[发明专利]以基本水平的侧视图对扫描探针显微镜的试样和探针之间的间隙成像

说明书

一种用于通过使探针(11)和试样(6)相对于彼此移动来分析试样(6)的扫描探针显微镜(1)，其中该扫描探针显微镜(1)包括检测单元(60)，该检测单元用于以基本上水平的侧视图检测试样(6)和探针(11)之间的间隙(62)的图像。

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜(SPM)，并且特别地关于一种原子力显微镜(AFM)。本发明还涉及一种监测扫描探针显微镜的探针和试样之间的间隙的方法。

背景技术

在SPM或AFM中，在扫描试样表面之前，通常进行两个接合步骤。在第一粗略接合步骤中，悬臂式探针从在试样表面上方几毫米(或甚至数厘米)处移动到在试样表面上方不到1毫米(例如几百微米)的位置。在此步骤之后，开始精密接合：悬臂以几微米的步长移动，直到该悬臂到达其最终的用于测量的起始位置。

然而，为了节省时间，期望快速完成第一粗略接合步骤，但却不使悬臂过快地移动并且不使悬臂过于靠近试样，因而不会损坏悬臂尖端和/或试样。

因而，在扫描探针显微镜系统中，期望的是在最终接合程序之前使探针和试样处于紧邻的位置。这种接合通常是一缓慢的过程，其持续时间与需要被覆盖的间隙成线性关系，因而期望使该过程的持续时间和该初始间隙的大小最小化以提高仪器的生产能力。在使悬臂朝向试样移动时或使试样朝向悬臂移动时，应小心谨慎，这是因为悬臂与试样的偶然接触可能会损坏尖端和/或试样和/或仪器。特别是在试样非常光滑或透明的情况下，可能难以判断试样的高度。此外，如果仪器可以测量的试样的竖向尺寸较大，则由控制悬臂-试样分离的镜台(stage)所覆盖的距离也需要较大。在这种情况下，对于低高度的试样，如果位置的反馈不可靠并且操作者可能会出于谨慎的考虑，则粗略接近时间可能会很长。

如果仪器允许的试样的水平尺寸也较大，并且在高度上具有显著的变化，则操作者还应该注意不要在横向平移时撞碎高特征部件(feature)。

在此背景下，操作者必须采取下述中的任一者：

-通过眼睛现场监测粗略接近。这需要良好地观测试样/测量头，而这通常涉及到使系统周围的任何外壳敞开。这种操作可能会使该系统不稳定(温度、大气压、压力、污染)。

-通过比较试样和探针的自上而下的视觉焦点来监测接近(通常使用显微镜光学器件)。这可能在顶面不容易聚焦时导致碰撞(crash)，例如在材料是透明的或非常光滑并且表面干净无污染的情况下。这些类型的表面(非常干净，光学平坦)在SPM中是常见的。当试样具有的倾斜度使得试样的一些区域超过显微镜光学器件的景深，因此并不是所有的视野都可以一次性聚焦时，这也是有问题的。

-从在试样和探针的旁边和上方的位置监测接近，因而提供感兴趣区域的陡的斜视图。

发明内容

本发明的目的在于，使得扫描探针显微镜的探针与试样能够以快速的方式相对接近，而没有损坏的危险。

为了实现上文中限定的目的，提供了根据本发明的扫描探针显微镜以及监测扫描探针显微镜的探针和试样之间的间隙的方法。

根据本发明的一种示例性实施方案，提供了一种用于通过使探针和试样相对于彼此移动来分析试样的扫描探针显微镜，其中扫描探针显微镜包括检测单元，该检测单元用于或者被配置用于以基本上水平的侧视图检测试样和探针之间的间隙的图像(这可以涉及或者可以不会涉及检测单元的水平对准，只要检测单元捕获到的间隙的图像对应于间隙的基本上水平的侧视图即可)。

根据本发明的另一示例性实施方案，提供了一种监测扫描探针显微镜的探针和试样之间的间隙的方法，其中该方法包括以基本上水平的侧视图检测间隙的图像。