TWI675206B - 用於掃描探針顯微鏡的裝置與方法 - Google Patents

用於掃描探針顯微鏡的裝置與方法 Download PDF

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Abstract

本發明關於用於掃描探針顯微鏡的一裝置(400)，該裝置具有：(a)至少一第一量測探針(415、1000)，其具有至少一第一懸臂(410、610、1210、1410、1710、1760、1810)，第一懸臂的自由端具有第一量測尖端(150)；(b)至少一第一反射區域(420)，其配置在至少一第一懸臂(410、610、1210、1410、1710、1760、1810)的自由端(140)的區域中且實施以在不同方向上反射至少兩光束(440、450、460、1240、1250、1260、1440、1450、1460)；以及(c)至少兩個第一干涉儀(475、480、485)，其實施以使用由至少一第一反射區域所反射的至少兩光束(445、455、465)來決定第一量測尖端(150)的位置。

Description

用於掃描探針顯微鏡的裝置與方法 【相關專利參照】
本申請案主張2017年3月31日申請的德國專利申請案10 2017 205 528.6的權益，其名稱為「Vorrichtung und Verfahren für ein Rastersondenmikroskop」，且其整體內容以引用的方式併入本文。
本發明關於用於掃描探針顯微鏡的裝置與方法。
掃描探針顯微鏡使用量測探針來掃描樣品或其表面，並因此而得到用以產生樣品表面的形貌表示的量測資料。掃描探針顯微鏡在下文中簡稱為SPM。根據量測探針的量測尖端及樣品表面之間的互動類型的不同，SPM類型會有所不同。通常使用掃描穿隧顯微鏡(STM)，其中在彼此沒有接觸的樣品和量測尖端之間施加一電壓，並量測所產生的穿隧電流。
在稱作原子力顯微鏡(AFM)或掃描力顯微鏡(SFM)的顯微鏡中，量測尖端由樣品表面的原子力偏轉，其一般為具吸引性的凡得瓦力及/或交換互動的排斥力。量測尖端的偏轉與在量測尖端及樣品表面之間作用的力成正比，且此力用以決定表面形貌。
除了這些傳統的SPM類型之外，還有多種用於特定應用領 域的其他設備類型，例如磁力顯微鏡或光學及聲學近場掃描顯微鏡。
掃描探針顯微鏡能夠以在z方向(即垂直於樣品表面)小於1nm的解析度以及以在1nm範圍內的橫向解析度(即在樣品表面的平面內)來掃描樣品表面。因此，SPM對許多微技術及奈米技術領域來說是前景很好的量測儀器。
然而，上述SPM的可能性有一些嚴重的缺點。掃描探針顯微鏡的一顯著缺點在於，由於連續地記錄各個資料點以及量測探針的機械運動而導致較低的成像速度。具有不利影響的另一點為局部樣品高度的頻繁間接量測，這限制了量測資料記錄的速度。一般來說，量測探針具有懸臂，從其尖端將雷射光束反射到用以量測懸臂彎曲的四象限光電二極體上。四象限光電二極體的信號作為一封閉迴路的可控變數。此控制迴路更新壓電致動器的運動，直到懸臂的彎曲再次符合預定的初始值。樣品表面的高度由壓電致動器的運動來決定。
通常，額外地使懸臂在高頻下以數十奈米的振幅振盪。懸臂的激發頻率通常對應其自然頻率(例如600kHz)或落在自然頻率附近。
當記錄資料時，若不存在假影(artefacts)或僅有少量的假影，則針對懸臂的兩種操作模式，量測探針與樣品表面之間的z距離的封閉控制的帶寬目前限制在單位數的千赫茲範圍內。
在「高速奈米計量學(High speed nano-metrology)」一文中(Rev.Sci.Instr.,Vol.82,043710-1 to o43710-5(2011))，作者A.D.L.Humphris等人描述了用於原子力顯微鏡(AFM)的新穎方法，其中AFM的懸臂在z方向上(即垂直於樣品表面)的偏轉不是由在反饋迴路中操作的光指示器系統來量測，而是由輻射到懸臂後側的干涉儀來量測。
WO2012/104625 A1及WO2015/011148 A1描述了在動態操作模式下操作的掃描探針顯微鏡，其中量測尖端與樣品表面的距離在干涉儀的協助下進行量測。
在「石墨的超潤滑性(Superlubricity of graphite)」一文中(Phys.Rev.Lett.,Vol.92,No.12,p.126101-1 to 126101-4)，作者M.Dienwiebel等人描述了摩擦力顯微鏡(FFM)的結構及使用摩擦力顯微鏡在石墨上進行的檢查。
在「定量奈米磨擦學的新穎掃描探針裝置的製造(Fabrication of a novel scanning probe device for quantitative nanotribology)」一文中(Sensors and Actuators,Vol.84(2000),p.18-24)，作者T.Zijlstra等人詳細描述了在前段中所述之用於摩擦力顯微鏡的摩擦力感測器(摩擦槓桿(tribolever))的產生。
儘管在提高掃描探針顯微鏡的成像速度方面已作出了上述的努力，但這些設備在解析度及資料記錄速度方面仍有改進空間。
因此，本發明解決了指定可用以提高掃描探針顯微鏡的量測資料的準確性及其記錄速度的裝置及方法的問題。
根據本發明的一範例具體實施例，此問題由申請專利範圍第1項所述的裝置來解決。在一具體實施例中，用於掃描探針顯微鏡的裝置包含：(a)具有至少一第一懸臂的至少一第一量測探針，第一懸臂的自由端具有第一量測尖端；(b)至少一第一反射區域，其配置在至少一第一懸臂的自由端的區域中且實施以在不同方向上反射至少兩光束；以及(c)至少兩個第一干涉儀，其實施以使用由至少一第一反射區域所反射的至少兩光束來決定第一量測尖端的位置。
根據本發明的反射區域附接在懸臂的自由端的區域中，其中懸臂的自由端也具有量測尖端。藉由輻射到根據本發明的反射區域上的來自兩個或更多個干涉儀的至少兩個或更多個光束以及由該反射區域所反射的該光束，可在二或更多維度上直接決定量測尖端的位置。由於用以決 定量測探針的量測尖端的位置的量測是在量測尖端附近進行的，所以該位置是以非常高的準確度來決定(即在所有三個空間方向上具有次奈米的精準度)。在干涉儀的協助下對所有三個空間方向進行量測更避免了當以封閉迴路控制量測探針的量測尖端與樣品表面之間的預定間距時所發生的速度問題。
根據本發明的裝置可安裝在具有彈簧梁或懸臂的所有類型的掃描探針顯微鏡中。此外，前文所定義的裝置可用以掃描所有類型的樣品。該裝置的使用對於半導體技術及/或光微影光罩領域中的量測問題是特別有利的。
根據本發明的裝置可用以決定量測尖端的位置，與掃描探針顯微鏡操作量測探針的方式無關。這表示根據本發明的裝置可用於例如接觸模式(其中量測探針在樣品表面上的暴露狀態下掃描樣品表面)及非接觸模式(其中使量測探針振動，並在樣品表面上以所定義的間距掃描)。此外，在根據本發明的裝置中，量測尖端的位置可用於間歇的操作模式中，其中振動量測尖端在振動週期的一小部分期間到達樣品表面，並以掃描操作模式或步進掃描模式到達樣品表面。
此外，前文所定義的裝置可用於任何操作環境，亦即掃描探針顯微鏡的量測探針可操作於真空中、保護性氣體環境中(例如在氮氣中)、反應性環境中(例如在氧氣環境中)、液體中或環境條件下。
此外，前文所解釋的裝置可與任何目前已知的懸臂驅動器結合，例如壓電致動器、熱致動器、靜電致動器或磁致動器。此外，根據本發明的裝置可使用所有當前已知的量測尖端來掃描樣品表面。
至少一第一反射區域可配置在相對第一量測尖端之至少一第一懸臂的一側上。
因此，將反射區域附接到量測探針的懸臂上不需要對懸臂進行重大的改變，因此不會引起量測探針的操作行為的劇烈變化。
至少一第一反射區域可實施以將從不同方向導向至第一量測尖端的至少兩個光束反射到其本身上，即實質上在反平行方向上。此外，至少一第一反射區域可實施以反射至少一第一光束(類似反射鏡)，並針對在至少一第一反射區域上以約一繞射階角度的一角度範圍入射的至少一第二光束，產生在此角度範圍內出現的繞射光束。此該角度範圍可包含0°至20°、較佳為0°至15°、更佳為0°至10°、且最佳為0°至5°。
至少一第一反射區域可包含至少一第一反射部分及至少一第二反射部分，且第一反射部分及第二反射部分沒有配置在一平面上。
第一反射部分較佳附接到懸臂的上側，且其在z方向(即垂直於樣品表面)上反射光束。第二反射部分及選擇性的第三反射部分將傾斜指向的光束反射至懸臂的量測尖端。第二反射光束及選擇性的第三反射光束包含橫向位置分量，即在x方向及/或y方向上的分量。其結果為，除了z位置(經由第一反射部分)之外，還有可能從在第二反射部分及/或第三反射部分處所反射的光束來決定量測尖端在三個空間方向上的位置。若使用兩個光束，則可在兩個空間方向上決定量測尖端的位置。舉例來說，若只有量測尖端的x坐標和z坐標需要非常精確地量測，則這是有利的。舉例來說，當量測半導體晶片上的線結構時會發生這種量測問題。若使用三個光束、一個相應的反射區域及三個干涉儀，則有可能確定量測尖端在三個空間方向上的位置。若懸臂的量測尖端的確切位置和長度未知，則可藉助於校準量測來決定這些位置和長度。
反射部分可以反射鏡平面區域的形式來實施。然而，也有可能將反射部分實施為具有彎曲反射表面的成像光學元件。
反射部分較佳在懸臂的生產程序期間產生。在此情況下，反射部分為量測探針的懸臂的一整體構成部分。為了增加其反射率，反射部分可塗覆一金屬層，例如鋁層或金層或介電反射層。在另一具體實施例中，反射部分也可個別地生產並固定在懸臂上。
至少一第二反射部分可相對至少一第一反射部分傾斜一角度β，及/或至少一第二反射部分可相對懸臂的一縱軸旋轉一角度α。角度α的絕對值可包含0°至90°、較佳為15°至75°、更佳為30°至60°、且最佳為40°至50°的範圍，且角度β可包含10°到80°、較佳為20°到70°、更佳為30°到60°、且最佳為40°到50°的範圍。
至少一第一反射區域可具有至少一第一反射部分、至少一第二反射部分和至少一第三反射部分，至少一第一反射部分可配置於懸臂的上側，至少一第二反射部分可具有角度α=+45°及角度β=+45°，且至少一第三反射部分可具有角度α=-45°及角度β=+45°。此外，至少兩個第一干涉儀可包含至少三個第一干涉儀，其實施以使用由至少一第一反射部分、至少一第二反射部分、以及至少一第三反射部分所反射的至少三個光束，以決定第一量測尖端的位置。
此外，裝置可包含一物鏡，其中入射在至少一反射區域上的至少兩光束以及至少兩反射的光束通過此物鏡。物鏡的數值孔徑(NA)可大於0.6、較佳為大於0.7、更佳為大於0.8、最佳為大於0.9。一般來說，下列條件適用於物鏡的NA：NA Objective >sin(β)。舉例來說，針對β=45°，這表示NA Objective >0.75必須適用。
至少一第一反射區域可具有一繞射結構。
以繞射結構形式實現的反射區域是有利的，因為只需在量測探針的懸臂處進行最小的改變。因此，量測探針的操作行為僅受反射區域的輕微改變。
繞射結構可包含至少一線光柵及/或至少一線光柵可包含一閃耀光柵(blazed grating)。
以閃耀光柵的形式來實施線光柵的結果，有可能針對所採用的繞射階對繞射效率進行最佳化。較佳地，第一階繞射使用作為第二反射光束並選擇性地用作第三反射光束。
繞射結構可包含配置為相對彼此旋轉的至少兩個線光柵。至少兩個線光柵可配置為相對彼此旋轉±60°至±120°、較佳±65°至±115°、更佳±70°至±110°、且最佳±80°至±100°的角度。此外，至少兩個線光柵可相對懸臂縱軸以±45°的角度定向。至少兩線光柵的晶格常數可為λ/(2．cos θ)，其中λ表示所使用光束的波長，且θ表示其在反射區域上相對表面法線的入射角。
在本申請案的此處及其他地方，表述「實質上」表示在其公差範圍內的量測變數的指示，其使用根據現有技術的量測設備用於量測。
至少一反射區域及至少一懸臂可具有一整體的具體實施例。此具體實施例有助於在懸臂的生產程序期間生產反射區域。這確保了反射區域的成本效益的生產。此外，反射區域的整體生產不需要對懸臂進行調整。
至少一反射區域可包含介電反射層及/或金屬層(例如是鋁層、銀層或金層)，其施加到與第一量測尖端相對的至少一第一懸臂的側面上且繞射結構已引入其中。繞射結構可藉由微影而施加在至少一反射區域上。或者，也有可能藉由對反射區域進行機械處理來產生繞射結構。
將反射結構放置於懸臂的頂側是有利的，因為反射區域對於干涉儀的曝光波長的反射為高。在另一具體實施例中，繞射結構可直接產生於懸臂的上側。
此外，裝置可具有一多段光電二極體，其實施以從至少兩反射的光束來偵測至少一第一懸臂的第一量測尖端相對懸臂的縱軸的傾斜及/或至少一第一懸臂的自由端的扭轉。
多段光電二極體可包含四象限光電二極體。代替多段光電二極體，可使用一自準直望遠鏡，其實施以從至少兩個反射光束的其中一者偵測至少一第一懸臂的第一量測尖端相對懸臂的縱軸的傾斜及/或至少一第一懸臂的自由端的扭轉。此外，多段光電二極體的功能可由至少兩個干 涉儀取代。此外，所量測的懸臂傾斜及/或扭轉也可用於前述的校準程序。
此外，裝置可具有至少一資料處理裝置，其實施以根據至少兩個第一干涉儀的量測信號來決定掃描探針顯微鏡的第一量測尖端在至少兩個空間方向上的位置。
此外，裝置可具有至少一掃描裝置，其實施以在樣品表面上掃描至少一第一量測探針。此外，至少一掃描裝置可實施以至少部分地在掃描期間對至少一懸臂不使用反饋。藉由兩個或更多個干涉儀直接量測懸臂的量測尖端在兩個或三個空間方向上的位置。因此，有可能至少部分地省略關於至少一第一懸臂的z位置的反饋。因此，無需等待封閉迴路控制來校正樣品及/或量測探針的z位置，就有可能讀取懸臂的量測尖端的高度。
由於量測尖端相對樣品表面的位置未在封閉反饋迴路內決定，因此藉由上述定義的裝置所進行的掃描不受反饋迴路的帶寬限制，且因此不受與此伴隨的資料記錄速度的限制。
掃描裝置可更實施以調整鄰近量測點之間的一橫向間距(lateral spacing)，以適應樣品表面的一輪廓。
本文所述的掃描過程的實質優點為用以掃描樣品表面的個別量測點不需以等距的間隔放置。相反地，沿掃描線的個別量測點之間的間距適用於此區域中的樣品表面的局部輪廓。因此，有可能提高記錄資料的精確度，特別是在樣品具有大外觀比的情況下。外觀比表示結構的高度或深度與其(最小)寬度的比率。
此外，裝置可具有至少一旋轉裝置，其實施以使至少一第一量測探針及樣品相對彼此旋轉。
量測探針、樣品、或量測探針與樣品兩者是否旋轉都無關緊要。
至少一量測探針可實施以幫助在掃描探針顯微鏡的量測頭中的至少一第一量測探針朝樣品表面傾斜的安裝。量測探針可具有與自由 端相對的固定區域，其實施以將量測探針固定在掃描探針顯微鏡的量測頭中。
至少一第一量測探針的至少一第一懸臂可具有相對樣品表面的一傾角，其範圍在3°至40°、較佳為4°至35°、更佳為5°至30°、且最佳為5°至25°。
此外，裝置可具有一傾斜裝置，其實施以使至少一第一懸臂相對樣品表面傾斜。
藉由使懸臂朝向樣品表面傾斜，懸臂的量測尖端相對局部樣品法線的角度減小，且使用量測探針的量測尖端來掃描樣品表面的精準度也因此而增加。樣品表面的陡峭或懸垂壁可使用傾斜懸臂以可再現的方式進行量測，特別是也結合量測探針相對樣品的相對旋轉。
此外，裝置可具有一校準裝置，其具有實施以決定至少一第一懸臂的傾斜角度的至少一結構元件。
在校準裝置的協助下，有可能決定量測探針所使用的量測尖端進行樣品的局部輪廓的最佳可能掃描的傾斜角度。
此外，裝置可具有：(a)具有至少一第二懸臂的至少一第二量測探針，第二懸臂的自由端具有第二量測尖端；以及(b)其中至少一第一量測探針及至少一第二量測探針沒有配置為彼此平行。
此外，裝置可具有：(a)至少一第二量測探針，其具有至少一第二懸臂，第二懸臂的自由端具有第二量測尖端；(b)至少一第二反射區域，其配置於至少一第二懸臂的自由端的區域中且實施以在不同方向反射至少兩個光束；(c)至少兩個第二干涉儀，其實施以使用由至少一第二反射區域所反射的至少兩個光束來決定第二量測尖端的位置；以及(d)其中至少一第一量測探針及至少一第二量測探針並不配置為相互平行。
因此，第二量測探針可為傳統的量測探針，其在掃描探針顯微鏡的量測探針的任何一種已知的操作模式下操作。然而，在第二具體 實施例中，有可能在第二量測探針上安裝根據本發明的反射區域，其中來自兩個或更多個干涉儀的光束入射在反射區域上。
旋轉量測探針及/或樣品是一個機械上複雜的過程，執行此過程需要一些時間。使用第二量測探針有可能顯著減少為了掃描具有大外觀比的樣品表面而在樣品與量測探針之間所而需要的旋轉次數。
此外，裝置可具有物鏡，其中入射在至少一第一反射區域上的至少兩光束、由第一反射區域所反射的至少兩光束、入射在至少一第二反射區域上的至少兩光束、由第二反射區域所反射的至少兩光束通過此物鏡。
此外，至少一掃描裝置可實施以彼此獨立地調整第一量測探針的第一量測尖端的相鄰第一量測點之間的第一間距以及第二量測探針的第二量測尖端的相鄰第二量測點之間的第二間距。這增加了當掃描具有大外觀比的樣品表面的部分時的靈活性。
至少一第一量測探針及至少一第二量測探針可實質上以反平行的方式配置或實質上相對彼此旋轉90°配置。
此外，裝置可具有(a)至少一另外的量測探針，其具有至少一另外的懸臂，另外的懸臂的自由端具有一另外的量測尖端；(b)至少一另外的反射區域，其配置在至少一另外的懸臂的自由端的區域中且實施以在不同方向上反射至少兩個光束；以及(c)至少兩個另外的干涉儀，其實施以使用由至少一另外的反射區域所反射的至少兩個光束，以決定另外的量測尖端的位置。
至少一第一量測探針、至少一第二量測探針及至少一另外的量測探針可在彼此之間以等距的角度間隔配置。
具有相對彼此成120°角度的三個量測探針的組態(其中量測探針的量測尖端在此組態中彼此相鄰)可表示建構此一組態所需的費用與當記錄可由此獲得的資料時的速度及準確性之間的折衷。這在檢查原子或分 子結構、或生物材料時尤其適用。
具有以十字形配置之相對彼此成大致為90°角度的四個量測探針的具體實施例適用於來自半導體技術的許多樣品的結構，因此在分析半導體結構及/或光微影光罩上是有利的。
此外，裝置可具有一物鏡，其中入射在至少一第一反射區域上的至少兩光束、由第一反射區域所反射的至少兩光束、入射在至少一第二反射區域上的至少兩光束、由第二反射區域所反射的至少兩光束、入射在至少一另外的反射區域上的至少兩光束、以及由另外的反射區域所反射的至少兩光束通過此物鏡。
至少一傾斜裝置可實施為使至少一第一量測探針、至少一第二量測探針及至少一另外的量測探針彼此獨立地傾斜。至少一掃描裝置可實施以在樣品表面上依序地掃描至少一第一量測探針、至少一第二量測探針和至少一另外的量測探針。此外，至少一掃描器裝置可實施以彼此獨立地調整至少一第一懸臂的第一量測尖端的相鄰量測點之間的第一間距、至少一第二懸臂的第二量測尖端的相鄰量測點的第二間距、及至少一另外的懸臂的另外的量測尖端的量測點之間的至少一另外的間距。
至少一第一懸臂的第一量測尖端、至少一第二懸臂的第二量測尖端、以及至少一另外的懸臂的另外的量測尖端彼此之間的間距可<100μm、較佳<50μm、更佳<30μm、且最佳<10μm。
此外，裝置可具有一資料處理裝置，其實施以從至少兩個第一干涉儀的量測信號、從至少兩個第二干涉儀的量測信號、以及從至少兩個另外的干涉儀的量測信號來決定在至少兩個空間方向上的掃描探針顯微鏡的第一量測尖端的位置、掃描探針顯微鏡的第二量測尖端的位置、以及掃描探針顯微鏡的另外的量測尖端的位置。
此外，資料處理裝置可包含至少一演算法，其實施為從至少兩個第一干涉儀的量測信號來決定第一量測尖端在兩個空間方向上的位 置及/或從三個干涉儀的量測信號來決定第一量測尖端在三個空間方向上的位置，且其中至少一演算法以硬體、或硬體及軟體的組合來實施。
至少一第一懸臂的固定區域、至少一第二懸臂的固定區域、及至少一另外的懸臂的固定區域可具有一整體的具體實施例。至少一第一懸臂的固定區域、至少一第一懸臂、至少一第二懸臂的固定區域、至少一第二懸臂、至少一另外的懸臂的固定區域、以及至少一另外的懸臂可具有一整體的具體實施例。至少一第一懸臂的固定區域、至少一第一懸臂、至少一第一懸臂的第一量測尖端、至少一第二懸臂的固定區域、至少一第二懸臂、至少一第二懸臂的第二量測尖端、至少一另外的懸臂的固定區域、至少一另外的懸臂、及至少一另外的懸臂的另外的量測尖端可具有一整體的具體實施例。
根據另一範例具體實施例，前文所解釋的問題由用以使用掃描探針顯微鏡檢查樣品表面的方法來解決。用以使用掃描探針顯微鏡來檢查樣品表面的方法包含以下步驟：(a)將至少一第一光束從至少一第一干涉儀導向至配置在具有第一量測尖端的至少一第一懸臂的自由端的區域中的至少一第一反射區域；(b)將至少一第二光束從至少一第二干涉儀導向至配置在至少一懸臂的自由端的區域中的至少一第一反射區域，其中至少一第一反射區域以不同的方向反射至少一第一光束及至少一第二光束；以及(c)使用由至少一第一反射區域所反射的至少一第一光束及由至少一第一反射區域所反射的至少一第二光束，用以檢查樣品表面。
在本申請案中，干涉儀表示干涉儀的被動組件，亦即沒有光源且沒有施加到懸臂的反射區域，該反射區域作用為用於來自兩個或更多個干涉儀的兩個或更多光束的反射元件。
方法可包含以下步驟：以至少一第一懸臂的第一量測尖端來掃描樣品表面。
此外，方法可包含以下步驟：至少部分地在樣品表面上掃 描至少一第一懸臂，而沒有使用經由至少一第一掃描裝置的反饋。
此外，方法可包含步驟：(d)將至少一第一量測探針傾斜安裝在掃描探針顯微鏡的量測頭中；以及(e)藉由至少一第一掃描裝置來以傾斜的第一懸臂進行掃描。
此外，方法可包含以下步驟：(f)藉由至少一第一傾斜裝置使至少一第一懸臂相對樣品表面傾斜；(g)使用至少一第一掃描裝置來以傾斜的第一懸臂重複掃描。
此外，方法可包含以下步驟：使來自掃描的量測資料與至少一第一懸臂的傾斜相關聯、及不與至少一第一懸臂的傾斜相關聯。
此外，方法可包含以下步驟：(h)執行至少一第一懸臂及樣品相對彼此的旋轉；以及(i)在樣品表面上在至少一第一懸臂的傾斜狀態下重複掃描。
另外，方法可包含以下步驟：將掃描的量測資料與旋轉相關聯及不與旋轉相關聯。此外，方法可包含以下步驟：將樣品表面上的至少一第一傾斜懸臂的掃描的量測資料與至少一第二傾斜懸臂的掃描相關聯，其中至少一第一懸臂和至少一第二懸臂沒有彼此平行配置。
在另一態樣中，電腦程式包含指令，當指令由前述態樣的其中一態樣所述的一裝置執行時，將促使裝置執行前述方法的其中一方法的方法步驟。
根據另一範例具體實施例，前文所解釋的問題由用以調整掃描探針顯微鏡的至少一量測探針的掃描參數以適應一待檢查樣品的方法來解決。用以調整掃描探針顯微鏡的至少一量測探針的掃描參數以適應一待檢查樣品的方法包含以下步驟：(a)獲得一待檢查樣品的第一資料；(b)從第一資料決定用以描述待檢查樣品的一樣品表面的至少一部分的輪廓的一變數；以及(c)從所決定的變數決定掃描探針顯微鏡的至少一量測探針的鄰近量測點之間的一間距。
決定用以描述輪廓的變數可包含：形成樣品表面的至少一部分的一或多個局部梯度。
此外，決定用以描述輪廓的變數可包含在掃描探針顯微鏡的量測頭中的至少一第一懸臂的傾斜安裝。此外，決定用以描述輪廓的變數可包含：根據針對第二量測所決定的變數，傾斜至少一量測探針的至少一第一懸臂，該第一懸臂在其自由端處具有第一量測尖端。
此外，方法可包含：決定在掃描探針顯微鏡的量測頭中安裝傾斜懸臂的傾斜角度，及/或根據所決定的變數決定至少一第一傾斜裝置的傾斜角度。
此外，方法可包含以下步驟：以取決於所決定變數的方式，將至少一量測探針相對樣品旋轉，以進行進一步的量測。此外，方法可包含以下步驟：以取決於所決定變數的方式，決定至少一量測探針的旋轉角度。
至少一量測探針包含至少一第一量測探針及至少一第二量測探針，且更包含以下步驟：從所決定的變數決定適合用以在待檢查的樣品表面上掃描的量測探針。
第一資料可從一資料庫獲得，其中待檢查樣品的設計資料儲存於資料庫中。
第一資料可從至少一量測探針以鄰近量測點之間的一固定間距在樣品表面上進行的掃描而獲得。第一資料可從至少一第一量測探針的掃描中獲得，而無至少一量測探針的懸臂的傾斜。此外，可從設計資料結合至少一量測探針的掃描來決定第一資料，而無懸臂的傾斜。
最後，在另一態樣中，電腦程式包含指令，當指令由一電腦系統執行時將促使電腦系統執行前述態樣的其中一態樣的方法步驟。電腦系統可包含前文所定義的裝置的資料處理裝置。
100‧‧‧量測探針
110‧‧‧懸臂
120‧‧‧上側
130‧‧‧下側
140‧‧‧自由端
150‧‧‧量測尖端
155‧‧‧尖端
160‧‧‧晶鬚
170‧‧‧尖端
180‧‧‧固定區域
190‧‧‧間距
200‧‧‧示意圖
210‧‧‧量測探針
220‧‧‧光指示器系統
230‧‧‧光源
240‧‧‧光束
260‧‧‧反射光束
270‧‧‧多段光電二極體
300‧‧‧示意圖
310‧‧‧物鏡
320‧‧‧光束
330‧‧‧反射光束
340‧‧‧玻璃板
350‧‧‧焦斑
400‧‧‧裝置
402‧‧‧分光器
410‧‧‧懸臂
415‧‧‧量測探針
420‧‧‧反射區域
425‧‧‧反射部分
430‧‧‧反射部分
435‧‧‧反射部分
440‧‧‧第一光束
442‧‧‧焦斑
445‧‧‧第一光束
446‧‧‧光束
447‧‧‧光束
450‧‧‧光束
452‧‧‧焦斑
455‧‧‧光束
460‧‧‧光束
462‧‧‧焦斑
465‧‧‧光束
470‧‧‧物鏡
475‧‧‧干涉儀
480‧‧‧干涉儀
485‧‧‧干涉儀
490‧‧‧四象限光電二極體
495‧‧‧資料處理裝置
510‧‧‧縱軸
610‧‧‧懸臂
620‧‧‧繞射結構
720‧‧‧光柵
730‧‧‧晶格常數
750‧‧‧反射光束
755‧‧‧繞射光束
760‧‧‧反射光束
765‧‧‧繞射光束
840‧‧‧入射光束
845‧‧‧反射光束
850‧‧‧反射光束
855‧‧‧繞射光束
860‧‧‧反射光束
865‧‧‧繞射光束
920‧‧‧光柵
1000‧‧‧量測探針
1020‧‧‧光柵
1110‧‧‧基板
1120‧‧‧標記
1130‧‧‧結構元件
1200‧‧‧裝置
1210‧‧‧懸臂
1240‧‧‧光束
1242‧‧‧焦點
1250‧‧‧光束
1260‧‧‧光束
1300‧‧‧裝置
1315‧‧‧量測探針
1410‧‧‧懸臂
1440‧‧‧光束
1442‧‧‧焦點
1450‧‧‧光束
1460‧‧‧光束
1510‧‧‧掃描
1520‧‧‧掃描
1600‧‧‧校準裝置
1700‧‧‧裝置
1705‧‧‧線
1710‧‧‧懸臂
1742‧‧‧焦點
1760‧‧‧懸臂
1792‧‧‧焦點
1800‧‧‧致動器
1810‧‧‧懸臂
1850‧‧‧光源
1860‧‧‧光束
1900‧‧‧樣品
1905‧‧‧表面
1910‧‧‧輪廓
1915‧‧‧表面
1920‧‧‧突起
1925‧‧‧側壁
1930‧‧‧溝槽
1932‧‧‧表面
1935‧‧‧側壁
1940‧‧‧突起
1945‧‧‧表面
1950‧‧‧側壁
1955‧‧‧溝槽
1957‧‧‧表面
1960‧‧‧箭頭
1965‧‧‧間距
1970‧‧‧箭頭
1975‧‧‧間距
1985‧‧‧間距
1995‧‧‧間距
2000‧‧‧流程圖
2100‧‧‧流程圖
CD‧‧‧臨界尺寸
D1‧‧‧間距
D2‧‧‧間距
以下的詳細描述將參照附圖描述本發明的當前較佳示例性具體實施例，其中：圖1顯示量測探針的示意截面圖；圖2再現根據現有技術的量測探針及光指示器系統的示意圖；圖3中的部分圖像A顯示了玻璃板的物鏡及量測探針的示意截面圖，且在部分圖像B中顯示了部分圖像A的量測探針的懸臂的俯視圖；圖4中的部分圖像A再現了根據本發明的裝置的幾個重要組件的示意截面圖，且在部分圖像B中顯示了具有形式為三個反射部分的根據本發明的反射區域的具體實施例的懸臂的俯視圖；圖5在部分圖像A中解釋了角度β的定義，且在部分圖像B中解釋了角度α的定義；圖6顯示以繞射光學元件的形式實施的反射區域的示意圖；圖7顯示一線光柵的示意性截面，該線光柵係設計使得以角度入射的輻射在此角度處具有一繞射階；圖8再現了圖7的線光柵，其中光束以角度δ及角度-δ入射，且光束以角度δ反射且繞射光束以角度+δ出現；圖9顯示具有形式為閃耀光柵狀結構的繞射光學元件的懸臂的截面圖；圖10顯示在旋轉90°的兩個線光柵的具體實施例中具有反射區域的懸臂的示意俯視圖，該線光柵相對懸臂的縱軸旋轉45°角，其具有源自三個入射光束的焦斑；圖11顯示用以決定半導體結構或光微影光罩的結構元件的臨界尺寸(CD)以及其與標記的間隔的結構的示意截面圖；圖12顯示朝向樣品表面傾斜的懸臂的示意截面圖，該懸臂 具有根據本發明的反射區域；圖13顯示圖12具有未向樣品表面傾斜的第二懸臂；圖14顯示圖12具有反平行配置的兩個傾斜懸臂；圖15示意性地顯示了在圖11的結構上以圖13的組態(即具有兩個傾斜懸臂)進行的兩個掃描；圖16再現了用以決定兩個懸臂的橫向偏移的一校準裝置的示意截面圖；圖17在部分圖像A中再現了具有四個交叉懸臂的組態的截面圖，且在部分圖像B中顯示了四個交叉懸臂的俯視圖；圖18顯示具有傾斜裝置的一裝置的示意截面圖；圖19顯示圖13、14、17或18的其中一組態在具有非常陡峭、垂直及懸垂側面的樣品輪廓上的一維量測點密度的示意截面圖；圖20顯示用以使用掃描探針顯微鏡檢查樣品表面的方法流程圖；以及圖21顯示用以使掃描探針顯微鏡的量測探針的掃描參數適合於待檢查樣品的方法流程圖。
將基於圖1至圖3簡要地介紹傳統掃描探針顯微鏡的一些困難。接著，將更詳細地解釋根據本發明的裝置及根據本發明的方法的當前較佳具體實施例。
圖1顯示量測探針100的示意圖的縱剖圖。量測探針100包含一彎曲樑、彈簧樑或懸臂110。示例性懸臂110具有約20μm的長度(x方向)及約10μm的寬度(y方向)。懸臂110具有上側120或前側120、以及下側130或後側130。懸臂110可由半導體材料(例如矽)、化合物半導體(例如氮化矽)、或金屬產生。
在懸臂110的右端，懸臂110連接至固定區域180、固定板180或處理晶片180。固定區域180較佳為在所有三個空間方向中具有範圍在數毫米的尺寸。通常，固定區域180及量測探針100的懸臂110是以整體的方式製造，使得固定區域180及懸臂110具有實質相同的材料組成。量測探針100在固定區域180的協助下固定至掃描探針顯微鏡的量測頭的一保持器上(圖1中未示出)。這可藉由例如夾持來實現。
量測尖端150在懸臂110的自由端140的區域中施加至懸臂110的下側130。量測尖端150可為懸臂110的一整體構成部分。在此具體實施例中，量測尖端150及懸臂110的材料組成基本上是相同的。量測尖端150也可作為一獨立單元來生產並可連接至懸臂110。以類似懸臂110的方式，量測尖端150可由半導體材料、化合物半導體製造或由金屬或金屬合金製造。
稱為「晶鬚(whisker)」的長細尖端160可額外地施加至量測尖端150的下端或量測尖端150的尖端155。在下文中，長細尖端160以技術術語表示為晶鬚。舉例來說，晶鬚160可由矽、氮化矽、碳化矽、二氧化矽產生及/或包含藉由電子束沉積的碳奈米管、改良碳奈米管或碳結構(電子束沉積(EBD)碳)。
晶鬚160的尖端170表示當本申請案涉及決定量測尖端150的位置時所要決定的位置。若量測尖端150沒有晶鬚160，則量測尖端150的尖端155表示當決定量測尖端150的位置時所要決定的位置。
間距190表示量測尖端150的尖端155或晶鬚160的尖端170與懸臂110的自由端140的距離。如將在圖3的上下文中所作的解釋，間距190應大於入射在懸臂110的上側120上的光束的光斑尺寸。
圖2的示意圖200顯示了具有懸臂110、固定區域180、及具有尖端155的量測尖端150的量測探針210的縱剖面示意圖。此外，圖2再現了通過光指示器系統220的縱剖面示意圖。光指示器系統220的光源230將光 束240輻射到懸臂110的上側120的區域250上，其中量測尖端155在該區域中附接至懸臂110的後側130。光束240由懸臂110的上側120所反射並作為反射光束260入射至多段光電二極體270上。舉例來說，光指示器系統220的多段光電二極體270可為四象限光電二極體。
多段光電二極體270偵測由量測尖端150的尖端155與樣品的相互作用而引起的懸臂110的曲率變化。封閉迴路控制藉由移動量測探針210的固定區域180或藉由在垂直方向(即在z方向上)移動樣品(圖2中未示出)來補償所偵測到的懸臂110的曲率變化。因此，從量測探針210或樣品的運動來間接地確定樣品表面與量測尖端150之間的相互作用。
在封閉控制迴路中移動量測探針210或樣品以決定量測尖端150的位置是耗時的過程。量測探針210的資料記錄受限於封閉迴路控制的帶寬，其目前落在單位數kHz範圍內。
圖3中的示意圖300的部分圖像A顯示一偵測配置的示意圖，其與圖2的光指示器系統220相較之下有助於更快的資料記錄。在圖3所示的偵測配置中，使用干涉儀來決定量測尖端150的尖端170的位置。一干涉儀(未顯示於圖3)從反射的光束330來確定量測探針210的量測尖端150的尖端170的z位置，其中為了清楚起見，在圖3及隨後的附圖中未顯示量測探針210的固定區域。
物鏡310將光束320引導至懸臂110的自由端140的上側120上。入射在懸臂110的光束320及反射光束330穿過玻璃板340，其中在圖3的示意圖所示的範例中，玻璃板340將量測探針100的真空區域與物鏡310處的環境條件分開。部分圖像B顯示量測探針210的懸臂110的上側120及入射光束320的焦斑350。如已在圖1的上下文中提到的，懸臂110通常具有約10μm的寬度。入射在懸臂110上的光束一般具有數微米(例如約3μm)的焦斑直徑FWHM(半峰全寬)。光束中心與懸臂110的自由端140的間距應大於焦斑直徑的一半，例如對於3μm的焦斑直徑，間距為3μm。
決定量測尖端150的z位置不會受到封閉控制迴路的帶寬限制影響，因此其比圖2中所示的光指示器系統更快且更準確。儘管有這些進步，但確定量測尖端150的位置在資料記錄的準確性及速度方面仍具有改進的空間，特別是關於量測尖端150的橫向位置。
圖4示意地顯示根據本發明的裝置400的示例性具體實施例的一些基本組件。部分圖像A顯示縱剖面示意圖，且部分圖像B顯示量測探針415懸臂410的上側120的俯視圖。根據本發明，懸臂410的上側120具有反射區域420。在圖4所示的範例中，反射區域420包含第一反射部分425、第二反射部分430及第三反射部分435。第一反射部分425配置在量測探針415的懸臂410的上側120。第二反射部分430及第三反射部分435配置為相對懸臂410的縱軸510旋轉角度α。這將在圖5的部分圖像B中說明。
圖5的部分圖像B顯示了第二反射部分430及第三反射部分435相對懸臂410的縱軸旋轉角度α=±45的具體實施例。因此，保持了相對懸臂410的縱軸510的對稱性。圖5的部分圖像A定義了角度β。它指定了第二反射部分430及第三反射部分435在z方向上(即相對第一反射部分425的法線)從xy平面傾斜的角度。在圖4及圖5所示的範例中，以下情況適用：β=45°。
回到圖4，第一反射部分425、第二反射部分430、及第三反射部分435較佳對裝置400所使用的光束具有高反射率。為了實現這一點，若反射部分425、430及選擇性的435不具有金屬來源，則反射部分425、430及435較佳具有金屬塗層或介電質反射塗層。
第一光束440入射在第一反射部分425上，且其在第一反射部分425上產生焦斑442。第一光束440由第一反射部分425反射並通過物鏡470作為反射的第一光束445且入射在分光器402上。在第一反射部分上調整第一光束440，使得其最大光學強度的中心位於量測尖端150的尖端155、170上。
分光器402將反射的第一光束445分成兩個光束446、447，較佳具有相同的強度。光束446進入第一干涉儀475並由第一干涉儀475偵測。干涉儀475將所產生的量測信號傳輸到資料處理裝置495。資料處理裝置495根據干涉儀475的量測信號來決定量測尖端150的尖端155、170的z位置。
光束447入射在四象限光電二極體490上。四象限光電二極體490實現兩個目標。首先，其用以相對懸臂410的反射區域420調整物鏡470。其次，四象限光電二極體490有助於決定懸臂410的量測尖端150相對懸臂410的縱軸510的傾斜及/或決定本發明的反射區域420相對於懸臂410的固定區域180配置的懸臂410的區域的扭轉或扭曲，並且因此決定量測尖端150的尖端155、170沿y方向的運動。在量測探針415的懸臂410被激發而振動的掃描探針顯微鏡的操作模式中，還有可能使用四象限光電二極體490以基於降低的調變振幅來快速地偵測量測尖端150與樣品上的接觸。
來自第二干涉儀480的第二光束450同樣通過物鏡470並相對圖4的示例中的z方向以45°的角度入射在第二反射部分430上，並且因此產生焦斑452。在第二反射部分430上調整第二光束450，使得其穿過第二反射部分430的延伸將入射到量測尖端150的尖端155、170上。
由第二反射部分430反射的光束455通過物鏡470並進入干涉儀480。由干涉儀480產生的量測信號同樣提供到資料處理裝置495。資料處理裝置495從兩個干涉儀480及475的量測信號來確定量測尖端150的尖端155、170的橫向位置的z位置。橫向方向由第二反射部分430相對第一反射位置425的對準來決定。這意味著兩個反射部分425及430足以決定量測尖端150的尖端155、170相對z方向及橫向方向(即在xy平面中的方向)的位置。
在圖4所示的示例中，使用第三干涉儀485將第三光束460導引到量測尖端150的尖端170上。關於第三光束460的調整，適用前文針對第二光束450所提供的解釋。兩個干涉儀480及485或其出射光束450、460(即入射在反射部分430和435上的光束450、460)及入射光束455、465(即由反射部分430、435反射的光束455、465)的選定角度α和β在部分圖像A的區段中重合。
第三干涉儀485的光束460入射到第三反射部分435上並產生焦斑462。由第三反射部分435反射的光束465通過物鏡470並由第三干涉儀485偵測。由第三干涉儀485所產生的量測信號被導引至資料處理裝置495。針對第一反射部分425、第二反射部分430和第三反射部分435的示例性配置，其中對第二反射部分430為α=β=45°，對第三反射部分435為α=-45°及β=+45°，如圖4所示，入射在第二反射部分430及第三反射部分435上的光束450和460的方向係給定為：
對於反射光束455和465，在空間方向上的符號是反轉的。資料處理裝置495可根據三個干涉儀475、480及485的量測信號確定量測尖端150的尖端155、170在三個空間方向上的位置。實際上，精確調整量測尖端150上的入射光束440、450和460是困難的；這可能導致量測誤差，特別是當決定量測尖端150的橫向位置時。若量測尖端150相對懸臂410的精確定位及量測尖端150的長度未準確知道，則此問題可能更嚴重。
至少有兩種量測可用以克服這些困難。首先，可藉助於校準量測來決定量測尖端150的尖端155、170的位置。藉由用於決定懸臂410在z方向上的曲率的多段光電二極體490的信號，調整問題可被擴散。懸臂410的曲率導致量測尖端150的尖端155、170在x方向上的運動。此外，懸臂410可能由於與樣品表面的相互作用而經歷扭曲或扭轉，導致量測尖端150的尖端155、170在y方向上的移動。資料處理裝置495可使用由多段光電二極體490所提供的量測信號來確定懸臂410的自由端140的傾斜及/或扭轉，並在決定量測尖端150的尖端155、170的橫向位置時考慮懸臂410的自由端140 的傾斜及/或扭轉。
物鏡470較佳具有範圍在0.7至0.95的數值孔徑(NA)。物鏡470的大NA僅略微限制了光束440、450、及460的光束引導。物鏡470的NA必須足夠大以能夠對入射在反射區域420上的光束440、450、460以及反射光束445、455、465進行成像。針對具有以角度β=45°配置的至少一個第二反射部分430的水平配置懸臂410，物鏡470必須至少具有如下的NA：NA>sin(β)=sin45°=0,71。包括用於光束440、445、450、455、460、465發散的保留，物鏡470應具有0.8或更大的NA。從下面的圖14可以看出，朝樣品表面傾斜懸臂410降低了物鏡470所需的NA。
精確快速的內差干涉儀或外差干涉儀可使用作為干涉儀470、480和485。有利地，干涉儀475、480、485使用在電磁頻譜的可見光範圍內的波長；這簡化了裝置400的調整。舉例來說，以633nm的波長發射的氦氖雷射可使用作為干涉儀475、480和485的光源。或者，可使用發射波長在532nm的相干輻射的倍頻Nd-YAG(釹摻雜釔鋁石榴石)雷射。
代替圖4的例子中所示的四象限光電二極體490作為多段光電二極體的例子，可在裝置400中使用自準直望遠鏡或至少兩個、較佳為三個干涉儀的組合來決定懸臂410的曲率及/或懸臂410的扭曲，亦即確定量測尖端150的尖端155、170在xy平面中的移動。
資料處理裝置495具有一或多個演算法，資料處理裝置495可使用該演算法以根據干涉儀475、480和485的量測信號來計算量測尖端150的尖端155、170的位置。一或多個演算法可以硬體、軟體、韌體或其組合的形式來實現。
產生形式為兩個反射部分425和430或三個反射部分425、430和435的反射區域420是一個複雜的程序。因此，下文將描述反射區域420的另一具體實施例。圖6顯示了懸臂610，其反射區域420具有繞射結構620。
圖7顯示了在懸臂610上的反射結構420，其實施為線光柵 720。圖7說明了針對相互之間實質上為反平行傳播的在光柵720上入射的光束440、450、460以及由光柵720反射的光束445、以及一階繞射的繞射光束所設計的組態。這表示線光柵720產生反射光束445及繞射光束755，其穿過物鏡470的光束路徑基本上與圖4所示的光束路徑相同。在這種情況下，懸臂610具有作為反射區域420的繞射結構620的一量測探針可很輕易地與懸臂410具有實施為兩個反射部分425、430或三個反射部分部分425、430、435的反射區域420的量測探針415互換。圖7的部分圖像A顯示了沿z方向入射在線光柵720上的光束440以及由線光柵720反射的光束445。反射光束445由線光柵720反射但沒有繞射。
如在圖4的上下文中所解釋，入射在線光柵720上的三個光束440、450和460有利地相對彼此調整，使得它們的延伸部(由圖7中的虛線780指示)在線光柵720之外與量測尖端150的尖端155、170相交。因此，大幅地避免了阿貝誤差(Abbe errors)。
圖7的部分圖像B說明以入射角入射在光柵720上的第二光 束450及/或第三光束460的情況。線光柵720具有晶格常數730：， 其中λ表示所採用光束450、460的波長。針對的光束450、460的入射 角，晶格常數720出現以下情況：。若滿足此條件，則入射在線光柵 720上的光束450、460和第一繞射級(更精確地說為第一級繞射)的繞射光束755、765平行或反平行地傳播。未繞射的反射光束750、760並不用以決定量測尖端150的尖端155、170的位置。
圖8顯示在入射光束840及反射(未繞射)光束845相對於光柵法線具有角度δ的情況下由光柵720所反射的光束845、855和865的產生。以角度-δ入射在光柵720上的光束450、460以角度+δ繞射。如上所述，不使用反射光束850、860來決定懸臂610的量測尖端150的尖端170的位置。相反地，以角度+δ繞射的光束855、865(其以類似圖7的方式表示第-1階 繞射)由干涉儀480、485使用以決定量測尖端150的(橫向)位置或量測尖端150的尖端155、170的(橫向)位置。
圖9顯示了懸臂610，其反射區域420具有類似閃耀光柵920的反射區域的具體實施例。閃耀光柵920的繞射效率針對第-1階繞射最佳化。由於入射在閃耀光柵920上的光束450、460進入反射光束750、760或850、860的光強度較小，所以物鏡470收集較少的未使用的輻射。然而，更重要的是與圖7和圖8中所示的線光柵720相比，第-1階繞射的未使用強度增加。量測尖端150在z方向上及在xy平面中的橫向維度上的位置可藉助於線光柵720或閃耀光柵狀結構920來確定。
圖10顯示量測探針1000的懸臂610，其反射區域420具有交叉線光柵1020。在圖10所示的範例中，兩個線光柵1020的線彼此垂直。交叉線光柵1020的兩線相對懸臂的縱軸510旋轉±45°。入射的第二光束450及入射的第三光束460在垂直入射的第一光束440的焦斑442中部分地重疊於交叉線光柵1020上，為清楚起見而在圖10中省略該第一光束。此外，在圖10中省略了量測探針1000的固定區域180。
如果干涉儀475、480及(選擇性地)485具有平行或反平行的出射光束440、450及(選擇性地)460以及入射光束445、455及(選擇性地)465，則圖10中的量測探針1000的懸臂610可取代圖4的量測探針415的懸臂410，而不會造成太多的調整費用。
然而，交叉線光柵1020中的兩個線光柵不需要相對彼此旋轉90°。相反，形成交叉線光柵1020的兩個線光柵相對彼此旋轉例如45°、60°或75°的角度就足夠了。此外，入射在交叉線光柵1020上的光束440、450、460及反射光束445及繞射光束755、765相互之間不需平行或反平行。交叉線光柵1020也可用於圖8中所解釋的光束導引。較佳地，交叉光柵1020的線光柵以閃耀光柵狀結構920的形式實施。
圖11顯示了通過結構1100的示意截面圖，在該結構1100的 基礎上解釋了根據本發明的裝置400的有利使用。作為示例，結構1100可具有半導體結構或光微影光罩。結構1100包含其上施加有標記1120的基板1110。此外，結構1100具有結構元件1130，其尺寸代表臨界尺寸(critical dimension，CD)，且因此應藉助於掃描探針顯微鏡來量測。間距D1表示結構元件1130的左邊緣與標記的左邊緣之間的距離，而間距D2表示結構元件1130的右邊緣與結構1100的標記1120的右邊緣之間的距離。
圖12顯示裝置1200，其使用了裝置400的物鏡470及具有量測尖端150的懸臂1210。懸臂1210具有根據本發明的反射區域420，其形式為反射部分425、430或425、430、435、或者其形式為線光柵720、閃耀光柵920形式或交叉線光柵1020形式(未示於圖12或隨後的附圖中)的繞射結構620。在圖12的例子中，懸臂1210相對於水平面以朝向樣品表面的方向傾斜約22°的角度。範圍在5°至45°之間的傾斜角度被認為是有利的。
為了將傾斜狀態下的懸臂1210附接到掃描探針顯微鏡的量測頭，懸臂的固定區域180的上側可具有楔形形狀，使得將相應的量測探針安裝在掃描探針顯微鏡的量測頭之後，懸臂1210朝向樣品表面傾斜(未示於圖12)。在第二具體實施例中，量測頭的容器採用傾斜安裝位置，使得在安裝量測探針之後，其懸臂1210朝向樣品傾斜(未示於圖12)。此外，在另一具體實施例中，有可能在掃描探針顯微鏡的量測頭中使用楔形結構連同量測探針。最後提到的示例性具體實施例的優點在於楔形結構可供使用，該楔形結構具有不同的楔角且能夠以適用於待檢查樣品的方式連同量測探針插入到量測頭中。因此，可以簡單的方式針對懸臂1210實現不同的傾斜角度(未再現於圖12中)。
傾斜的懸臂1210可使用可再現的方式掃描結構元件1130及標記1120的基板1110的表面。傾斜的懸臂1210較佳用以掃描結構元件1130的實質垂直的右側表面並用以分析結構1100的標記1120的同樣實質垂直的右側壁。相較於懸臂未傾斜的量測探針，懸臂1210或其量測尖端150能夠以 較高的準確度來掃描結構1100的這些區域。
為了掃描結構元件1130及標記1120的左側壁，懸臂1210相對結構1100旋轉約180°。這可藉由繞z軸旋轉結構1100、藉由繞z軸旋轉懸臂1210、或藉由結合結構1100及懸臂1210的旋轉來實現。根據旋轉180°的組態，懸臂1210可用以藉由傾斜的懸臂1210以可靠的方式掃描結構元件1130及標記1120的左側壁(顯示於圖11)。圖4的資料處理裝置495可根據兩個掃描的量測資料產生結構1100的實際輪廓。
圖13的裝置1300顯示了具有第二懸臂410、610的圖12的裝置1200，其中第二懸臂410、610同樣具有根據本發明的反射區域420。第二懸臂410、610沒有朝向樣品表面傾斜。在圖13所示的示例中，懸臂1210和懸臂410、610具有反平行配置。然而，這對裝置1300的功能性並不是必要的。而是，兩個懸臂1210及410或610可包含相對彼此的任何角度。較佳的角度為0°、60°、90°和180°。
圖13顯示入射在反射區域420上的光束440、450和460。第二懸臂410、610實現三個目標。首先，它有助於對未知樣品進行快速概覽掃描。其次，當掃描基板1110、標記1120和結構元件1130的表面時，這有助於更高的精確度，因為在這些區域中，樣品法線及用於圖11中所示的示例性結構1100的懸臂410、610的量測尖端150基本上是平行的。第三，懸臂410、610的量測尖端150有助於掃描傾斜懸臂1210的量測尖端150由於傾斜而無法到達的狹窄深溝槽的基部。
在圖13中未指明的第二具體實施例中，第二量測探針1315可由傳統量測探針100替代。
圖14的裝置1400顯示包含圖12的裝置1200的組態以及相對懸臂1210呈反平行組態的第二傾斜懸臂1410。傾斜懸臂1210和1410均具有根據本發明的反射區域420。光束1240、1250及選擇性的1260入射在懸臂1210的反射區域420上，且光束1440、1450及選擇性的1460入射在懸臂1410 的反射區域420上。裝置1400的優點在於，可避免或至少顯著地減少用以精確掃描標記1120和結構元件1130的左側壁和右側壁的旋轉、以及隨之而來的裝置1400的問題。為了清楚起見，圖14中省略了由懸臂1210和1410的反射區域420所反射的光束。
如已在圖13的討論的上下文中所作的解釋，懸臂1210及1410的一反平行配置對裝置1400的功能性來說並非強制的。舉例來說，在另一示例性具體實施例中，兩懸臂1210及1410具有相對彼此為90°的角度。
圖15再現了在圖11的結構1100的基板1110、標記1120及結構元件1130上的兩個傾斜懸臂1210和1410、或具有晶鬚160的量測尖端150的掃描1510及1520。藉由朝向樣品表面或朝向待分析結構1100傾斜懸臂1210和1410，當掃描具有陡峭側壁的結構時，局部樣品法線與量測尖端150、或量測尖端150上的晶鬚160之間的角度減小，且準確度因此增加。具有量測尖端150和晶鬚160的懸臂1210的掃描1510可精確地且可重複地掃描標記1120及結構元件1130的右側壁，但標記1120及結構元件1130的左側壁的掃描幾乎不可能且不利於關於結構1100的這些部分的可靠陳述。關於標記1120和結構元件1130的左側壁和右側壁的陳述互換用於懸臂1410的晶鬚160的掃描1520。將懸臂1210或1410傾斜改善了量測尖端150或晶鬚160朝向表面傾斜的結構1100的部件的掃描，但降低了待檢查的結構1100的部件的解析度，其相對於樣品法線的角度由於懸臂1210、1410的傾斜而增加。
資料處理裝置495可根據由懸臂1210所進行的標記1120及結構元件1130的右側壁的掃描1510以及由懸臂1410所進行的標記1120及結構元件1130的左側壁的掃描1520的量測資料來產生結構1100的真實影像。特別地，結構元件1130的寬度、厚度或CD以及其高度(圖11中未示出)可從掃描探針顯微鏡在結構1100上方的掃描1510和1520的資料來確定。此外，標記1120和結構元件1130之間的間距可從所量測的間距D1和D2來計算。最後指明的應用可在沒有校準懸臂1210和1410的量測尖端150彼此之間的間 距的情況下進行。
圖16顯示了通過校準裝置1600的示意截面圖。校準裝置1600可用於決定懸臂410、610或1210、1410上的量測尖端150的配置以及晶鬚160在量測尖端150上的定位。此外，校準裝置1600可用於確定量測尖端150的尖端155、170與懸臂410、610、1210、1410的反射區域420之間的間距。
具有反平行配置的兩個傾斜懸臂1210和1410的圖14的裝置1400有助於對於圖11的二維結構1100(例如在xz平面中)避免懸臂1210和1410相對待檢查樣品的旋轉。圖17中所繪示的裝置1700允許三維結構的精確檢查，而不需在懸臂與樣品之間進行旋轉。
部分圖像A顯示了沿四個懸臂1210、1410、1710和1760的交叉形配置的俯視圖(顯示於部分圖像B)的線1705的截面圖。四個懸臂1210、1410、1710及1760的每一者具有反射區域420。部分圖像A呈現入射在兩個第一干涉儀475、480或三個第一干涉儀475、480、485的反射區域420上的光束1240、1250及選擇性的1260、以及入射在兩個或三個第二干涉儀的反射區域420上的光束。圖17中未顯示第二干涉儀。
部分圖像B顯示從第一干涉儀475入射在懸臂1210上的第一光束1240的焦點1242。焦點1442、1742和1792屬於垂直入射在反射區域420上的光束1440、1740和1790。圖17中未示出兩個最後提到的光束。圖17中所顯示的裝置1700具有多達12個干涉儀，其未在圖17中示出，但用以確定懸臂1210、1410、1710和1760的量測尖端150的尖端155、170的位置。如在圖4的上下文中所解釋的，這可例如由資料處理裝置495來實現。
圖18示意性地顯示通過懸臂1810的截面圖，其中懸臂1810由致動器1800暫時地傾斜或彎曲。懸臂1810具有含不同材料成分的兩層(圖18中未示出)。特別地，這兩層具有不同的(非常不同的)熱膨脹係數。此外，懸臂1810具有形式為反射部分425、430及選擇性的435的根據本發明的反射 區域420、或形式為線光柵720、920或兩個交叉線光柵1020的繞射結構620。反射區域420由第一光束440、第二光束450和選擇性的第三光束460通過物鏡470照射。為了清楚起見，省略了反射光束445、455及選擇性的465。
在圖18所示的例子中，致動器1800或傾斜裝置1800包含光源1850。舉例來說，其可實施為雷射系統或LED(發光二極體)。光源1850的光束1860通過物鏡470導向到固定區域180附近的懸臂1810上。所吸收的光子局部地加熱懸臂1810，並以定義的方式將懸臂1810的自由端140彎曲朝向樣品表面或遠離樣品表面，這是由於懸臂1810的兩個或更多層的不同熱膨脹係數。懸臂1810的彎曲可透過光束1860的強度來調整。在通過光源1850切斷懸臂1810的照射後，懸臂1810的彎曲被反轉，且自由端140以及因此量測尖端150回到它們的初始狀態。這表示懸臂1810可用以在樣品或在圖11的結構1100上以傾斜狀態及非傾斜狀態進行掃描。
代替光源1850，可啟動的傾斜裝置1800可包含施加到懸臂或整合在懸臂中的電阻元件(圖18中未示出)。藉由流經電阻元件的可調電流，電阻元件有助於以可再現的方式暫時地彎曲懸臂，並因此有助於懸臂的量測尖端150相對懸臂的縱軸(x方向)的傾斜或彎曲。代替傾斜懸臂1210、1410、1710及1760、或附加地或替代地，可將傾斜裝置1800整合至圖12至圖14及圖17的懸臂410、610、1210、1410、1710、1760中。
圖18中所顯示的組態可包含另一非傾斜懸臂(未示於圖18中)。舉例來說，可藉由光指示器系統220及/或藉由一個、兩個或三個干涉儀來量測另一懸臂的量測尖端150的位置。舉例來說，此另一懸臂可處理一或多個上述問題(快速概覽掃描、深溝槽的掃描及/或平面區域或樣品的僅略微傾斜的區域的精確量測)。
在圖13至圖15的背景下討論當掃描具有大的外觀比或陡峭、垂直或甚至垂懸側壁的樣品時發生的一些困難。量測探針的懸臂1210、1410、1710、1760朝向樣品表面的傾斜係解釋為用以克服或大幅地減少這 些困難的方法。圖19顯示有助於對陡壁進行可靠掃描的另一態樣。
圖19顯示具有由溝槽1930分開的兩個階梯狀突起1920及1940的樣品1900的一部分的示意截面圖。這兩個突起具有實質平坦的表面1915和1945，且兩個溝槽1930和1955同樣具有實質平坦的表面1932和1957。突起1920具有陡峭的光滑右側壁1925。第二突起1940具有陡峭的粗糙左側壁1935及陡峭、部分垂懸的右側壁1950。總體上，輪廓1910以及因此樣品1900的樣品表面1905具有大的外觀比(aspect ratio)。
使用量測尖端150垂直於表面1915、1932、1945和1957定向的掃描探針顯微鏡的量測探針來掃描樣品1900的輪廓1910並沒有提供在側面1925、1935及1950的區域中的可靠量測資料。如在圖15的上下文中所解釋的，在執行掃描1510和1520之前，將懸臂1210和1410的量測尖端150或晶鬚160傾斜將顯著提高資料記錄的準確度。
一般來說，藉由用以與樣品表面相互作用的量測探針的量測尖端150以等距的間隔來掃描樣品的輪廓1910。掃描探針顯微鏡的資料記錄的準確度可藉由設置量測點的間距與待檢查樣品1900的輪廓1910相適應而顯著增加。此方法可獨立地應用，不論懸臂410、610、1210、1410、1710、1760、1810相對表面1915和1945為傾斜或不傾斜。
圖19說明了用於兩傾斜懸臂(例如圖14的懸臂1210和1410)的此程序。虛線箭頭1960指明了懸臂1410的量測尖端150接近樣品1900的方向。虛線箭頭1970以符號表示懸臂1210的量測尖端150接近樣品1900的表面1905的路徑。實質平坦的表面1915、1932、1945和1957由懸臂1410的量測尖端150在相鄰的量測點之間以大間距1965進行掃描，且由懸臂1210的量測尖端150在相鄰的量測點之以大間距1975進行掃描。懸臂1210和1410的相鄰量測點之間的間距1965和1975可選擇為具有相同或不同的大小。此外，用於所有實質平坦面1915、1932、1945和1957的間距可選擇為相同或不同。此外，懸臂1210或1410(其量測尖端150指向遠離待檢查的樣品表面1905)的 量測點的間距同樣可選擇為較大，例如像用以掃描平面1915、1932、1945和1957的間距1965、1975。
掃描期間的一維量測資料密度在陡峭側壁1925、1935、1950的區域中顯著增加，其中懸臂1210或1410的量測尖端150指向樣品表面1905。在圖19中，這是當懸臂1210以一維量測點密度1985掃描第一突起1920的右側壁1925時的情況。第二突起1940的右側壁1950可以由懸臂1210以相鄰量測點之間的間距1895或以相鄰量測點之間的相似間距進行掃描。第二突起1940的左側壁1935由懸臂1410的量測尖端150以一維量測點密度1995進行掃描。懸臂1210及1410的相鄰量測點之間的間距1985和1995可能為相同的或不同。此外，側壁1925、1935和1955內的相鄰量測點之間的間距可改變或可選擇為恆定。
舉例來說，可從樣品1900的設計資料中確定相鄰量測點之間的間距。然後，可從設計資料中計算側壁1925、1935和1950的陡度及其高度。可從這些資料藉由例如在裝置400的資料處理裝置495中執行的演算法來計算沿掃描1510、1520的相鄰量測點之間的間距。舉例來說，可從設計資料中確定輪廓1910的局部梯度。沿掃描1510、1520的量測資料點的一維密度可從局部梯度或從在區域上取平均的局部梯度來計算。
在替代的具體實施例中，從樣品1900的表面1905的近似概覽掃描或調查掃描來記錄用以決定位置相依間距1965、1975、1985和1995所需的資料。如果可能的話，則使用非傾斜懸臂410、610、810來執行掃描。然而，也可使用來自上述示例性具體實施例的一或多個傾斜懸臂來執行概覽掃描。
此外，用於掃描陡峭側壁1925、1935、1950的最佳可能傾斜角度可由局部梯度來決定。此外，所決定的局部梯度可用以確定懸臂相對待檢查輪廓1910的理想旋轉角度。
如上所述，可在裝置400的資料處理裝置495中、或外部地由資料處理裝置495來決定一維量測點密度。
圖20再現了可用以檢查樣品表面1905、特別是用以檢查具有高外觀比及/或陡峭側壁1925、1935和1950的表面的方法的流程圖2000。方法開始於步驟2010。在第一步驟2020中，將至少一第一光束440從至少一第一干涉儀470導引至配置在具有第一量測尖端150的至少一第一懸臂410、610、1210、1410、1710、1760、1810的自由端140區域中的至少一第一反射區域420上。同時，在步驟2030中，將至少一第二光束450、460從至少一第二干涉儀480、485導引至配置在第一懸臂410、610、1210、1410、1710、1760、1810的自由端140區域中的至少一第一反射區域420上，其中至少一第一反射區域420以不同的方向反射至少一第一光束440及至少一第二光束450、460。在步驟2040中，使用由至少一第一反射區域420所反射的至少一第一光束440以及由至少一第一反射區域420所反射的至少一第二光束450、460用於檢查樣品表面1905。方法結束於步驟2050。
最後，圖21顯示了用以調整掃描探針顯微鏡的至少一量測探針的掃描參數以適用於待檢查樣品1900的方法的流程圖2100。方法開始於步驟2110。在步驟2120中，獲得待檢查樣品1900的第一資料。資料可從資料庫中獲得，其中儲存了待檢查樣品1900的設計資料。替代地或補充地，可從待檢查樣品1900的部分的概覽掃描獲得第一資料。在步驟2130中，從第一資料決定用以描述待檢查樣品1900的樣品表面1905的至少一部分的表面輪廓1910的變數。在步驟2140中，從所決定的變數決定掃描探針顯微鏡的至少一量測探針的相鄰量測點之間的間距。方法結束於步驟2150。

Claims (22)

  1. 一種用於一掃描探針顯微鏡的裝置，包含：a.至少一第一量測探針，其具有至少一第一懸臂，該第一懸臂的自由端具有一第一量測尖端；b.至少一第一反射區域，其配置在該至少一第一懸臂的該自由端的區域中且實施以在不同方向上反射至少兩光束，其中該至少一第一反射區域包含至少一第一反射部分及至少一第二反射部分，且其中該第一反射部分及該第二反射部分沒有配置在一平面上；以及c.至少兩個第一干涉儀，其實施以使用由該至少一第一反射區域所反射的該至少兩光束，以決定該第一量測尖端的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該至少一第一反射區域配置在該至少一第一懸臂的相對該第一量測尖端的一側上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，其中該至少一第二反射部分相對該至少一第一反射部分傾斜一角度β，及/或其中該至少一第二反射部分相對該懸臂的一縱軸旋轉一角度α。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，更具有：一物鏡，其中入射在該至少一反射區域上的該至少兩光束通過該物鏡，且該至少兩反射的光束較佳也通過該物鏡。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，其中該至少一第一反射區域具有一繞射結構。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中該繞射結構包含至少一線光柵及/或其中該至少一線光柵包含一閃耀光柵。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中該繞射結構包含配置為相對彼此旋轉的至少兩個線光柵。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，更具有：一多段光電二極體，其實施以從該至少兩反射的光束的其中之一來偵測該至少一第一懸臂的該第一量測尖端相對該懸臂的該縱軸的一傾斜及/或該至少一第一懸臂的該自由端的一扭轉。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，更具有：至少一掃描裝置，其實施以在一樣品表面上掃描該至少一第一量測探針。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該掃描裝置更實施以調整鄰近量測點之間的一橫向間距，以適應該樣品表面的一輪廓。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，其中該至少一第一量測探針實施以幫助在該掃描探針顯微鏡的一量測頭中的該至少一第一量測探針朝該樣品表面傾斜的一安裝。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，更具有：。a.至少一第二量測探針，其具有至少一第二懸臂，該第二懸臂的自由端具有一第二量測尖端；以及b.其中該至少一第一量測探針及該至少一第二量測探針沒有配置為彼此平行。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的裝置，其中該至少一第一量測探針及該至少一第二量測探針實質上以反平行的方式配置或實質上相對彼此旋轉90°配置。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的裝置，更具有：a.至少一另外的量測探針，其具有至少一另外的懸臂，該另外的懸臂的自由端具有一另外的量測尖端；b.至少一另外的反射區域，其配置在該至少一另外的懸臂的該自由端的區域中且實施以在不同方向上反射至少兩個光束；以及c.至少兩個另外的干涉儀，其實施以使用由該至少一另外的反射區域所反射的該至少兩個光束，以決定該另外的量測尖端的位置。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，更具有：一物鏡，其中入射在該至少一第一反射區域上的該至少兩光束、由該第一反射區域所反射的該至少兩光束、入射在該至少一第二反射區域上的該至少兩光束、由該第二反射區域所反射的該至少兩光束、入射在該至少一另外的反射區域上的該至少兩光束、以及由該另外的反射區域所反射的該至少兩光束通過該物鏡。
  16. 一種用以使用一掃描探針顯微鏡檢查一樣品表面的方法，該方法包含以下步驟：a.將至少一第一光束從至少一第一干涉儀導向至配置在具有一第一量測尖端的至少一第一懸臂的一自由端的區域中的至少一第一反射區域；b.將至少一第二光束從至少一第二干涉儀導向至配置在該至少一第一懸臂的該自由端的區域中的該至少一第一反射區域，其中該至少一第一反射區域以不同的方向反射該至少一第一光束及該至少一第二光束，其中該至少一第一反射區域包含至少一第一反射部分及至少一第二反射部分，且其中該第一反射部分及該第二反射部分沒有配置在一平面上；以及c.使用由該至少一第一反射區域所反射的該至少一第一光束及由該至少一第一反射區域所反射的該至少一第二光束，用以檢查該樣品表面。
  17. 一種包含多個指令的電腦程式，當該等指令由申請專利範圍第1項到第15項的任一項所述的一裝置執行時，將使該裝置執行申請專利範圍第16項的方法步驟。
  18. 一種用以調整一掃描探針顯微鏡的至少一量測探針的多個掃描參數以適應一待檢查樣品的方法，其中該方法包含以下步驟：a.獲得一待檢查樣品的第一資料；b.從該第一資料決定用以描述該待檢查樣品的一樣品表面的至少一部分的一輪廓的一變數；以及c.從該決定的變數決定該掃描探針顯微鏡的該至少一量測探針的鄰近量測點之間的一間距。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中該至少一量測探針包含至少一第一量測探針及至少一第二量測探針，且更包含以下步驟：從該決定的變數決定適合用以在該待檢查的樣品表面上掃描的該量測探針。
  20. 如申請專利範圍第18項或第19項所述的方法，其中該第一資料從一資料庫獲得，其中該待檢查樣品的設計資料儲存於該資料庫中。
  21. 如申請專利範圍第18項或第19項所述的方法，其中該第一資料是從該至少一第一量測探針以鄰近量測點之間的一固定間距在該樣品表面上進行的一掃描而獲得。
  22. 一種包含多個指令的電腦程式，當該等指令由一電腦系統執行時將促使該電腦系統執行申請專利範圍第18項到第21項之其中一項所述的方法步驟。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017205528B4 (de) 2017-03-31 2021-06-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung und Verfahren für ein Rastersondenmikroskop
US11456149B2 (en) * 2020-03-30 2022-09-27 Fei Company Methods and systems for acquiring 3D diffraction data
US11460419B2 (en) 2020-03-30 2022-10-04 Fei Company Electron diffraction holography
CN112964909B (zh) * 2020-09-16 2023-12-01 中国科学院沈阳自动化研究所 一种原子力显微镜多探针同时独立运动测量方法与装置
TWI785906B (zh) 2021-11-26 2022-12-01 國立成功大學 具奈米解析度之檢定力學與磁性特徵的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06294638A (ja) * 1993-04-06 1994-10-21 Olympus Optical Co Ltd 表面形状測定装置
WO2000019166A1 (en) * 1998-09-26 2000-04-06 Xidex Corporation Multidimensional sensing system for atomic force miscroscopy
WO2001046643A1 (en) * 1999-12-22 2001-06-28 Mfi Technologies Corporation Scanning force microscope probe cantilever with reflective structure
EP2943681A1 (de) * 2014-02-03 2015-11-18 Stoba Holding GmbH & Co. KG Kraftstoffeinspritzdosiereinrichtung, kraftstoffeinspritzdüse, werkzeug zum herstellen einer kraftstoffeinspritzdosiereinrichtung und verfahren zum herstellen einer kraftstoffeinspritzdosiereinrichtung

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58100703A (ja) * 1981-12-11 1983-06-15 Yokogawa Hokushin Electric Corp 光学式スケ−ル読取装置
JPH06289036A (ja) * 1993-03-30 1994-10-18 Nikon Corp カンチレバー及び走査型フォース顕微鏡
US6520005B2 (en) * 1994-12-22 2003-02-18 Kla-Tencor Corporation System for sensing a sample
US5948972A (en) 1994-12-22 1999-09-07 Kla-Tencor Corporation Dual stage instrument for scanning a specimen
JPH09218211A (ja) * 1996-02-13 1997-08-19 Horiba Ltd カンチレバー走査プローブ顕微鏡
JPH11118858A (ja) * 1997-10-15 1999-04-30 Nikon Corp 電位計測装置および回路検査装置
JP4162292B2 (ja) 1998-07-07 2008-10-08 セイコーインスツル株式会社 情報記録媒体および情報再生装置
US20020104963A1 (en) 1998-09-26 2002-08-08 Vladimir Mancevski Multidimensional sensing system for atomic force microscopy
JP3261451B2 (ja) * 1999-03-10 2002-03-04 独立行政法人産業技術総合研究所 摩擦力検出用カンチレバー
US6642517B1 (en) 2000-01-25 2003-11-04 Veeco Instruments, Inc. Method and apparatus for atomic force microscopy
JP2002168754A (ja) 2000-11-30 2002-06-14 Japan Science & Technology Corp 走査型プローブ顕微鏡装置
JP2005308756A (ja) 2001-06-19 2005-11-04 Japan Science & Technology Agency カンチレバーの検出及び制御のための装置
US7230719B2 (en) * 2003-12-02 2007-06-12 National University Of Singapore High sensitivity scanning probe system
EP1555676A3 (en) * 2004-01-14 2006-09-13 FEI Company Method of operating a probe microscope
US7395698B2 (en) * 2005-10-25 2008-07-08 Georgia Institute Of Technology Three-dimensional nanoscale metrology using FIRAT probe
WO2007094365A1 (ja) * 2006-02-14 2007-08-23 Japan Science And Technology Agency 測定プローブ、試料表面測定装置、及び試料表面測定方法
KR20080110234A (ko) * 2007-06-15 2008-12-18 한국표준과학연구원 원자 탐침 현미경의 헤드 모듈부
JP5492383B2 (ja) * 2008-02-27 2014-05-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 走査型電子顕微鏡及びこれを用いたパターン寸法計測方法
US9557347B2 (en) 2011-01-31 2017-01-31 Infinitesima Limited Adaptive mode scanning probe microscope
GB201201640D0 (en) * 2012-01-31 2012-03-14 Infinitesima Ltd Photothermal probe actuation
GB201218350D0 (en) * 2012-10-12 2012-11-28 Infinitesima Ltd Multiple probe actuation
GB201215546D0 (en) 2012-08-31 2012-10-17 Infinitesima Ltd Multiple probe detection and actuation
US8895923B2 (en) * 2012-11-20 2014-11-25 Dcg Systems, Inc. System and method for non-contact microscopy for three-dimensional pre-characterization of a sample for fast and non-destructive on sample navigation during nanoprobing
GB201313064D0 (en) 2013-07-22 2013-09-04 Infinitesima Ltd Probe Microscope
DE102013107803A1 (de) 2013-07-22 2015-01-22 Visiotex GmbH Elastischer Schuh
EP2913681A1 (en) 2014-02-28 2015-09-02 Infinitesima Limited Probe system with multiple actuation locations
DE102017205528B4 (de) 2017-03-31 2021-06-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung und Verfahren für ein Rastersondenmikroskop

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06294638A (ja) * 1993-04-06 1994-10-21 Olympus Optical Co Ltd 表面形状測定装置
WO2000019166A1 (en) * 1998-09-26 2000-04-06 Xidex Corporation Multidimensional sensing system for atomic force miscroscopy
WO2001046643A1 (en) * 1999-12-22 2001-06-28 Mfi Technologies Corporation Scanning force microscope probe cantilever with reflective structure
EP2943681A1 (de) * 2014-02-03 2015-11-18 Stoba Holding GmbH & Co. KG Kraftstoffeinspritzdosiereinrichtung, kraftstoffeinspritzdüse, werkzeug zum herstellen einer kraftstoffeinspritzdosiereinrichtung und verfahren zum herstellen einer kraftstoffeinspritzdosiereinrichtung

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