Способ сбора и обработки информации о поверхности образца

Способ сбора и обработки информации о поверхности образца

Реферат

 

Способ включает последовательное снятие в заданных точках поверхности по меньшей мере участка силовой кривой и определение по нему параметров образца с последующим построением соответствующих пространственных распределений. На силовой кривой производят выбор опорных точек и фиксируют по меньшей мере в этих точках значения силы отклонения кантилевера, и/или координаты его закрепленного конца, и/или производных от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца. По числу опорных точек и/или указанным зафиксированным значениям определяют параметры образца, характеризующие рельеф, и/или свойства поверхности образца, и/или число и свойства его поверхностных слоев. В том числе определяют координаты поверхности образца, и/или границ поверхностных слоев, или толщины поверхностных слоев, или силу адгезии поверхности образца и/или поверхностных слоев, или коэффициент упругости поверхности образца, и/или поверхностных слоев. Обеспечивается расширение функциональных возможностей, повышение точности и достоверности полученной информации, повышение производительности и информативности. 29 з.п.ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к сканирующей зондовой микроскопии (SPM-микроскопии), в частности к атомно-силовой микроскопии (AFM- или ACM-микроскопии), к средствам контроля рельефа и поверхностных свойств образцов с помощью сканирующего зондового микроскопа, и может быть использовано для получения пространственных распределений свойств поверхности и расположенных на ней слоев.

В так называемой AFM-микроскопии для исследования поверхности образца измеряются силы взаимодействия между поверхностью и зондом, размещенным в непосредственной близи от поверхности (1 нм) или прямо на ней. При этом и в AFM-микроскопии и в предлагаемом способе помимо сил межатомного взаимодействия, могут регистрироваться электрические и магнитные силы.

При сканировании поверхности достигается высочайшее разрешение, однако за счет касательного скольжения на результате сказывается переменный коэффициент трения, истирание зонда, зонд может быть просто поврежден при столкновении с неровностями, например стенками поверхностных бороздок, и другие факторы, обусловленные постоянным контактом. Более того, зачастую сила трения препятствует движению зонда, внося значительную погрешность, а в процессе сканирования поверхностный слой нарушается. И, наконец, существенную погрешность вносят силы адгезии, прижимающие зонд к поверхности, усиливая при этом силу трения и дополнительно деформирующие поверхность образца.

Попытка преодолеть этот недостаток была сделана в бесконтактных вибрационных способах микроскопии. Так, известен бесконтактный вибрационный способ получения и обработки данных в сканирующей зондовой микроскопии, включающий приведение зонда, расположенного на свободном конце кантилевера (упругой консоли), в колебание гармоническим сигналом на частоте механического резонанса, поддержание постоянным среднего расстояния между зондом и поверхностью и регистрацию координат зонда без гармонической составляющей (см. ЕР N 0574234, G 01 B 21/30, 1993). При приближении зонда к исследуемой поверхности вследствие их взаимодействия амплитуда колебаний зонда изменяется. В процессе сканирования над исследуемым участком система слежения поддерживает постоянным среднее расстояние между зондом и поверхностью таким, чтобы амплитуда колебаний зонда сохранялась равной заданной величине. В результате траектория перемещения зонда без учета гармонической составляющей огибает рельеф поверхности, так что координаты этой траектории и составляют образ исследуемой поверхности.

Известен также вибрационный способ получения данных в сканирующей зондовой микроскопии, включающий приведение зонда, расположенного на свободном конце кантилевера, в колебание гармоническим сигналом на частоте, отличной от частоты механического резонанса, поддержание постоянным среднего расстояния между зондом и поверхностью и регистрацию координат зонда без учета гармонической составляющей фазы колебаний кантилевера (патент США N 5406832, G 01 B 5/00, 1995). При этом средняя траектория перемещения зонда огибает рельеф поверхности, а карта изменения фазы сигнала косвенно характеризует распределение ее свойств, поскольку измеряемый сдвиг фазы есть не что иное, как время, которое зонд находится в контакте с поверхностью в каждой исследуемой точке. Это время зависит от величины локальной силы адгезии в соответствующей точке. Таким образом, результатом использования этого способа сбора данных является карта, отражающая распределение локальной силы адгезии в каждой точке исследуемой поверхности.

Недостатками вибрационных способов является низкая разрешающая способность и косвенный характер определения параметров поверхности, следствием чего является недостаточная точность и достоверность полученных данных. Более того, вибрационные способы не позволяют разделить информацию о свойствах поверхностных слоев и самой поверхности образца, о различных ее параметрах (вследствие неоднозначного понимания причин изменения регистрируемых параметров), а используемые при их осуществлении преобразования сигналов (например, при расчете силы адгезии по результатам фазовых измерений) и системы слежения (обеспечивающие постоянство амплитуды) вносят дополнительные погрешности в конечный результат.

Известен также "прыгающий" способ сканирующей зондовой микроскопии, включающий измерение координаты зонда в процессе его сближения с образцом и разведение образца и зонда с последующим отображением рельефа по измеренным величинам координат в точке реверса, причем сближение производится до достижения постоянной силы взаимодействия, для чего служит цепь обратной связи (система слежения) (см. ЕР N 0584440, G 01 B 7/34, 1993). В процессе сканирования поверхности информация о рельефе запоминается и используется при выработке траектории зонда, что позволяет повысить производительность способа и одновременно исключить нежелательное касательное скольжение зонда по поверхности. Однако данный способ недостаточно информативен, так как не позволяет получить распределение свойств по поверхности образца, картину расположенных на поверхности слоев. Известный способ обладает также высокой погрешностью, так как не учитывает, что зонд деформирует поверхность за счет силы адгезии, обусловленной поверхностными слоями и неоднородностью поверхности. Неучтенная деформация может зависеть как от свойств, распределения и толщины поверхностных слоев, так и от вариации свойств самой поверхности. Известен способ сбора и обработки информации в процессе сканирования поверхности по патенту США N 5418363, G 01 B 21/30, 1995. В этом способе накопленные данные о рельефе используются для точного выбора высоты размещения зонда над поверхностью и для проведения независимых электрических или магнитных измерений при повторном сканировании.

Однако в этом способе не исключается составляющая погрешности, обусловленная тем, что информация о рельефе и о свойствах поверхности снимается независимо, причем на данные о рельефе влияют параметры, характеризующие физические свойства приповерхностных слоев и поверхностных загрязнений. Более того, в данном способе нельзя разделить информацию о влиянии поверхности образца и расположенных на ней слоев. В заявке Японии N 526841, G 01 B 21/30, 1995, был предложен способ двухпараметрового контроля образца, включающий фиксацию координаты образца в момент достижения заданной величины силы взаимодействия поверхности образца с зондом в процессе сканирования поверхности с целью получения рельефа, а также расчет адгезии в одной точке поверхности по силовой кривой, которую снимают в условиях контакта зонда с образцом, и распространение полученной величины адгезии для всех точек поверхности. Очевидно, что при этом вышеназванная составляющая погрешности снижается, но не исключается, а низкая достоверность результатов из-за изменений силы адгезии, вызванных неоднородностью свойств поверхности и изменением толщины поверхностных слоев, присутствует в полной мере.

Наиболее близким к предложенному является способ сбора и обработки информации о поверхности образца, включающий сближение образца и размещенного на кантилевере зонда до достижения заданной величины силы взаимодействия поверхности образца с зондом перед сканированием, затем в каждой точке сканирования фиксацию рельефа (координаты Z) при постоянной силе взаимодействия образца и зонда, снятие участка силовой кривой в процессе мгновенного соприкосновения образца с зондом и их последующего кратковременного разведения (на время снятия силовой кривой цепь обратной связи, поддерживающая силу взаимодействия образца с зондом постоянной, отключается), запоминание силовой кривой и определение по ней силы адгезии в данной точке, остановку для восстановления заданной величины силы взаимодействия поверхности образца с зондом и переход к следующей точке сканируемой поверхности (см. патент США N 5477732, G 01 B 21/30, 1995). Таким образом, в данном способе измерения в каждой точке осуществляются в две стадии: сначала, при неподвижных, находящихся в фиксированном положении зонде и образце определяется рельеф, затем, независимо, к образцу прикладывается интенсивное силовое импульсное воздействие, перемещающее его в направлении зонда, и снимается силовая кривая, по которой рассчитывается величина силы адгезии. Один из вариантов осуществления способа предполагает также повторное снятие силовой кривой в каждой точке с целью усреднения полученных значений адгезии.

Данный способ более информативен, чем предыдущий, поскольку позволяет в каждой точке определить два параметра, рельеф и величину силы адгезии. Однако и ему свойственны недостатки: - низкая производительность, обусловленная двухступенчатым процессом измерений, а также необходимостью сначала запомнить всю силовую кривую, а затем определить величину адгезии по одной ее точке; - возможность повреждения зонда в процессе взаимодействия с поверхностью; - отсутствие возможности контролировать поверхность под слоями, лежащими на ней, не нарушая их; - отсутствие возможности контролировать поверхностные слои (зонд сметает их в процессе сканирования); - фиксируемые величины адгезии являются суперпозицией влияния чистой поверхности и находящихся на ней загрязнений, указанные влияния в известном способе нельзя разделить; - фиксируемые величины адгезии являются суперпозицией одновременного влияния всех поверхностных структур, всех слоев самой поверхности образца, их влияние нельзя разделить; - способ не позволяет определять толщины и распределения по исследуемому участку подповерхностных или находящихся на поверхности слоев; - отсутствует возможность контролировать рельеф поверхностных слоев относительно рельефа поверхности; - в процессе определения адгезии поверхность и поверхностные слои могут разрушаться, что вносит неконтролируемую погрешность в результаты замеров; - ограниченные функциональные возможности: информация об упругих, электрических и любых других свойствах поверхности полностью отсутствует; - фиксируемые величины независимы в том смысле, что способ не учитывает их возможного взаимного влияния; более того, учесть это влияние при последующей обработке измерительных данных не представляется возможным, так как они получены на различных стадиях, в независимых и различных условиях (при включенной и выключенной системе слежения); - не учитываются поправки, обусловленные наличием силы адгезии и изменением свойств поверхности; при усреднении результатов измерения адгезии вносится систематическая погрешность, обусловленная возможным нарушением приповерхностного слоя первым замером силовой кривой; - из-за наличия касательного скольжения при переходе из точки в точку присутствуют существенные погрешности и даже ограничения на выбор исследуемой поверхности, обусловленные изменением силы трения в зависимости от свойств и характера рельефа поверхности.

Иными словами, известный способ имеет низкую точность, а достоверность измерительных данных невысока (в нем не учитывается влияние поверхностных загрязнений и слоев, упругие свойства поверхности и прочие факторы, обуславливающие взаимное влияние измеряемых величин, а также влияние на результаты контроля силы трения), ограниченные функциональные возможности (не обеспечивает отображения толщин и свойств поверхностных слоев) и недостаточные надежность и производительность (что обусловлено двухстадийным характером измерений, траекторией относительного движения зонда и образца).

Из вышесказанного становится ясно, что одним из основных недостатков всех существующих способов зондовой микроскопии является невозможность разделения информации о свойствах "чистой" поверхности образца и параметрах расположенных на ней слоев (или о свойствах слоев при многослойной структуре образца, что одно и то же). Так, вибрационные методы реагируют прежде всего на поверхностные слои, но не могут выделить информацию о поверхности, тогда как в контактном и "прыгающем" сканирующих микроскопах по существу игнорируются расположенные на поверхности образца слои.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования предлагаемого изобретения, является расширение функциональных возможностей способа сбора и обработки информации о рельефе и свойствах поверхности за счет получения отдельных распределений свойств и параметров "чистой" поверхности и послойно всех расположенных на ней структур и слоев при одновременном повышении точности и достоверности измерительной информации, повышении производительности и надежности способа, повышении его информативности и упрощении реализации, а также повышение точности и расширение области применения за счет гарантированного исключения контакта или любого взаимодействия зонда с образцом при переходе от одной точки поверхности к другой, полного исключения силы трения.

Указанный результат достигается тем, что в способе сбора и обработки информации о поверхности образца, включающем последовательное снятие в заданных точках контролируемой поверхности по меньшей мере участка силовой кривой в процессе сближения и/или следующего за реверсом разведения образца и расположенного на кантилевере зонда и определение по нему параметров образца с последующим построением соответствующих пространственных распределений, при снятии по меньшей мере участка силовой кривой производят выбор опорных точек и фиксируют значения силы отклонения кантилевера, и/или координаты его закрепленного конца, и/или производных от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца по меньшей мере в опорных точках силовой кривой, при этом параметры образца, характеризующие рельеф, и/или свойства поверхности образца, и/или число и свойства его поверхностных слоев определяют по числу опорных точек, и/или зафиксированным значениям силы отклонения кантилевера, и/или координаты его закрепленного конца, и/или производных от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца в соответствующих точках.

Кроме того, в качестве параметров, характеризующих рельеф, и/или свойства поверхности образца, и/или число и свойства его поверхностных слоев, используют координаты поверхности образца и/или границ поверхностных слоев, или толщины поверхностных слоев, или силу адгезии поверхности образца и/или поверхностных слоев, или коэффициент упругости поверхности образца и/или поверхностных слоев.

Рекомендуется также из значений силы отклонения кантилевера, и/или координаты его закрепленного конца, и/или производных от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца в по меньшей мере опорных точках формировать множество значений аргументов, а определение параметров образца производить путем формирования множества функций от полученных аргументов и определения их значений.

Кроме того, в качестве опорных выбирают точки, ограничивающие квазипрямолинейные участки силовой кривой, и/или точки, в которых силовая кривая скачкообразно изменяет наклон.

При этом в качестве опорных выбирают точки, в которых координата закрепленного конца кантилевера, и/или сила его отклонения, и/или первая или вторая ее производные по координате закрепленного конца кантилевера достигают пороговых значений, полученных, например, по результатам предшествующего сканирования или измерения.

Целесообразно также построение пространственных распределений производить относительно координаты поверхности образца.

Допускается также выбор опорных точек и/или фиксацию значений силы отклонения кантилевера и/или координаты его закрепленного конца и/или производных от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца производить после фильтрации множества текущих значений силы отклонения кантилевера и координаты его закрепленного конца.

Кроме того, определение параметров по зафиксированным значениям силы отклонения кантилевера и/или координаты его закрепленного конца и/или производных от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца в данном подмножестве опорных точек может производиться с учетом значений указанных величин в других подмножествах опорных точек.

Рекомендуется также определение параметров производить по зафиксированным значениям силы отклонения кантилевера и/или координаты его закрепленного конца и/или производных от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца в опорных точках, расположенных до и после или после и до абсолютного максимума силы отклонения кантилевера в процессе его сближения или разведения с образцом соответственно.

При этом число поверхностных слоев образца может определяться как число опорных точек, ограничивающих квазипрямолинейные участки силовой кривой, и/или точек, в которых силовая кривая скачкообразно изменяет наклон в процессе сближения или разведения образца и зонда без единицы и точки реверса, если она включена в число опорных.

Кроме того, при определении числа поверхностных слоев образца могут не учитываться начальные точки квазивертикальных участков.

Целесообразно также координату поверхности образца определять из соотношений: Ro=Zo - So где Ro - координата поверхности образца, Zo, So - координата закрепленного конца кантилевера и величина отклонения его свободного конца в момент достижения силой отклонения кантилевера значения, равного 0 или -A при сближении образца и зонда и 0 или +A при разведении образца и зонда соответственно, A - положительная постоянная величина.

Допускается также координату поверхности образца диагностировать по выполнению условия Zt - St = const, где Zt и St - текущие значения координаты закрепленного конца кантилевера и величины отклонения его свободного конца соответственно.

Кроме того, координаты границ поверхностных слоев образца можно определять как координаты закрепленного конца кантилевера в опорных точках, не включая начальные точки квазивертикальных участков при сближении образца и зонда и конечные точки квазивертикальных участков при разведении образца и зонда.

При этом координаты границ поверхностных слоев образца и их толщины могут быть определены из соотношений вида: Ri = Zi - Si, Di = [R(i+1) - Ri], где Ri и Di - координата границы i-го слоя и его толщина соответственно, i = (0, 1, 2...), Zi, Si - координата закрепленного конца кантилевера и величина отклонения его свободного конца в соответствующей опорной точке, не включая начальные точки квазивертикальных участков при сближении образца и зонда и конечных точек квазивертикальных участков при разведении образца и зонда.

Кроме того, координаты границ поверхностных слоев образца относительно поверхности образца и их толщины могут определяться из соотношений вида: R'i = Zi - Si - Ro, Di = [R'(i+1) - R'i], где R'i и Di - координата границы i-го слоя относительно поверхности образца и его толщина соответственно, i = (0, 1, 2...), Zi, Si - координата закрепленного конца кантилевера и величина отклонения его свободного конца соответственно в соответствующей опорной точке, не включая начальные точки квазивертикальных участков при сближении образца и зонда и конечных точек квазивертикальных участков при разведении образца и зонда.

Целесообразно также координаты границ поверхностных слоев образца, измеренных при разведении или сближении, определять относительно координаты поверхности, измеренной также при разведении или сближении соответственно.

При этом силу адгезии поверхностных слоев образца определяют по значениям силы отклонения кантилевера в опорных точках, не включая конечные точки квазивертикальных участков при разведении образца и зонда.

Кроме того, суммарную силу адгезии поверхности и поверхностных слоев образца определяют как абсолютный максимум силы отклонения кантилевера в процессе разведения образца и зонда.

Рекомендуется также координату границы поверхности образца определять с поправкой на действующую между зондом и поверхностью суммарную силу адгезии из соотношения: Roa= Ro + Fac/Kp, где Roa - координата границы поверхности образца с поправкой на действующую между зондом и поверхностью суммарную силу адгезии, Fас - суммарная сила адгезии поверхности образца, Kp = Kktg/(1-tg) Kk - коэффициент упругости кантилевера на изгиб, tg - тангенс угла наклона силовой кривой в окрестности точки Zo.

При этом координата поверхности образца может определяться с поправкой на упругие свойства поверхности из соотношения: Roy = Ro + So(Kk/Kp) при Ro = Zo-So, Roy = Zt-St + St(Kk/Kp) при Zt-St = const где Roy - координата поверхности.

Допускается также коэффициент упругости поверхностных слоев образца определять из соотношения: Ki = BKktgi/(1-tgi), где Ki - коэффициент упругости i-го слоя, tgi - тангенс угла наклона участка силовой кривой, расположенного между соответствующими опорными точками, B - коэффициент пропорциональности.

Кроме того, коэффициент упругости поверхности образца может быть определен из соотношения: Kp = Kktg/(1-tg), где Kp - коэффициент упругости поверхности образца.

При этом сближение и/или разведение образца и зонда осуществляют до достижения силой отклонения кантилевера порогового значения.

Рекомендуется также снятие силовой кривой в заданных точках контролируемой поверхности образца производить более одного раза, определяя по разности полученных значений параметров поверхности или поверхностных слоев образца степень воздействия зонда на поверхность или поверхностные слои образца соответственно.

Кроме того, снятие силовой кривой в заданных точках контролируемой поверхности образца может производиться при сближении и разведении образца и зонда, а по разности полученных значений параметров определяют величину остаточной деформации.

При этом в процессе снятия силовой кривой на проводящий зонд подают модулированный электрический потенциал, а из суммарного сигнала путем демодуляции определяют величину силы электростатического взаимодействия зонда и поверхности и/или поверхностных слоев образца.

Допускается также снятие силовой кривой в заданных точках контролируемой поверхности образца производить более одного раза, при различном электрическом потенциале проводящего зонда относительно поверхности образца, определяя по разности полученных значений силы отклонения кантилевера величину силы электростатического взаимодействия зонда и поверхности и/или поверхностных слоев образца.

Кроме того, снятие силовой кривой в заданных точках контролируемой поверхности образца может производиться более одного раза, при различном электрическом потенциале зонда относительно поверхности образца, определяя по разности полученных значений производных силы отклонения кантилевера по координате закрепленного конца величину градиента силы электростатического взаимодействия зонда и поверхности и/или поверхностных слоев образца.

И наконец, вместе со снятием силовой кривой или ее участка может осуществляться регистрация величины туннельного тока между проводящим зондом и поверхностью образца, а полученное множество значений использоваться для построения распределения электропроводности поверхности и/или поверхностных слоев образца.

Таким образом, в предлагаемом способе получение информации о рельефе поверхности и ее свойствах, количестве поверхностных слоев, их толщине, конфигурации и свойствах не разделены во времени, все измерения осуществляются в текущей точке поверхности одновременно, в процессе снятия силовой кривой, в частности за время опускания и подъема зонда.

Снятием силовой кривой выше назван процесс, включающий слежение за координатами этой кривой (силой F, действующей на зонд, расположенный на кантилевере или, что то же, величиной S или углом отклонения зонда, и координатой Z его закрепленного конца) и производной dF/dZ (в частных случаях также и второй и/или третьей производной), а также фиксацию значений Fi, Zi и в случае необходимости dF/dZ в характерных точках силовой кривой, образующих множество аргументов. Весь объем измерительной информации, значения целого ряда величин, характеризующих поверхностную структуру образца получают в предложении из анализа силовой кривой и более того, ее отдельных характерных точек, названных выше опорными. Это не только расширяет функциональные возможности способа, но и делает измеряемые величины сопоставимыми, позволяет корректировать одни из них с использованием других, определять одни из них относительно других, разделять информацию о свойствах объектов на поверхности и свойствах самой поверхности, строить карты распределений, привязанные к рельефу поверхности и относительно этого рельефа, определенному с учетом ряда поправок, и отражающие истинную картину поверхностных слоев и их характеристик.

Особенностью предложенного способа является то, что на силовой кривой регистрируются выбираемые оператором или процессором опорные (характерные) точки. Координаты выбираемых точек, величины расстояний между ними, величины наклонов и производные участков силовой кривой и разности между ними несут информацию о различных характеристиках исследуемой поверхности, молекулярных слоев, лежащих на ней, и исследующего зонда. Регистрируя и вычисляя эти данные, ставя их в соответствие координатам точек поверхности, в которых они получены, подвергая их обработке по приведенным алгоритмам, мы имеем возможность сформировать карты распределения значений соответствующих характеристик поверхности или лежащих на ней объектов по исследуемому участку.

Опорные точки - это наиболее информативные точки силовой кривой, в которых она (или ее производная) меняет наклон или достигает пороговых значений, в том числе и заданных с определенным шагом квантования, например, по координате Z.

При характеристике поверхностных слоев важное значение имеют точки, ограничивающие квазивертикальные участки.

Под "квазивертикальными", "квазигоризонтальными" или "квазипрямолинейными" имеются в виду участки или отрезки, которые можно считать таковыми с заданной степенью точности.

Особенностью способа является также привязка всех полученных распределений к координате поверхности, причем определенной помимо измерения еще и путем обработки результатов измерений, с учетом ряда поправок.

Заметим также, что S (So) - величина, имеющая знак. При изгибе кантилевера в сторону поверхности образца она положительна, в противоположную - отрицательна.

Следует пояснить, что используемый ниже термин "координата" в зависимости от контекста используется как для обозначения координаты точки силовой кривой - проекции ее на оси S и Z, так и для обозначения координаты какой-либо точки в пространстве, в частности координаты зонда, находящегося в данной точке силовой кривой, в пространстве. Координата в пространстве - это та же проекция на ось Z, но только теперь на ней не закрепленный конец, а свободный кантилевера (зонд). Когда зонд находится на поверхности образца или слоя - его координата совпадает с координатой соответствующей поверхности.

Из изложенных ниже примеров реализации способа станут более понятны используемые в данном описании термины, однако сразу следует пояснить, что под информацией о поверхности, свойствами поверхности и поверхностных слоев понимаются также и их геометрические параметры и характеристики - координаты и толщины. При этом в число поверхностных слоев включаются как "мягкие" слои, которые зонд свободно проходит или свободно деформирует, расположенные на поверхности образца, понимаемой в обычном смысле (это могут быть любые адсорбированные слои: загрязнения, вода, двумерный конденсированный газ (пар) и т.п., назовем их "надповерхностными"), так и "жесткие" слои, в которые зонд проникает или деформирует их при достаточном усилии (это структуры самой поверхности, всевозможные твердые покрытия и т.п., назовем их "подповерхностные").

Снятие участков силовой кривой производится как и в других известных способах при заданном взаимном расположении образца и зонда, т.е. при неизменном их расположении в горизонтальной плоскости, если сближение и разведение происходят по вертикали. Иными словами речь идет об одной из точек поверхности, после снятия силовой кривой в которой зонд и/или образец (имеет значение только их относительное положение, перемещаться могут один или оба из них) перемещаются по горизонтали и процесс снятия силовой кривой продолжается в следующей точке, так что полученные значения функций могут быть использованы для построения пространственных распределений соответствующих параметров и свойств.

Под силовой кривой понимается кривая зависимости значения силы отклонения свободного конца кантилевера с зондом от значения координаты положения закрепленного конца кантилевера или любая кривая зависимости, полученной из этой кривой, например кривая зависимости силы отклонения свободного конца кантилевера от расстояния зонда до поверхности.

Следует оговориться также, что под силовой кривой понимается не обязательно вся силовая кривая, но также и заданный ее участок или их совокупность.

Особенностью предложения является также определение набора фиксируемых величин как силы отклонения кантилевера и/или координаты его закрепленного конца и/или производных (например, первой и второй) от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца.

Оговоримся также, что под использованием координат поверхности образца и/или границ поверхностных слоев, или толщины поверхностных слоев, или силы адгезии поверхности образца и/или поверхностных слоев, или коэффициента упругости поверхности образца и/или поверхностных слоев в качестве информативных параметров следует понимать использование как одной, так и сразу нескольких из перечисленных величин.

Термин "фильтрация" означает в данном случае отсечение высокочастотных составляющих тем или иным способом. Фильтрация может производиться как в процессе снятия силовой кривой, так и непосредственно со снятыми ранее данными. В предложении непрерывно регистрируются, измеряются (или задаются, как например, Z) величины F и Z, а также производные F', F'' и т.д. (все величины или их часть), однако фиксируются и впоследствии используются для сопоставления, построения распределений и обработки только их значения в опорных точках. При этом отсечение высокочастотных составляющих в зарегистрированных величинах F и Z позволяет снизить погрешность при определении опорных точек и фиксации значений аргументов в них. Задание опорных точек и пороговых значений, а также интерпретация результатов измерений в них (а следовательно и в контролируемых точках поверхности) могут производиться в предложении с учетом значений, зафиксированных предварительно или впоследствии в этих или других опорных точках, как в процессе предшествующего или последующего сканирования данного (или даже иного) образца, так и в ходе снятия предшествующей, последующей или текущей силовой кривой в данной точке поверхности.

Таким образом, в предложении процесс снятия силовой кривой в каждой заданной точке контролируемой поверхности может протекать в две стадии: а) непрерывно и последовательно измеряются координаты всех точек силовой кривой и/или определяются производные в этих точках; эти данные либо используются непосредственно, сразу по получении, например, для определения точки перелома, достижения порогового значения и т.п., либо заносятся в оперативную память на короткий промежуток времени, не превышающий интервала времени, необходимого для снятия силовой кривой в данной точке поверхности, и используются с задержкой, после чего в обоих случаях стираются, и б) фиксируются опорные (характерные) точки; для этого в качестве критериев для определения опорных точек используются данные, полученные и запомненные на первой стадии. В то же время, при использовании для выбора опорных точек информации, полученной в ходе предшествующего снятия силовой кривой в данной точке поверхности или даже предшествующего сканирования, используют не текущие значения, а значения или их функции, относящиеся к опорным точкам.

Из изложенного очевидно, что под реверсом понимается переход от сближения зонда и образца к их разведению или удалению друг от друга, а фиксацией по существу назван процесс запоминания, использования измеренных значений. Иными словами снятие кривой включает измерение текущих значений и последующую фиксацию всех или части из них.

В соответствии с принятой терминологией под силой адгезии, определяемой или учитываемой в данном способе, будем понимать суммарную силу отрыва кантилевера, включающую адгезионную, капиллярную и прочие возможные составляющие.

Следует подчеркнуть также, что все вышеназванные операции по определению формы и параметров силовой кривой, включая нахождение опорных точек, производят, как правило, над сигналом, прошедшим предварительную обработку, в частности фильтрацию, т.е. выделения полезного сигнала на фоне шумов различного происхождения (приборных и внешних). Это может происходить с применением процессора, для чего используется детектор изменения параметров сигнала (fault detector), осуществляющий предсказание экстремальных точек псевдорегулярного сигнала с использованием априорной информации об аддитивных помехах и возмущениях.

Отметим также, что простейшим случаем множества формируемых функций (аргументов) является одна функция (аргумент). Например, если в качестве аргументов рассматриваются значения силы отклонения кантилевера в опорных точках "а" и "b" и вторая производная от силы отклонения кантилевера по координате его закрепленного конца в опорной точке "с", множеством значений аргументов явятся зафиксированные значения этих величин, а определение параметров образца производится путем формирования некоторой функции F от полученных аргументов (например, вида F = f_a-f_b+kf''_c, где k - коэффициент) и определения их значений путем подстановки значений аргументов.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления способа, на фиг. 2 кантилевер изображен отдельно. Фиг. 3 и 4 иллюстрируют участки силовой кривой, характерной для чистой поверхности без поверхностных слоев, причем на фиг. 3 во время сближения поверхности и зонда, а на фиг. 4 их разведения. На фиг. 5 схематично показана силовая кривая (как при сближении, так и при разведении), характерная для поверхности с поверхностными слоями (как надповер