻率。
在控制器20中及/或在連接或單獨控制器的獨立控制器或系統中亦提供工作站40，其從控制器接收收集的資料並操縱在掃描期間獲得的資料以執行點選擇、曲線配適和距離確定操作。
AFM可以設計成以多種模式操作，包括接觸模式、非接觸模式和振盪模式。操作是藉由回應於探針總成的懸臂在掃描表面時的偏轉而相對垂直於樣本表面上下移動樣本或探針組件來完成的。掃描通常發生在至少大致平行於樣本表面的「x-y」平面中，而垂直移動發生在垂直於x-y平面的「z」方向上。請注意，許多樣本具有偏離平坦平面的粗糙度、曲率和傾斜，因此使用術語「大致平行」。以這種方式，與該垂直運動相關的資料可以被儲存，接著用於構建對應於被測樣本特性的樣本表面的影像，例如表面形貌。在一種稱為TappingMode
TMAFM (TappingMode
TM是本受讓人的商標)的AFM操作模式中，尖端以或接近探針的相關懸臂的諧振頻率振盪。反饋迴路試圖保持這種振盪的振幅恆定以最小化「追縱力」，即由尖端/樣本交互作用產生的力。
備選反饋配置保持相位或振盪頻率恆定。與接觸模式一樣，這些反饋信號隨後被收集、儲存並用作表徵樣本的資料。請注意，可使用「SPM」和特定類型的SPM的縮寫字在本文中指稱顯微鏡設備或相關技術，例如「原子力顯微術」。在對普偏存在之稱為Peak Force Tapping® (PFT)模式、在透過引用明確併入本文的美國專利第8,739,309、9,322,842和9,588,136號中討論的TappingMode™的改進中，反饋基於在每個振盪循環中測量的力(也稱為瞬態探針-樣本交互作用力)。
無論它們的操作模式如何，AFM(原子力顯微鏡)都可以藉由使用壓電掃描器、光學槓桿偏轉檢測器和使用光刻技術製造得非常小的懸臂，在空氣、液體或真空中的各種絕緣和導電表面上獲得原子階的解析度。由於它們的解析度和多功能性，AMF是從半導體製造到生物研究等許多不同領域的重要測量裝置。
在此態樣中，AFM可用於自動化應用，包括例如半導體製造的高精度製程。由於AFM可以提供奈米級表面特徵(例如形貌)的高解析度測量，因此AFM已被證明在半導體領域很有用。然而，傳統上，AFM資料受到系統中機械干擾的阻礙，包括漂移和潛變(creep)，這兩者都是大多數AFM的固有問題。漂移是出現在任何類型的SPM或任何顯微術中的偽影(artifact)，但在像是AFM的高解析度儀器中更為嚴重。它被稱為「漂移」，因為通常樣本(或探針)在某個方向上緩慢移動。這通常可以被識別為影像的「失真」，當改變慢速掃描方向時會發生變化。如果使用者在掃描範圍內移動到新的感興趣區域，該效果可能會特別明顯。當向壓電掃描器施加設定電壓，接著嘗試保持它以移動到特定位置時，就會發生壓電潛變。壓電容易會在一段時間內繼續沿著同一方向移動。本質上，尤其是當開始新的影像掃描時，會出現一些特徵拉伸或壓縮。在AFM影像掃描期間，壓電潛變通常會隨著時間穩定下來，但這仍然是一個問題。
更具體地，關於本案，當試圖使用AFM進行垂直計量測量時遇到的問題由於掃描運動中的缺陷或在掃描期間檢測探針的「z」運動中的缺陷而出現。例如，如上所述，AFM掃描器通常使用壓電管來提供橫向(XY)掃描運動以及垂直(Z)運動。當探針尖端移動以造成掃描操作時，掃描器近似於「鐘擺」運動，使得探針尖端在遠離掃描原點移動時從樣本表面略微抬升。AFM試圖藉由控制到致動器的電壓來補償這種尖端抬升，以將探針向樣本延伸，從而使尖端追縱表面。由於這種鐘擺運動和由此產生的反饋補償，平面影像可能會出現彎曲或「曲折」。這種「曲折」效應的典型量級是例如對於50微米橫向掃描運動的10奈米垂直偏移量級。由於壓電或其他致動器中的缺陷，X和Y與一些Z運動的耦合也可能導致類似的效果。這種曲率妨礙有用的參考表面的精確確定，以及非常小的垂直尺寸的精確計量測量。
懸臂運動的檢測不精確也可能導致掃描誤差。掃描器可以「老化」，即它們的特性，包括曲折和磁滯效應，會隨著時間發生顯著變化。這些因素也可能妨礙準確的垂直計量測量。此外，測量的可重複性可能會受到許多因素的影響，包括磁滯和老化(其導致掃描器隨時間變化)、樣本傾斜和其他因素，從而使預校準難以達到所需的準確度。
用於消除AFM掃描器/儀器誤差的傳統技術通常不能成功地適應這些誤差，以及像以上描述的那些檢測特應性(idiosyncrasies)。一種這樣的傳統技術牽涉將儀器誤差建模為簡單的數學函數。例如，可以計算掃描資料與由多項式或其他簡單函數定義的理論表面的最佳適配。從掃描資料中減去這個理論表面接著消除部分掃描誤差。然而，在AFM的情況下，曲折誤差、磁滯誤差和檢測誤差通常不能用簡單的數學函數準確描述。此外，適配步驟可能會受到偏離光滑表面的特徵的影響，也許正是需要測量的特徵。因此，適配和減法通常不會導致對許多需要大約1 nm或更高精度的應用的精度進行足夠的改進。
修正儀器誤差的另一種類型的嘗試使用參考減法。在該技術中，參考掃描由標準樣本構成。一個可能的參考樣本候選將是具有平坦表面的樣本，例如切割或拋光的矽晶圓。接著從後續樣本的所有資料掃描中減去該掃描。參見Yoshizumi的美國專利第5,283,630號。這種技術通常也與干涉儀一起使用，以修正光學缺陷。然而，在AFM的情況下，磁滯會導致掃描器的特應性取決於整體樣本傾斜度，這可能因樣本而異。因此，這些誤差會因參考樣本和新樣本以及掃描之間的不同而不同。因此，「標準樣本」不存在，而且不可能使用標準參考減法來消除掃描誤差。
幾種解決方案產生兩個影像，將樣本旋轉90度以產生影像。這些解決方案通常定義快速掃描軸和慢速掃描軸，快速掃描軸資料在更短的時間內獲取。因此，快速掃描軸上的漂移通常被忽略，系統假設該線中的所有資料都代表表面形貌。在慢速掃描軸上，線對線方向作為AFM光柵穿過表面，漂移不能被忽略，因為Z高度位置的變化會導致看起來像是資料中的低頻振盪。在已知的解決方案中，掃描方向固定並且將兩個影像相減以創建最佳適配影像，或者將影像組合成單一影像(例如，以消除掃描器曲折)。然而，在實踐上，所有這些已知技術都試圖提供參考，但在每種情況下，參考都是有缺陷的，Z高度線到線並不能模擬現實。此外，它們通常採用影像採集後互相關處理。因此，使用者無法在掃描期間進行AFM參數調整以最佳化獲取資料的品質。
因此，AFM領域需要一種解決方案來解決和最小化/消除系統中的機械干擾的影響，例如透過提供修正，特別是與掃描器相關的干擾相對於隨著Z高度的變化的樣本。希望改進資料採集和顯示時間，最好沒有影像採集後處理。此外，還需要在操作期間調整AFM掃描和影像採集參數的能力。
較佳實施例克服目前AFM系統的缺點，該系統試圖藉由提供不需要影像後處理的自相關方法來解決AFM成像中的漂移效應。藉由在資料掃描期間將資料影像即時映射到最初在資料掃描的慢速掃描軸(參考平面)上獲取的參考影像，由於漂移而引起的機械干擾的影響被最小化。產生高解析度影像，同時允許使用者根據即時產生的最終影像的觀察靈活地調整AFM參數。即時處理是在AFM影像採集過程中在短時間內執行資料處理，提供接近瞬時的輸出。
根據較佳實施例的一個態樣，一種原子力顯微術(AFM)的方法包括在與樣本的感興趣區域中的資料掃描的掃描方向正交的方向上提供AFM的探針與樣本之間的相對掃描運動。該方法接著在提供步驟期間檢測探針偏轉，探針偏轉指示樣本表面的特性並基於檢測步驟產生參考影像(即平面)。此後，該方法包括提供探針與樣本之間的相對掃描運動以在感興趣區域中執行資料掃描，並在提供步驟期間測量探針偏轉，探針偏轉指示特性。接著該方法基於測量步驟產生資料影像，並基於樣本影像和參考影像即時產生最終影像。
根據本較佳實施例的另一態樣，提供步驟是快速掃描，並且正交方向是資料掃描的慢速掃描軸。
在本較佳實施例的另一態樣中，參考影像是參考平面，並且產生最終的步驟包括將樣本影像和參考影像相加。
根據本較佳實施例的另一態樣，掃描運動是光柵掃描，並且該方法還包括重複所有步驟，直到樣本的感興趣區域成像。
在較佳實施例的另一態樣中，檢測和測量步驟以AFM操作的模式執行，並且該模式是峰值力輕敲(peak force tapping (PFT))模式、接觸模式和輕敲模式中的一種。
根據較佳實施例的另一態樣，特性是表面的形貌。此外，該方法還包括在提供步驟期間調整a)該方法的掃描參數或b)感興趣區域中的至少一者，接著重複所有步驟。
在另一較佳實施例中，原子力顯微鏡(AFM)包括在AFM的探針與樣本之間提供相對掃描運動的掃描器，以及在AFM操作期間回應於探針-樣本交互作用測量探針偏轉的檢測器，偏轉指示樣本特性並儲存為影像。AFM也包括基於偏轉產生控制信號的控制器和當掃描運動沿著資料掃描的慢速掃描軸時基於偏轉產生參考影像的電腦。當掃描運動沿著影像掃描的快速掃描軸時，電腦根據偏轉產生資料影像，並且c)在產生資料影像期間將資料影像與參考影像即時映射以產生最終資料影像。
在較佳實施例的另一態樣，掃描運動在與資料掃描的掃描方向正交的方向上產生參考影像，並且該正交方向是資料掃描的慢速掃描軸。
根據較佳實施例的另一態樣，控制器在接觸模式、非接觸模式、輕敲模式和峰值力輕敲模式之一中產生控制信號。此外，控制器在資料影像的映射期間調整a)AFM的掃描參數或b)感興趣區域中的至少一者。
根據另一實施例，一種原子力顯微術(AFM)的方法包括在AFM的探針與樣本的感興趣區域中的樣本之間提供相對掃描運動。接著，該方法包括在提供步驟期間檢測探針偏轉，並基於檢測步驟產生參考影像。此後，提供探針與樣本之間的相對掃描運動以在感興趣區域中執行資料掃描。在生產步驟期間測量探針偏轉，並且基於測量步驟控制探針與樣本之間的分離。該方法接著包括在生產步驟期間並基於控制步驟即時調整a)該方法的掃描參數和b)在生產步驟期間感興趣區域中的至少一者，接著重複所有步驟。
在又一實施例中，原子力顯微鏡(AFM)的方法包括在資料掃描的慢速掃描方向上提供AFM的探針與樣本之間的相對掃描運動以產生感興趣區域的參考影像，以及在快速掃描方向上產生探針與樣本之間的相對掃描運動以產生資料影像。接著該方法著在產生步驟期間將資料影像與參考影像即時繪製，以產生最終的漂移修正資料影像，而無需影像採集後處理。
透過以下詳細描述和所附圖式，本發明的此等和其他特徵和優點對於熟於此技藝之人士將變得顯而易見。然而，應該理解的是，詳細說明和具體示例雖然指示了本發明的較佳實施例，但以說明而非限制的方式給予。在不脫離本發明的精神的情況下，可以在本發明的範圍內進行許多變化和修改，並且本發明包括所有這些修改。
較佳實施例有關一種用於原子力顯微術(AFM)的漂移修正方法和系統，其允許在AFM系統中最小化/消除漂移效應，而無需影像後處理。本文所述的方法採用自相關，其中在樣本的感興趣區域中的初始影像是以與預期資料掃描的快速掃描軸正交的快速掃描軸所產生。這可以藉由改變掃描角度來實現，使掃描在預期資料掃描的慢速掃描軸方向上運行快速掃描，或藉由將樣本旋轉90°。當此初始影像用作為預期資料掃描的參考平面時，長時間尺度Z漂移誤差被最小化。這是即時執行的，以最大化限度地提高使用者控制的效率、準確度和靈活度。
首先轉向圖2A至2C，顯示較佳實施例的方法的一系列AFM掃描的簡化圖示100。從頂部移動到底部，具有要成像的感興趣特徵的感興趣區域的樣本102示意性地顯示在圖2A中。在AFM執行最終資料掃描之前，執行參考掃描，其中沿著光柵掃描線104執行AFM資料獲取。在這種情況下，沿著最終資料掃描的慢速掃描軸進行高速AFM成像。此外，對於此掃描，樣本可以旋轉90°，或者可以改變掃描角度，以便光柵掃描沿著此慢速掃描軸。這樣，在資料掃描的慢速掃描軸上進行快速掃描，獲取參考影像。
接下來，在圖2B中，進行資料掃描，其中在最終資料掃描的快速掃描軸的方向上執行光柵掃描。這是樣本/感興趣區域的標準AFM形貌影像。光柵掃描線106沿著最終資料掃描的快速掃描軸。正是該影像可能會受到系統異常的影響，例如Z方向的漂移，從而造成感興趣區域中樣本表面的形貌影像中的偽影。
圖2C說明當圖2B的最終資料掃描，即，形貌影像，逐行映射到圖2A中產生的參考影像時，較佳實施例的自相關。對此二個影像的處理產生一個影像，其中受漂移影響的慢速掃描軸中的線110利用二個影像的自相關來修正，以產生具有漂移修正的形貌的影像。
根據較佳實施例的掃描探針顯微鏡儀器150(例如，AFM)顯示於圖3。在此系統中，具有尖端154的探針152由由壓電管掃描器156支撐的探針保持器(未顯示)保持。掃描器156是「Z」或垂直掃描器，其回應於閉環控制系統中的樣本特性以在AFM成像期間相對於樣本158定位尖端154。管掃描器156耦合到XY掃描器160，較佳地也是壓電管，其用於在AFM操作期間相對於樣本表面對探針尖端162進行光柵化。採用機械Z台162以提供尖端154與樣本158之間的Z方向的大移動，例如，在AFM影像獲取啟動期間以接合尖端154和樣本158。樣本158安裝在XY台164上，該台主要用於提供粗略的XY運動以將探針152定位在樣本158的感興趣區域。XY台控制器166控制台164以將探針/樣本定位在該感興趣區域。然而，載物台164可以被配置為以選定的掃描速度提供尖端154與樣本158之間的相對掃描運動(例如，光柵)。控制器166亦回應於AFM控制器174以將資料掃描定位在感興趣區域。控制器166、174由電腦180實施。
在操作方面，在尖端154與樣本158接合之後，如先前所討論的，在選定模式AFM操作模式(例如，PFT模式)中使用XY掃描器160啟動樣本的高速掃描。在初始「參考計劃」掃描(圖2A)中，快速掃描沿著典型資料掃描的慢速掃描軸進行。修改掃描角度以完成此參考掃描，或將樣本旋轉90°。當尖端154與樣本158的表面交互作用時，探針152偏轉並且此偏轉被光束反彈偏轉檢測設備168測量。設備168包括將光束「L」引導離開懸臂155的背面的雷射170並且朝向光電檢測器172，該光電檢測器172將偏轉信號傳輸到例如AFM控制器174的DSP 176以對偏轉信號進行高速處理。
AFM控制器174根據AFM操作模式連續確定控制信號，並將該信號傳輸到壓電管156以保持探針152相對於樣本158的Z位置，更具體地，保持探針的偏轉在反饋設定點。控制器174亦實現參考影像的產生。以下結合圖4所示的方法進一步說明和描述此AFM控制。
在圖4中，顯示即時修正AFM影像資料中的漂移的方法200。在方塊202中，AFM尖端與感興趣區域中的樣本表面接合。在方塊204中執行樣本的初始掃描並以AFM操作模式(輕敲、PFT等)保存為參考資料。此掃描是在最終AFM資料掃描的慢速掃描軸上執行的高速掃描[[速率?]](參見圖2A)。如前所述，可以改變掃描角度或旋轉樣本，使掃描與該區域最終資料掃描的快速掃描軸成90°。
漂移修正方法200接著包括在方塊206中處理資料以產生第一影像或參考影像。此影像定義一個「參考平面」，隨後將在與影像掃描資料的自相關操作中使用該參考平面，以修正對形貌資料的漂移影響，以下將進一步描述。接著在方塊208中開始在選定的AFM控制模式中對感興趣區域的AFM資料掃描。在此步驟中，光柵運動沿著影像掃描的快速掃描軸延伸(圖2B)。測量樣本表面的特性(即形貌)並將資料儲存為樣本資料。所得影像包括與其正交的快速掃描軸資料和慢速掃描軸資料。
在方塊210中，方法200將最終資料掃描的慢速掃描資料映射到在第一影像中產生的最佳適配和濾波平均參考平面，並將結果保存為最終資料影像。此最終資料影像導致在最終資料掃描各個快軸資料線的創建和擷取期間即時產生漂移修正映射影像。接著在方塊212中將探針與樣本分離，產生反映即時漂移修正的AFM影像。示例性資料顯示在圖5和6A和6B(未修正的AFM影像)以及圖7和8A和8B(漂移修正的AFM影像)中。
首先轉向圖5，其顯示傳統的AFM影像300，其中沿著樣本表面的最終資料掃描的快速掃描軸執行AFM掃描。值得注意的是與較暗部分304交替出現的較亮部分302。此說明在典型AFM資料掃描期間掃描感興趣區域時慢速掃描軸上的漂移效應。線與線之間的鮮明對比是由於系統中的機械干擾，例如，在垂直或Z方向上的漂移。正如以下將更清楚的那樣，此長時間尺度的漂移誤差顯著影響該區域中感興趣的特徵(例如，形貌)的解析度。
如圖6A所示，慢速軸上的此漂移效應在圖400中顯現為偽影(與圖8A中所示的修正影像的資料相比更明顯，如下所述)。為解決和最小化此低頻漂移偽影，採用上述方法，並在以下立即描述的圖7中的圖像得到結果。垂直游標之間突出顯示的區域是與樣本形貌無關的偽影，並且在此處應用引用的方法，移除偽影以更正確地表示樣本表面形貌(以下將結合圖8A進一步討論)。圖6B突出顯示圖500的區域502處的偽影，說明低頻長時間尺度漂移。此外，較佳實施例的Z漂移修正演算法200(圖3)最初擷取參考影像(透過將樣本旋轉90°來定義感興趣區域的平面)。此參考影像擷取是自動的並且對使用者隱藏。它嵌入在影像文件中，且隨後被使用於自相關映射操作，以去除如前所述的漂移偽影。此在圖7和8A和8B中顯示。
圖7顯示漂移修正的最終AFM資料影像600。該影像是用受漂移影響的資料掃描(正規定向，即沿著快速掃描軸的快速掃描)連同使用初始正交掃描產生的參考平面一起產生。與圖5中的原始影像不同，由於消除Z漂移誤差，感興趣區域的表面特徵具有更高的解析度。圖6A(來自原始資料)和圖8A(漂移修正資料602)中振幅的比較說明了低頻漂移偽影的此種修正。圖6B和8B的類似比較說明相同的情況(在圖6B的區域502中)，振幅信號604的低頻分量在漂移修正之後在圖8B中大大地降低。
總體而言，較佳實施例提供實質上沒有由於AFM環境中的機械漂移所引起的不利影響的高解析度AFM影像。該方法和系統向使用者提供速度和準確性優點以及即時反饋，這為使用者提供了管理AFM操作的靈活度。更具體地，該系統和方法允許即時調整(「即時」被定義為在樣本感興趣區域的資料影像的獲取和產生期間，即，在AFM影像獲取期間的短時間段內執行資料處理，提供接近瞬時的輸出)，AFM操作的掃描參數，包括控制設定點、掃描速度和方向、驅動信號的相位/振幅等，以及掃描位置。總之，無需對原始資料影像後處理即可產生一或多個感興趣區域的高解析度資料影像。得到的最終資料影像實質上沒有由於漂移所引起的機械干擾。
雖然以上揭示發明人設想之實施本發明的最佳模式，但上述發明的實踐不侷限於此。顯然，可以對本發明的特徵進行各種增加、修改和重新配置而不背離基本發明概念的精神和範圍。
10:原子力顯微鏡/AFM
12:探針裝置
14:探針
15:懸臂/桿
16:致動器
17:尖端
18:AC信號源
20:控制器
22:樣本
24:掃描器
25:偏轉檢測設備
26:檢測器
28:方塊
30:電路
32:PI增益控制塊
34:高壓放大器
40:工作站
100:圖示
102:樣本
104:光柵掃描線
106:光柵掃描線
110:線
150:掃描探針顯微鏡儀器
152:探針
154:尖端
156:管掃描器
158:樣本
160:XY掃描器
162:機械Z台/探針尖端
164:XY台/台
166:XY台控制器/控制器
168:光束反彈偏轉檢測設備
170:雷射
172:光電檢測器
174:AFM控制器
176:DSP
180:電腦/CPU
200:方法
202:方塊/步驟
204:方塊/步驟
206:方塊/步驟
208:方塊/步驟
210:方塊/步驟
212:方塊/步驟
300:傳統的AFM影像
302:較亮部分
304:較暗部分
400:圖
500:圖
502:區域
600:漂移修正的最終AFM資料影像
602:漂移修正資料
604:振幅信號
本發明的較佳示例性實施例在所附圖式中顯示，其中相同的參考標號通篇代表相同的部分，並且其中：
[圖1]是習知技術原子力顯微鏡AFM的示意圖；
[圖2A至2C]是在較佳實施例中使用的一系列掃描示意圖，以適應AFM影像採集期間的漂移而無需影像後處理；
[圖3]是用於獲取AFM資料並產生本質上沒有漂移效應的AFM影像的AFM系統的方塊圖；
[圖4]是說明較佳實施例的漂移修正方法的流程圖；
[圖5]是未經漂移修正的原始AFM形貌影像；
[圖6A和6B]是說明圖5的影像中漂移的效應的圖；
[圖7]是使用較佳實施例的方法和設備的漂移修正的AFM形貌影像；以及
[圖8A和8B]是說明圖7的資料影像中漂移修正的效應的圖。
200:方法
Claims (15)
- 一種原子力顯微術(atomic force microscopy (AFM))的方法，該方法包含： 在與樣本感興趣區域中資料掃描的掃描方向正交的方向上提供該AFM的探針與該樣本之間的相對掃描運動； 在該提供步驟期間檢測探針偏轉，探針偏轉指示該樣本表面的特性； 基於該檢測步驟產生參考影像； 生產該探針與該樣本之間的相對掃描運動，以在該感興趣區域中實施該資料掃描； 在該生產步驟期間測量探針偏轉，探針偏轉指示該特性，並基於該測量步驟產生資料影像；以及 根據該樣本影像和該參考影像即時產生最終影像。
- 如請求項1之方法，其中，該提供步驟是快速掃描。
- 如請求項1之方法，其中，該正交方向是該資料掃描的慢速掃描軸。
- 如請求項1之方法，其中，該參考影像是參考平面。
- 如請求項1之方法，其中，該產生該最終影像包括將該樣本影像和該參考影像相加。
- 如請求項1之方法，其中，該掃描運動是光柵掃描。
- 如請求項1之方法，其中，該檢測和該測量步驟在AFM操作模式下實施，並且該模式是峰值力輕敲(peak force tapping (PFT))模式、接觸模式和輕敲模式中之一者。
- 如請求項1之方法，其中，該特性是該表面的形貌。
- 如請求項1之方法，還包括在該供應步驟期間調整a)該方法的掃描參數或b)該感興趣區域中的至少一者，以及接著重複所有該等步驟。
- 一種原子力顯微鏡(atomic force microscope (AFM))，包含： 提供該AFM的探針與樣本之間的相對掃描運動的掃描器； 檢測器，在AFM操作期間回應於探針-樣本交互作用來測量該探針的偏轉，該偏轉指示樣本特性並儲存為影像； 控制器，根據該偏轉產生控制信號；以及 電腦，當該掃描運動沿著資料掃描的慢速掃描軸時基於該偏轉產生參考影像，且接著當該掃描運動沿著該影像掃描的快速掃描軸時基於該偏轉產生資料影像，以及c)在產生該資料影像期間將該資料影像與該參考影像即時映射以生產最終資料影像。
- 如請求項10之原子力顯微鏡，其中，產生該參考影像的該掃描運動是在與資料掃描的掃描方向正交的方向上。
- 如請求項10之原子力顯微鏡，其中，該正交方向是該資料掃描的慢速掃描軸。
- 如請求項10之原子力顯微鏡，其中，該控制器在接觸模式、非接觸模式、輕敲模式和峰值力輕敲模式之一者中產生控制信號。
- 如請求項10之原子力顯微鏡，其中，該控制器在映射該資料影像期間調整a)該AFM的掃描參數或b)該感興趣區域中的至少一者。
- 一種原子力顯微術(atomic force microscopy (AFM))的方法，該方法包含： 在資料掃描的慢速掃描方向上提供該AFM的探針與樣本之間的相對掃描運動，以產生感興趣區域的參考影像； 在快速掃描方向上提供該探針與該樣本之間的相對掃描運動以產生樣本資料；以及 在該提供步驟期間將該樣本資料與該參考影像即時繪製，以產生最終的漂移修正資料影像，而無需影像採集後處理。
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