压电Nanopositioning扫描仪使超高精度AFM

原子力显微镜(AFM)是用于表面原子水平分辨率的测量维度,远远超出最高分辨率的光学显微镜。

AFM是一个非接触的过程,与现有部队之间的物体表面和一个非常好的测量技巧揭露关于化学表面状况的信息,地形、缺陷,等等。作为建立技术,AFM应用研究以及生产与半导体等多个应用程序检查、材料研究、生命科学和纳米生物技术。亚博网站下载亚博老虎机网登录

高空间分辨率要求极端的精度定位样品和测量技巧。对于这个扫描技术,piezo-flexure nanopositioning扫描阶段提供了一个理想的解决方案,因为他们承受事实上决议扫描率高和快速反应。

尽管AFM不是新技术,研制的一个“低噪音计量AFM”肺结核(德国标准与技术研究院)是采取这种方法下一个级别(参见图1),这种先进的系统将用于跟踪测量的标准(用于校准其他AFM)和CD临界尺寸(最小的可再生的结构)测量的新一代半导体。

图1所示。CAD绘图的高分辨率测量AFM six-degree-of-freedom压电阶段从π。(图片:PTB)

两种测量方法:区域扫描和单点探测

两个测量技术可用,这取决于应用程序。在扫描模式下,该国的AFM技巧是在恒定的频率和振幅和样本在工作距离拉近。这是紧随其后的是扫描下的样本。如果距离不同扫描时,振幅和频率的变化发生在,和样品的实时z位置调整到振动保持不变。z位置之差随着X和Y坐标,建立空间分辨率,随后提供的地形数据样本表面。

然而,表面边缘陡峭的结构,区域扫描技术没有充分的细节。这个问题是克服“单点探测”模式。在这里,定位装置逐渐达到一个已知的步骤来确定它(参见图2)。

图2。单点探测方法:(a)运动的步结构样本对AFM提示;(b)梁进行特征在一个位置的步骤。(图片:PTB)

运动的方向是表面正常的步骤,也就是说,需要三个活跃的轴位置的样本。典型的“力曲线”,通过改变振幅,频率和相位提示振荡的不同部分的步骤,最终被捕。测量了在不同的点,直到整个步骤映射。虽然这种测量技术是相当缓慢的,它提供了高度准确的信息从地形上陡峭的地区,也就是说,高纵横比。例如,它适用于定量测量极小的半导体结构维度10至20海里。

高要求Nanopositioning扫描仪

至关重要的多轴样品扫描实现高动态和测量技术的精度要求,特别是对决议。由于空间分辨率是直接与定位系统的位置分辨率有关,多轴样品扫描仪应该解决事实上范围。同时,当涉及到动力学有很高要求。更高的平面扫描速度可以实现如果有z位置更高的扫描速度。高速度意味着更高的质量数据和更快的同时测量,因为更少的时间用于位置漂移由于短的测量。

并联运动学减少惯性,并提高精度和速度

考虑上述原因,肺结核选择并联piezo-flexure nanopositioning引导系统(见图3)。

图3。这个six-degree-of-freedom闭环,样本定位阶段是基于并行结构弯曲设计和电容位置反馈。(图片:π)

闭环系统基础上,设计和开发的市场领导者π(物理学Instrumente),提供了比0.1纳米定位分辨率和12µm三线性轴工作范围。误差补偿,利用三个旋转自由度。尽管在所有六个自由度的运动,定位器必须紧凑足以被集成到AFM。

由于AFM申请定量测量,绝对精度和位置重现性都是重要的参数。如果piezo-flexure定位器设计合理,他们提供的方式,免费玩游戏,无摩擦运动——完美的精确位置和条件在XY扫描样本和Z的飞机。用于补偿寄生的另外三个转动轴角错误导致无与伦比的多轴精度。通过高稳定性和精度进一步提高固有频率高于1.4千赫(0.3公斤)的负载,因为测量不受外部声干扰的影响。

位置传感器技术:直接测量是关键

最新的AFM,肺结核外微分干涉仪适用于直接测量样本之间的运动和AFM在所有六个自由度。线性度好、高动态带宽和非常高分辨率10-picometer范围中提供的干涉仪。相比级内直接计量系统基于电容式传感器,计量技术更直接。通过确定位置直接从样本,样本之间的干扰影响翘曲或漂移和移动阶段平台,进一步提高整体精度。

干涉仪信号传达到多轴数字压电控制器(模型π,e - 712)通过一个串行数据流。该控制器可以准确地适应定位系统,包括复杂的误差补偿数学所有六个轴。此外,控制器提供了一个高度统一的运行的精细调整线性化算法和快速饲料运动最高的力量。

通过使用并行运动学与干涉测量的所有六个自由度,e - 712数字压电多轴控制器可以纠正无意寄生相声(例如,由外力)实时使用相应的算法。

在开始测量之前,初始化使用absolute-measuring,电容式位置传感器的压电阶段。在初始化的时候,压电阶段取决于内部传感器的位置数据定义的起始位置。外部干涉仪测量,控制压电伺服回路的阶段。尽管会议PTB标准,他们只能够测量运动而不是绝对位置。

的e - 712多轴数字压电控制器(参见图4)可以在两种闭环模式——内部(干涉)和外部(电容)捕获的确切值,超高精度的先决条件表面拓扑测量系统由肺结核。

图4。e - 712数字多轴压电控制器与误差补偿算法可以在两个闭环操作模式:基于数据从一个基础干涉仪(A)和(B)基础上电容式传感器。(图片:π)

piezo-based运动系统的效益是相当可观的,和驱动移动样本的测量技巧也是建立在压电效应——PiezoWalk^®长期旅行直线电机。电机设计采用横向和纵向压电致动器将AFM纳米分辨率的提示在几毫米样本的工作距离内,开始之前的测量。在达到所需的位置,self-clamping high-force开车保持在一个高度稳定的位置,因此生成额外的高频振荡不six-axes定位系统和AFM的头。

这些信息已经采购,审核并改编自π(物理学Instrumente LP)提供的材料,压电纳米定位。亚博网站下载

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