本申請要求美國臨時申請?zhí)枮?1/943,802，申請日為2014年2月24日的美國申請的權(quán)益，該美國申請通過引用在此并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及掃描探針顯微鏡(SPM)并且，更具體地，涉及控制自動掃描探針顯微鏡的探針定位致動器以迅速將SPM探針重新定位到關(guān)注特征上。

背景技術(shù)：

掃描探針顯微鏡(SPM)(比如原子力顯微鏡(AFM))是通常使用尖銳尖端來以直至納米級尺寸表征樣本的表面的儀器。用于本發(fā)明目的的術(shù)語納米級指的是小于1微米的尺寸。SPM監(jiān)測樣本和探針尖端之間的交互。通過提供在尖端和樣本之間的相對掃描運動，表面特征數(shù)據(jù)可以在樣本上的特定位置上獲取，并且相應(yīng)的位置地圖可以生成。由于它們的分辨率和多功能性，SPM在從半導(dǎo)體制造到生物研究的許多不同領(lǐng)域中是重要測量裝置。在其他應(yīng)用中，SPM系統(tǒng)可以用于測量樣本的納米機械性質(zhì)。

典型的SPM的探針包括非常小的懸臂，該懸臂在其底部固定到支撐件并且具有從相對自由端延伸的尖銳探針尖端。探針尖端被使得非?？拷蚪佑|待檢查的樣本的表面，并且響應(yīng)于探針尖端與樣本的交互的懸臂的偏轉(zhuǎn)使用非常靈敏的偏轉(zhuǎn)檢測器(例如在漢斯馬等人美國專利號為RE 34,489的美國專利中所描述的光學(xué)杠桿系統(tǒng))或一些其它偏轉(zhuǎn)檢測器(比如應(yīng)變計、電容傳感器等)來測量。使用作用在樣本支撐件、探針或兩者的組合上的高分辨率三軸掃描儀在表面上掃描探針。因此，儀器能夠產(chǎn)生探針和樣本之間的相對運動，同時測量樣本的形貌或其他表面性質(zhì)或納米機械性質(zhì)。

不同的SPM探針尖端形狀用于各種應(yīng)用。通常用于測量某些納米級特征的高度、用于測試材料性質(zhì)(例如彈性模量)或用于操縱非常小的對象的一種類型的尖端形狀是具有相對簡單輪廓的尖形狀(例如拋物線的)。為了成像或測量表面特征(比如豎直側(cè)壁和底切區(qū)域)并且進(jìn)行臨界尺寸(CD)測量，SPM利用更復(fù)雜的探針尖端形狀，比如靴形或倒置蘑菇形探針尖端，其中一些可以具有沿著掃描方向的一個或多個突起。

SPM可以被配置為以多種模式操作，包括用于測量、成像或以其他方式檢查表面的模式和用于測量樣本的納米機械性質(zhì)的模式。在接觸模式操作中，顯微鏡通常使尖端掃描通過整個樣本表面同時保持恒定的探針-樣本交互力。在振蕩操作模式(有時被稱為輕敲模式)中，SPM的尖端被振蕩，同時在探針的懸臂的諧振頻率或靠近探針的懸臂的諧振頻率下與樣本交互。該振蕩的振幅或相位角受探針-樣本交互的影響，并且振蕩的變化被感測。

當(dāng)探針在樣本的表面上掃描時，探針定位控制系統(tǒng)監(jiān)測探針與樣本表面的交互，例如懸臂的偏轉(zhuǎn)(在接觸模式的情況下)或者振蕩振幅或相位角的變化(在振蕩模式的情況下)?？刂葡到y(tǒng)調(diào)整相對于樣本的探針的位置(或在振蕩模式的情況下的平均位置)，以保持恒定的探針-樣本交互。位置調(diào)整因此追蹤樣本的形貌。以這種方式，與位置調(diào)整相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可以被存儲，并且被處理為表征樣本的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以用來構(gòu)建檢查樣本的表面的圖像，或者對選擇的表面特征(例如，特征的高度)進(jìn)行某些測量。

探針位置調(diào)整受通過驅(qū)動電路驅(qū)動的懸臂定位致動器的影響。用于懸臂致動器的各種技術(shù)是已知的，包括壓電和磁換能器。驅(qū)動電路產(chǎn)生探針定位信號，并且放大探針定位信號以產(chǎn)生施加于致動器的驅(qū)動信號。驅(qū)動信號連續(xù)地重新定位探針與樣本的間隔距離以追蹤樣本表面的任意形貌。因此，驅(qū)動信號具有從零赫茲到與SPM的最大操作頻帶寬度相關(guān)聯(lián)的頻率的頻帶寬度，該頻帶寬度對應(yīng)于最大速度，在最大速度下探針可以追蹤樣本表面的形貌。

樣本的檢查，具體地，晶片樣本的檢查需要將探針定位在樣本上的精確位置，以使晶片的某些部分可以被掃描并且晶片上的關(guān)注特征的形貌圖像可以獲取。為此，晶片配準(zhǔn)點(registration point)被識別并且x-y坐標(biāo)系或?qū)Ш阶鴺?biāo)系被內(nèi)置到將探針相對于這些配準(zhǔn)點定位的SPM。

用于當(dāng)今的先進(jìn)集成電路的半導(dǎo)體制造工業(yè)中的石英厚度的缺陷監(jiān)測和檢查被進(jìn)行，以確保晶片印刷的保真度。重要的是，石英厚度差在掩模生產(chǎn)中被嚴(yán)格控制。因此，SPM具有從埃到微米的范圍內(nèi)的亞納米厚度計量精度，并且用于在豎直或厚度/高度方向上的計量，用于線或溝槽寬度、側(cè)壁角度、線邊緣粗糙度(LER)、線寬度變化(LWV)和側(cè)壁粗糙度(SWR)的計量。此外，SPM提供用于缺陷檢查的關(guān)鍵的三維形貌信息。因此，SPM允許缺陷的更精確的分類并且因此允許用于消除缺陷的更快的解決方案的時間。

對于計量和缺陷檢查，圖像部署精度是總測量不確定性的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的自動SPM系統(tǒng)采用光學(xué)顯微鏡和視頻成像系統(tǒng)來掃描且捕獲相對于晶片上的獨特位置的晶片特征信息。該特征信息用來限定基于晶片的坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系然后與SPM系統(tǒng)坐標(biāo)系相關(guān)，用于導(dǎo)航到使用SPM探針尖端后續(xù)成像和檢查的關(guān)注特征。

使用各種配準(zhǔn)校準(zhǔn)方案；其中晶片上的單個點或多個點被掃描且被捕獲以限定晶片坐標(biāo)系的原點和縱軸，以及晶片從載入到臺上的旋轉(zhuǎn)和剩余的正交性以及存在的尺度誤差。造成導(dǎo)航不準(zhǔn)確性是由掃描用作晶片配準(zhǔn)位置中的原點和偏斜消除點(deskew point)的限定中的基線標(biāo)記的特征而造成的不確定性。例如，與原點位置的限定相關(guān)聯(lián)導(dǎo)致的誤差可以導(dǎo)致定位晶片上其它特征的系統(tǒng)偏差至少等于原點限定中的誤差項。

兩個主要的位置不確定性的來源存在于采用用于導(dǎo)航的光學(xué)顯微鏡的所有SPM系統(tǒng)的晶片配準(zhǔn)中。第一來源是視頻捕獲系統(tǒng)的最小像素分辨率。即使當(dāng)使用像素間插值時，由于晶片特征位置的視頻捕獲系統(tǒng)限定的不準(zhǔn)確性，不可忽略的位置精度誤差也可以導(dǎo)致關(guān)注特征的將來不可接受的導(dǎo)航不準(zhǔn)確性。第二來源是探針尖端和視頻視場的中心之間的物理偏移的結(jié)果。這種物理偏移必須在使探針尖端與先前在視頻捕獲系統(tǒng)中限定/成像的樣本表面的關(guān)注區(qū)域接觸的任何導(dǎo)航移動中被校準(zhǔn)和校正。盡管存在用來校準(zhǔn)和校正這些偏移的眾所周知的方法，但是仍然存在來自這種偏移校準(zhǔn)的不可忽略的誤差，偏移校準(zhǔn)可以容易地超過許多應(yīng)用的所需導(dǎo)航精度要求。此外，由于獲取可接受的導(dǎo)航精度和探針尖端的機械退化的增加的復(fù)雜性，常規(guī)的基于視頻的晶片配準(zhǔn)系統(tǒng)具有過多掃描時間的額外問題。

在工業(yè)中需要的是一種否定關(guān)注特征的導(dǎo)航不準(zhǔn)確性同時改進(jìn)掃描探針顯微鏡中掃描時間和限制探針退化的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例滿足用于改進(jìn)的SPM探針尖端部署精度和測量自動化通量的產(chǎn)業(yè)需要，同時有利地降低定義坐標(biāo)配準(zhǔn)位置中的不確定性的影響。本發(fā)明的一個實施例提供用于表征樣本的目標(biāo)區(qū)域的掃描探針顯微鏡(SPM)系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，SPM系統(tǒng)具有包括尖端的探針，該尖端具有適于與樣本的納米級特征交互的頂部，其中樣本的頂部和特定納米級特征的相對位置在視覺上不可見。SPM系統(tǒng)進(jìn)一步包括樣本數(shù)據(jù)模塊、探針定位系統(tǒng)、SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊(coordinate registration module)和SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊。

樣本數(shù)據(jù)模塊根據(jù)樣本特定坐標(biāo)系來保持樣本的遠(yuǎn)距離區(qū)域中的多個關(guān)注特征中的每個的位置信息并且也保持多個關(guān)注特征中的每個的特征識別信息。在一個實施例中，特征識別信息包括相應(yīng)的關(guān)注特征的結(jié)構(gòu)特性。

探針定位系統(tǒng)包括致動器和致動器控制電路，該致動器控制電路被配置為根據(jù)SPM坐標(biāo)系來用亞微米分辨率調(diào)整探針和樣本之間的相對定位。在一些實施例中，相對定位的調(diào)整包括探針和樣本之間的相對定位的往返運動(shuttling)以將探針全局地重新定位到樣本的遠(yuǎn)距離區(qū)域中的特定位置，以及在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)掃描以使探針尖端和樣本的納米級特征交互以產(chǎn)生該目標(biāo)區(qū)域的三維圖像。

SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊管理樣本特定坐標(biāo)系和SPM坐標(biāo)系之間的動態(tài)關(guān)系。在一些實施例中，SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊基于多個關(guān)注特征中的至少一個的掃描和特征識別信息來確定樣本特定坐標(biāo)系和SPM坐標(biāo)系之間的一組對準(zhǔn)誤差，以及將校正應(yīng)用于SPM坐標(biāo)系以偏移所確定的對準(zhǔn)誤差。

掃描區(qū)域選擇控制模塊可操作地連接到探針定位系統(tǒng)和SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊。在一個實施例中，掃描區(qū)域選擇控制模塊使探針定位系統(tǒng)將探針和樣本之間的相對定位從樣本上的初始位置往返運動到對應(yīng)于樣本的亞微米遠(yuǎn)距離區(qū)域的樣本上的后續(xù)位置，在該區(qū)域中多個特征中的后續(xù)的一個被定位。在一個實施例中，掃描區(qū)域選擇控制模塊執(zhí)行對多個特征中的后續(xù)的一個的掃描，并且使SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊更新該組對準(zhǔn)誤差并將更新的校正應(yīng)用于SPM坐標(biāo)系。

在一個實施例中，關(guān)注特征中的至少一個包括基準(zhǔn)標(biāo)記(fiducial marker)。例如，在一些實施例中，初始位置可以是基準(zhǔn)標(biāo)記。在一個實施例中，關(guān)注特征中的至少一個可以位于遠(yuǎn)離另一個關(guān)注特征所在的區(qū)域的區(qū)域中。例如，后續(xù)的關(guān)注特征的位置可以遠(yuǎn)離初始的關(guān)注特征的位置。在一個實施例中，樣本上各個關(guān)注特征所在的初始和后續(xù)區(qū)域相距至少1厘米。在另一個實施例中，初始和后續(xù)區(qū)域相距至少1000微米。在另一個實施例中，初始和后續(xù)區(qū)域相距至少100微米。在一個實施例中，掃描檢查被暫停，同時使探針和樣本之間的相對定位從初始位置往返運動到后續(xù)位置。

在一個實施例中，探針是能夠在線寬范圍和底切(undercut)特征的范圍內(nèi)進(jìn)行高度線性測量的臨界尺寸(CD)探針(critical dimension probe)。在一個實施例中，探針形成為靴形CD原子力顯微鏡(AFM)探針。

在一個實施例中，掃描探針顯微鏡系統(tǒng)進(jìn)一步包括被配置為建立探針相對于樣本的至少初步定位的路線定位系統(tǒng)(course positioning system)。在一個實施例中，當(dāng)使探針和樣本之間的相對定位從樣本上的初始位置往返運動到樣本上的后續(xù)位置時，使用路線定位系統(tǒng)。在一個實施例中，路線定位系統(tǒng)缺乏對應(yīng)于在掃描檢查期間探針相對于樣本的標(biāo)準(zhǔn)運動范圍或振幅的亞微米分辨率。例如，在一個實施例中，路線定位系統(tǒng)的分辨率大于1微米。在一個實施例中，路線定位系統(tǒng)也可以需要更大的視場以確定所需位置。例如，在一個實施例中，視場大于100微米。

在一個實施例中，路線定位系統(tǒng)有時可以結(jié)合基于光學(xué)的定位系統(tǒng)來操作。在一個實施例中，初步或初始位置根據(jù)基于光學(xué)的定位系統(tǒng)來確定。在一個實施例中，基于光學(xué)的定位系統(tǒng)掃描樣本上直徑大于1微米的區(qū)域。在一個實施例中，基于光學(xué)的定位系統(tǒng)受其固有成像分辨率的限制，因為探針頂部和樣本的特定納米尺度特征的相對位置在視覺上不可見。

在一些實施例中，為了提供在調(diào)整探針和樣本之間的相對定位的更高的精確度，路線定位系統(tǒng)和亞微米分辨率能力的探針定位系統(tǒng)一起操作以能夠更精確定位。在一個實施例中，SPM系統(tǒng)可以利用基于光學(xué)的定位系統(tǒng)和用于探針和樣本之間的更精確定位或調(diào)整的SPM坐標(biāo)系以優(yōu)化探針-樣本交互。在一個實施例中，SPM系統(tǒng)變得更精確，因為它越來越依賴于SPM坐標(biāo)系。具體地，與純基于光學(xué)的定位系統(tǒng)的成像分辨率限制相反，與SPM坐標(biāo)系的交互允許亞納米分辨率。在一個實施例中，SPM坐標(biāo)系數(shù)據(jù)的至少一部分被存儲為計算機輔助設(shè)計(CAD)數(shù)據(jù)。在一個實施例中，多個更新的校正應(yīng)用于SPM坐標(biāo)系以偏移所確定的對準(zhǔn)誤差，從而進(jìn)一步增加在操作期間探針相對于樣本的定位的精確度。因此，本發(fā)明的實施例提供一種SPM系統(tǒng)和方法，由此顯著降低尋找要掃描的特定關(guān)注特征所花費的時間量。

以上概述不旨在描述本發(fā)明的每個所示的實施例或每個實施方式。下面的附圖和具體實施方式更具體地例示了這些實施例。

附圖說明

結(jié)合附圖，考慮以下本發(fā)明各種實施例的具體實施方式，本發(fā)明可以更完整地被理解，其中：

圖1是描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的SPM系統(tǒng)的頂層功能圖；

圖2是描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的表征樣本的坐標(biāo)系、探針的相對運動和基于光學(xué)的定位系統(tǒng)的部分的相對運動之間的關(guān)系的圖；

圖3是描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有由樣本特定坐標(biāo)系表征的特定位置的樣本的俯視圖；

圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊的架構(gòu)；

圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的程序模塊的架構(gòu)；

圖6A是描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的樣本的掃描的過程流程圖；

圖6B是描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的運用同時使用SPM坐標(biāo)系的樣本的掃描的過程流程圖；

圖7描述了SPM系統(tǒng)的操作工況，其中沿著時間線繪制了各種操作。

盡管本發(fā)明的實施例適于各種修改和替代形式，但是其細(xì)節(jié)通過附圖中的示例示出并且將被詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，意圖不是將本公開限制為所描述的具體實施例。相反地，意圖是覆蓋落在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代物。

具體實施方式

參照圖1，描述了示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的掃描探針顯微鏡(SPM)系統(tǒng)100的一部分的頂層圖。系統(tǒng)100包括保持探針104的懸臂102。探針104用來檢查樣本106。例如，各種類型的樣本106可以包括冶金樣本、半導(dǎo)體裝置、存儲裝置(比如磁盤驅(qū)動器盤)、聚合物樣本、生物結(jié)構(gòu)、微機電系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)、納米結(jié)構(gòu)等等。樣本106通常包括具有待檢查的一個或多個關(guān)注特征的有限連續(xù)表面108。表面108可以是適于通過掃描探針顯微鏡檢查的任何合適的表面。

目標(biāo)區(qū)域(即，指定用于掃描的區(qū)域)的尺寸通常由所需測量分辨率、掃描或測量速度和SPM儀器的可用范圍以及時間限制來控制。然而樣本106可以具有數(shù)百平方厘米量級的目標(biāo)區(qū)域，目標(biāo)區(qū)域通常在微米或甚至亞微米的量級。給定樣本106通常在一個或多個關(guān)注特征所在的多個特定位置檢查。例如，在半導(dǎo)體晶片中，十個或更多個不同的關(guān)注特征可以在晶片上的特定位置被選擇，作為表示整個晶片的統(tǒng)計樣本集。在每個特定位置，SPM通常根據(jù)已知技術(shù)以光柵線(raster line)方式進(jìn)行某些測量或掃描樣本106的表面108(從而進(jìn)行一系列測量)。在一些實施例中，多個臨界尺寸(CD)測量被獲取用于關(guān)注特征，比如在多個位置的線或溝槽的寬度。

在一個實施例中，探針104包括尖端110，尖端110具有設(shè)計為適于與表面108的形貌交互的頂部。在一些實施例中，探針104可以使用國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)可追溯標(biāo)準(zhǔn)(traceable standards)來校準(zhǔn)以確保測量精度。在一個實施例中，探針是通過使用靴形CD原子力顯微鏡(AFM)探針實現(xiàn)精確測量三維(3D)特征的臨界尺寸(CD)探針。術(shù)語形貌在本文中被限定為樣本106的區(qū)域或樣本106的一部分的天然和人造物理特征的設(shè)置的三維輪廓的表示，包括但不限于在樣本106的亞微米遠(yuǎn)距離目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的表面108的納米級特征。樣本106的自然和人工物理形貌特征可以例如包括線、槽、壁、角、腔、突起等等。在一個實施例中，探針104的使用精確地提供在線寬范圍內(nèi)的高度線性測量，并且不受特征類型、密度或材料類型的影響。在一些實施例中，使用探針104的掃描能夠測量底切特征。

樣本106的掃描檢查通過經(jīng)由移動懸臂102、樣本106或懸臂102和樣本106兩者來相對于表面108安置或定位探針104而實現(xiàn)，以便在樣本106和探針104之間建立可檢測的交互。探針104在樣本106上或跨越樣本106掃描，而探針尖端110的頂部112與樣本的納米級特征交互。在一個實施例中，頂部112和樣本的納米級特征的相對位置在視覺上不可見。

在一個實施例中，SPM系統(tǒng)100可以包括探針定位系統(tǒng)，其中致動器114相對于表面108通過由懸臂102移動探針104來調(diào)整探針-樣本交互。在相關(guān)的實施例中，致動器114可以相對于懸臂102移動樣本106，或者致動器114可以移動樣本106和懸臂102。在一個實施例中，致動器114可以是壓電疊堆。在其它實施例中，致動器114可以采用任何數(shù)量的替代致動技術(shù)，包括但不限于其它壓電裝置，由電致伸縮、磁致伸縮、靜電、感應(yīng)和/或音圈驅(qū)動機構(gòu)形成的致動器和響應(yīng)于輸入信號而產(chǎn)生運動的其它致動器。此外，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到的是，SPM系統(tǒng)100可以被構(gòu)造以使包括探針104和樣本106之間的連接的機械結(jié)構(gòu)減少或避免阻尼、共振或以其他方式與探針104和樣本106之間的相對運動交互。例如，在一個實施例中，致動器114可以固定地連接到底盤，其中樣本106也固定地連接到底盤。

在一個實施例中，懸臂102可以大體上正交于表面108或與表面108成斜角地延伸。懸臂102也可以包括沿著一個或多個運動的平面的平移或旋轉(zhuǎn)運動分量。在樣本106的掃描檢查期間，懸臂102可以進(jìn)行頻繁調(diào)整以保持適當(dāng)?shù)奶结?樣本交互。為了簡單起見，主軸——沿著主軸懸臂102調(diào)整探針104以保持與樣本106的形貌的交互——將被稱為z軸。

可以提供附加機械系統(tǒng)116以使探針104和樣本106相對于彼此沿著其它軸線移動，以使探針104可以大體上平行于表面108移動，沿著樣本106的表面108追蹤，或者從樣本106上的初始位置重新定位到對應(yīng)于與樣本106上初始位置所處的目標(biāo)區(qū)域遠(yuǎn)離的目標(biāo)區(qū)域的后續(xù)位置。為了簡單起見，該運動將被稱為在x-y方向上或沿著x或y軸的運動。在一個實施例中，機械系統(tǒng)116可以促進(jìn)這種運動。機械系統(tǒng)116可以包括用于移動懸臂102、樣本106或兩者的致動器。在一個實施例中，用于沿x軸和y軸定位探針104的致動器是壓電疊堆或上述其它技術(shù)之一。

當(dāng)探針104在樣本108上掃描時，致動器114調(diào)整懸臂102或樣本106的相對定位以產(chǎn)生保持探針-樣本交互，這導(dǎo)致探針104追蹤表面108的形貌。在一個實施例中，除了沿著x-y平面的運動之外，機械系統(tǒng)116可以促進(jìn)懸臂102的振蕩運動。在振蕩模式系統(tǒng)中，探針-樣本交互可以在振蕩周期內(nèi)進(jìn)行平均，以產(chǎn)生表示當(dāng)探針104在表面108上掃描時要保持的探針-樣本交互的水平的相應(yīng)標(biāo)量。

機械系統(tǒng)116可以進(jìn)一步包括用于沿著z軸粗調(diào)的路線定位系統(tǒng)，該粗調(diào)用于接合和分離探針104和表面108之間的交互。在一些實施例中，粗調(diào)可以提供比在掃描檢查期間對應(yīng)于懸臂102、探針104或樣本106的運動或振幅的標(biāo)準(zhǔn)范圍的微動或調(diào)整更大的振幅或位移率。在一些應(yīng)用中，比如表面108的形貌在致動器114或機械系統(tǒng)116的標(biāo)準(zhǔn)范圍之外產(chǎn)生巨大變化的情況下，可以使用路線定位系統(tǒng)來重新定位懸臂102或樣本106，用于優(yōu)化探針-樣本交互。在一些實施例中，粗調(diào)可以在其沿著z軸的分辨率上受限制，并且因此對于掃描來說可能不如微調(diào)一樣有用。

在一個實施例中，路線定位系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括沿著x和y軸的粗調(diào)，該粗調(diào)用于相對于樣本106更快速地定位探針104。在一些實施例中，沿著x軸和y軸的粗調(diào)可以提供比對應(yīng)于x軸和y軸掃描期間的標(biāo)準(zhǔn)運動范圍的微調(diào)更大的位移率。當(dāng)建立探針104相對于樣本106的初始位置時，可以使用沿著任何軸的路線調(diào)整。當(dāng)在探針104和樣本106之間的相對位置往返運動以將探針104全局地重新定位到樣本106的遠(yuǎn)距離區(qū)域中的特定位置時，也可以使用路線調(diào)整。與微調(diào)相比，使用路線調(diào)整相對于樣本106的探針104的定位更快，但是更不精確。例如，在一個實施例中，當(dāng)使用路線調(diào)整時，與探針104相對于樣本106的預(yù)期定位相比，探針104相對于樣本106的實際定位可以變化超過1微米。除了路線調(diào)整分辨率大于1微米之外，路線調(diào)整也可以需要更大的視場以確定所需位置。在一個實施例中，視場可以大于100微米。

在一個實施例中，探針定位系統(tǒng)被配置為調(diào)整探針104和樣本106之間的相對定位以優(yōu)化探針-樣本交互。探針定位系統(tǒng)可以包括致動器114，并且也可以包括機械系統(tǒng)116的致動器。探針定位系統(tǒng)也可以包括致動器控制電路，比如控制器118、放大器120、反饋網(wǎng)絡(luò)122和負(fù)載隔離器124的部分。在一個實施例中，控制器118包括多個模塊以輔助探針定位。

在一個實施例中，SPM系統(tǒng)100包括適于監(jiān)測探針-樣本交互的監(jiān)測器130。在一個實施例中，SPM系統(tǒng)100可以包括基于光學(xué)的定位系統(tǒng)，其中監(jiān)測器130產(chǎn)生表示探針-樣本交互的信號132，并且將信號132饋送到控制器118，控制器118將信號132與表示要保持的探針-樣本交互的量的設(shè)定點信號進(jìn)行比較。在一個實施例中，控制器118產(chǎn)生探針定位信號126，該探針定位信號126通過放大器120放大以產(chǎn)生懸臂驅(qū)動信號128。在一個實施例中，放大器120用單個電路板上的分立和集成電氣或電子部件來實施。在其他實施例中，放大器120的電路跨越多個相互連接的電路板或多個單獨的相互連接的附件。放大器120可以與內(nèi)部反饋網(wǎng)絡(luò)122和負(fù)載隔離器124合作以進(jìn)一步改進(jìn)或改善探針定位。

在一個實施例中，基于光學(xué)的定位系統(tǒng)與探針定位系統(tǒng)一起工作。在一個實施例中，基于光學(xué)的定位系統(tǒng)掃描樣本106上直徑大于1微米的區(qū)域或者當(dāng)從掃描區(qū)域的一個邊緣到掃描區(qū)域的另一個邊緣測量時掃描樣本106。根據(jù)來自基于光學(xué)的定位系統(tǒng)的信號，探針104相對于樣本106的實際位置的精度可以由監(jiān)測器130的成像分辨率來限定。

在其他實施例中，其他類型的控制拓?fù)涫强赡艿摹＠?，前饋控制系統(tǒng)或基于模型的控制系統(tǒng)可以用來提供探針104和樣本106之間的相對定位的調(diào)整，以優(yōu)化探針-樣本交互。換句話說，該系統(tǒng)可以采用其它數(shù)據(jù)，比如用于探針104和樣本106之間的更精確的定位或調(diào)整的已知坐標(biāo)系，以優(yōu)化探針-樣本交互。在一個實施例中，粗運動系統(tǒng)和微運動系統(tǒng)一起操作以使精確的x-y-z定位成為可能。在相關(guān)的實施例中，定位精度精確到成像分辨率的數(shù)量級內(nèi)(例如，5-10納米內(nèi))。更通常地，定位系統(tǒng)精確到提供足夠精確的以用亞微米分辨率調(diào)整探針104和樣本106之間的相對位置的探針-樣本定位的點。

在一個實施例中，SPM系統(tǒng)100包括監(jiān)測系統(tǒng)，其中監(jiān)測器130利用激光器和干涉儀來測量懸臂102的偏轉(zhuǎn)。在一個實施例中，監(jiān)測器130產(chǎn)生表示探針-樣本交互的信號132，并且將信號132饋送到控制器118。控制器118產(chǎn)生探針定位信號126，該探針定位信號126作為表面108的拓?fù)涞谋硎据斎氲椒治銎?34，以產(chǎn)生掃描區(qū)域或目標(biāo)區(qū)域中的納米級特征的三維圖像。在振蕩模式實施例中，可以通過觀察懸臂102的振蕩特性的變化來監(jiān)測探針-樣本交互，比如由于來自探針-樣本交互的諧振特性的變化而引起的振蕩的相位偏移的移動中。在一個實施例中，監(jiān)測器130可旋轉(zhuǎn)地移動，可以沿著x-y平面平移或其組合。監(jiān)測器130的運動也可以通過路線和調(diào)整或運動的微水平來表征。

參照圖2，描述了通過樣本特定坐標(biāo)系136表征的樣本106。也描述了樣本特定坐標(biāo)系136與SPM坐標(biāo)系138和監(jiān)測系統(tǒng)坐標(biāo)系140的關(guān)系。

在一個實施例中，樣本特定坐標(biāo)系136沿著x-y-z軸提供樣本106的坐標(biāo)系。在另一個實施例中，樣本特定坐標(biāo)系136限于x-y軸。樣本特定坐標(biāo)系136可以用來限定樣本106上的特定位置。參見圖3和附加討論的附文。

在一個實施例中，SPM坐標(biāo)系138提供坐標(biāo)系以幫助沿著x-y-z軸在探針104和樣本106之間的相對定位。在另一個實施例中，SPM坐標(biāo)系138限于x-y軸。SPM坐標(biāo)系138可以通過探針定位系統(tǒng)采用以在操作期間提供亞微米分辨率。

在一個實施例中，監(jiān)測器坐標(biāo)系140沿著x-y軸提供用于監(jiān)測器130的坐標(biāo)系。監(jiān)測器坐標(biāo)系140可以用來限定在操作期間將被監(jiān)測的位置。

參照圖3，示出了包括多個關(guān)注特征142的示例性樣本106。如上所述，樣本106上的多個關(guān)注特征142的具體位置可以根據(jù)樣本特定坐標(biāo)系136來限定。在一個實施例中，關(guān)注特征142可以包括配準(zhǔn)點，或者稱為基準(zhǔn)標(biāo)記144。關(guān)注特征142可以包括特征識別信息。這樣的特征識別信息可以包括用于一個或多個相關(guān)聯(lián)的關(guān)注特征142的結(jié)構(gòu)特性，包括例如參照點、關(guān)注特征142內(nèi)或接近關(guān)注特征142的已知位置、關(guān)注特征142的度量、關(guān)注特征142的界限或邊界的一部分。一個或多個關(guān)注特征142也可以用來定向樣本106的視場或使其消除偏斜。

在一個實施例中，樣本特定坐標(biāo)系136內(nèi)的各種已知點或關(guān)注特征142的特定位置的表示可以被存儲為位置信息。這樣的位置信息可以例如存儲在樣本數(shù)據(jù)模塊中。在一個實施例中，位置信息可以包括樣本106上的多個關(guān)注特征142中的每個的位置，或包括特征識別信息的其他特定位置的表示。在一些實施例中，位置信息可以通過SPM系統(tǒng)100使用來調(diào)整探針104和樣本106之間的相對定位，從而減少尋找要掃描的特定關(guān)注特征142所花費的時間量。具體地，與純基于光學(xué)的定位系統(tǒng)相反，與位置信息的交互允許亞納米分辨率。

在一個實施例中，通過外推例如關(guān)注特征142坐標(biāo)數(shù)據(jù)，探針定位系統(tǒng)可以用來快速且精確地跟隨行進(jìn)線148到關(guān)注特征142的坐標(biāo)。一旦探針104被定位成接近關(guān)注特征142，則目標(biāo)區(qū)域146被掃描以獲取形貌數(shù)據(jù)。在一些實施例中，一個或多個關(guān)注特征142可以全局定位為彼此處于局部，以使目標(biāo)區(qū)域146彼此接觸或重疊。供選擇地，一個或多個關(guān)注特征146可以全局定位為彼此遠(yuǎn)離，以使當(dāng)調(diào)整探針104和樣本106之間的相對位置時，通常可以使用路線定位系統(tǒng)。

使用位置信息的一個益處是取消任意偏斜消除和開始點的常規(guī)使用，從而允許導(dǎo)航到僅基于關(guān)注特征的設(shè)計數(shù)據(jù)位置限定的關(guān)注特征142，其通過移除手動站點導(dǎo)航過程來降低自動測量設(shè)置的負(fù)擔(dān)。因此，使用如位置信息中提供的已知坐標(biāo)和特征限定，探針104和樣本106的相對位置可以以更高的精度快速重新定位，從而提高掃描操作的效率。

通常，當(dāng)樣本106相對于探針104定位用于掃描時，確定位置偏移、旋轉(zhuǎn)偏移或偏斜。在一些實施例中，這包括管理樣本特定坐標(biāo)系和存儲的位置信息數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，以解決這種偏移或偏斜。在具有監(jiān)測器130的SPM系統(tǒng)100中，探針104的相對位置可以使用基于光學(xué)的定位系統(tǒng)導(dǎo)航到初始位置附近。可以執(zhí)行通過探針104的初始掃描以確定特征識別信息的精確位置。在一些實施例中，可能需要掃描一個或多個特定位置以建立樣本特定坐標(biāo)系和存儲的位置信息數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

在一個實施例中，基于光學(xué)的定位系統(tǒng)用于一般(粗略)探針導(dǎo)航。在該實施例中，探針104的位置相對于樣本106的目標(biāo)區(qū)域146移動，已知的關(guān)注特征142位于目標(biāo)區(qū)域146中。基于光學(xué)的定位系統(tǒng)用來定位已知的關(guān)注特征142或其附近?；诠鈱W(xué)的定位系統(tǒng)的固有數(shù)字分辨率可以排除精確定位探針104，因為頂部112和樣本106的特定特征如此小以使它們在視覺上不可見。為此，可能需要目標(biāo)區(qū)域146的掃描以定位特征識別信息。一旦已定位特征識別信息，就可以調(diào)整對準(zhǔn)誤差。然后關(guān)注特征142的掃描被記錄并且與對準(zhǔn)誤差一起集成到自動化軟件中，從而擴展SPM系統(tǒng)100的能力。在一個實施例中，即使當(dāng)不再使用基于光學(xué)的定位系統(tǒng)，并且探針104相對于樣本106的導(dǎo)航主要直接通過位置信息數(shù)據(jù)時，可以在找到每個后續(xù)的關(guān)注特征142之后確定對準(zhǔn)誤差。在對準(zhǔn)誤差可以解決偏斜、位置偏移、旋轉(zhuǎn)偏移和刻度校正的情況下，偏移這些誤差的動態(tài)計算可以提高探針104相對于樣本106的定位精度。

一旦探針104被定位在關(guān)注特征142處，SPM系統(tǒng)100可以開始目標(biāo)區(qū)域146的配準(zhǔn)掃描。如果關(guān)注特征142具有由位置信息提供的已知基線坐標(biāo)，則可以確定對準(zhǔn)誤差。對準(zhǔn)誤差可以是相對于樣本106的初始探針104部署和樣本106上的實際位置基準(zhǔn)301之間的差。對準(zhǔn)誤差可以應(yīng)用于相對于樣本106的后續(xù)探針104部署中的存儲的位置信息數(shù)據(jù)或可加載的CAD位置信息數(shù)據(jù)。SPM系統(tǒng)100可以再次開始目標(biāo)區(qū)域146的配準(zhǔn)掃描以定位關(guān)注特征142。對準(zhǔn)誤差可以被再次確定并且再次應(yīng)用在關(guān)注特征142位置的后續(xù)迭代中。在一些實施例中，可以減小目標(biāo)區(qū)域146的尺寸以解決對準(zhǔn)誤差的減少。

在實施例中，當(dāng)跨越整個表面108或樣本106的整個表面的大部分全局執(zhí)行時，利用位置信息提高操作的效率，照此實施例較少依賴于基于光學(xué)的定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，該基于光學(xué)的定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)局部地限制在基于視頻或基于光學(xué)顯微鏡的定位系統(tǒng)的視場內(nèi)。在一個實施例中，單個關(guān)注特征142用作整個樣本106的基線。因此，僅需要移動基于光學(xué)的定位系統(tǒng)一次，以使光學(xué)視場與要掃描的第一特定位置對準(zhǔn)，從而節(jié)省寶貴的處理時間。具有與存儲的位置信息數(shù)據(jù)或可加載的CAD位置信息數(shù)據(jù)相關(guān)的位置的關(guān)注特征142可以位于遠(yuǎn)離先前初始或初步掃描的目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)區(qū)域或掃描區(qū)域中。

該系統(tǒng)包括各種模塊，每個模塊被構(gòu)造、編程、配置或以其它方式調(diào)整以執(zhí)行一功能或一組功能。這里使用的術(shù)語模塊是指實際裝置、部件或使用硬件(例如通過專用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA))實施的部件的設(shè)置，或者作為硬件和軟件的組合，比如通過微處理器系統(tǒng)和使模塊適于實施特定功能的一組程序指令，該特定功能(在被執(zhí)行時)將微處理器系統(tǒng)變換成專用裝置。

模塊也可以實施為硬件和軟件的組合，其中某些功能僅由硬件促進(jìn)，并且其他功能通過硬件和軟件的組合促進(jìn)。在某些實施方式中，模塊的至少一部分，并且在某些情況下，所有模塊可以包括執(zhí)行操作系統(tǒng)、系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序的一個或多個計算機的處理器，同時也使用適當(dāng)情況下多任務(wù)、多線程、分布式(例如，集群、對等、云等)處理或其他這樣的技術(shù)來實施模塊。因此，每個模塊可以以各種合適的配置實現(xiàn)，并且通常不應(yīng)限于本文中例示的任何具體實施方式，除非這樣的限制明確地被指出。

此外，模塊可以本身由多于一個子模塊組成，每個子模塊可以自身被認(rèn)為是模塊。此外，在本文所述的實施例中，各個模塊對應(yīng)于限定功能；然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他預(yù)期的實施例中，每個功能可以分布到多于一個模塊。同樣地，在其他預(yù)期的實施例中，多個限定的功能可以通過執(zhí)行那些多個功能的單個模塊來實施、可能與其它功能一起實施或者在一組模塊之間不同地分布，而不是本文示例中具體示出的。

以下討論旨在提供其中可以實現(xiàn)SPM坐標(biāo)系的合適的計算環(huán)境的簡要、一般的描述。盡管不是必需的，但是將在由計算機(例如手持式計算機、個人計算系統(tǒng)或控制器)執(zhí)行的計算機可執(zhí)行指令的一般上下文中描述SPM坐標(biāo)系的至少部分。

參照圖4，描述了SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊200的實施例。在一個實施例中，SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊200包括計算系統(tǒng)202和通過通信鏈路206通信連接的至少一個樣本數(shù)據(jù)模塊204。樣本數(shù)據(jù)模塊204被配置為存儲樣本106的位置信息。如上所述，位置信息是樣本特定坐標(biāo)系136內(nèi)的特定位置的表示?？梢詫蝹€樣本、一組相關(guān)樣本、給定工廠或客戶使用的所有樣本、或給定制造商提供的一些或所有樣本編程位置信息。在一個實施例中，樣本數(shù)據(jù)模塊204可以包含表示樣本106的結(jié)構(gòu)的計算機輔助設(shè)計(CAD)數(shù)據(jù)。

SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊200被配置為通過確定樣本特定坐標(biāo)系和SPM坐標(biāo)系之間的一組對準(zhǔn)誤差并且將校正應(yīng)用于SPM坐標(biāo)系以偏移對準(zhǔn)誤差來管理樣本特定坐標(biāo)系和SPM坐標(biāo)系之間的動態(tài)關(guān)系。

計算系統(tǒng)202被配置為執(zhí)行計算機可讀指令，比如計算機軟件。在一個實施例中，計算系統(tǒng)202是控制器118。在實施例中，計算系統(tǒng)202被編程為生成且存儲指令以作為探針104、樣本106和基于光學(xué)的定位和掃描操作的一部分來執(zhí)行。

通信鏈路206連接樣本數(shù)據(jù)模塊204和計算系統(tǒng)202。在各種實施例中，通信鏈路206可以包括串行或并行連接、有線或無線連接和到計算機的直接或網(wǎng)絡(luò)連接。另外，SPM系統(tǒng)204和計算系統(tǒng)202可以使用適于數(shù)據(jù)通信的任何協(xié)議進(jìn)行通信。到計算機的網(wǎng)絡(luò)連接的示例包括內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)和局域網(wǎng)(LAN)(例如，以太網(wǎng))。到計算機的有線連接的示例包括通用串行總線(USB)、RS-232、火線和電力線調(diào)制解調(diào)器連接。無線連接的示例包括藍(lán)牙、802.11a/b/g、紅外(IR)和射頻(RF)。

計算系統(tǒng)202包括通用計算裝置并且可以執(zhí)行如下所公開的程序模塊。計算系統(tǒng)202包括至少一個中央處理系統(tǒng)(CPU)208。各種處理單元可從各種制造商購買，例如，美國英特爾公司或美國先進(jìn)微電子器件公司。計算系統(tǒng)202還包括系統(tǒng)存儲器210和將包括系統(tǒng)存儲器210的各種系統(tǒng)部件連接到處理單元208的系統(tǒng)總線。

系統(tǒng)存儲器210可以包括只讀存儲器(ROM)214和隨機存取存儲器(RAM)216?；据斎?輸出系統(tǒng)(BIOS)218——包含比如在啟動期間幫助在計算系統(tǒng)202內(nèi)的元件之間傳輸信息的基本例程——通常存儲在ROM 214中。

在實施例中，計算系統(tǒng)202還可以包括用于存儲非易失性形式的程序指令的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、暫存器數(shù)據(jù)和計算系統(tǒng)202的其他數(shù)據(jù)的輔助存儲裝置(未示出)，比如硬盤驅(qū)動器、閃存存儲器裝置等。在其他實施例中，能夠存儲數(shù)據(jù)的其他類型的計算機可讀介質(zhì)可以在系統(tǒng)202中使用。

在各種實施例中，多個程序模塊可以存儲在存儲器202中，包括操作系統(tǒng)220、一個或多個應(yīng)用程序222、其他程序模塊224和程序數(shù)據(jù)226。用戶可以通過輸入裝置(未示出)將命令和信息輸入到計算系統(tǒng)202中。輸入裝置的示例包括鍵盤、鼠標(biāo)、麥克風(fēng)、操縱桿、數(shù)字相機、觸摸屏等等。這些和其他輸入裝置通常通信地連接到處理單元208。顯示裝置(未示出)——比如監(jiān)測器或觸摸屏LCD面板——也可以連接到系統(tǒng)202。

在一個實施例中，計算系統(tǒng)200可以包括用于表示樣本106的結(jié)構(gòu)的CAD數(shù)據(jù)的存儲的CAD數(shù)據(jù)庫228。CAD數(shù)據(jù)庫228可以通過存儲器210(集成在其中或在其外部)訪問，并且可以形成為多種類型的數(shù)據(jù)庫中的任何一種，比如分層或關(guān)系數(shù)據(jù)庫。因此，CAD數(shù)據(jù)庫228可以通過計算系統(tǒng)202保持，計算系統(tǒng)202包括與包含由處理器可執(zhí)行的指令和要存儲的數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)相連接的處理器。CAD數(shù)據(jù)庫228可以被編程用于單個樣本、一組相關(guān)樣本、給定工廠或客戶使用的所有樣本、或給定制造商提供的一些或所有樣本。

計算裝置(比如計算系統(tǒng)202)通常包括至少一些形式的計算機可讀介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)可以是可以通過計算系統(tǒng)202訪問的任何可用介質(zhì)。通過示例的方式，且非限制，計算機可讀介質(zhì)可以包含計算機存儲介質(zhì)和通信介質(zhì)。

計算機存儲介質(zhì)包括以任何方法或技術(shù)實施的用于存儲信息(比如計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他數(shù)據(jù))的易失性和非易失性、可移動和不可移動介質(zhì)。計算機存儲介質(zhì)包括，但不限于，隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦可編程存儲器(EEPROM)、閃存存儲器或其他存儲器技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能盤(DVD)或其他光學(xué)存儲器、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲器或其他磁存儲裝置或可以用于存儲期望的信息并且可以通過計算系統(tǒng)202訪問的任何其他介質(zhì)。

通信介質(zhì)通常包含計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或在已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(比如載波或其他傳輸機制)中的其他數(shù)據(jù)并且包括任何信息傳遞介質(zhì)。術(shù)語“已調(diào)制數(shù)據(jù)信號”指的是具有以關(guān)于信號中編碼信息的方式設(shè)置或改變的其特征中一個或多個的信號。通過示例的方式，非限制，通信介質(zhì)包括有線介質(zhì)(比如有線網(wǎng)絡(luò)或直接有線連接)和無線介質(zhì)(比如聲學(xué)、RF、紅外和其它無線介質(zhì))。任何上述的組合也應(yīng)包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。計算機可讀介質(zhì)也可以被稱為計算機程序產(chǎn)品。

參照圖5，在一個實施例中，計算系統(tǒng)202——其在一些實施例中是控制器118——可以設(shè)置有系統(tǒng)存儲器210內(nèi)的一個或多個操作程序模塊224。各種程序模塊224可以包括，但不限于，視頻到樣本坐標(biāo)系映射模塊230、掃描區(qū)域選擇控制模塊232、視頻系統(tǒng)-SPM坐標(biāo)系映射模塊234、x-y定位控制模塊236和基準(zhǔn)特征/參照點存儲/校準(zhǔn)模塊238。

在一個實施例中，視頻到樣本坐標(biāo)系映射模塊230形成基于光學(xué)的定位系統(tǒng)的一部分。在該實施例中，視頻到晶片坐標(biāo)系映射模塊230接收來自監(jiān)測器130的輸入以提供用于調(diào)整探針104和樣本106之間的相對定位的信息。在一個實施例中，基于光學(xué)的定位系統(tǒng)用于確定樣本106上被掃描的至少第一位置。來自視頻到樣本坐標(biāo)系映射模塊230的信息可以被提供給x-y軸定位控制模塊236，x-y軸定位控制模塊236可以被包括作為用于調(diào)整探針104和樣本106之間的相對位置的探針定位系統(tǒng)的一部分。在一個實施例中，可以在視頻系統(tǒng)-SPM坐標(biāo)系映射模塊234或基準(zhǔn)特征/參照點存儲/校準(zhǔn)模塊234中的至少一個提供來自掃描的數(shù)據(jù)、來自基于光學(xué)的定位系統(tǒng)的信息或兩者的組合，用于確定基于光學(xué)的定位系統(tǒng)和樣本特定坐標(biāo)系之間的一組初步對準(zhǔn)誤差。

在一些實施例中，探針104相對于樣本106的初步定位大部分基于來自基于光學(xué)的定位系統(tǒng)的信息。然而，因為頂部112和樣本106的特定納米尺度特征的相對位置在視覺上不可見，所以可能需要限定目標(biāo)區(qū)域的掃描以積極地定位特征識別信息。在一個實施例中，使用SPM坐標(biāo)系可以提供探針104相對于樣本106的更精確的定位。然而，一些固有誤差仍然存在于SPM坐標(biāo)系和樣本特定坐標(biāo)系之間。在一個實施例中，為了提高后續(xù)部署的精度并且潛在地減少待掃描的后續(xù)目標(biāo)區(qū)域，樣本特定坐標(biāo)系和SPM坐標(biāo)系之間的一組對準(zhǔn)誤差可以被確定并且應(yīng)用以偏移對準(zhǔn)誤差。

在一個實施例中，掃描區(qū)域選擇控制模塊232與探針定位系統(tǒng)和SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊通信，以確定對準(zhǔn)誤差并應(yīng)用偏移。在一個實施例中，掃描區(qū)域選擇控制模塊232使探針定位系統(tǒng)將探針和樣本之間的相對位置從樣本上的初始位置往返運動到樣本上的后續(xù)位置。在一些實施例中，后續(xù)位置遠(yuǎn)離初始位置定位，以使在往返運動過程中采用路線調(diào)整。在后續(xù)目標(biāo)區(qū)域的掃描期間遵循后續(xù)特征的確切位置，確定一組對準(zhǔn)誤差。掃描區(qū)域選擇控制模塊232然后計算并且促進(jìn)實現(xiàn)對偏移對準(zhǔn)誤差所必需的SPM坐標(biāo)系的校正。在一個實施例中，對樣本上的每個后續(xù)位置重復(fù)該過程，從而提高探針104相對于樣本106的定位的精確度。

參照圖6A，描述了示出了SPM掃描過程300的示例實施例的過程流程圖。掃描過程在步驟302通過基于光學(xué)的定位系統(tǒng)定位樣本106上的初步位置開始。初步位置可以接近樣本106上的一個或多個特定位置，例如該特定位置可以是關(guān)注特征142，比如基準(zhǔn)標(biāo)記146。在304，確定是否已找到特定位置的特征識別信息。在一個實施例中，可以通過由單獨基于光學(xué)的定位系統(tǒng)的模式識別來找到樣本106的特征識別信息。如果通過基于光學(xué)的模式識別找到特定位置，則在步驟306，探針定位系統(tǒng)調(diào)整探針104和樣本106之間的相對位置，并且目標(biāo)區(qū)域的掃描開始。在步驟310，掃描過程完成。

在基于光學(xué)的定位系統(tǒng)單獨缺乏相對于樣本106定位探針104所需的精度以使探針-樣本交互發(fā)生在頂部112和在特定位置處納米級關(guān)注特征之間的情況下，SPM坐標(biāo)系可以在步驟308使用。參照圖6B，步驟308進(jìn)一步分解成若干步驟或操作。在步驟312，用于使用SPM坐標(biāo)系的過程開始。在步驟314，提供用于特定位置的位置信息。

對于每個特定位置，執(zhí)行框316內(nèi)的步驟以確定更新的一組對準(zhǔn)誤差，以使可以進(jìn)行校正以偏移對準(zhǔn)誤差。在步驟318，探針定位系統(tǒng)調(diào)整探針104和樣本106之間的相對定位，以使探針104與接近特定位置的目標(biāo)區(qū)域的樣本表面108交互。

在步驟320，掃描目標(biāo)區(qū)域并且收集包含含有特定位置的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的特征識別信息的數(shù)據(jù)。在步驟322中收集的數(shù)據(jù)可以基于整個掃描上的模式識別或基于兩次掃描，其中一次掃描沿x軸收集特征位置數(shù)據(jù)且另一次掃描沿y軸收集特征位置數(shù)據(jù)。在步驟322，掃描且捕獲特定位置。

在步驟324，掃描區(qū)域選擇控制模塊232通過計算創(chuàng)建頂部112和特定位置處的位置之間的探針-樣本交互所需的位移矢量來確定SPM坐標(biāo)系和樣本特定坐標(biāo)系之間的一組對準(zhǔn)誤差。在一些實施例中，所確定的一組對準(zhǔn)誤差可以替代先前確定的一組對準(zhǔn)誤差。在步驟326，掃描區(qū)域選擇控制模塊232與SPM配準(zhǔn)模塊200通信，以將校正應(yīng)用于SPM坐標(biāo)系以偏移對準(zhǔn)誤差。在一個實施例中，校正是確定的矢量、確定的矢量的幅度和角度或確定的矢量的倒數(shù)。在步驟328，可以對樣本106上的后續(xù)特定位置重復(fù)步驟316，每次通過遞增調(diào)整對準(zhǔn)誤差來精細(xì)化探針104和樣本106之間的相對位置。在一些實施例中，當(dāng)對準(zhǔn)誤差減小時，還可以減少用于特征識別信息的定位的目標(biāo)區(qū)域。在步驟310，掃描過程完成。

本文所描述的本發(fā)明的各種實施例的邏輯操作被實施為：(1)在計算系統(tǒng)上運行的計算機實施的操作的計算機的序列；和/或(2)計算系統(tǒng)內(nèi)的互連機器模塊。模塊表示通過程序代碼(比如通用可用編程語言)或作為存在于動態(tài)鏈接庫(DLL)中的代碼執(zhí)行的功能。所使用的實施方式是取決于SPM坐標(biāo)系和與其連接的計算系統(tǒng)的性能要求的選擇主題。因此，構(gòu)成本發(fā)明的實施例的邏輯操作可以供選擇地被稱為操作、模塊等等。

參照圖7，描述了用于SPM系統(tǒng)100的典型操作區(qū)域400的示例，其中探針表征的周期和掃描活動的周期沿著時間線t繪制。在402，SPM設(shè)置為通過相對于尖端表征器結(jié)構(gòu)定位探針104來進(jìn)行初始探針表征404。在404，執(zhí)行探針表征，并且存儲從探針表征產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。探針表征操作導(dǎo)致探針的一個或多個尖端形狀屬性的測量。尖端形狀屬性包含可能對樣本的測量數(shù)據(jù)具有潛在影響的探針幾何形狀的任何測量。

在406，相對于樣本106定位探針104以掃描給定樣本106上的一個或多個特定位置。如上所述，在一些實施例中，SPM坐標(biāo)配準(zhǔn)模塊通過對SPM坐標(biāo)系施加校正以校正樣本特定坐標(biāo)系和使用的SPM坐標(biāo)系之間的對準(zhǔn)誤差，來提高探針104相對于樣本106的定位的精度，從而管理樣本特定坐標(biāo)系和SPM坐標(biāo)系之間的動態(tài)關(guān)系。因此，隨著SPM系統(tǒng)越來越依賴于SPM坐標(biāo)系，與基于光學(xué)的定位系統(tǒng)相反，減少了搜索要掃描的特定關(guān)注特征142所花費的時間。

在408，掃描樣本并獲取數(shù)據(jù)。最常見的數(shù)據(jù)形式包含表示樣本表面上的結(jié)構(gòu)的形貌圖像，例如掃描區(qū)域的三維圖像。供選擇地，數(shù)據(jù)可以是以掃描輪廓的形式。另外，數(shù)據(jù)還可以包括樣本的電或磁力分布，懸臂振幅的測量、偏轉(zhuǎn)、頻率、相位、隧道電流、電導(dǎo)率、光學(xué)性質(zhì)、組成圖或通過SPM技術(shù)實現(xiàn)的任何其它測量。計量測量(比如臨界尺寸(CD)測量)、納米機械測量(比如獲取關(guān)于樣本的表面彈性信息的測量)和包含掃描探針和一些材料(樣本或一些其他結(jié)構(gòu)的)之間的交互的任何其他類型的掃描探針活動也可以被執(zhí)行。例如，掃描活動408可以在樣本上的單個關(guān)注特征142處發(fā)生，或者可以包括在多個關(guān)注特征142(包括相對于樣本從一個特征到下一個特征重新定位探針)獲取的數(shù)據(jù)。在每個關(guān)注特征142處，掃描可以包括在單個點或單個CD測量的單個或多個讀數(shù)，或者可以包括獲取多個讀數(shù)，比如在多線表面輪廓掃描中，或者多個CD測量值。

在可選擇的410，探針-樣本交互被分離并且探針104再次與尖端表征器結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)。在412，探針尖端被表征為評估由208的先前掃描活動引起的變化程度。

在414，探針104和樣本106之間的相對位置被往返運動到后續(xù)位置。由于樣本特定坐標(biāo)系和SPM坐標(biāo)系之間的一組更新對準(zhǔn)誤差被確定并作為偏移應(yīng)用于SPM坐標(biāo)系，相對定位變得越來越精確。因此，隨著相對位置的每個后續(xù)移動，用于搜索后續(xù)關(guān)注特征花費的時間減少，從而減少每個樣本的總操作時間并且減少探針尖端上的磨損量。然后執(zhí)行進(jìn)一步的掃描活動416。

在系統(tǒng)或方法的任何特征被公開為“被配置為”實現(xiàn)或執(zhí)行所陳述的結(jié)果或功能的情況下，該系統(tǒng)或方法被構(gòu)造為、編程為、或以其它方式調(diào)諧、校準(zhǔn)或調(diào)整以具有必要的機械或電結(jié)構(gòu)和算法，以執(zhí)行所述結(jié)果或功能。

相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的是，實施例可以包含比上述任何單獨實施例中所示的更少的特征。本文所描述的實施例并不意味著可以組合各種特征的方式的詳盡描述。因此，實施例不是特征的相互排斥的組合；相反，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，實施例可以包括從不同的單獨實施例中選擇的不同單獨特征的組合。此外，關(guān)于一個實施例描述的元件可以在其他實施例中實施，即使當(dāng)沒有在這樣的實施例中描述時，除非另有說明。盡管從屬權(quán)利要求在權(quán)利要求中可以引用與一個或多個其他權(quán)利要求的特定組合，但是其他實施例還可以包括從屬權(quán)利要求與每個其他從屬權(quán)利要求的主題的組合或一個或多個特征與其他從屬或獨立權(quán)利要求的組合。在此提出了這樣的組合，除非聲明不想要特定的組合。此外，還旨在將權(quán)利要求的特征包括在任何其他獨立權(quán)利要求中，即使該權(quán)利要求不直接從屬于該獨立權(quán)利要求。

通過引用上述文獻(xiàn)的任何合并受如下限制，以使沒有并入與本文明確公開相矛盾的主題。通過引用上述文獻(xiàn)的任何合并受如下進(jìn)一步限制，以使沒有包括在文獻(xiàn)中的權(quán)利要求通過引用在此并入。通過引用上述文件的任何合并還受如下進(jìn)一步限制，以使文件中提供的任何限定不通過引用在此并入，除非明確地包括在本文中。

為了解釋權(quán)利要求的目的，明確表示不予援引35U.S.C.的第112節(jié)第六款的規(guī)定，除非在權(quán)利要求中記載特定術(shù)語“用于...的裝置”或“用于...的步驟”。