[发明专利]用于快速扫描探针显微术的闭环控制器和方法

权利要求书

1.一种操作度量器件的方法，包括：

使用执行器以扫描频率产生探针与样本之间的相对运动；

使用位置传感器检测执行器的运动，其中所述位置传感器在检测到的 运动中表现噪声；

使用反馈回路和前馈算法控制所述执行器的位置，以重复地更新与所 述执行器相关联的扫描表；以及

其中所述控制步骤包括：a)使所述反馈回路操作在小于与所述产生步 骤相关联的所述扫描频率、但高于与漂移和蠕变关联的频率的带宽处，以 及b)操作所述前馈算法以降低与所述检测步骤相对应的阈值误差，从而 使得执行器位置中的噪声与在为扫描频率的七倍的噪声带宽中的检测到 的运动中的噪声相比而被衰减，

其中所述前馈算法包括使用基于反转的控制算法，所述基于反转的控 制算法使用与所述执行器相关联的至少一个传递函数，并自适应地产生对 于补偿所述执行器的非线性和动态中的至少一个的控制信号有贡献的校 正，所述控制信号在不大于10次的每次迭代10个扫描行的迭代之后产生 小于总扫描范围的1％的峰值位置误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制信号在不大于5秒之 后产生小于总扫描范围的1％的峰值位置误差。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描频率至少是执行器的 基本谐振频率的1/100。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述扫描频率至少是执行器的 基本谐振频率的1/10。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述扫描频率至少是执行器的 基本谐振频率的1/3。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述执行器的谐振频率大于 100Hz，所述扫描频率至少是10Hz。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述扫描频率至少是100Hz。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述扫描频率至少是300Hz。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述反馈回路的带宽小于所述 扫描频率。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述反馈回路的带宽小于 10Hz。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制步骤使得所述执行 器位置中的噪声在等于所述扫描频率的七倍的噪声带宽内衰减为小于1 埃RMS。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述步骤包括使用PI控制 器。

13.一种操作度量器件的方法，包括：

利用执行器在扫描尺寸上以扫描频率产生探针与样本之间的相对运 动；

使用位置传感器检测所述执行器的运动；以及

利用可操作在小于所述扫描频率、但高于与漂移和蠕变关联的频率的 带宽处的反馈回路和自适应前馈算法控制所述产生步骤，以基本上遵循基 准信号来实现与基准信号相比的相对运动的小于所述扫描尺寸的1％的 位置误差、以及等于至少所述扫描频率的七倍的噪声带宽内的小于1埃 RMS的定位噪声。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述自适应前馈算法响应于 位置误差来估计所述执行器的传递函数，并至少部分地基于所述传递函数 调整所述产生步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述执行器的响应取决于操 作条件。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述操作条件是扫描频率、 大小、角度和偏移中的至少一个。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述扫描频率大于10Hz。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述扫描频率大于30Hz。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述扫描频率大于100Hz。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述扫描频率大于300Hz。