專利名稱:帶掃描探針顯微鏡的測量系統(tǒng)的操作方法及測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶掃描探針顯微鏡，特別是原子力顯微鏡的測量系統(tǒng)的操作方法，以及測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
掃描探針顯微鏡方法(SPM)是這樣一種技術(shù)，其中，測量探針掃描待檢查的測量樣本，并且在這個過程中例如記錄測量樣本的外形。在這種情況下，在測量探針與測量樣本 之間發(fā)生相對運動，這個相對運動通過這樣的方式獲得至少是測量探針移動或者至少是測量樣本移動。通常這種相對運動作為橫向運動被執(zhí)行。此外，在垂直方向上也可以發(fā)生相對運動。掃描探針顯微鏡方法的一種形式是掃描力顯微鏡方法(SFM)。通過在這種情況下使用的原子力顯微鏡，在懸臂設(shè)計中形成測量探針，懸臂上載有精細的測量尖端。
為了能夠更好地將掃描探針顯微鏡方法中得到的測量結(jié)果指定給測量樣本的結(jié)構(gòu)，將掃描探針顯微鏡方法與經(jīng)典的光學顯微鏡方法結(jié)合起來是極有利的，就測量樣本的結(jié)構(gòu)這部分而言，是從光學顯微鏡方法的光學圖像中提取的。在這種情況下，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，光學圖像通過借助光學顯微鏡方法被記錄，并優(yōu)先地存儲為數(shù)字形式。以類似的方式，在同一測量樣本的掃描探針顯微鏡方法的框架中產(chǎn)生并存儲SPM圖像。通過圖像處理程序，這兩種測量中產(chǎn)生的圖像最后達成一致。為此必須滿足某些先決條件。
首先，必須相當準確地校準光學圖像和SPM圖像。對于SPM圖像，因為能夠檢測測量探針的橫向移動的傳感器的使用，在很多市售裝置中已經(jīng)實現(xiàn)這個要求。至于光學圖像，通常放棄準確的校準，特別是在生命科學中。然而，例如通過透鏡測微計，校準也是可能的。
此外，光學圖像和SPM圖像的信息必須可比較。這種情況常見，但是并非不可避免，因為這兩種測量中對比起源的機構(gòu)很不相同。這樣的話，兩種圖像之間所期望的一致性將不可能。
此外，SPM圖像必須顯示橫截面，在橫截面上充分的特征細節(jié)可識別，在光學圖像上這也要被識別，以能夠在這種方式下實現(xiàn)兩種圖像之間的指定。因為掃描探針測量中產(chǎn)生的SPM圖像常常只顯示待檢查的測量樣本的小部分橫截面，所以這個要求是主要的限制。在該過程中不能在不損壞測量探針的情況下頻繁檢測待檢查測量樣本的更大面積。在一些實驗性檢查中不產(chǎn)生SPM圖像，因為力-距離-曲線僅僅在測量樣本的單一位置或幾個單一位置測得。
總的來說，對于通過光學記錄裝置獲得的光學圖像中與掃描探針顯微鏡方法的測量結(jié)果中兩個圖像點之間的指定，上述方法不準確，只有有限的表達。
此外還知道利用掃描探針顯微鏡方法的框架中的視頻圖像記錄作為測量探針相對于測量樣本的定位的定向支持，其中所述視頻記錄圖像顯示其上面定位有測量探針的測量樣本的表面的測量橫截面的光學圖像。然而，這里出現(xiàn)這種程度的問題測量探針常常遮蔽視頻圖像的部分區(qū)域，因此，用于測量探針的定位的定向變得很難。此外，在這種方式下估計視頻圖像的邊界也很難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于具有掃描探針顯微鏡的測量系統(tǒng)的更好的方法，以及具有掃描探針顯微鏡的測量系統(tǒng)，有利于測量探針相對于待檢查測量樣本的準確定位。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種操作具有掃描探針顯微鏡的測量系統(tǒng)的方法，其中通過光學記錄裝置記錄待檢查的測量樣本的測量橫截面的光學圖像，根據(jù)先前確定的坐標變換來變換所述光學圖像，所述坐標變換是所述光學圖像的坐標系與被測量探針和測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的指定，在顯示設(shè)備上顯示經(jīng)過變換的光學圖像，檢測所述經(jīng)過變換的光學圖像中位置的 選擇，以及對于掃描探針測量，通過根據(jù)所述坐標變換控制移動設(shè)備，通過所述移動設(shè)備將為所述掃描探針測量而設(shè)置的所述測量探針移動到測量位置，所述移動設(shè)備將所述測量探針與所述測量樣本相對于彼此移動，所述測量位置被包括在所述移動位置中并且根據(jù)所述坐標變換將所述測量位置指定為所述經(jīng)過變換的光學圖像中所選擇的位置。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于測量樣本的掃描探針顯微鏡和光學檢查的測量系統(tǒng)，包括掃描探針顯微鏡，其中形成測量探針，記錄裝置，設(shè)置為在掃描探針測量的框架內(nèi)通過所述測量探針記錄受檢查的測量樣本的測量橫截面的光學圖像，控制設(shè)備，用于根據(jù)先前確定的坐標變換來變換所述光學圖像，所述坐標變換是所述光學圖像的坐標系與被所述測量探針和所述測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的指定，顯示設(shè)備，連接到所述光學記錄裝置以及所述控制設(shè)備，并且設(shè)置為顯示所述經(jīng)過變換的光學圖像，以及移動設(shè)備，設(shè)置為將所述測量探針與所述受檢查的測量樣本相對于彼此移動，其中所述控制設(shè)備進一步連接到所述移動設(shè)備，并針對在所述顯示設(shè)備上顯示的所述經(jīng)過變換的光學圖像中檢測到位置選擇之后為掃描探針測量產(chǎn)生所述移動設(shè)備的控制信號的目的而設(shè)置，通過所述控制設(shè)備，所述測量探針移動到測量位置，根據(jù)坐標變換，所述測量位置被指定為在所述經(jīng)過變換的光學圖像中選擇的位置。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于測量系統(tǒng)的校準的方法，所述測量系統(tǒng)包括掃描探針顯微鏡，所述方法包括以下步驟確定一個或多個光學圖像的坐標系與被測量探針和測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的坐標變換，所述測量探針為掃描探針顯微鏡方法而設(shè)置，其中所述確定的步驟包括比較一方面的一個或多個光學圖像中的一個或多個圖像位置和另一方面的所述測量探針組件與所述測量樣本中的各個測量位置的步驟以及由此得到一般性的變換規(guī)則的步驟。
本發(fā)明包括的概念是，在具有掃描探針顯微鏡，特別是原子力顯微鏡的測量系統(tǒng)的操作過程中，通過光學記錄裝置的支持，例如CCD相機，在顯示設(shè)備上顯示受檢查的測量樣本的測量橫截面的記錄光學圖像。例如通過顯示設(shè)備的鍵盤、鼠標或者軟觸墊，在使用者能夠進行的光學圖像中的位置選擇之后，通過根據(jù)坐標變換控制移動設(shè)備，通過移動設(shè)備將為掃描探針測量而設(shè)置的測量探針移動到測量位置，移動設(shè)備將測量探針與測量樣本相對于彼此移動，測量位置指定給根據(jù)坐標變換在光學圖像中選擇的位置，坐標變換也可以指定為局部指定或局部變換。先前確定的坐標變換形成光學圖像的坐標系與被測量探針和測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的指定，其中移動位置包括測量位置。根據(jù)一方面的一個或多個光學圖像中的一個或多個圖像點和另一方面的測量探針與測量樣本的布置中對應(yīng)的測量位置之間的指定，得到一般性的變換規(guī)則，從而優(yōu)選以實驗的方式確定坐標變換，由此能夠?qū)蓚€坐標系彼此映射在另一個上。在掃描探針顯微鏡檢查過程中，當檢測到光學圖像中一個或多個圖像點的選擇時，為了相應(yīng)地控制移動設(shè)備，對于掃描探針顯微鏡的控制單元來說這是“可行”的。
因此在掃描探針顯微鏡方法的過程中，可以將與受檢查的測量樣本相對的測量探針準確地布置在一個或多個測量位置，就測量位置這部分而言，在每種情況下都對應(yīng)于光學圖像中一個已經(jīng)布置的位置。如果掃描探針顯微鏡的使用者例如需要在測量樣本的在光學圖像上突出作為特征點的區(qū)域進行掃描探針測量，例如因為它與包圍它的光學圖像中的圖像點的高對比率，則只有光學圖像中的這個點要被選擇，然后測量探針通過移動設(shè)備的支持而移動，通過坐標變換的適當考慮，準確地移動到與光學圖像中在測量樣本上選擇的點相應(yīng)的測量點。對于坐標變換，可以采用各種變換方法，這些方法在光學圖像(一方面)與具有測量樣本和測量探針的測量空間(另一方面)之間實現(xiàn)局部指定或位置指定，并且，關(guān)于在此應(yīng)用的數(shù)學工具，在不同的實施例中對于專家來講同樣已知。目前已知的變換方法為例如對于線性情況使用矩陣。對于非線性情況，例如，使用通過多維多項式規(guī)則的變換，例如對于要變換的每個點使用兩維多項式規(guī)則。
優(yōu)選實施例設(shè)想在控制設(shè)備中通過軟件執(zhí)行來實現(xiàn)坐標變換，就控制設(shè)備的部分而言，它與顯示設(shè)備以及移動設(shè)備相互作用。在坐標變換的結(jié)果中，在顯示設(shè)備的光學圖像的顯示(一方面)與測量探針相對于受檢查的測量樣本的定位(另一方面)之間提供校準，對應(yīng)于光學圖像的選擇，校準保證測量探針相對于測量樣本的準確移動?？梢栽O(shè)想在掃描探針顯微鏡檢查的過程中檢查坐標變換，或者，選擇性地更新一次或多次，從而代表一種重校準。
本發(fā)明的優(yōu)選方案設(shè)想通過形成在測量探針上的測量尖端，對測量位置檢測掃描探針測量值，所述測量尖端在移動過程中到達測量位置。
對于本發(fā)明的有目的實施例，可以設(shè)想測量探針至少部分地顯示在顯示設(shè)備上的光學圖像中，本發(fā)明的優(yōu)選實施例設(shè)想在光學圖像中顯示測量橫截面而沒有測量探針。例如通過將測量探針完全移出光學圖像區(qū)域之外來實現(xiàn)這種情況。作為規(guī)則，在這種情況下用于掃描的測量目的的移動機構(gòu)不充分，或者只有測量樣本移動。因此，可以設(shè)想第二移動機構(gòu)用于測量探針的粗移動。另一優(yōu)選實施例設(shè)想測量探針移動到不同的位置，并且在每種情況下記錄測量樣本與測量探針一起的光學圖像。之后，將所有光學圖像提供給中值濾波器，中值濾波器將測量探針從原始圖像中濾除，因為它是每個光學圖像中不同顯示的目標。在各個實施例中中值濾波器機構(gòu)同樣已知。
本發(fā)明的另一方案優(yōu)選地設(shè)想在實況操作模式中，瞬時光學記錄顯示作為光學圖像，例如通過視頻記錄實現(xiàn)這種方案。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中設(shè)想根據(jù)坐標變換，選擇性地以光學圖像與掃描探針測量圖像至少部分疊加表示的形式，在顯示設(shè)備上顯示具有掃描探針測量值的掃描探針測量圖像。
本發(fā)明的另一方案設(shè)想顯示設(shè)備上測量橫截面的光學圖像的表示被重復(fù)更新。
本發(fā)明的另一方案優(yōu)選地設(shè)想通過相互比較一方面的一個或多個光學圖像中的一個或多個圖像點和另一方面的測量探針與測量樣本的布置中相關(guān)的測量位置，從而確定坐標變換，并由此得到一般性的變換規(guī)則。因此，本實施例中，在不必為此目的記錄掃描探針顯微鏡測量值的情況下進行校準。
對于本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可以設(shè)想一個或多個光學圖像被記錄作為從以下圖像類型的群組中 選擇的至少一種成像類型熒光圖像、背光圖像、以及拉曼光譜圖像。優(yōu)選地通過上述的其中一種光學檢查方法來產(chǎn)生光學圖像。也可以設(shè)想使用幾種檢查類型的圖像。
下面更詳細地描述本發(fā)明的其它優(yōu)選實施例，特別是在光學圖像(一方面)與測量探針相對于測量樣本的移動(另一方面)之間的校準的有目的的實施例。
對于SPM測量，通過移動設(shè)備的移動軸對于被測量探針和測量樣本的移動位置覆蓋的空間定義笛卡爾坐標系，利用所述移動設(shè)備測量探針與測量樣本可以相對于彼此移動。在這種情況下，移動設(shè)備也可以并且肯定啟動由它移動的部件的旋轉(zhuǎn)，通過到笛卡爾坐標系的變換，這也可以映射出來。到笛卡爾坐標系的返回動作不是本方法的必須組成部分，但是有助于理解。在很多情況下移動設(shè)備到光軸的對準對于每個測量來說都不同，以致不可能在工廠校準。這個情況類似于笛卡爾坐標系的原點。在大多數(shù)情況下，例如，使用者手動將測量探針置入，并且測量探針與測量樣本之間的相互作用的位置對于每個測量來說都不同。
在移動設(shè)備中測量探針橫向移動的情況下，在移動設(shè)備的坐標系中現(xiàn)在有兩個潛在的或?qū)嶋H的測量位置可以被測量探針所達到。如果可以將對應(yīng)的圖像點指定在光學圖像中的兩個位置，那么這個指定就限定了光學圖像的圖像點與測量探針的測量位置之間的變換規(guī)則，就測量探針的測量位置而言，它們對應(yīng)于移動設(shè)備、工具(meaning)的某些位置，移動設(shè)備的某些設(shè)定或者控制值。這種只利用兩個點的簡單情形當然只適用于僅僅要進行平移或旋轉(zhuǎn)時。在后面的掃描探針顯微鏡檢查過程中，根據(jù)在光學圖像中的選擇，在移動設(shè)備的支持下，使用坐標變換以將測量探針相對于測量樣本而定位。即使在實驗性的掃描探針顯微鏡檢查的持續(xù)時間段中，從兩種檢查方法(即測量樣本的光學檢查和掃描探針顯微鏡檢查)中得到的信息也能夠以這種方式相互比較。對于必須進行復(fù)雜變換的情況，必須相應(yīng)地確定更多的點。
關(guān)于顯示設(shè)備上具體的圖像建立和表達，有各種選擇項可用。為了向掃描探針顯微鏡使用者提供熟悉的視角，設(shè)想以這樣的方式限制光學圖像觀察到的矩形圖像的邊與通過移動設(shè)備的支持進行的橫向運動的兩個移動軸平行。
還可以設(shè)想光學圖像不是顯示為瞬時圖像或者實況圖像，例如如果和當察覺到掃描測量樣本的測量探針很不穩(wěn)定的時候。對于測量樣本上期望的定向，有目的地對變化不是很快的測量樣本進行先前的圖像記錄，也就是測量探針到達測量位置先前的光學圖像記錄。這種考慮也適用于掃描測量樣本的情況。通過先前的圖像記錄，有利的是通過移動設(shè)備將測量探針盡可能遠地移出掃描區(qū)域，以致能夠不受干擾地顯示測量樣本表面盡可能多的細節(jié)。這對于背光應(yīng)用來說相比于根據(jù)熒光方法的測量更加重要。
還可以設(shè)想在顯示設(shè)備上顯示多個圖像，一個圖像在另一個圖像上面，這些圖像是光學圖像和/或SPM圖像，其中可以去除或輸入單個圖像。在這個相關(guān)性中有目的的是相應(yīng)地提供多個圖像給公共坐標系，以致多個圖像的疊加圖像點對應(yīng)于測量樣本上的相同位置。這種情況下如果使用部分透明的圖像顯示是有利的。如果將SPM圖像去除，則可以得到很好的定向性，也就是說，只顯示光學圖像。除了去除一個或多個SPM圖像之外，也可以選擇使用光學顯示信息的顏色代碼。
此外，在顯示設(shè)備上還可以顯示其它信息。例如，這包括已經(jīng)進行掃描探針顯微鏡方法的點，但是也可以包括已經(jīng)進行處理的線。以這種方式示出在顯示設(shè)備上的圖像點可以以通常方式將電子數(shù)據(jù)指定給它們，通過菜單功能能夠訪問其，例如通過點擊顯示圖像點。
可以出現(xiàn)這樣的情況測量探針與測量樣本之間的相互作用的位置不能被確定到足夠準確的程度。也可以是這樣的情況通過用于光學圖像中的位置(一方面)以及測量探針和測量樣本的坐標系中的位置(另一方面)的指定的坐標變換，采用另一位置作為參考點而不是優(yōu)先采用相互作用的位置，也就是說，測量探針上測量尖端區(qū)域中的位置。在這種情況下，坐標變換必須考慮測量尖端的位置與參考點之間的距離。對于確定這個距離有幾種選擇，這個距離可指定給轉(zhuǎn)移矢量。例如，為此可采用其它的實驗性檢查，特別是電子 顯微鏡檢查。也可以使用來自測量探針的數(shù)據(jù)單表的信息。還可以設(shè)想圖像比較。特別是通過具有相似特性特點的多樣性或者周期性重復(fù)圖案的測量樣本，相對于沒有進一步指示的圖像比較，可獲得實質(zhì)上的改善。然而，這種情況下的先決條件是從兩種檢查方法得到的可比較信息。
事實表明，對于不同的檢查環(huán)境，在坐標變換過程中的線性圖像在某些情況下只是部分有效。因此可以設(shè)想，對于除了移位和角度變換之外的坐標變換，附加地考慮其它的改編，例如二階多項式改編。實驗已經(jīng)表明，通過常用的測量設(shè)備，為了保證足夠準確的坐標變換，優(yōu)選地高達25個測量點是可用的。
通過控制設(shè)備可實現(xiàn)確定的坐標變換，以致在顯示的光學圖像中選擇位置以后，測量探針和受檢查的測量樣本通過移動設(shè)備的支持相應(yīng)地被定位。激活移動設(shè)備所必須的控制信號根據(jù)坐標變換的實施啟動控制設(shè)備。此外可以設(shè)想，控制設(shè)備為高級的校準過程而設(shè)置，其中坐標變換被確定。為此，在控制設(shè)備中優(yōu)選實施基于軟件的應(yīng)用，控制設(shè)備用于檢測光學圖像點以及通過移動設(shè)備對測量探針和測量樣本進行相關(guān)定位以及從中選擇性地得出變換規(guī)則的特定目的。在用于進行重校準目的的掃描探針顯微鏡檢查過程中，這種預(yù)校準過程通過測量系統(tǒng)的使用者還可以再次使用。
上述方法特別適用于隨機類型的掃描探針顯微鏡方法。除了原子力顯微鏡方法之夕卜，還可以設(shè)想在其它顯微鏡檢查中的使用，例如掃描光子顯微鏡(SPhM)，其中通過光學鑷子記錄測量樣本的圖像，或者掃描近場光學顯微鏡(SNOM)。如果在光學圖像的例外情況中，只要已知一個點，并且正好在測量樣本的這個點進行掃描探針顯微鏡檢查，該方法就有效。在這種情況下，只在兩個位置之間發(fā)生位置指定，即光學圖像中的圖像點和測量位置之間。


下面參照附圖，基于實施例的實例更詳細地描述本發(fā)明。附圖中示出
圖I是測量布置的橫截面的示意圖；
圖2是三個不同坐標系中等邊三角形的示意圖；
圖3是在探針掃描儀的情況下，校準角度和偏差的示意圖；[0039]圖4是帶有測量尖端以及參考點的懸臂的光學圖像；
圖5是帶有測量尖端以及參考點的的懸臂另一光學圖像；
圖6是包括懸臂的另一光學圖像；
圖7是順序圖；以及
圖8是測量系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
圖I示出具有不同坐標系的測量布置的橫截面的示意圖。坐標系Σι指定給待檢查的測量樣本I。另一坐標系Σ 2指定給測量探針20，測量探針20被夾持在夾持裝置2中，并且為測量樣本I的掃描探針顯微鏡檢查而設(shè)置。根據(jù)觀察的替代模式，也可以將公共坐標系指定給具有測量樣本I和測量探針20的布置。兩個坐標系Σ ρΣ 2的其中一個相對 于觀察者3不移動，這取決于測量探針20和/或測量樣本10在定位期間相對于彼此是否移動的每種情況。在此通過示例和簡化的方式將觀察者3描畫為透鏡30和CCD芯片31，透鏡30和CXD芯片31形成記錄測量樣本I的光學圖像的系統(tǒng)。另一坐標系Σ 3指定給觀察者3。
圖2示出三個不同坐標系中等邊三角形的示意圖。圖2中標記為41的等邊三角形形成假定的檢查目標，在SPM圖像(上部照片)、光學圖像(中間照片)、以及另一光學圖像(下部照片)中示出。
在假定中，等邊三角形41是能夠通過光學檢查以及掃描探針顯微鏡方法來檢查的真實結(jié)構(gòu)，因此能夠產(chǎn)生至少光學圖像和掃描探針顯微鏡方法的測量結(jié)果的圖像(SPM圖像)，圖2中的上部照片示出SPM圖像40，其掃描尺寸用邊界線表示，因為校準移動設(shè)備，所以在邊界線中示出等邊三角形41，測量探針和測量樣本通過校準移動設(shè)備相對于彼此移動。在等邊三角形41的中心有原點42，為了簡化起見，等邊三角形41的中心與SPM圖像40的中心一致。
在圖2的中間照片中示出等邊三角形41的光學圖像43，其中沒有光學圖像誤差。在這種情況下，只是將三角形41轉(zhuǎn)動一個角度45，并且將等邊三角形41的中心點相對于光學圖像43的原點47移動到點46，光學圖像43的原點47也是圖像的中心。
在圖2的下部照片中示出三角形41的另一光學圖像48，其中在該光學記錄中出現(xiàn)光學失真。這里顯然，采用旋轉(zhuǎn)或平移形式的簡單變換不足以在圖2的下部照片中的另一光學圖像的三角形與圖2的上部照片中的SPM圖像40的三角形之間建立一致。
圖3示出通過掃描探針顯微鏡的掃描裝置，校準角度和偏差的示意圖。在掃描探針顯微鏡檢查過程中，通過掃描裝置的幫助，測量探針和測量樣本相對于彼此移動。示出的用作懸臂200的測量探針的光學圖像32通過CXD芯片31記錄下來。懸臂200具有金字塔形的測量尖端210，測量尖端210的尖端形成參考點220。在這種情況下以及在后面的附圖中，為了簡化起見，僅示出懸臂200的前面部分。通過參照矢量51的移動，懸臂200到達不同的位置，這個位置用虛線250、260、270示出。通過光學圖像32上參考點220、270的位置，現(xiàn)在可以進行光學圖像32到參考空間的變換(平移和旋轉(zhuǎn))，參考空間即指定給具有懸臂200和待檢查的測量樣本的布置的坐標系。因此，如果光學圖像32相比于掃描探針顯微鏡測量的期望分辨率顯示沒有更嚴重地失真，那么這是足夠精確的。[0050]圖4示出具有測量尖端210和參考點220的懸臂200的另一光學圖像33，懸臂200現(xiàn)在是靜止的，因為測量樣本10在移動。測量樣本2的可見部分包含區(qū)別點3，通過參照矢量52的移動，區(qū)別點3轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌奈恢?、5。這里示出上述的理想情況，其中區(qū)別點5正好與參考點220 —致，參考點220即負責相互作用的懸臂200的尖端。通過參考點220和區(qū)別點3、5的位置，能夠再次進行另一光學圖像33到參考空間的變換(平移和旋轉(zhuǎn))。
圖5再次示出光學圖像34中的情況，如同圖4，然而區(qū)別點3現(xiàn)在通過到的新位置參照矢量53，移動到懸臂200的角部23，懸臂200的角部23在此充當參考點。如果現(xiàn)在已知矢量54，則結(jié)合圖4所述的坐標變換在這里也是可能的。
圖6示出懸臂200的另一光學圖像35，通過CXD芯片31記錄下來。
參考點220連續(xù)地從一個參考點移動到九個不同的位置，在附圖中用虛線表示這些位置。這些位置是正方形的四個拐角、四個側(cè)部中心點以及一個中心點。這些點是三條距離相同的平行線以及與這三條平行線正交的三條距離相同的平行線的交叉點。在另一光學圖像35中垂直線330現(xiàn)在不再相互平行，并且平行線340也不再平行。因此像預(yù)期的那
樣，測量位置51.....59也不再排列成正方形?，F(xiàn)在點的位置允許另一光學圖像35到參考
空間的變換以及隨后到原子力顯微鏡的坐標系的變換的變換指令的計算。也可以選擇另一種點布置。如果用于光學圖像記錄的光學系統(tǒng)(optics)沒有實質(zhì)改變，那么以前獲得的變換指令一直作為規(guī)則。因此，對測量樣本進行粗調(diào)并對新的光學圖像進行同樣的變換是可能的。對于懸臂200以除了通過本身的參考之外的任何形式被移動的這樣的情況，根據(jù)上述方法，僅須進行簡單的變換。
圖7示出闡明該方法的順序圖。
首先，根據(jù)部分步驟60進行檢查，確認在光學圖像中測量探針20是否可見。如果光學圖像中測量探針20可見，則進行部分步驟61的檢查，以確認在掃描探針顯微鏡檢查中這是對于測量探針20的所有計劃的測量位置的情形。如果這個條件也滿足，那么就可以直接開始實際的掃描探針顯微鏡測量。
如果已經(jīng)提及的兩個條件的其中一個沒有實現(xiàn)，那么就在粗略移動的支持下，根據(jù)部分步驟80進行測量探針20的相對移動，并重新進行部分步驟61。在此以簡化的方式假定，對于這樣的直到在顯示的光學圖像中測量探針20是可見的時間段進行第一移動，從而不必返回部分步驟60。
大體上優(yōu)選以這樣的方式執(zhí)行移動設(shè)備一方面，通過精細移動機構(gòu)，例如利用壓電元件，可以在掃描探針顯微鏡檢查過程中進行準確和高分辨率的掃描移動。在這種情況下采用的精細移動機構(gòu)的定位準確度一般在次微米范圍內(nèi)，優(yōu)選在納米范圍內(nèi)。另一方面，通過粗略移動機構(gòu)可以將測量探針和測量樣本容器粗略地相互移動，例如用于將測量探針移動到預(yù)校準所采用的光學圖像之外。
現(xiàn)在，根據(jù)為了校準目的的部分步驟81，記錄并存儲光學圖像，優(yōu)選以電子數(shù)字數(shù)據(jù)的形式。在部分步驟62進行檢查以確認是否有足量的光學圖像可用于要通過坐標變換來進行的校準。例如，如果測量探針到達預(yù)定數(shù)量的測量位置并且相關(guān)的光學圖像被記錄下來，那么光學圖像的數(shù)量是充足的。如果情況不是這樣，那么根據(jù)部分步驟82，移動測量探針20，并且在部分步驟81重新記錄光學圖像。
在優(yōu)選實施例中，如果部分步驟62的檢查導(dǎo)致肯定的結(jié)果，那么通過對于每個測量探針位置的適當算法，根據(jù)部分步驟83確定光學圖像中的對應(yīng)圖像點，其中，所述圖像點與在測量探針形成的測量尖端一致。這可以通過同樣已知的圖像處理方法來進行。替代性地，使用者可以在測量探針20上選擇至少一個位置。也可以設(shè)想使用部分步驟83中進行的算法并結(jié)合部分步驟62，用于自動或部分自動檢查。
如果現(xiàn)在掃描已經(jīng)準確地知道其相對距離的光學圖像中的圖像點，那么根據(jù)部分步驟84，由此能夠獲得坐標變換規(guī)則，部分步驟84將光學圖像映射到測量探針20的移位運動上。在光學圖像的專門用途中，在進行掃描探針顯微鏡檢查先前，在預(yù)校準中相繼確定坐標變換。
對于能夠?qū)y量探針20的測量尖端充分地、準確地定位的情況，可以相等地選擇兩個坐標系的原點，也就是光學圖像的坐標系和用于與測量樣本相對的測量探針的移動位置的坐標系。
通過用這種方式獲得的坐標變換，在顯示設(shè)備的窗口中能夠顯示根據(jù)部分步驟85的光學圖像，還能夠在這個窗口中選擇隨后要記錄掃描探針顯微鏡測量結(jié)果的區(qū)域。對于力-距離-光譜學，還可以設(shè)想在光學圖像中僅選擇一個圖像點。然后在顯示設(shè)備的窗口中還可以顯示掃描探針顯微鏡檢查的測量結(jié)果。就此而言可以設(shè)想對不同的圖像指定不同的顏色。此外，可以采用至少部分透明的圖像。
如果測量探針20的光學圖像被記錄，并且如果光學圖像以及掃描探針顯微鏡圖像中參考細節(jié)都可識別，那么可以進行部分步驟63中的檢查，以確認先前確定的坐標變換是否充分。如果情況不是這樣，則根據(jù)部分步驟86進行非重復(fù)的很小的校正。如果不必校正，則過程繼續(xù)部分步驟85，直到測量樣本進入部分步驟87。在這種情況下根據(jù)部分步驟64進行檢查，以確認測量樣本的移動(意味著坐標系Σ I的移動)是否導(dǎo)致用于記錄光學圖像的光學系統(tǒng)的變化。如果情況是這樣，則再次進行校準，其中根據(jù)部分步驟81記錄光學圖像。如果部分步驟64中的檢查是否定的(例如對于防護玻璃罩或者圖像記錄光學系統(tǒng)中的其它常用組件群來說情況是這樣的)，則在部分步驟85中可以用新的光學圖像代替舊的光學圖像。在這種情況下，可以設(shè)想在背景中顯示實況圖像。
圖8示出具有掃描探針顯微鏡90和記錄裝置91的測量系統(tǒng)的示意圖，記錄裝置91設(shè)置用于記錄要通過掃描探針顯微鏡90來檢查的測量樣本的橫截面的光學圖像。這個記錄裝置91例如可以是帶有CXD相機的顯微鏡。顯示設(shè)備92連接到記錄裝置91，例如結(jié)合計算機的屏幕或監(jiān)視器，設(shè)置以顯示通過記錄裝置91記錄的光學圖像。此外，設(shè)立顯示設(shè)備92是為了顯示掃描探針顯微鏡檢查的測量結(jié)果，優(yōu)選以疊加表示的形式，也就是例如同一坐標系中的光學圖像和掃描探針顯微鏡的圖像。顯示設(shè)備92連接控制設(shè)備93，以致在輸入設(shè)備94的支持下，使用者能夠在顯示的光學圖像中檢測進行的位置選擇，其中輸入設(shè)備94可以選擇性地集成在掃描探針顯微鏡90或者記錄裝置91中?？刂圃O(shè)備93例如通過計算機程序形成。輸入設(shè)備有目的地為計算機鼠標或鍵盤。在掃描探針顯微鏡檢查過程中，控制設(shè)備93隨后產(chǎn)生電控制信號，電控制信號被傳輸?shù)綊呙杼结橈@微鏡90的移動設(shè)備，以對應(yīng)地定位測量樣本和測量探針。
對于本發(fā)明在其不同實施例中的實現(xiàn)，在說明書、權(quán)利要求
書以及附圖中公開的本發(fā)明的特點不管是單獨的還是任意組合的都很重要。
權(quán)利要求
1.一種操作具有掃描探針顯微鏡的測量系統(tǒng)的方法，其中 -通過光學記錄裝置記錄待檢查的測量樣本的測量橫截面的光學圖像， -根據(jù)先前確定的坐標變換來變換所述光學圖像，所述坐標變換是所述光學圖像的坐標系與被測量探針和測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的指定， -在顯示設(shè)備上顯示經(jīng)過變換的光學圖像， -檢測所述經(jīng)過變換的光學圖像中位置的選擇，以及 -對于掃描探針測量，通過根據(jù)所述坐標變換控制移動設(shè)備，通過所述移動設(shè)備將為所述掃描探針測量而設(shè)置的所述測量探針移動到測量位置，所述移動設(shè)備將所述測量探針與所述測量樣本相對于彼此移動，所述測量位置被包括在所述移動位置中并且根據(jù)所述坐標變換將所述測量位置指定為所述經(jīng)過變換的光學圖像中所選擇的位置。
2.如權(quán)利要求
I所述的方法，其特征在于，在移動到所述測量位置的過程中，通過形成在進入所述測量位置的所述測量探針上的測量尖端，對于所述測量位置檢測掃描探針測量值。
3.如權(quán)利要求
I或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述坐標變換，選擇性地以經(jīng)過變換的光學圖像與掃描探針測量圖像的至少部分疊加表示的形式，在所述顯示設(shè)備上顯示具有掃描探針測量值的至少一個掃描探針測量圖像。
4.如權(quán)利要求
I或2所述的方法，其特征在于，所述顯示設(shè)備上所述測量橫截面的所述經(jīng)過變換的光學圖像的表示被重復(fù)更新。
5.如權(quán)利要求
I或2所述的方法，其特征在于，通過相互比較一方面的一個或多個光學圖像中的一個或多個先前記錄的圖像點和另一方面的測量探針與測量樣本的布置中對應(yīng)的測量位置，從而確定所述坐標變換，由此得到用于所述坐標變換的一般性的變換規(guī)則。
6.如權(quán)利要求
5所述的方法，其特征在于，一個或多個先前記錄的光學圖像和所述經(jīng)過變換的光學圖像被記錄作為從以下圖像類型的群組中選擇的至少一種成像類型熒光圖像、背光圖像、以及拉曼光譜圖像。
7.如權(quán)利要求
I所述的方法，其特征在于，所述掃描探針顯微鏡是原子力顯微鏡。
8.一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)用于測量樣本的掃描探針顯微鏡檢查和光學檢查，該測量系統(tǒng)包括 -掃描探針顯微鏡，其中形成測量探針， -記錄裝置，設(shè)置為在掃描探針測量的框架內(nèi)通過所述測量探針記錄受檢查的測量樣本的測量橫截面的光學圖像， -控制設(shè)備，用于根據(jù)先前確定的坐標變換來變換所述光學圖像，所述坐標變換是所述光學圖像的坐標系與被所述測量探針和所述測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的指定， -顯示設(shè)備，連接到所述光學記錄裝置以及所述控制設(shè)備，并且設(shè)置為顯示所述經(jīng)過變換的光學圖像，以及 -移動設(shè)備，設(shè)置為將所述測量探針與所述受檢查的測量樣本相對于彼此移動， 其中所述控制設(shè)備進一步連接到所述移動設(shè)備，并針對在所述顯示設(shè)備上顯示的所述經(jīng)過變換的光學圖像中檢測到位置選擇之后為掃描探針測量產(chǎn)生所述移動設(shè)備的控制信號的目的而設(shè)置，通過所述控制設(shè)備，所述測量探針移動到測量位置，根據(jù)坐標變換，所述測量位置被指定為在所述經(jīng)過變換的光學圖像中選擇的位置。
9.如權(quán)利要求
8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描探針顯微鏡是原子力顯微鏡、掃描近場顯微鏡或者掃描光子顯微鏡。
10.如權(quán)利要求
8或9所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述控制設(shè)備針對在預(yù)校準過程中檢測所述光學圖像的坐標系與被所述測量探針和所述測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的指定的目的而設(shè)置。
11.如權(quán)利要求
8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描探針顯微鏡是掃描力顯微鏡。
專利摘要
本發(fā)明涉及操作包含掃描探針顯微鏡特別是原子力顯微鏡的測量系統(tǒng)的方法，還涉及利用掃描探針顯微鏡檢查測量樣本和在光學上檢查所述樣本的測量系統(tǒng)。在所述方法中，在顯示設(shè)備上顯示待檢查的測量樣本的測量橫截面的光學圖像，通過光學記錄裝置來記錄所述圖像，所述光學圖像的位置選擇被檢測，并且對于掃描探針測量，利用移動設(shè)備來移動為掃描探針測量而設(shè)置的測量探針到測量位置，移動設(shè)備將測量探針和測量樣本相對于彼此移動，由于根據(jù)坐標變換來控制移動設(shè)備，測量位置根據(jù)坐標變換被指定到光學圖像中選擇的位置，其中，利用坐標變換形成光學圖像的坐標系與被測量探針和測量樣本的移動位置覆蓋的空間的坐標系之間的先前確定的指定，其中移動位置包括測量位置。
文檔編號G01Q30/06GKCN101395676 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200680053581
公開日2012年11月21日 申請日期2006年12月21日
發(fā)明者托爾斯滕·揚克, 米夏埃爾·哈格蒂 申請人:Jpk器具股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),