СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ЗОНДА

1. Система обнаружения для использования со сканирующим зондовым микроскопом, причем система содержит источник света для формирования луча, чтобы освещать зонд, содержащий кантилевер с опорным и свободным концами, причем свободный конец поддерживает острый наконечник, средство сбора для сбора света, отраженного от зонда, при этом луч освещает верхнюю поверхность зонда в окрестности его наконечника, и отраженный свет содержит две составляющие: первую составляющую, от которой получается указание отклонения верхней поверхности зонда, и вторую составляющую для передачи в систему обнаружения высоты, выполненную с возможностью извлечения из этой составляющей информации, относящейся к положению верхней поверхности зонда относительно контрольной точки.
2. Система обнаружения по п.1, в которой система обнаружения высоты содержит интерферометр, выполненный с возможностью обнаруживать разность хода между второй составляющей отраженного света и опорным лучом высоты.
3. Система обнаружения по п.2, в которой интерферометр включает в себя средство для формирования пары фазовых квадратурных интерферограмм.
4. Система обнаружения по п.3, где система включает в себя устройство счета полос, выполненное с возможностью создания выходного сигнала, зависящего от количества полос, обнаруженных в каждой интерферограмме.
5. Система обнаружения по п.4, в которой устройство счета полос включает в себя устройство подразделения полос.
6. Система обнаружения по любому из пп.3-5, в которой средство для формирования пары фазовых квадратурных интерферограмм является светоделителем с расщепляющим фазы покрытием.
7. Система обнаружения по любому из пп.2-5, в которой первая составляющая также передается интерферометру, причем интерферометр дополнительно выполнен с возможностью обнаружения оптической разности хода между первой составляющей отраженного света и опорным лучом отклонения, который распространяется по оптической траектории, чья длина задается положением на кантилевере, удаленным от его свободного конца, посредством этого предоставляя информацию относительно отклонения кантилевера.
8. Система обнаружения по п.7, в которой положение на кантилевере, удаленное от его свободного конца, является опорным концом кантилевера.
9. Система обнаружения по любому из пп.1-5, в которой первая составляющая передается детектору отклонения, причем детектор отклонения выполнен с возможностью предоставления указания отклонения верхней поверхности зонда.
10. Система обнаружения по п.9, в которой детектор отклонения является вторым интерферометром, причем второй интерферометр выполнен с возможностью обнаружения оптической разности хода между первой составляющей отраженного света и опорным лучом отклонения, который распространяется по оптической траектории, чья длина задается положением на кантилевере, удаленным от его свободного конца.
11. Система обнаружения по п.10, в которой положение на кантилевере, удаленное от его свободного конца, является опорным концом кантилевера.
12. Система обнаружения по п.9, в которой детектор отклонения является расщепленным фотодиодом, расположенным так, что первая составляющая отраженного света падает на две части диода с относительной силой света, определенной по углу ориентации верхней поверхности зонда.
13. Система обнаружения по любому из пп.1-5, причем система включает в себя светоделитель, выполненный с возможностью разделения отраженного света на первую и вторую составляющие.
14. Система обнаружения по любому из пп.1-5, в которой зонд содержит наконечник, установленный около свободного конца кантилевера, при этом кантилевер поддерживается в своем опорном конце, и где верхняя поверхность зонда, которая освещается лучом, находится над наконечником.
15. Система обнаружения по любому из пп.1-5, в которой зонд включает в себя исполнительный механизм, который функционирует для перемещения наконечника зонда.
16. Сканирующий зондовый микроскоп для формирования изображения образца в соответствии с взаимодействием между образцом и зондом, причем микроскоп содержит средство привода, выполненное с возможностью обеспечения относительного движения между зондом и поверхностью образца, и систему обнаружения зонда по любому из пп.1-15.
17. Сканирующий зондовый микроскоп по п.16, в котором средство привода содержит двухкоординатный (x, y) сканер, выполненный с возможностью обеспечения относительного движения между зондом и поверхностью образца в плоскости, по существу параллельной поверхности образца, и приводной механизм z-направления, выполненный с возможностью обеспечения относительного движения в направлении, перпендикулярном поверхности образца.
18. Сканирующий зондовый микроскоп по п.17, в котором указание отклонения верхней поверхности зонда, полученное от системы обнаружения зонда, включается в систему обратной связи, содержащую приводной механизм z-направления, где приводной механизм z-направления выполнен с возможностью возврата указания угла ориентации зонда на заданный уровень.
19. Сканирующий зондовый микроскоп по п.18, в котором приводной механизм z-направления включает в себя приводной механизм основания, который выполнен с возможностью перемещения основания зонда.
20. Сканирующий зондовый микроскоп по п.19, в котором приводной механизм z-направления также включает в себя исполнительный механизм, который составляет одно целое с зондом, причем исполнительный механизм функционирует для перемещения наконечника зонда.
21. Сканирующий зондовый микроскоп по п.18, 19 или 20, в котором система обратной связи работает в масштабе времени длиннее, чем масштаб, требуемый двухкоординатному (x, y) сканеру для перемещения зонда между пикселями изображения.
22. Сканирующий зондовый микроскоп по любому из пп.18-20, где двухкоординатный (x, y) сканер содержит резонатор, выполненный с возможностью придания колебаний либо зонду, либо образцу плюс опоре на резонансной частоте или близкой к ней.
23. Сканирующий зондовый микроскоп для формирования изображения образца в соответствии с взаимодействием между образцом и зондом, причем микроскоп содержит средство привода, выполненное с возможностью обеспечения относительного движения между зондом и поверхностью образца, и систему обнаружения зонда, выполненную с возможностью предоставления указания положения зонда относительно контрольной точки в направлении, по существу перпендикулярном поверхности образца, где
зонд содержит кантилевер с опорным и свободным концами, причем свободный конец поддерживает острый наконечник;
средство привода содержит двухкоординатный (x, y) сканер, выполненный с возможностью обеспечения относительного движения между зондом и поверхностью образца в плоскости, по существу параллельной поверхности образца, причем сканер включает в себя по меньшей мере один резонатор, выполненный с возможностью придания колебаний либо зонду, либо образцу плюс опоре на резонансной частоте или близкой к ней, и приводной механизм z-направления, выполненный с возможностью обеспечения относительного движения в направлении, по существу перпендикулярном поверхности образца; и
система обнаружения зонда содержит источник света для формирования луча, чтобы освещать зонд, средство сбора для сбора света, отраженного от зонда, где луч освещает верхнюю поверхность зонда в окрестности его наконечника, и систему обнаружения высоты, выполненную с возможностью извлечения из света, отраженного от зонда, информации, относящейся к положению верхней поверхности зонда относительно контрольной точки.
24. Микроскоп по п.23, в котором система обнаружения высоты включает в себя интерферометр, выполненный с возможностью обнаружения разности хода между светом, отраженным от зонда, и опорным лучом высоты.
25. Способ обнаружения света, отраженного от верхней поверхности сканирующего зонда, причем способ включает в себя этап, на котором направляют световой луч на верхнюю поверхность в точке непосредственно над наконечником зонда, собирают свет, отраженный от верхней поверхности, и направляют его в детектор высоты, выполненный с возможностью формирования изображения, указывающего высоту наконечника зонда над контрольным уровнем.
26. Способ по п.25, где способу предшествует этап, на котором находят положение точки на верхней поверхности, которая находится непосредственно над наконечником зонда.
27. Способ по п.26, в котором этап, на котором находят положение точки на верхней поверхности, включает в себя этапы, на которых:
(а) направляют свет на верхнюю поверхность;
(b) придают колебания зонду около его наконечника с тем, чтобы изменить угол верхней поверхности;
(с) контролируют выходной сигнал детектора высоты;
(d) изменяют положение точки на верхней поверхности, в которую падает свет; и
(е) повторяют этапы (c) и (d) до тех пор, пока не минимизированы изменения, видимые в выходном сигнале детектора высоты в результате отклонения зонда.
28. Способ по п.26, в котором зонд содержит кантилевер, удерживаемый в его опорном конце и поддерживающий наконечник на свободном конце или рядом с ним, причем верхняя поверхность зонда, которая освещается лучом, находится на свободном конце кантилевера или рядом с ним.
29. Способ по п.28, в котором этап, на котором находят положение точки на верхней поверхности, включает в себя этапы, на которых:
(а) направляют свет на верхнюю поверхность кантилевера;
(b) перемещают основание кантилевера вертикально, в то же время поддерживая наконечник в фиксированном положении так, чтобы изменить угол ориентации кантилевера;
(с) контролируют выходной сигнал детектора высоты;
(d) изменяют положение точки на верхней поверхности, в которую падает свет; и
(е) повторяют этапы (c) и (d) до тех пор, пока не минимизированы изменения, видимые в выходном сигнале детектора высоты в результате перемещения основания зонда.
30. Способ по п.29, в котором сигнал обратной связи получается из указания ориентации зонда, сигнал обратной связи является таким, чтобы вызвать регулировку высоты основания, так что зонд возвращается в предустановленную ориентацию, и где этап, на котором перемещают основание кантилевера вертикально, осуществляется путем изменения предустановленной ориентации.
31. Способ по п.26, в котором этап, на котором находят положение точки на верхней поверхности, включает в себя этапы, на которых:
(а) направляют свет на верхнюю поверхность;
(b) перемещают наконечник зонда на известное расстояние;
(с) контролируют выходной сигнал детектора высоты;
(d) изменяют положение точки на верхней поверхности, в которую падает свет; и
(e) повторяют этапы (c) и (d) до тех пор, пока выходной сигнал детектора высоты не соответствует предполагаемому для известного перемещения.
32. Способ по п.31, в котором этап (b) содержит этап, на котором сканируют зондом по образцу с известным колебанием высоты.
33. Способ по п.26, в котором этап, на котором находят положение точки на верхней поверхности, включает в себя этапы, на которых:
(а) направляют свет на верхнюю поверхность;
(b) сканируют зондом со скоростью, достаточной для возбуждения его неустановившегося движения;
(с) контролируют выходной сигнал детектора высоты;
(d) изменяют положение точки на верхней поверхности, в которую падает свет; и
(е) повторяют этапы (c) и (d) до тех пор, пока не минимизированы изменения, видимые в выходном сигнале детектора высоты в результате неустановившегося движения.
34. Способ по любому из пп.25-33, в котором зонд является частью сканирующего зондового микроскопа, который включает в себя систему обнаружения по пп.1-15.
35. Способ сбора данных, использующий сканирующий зондовый микроскоп, причем способ содержит этапы, на которых:
(а) перемещают зонд, содержащий кантилевер с опорным и свободным концами, причем свободный конец поддерживает острый наконечник, в непосредственной близости с поверхностью образца;
(b) направляют световой луч на верхнюю поверхность зонда в точке непосредственно над наконечником; и
(c) сканируют зондом по поверхности образца, одновременно собирая и анализируя свет, отраженный от верхней поверхности зонда, причем приводной механизм z-направления функционирует для приведения основания зонда вертикально в ответ на сигнал обратной связи, полученный при анализе первой составляющей собранного света, из которого получается указание отклонения верхней поверхности зонда, и где вторая составляющая собранного света передается интерферометру, выполненному с возможностью обнаружения разности хода между этой составляющей и опорным лучом высоты и выполненному с возможностью формирования изображения, указывающего высоту наконечника зонда над контрольным уровнем.