СПОСОБ СКАНИРОВАНИЯ НА СКАНИРУЮЩЕМ ЗОНДОВОМ МИКРОСКОПЕ И ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD OF SCANNING ON SCANNING PROBE MICROSCOPE AND FORMING IMAGE OF SURFACE

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу сканирования на сканирующем зондовом микроскопе и формирования изображения поверхности, и может быть использовано для определения рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхностей тонких пленок и покрытий с монотонно изменяющейся толщиной, наклонных участков интегральных схем, элементов микроустройств и срезов биологических структур на микро- и наноуровне в режимах атомно-силового, туннельного и ближнепольного оптического микроскопа.
Известен способ сканирования объекта [1], при котором датчик сканирования перемещают относительно объекта и для каждого положения датчика сканирования измеряют и регистрируют параметр объекта. Перемещение датчика сканирования осуществляют циклически. В начале каждого цикла вокруг положения датчика сканирования строят замкнутую окрестность, на границе которой определяют максимальное изменение параметра объекта относительно значения параметра в точке положения датчика, перемещают датчик сканирования с определенным шагом из указанного положения в направлении максимального изменения параметра в его новое положение. Если разность между параметрами в указанных двух положениях не превышает заданную величину, продолжают перемещение датчика в том же направлении, а при превышении разности параметров заданной величины цикл заканчивают, причем последнее положение датчика сканирования в цикле является его начальным положением в новом цикле. Основное достоинство способа заключается в обеспечении возможности распознавания образов различного назначения в автоматическом режиме. Указанный способ практически не применим для сканирования наклонных поверхностей образцов на сканирующем зондовом микроскопе, так как, например, возрастание высоты может быть обусловлено лишь погрешностью установки образца в сканирующем зондовом микроскопе и не связано с направлением максимального изменения параметра (высоты).
Также известен способ сканирования объектов с помощью сканирующего зондового микроскопа [2], согласно которому для сканирования поверхности объекта используют взаимное перемещение двух пьезосканеров, при этом объект устанавливают на первом пьезосканере, зонд (кантилевер) закрепляют на втором пьезосканере и располагают над исследуемой поверхностью, кантилевер сближают с поверхностью объекта, производят сканирование пьезосканерами в противофазе по каждой из координат сканирования и с использованием системы регистрации измеряют полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения кантилевера и поверхности объекта. Основное достоинство способа заключается в расширении технических возможностей метода сканирующей зондовой микроскопии - увеличении полей сканирования и высот измеряемого рельефа, в том числе, наклонных поверхностей объекта - за счет применения двух сканеров. Однако существенным недостатком указанного способа являются значительные сложности определения параметров корректировки и фильтрации для формирования изображений поверхностей объекта, обусловленные наложением погрешностей двух пьезосканеров, работающих в противофазе.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ сканирования на сканирующем зондовом микроскопе и формирования изображения поверхности [3], согласно которому при сканировании зонд или образец перемещают сканером, измеряют расстояние зонд-образец для различных точек поверхности образца, а формирование изображения поверхности производят путем определения и вычитания постоянного наклона и постоянной составляющей, корректировки и фильтрации данных, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа. Существенным недостатком известного способа является отсутствие возможности формирования достоверного изображения поверхности образца, имеющей наклон, например, вследствие монотонного изменения толщины покрытия, из-за неоднозначности в определении постоянного наклона (обусловленного погрешностью установки образца в сканирующем зондовом микроскопе, температурным дрейфом и нелинейностью перемещений пьезосканера) и реального наклона поверхности образца.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений, выполняемых с помощью сканирующего зондового микроскопа.
Задача решается следующим образом. В известном способе сканирования на сканирующем зондовом микроскопе и формирования изображения поверхности при сканировании зонд или образец перемещают сканером, измеряют расстояние зонд-образец для различных точек поверхности образца, а формирование изображения поверхности производят путем определения и вычитания постоянного наклона и постоянной составляющей, корректировки и фильтрации данных, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа. Согласно предлагаемому изобретению, сканирование поверхности образца выполняют раздельно для двух участков - поверхности подложки и поверхности структурного элемента, находящегося на подложке, без переустановки образца, формируют изображение поверхности структурного элемента путем вычитания постоянного наклона, определенного по результатам сканирования поверхности подложки.
Раздельное сканирование двух участков - поверхности подложки и поверхности структурного элемента без переустановки образца позволяет получить данные о величине постоянного наклона для двух различных участков поверхности образца. Следует отметить, что при выполнении сканирования без переустановки образца величина постоянного наклона будет одинакова для всех участков поверхности образца: как для поверхности подложки, так и структурного элемента. Величину постоянного наклона достаточно просто определить из данных о сканировании поверхности подложки, так как известно, что поверхность подложки совпадает с горизонтальной плоскостью. В то же время величину постоянного наклона практически не возможно определить из данных, полученных при сканировании поверхности структурного элемента, так как помимо величины постоянного наклона в данных содержатся сведения о наклоне поверхности структурного элемента относительно горизонтальной поверхности - поверхности подложки. Однако измерить реальный наклон поверхности структурного элемента относительно поверхности подложки можно путем вычитания величины постоянного наклона, определенного из данных о сканировании поверхности подложки.
На Фиг.1 схематично показана поверхность подложки 1 с покрытием 2 (структурный элемент), нанесенным на поверхность подложки 1.
На Фиг.2 схематично показана величина постоянного наклона поверхности подложки.
На Фиг.3 схематично показано изображение поверхности покрытия, сформированное без вычитания постоянного наклона.
На Фиг.4 схематично показано изображение поверхности покрытия, сформированное после вычитания постоянного наклона поверхности подложки.
Способ осуществляют следующим образом. В сканирующий зондовый микроскоп устанавливают образец - подложку 1 со структурным элементом (покрытием) 2 (Фиг.1). Выполняют сканирование поверхности образца раздельно для двух участков - подложки 1 и покрытия 2 посредством перемещения сканером зонда сканирующего зондового микроскопа или образца. Например, первоначально сканируют поверхность подложки 1 без покрытия, а затем поверхность образца с покрытием 2 без переустановки образца посредством измерения расстояние зонд-образец для различных точек поверхностей образца. Далее из данных о сканировании поверхности подложки 1 без покрытия определяют величину постоянного наклона (Фиг.2). Затем формируют изображение поверхности покрытия 2 (Фиг.3), далее вычитают величину постоянного наклона (Фиг.2), определенного по результатам сканирования поверхности подложки 1. После чего сформированное изображение покрытия 2 (Фиг.4) обрабатывают путем вычитания постоянной составляющей, корректировки и фильтрации данных, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа.
Таким образом, предлагаемый способ повышает точность измерений, выполняемых с помощью сканирующего зондового микроскопа.
Источники информации
1. Патент РФ №2099671, G01C 11/00, 1997.
2. Заявка на изобретение РФ №2004133656/28, G02B 21/00, 2006.
3. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. - Нижний Новгород, 2004.