[go: up one dir, main page]

RU2329465C1 - Method of object surface relief measurement using scanning probe microscopes - Google Patents

Method of object surface relief measurement using scanning probe microscopes Download PDF

Info

Publication number
RU2329465C1
RU2329465C1 RU2006145408/28A RU2006145408A RU2329465C1 RU 2329465 C1 RU2329465 C1 RU 2329465C1 RU 2006145408/28 A RU2006145408/28 A RU 2006145408/28A RU 2006145408 A RU2006145408 A RU 2006145408A RU 2329465 C1 RU2329465 C1 RU 2329465C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
probe
scanning
scanner
interaction
Prior art date
Application number
RU2006145408/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Викторович Быков (RU)
Андрей Викторович Быков
Виктор Александрович Быков (RU)
Виктор Александрович Быков
Станислав Игоревич Лесмент (RU)
Станислав Игоревич Лесмент
боконь Валерий Николаевич Р (RU)
Валерий Николаевич Рябоконь
Original Assignee
ЗАО "Нанотехнология-МДТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЗАО "Нанотехнология-МДТ" filed Critical ЗАО "Нанотехнология-МДТ"
Priority to RU2006145408/28A priority Critical patent/RU2329465C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2329465C1 publication Critical patent/RU2329465C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

FIELD: probe microscopy.
SUBSTANCE: method involves the first scanning of the object surface while recording the vertical scanner displacement signal and the signal of probe interaction with the object; the second scanning of the object surface in the reverse direction while recording the vertical scanner displacement signal and the signal of probe interaction with the object; subtraction of the vertical scanner displacement signal recorded during the reverse scanning from the vertical scanner displacement signal recorded during the forward scanning; subtraction of the signal of probe interaction with the object recorded during the reverse scanning from the signal of probe interaction with the object recorded during the forward scanning; determination of a factor for the multiplication of the difference of the vertical scanner displacement signals, in order to obtain, during its subsequent addition to the difference of the signals of probe interaction with the object, a value as close to constant as possible; multiplication of vertical scanner displacement signal recorded while scanning in one of the directions, by the resulting factor, and its addition to the signal of probe interaction with the object recorded while scanning in the same direction; the resulting signal is then used as a surface relief signal of the object under investigation.
EFFECT: enhanced method of object surface relief measurement.
5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, а именно к способам измерения рельефа поверхности объекта.The invention relates to the field of scanning probe microscopy, and in particular to methods of measuring the surface relief of an object.

Известен способ [1] измерений рельефа поверхности исследуемого объекта, при котором для построения рельефа используется сигнал, пропорциональный сигналу управления вертикальными перемещениями сканера, вырабатываемый замкнутой системой автоматического управления сканирующим зондовым микроскопом.The known method [1] of measuring the surface topography of the investigated object, in which the signal is used to build the topography, which is proportional to the vertical control signal of the scanner, generated by a closed-loop automatic control system of the scanning probe microscope.

Действие способа основано на взаимосвязи сигнала управления вертикальными перемещениями сканера, на котором закреплен зондовый датчик, с рельефом поверхности исследуемого объекта.The action of the method is based on the relationship of the signal for controlling the vertical movements of the scanner, on which the probe sensor is mounted, with the surface topography of the object under study.

Недостатком такого способа является недостаточное быстродействие сканирования, поскольку для вертикальных перемещений используют инерционные электромеханические устройства (пьезосканеры) и при повышении скорости сканирования возрастает ошибка отслеживания рельефа поверхности объекта.The disadvantage of this method is the inadequate scanning speed, since inertial electromechanical devices (piezoscanners) are used for vertical movements, and with an increase in the scanning speed, the error in tracking the surface topography of the object increases.

Известен также способ [2], предназначенный для измерений рельефа поверхности объекта, при котором в качестве сигнала, отражающего рельеф поверхности, используют сумму управляющего сигнала вертикальных перемещений сканера и умноженного на некий коэффициент масштабирования сигнала взаимодействия зонда с объектом, характеризующего степень взаимодействия зондового датчика с поверхностью.There is also a known method [2], designed to measure the surface topography of an object, in which the sum of the control signal of the vertical displacements of the scanner and the scaling factor of the interaction signal between the probe and the object, which characterizes the degree of interaction of the probe sensor with the surface, is used as a signal reflecting the surface topography .

Действие способа основано на том факте, что сенсорный элемент зондового датчика, пружинный кантилевер, быстрее реагирует на вариации рельефа, чем вертикальные перемещения сканера под действием автоматической системы управления сканированием с обратной связью.The action of the method is based on the fact that the sensor element of the probe sensor, a spring cantilever, responds faster to terrain variations than vertical movements of the scanner under the action of an automatic feedback control scanning system.

Однако данный способ имеет тот недостаток, что в нем не конкретизируется процедура определения коэффициента масштабирования, с которым нужно суммировать управляющий сигнал вертикальных перемещений сканера и сигнал, характеризующий степень взаимодействия зондового датчика с поверхностью, и который, вообще говоря, не может быть постоянным. Например, для зондовых силовых микроскопов (с датчиками кантилеверного типа) этот коэффициент должен переопределяться при каждой смене датчика и при каждой настройке оптической системы регистрации изгибов кантилевера, что делает использование такого способа практически неприемлемым.However, this method has the disadvantage that it does not specify the procedure for determining the scaling factor, with which it is necessary to summarize the control signal of vertical movements of the scanner and the signal characterizing the degree of interaction of the probe sensor with the surface, and which, generally speaking, cannot be constant. For example, for probe force microscopes (with cantilever type sensors), this coefficient must be redefined with each change of the sensor and with each setting of the optical system for recording cantilever bends, which makes the use of this method practically unacceptable.

Наиболее близким по технической сущности и функциональному назначению является способ отображения рельефа поверхности объекта [3], который включает в себя использование силового зондового датчика кантилеверного типа, представляющего собой кантилевер (гибкую консоль) с остроконечным зондом на его свободном конце, при этом в процессе сканирования исследуемой поверхности помимо управляющего сигнала вертикальных перемещений сканера отображают также сигнал рассогласования.The closest in technical essence and functional purpose is a method of displaying the surface relief of an object [3], which includes the use of a power probe of the cantilever type, which is a cantilever (flexible console) with a pointed probe at its free end, while scanning the subject surfaces in addition to the control signal of the vertical movements of the scanner also display a mismatch signal.

Управляющий сигнал вертикальных перемещений сканера рассматривается в качестве сигнала, отображающего рельеф поверхности объекта, а сигнал рассогласования рассматривается в качестве сигнала, отображающего мелкомасштабные вариации рельефа.The control signal of the vertical movements of the scanner is considered as a signal reflecting the relief of the surface of the object, and the error signal is considered as a signal representing small-scale variations of the relief.

Действие способа основано на том факте, что величина изгиба кантилевера быстрее реагирует на вариации рельефа, чем вертикальные перемещения сканера под действием автоматизированной системы управления с обратной связью.The action of the method is based on the fact that the magnitude of the cantilever bend reacts more quickly to relief variations than vertical movements of the scanner under the influence of an automated feedback control system.

Однако данный способ имеет недостатки, которые заключаются в том, что он не дает цельной и точной картины рельефа поверхности объекта (рельеф представляется двумя изображениями), так как эти изображения не дают представления о реальных размерах вариаций рельефа по вертикали, поскольку они не приведены к единому масштабу.However, this method has drawbacks in that it does not give a complete and accurate picture of the relief of the surface of the object (the relief is represented by two images), since these images do not give an idea of the actual dimensions of the variations of the relief vertically, since they are not reduced to a single scale.

Указанное устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.The specified device is selected as a prototype of the proposed solution.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего проводить измерения рельефа поверхности объекта с применением сканирующего зондового микроскопа.The objective of the invention is to develop a method that allows you to measure the surface topography of the object using a scanning probe microscope.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей в предложенном способе.The technical result of the invention is to expand the functionality in the proposed method.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, включающем первое сканирование поверхности объекта с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом, проводят второе сканирование поверхности объекта в обратном направлении с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом, вычитание из сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в прямом направлении, сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в обратном направлении, вычитание из сигнала взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированного при сканировании в прямом направлении, сигнала взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированного при сканировании в обратном направлении, определение коэффициента, на который нужно умножить разность сигналов вертикальных перемещений сканера, чтобы при ее последующем сложении с разностью сигналов взаимодействия зонда с объектом получить максимально близкую к постоянной величину, умножение на найденный коэффициент сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в одном из направлений, и суммирование его с сигналом взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированным при сканировании в том же направлении, после чего суммарный сигнал используют в качестве сигнала рельефа поверхности исследуемого объекта.The specified technical result is achieved by the fact that in the method including the first scanning of the surface of the object with the registration of the signal of vertical movements of the scanner and the signal of interaction of the probe with the object, a second scanning of the surface of the object is carried out with the registration of the signal of vertical movements of the scanner and the signal of interaction of the probe with the object, subtraction from the vertical signal of the scanner registered when scanning in the forward direction, the vertical signal with the camera registered when scanning in the opposite direction, subtracting from the signal of the interaction of the probe with the object detected when scanning in the forward direction, the signal of the interaction of the probe with the object detected when scanning in the opposite direction, determining the coefficient by which the difference of the signals of vertical movement of the scanner should be multiplied, so that when it is subsequently added to the difference in the signals of interaction between the probe and the object, it will be maximally close to a constant value, multiplied e coefficient to the found vertical scanner movement signal recorded during scanning in one direction, and summing it with the signal probe interaction with the object recorded by scanning in the same direction, after which the sum signal is used as the surface topography of the test object signal.

В качестве сигнала взаимодействия зонда с объектом может быть использован сигнал, характеризующий величину изгиба кантилевера для контактного метода сканирования, либо сигнал, характеризующий амплитуду его колебаний, для полуконтактного (прерывисто-контактного) метода. Существуют варианты реализации способа, в которых в качестве сигнала вертикальных перемещений сканера используют сигнал с датчика вертикальных перемещений сканера, либо при использовании физических или математических моделей сканера используют управляющий сигнал перемещений сканера.As a signal of interaction between the probe and the object, one can use a signal characterizing the cantilever bend for the contact scanning method, or a signal characterizing the amplitude of its oscillations for the semi-contact (intermittently contact) method. There are options for implementing the method in which the signal from the sensor for vertical displacements of the scanner is used as a signal of vertical displacements of the scanner, or, when using physical or mathematical models of the scanner, a control signal of displacements of the scanner is used.

Изобретение поясняется чертежами и схемами, где:The invention is illustrated by drawings and diagrams, where:

на фиг.1 изображена блок-схема измерительного комплекса на основе сканирующего зондового микроскопа, с применением которого может быть осуществлен предлагаемый способ;figure 1 shows a block diagram of a measuring complex based on a scanning probe microscope, with which the proposed method can be implemented;

на фиг.2 изображены пример выполнения силового зондового датчика и измерительного устройства, вырабатывающего сигнал, характеризующий степень взаимодействия зондового датчика с поверхностью;figure 2 shows an example of a power probe sensor and a measuring device that generates a signal characterizing the degree of interaction of the probe sensor with the surface;

на фиг.3 изображен процесс отработки зондовым датчиком прямоугольной неоднородности на поверхности объекта;figure 3 shows the process of testing the probe with a probe of rectangular inhomogeneity on the surface of the object;

на фиг.4 изображены профиль рельефа исследуемого объекта и информационные сигналы, получаемые в результате сканирования его поверхности;figure 4 shows the profile of the relief of the investigated object and information signals obtained by scanning its surface;

на фиг.5 изображена последовательность обработки информационных сигналов и формирование конечного изображения профиля сканирования.figure 5 shows the sequence of processing information signals and the formation of the final image of the scan profile.

В качестве примера реализации способа приведен измерительный комплекс на основе сканирующего зондового микроскопа (см. фиг.1), содержащий закрепленный на сканере 1 зондовый датчик 2 и измеряемый объект 3. Управление вертикальными перемещениями сканера 1 осуществляется замкнутой системой автоматического управления, включающей помимо сканера 1 и датчика 2 измерительное устройство 4, вырабатывающее сигнал взаимодействия зонда с объектом, характеризующий степень взаимодействия зондового датчика с поверхностью в процессе сканирования, сумматор 5, вырабатывающий сигнал рассогласования между сигналом уставки Е, задающим степень взаимодействия зондового датчика с поверхностью объекта, и сигналом взаимодействия зонда с объектом, а также преобразующее устройство 6, сигнал от которого непосредственно подается в качестве управляющего сигнала вертикальных перемещений на сканер 1. Вертикальные перемещения сканера 1 регистрируются датчиком вертикальных перемещений 7, сигнал вертикальных перемещений сканера от которого наряду с сигналом взаимодействия зонда с объектом поступает на вычислительное устройство 8, вырабатывающее на их основе сигнал рельефа поверхности объекта, поступающий на монитор 9.As an example of the implementation of the method, a measuring complex based on a scanning probe microscope is shown (see Fig. 1), comprising a probe sensor 2 mounted on the scanner 1 and a measured object 3. The vertical movements of the scanner 1 are controlled by a closed automatic control system including, in addition to scanner 1 and sensor 2 measuring device 4, generating a signal of interaction of the probe with the object, characterizing the degree of interaction of the probe sensor with the surface during the scanning process, sums a torus 5 that generates a mismatch signal between the setpoint signal E, which determines the degree of interaction of the probe sensor with the surface of the object and the signal of interaction of the probe with the object, as well as a conversion device 6, the signal from which is directly supplied as a control signal of vertical movements to the scanner 1. Vertical movements of the scanner 1 are recorded by the vertical displacement sensor 7, the signal of vertical displacements of the scanner from which, along with the signal of interaction of the probe with the object, is received to the computing device 8, which generates on their basis a signal of the surface relief of the object, arriving at the monitor 9.

Датчик 2, работающий в контактном режиме, и измерительное устройство 4 изображены на фиг.2. Датчик 2 состоит из острийного зонда 10, расположенного на свободном конце кантилевера 11 (гибкой консоли), закрепленной на чипе 12, которым датчик 2 устанавливается на сканер 1. Измерительное устройство включает лазер 13 и позиционно-чувствительный фотоприемник 14. Лазер 13 направляет оптический луч на кантилевер 11, от которого он отражается и попадает на фотоприемник 14. В процессе сканирования силовое взаимодействие зонда 10 с поверхностью объекта 3 изменяется, в результате чего кантилевер 11 претерпевает изгибы, при этом отраженный луч от лазера 13 перемещается по фотоприемнику 14, который вырабатывает сигнал взаимодействия зонда с объектом, характеризующий степень взаимодействия зонда 10 с поверхностью объекта 3.The sensor 2, operating in contact mode, and the measuring device 4 are depicted in figure 2. The sensor 2 consists of a tip probe 10 located on the free end of the cantilever 11 (flexible console), mounted on a chip 12, with which the sensor 2 is mounted on the scanner 1. The measuring device includes a laser 13 and a position-sensitive photodetector 14. Laser 13 directs the optical beam at cantilever 11, from which it is reflected and hits the photodetector 14. During the scanning process, the force interaction of the probe 10 with the surface of object 3 changes, as a result of which the cantilever 11 undergoes bends, and the reflected beam from the laser 13 moves along the photodetector 14, which generates a signal of interaction of the probe with the object, characterizing the degree of interaction of the probe 10 with the surface of the object 3.

Пример отработки зондовым датчиком 2 прямоугольной неоднородности на поверхности объекта 3 показан на фиг.3. Позиции а и b соответствуют сканированию слева направо гладкого участка, позиция с соответствует отработке прямоугольной ступеньки, когда сканер 1 еще не успел отработать вертикальное перемещение и кантилевер зондового датчика 2 изогнулся кверху, позиции d, e соответствуют сканированию горизонтального участка неоднородности, а позиция f - отработке спуска со ступеньки, когда сканер 1 еще не успел отработать ступеньку и кантилевер зондового датчика 2 изогнулся книзу. После того как сканер 1 отработал вертикальное перемещение вниз, изгиб кантилевера зондового датчика 2 становится таким же, как и на предыдущем гладком участке, как показано на позициях g, h.An example of working out by a probe sensor 2 of a rectangular inhomogeneity on the surface of an object 3 is shown in FIG. 3. Positions a and b correspond to scanning a smooth section from left to right, position c corresponds to working out a rectangular step, when scanner 1 has not yet completed vertical movement and the cantilever of probe sensor 2 is bent up, positions d, e correspond to scanning a horizontal section of heterogeneity, and position f corresponds to working out descent from the step, when the scanner 1 has not yet had time to work out the step and the cantilever of the probe sensor 2 is bent down. After the scanner 1 has worked out a vertical downward movement, the bend of the cantilever of the probe sensor 2 becomes the same as in the previous smooth section, as shown at positions g, h.

В качестве конкретного примера реализации предлагаемого способа рассматривается случай, когда сканирование объекта с прямоугольной неоднородностью рельефа (фиг.4а) проводится с использованием контактного метода, при этом в качестве сигнала, характеризующего степень взаимодействия зондового датчика с поверхностью, используют сигнал, характеризующий величину изгиба кантилевера, а в качестве сигнала, пропорционального вертикальным перемещениями сканера, принимают сигнал с датчика вертикальных перемещений сканера.As a specific example of the implementation of the proposed method, the case is considered when scanning an object with a rectangular relief heterogeneity (Fig. 4a) is carried out using the contact method, while a signal characterizing the amount of cantilever bending is used as a signal characterizing the degree of interaction of the probe sensor with the surface, and as a signal proportional to the vertical movements of the scanner, receive a signal from the sensor of vertical movements of the scanner.

Для этого осуществляют следующие действия.To do this, carry out the following steps.

- Проводят первое сканирование поверхности объекта 3 контактным методом, при этом задают величину изгиба кантилевера, которая должна поддерживаться постоянной в процессе сканирования, и в вычислительном устройстве 8 проводят запоминание текущего значения сигнала вертикальных перемещений сканера (фиг.4b) и сигнала взаимодействия зонда с объектом (фиг.4с).- The first scanning of the surface of the object 3 is carried out by the contact method, and the cantilever bending value is set, which should be kept constant during the scanning process, and in the computing device 8, the current value of the scanner vertical movement signal (Fig. 4b) and the interaction signal of the probe with the object ( figs).

- Проводят второе сканирование уже в обратном направлении по сравнению с первым сканированием и также запоминают сигнал вертикальных перемещений сканера (фиг.4d) и сигнал взаимодействия зонда с объектом (фиг.4е).- A second scan is carried out already in the opposite direction as compared to the first scan, and the signal of vertical movements of the scanner (Fig. 4d) and the signal of interaction of the probe with the object (Fig. 4e) are also stored.

- Получают первую разность (фиг.5а) сигналов вертикальных перемещений сканера, полученного при первом и втором сканированиях, а также вторую разность (фиг.5b) сигналов взаимодействия зонда с объектом, полученных при первом и втором сканированиях.- Get the first difference (Fig.5A) of the signals of vertical movements of the scanner obtained during the first and second scans, as well as the second difference (Fig.5b) of the signals of interaction of the probe with the object obtained during the first and second scans.

- Умножают первую разность сигналов на некий коэффициент К и суммируют со второй разностью сигналов.- Multiply the first signal difference by a certain coefficient K and add it to the second signal difference.

- Определяют величину коэффициента К=Км, при которой суммарный сигнал первой и второй разностей сигналов максимально приближен к постоянной величине (на фиг.5с изображен суммарный сигнал для трех разных значений К).- Determine the value of the coefficient K = K m , at which the total signal of the first and second signal differences is as close as possible to a constant value (Fig. 5c shows the total signal for three different values of K).

- Суммируют сигнал взаимодействия зонда с объектом, полученный при первом сканировании (фиг.5d), с умноженным на полученный коэффициент Км сигналом вертикальных перемещений сканера (фиг.5е), также полученным при первом сканировании, получая таким образом суммарный сигнал рельефа поверхности объекта (фиг.5f).- Summarize the signal of interaction of the probe with the object, obtained during the first scan (Fig. 5d), with the signal of vertical displacements of the scanner multiplied by the obtained coefficient K m (Fig. 5e), also obtained during the first scan, thus obtaining the total signal of the surface relief of the object ( fig.5f).

- Используют сигнал рельефа поверхности объекта для получения изображения рельефа поверхности на экране монитора 9.- Use the signal of the surface relief of the object to obtain an image of the surface topography on the monitor screen 9.

Если сканирование осуществляется с использованием полуконтактного (прерывисто-контактного) метода (см. подробно [4]), то в качестве сигнала взаимодействия зонда с объектом используют амплитуду колебаний кантилевера.If scanning is performed using the semi-contact (intermittently-contact) method (see [4] in detail), then the cantilever oscillation amplitude is used as the signal of the probe’s interaction with the object.

Для случая, когда в сканирующем зондовом микроскопе используется сканер без датчика перемещений, а для выработки сигнала управления сканером используются физическая модель сканера (эквивалент сканера) [5] или его математическая модель, в качестве сигнала вертикальных перемещений сканера принимают управляющий сигнал вертикального перемещения.For the case when a scanner without a displacement sensor is used in a scanning probe microscope, and a physical model of the scanner (scanner equivalent) [5] or its mathematical model is used to generate a scanner control signal, the control signal of vertical displacement is adopted as the signal of vertical displacements of the scanner.

Проведение первого и второго (в обратном направлении) сканирований с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом позволяет получить их разностные сигналы, при этом разность сигналов вертикальных перемещений сканера не содержит данных о рельефе исследуемой поверхности, а содержит лишь данные об ошибке отслеживания этого рельефа сканером. В то же время разность сигналов взаимодействия зонда с объектом содержит данные о величине этой ошибки, и при правильно выбранном коэффициенте масштабирования Км оба разностных сигнала должны компенсировать друг друга. При этом поскольку перемещения сканера являются изначально калиброванными, то определенный таким образом коэффициент масштабирования Км позволяет калибровать и сигнал зондового датчика, и по зарегистрированным сигналам вертикальных перемещений сканера и взаимодействия зонда с объектом при первом или втором сканированиях построить рельеф поверхности исследуемого объекта.Carrying out the first and second (in the opposite direction) scans with registration of the signal of vertical movements of the scanner and the signal of interaction of the probe with the object allows us to obtain their difference signals, while the difference of the signals of vertical movements of the scanner does not contain data on the relief of the surface under study, but contains only tracking error data this relief scanner. At the same time, the difference in the signals of interaction between the probe and the object contains data on the magnitude of this error, and with the correctly selected scaling factor K m, both difference signals should compensate each other. Moreover, since the scanner movements are initially calibrated, the scaling factor K m defined in this way allows you to calibrate both the probe sensor signal and the surface relief of the object under study using the recorded signals of the scanner’s vertical movements and the probe’s interaction with the object during the first or second scans.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить функциональные возможности по сравнению с прототипом, поскольку сравнение разностных сигналов вертикальных перемещений сканера и взаимодействия зонда с объектом позволяет осуществить их правильное взаимное масштабирование, а суммирование этих сигналов, полученных при одном из сканирований с правильным коэффициентом масштабирования, позволяет получить единое, цельное изображение рельефа поверхности объекта.Thus, the proposed method allows you to expand the functionality compared to the prototype, since comparing the difference signals of the vertical movements of the scanner and the interaction of the probe with the object allows them to correctly scale together, and summing these signals obtained during one of the scans with the correct scaling factor allows to obtain a single, integral image of the surface relief of the object.

Кроме того, по сравнению с аналогом [2] предлагаемый способ позволяет более быстро и более точно получить данные о рельефе поверхности исследуемого объекта, поскольку коэффициент взаимного масштабирования сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом определяется путем вычислений, а не путем калибровки зондового датчика. При этом величина коэффициента масштабирования не обязательно должна определяться при сканировании по всей исследуемой поверхности, достаточно провести сканирование по ограниченному участку, вплоть до одной линии сканирования, и после вычисления коэффициента масштабирования использовать его при сканировании по большей площади.In addition, in comparison with the analogue [2], the proposed method allows you to more quickly and more accurately obtain data on the surface topography of the studied object, since the mutual scaling factor of the signal of vertical movements of the scanner and the signal of interaction of the probe with the object is determined by calculation, and not by calibrating the probe sensor . At the same time, the magnitude of the scaling factor does not have to be determined when scanning over the entire investigated surface, it is enough to scan over a limited area, up to one scan line, and after calculating the scaling factor, use it when scanning over a larger area.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Патент US №5237859, 30.05.1991.1. US patent No. 5237859, 05/30/1991.

2. Патент US №5260572, 13.08.1992.2. US patent No. 5260572, 08/13/1992.

3. New imaging mode in atomic-force microscopy based on the error signal. C.A.Putman, K.O. van der Werf, B.G. de Grooth, N.F. van Hulst, J.Greve, P.K.Hansma. 1992. SPIE v.1639, P.198-204.3. New imaging mode in atomic-force microscopy based on the error signal. C.A. Putman, K.O. van der Werf, B.G. de Grooth, N.F. van Hulst, J. Greve, P.K. Hansma. 1992. SPIE v. 1639, P.198-204.

4. В.Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Техносфера, М., 2004, 143 с.4. V. Mironov. The basics of scanning probe microscopy. Technosphere, M., 2004, 143 p.

5. Патент RU №2249264, 27.03.2005.5. Patent RU No. 22249264, 03/27/2005.

Claims (5)

1. Способ измерения рельефа поверхности объекта с использованием сканирующего зондового микроскопа, включающий первое сканирование поверхности объекта с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом, отличающийся тем, что проводят второе сканирование поверхности объекта в обратном направлении с регистрацией сигнала вертикальных перемещений сканера и сигнала взаимодействия зонда с объектом, из сигнала вертикальных перемещений сканера, зарегистрированного при сканировании в прямом направлении, вычитают сигнал вертикальных перемещений сканера, зарегистрированный при сканировании в обратном направлении, из сигнала взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированного при сканировании в прямом направлении, вычитают сигнал взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированный при сканировании в обратном направлении, определяют коэффициент масштабирования, на который нужно умножить разность сигналов вертикальных перемещений сканера, чтобы при ее последующем сложении с разностью сигналов взаимодействия зонда с объектом получить максимально близкую к постоянной величину, умножают на найденный коэффициент масштабирования сигнал вертикальных перемещений сканера, зарегистрированный при сканировании в одном из направлений, и суммируют его с сигналом взаимодействия зонда с объектом, зарегистрированным при сканировании в том же направлении, после чего суммарный сигнал используют в качестве сигнала рельефа поверхности исследуемого объекта.1. The method of measuring the surface relief of an object using a scanning probe microscope, including a first scanning of the surface of the object with the registration signal of vertical movements of the scanner and the signal of interaction of the probe with the object, characterized in that they conduct a second scan of the surface of the object in the opposite direction with the registration of the signal of vertical movements of the scanner and signal of interaction of the probe with the object, from the signal of vertical movements of the scanner, recorded during scanning in direct direction, subtract the signal of vertical movements of the scanner, registered during scanning in the opposite direction, from the signal of interaction of the probe with the object registered when scanning in the forward direction, subtract the signal of interaction of the probe with the object, registered when scanning in the opposite direction, determine the scaling factor by which multiply the difference of the signals of the vertical movements of the scanner, so that when it is subsequently added to the difference of the signals of the interaction of the probe with the volume In order to obtain as close to a constant value as possible, multiply by the found scaling factor the vertical signal of the scanner detected during scanning in one of the directions, and sum it with the signal of the probe’s interaction with the object detected during scanning in the same direction, after which the total signal is used in signal quality of the surface relief of the investigated object. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании контактного метода сканирования в качестве сигнала взаимодействия зонда с объектом используют сигнал, характеризующий величину изгиба кантилевера.2. The method according to claim 1, characterized in that when using the contact scanning method, a signal characterizing the magnitude of the cantilever bend is used as the signal of interaction between the probe and the object. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании полуконтактного (прерывисто-контактного) метода сканирования в качестве сигнала взаимодействия зонда с объектом используют сигнал, характеризующий амплитуду его колебаний.3. The method according to claim 1, characterized in that when using the semi-contact (intermittent-contact) scanning method, a signal characterizing the amplitude of its oscillations is used as a signal of interaction of the probe with the object. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сигнала вертикальных перемещений сканера принимают сигнал управления вертикальными перемещениями сканера.4. The method according to claim 1, characterized in that the signal for controlling the vertical movements of the scanner is received as a signal of vertical movements of the scanner. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сигнала вертикальных перемещений сканера принимают сигнал с датчика вертикальных перемещений сканера.5. The method according to claim 1, characterized in that the signal from the sensor of vertical movements of the scanner is received as a signal of vertical movements of the scanner.
RU2006145408/28A 2006-12-21 2006-12-21 Method of object surface relief measurement using scanning probe microscopes RU2329465C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006145408/28A RU2329465C1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method of object surface relief measurement using scanning probe microscopes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006145408/28A RU2329465C1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method of object surface relief measurement using scanning probe microscopes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2329465C1 true RU2329465C1 (en) 2008-07-20

Family

ID=39809230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006145408/28A RU2329465C1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method of object surface relief measurement using scanning probe microscopes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2329465C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2427796C1 (en) * 2009-12-25 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ"-Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского Method of obtaining 3d model of object surface

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5260572A (en) * 1992-08-13 1993-11-09 Wyko Corporation Scanning probe microscope including height plus deflection method and apparatus to achieve both high resolution and high speed scanning
RU2145055C1 (en) * 1999-02-08 2000-01-27 Ао "Автэкс" Process of collection and processing of information about surfaces of sample
RU2175761C2 (en) * 1999-06-08 2001-11-10 Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5260572A (en) * 1992-08-13 1993-11-09 Wyko Corporation Scanning probe microscope including height plus deflection method and apparatus to achieve both high resolution and high speed scanning
RU2145055C1 (en) * 1999-02-08 2000-01-27 Ао "Автэкс" Process of collection and processing of information about surfaces of sample
RU2175761C2 (en) * 1999-06-08 2001-11-10 Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
New imaging mode in atomic-force microscopy based on the error signal. C.A.Putman, K.O. van der Werf, B.G. de Grooth, N.F. van Hulst, J. Greve, P.K. Nahsma, 1992, SPIE v.1639, p.198-204. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2427796C1 (en) * 2009-12-25 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ"-Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского Method of obtaining 3d model of object surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8600147B2 (en) System and method for remote measurement of displacement and strain fields
EP2132523B1 (en) Method and device for exact measurement of objects
CN102803895B (en) Height measurement method and height measurement device
TWI420081B (en) Distance measuring system and distance measuring method
WO2005103610A1 (en) Small displacement measuring method and instrument
JP2009026300A (en) Method and apparatus for controlling and monitoring the position of a holding member
Nguyen et al. A hybrid approach for vision-based structural displacement measurement using transforming model prediction and KLT
JP2005283440A (en) Vibration measuring apparatus and measuring method thereof
CN114727095A (en) Automatic focusing error calibration implementation method
CN106104278A (en) Scanning probe microscopy
JP5057848B2 (en) Method and apparatus for measuring refractive index of transparent film and method and apparatus for measuring film thickness of transparent film
RU2329465C1 (en) Method of object surface relief measurement using scanning probe microscopes
US11385164B2 (en) Method for calibrating an analysis device, and associated device
Ri et al. Precision displacement measurement via sampling moiré method with advanced image stabilization
EP4361613B1 (en) Painting evaluation device and painting evaluation method
JPH07146125A (en) Straightness measuring device
JP6340113B2 (en) Measuring device and program thereof
JP2016142691A (en) Shape measuring method and shape measuring apparatus
CN117232417B (en) A block processing method for Hermite unit deformation field based on C3 continuity
JP2008241499A (en) Interference measuring apparatus and focus adjustment method
Gladines Advancements in shape-from-focus based profilometry for additive manufacturing metrology
JP2023125131A (en) Height image generation device, learning device, three-dimensional measurement system, height image generation method, learning method, and program
JPH0617064Y2 (en) Displacement calibration mechanism of hardness tester
Shambaugh et al. Multi-path Vibrometer-Based Strain Measurement Technique for Very High Cycle Fatigue (VHCF) Testing
CN101208580A (en) Draw Surface Profiles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161222

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190710

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20191126

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200512

Effective date: 20200512

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211122

Effective date: 20211122