Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа



Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа

 


Владельцы патента RU 2428655:

Закрытое акционерное общество "Нанотехнология МДТ" (RU)

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, преимущественно атомно-силовой микроскопии, и может быть использовано для измерений размеров нанообъектов и рельефа поверхностей, имеющих перепад высот наноразмера. Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения рельефа и свойств поверхности для сканирующего зондового микроскопа сканирование осуществляют в направлении, параллельном поверхности образца по заданной траектории, данные регистрируют при прямом или обратном проходе, а для формирования сигнала, управляющего перпендикулярными поверхности образца перемещениями, используют массив значений управляющего сигнала, снятый на предыдущей строке сканирования, совместно с массивом значений сигнала ошибки рассогласования, умноженным на калибровочный коэффициент. Технический результат - повышение скорости сканирования и уменьшение погрешности измерения. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, преимущественно к атомно-силовой микроскопии.

Оно может быть использовано, например, для измерений размеров нанообъектов и рельефа поверхностей, имеющих перепад высот нанометрового диапазона.

Известен способ измерения, включающий использование сигнала рассогласования для восстановления резких фронтов рельефа поверхности [1]. При прямом и обратном проходе строки снимают сигналы высоты и ошибки рассогласования. Полученные четыре массива значений используют для вычисления истинного рельефа изображения.

Недостаток этого способа заключается в том, что учет сигнала рассогласования происходит после процесса сканирования и его корректирующее воздействие не влияет на силу воздействия на образец в процессе измерения. Это может приводить к повышению времени измерений.

Известен также способ измерения рельефа и свойств поверхности для сканирующего зондового микроскопа (СЗМ), в котором сканирование осуществляют в направлении параллельном поверхности образца по заданной траектории, данные регистрируют при прямом или обратном проходе, а для формирования сигнала, управляющего перпендикулярными поверхности образца перемещениями, используют массив значений управляющего сигнала, снятый на предыдущей строке сканирования [2]. Под управляющим сигналом понимают напряжение, подаваемое на сканер и приводящее к его деформации в перпендикулярном поверхности образца направлении Z. Управляющий сигнал при проходе следующей строки развертки формируется как сумма сигнала, снятого при данном проходе строки развертки и сигнала цепи обратной связи СЗМ. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Первый недостаток этого способа заключается в том, что при повышенных скоростях сканирования происходит сглаживание резких фронтов рельефа поверхности, что для адекватного отображения рельефа поверхности приводит к снижению скорости сканирования.

Второй недостаток связан с отсутствием средств, позволяющих бороться с генерациями, возбуждаемыми на резонансных частотах сканера. Это повышает погрешность измерений.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении погрешности измерений, а также в повышении скорости сканирования рельефа поверхности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения рельефа и свойств поверхности методами сканирующей зондовой микроскопии, где данные регистрируют при прямом или обратном проходе, сканирование осуществляют в направлении параллельном поверхности образца по заданной траектории, для формирования управляющего перпендикулярными поверхности образца перемещениями сигнала используют массив значений управляющего сигнала, снятый на предыдущей строке, совместно с массивом значений сигнала ошибки рассогласования, умноженным на калибровочный коэффициент.

Существует также вариант, в котором значение калибровочного коэффициента определяют до начала сканирования по углу наклона кривой зависимости сигнал ошибки рассогласования от управляющего сигнала.

Существует также вариант, в котором значение калибровочного коэффициента определяют по прямому и обратному проходам в каждой строке.

Существует вариант, в котором используют массивы значений управляющего сигнала и массивы значений сигнала ошибки рассогласования, снятые более чем на одной предыдущей строке.

Существует вариант, в котором используют Фурье-фильтр, обеспечивающий фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования.

Существует вариант, в котором используют Фурье-фильтр, обеспечивающий фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования, где параметры Фурье-фильтра определяют по отклику сигнала с датчика вертикальных перемещений на короткий импульс управляющего сигнала.

Существует вариант, в котором используют Фурье-фильтр, обеспечивающий фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования, где параметры Фурье-фильтра определяют по отклику сигнала ошибки рассогласования на короткий импульс управляющего сигнала.

Существует также вариант, в котором используют Фурье-фильтр, обеспечивающий фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования, где пересчет параметров Фурье-фильтра осуществляют на каждой строке по форме сигнала с датчика вертикальных перемещений и форме управляющего сигнала.

Существует также вариант, в котором используют Фурье-фильтр, обеспечивающий фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования, где пересчет параметров Фурье-фильтра осуществляют на каждой строке сканирования по форме управляющего сигнала и по форме сигнала ошибки рассогласования, снятых при прямом и обратном проходах.

Возможен вариант, где скорость сканирования в направлении, параллельном поверхности образца по заданной траектории, изменяется динамически в зависимости от величины сигнала ошибки рассогласования, заданного массивом значений.

Существует вариант, в котором сканирование в направлении, параллельном поверхности образца, осуществляют по спиральной траектории.

Существует также вариант, где используют массив значений управляющего сигнала, снятый на предыдущей строке, и массив значений сигнала ошибки рассогласования, умноженный на калибровочный коэффициент для формирования управляющего сигнала в многопроходных методиках.

На фиг.1 изображено в общем виде устройство для реализации способа ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа.

На фиг.2 показана схема реализации способа, в котором для упреждающего управления используют массивы значений управляющего сигнала и массивы значений сигнала ошибки рассогласования, снятые более чем на одной предыдущей строке сканирования.

На фиг.3 показана схема реализации способа, в котором используют Фурье-фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования.

На фиг.4 представлена схема реализации способа, в котором скорость сканирования изменяется динамически в зависимости от величины сигнала ошибки рассогласования.

На фиг.5 изображено определение значения калибровочного коэффициента до начала сканирования по углу наклона кривой зависимости сигнал ошибки рассогласования от управляющего сигнала.

На фиг.6 показана схема для определения калибровочного коэффициента по прямому и обратному проходам в каждой строке.

На фиг.7 показаны формы сигналов, необходимые для иллюстрации способа определения калибровочного коэффициента по прямому и обратному проходам в каждой строке сканирования.

На фиг.8 показан подробно блок экстраполяции схемы, в которой используют массивы значений управляющего сигнала и массивы значений сигнала ошибки рассогласования, снятые более чем на одной предыдущей строке сканирования.

Устройство для реализации способа ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа включает в себя держатель образца с находящимся на нем образцом 1 (см. Фиг.1), силовой зондовый датчик с измерительным устройством 2, Х,Y-сканеры 3, Z-сканер 4, цепь обратной связи 5, формирователь управляющего Х,Y сканерами сигнала 6, датчик вертикальных перемещений сканера 7. Подробнее устройство СЗМ и его узлов можно узнать в [3, 4]. Под вертикальными перемещениями здесь и далее будем называть перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности образца 1. Цепь обратной связи 5 состоит из умножителя на коэффициент обратной связи 8 и интегратора 9. Силовой зондовый датчик с измерительным устройством 2 представляет собой чип и гибкую консоль, с закрепленным на конце острийным зондом, находящимся в непосредственном контакте с образцом 1 во время сканирования, и систему оптической регистрации изгибов гибкой консоли (на схеме устройство силового зондового датчика с измерительным устройством 2 не показано. Подробнее их выполнение см. [5, 6]). В схеме для реализации способа ускорения измерения рельефа поверхности присутствует блок формирования сигнала упреждающего управления 10.

Блок формирования сигнала упреждающего управления 10 состоит из блока памяти для хранения массива значений управляющего сигнала 11, выдающего на выход управляющий сигнал, измеренный на предыдущей строке 12, и блока памяти для хранения массива значений сигнала ошибки рассогласования 13, выдающего на выход сигнал ошибки рассогласования, измеренный на предыдущей строке 14, умножителя на калибровочный коэффициент 15, блока расчета калибровочного коэффициента 16 и сумматора массивов 17. В схеме присутствует также сумматор 18, на входы которого поступают сигнал упреждающего управления 19 и сигнал обратной связи 20, выдающий на Z сканер 4 управляющий сигнал 21.

Схема, в которой используют массивы значений управляющего сигнала и массивы значений сигнала ошибки рассогласования, снятые более чем на одной предыдущей строке сканирования, отличается наличием блока экстраполяции 22 (см. Фиг.2) в формирователе сигнала упреждающего управления 10. В связи с общим наименованием данного блока для Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 и Фиг.4 и одинаковой его функциональной нагрузке, при различной схемной реализации, сохранена преемственность в его нумерации на всех вышеуказанных рисунках. А именно, везде он обозначен как блок 10.

Схема реализации способа, где используют Фурье-фильтрацию массива значений управляющего сигнала, включает в себя дополнительно Фурье-фильтр 23 (см. Фиг.3) и блок расчета параметров Фурье-фильтра 24.

В схеме реализации способа, в котором скорость сканирования изменяется динамически в зависимости от величины сигнала ошибки рассогласования, формирователь управляющего Х,Y-сканерами сигнала 6 состоит из блока памяти 25 (Фиг.4), блока поэлементного деления -1/Х2 26, сумматора массивов 27, интегратора 28 и фильтра 29.

Угол α наклона кривой зависимости сигнал ошибки рассогласования от управляющего сигнала (см. Фиг.5), использующийся для определения калибровочного коэффициента, равен углу между касательной и осью абсцисс.

В схеме для определения калибровочного коэффициента по прямому и обратному проходам в каждой строке блок расчета калибровочного коэффициента 16 состоит из четырех блоков памяти 30, 31, 32, 33 (Фиг.6). Блоки памяти 30 и 31 используются для хранения массива значений управляющего сигнала А, снятого при проходе последней строки слева, и массива значений управляющего сигнала В, снятого при проходе последней строки справа, соответственно. Блоки памяти 32 и 33 используется для хранения массива значений сигнала ошибки рассогласования С, снятого при проходе последней строки слева, и массива значений сигнала ошибки рассогласования D, снятого при проходе последней строки справа, соответственно. В схеме также присутствует вычислительный блок 34.

Определения калибровочного коэффициента по прямому и обратному проходам в каждой строке сканирования иллюстрируется на образце с рельефом прямоугольной формы Е (Фиг.7). Вспомогательный сигнал F равен разнице сигналов А и В.

Блок экстраполяции 22 (Фиг.2), присутствующий в схеме, где используют массивы значений управляющего сигнала и массивы значений сигнала ошибки рассогласования, снятые более чем на одной предыдущей строке сканирования, состоит из блока памяти 35 (см. Фиг.8) и вычислительного блока 36.

Способ измерения рельефа поверхности реализуют следующим образом. Образец устанавливают в держатель образца 1 (Фиг.1). При помощи формирователя управляющего X,Y сканерами сигнала 6 на X,Y сканеры 3 подается развертка, обеспечивающая построчное сканирование силовым зондовым датчиком с измерительным устройством 2 в направлении параллельном поверхности образца. Управляющий перпендикулярными поверхности образца перемещениями сигнал 21 подается на Z-сканер 4, a Z-сканер 4 осуществляет перемещения зондового датчика с измерительным устройством 2 в вертикальном направлении, отслеживая неровности поверхности образца (Подробнее см. [5]). Сигнал ошибки рассогласования, измеряемый зондовым датчиком с измерительным устройством 2, поступает на вход обратной связи 5, где умножается на коэффициент обратной связи умножителем 8 и далее интегрируется в блоке 9, в результате чего формируется сигнал обратной связи 20. В способах, использующих упреждающее управление, сигнал обратной связи 20 перед подачей на Z-сканер 4 складывается сумматором 18 с сигналом упреждающего управления 19, формируемым блоком 10. Сигнал упреждающего управления формируется в блоке 10 из управляющего сигнала, снятого на последней завершенной строке, 12, хранящегося в блоке памяти 11. Принципы и подробную схему реализации можно узнать в [2]. В способе ускорения измерения рельефа поверхности для формирования упреждающего управления блоком 10 используется также сигнал ошибки рассогласования 14, снятый на последней завершенной строке, хранящийся в блоке памяти 13. Сигнал упреждающего управления формируется как управляющий сигнал, использовавшийся на последней завершенной строке, к которому добавляется поправка, обусловленная сигналом ошибки рассогласования, снятым на той же последней завершенной строке.

Для повышения эффективности работы предлагаемой схемы значение калибровочного коэффициента определяют либо до начала сканирования по кривой сигнал ошибки рассогласования от управляющего сигнала (Фиг.5), либо в каждой строке по прямому и обратному проходам (Фиг.6).

В варианте, где значение калибровочного коэффициента определяют по кривой сигнал ошибки рассогласования от управляющего сигнала, до начала сканирования цепь обратной связи размыкается, перебираются значения управляющего сигнала в некотором диапазоне, зависящем от типа сканера и кантилевера, и регистрируются значения сигнала ошибки рассогласования. Получается кривая с формой, близкой линейной (Фиг.5). Значение калибровочного коэффициента полагают равным тангенсу угла α между касательной к кривой и осью абсцисс.

Опишем работу блока расчета калибровочного коэффициента 16 (Фиг.1) для варианта, где значения калибровочного коэффициента определяют по прямому и обратному проходам. После завершения каждой строки сканирования на входы вычислительного блока 34 (Фиг.5), из блоков памяти 30, 31, 32, 33 поступают массивы сигналов управляющего сигнала А и В и массивы сигналов ошибки рассогласования С и D, снятые при прохождении строки сканирования в разных направлениях. Изображенные на Фиг.5 формы сигналов А, В, С, D соответствуют прохождению сканированию решетки с прямоугольным профилем Е (фиг.6). В модели линейной зависимости ошибки рассогласования от управляющего сигнала существует некоторый коэффициент K, такой, что А+K×С=Е и B+K×D=E. Из этого следует, что K×(С-D)=B-A.

Сигнал F равен алгебраической разнице управляющих сигналов В и А, и его форма похожа на форму сигнала, получаемого вычитанием из сигнала ошибки С сигнала ошибки D. Алгебраическая разница сигналов ошибки С и D пропорциональна разнице F управляющих сигналов В и А. Калибровочный коэффициент K определяется в вычислительном блоке 34 после завершения каждой строки сканирования как отношение сигнала F к разнице сигналов С и D. Подобный способ определения калибровочного коэффициента ранее применялся отдельно от метода упреждающего управления [3]. Вычисление калибровочного коэффициента по формуле K=Σi=1,n((Bi-Ai)×(Ci-Di))/Σi=1,n(Ci-Di)2 (где n - длина массивов A, B, C, D, a Σi=1,n - сумма по всем элементам) в вычислительном блоке 34 обеспечивает минимальное квадратичное отклонение сигнала K×(C-D) от сигнала F.

В способе, где используют массивы значений управляющего сигнала и массивы значений сигнала ошибки рассогласования, снятые более чем на одной предыдущей строке сканирования, блок экстраполяции 22 (фиг.2) вычисляет сигнал упреждающего управления 19 в вычислительном блоке 36, используя сигнал, сохраняемый в блоке памяти 35. Блок памяти 35 хранит сигнал, вычисленный из массивов значений управляющего сигнала и сигнала ошибки рассогласования, снятых на предпоследней завершенной строке сканирования. Таким образом, для формирования сигнала упреждающего управления 19 используются массивы значений управляющего сигнала и сигнала ошибки рассогласования, снятые на двух последних завершенных строках сканирования. В простейшем случае линейной экстраполяции вычислительный блок 36 формирует выходной сигнал OUT из входных сигналов IN1 и IN2 согласно формуле OUT=2×IN2-IN1.

В схеме, в которой используют Фурье-фильтр, обеспечивающий фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования, в блоке формирования сигнала упреждающего управления 10 осуществляется дополнительно фильтрация сигнала ошибки рассогласования Фурье-Фильтром 23. Метод, в котором используется Фурье-фильтрация, учитывает частотную зависимость отклика сканера на управляющий сигнал. При помощи Фурье-фильтра можно менять результирующую частотную зависимость отклика системы сканер с Фурье-фильтром.

Фурье-фильтр 23 делает быстрое преобразование Фурье входного массива 14, поэлементно делит получившийся комлекснозначный массив на комплекснозначный массив частотных характеристик сканера, и после этого делает обратное быстрое преобразование Фурье. Параметры Фурье-фильтра 23 задаются массивом частотных характеристик сканера. Массив частотных характеристик сканера определяется блоком расчета параметров Фурье-фильтра 24. Существует несколько вариантов работы блока 24.

В варианте, где параметры Фурье-фильтра определяют по отклику сигнала с датчика вертикальных перемещений 7 на короткий импульс управляющего сигнала, массив частотных характеристик сканера определяют однажды перед началом сканирования. Цепь обратной связи размыкают, на Z-сканер подают управляющий сигнал в виде короткого импульса. Далее запоминают форму управляющего сигнала и сигнала с датчика вертикальных перемещений 7. Блок расчета параметров Фурье-фильтра 24 делает быстрое преобразование Фурье массивов управляющего сигнала и сигнала с датчика вертикальных перемещений 7. В результате деления второго массива на первый получается массив частотных характеристик сканера.

В варианте, где параметры Фурье-фильтра определяют по отклику сигнала ошибки рассогласования на короткий импульс управляющего сигнала, массив частотных характеристик сканера также определяют однажды перед началом сканирования. Цепь обратной связи размыкают и подачей на Z-сканер некоторого постоянного управляющего сигнала добиваются того, чтобы зондовый датчик был в контакте с поверхностью. После этого производят действия аналогичные действиям при работе по предыдущему варианту. На Z-сканер подают управляющий сигнал в виде короткого импульса. Запоминают форму управляющего сигнала и сигнала ошибки рассогласования. Блок расчета параметров Фурье-фильтра 24 делает быстрое преобразование Фурье массивов управляющего сигнала и сигнала ошибки рассогласования. В результате поэлементного деления второго массива на первый получается массив частотных характеристик сканера.

В способе, где пересчет параметров Фурье-фильтра осуществляют на каждой строке сканирования по форме сигнала с датчика вертикальных перемещений 7 и форме управляющего сигнала, в процессе сканирования блок 24 делает быстрое преобразование Фурье массивов управляющего сигнала и сигнала с датчика вертикальных перемещений 7, снятых на последней завершенной строке. В результате поэлементного деления второго массива на первый получается массив частотных характеристик сканера.

В способе, где пересчет параметров Фурье-фильтра осуществляют на каждой строке сканирования по прямому и обратном проходам, применяется подход использующийся для нахождения калибровочного коэффициента по прямому и обратному проходам в каждой строке сканирования. Запоминают массив значений сигнала F (Фиг.7) разницы управляющих сигналов В и А, снятых при проходах строки в разных направлениях. Запоминают массив сигнала C-D разницы сигналов ошибки рассогласования, снятых при проходах строки в разных направлениях. Массив частотных характеристик сканера получают как результат деления Фурье-образа массива C-D на Фурье-образ массива F.

В способе, где скорость сканирования изменяется динамически в зависимости от величины сигнала ошибки рассогласования, управляющий X,Y сканерами сигнал пересчитывается на каждой новой строке формирователем управляющего X,Y сканерами сигнала 6 (Фиг.4). В формирователе управляющего X,Y сканерами сигнала 6, как и в формирователе обычной треугольной пилы, присутствует интегратор 28 и фильтр 29. В случае формирователя обычной треугольной пилы на вход интегратора подается сигнал постоянного уровня. В нашем случае используют блок памяти 25 и сумматор 27 вместе с блоком 26 поэлементного деления -1/X2, которые вносят поправку к входному сигналу интегратора в зависимости от величины сигнала ошибки рассогласования, что обеспечивает оптимальную скорость сканирования.

Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа можно применить совместно со спиральной траекторией сканирования. Для этого предлагается сканировать с постоянной угловой скоростью по спирали Архимеда. Время прохождения одного витка спирали в этом случае одно и то же, что облегчает использование метода упреждающего управления. Управляющий Z-сканером сигнал в этом случае будет формироваться таким же образом, как и при сканировании по обычной построчной развертке, одной строкой сканирования при этом будет считаться один виток архимедовой спирали.

В способе ускорения измерения рельефа поверхности в многопроходных методиках упреждающее управление используют только в проходах, выполняемых с включенной обратной связью. Проходы, которые выполняются с выключенной обратной связью, происходит обычным образом, упреждающее управление для них не используют.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ:

Использование массива значений сигнала ошибки рассогласования, умноженного на калибровочный коэффициент, в способе измерения рельефа и свойств поверхности методами сканирующей зондовой микроскопии, в котором сканирование осуществляют в направлении, параллельном поверхности образца, по заданной траектории, данные регистрируют при прямом или обратном проходе, а для формирования сигнала, управляющего перпендикулярными поверхности образца перемещениями, используют массив значений управляющего сигнала, снятый на предыдущей строке сканирования, уменьшает величину сигнала ошибки рассогласования и силу воздействия на образец, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Определение значения калибровочного коэффициента до начала сканирования по углу наклона кривой зависимости сигнал ошибки рассогласования от управляющего сигнала повышает точность поправки, вносимой учетом ошибки рассогласования, взятой с предыдущей строки, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Определение значения калибровочного коэффициента по прямому и обратному проходам в каждой строке сканирования уменьшает статистическую ошибку определения оптимального значения калибровочного коэффициента, автоматически учитывает степень рельефности образца и другие факторы, меняющиеся в ходе проведения измерений, такие как жесткость кантилевера, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Использование массивов значений управляющего сигнала и массивов значений сигнала ошибки рассогласования, снятых более чем на одной предыдущей строке сканирования, лучше учитывает рельеф образца, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Использование Фурье-фильтра, обеспечивающего фильтрацию массива значений сигнала упреждающего управления, позволяет улучшить частотные свойства системы формирователь сигнала упреждающего управления 10 - Z-сканер 4, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Определение параметров Фурье-фильтра по отклику сигнала с датчика 7 на короткий импульс управляющего сигнала автоматически настраивает Фурье-фильтр таким образом, чтобы он компенсировал влияние частотной характеристики сканера на отклик, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Определение параметров Фурье-фильтра по отклику сигнала ошибки рассогласования на короткий импульс управляющего сигнала позволяет в отсутствии датчика 7 автоматически настраивать Фурье-фильтр таким образом, чтобы он компенсировал влияние частотной характеристики сканера и зондового датчика на отклик, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Осуществление пересчета параметров Фурье-фильтра на каждой строке сканирования по форме сигнала с датчика 7 и форме управляющего сигнала учитывает изменение степени рельефности образца, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Осуществление пересчета параметров Фурье-фильтра на каждой строке сканирования по форме управляющего сигнала и по форме сигнала ошибки рассогласования, снятого при прямом и обратном проходах учитывает степень рельефности образца и другие факторы, меняющиеся в ходе проведения измерений, такие как жесткость кантилевера, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Динамическое изменение скорости сканирования в направлении, параллельном поверхности образца, по заданной траектории в зависимости от величины сигнала ошибки рассогласования, заданного массивом значений, позволяет сканировать быстрее в тех местах, где образец более гладкий и увеличивать плотность точек измерения топографии в тех местах, где образец более рельефный, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Осуществление сканирования в направлении, параллельном поверхности образца, по спиральной траектории позволяет уменьшить негативную роль влияния частотной характеристики X,Y сканеров на качество получаемого изображения, что позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца.

Использование массива значений управляющего сигнала, снятого на предыдущей строке сканирования, и массива значений сигнала ошибки рассогласования, умноженного на калибровочный коэффициент для формирования управляющего сигнала в многопроходных методиках, позволяет повысить точность измерений и скорость сканирования образца на проходах, выполняемых с включенной обратной связью.

ЛИТЕРАТУРА

1. Быков А.В., Быков В.А., Лесмент С.И., Рябоконь В.Н. "Способ измерения рельефа поверхности объекта с использованием сканирующего зондового микроскопа". // Патент RU 2329465 от 20.07.08.

2. Schitter G., Allgower F., Stemmer A. "A new control strategy for high-speed atomic force microscopy". // Nanotechnology 15 (2004), p.108-114.

3. Быков B.A. Беляев A.A., Медведев Б.К., Саунин С.А., Соколов Д.Ю. "Сканирующий зондовый микроскоп". // Патент RU 2159454 С от 20.11.2000.

4. Быков В.А. "Сканирующий зондовый микроскоп". // Патент RU 2152063 С от 27.06.2000.

5. Abramovitch D., Andersson S., Pao L., Schitter G. "A tutorial on the Mechanisms, Dynamics, and Control of Atomic Force Microscopes". // Proceedings American Control Conference, New York, July 2007, pp.3488-3502.

6. Соколов Д.Ю. "Зонд на основе кварцевого резонатора для сканирующего зондового микроскопа". // Патент RU 2297054 С от 10.04.2007.

1. Способ измерения рельефа и свойств поверхности для сканирующего зондового микроскопа, в котором сканирование осуществляют в направлении, параллельном поверхности образца по заданной траектории, данные регистрируют при прямом или обратном проходе, а для формирования сигнала, управляющего перпендикулярными поверхности образца перемещениями, используют массив значений управляющего сигнала, снятый на предыдущей строке сканирования, отличающийся тем, что еще используют массив значений сигнала ошибки рассогласования, умноженный на калибровочный коэффициент.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение калибровочного коэффициента определяют до начала сканирования по углу наклона кривой зависимости сигнала ошибки рассогласования от управляющего сигнала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение калибровочного коэффициента определяют по прямому и обратному проходам в каждой строке сканирования.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют массивы значений управляющего сигнала и массивы значений сигнала ошибки рассогласования, снятые более чем на одной предыдущей строке сканирования.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют Фурье-фильтр, обеспечивающий фильтрацию массива значений сигнала ошибки рассогласования.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что параметры Фурье-фильтра определяют по отклику сигнала с датчика вертикальных перемещений на короткий импульс управляющего сигнала.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что параметры Фурье-фильтра определяют по отклику сигнала ошибки рассогласования на короткий импульс управляющего сигнала.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что пересчет параметров Фурье-фильтра осуществляют на каждой строке сканирования по форме сигнала с датчика вертикальных перемещений и форме управляющего сигнала.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что пересчет параметров Фурье-фильтра осуществляют на каждой строке сканирования по форме управляющего сигнала и по форме сигнала ошибки рассогласования, снятого при прямом и обратном проходах.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость сканирования в направлении, параллельном поверхности образца по заданной траектории, изменяется динамически в зависимости от величины сигнала ошибки рассогласования, заданного массивом значений.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что сканирование осуществляют в направлении, параллельном поверхности образца по спиральной траектории.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют массив значений управляющего сигнала, снятый на предыдущей строке сканирования, и массив значений сигнала ошибки рассогласования, умноженный на калибровочный коэффициент для формирования управляющего сигнала в многопроходных методиках.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к сканирующим туннельным микроскопам. .

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при разработке и создании наноустройств различного назначения, в частности в первую очередь трубчатых зондов, применяемых в сканирующей микроскопии, а также наноустройств, предназначенных для использования в медицине, биохимии, цитологии и генетике при проведении исследований с инъекциями и/или отбором образцов тканей и жидкостей на клеточном уровне.

Изобретение относится к технике сканирующей микроскопии ближнего поля. .

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию, а именно, к устройствам, обеспечивающим наблюдение, изменение и модификацию поверхности объектов в туннельном и атомно-силовом режимах.

Изобретение относится к зондовой спектроскопии, а именно к миниатюризованному пружинному элементу, пригодному для использования в качестве балочного зонда или консоли (2) для определения атомарных или молекулярных сил, в частности, в растровом микроскопе (22) атомарных сил.

Изобретение относится к зондовой спектроскопии, а именно к миниатюризованному пружинному элементу, пригодному для использования в качестве балочного зонда или консоли (2) для определения атомарных или молекулярных сил, в частности, в растровом микроскопе (22) атомарных сил.

Изобретение относится к способу изучения поверхности тела методом атомно-силовой микроскопии и может применяться в нанотехнологиях и материаловедении. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения с помощью сканирующего зондового микроскопа рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхности объектов в режимах сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, а именно к способам изготовления измерительных зондов. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к пассивной фотометрии, и может быть использовано для бесконтактного измерения геометрии трехмерных объектов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного контроля геометрической формы и скорости проскальзывания колеса движущегося железнодорожного состава.

Изобретение относится к измерительным устройствам, использующим оптические средства измерения, и может применяться в различных отраслях промышленности, приборостроения, измерительной техники и других отраслях хозяйственной деятельности для измерения координат поверхности двумерных и трехмерных объектов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в оптическом производстве для технологического и аттестационного контроля формы вогнутых параболических и эллиптических поверхностей оптических деталей, в том числе с большими относительными отверстиями.

Изобретение относится к устройству, предназначенному для оптического обследования открытых поверхностей объектов, по меньшей мере, с двух различных направлений (P1, P2) наблюдения.

Изобретение относится к области подготовительно-раскройного производства швейной промышленности, а именно к контрольно-измерительным приборам, применяемым в ней.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для бесконтактного контроля профиля изделий сложной формы, например лопаток для газотурбинных двигателей, винтов, проката и т.п.

Изобретение относится к оптическим средствам анализа и исследования микрорельефа поверхности и может быть использовано для обнаружения, визуализации и регистрации скрытых рельефных и давленых изображений на различных носителях и документах, например в криминалистической практике.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для визуализации, математического моделирования и физического воспроизведения геометрии трехмерных объектов, а также их распознавания.

Изобретение относится к области нанесения каталитических оксидных покрытий и может быть использовано при изготовлении электродных материалов для комплексной очистки воды и стоков, для производства хлора и хлорсодержащих соединений.
Наверх