[發明專利]多層材料的減薄裝置及減薄待測樣品的方法

有效

• 申請號: 201110416216.2
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102520212A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 劉爭暉;徐耿釗;鐘海艦;樊英民;曾雄輝;王建峰;周桃飛;邱永鑫;徐科
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01Q30/20
• 分類號: G01Q30/20;G01Q60/02
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤;翟羽

1.一種多層材料的減薄裝置，其特征在于，包括一反應腔室、一原子力顯微鏡、一聚焦離子束裝置和一樣品臺，所述樣品臺、原子力顯微鏡和聚焦離子束刻蝕裝置處于反應腔室內；所述樣品臺用于放置待測樣品；所述聚焦離子束裝置用于刻蝕待測樣品；所述原子力顯微鏡包括導電探針，用于和待測樣品接觸并測量導電探針和待測樣品之間的接觸電勢差。

2.根據權利要求1所述的多層材料的減薄裝置，其特征在于，進一步包括一掃描電子顯微鏡，置于所述反應腔室內，用于對所述待測樣品和導電探針成像；所述原子力顯微鏡進一步包括一微懸臂，與所述導電探針相連。

3.根據權利要求1所述的多層材料的減薄裝置，其特征在于，進一步包括一鎖相放大器，置于所述反應腔室內，用于探測導電探針的機械振動信號。

4.一種利用如權利要求1所述的多層材料的減薄裝置減薄待測樣品的方法，其特征在于，包括步驟：

1）將一具有多層結構的待測樣品置于反應腔室內；

2）利用原子力顯微鏡測量待測樣品的第一裸露表面與導電探針的第一接觸電勢差V1；

3）移開原子力顯微鏡的導電探針；

4）利用聚焦離子束裝置刻蝕第一裸露表面至一深度X，露出第二裸露表面；

5）利用原子力顯微鏡測量待測樣品的第二裸露表面與導電探針的第二接觸電勢差V2；

6）比較V1與V2大小，如|V1-V2|>Vm，則終止減薄，否則重復步驟3至6，其中Vm為一預先設定的門限值。

5.根據權利要求4所述的減薄待測樣品的方法，其特征在于，所述門限值Vm的范圍為10mV-1000mV；刻蝕深度X不大于所述待測樣品第一層厚度與第二層厚度之間的較小者。

6.根據權利要求4所述的減薄待測樣品的方法，其特征在于，所述步驟3中，導電探針是通過微懸臂移開，且移開后距離第二裸露表面的邊緣大于1μm。

7.根據權利要求4所述的減薄待測樣品的方法，其特征在于，所述步驟2中，在測量第一接觸電勢差V1的時候，需要保持導電探針和第一裸露表面的距離恒定，所述導電探針和第一裸露表面的距離的范圍為1nm-100nm；所述步驟5中，在測量第二接觸電勢差V2的時候，需要保持導電探針和第二裸露表面的距離恒定，所述導電探針和第二裸露表面的距離的范圍為1nm-100nm。

8.根據權利要求4所述的減薄待測樣品的方法，其特征在于，所述導電探針的移動需要以電子顯微鏡的成像圖為指引，所述成像圖內包含導電探針和待測樣品的位置信息。

9.根據權利要求4所述的減薄待測樣品的方法，其特征在于，所述步驟2進一步包括如下步驟：在原子力顯微鏡的接觸模式下測量獲得待測樣品的第一層表面形貌；將導電探針抬高；在導電探針和待測樣品的第一層裸露表面之間施加一交流電信號，帶動導電探針發生與上述交流信號同頻率的機械振動；探測上述交流信號頻率所導致的導電探針機械振動信號，獲得振動的振幅；如導電探針振動振幅不為零，則在導電探針和待測樣品的第一層裸露表面之間施加一補償直流電壓，并調整所述補償直流電壓，直至導電探針的振動振幅為零；使導電探針振動振幅為零的補償直流電壓值即為導電探針和待測樣品第一層裸露表面之間的第一接觸電勢差V1。

10.根據權利要求4所述的減薄待測樣品的方法，其特征在于，所述步驟2進一步包括如下步驟：在原子力顯微鏡的敲擊模式下測量獲得待測樣品的第一層裸露表面形貌，所述敲擊模式下的微懸臂的共振頻率為第一交流信號，所述第一交流信號引起導電探針產生一第一機械振動；在導電探針和待測樣品的第一層裸露表面之間施加一第二交流信號，引起的電場力將帶動導電探針發生與第二交流信號相同頻率的一第二機械振動；探測第一交流信號的頻率和第二交流信號的頻率所導致的導電探針機械振動信號，分別獲得第一機械振動和第二機械振動的振幅；調節導電探針和待測樣品間的距離使得第一機械振動的振幅為一恒值；同時在導電探針和待測樣品的第一層裸露表面之間施加一補償直流電壓，并調整所述補償直流電壓，直至導電探針的第二機械振動的振幅為零；使導電探針的第二機械振動的振幅為零的補償直流電壓值即為導電探針和待測樣品第一層裸露表面之間的第一接觸電勢差V1。