SKP模块中的高度追踪技术

SKP技术的信号强度和提取敏感数据的能力依赖于很多因素。主要的影响因素是样品和探针的功函数差、探针尺寸、探针振幅、探针与样品表面的距离。用户可以假设M470（或M370）的环境噪声和周围环境一直保持不变，这样，信号强度主要取决于上面提到的几个参数。

任何测试都需要好的信噪比，即使是基于统计技术。在某些点，当噪声超过信号，测量就变得不确定。为了避免这种情况，SKP470（或SKP370）用户希望在所有实验中信号强度zui大化，就需要考虑上面参数的影响。

增强信噪比的一个方法是确保探针与样品的距离很小，并在整个测量区域中保持恒定的距离。这就有必要获取整个扫描区域的形貌信息，当探针扫描样品时，命令探针按照样品的形貌移动。有许多不同的技术都能提供样品的形貌信息：

• 非触式微区形貌测试系统（OSP）

• 间歇接触扫描电化学显微镜（ic-SECM）

• 电容式高度测试技术（CHM，SKP）

• 电容式跟踪测试技术（CTM，SKP）

本文主要介绍了M470（或M370）SKP技术中的CHM和CTM技术。

• CHM和CTM形貌测量的原理

这两种技术的原理都是测量探针与样品之间产生的电容。在探针与样品之间施加一个电压，优于样品和探针之间产生电容，一些电荷被储存，关系式：

Q = CV                                                         (1)

式中，Q是电荷，C是电容，V是施加的电位。

电容C取决于系统的物理参数：

C = ε_r ε₀ ( A / d )                                                  (2)

式中，A为平行电容板的面积（探针面积）；d是电容板间的距离；ε_r和ε₀是相对介电常数和真空介电常数。

如果探针按正弦波振动，距离d也按照正弦波振动，系统电容也随之变化。

C(t) = ε_r ε₀ ( A / d(t) )                                              (3)

式中，t为时间。

所以，存储的电荷也随电容的改变而改变：

Q(t) = C(t)V                                                     (4)

系统电荷改变，一定有电流，就是通过测量这个电流来确定探针与样品的距离d。计算校准常数k，用于计算探针到样品的距离：

I(t) = kd(t)                                                      (5)

在CHM技术中，连续扫描或者单步扫描实验中的每个点上，探针保持固定的z轴位置。用校准提取探针与样品的距离。

在CTM技术中，实验开始时，距离d就被设置为一个期望的探针到样品的距离。当探针到下一个位置，如果测量的探针到样品的距离与期望值不同，探针高度就重新设定，直到达到理想值。测量探针高度位置的移动（用100nm光学编码器），保存为形貌。实际上，在整个扫描过程中探针与样品一直保持zui初的距离。

两种方法的优缺点列于表1中。

表1 CHM和CTM技术的优缺点

• 用CHM解除形貌的影响

图1和2分别为CHM和SKP面扫描结果，扫描24小时腐蚀实验后的镀锌钢样品的表面磨痕处。磨痕和腐蚀都使样品变形，任何SKP测试都需要解除形貌影响来获得表面信息。