基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置与方法

摘要

本发明提供了一种基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置与方法，其中的层析检测装置，包括用于在内部形成真空环境的设备外壳、原子力显微镜、离子束装置、控制装置，以及样品承载装置；所述样品承载装置与所述原子力显微镜均设于所述真空环境，所述离子束装置固定设于所述设备外壳；所述原子力显微镜包括探针，以及用于驱动所述探针运动的探针驱动结构；所述样品承载装置包括用于承载样品的样品台，以及用于驱动所述样品台与其上样品运动的样品台驱动结构；所述控制装置分别通过信号对所述探针驱动结构与所述样品台驱动结构进行控制。层析检测通过离子束装置和原子力显微镜的原位交替使用或者同时使用实现。

说明书

技术领域

本发明涉及物体检测领域，尤其涉及一种基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置与方法。

背景技术

在对物体进行纳米尺度检测时，可以通过原子力探针的方式检测物体的三维形状，也可通过传感器对物体的外形进行检测，得到相应的外形信息和物理性能。然而，现有的检测方式只能对物体的表面形状进行检测，无法获悉物体内部的信息(例如其内部的形状、物理性质等等)。

故而，在现有相关技术中，可利用金刚刀对待测物体进行逐层的剥离，再在每次剥离后，将待测物体送至图像采集装置，图像采集装置可获取当前待测表面的图像，进而，基于所获取到的图像，可分析确定物体的相关信息。

然而，图像所涵盖的信息比较有限，难以全面地反应待测表面实际的物理性能(例如图像难以有效反应出待测表面的起伏变化)。

发明内容

本发明提供一种基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置与方法，以解决检测到的信息比较单一，无法满足需求的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置，包括用于在内部形成真空环境的设备外壳、原子力显微镜、离子束装置、控制装置，以及样品承载装置；所述样品承载装置与所述原子力显微镜均设于所述真空环境，所述离子束装置固定设于所述设备外壳；

所述原子力显微镜包括探针，以及用于驱动所述探针运动的探针驱动结构；所述样品承载装置包括用于承载样品的样品台，以及用于驱动所述样品台与其上样品运动的样品台驱动结构；所述控制装置分别通过信号对所述探针驱动结构与所述样品台驱动结构进行控制；

所述控制装置用于：

通过所述样品台驱动结构，控制所述样品处于剥离位置，其中，所述剥离位置匹配于所述离子束装置的离子束入射方向；

控制所述离子束装置向处于所述剥离位置的所述样品入射离子束，以剥离所述样品的一层表面，得到当前待测表面；

在剥离的同时或剥离之后，通过所述样品台驱动结构和/或所述探针驱动结构，控制所述探针与所述当前待测表面处于相互作用位置，并通过所述探针驱动结构控制所述探针相对于所述样品进行扫描运动，利用所述探针对所述当前待测表面进行物性测量；其中，所述扫描运动多个测量点的物理信号变化将构成当前待测表面的物性图，所述离子束的中心和所述探针的针尖作用于所述样品的同一位置；

重复以上过程，以再次剥离试样表面，利用原子力显微镜重复表面物性测量与扫描。

可选的，所述的层析检测装置，还包括光学装置，所述光学装置安装于所述设备外壳，所述光学装置朝向于所述样品台所属区域，且所述样品处于所述样品台与所述光学装置之间；所述相互作用位置匹配于所述光学装置的焦平面；

所述光学装置用于：

采集其覆盖范围内的实时图像，并将所述实时图像发送至所述控制装置；

所述控制装置还用于：

在所述探针做所述扫描运动时，根据所述实时图像，确定不同时间所述探针针尖相对于所述样品的探针位置信息；

所述控制装置在利用所述探针对所述当前待测表面进行物性测量时，具体用于：

根据不同时间的所述探针位置信息与所述物理信号，确定所述当前待测表面的物性图。

可选的，所述剥离位置匹配于所述离子束入射方向与所述光学装置的焦平面的交汇处；

所述控制装置在控制所述样品处于剥离位置时，具体用于：根据对应的实时图像，控制所述样品处于所述剥离位置；

所述控制装置在控制所述探针与所述当前待测表面处于相互作用位置时，具体用于根据对应的实时图像，控制所述探针与所述当前待测表面处于所述相互作用位置。

可选的，所述光学装置还用于导入第一辅助光，并将所述第一辅助光引导至所述当前待测表面，以在所述当前待测表面形成第一光斑；

所述第一辅助光被配置为能够使得：

所述当前图像中，所述探针的针尖区段所表现出的光谱信息区别于所述第一光斑所覆盖的区域范围内其他区域的光谱信息，所述针尖区段的尺寸范围小于20nm。

可选的，所述光学装置还用于导入第二辅助光，并将所述第二辅助光引导至所述当前待测表面，以在所述当前待测表面形成第二光斑；

所述第二辅助光被配置为能够使得：

所述当前待测表面中，所述第二光斑的所覆盖的区域范围内发生变形。

可选的，所述的层析检测装置，还包括电学测量装置，所述电学测量装置电连接所述探针与所述样品，以在所述探针与所述样品之间形成回路；所述电学测量装置还电连接所述控制装置，以获取不同时间的所述探针位置信息；

所述电学测量装置用于：

获取所述回路在不同时间的电学参数；

根据不同时间的所述电学参数与不同时间的所述探针位置信息，确定所述当前待测表面的表面电学信息，所述表面电学信息表征了所述探针的针尖相对于所述样品到达不同位置时所述电学参数的变化；

在完成所述样品的N次剥离，并在每次剥离后均获取到对应的表面电学信息之后，整合所述N次剥离对应的N组表面电学信息。

可选的，所述的层析检测装置，还包括激光组件，所述激光组件包括激光器与探测器，所述控制装置分别电连接所述激光器与所述探测器；所述探针包括悬臂与接触部，所述悬臂连接于所述接触部与所述探针驱动结构之间；

所述激光器与所述探测器相对于所述设备外壳的位置是固定的，所述相互作用位置、所述激光器与所述探测器的位置相匹配，以使得：在所述探针做所述扫描运动时，所述激光器的激光能够入射至所述探针的悬臂；

所述控制装置还用于：

在所述探针做所述扫描运动时，控制所述激光器向所述悬臂入射激光，并获取所述探测器接收到的返回光的信号；

所述物理信号是根据对应的返回光的信号确定的。

可选的，所述激光器与所述探测器直接或间接安装于所述设备外壳，且所述激光器与所述设备外壳之间设有热传导结构，所述探测器与所述设备外壳之间也设有热传导结构。

可选的，所述激光器与所述探测器安装于光学装置。

可选的，所述控制装置还用于：

在完成所述样品的N次剥离，并获取到对应的物性图之后，基于所述N张物性图，构成对应的三维层析图像；其中的N为大于或等于2的整数。

可选的，所述探针包括悬臂、接触部，以及感应部件，所述悬臂连接于所述接触部与所述探针驱动结构之间；

所述感应部件用于检测所述悬臂形变和/或形变应力，得到对应的感应信号；

所述感应部件电连接所述控制装置，以将所述感应信号反馈至所述控制装置；

所述物理信号是根据对应的感应信号确定的。

可选的，所述控制装置还用于：

通过所述探针驱动结构，控制所述探针处于针尖清洁位置；其中，所述针尖清洁位置匹配于所述离子束入射方向；

控制所述离子束装置向处于所述针尖清洁位置的所述探针入射离子束，以清洁所述探针上的待清洁对象。

可选的，所述的层析检测装置，还包括换针台，所述探针驱动结构设有探针安装部，所述探针通过探针夹持器可分离地安装于所述探针安装部，所述换针台上设有至少两个探针容置位；

若所述至少两个探针容置位包括空置的第一容置位与已容置了备用探针及其探针夹持器的第二容置位，则：

所述控制装置还用于：

通过所述探针驱动结构，控制所述探针及其探针夹持器进入所述第一容置位；

控制所述探针安装部与对应的探针夹持器分离，以使得所述探针及其探针夹持器能够留置于所述第一容置位；

通过所述探针驱动结构，控制所述探针安装部移动至所述第二容置位外侧；

控制所述探针安装部与所述备用探针的探针夹持器对接，以使得所述备用探针能够作为当前所使用的探针。

可选的，所述控制装置控制所述样品处于剥离位置之后，还用于：

通过所述样品台驱动结构，控制所述样品台与所述样品偏向于所述离子束装置偏转。

可选的，所述探针驱动结构包括探针驱动组件与扫描器，所述探针直接或间接安装于所述扫描器，所述扫描器安装于所述探针驱动组件；

所述探针驱动组件电连接所述控制装置，以在所述控制装置的控制下变化所述扫描器与所述探针的位置；

所述扫描器电连接所述控制装置，以在所述控制装置的控制下驱动所述探针做所述扫描运动。

可选的，所述真空环境的初始真空度高于1mPa；，离子束控制的工作气压至少大于初始真空度10倍。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于原子力显微镜与离子束的层析检测方法，采用了基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置，所述层析检测装置包括用于在内部形成真空环境的设备外壳、原子力显微镜、离子束装置、控制装置，以及样品承载装置；所述样品承载装置与所述原子力显微镜均设于所述真空环境，所述离子束装置固定设于所述设备外壳；

所述原子力显微镜包括探针，以及用于驱动所述探针运动的探针驱动结构；所述样品承载装置包括用于承载样品的样品台，以及用于驱动所述样品台与其上样品运动的样品台驱动结构；所述控制装置分别通过信号对所述探针驱动结构与所述样品台驱动结构进行控制；

所述层析检测方法应用于所述控制装置，包括：

通过所述样品台驱动结构，控制所述样品处于剥离位置，其中，所述剥离位置匹配于所述离子束装置的离子束入射方向；

控制所述离子束装置向处于所述剥离位置的所述样品入射离子束，以剥离所述样品的一层表面，得到当前待测表面；

在剥离的同时或剥离之后，通过所述样品台驱动结构和/或所述探针驱动结构，控制所述探针与所述当前待测表面处于相互作用位置，并通过所述探针驱动结构控制所述探针相对于所述样品进行扫描运动，利用所述探针对所述当前待测表面进行物性测量；其中，所述扫描运动多个测量点的物理信号变化将构成当前待测表面的物性图，所述离子束的中心和所述探针的针尖作用于所述样品的同一位置；

重复以上过程，在完成所述样品的N次剥离，并获取到对应的N张物性图之后，基于所述张物性图，构成对应的三维层析图像，其中的N大于或等于2。

本发明提供的基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置与方法中，通过控制原子力显微镜的探针与当前待测表面相互作用，并控制探针做扫描运动，可以获取到表征了待测表面物性的物性图号，相较于利用图像采集装置获取当前待测表面图像的现有技术，本发明的物性图能够涵盖待检测表面的深度信息，进而，可获取到更丰富的信息。同时，本发明还采用了离子束实现物体表面的剥离，可有利于实现物体表面的均匀剥离。

由于原子力显微镜通常是应用于大气环境的，本发明在使用原子力显微镜与离子束的情况下，进一步想到形成真空环境，进而在同一真空环境中的同一位置实现原子力显微镜的检测与离子束的剥离，避免了大气中杂质(气体分子、水蒸气等等)对检测、剥离效果的污染，进而，有效提高了剥离效果、检测效果，以及剥离与检测的效率。

进一步的，区别于大气环境中的剥离、检测过程，本发明针对于真空环境，通过控制装置对探针驱动结构与样品台驱动结构的控制，实现了剥离、检测过程中离子束、探针、样品台的精确控制，保障了剥离、检测的准确实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置的结构示意图一；

图2是本发明一实施例中基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置的结构示意图二；

图3是本发明一实施例中样品台处于剥离位置时层析检测装置的结构示意图；

图4是本发明一实施例中探针与当前待测表面处于相互作用位置时层析检测装置的结构示意图；

图5是本发明一实施例中采用激光组件的层析检测装置的结构示意图一；

图6是本发明一实施例中采用激光组件的层析检测装置的结构示意图二；

图7是本发明一实施例中清洁探针时层析检测装置的结构示意图；

图8是本发明一实施例中更换探针时层析检测装置的结构示意图；

图9是本发明一实施例中基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置的结构示意图三；

图10是本发明一实施例中基于原子力显微镜与离子束的层析检测方法的流程示意图。

附图标记说明：

1-离子束装置；

11-离子源；

12-加速器；

13-静电透镜；

14-光阑；

15-离子束；

2-设备外壳；

21-外壳本体；

22-电学接口；

23-观察窗；

24-外壳门板；

25-光学接口；

3-样品承载装置；

31-样品台；

32-样品台驱动结构；

33-换针台；

34-主动隔振台；

4-原子力显微镜；

41-探针；

42-探针驱动结构；

421-探针驱动组件；

422-扫描器；

43-探针夹持器；

5-控制装置；

6-样品；

7-光学装置；

71-腔外光学结构；

72-光学窗口；

73-物镜；

8-激光组件；

81-激光器；

82-探测器；

83-热传导结构；

9-电学测量装置；

10-隔振平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1，基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置，包括用于在内部形成真空环境的设备外壳2、原子力显微镜4、离子束装置1、控制装置5，以及样品承载装置3。所述样品承载装置3与所述原子力显微镜4均设于所述真空环境，所述离子束装置1固定设于所述设备外壳2。

所述原子力显微镜包括探针41，以及用于驱动所述探针41运动的探针驱动结构42。

其中的探针驱动结构42可以为任意可以驱动探针41运动的结构或结构的组合，其中的运动可以包括三个自由度的移动，还可以包括一个或多个自由度的旋转。后文的进一步可选方案中，还可针对于探针41的运动需求进一步配置探针驱动结构42，不论如何配置，均不脱离本发明实施例的范围。

所述样品承载装置3包括用于承载样品6的样品台31，以及用于驱动所述样品台31与其上样品6运动的样品台驱动结构32；

其中的样品台驱动结构32可以为任意可以驱动样品台31运动的结构或结构的组合，其中的运动可以包括三个自由度的移动，还可以包括一个或多个自由度的旋转。后文的进一步可选方案中，还可针对于样品台31的运动需求进一步配置样品台驱动结构32，不论如何配置，均不脱离本发明实施例的范围。

本发明实施例中，所述控制装置5分别通过信号对所述探针驱动结构42与所述样品台驱动结构32进行控制，请参考图1与图2，所述控制装置5可电连接所述探针驱动结构42与所述样品台驱动结构32；进而，可通过相应的电信号控制探针驱动结构42与样品台驱动结构32实施相应的运动。

控制装置5的任意处理过程可理解为本发明实施例所提供的基于原子力显微镜与离子束的检测方法的步骤，请结合图1与图10，所述控制装置5用于实施以下步骤：

S101：通过所述样品台驱动结构，控制所述样品处于剥离位置；

S102：控制所述离子束装置向处于所述剥离位置的所述样品入射离子束，以剥离所述样品的一层表面，得到当前待测表面。

请参考图3，其可视作样品6处于剥离位置，进而被离子束剥离时的结构状态，可见，所述剥离位置可匹配于所述离子束装置的离子束15入射方向，其中的匹配，可理解为：当样品6处于剥离位置时，离子束装置1所入射的离子束15可入射至样品6表面。

其中，控制样品6处于剥离位置，可包括控制样品6移动至剥离位置的情形，也包括了控制样品6保持处于剥离位置而不发生位置变化的情形。

其中一种实施方式中，若离子束装置1未处于样品承载装置3的上侧，则：控制装置5在控制所述样品6处于剥离位置之后，还用于：通过所述样品台驱动结构32，控制所述样品台31与所述样品6偏向于所述离子束装置1偏转。进而，可使得样品6可以高效、准确地接收离子束15。

所述控制装置5还用于实施以下步骤：

S103：在剥离的同时或剥离之后，通过所述样品台驱动结构和/或所述探针驱动结构，控制所述探针与所述当前待测表面处于相互作用位置，并通过所述探针驱动结构控制所述探针相对于所述样品进行扫描运动，利用所述探针对所述当前待测表面进行物性测量；

其中，所述扫描运动多个测量点的物理信号变化将构成当前待测表面的物性图，所述离子束的中心和所述探针的针尖作用于所述样品的同一位置。。

其中的同一位置，可理解为：纳米尺度的相同位置，具体可例如：在探针未做扫描运动时，在纳米空间，离子束的中心恰好能够对准探针所处位置(例如几个纳米)。

其中的相互作用，可例如探针针尖原子与样品表面原子间产生的排斥力(接触或未接触的)，一种举例中，可通过在扫描时控制这种力的恒定，可使得探针41的针尖随待测表面发生起伏变化。若样品6是水平设置或理解为横向设置，则：该起伏变化可理解为竖直向或竖向的。

其中的物性图，可以是能够表征出表面物性相关联的任意信息。

其中，控制装置通过信号对探针驱动结构、样品台驱动结构的控制，可理解为：基于相应的反馈回路，控制探针与样品表面间保持同一(或特定范围内)的作用力，并在该情况下进行扫描，该作用力的反馈回路可例如是通过对悬臂的测量而采集到(例如后文所涉及的检测悬臂形变应力而得到的感应信号)，基于该采集的结果可进行控制，从而实现作用力的保持。在此基础上，可实现物性测量，以及物性图的构成。

例如，控制装置实时采集探针的形变应力的感应信号(也可理解为受力形变信号)，对该信号进行滤波等处理，并依据该信号及特定的扫描策略控制探针的振动激励、扫描器的三维位移驱动、针尖与样品间的偏压、光照等信号，以获得样品的物性(例如表面形貌和理化特性信息)。

进而，基于探针扫描至不同位置时的物理信号，可获得物性图。

其中所测量的物性可例如三维形貌、粗糙度、粘附性、弹性模量、硬度、导电性、功函数、压电响应、电荷分布、磁畴分布、热分布等。

其中的物理信号可以是对探针进行检测而直接得到的信号本身(例如后文所提及的感应信号与返回光的信号)，也可以是基于该信号而得到的任意信息。

此外，其中剥离的层数(也可理解为剥离的次数)N可以大于或等于2，每层的厚度可例如0.1纳米-1微米，其中所采用的离子束可以是聚焦的，也可以是非聚焦(例如散焦)的，离子束的能量可例如100eV–10keV，离子束的类型可例如采用Ar，离子束的入射角度可例如为3-30度，所形成的真空环境的真空度可例如1E-4torr-1E-11。

其中，所述真空环境的初始真空度可高于1mPa；，离子束控制的工作气压至少大于初始真空度10倍。

针对于步骤S103，如前文所提到的，部分方案中，在剥离的同时，可实现原子力显微镜的物性测量，即：在同一时间，既利用离子束进行剥离，又利用原子力显微镜进行物性测量。另部分方案中，可在利用离子束显微镜每剥离一层之后，再利用原子力显微镜进行该层表面的物性测量。不论何种方式，均不脱离本发明实施例的范围。

若在同一时间，既利用离子束进行剥离，又利用原子力显微镜进行物性测量，可保障所测量到的物性更及时，避免了剥离之后表面吸附原子、分子对表面物性的影响，从而避免了该影响对测量结果的干扰。同时，在该方案的具体实现过程中，为避免剥离所产生的残渣的干扰，离子束可以较小的入射角度进行剥离，且可采用聚焦性离子束进行剥离，还可配置相应的收集装置对残渣进行收集。进一步地，步骤S103之后(或可理解为重复实施步骤S101-S103之后)，还可包括：

S104：是否完成所述样品的N次剥离，并在每次剥离后均获取到对应的物性图；其中的N为大于或等于2的整数。

若步骤S104的判断结果为是，则可实施步骤S105：基于N张物性图，构成对应的三维层析图像，进而，可得到针对于样品的检测结果。

在步骤S105的具体实施过程中，以两张物性图为例，可利用第一张物性图和第二张物性图的空间相干性构成两个物性图的三维层析图像，进而，针对于N张物性图，可基于N张物性图的空间相干性构成至少两个物性图的三维层析图像。

部分方案中，步骤S104与步骤S105可以是控制装置5实现的，另部分方案中，步骤S104与步骤S105也可以是其他装置实现的。

可见，以上方案中，通过控制原子力显微镜的探针与当前待测表面相互作用，并控制探针做扫描运动，可以获取到表征了待测表面物性的物性图，相较于利用图像采集装置获取当前待测表面图像的现有技术，本发明的物性图能够涵盖待检测表面的深度信息，进而，可获取到更丰富的信息。同时，本发明实施例还采用了离子束实现物体表面的剥离，可有利于实现物体表面的均匀剥离。

其中，层析检测通过离子束装置和原子力显微镜的原位交替使用或者同时使用实现。

由于原子力显微镜通常是应用于大气环境的，本发明实施例在使用原子力显微镜与离子束的情况下，进一步想到形成真空环境，进而在同一真空环境中的同一位置实现原子力显微镜的检测与离子束的剥离，避免了大气中杂质(气体分子、水蒸气等等)对检测、剥离效果的污染，进而，有效提高了剥离效果、检测效果，以及剥离与检测的效率。

进一步的，区别于大气环境中的剥离、检测过程，本发明实施例针对于真空环境，通过控制装置对探针驱动结构与样品台驱动结构的控制，实现了剥离、检测过程中离子束、探针、样品台的精确控制，保障了剥离、检测的准确实施。

为了对探针扫描至不同位置时的物理信号进行整合，需获悉所获取到的物理信号对应是哪个位置的。故而，其中一种实施方式中，请参考图2至图8，所述的层析检测装置，还包括光学装置7，所述光学装置7安装于所述设备外壳2，所述光学装置7朝向于所述样品台31所属区域，且所述样品6处于所述样品台31与所述光学装置7之间，一种举例中，光学装置7采集图像的覆盖区域可覆盖样品台31与样品6的各种运动位置，同时，光学装置7的聚焦距离可以是固定的，进而，在实际使用过程中，所需采集的图像具体可以指处于焦平面的图像。

其中，所述相互作用位置匹配于所述光学装置7的焦平面；进而，因其处于焦平面，通过光学装置7可准确、清晰地观测到扫描时探针扫描运动的实际位置。

所述光学装置7用于：

采集其覆盖范围内的实时图像，并将所述实时图像发送至所述控制装置。

对应的，所述控制装置5还用于：

在所述探针做所述扫描运动时，根据所述实时图像，确定不同时间所述探针针尖相对于所述样品的探针位置信息。

进而，在所述检测方法中，在步骤S104之后，还可实施以上过程。

所述控制装置在利用所述探针对所述当前待测表面进行物性测量时，具体用于：(即步骤S103的部分过程时，具体可以包括：)

根据不同时间的所述探针位置信息与所述物理信号，确定所述当前待测表面的物性图。

其中的探针位置信息，可理解为能够表征出探针针尖位置的任意信息。例如，可在实时图像中识别出探针针尖在图像中的位置，可见，其识别精度取决于光学装置的分辨率，分辨率越高，所识别出的探针针尖的位置可以做到更精准。

其中一种实施方式中，基于光学装置7，还可以为样品6的剥离提供依据，进而，所述剥离位置匹配于所述离子束入射方向与所述光学装置的焦平面的交汇处；

所述控制装置5在控制所述样品处于剥离位置时，具体用于(即步骤S101具体包括)：根据对应的实时图像，控制所述样品处于所述剥离位置。

所述控制装置5在控制所述探针与所述当前待测表面处于相互作用位置时，具体用于(即步骤S103的部分过程具体包括)：根据对应的实时图像，控制所述探针与所述当前待测表面处于所述相互作用位置。

例如，可基于实时图像，识别出样品、探针等位置，进而，基于所识别出的位置，使得样品6与探针41到达剥离位置与相互作用位置。

以图3与图4为例，当样品6处于剥离位置时，其已经处于所述光学装置的焦平面对应的位置，进而，可主要控制探针41做横向与竖向运动，从而到达对应的相互作用位置，此时，样品6可以不发生移动。

此外，为了便于描述，其中的横向可视作XY平面的运动，其中的竖向可视作Z轴的运动，XY平面可视作X轴的运动与Y轴的运动。对应的，前文所涉及的扫描运动可理解为是绕Z轴的摆动。

可见，样品6可在原位实现剥离与探针检测，避免了样品6的运动影响运动与检测的准确性。

此外，步骤S101与步骤S103的运动控制可以是控制装置5自动实现的，也可以由人为通过控制装置5来控制的。

进一步的，为了能够更精准地识别出探针针尖的位置，从而提高运动控制的准确性(例如提高步骤S101与步骤S103的控制准确性)，以及探针检测时位置匹配的准确性(例如步骤S103中为各时刻的物理信号匹配更准确的探针位置信息)。一种举例中，所述光学装置7还用于导入第一辅助光(图7所示斜射至样品的光线可例如为第一辅助光)，并将所述第一辅助光引导至所述当前待测表面，以在所述当前待测表面形成第一光斑；

所述第一辅助光被配置为能够使得：

所述当前图像中，所述探针的针尖区段所表现出的光谱信息区别于所述第一光斑所覆盖的区域范围内其他区域的光谱信息，所述针尖区段的尺寸范围小于20nm。

一种举例中，其中的第一辅助光可例如为能够形成拉曼光的辅助光。

其中，针尖区段可理解为针尖末端的一段长度范围内的部分，可见，基于小于20nm，可有效提高光学装置的识别精度，从而精准地确定针尖的扫描位置，从而为物理信号匹配更精准的位置，使得物性图具有较高的分辨率。

其中一种实施方式中，为了能够获悉样品物理性能的变化性质，还可引入第二辅助光，具体的，所述光学装置7还用于导入第二辅助光(图7所示斜射至样品的光线可例如为第二辅助光)，并将所述第二辅助光引导至所述当前待测表面，以在所述当前待测表面形成第二光斑；

所述第二辅助光被配置为能够使得：

所述当前待测表面中，所述第二光斑的所覆盖的区域范围内发生变形。

一种举例中，第二辅助光可例如为红外光，通过红外光的照射，第二光斑的覆盖区域内的温度会发生变化，对应的，该区域可能会发生变形，探针扫描至该区域时，对应的物理信号可表征出该种变形。

可见，在采用红外光作为第二辅助光时，可以获悉样品温度发生变化时表面形态的变化。

请参考图3，其中一种实施方式中，离子束装置1可以包括：离子源11、加速器12、静电透镜13、光阑14，离子源11发出的离子束15可经加速器12加速后，通过静电透镜13与光阑14的引导入射至样品6表面。

本发明实施例所涉及的离子束装置1可不限于以上举例，任意本领域已有或改进的离子束装置1均可应用于本发明实施例。

请参考图2与3，其中一种实施方式中，光学装置7可以包括腔外光学结构71、光学窗口72与物镜73，所采集的图像的光信号可经物镜与光学窗口72进入腔外光学结构71，从而采集图像的光信号形成前文所涉及的当前图像。

其中的光学窗口72可开设于设备外壳2，腔外光学结构71可设于设备外壳2外，并连接于设备外壳2，物镜73可设于设备外壳2内，并连接于设备外壳2。

腔外光学结构71除了可以采集光信号，也可发出光信号，包括前文所涉及的第一辅助光、第二辅助光，也可包括照明光等等。

请参考图4，其中一种实施方式中，探针驱动结构42可以包括探针驱动组件421与扫描器422。所述探针41直接或间接安装于所述扫描器422，所述扫描器422安装于所述探针驱动组件421；所述探针驱动组件421电连接所述控制装置5，以在所述控制装置5的控制下变化所述扫描器422与所述探针41的位置；所述扫描器422电连接所述控制装置5，以在所述控制装置5的控制下驱动所述探针41做所述扫描运动。

通过探针驱动组件421可实现探针的运动驱动，例如可实现X轴、Y轴、Z轴三个自由度中至少一个自由度的运动，进一步的，探针驱动组件421可进一步实现绕X轴、Y轴、Z轴中至少之一的旋转运动，同时，本实施例也可采用不实现旋转运动的探针驱动组件421。

具体举例中，探针驱动组件421可以是通过电机驱动的，进而，探针驱动组件421可例如是测头电机组件，其中可具有至少一个自由度的驱动电机，以及相应的传动件，本领域任意可实现至少一个自由度运动的方案，均可应用于作为本发明实施例所涉及的探针驱动组件。探针驱动组件421可安装于设备外壳2。

通过扫描器422可实现扫描运动的控制，具体举例中，扫描器422可以为压电陶瓷扫描器。同时，本发明实施例也不排除采用其他形式的扫描器的方案。

具体的，探针41可固定连接于探针夹持器43(例如探针夹持器43可固定夹持探针41)，探针夹持器43可安装于扫描器422，从而在扫描器422的驱动下实施扫描运动，扫描器422可安装于探针驱动组件421，从而使得扫描器422、安装于扫描器422的探针夹持器43与探针41能够一同被探针驱动组件421驱动运动。

其中的样品台驱动结构32可以例如能够实现X轴、Y轴、Z轴三个自由度中至少一个自由度的运动，进一步的，若需实现偏转，样品台驱动结构32也可进一步实现绕X轴、Y轴、Z轴中至少之一的旋转运动，同时，本实施例也可采用不实现旋转运动的样品台驱动结构32。

具体举例中，样品台驱动结构32可以是通过电机驱动的，进而，样品台驱动结构32可例如是样品台电机结构，其中可具有至少一个自由度的驱动电机，以及相应的传动件，本领域任意可实现至少一个自由度运动的方案，均可应用于作为本发明实施例所涉及的探针驱动组件。样品台驱动结构32可直接或间接安装于设备外壳2。

为了获取探针41的起伏信息，可以如图5与图6所示采用激光组件8来实现，也可采用设于探针的感应部件来实现。

一种实施方式中，请参考图5与图6，所述的层析检测装置，还包括激光组件8，所述激光组件8包括激光器81与探测器82，所述控制装置5分别电连接所述激光器81与所述探测器82；所述探针41包括悬臂与接触部，所述悬臂连接于所述接触部与所述探针驱动结构之间，具体可连接于接触部与探针夹持器43之间；其中的悬臂与接触部可以是一体的，也可以是装配在一起的。

所述激光器81与所述探测器82相对于所述设备外壳2的位置是固定的，所述相互作用位置、所述激光器81与所述探测器82的位置相匹配，以使得：在所述探针41做所述扫描运动时，所述激光器81的激光能够入射至所述探针41的悬臂。

对应的，所述控制装置5还用于：

在所述探针41做所述扫描运动时，控制所述激光器81向所述悬臂入射激光，并获取所述探测器82接收到的返回光的信号；

所述物理信号可以是根据对应的返回光的信号确定的。

一种举例中，如图5所示，所述激光器81与所述探测器82直接或间接安装于所述设备外壳2，此时，激光器81与探测器82在真空环境下会产生大量热能，从而影响激光器、探测器的出光、探测效果，还可能会提升真空环境内的温度，影响检测效果，故而，所述激光器81与所述设备外壳2之间设有热传导结构83，所述探测器82与所述设备外壳2之间也可设有热传导结构83。其中的热传导结构83，可以为任意可将热量穿导致设备外壳2的材料与结构。

另一举例中，如图6所示，所述激光器与所述探测器还可安装于光学装置7，具体可安装于光学装置7的腔外光学结构71，进而避免激光器与探测器82的热量累积对真空环境产生影响。

另一未图示的实施方式中，所述探针41包括悬臂、接触部，以及感应部件，所述悬臂连接于所述接触部与所述探针驱动结构之间，其中的悬臂、接触部可参照前文的相关描述理解。

所述感应部件可用于检测所述悬臂形变和/或形变应力，得到对应的感应信号；例如：感应部件可例如能够在形变应力的作用下变化部件阻值的部件，对应的感应信号可随该阻值的变化而发生变化。

所述感应部件电连接所述控制装置5，以将所述感应信号反馈至所述控制装置5；所述物理信号可以是根据对应的感应信号确定的。

请参考图2，其中一种实施方式中，所述的层析检测装置，还包括电学测量装置9，所述电学测量装置9电连接所述探针41与所述样品6，以在所述探针41与所述样品6之间形成回路；所述电学测量装置9还电连接所述控制装置5，以获取不同时间的所述探针位置信息；进而，可以实现探针位置信息与电学参数的同步。

具体的，所述电学测量装置9用于：

获取所述回路在不同时间的电学参数；该电学参数可例如是回路的电流、电压、功率、温度等任意之一参数；

根据不同时间的所述电学参数与不同时间的所述探针位置信息，确定所述当前待测表面的表面电学信息，所述表面电学信息表征了所述探针的针尖相对于所述样品到达不同位置时所述电学参数的变化；

在完成所述样品的N次剥离，并在每次剥离后均获取到对应的表面电学信息之后，整合所述N次剥离对应的N组表面电学信息。

在图2所示方案中，以上过程可利用电学测量装置9来实现，在其他方案中，以上过程也可利用控制装置5来实现，即：以上过程也可作为检测方法的步骤。

请参考图2，并结合图1、图3至图6所示的构造，针对于以上所描述的构造，控制装置5可通过激光器控制信号S-1控制激光器发出激光，并通过光电探测器信号S-2获取到返回光的信号。

若探针驱动组件421采用测头电机组件，则：控制装置5可以通过侧头电机控制信号S-3控制探针驱动组件。

若扫描器422采用压电陶瓷扫描器，则：控制装置5可以通过压电扫描器控制信号S-4控制扫描器422做扫描运动。

控制装置5还可通过悬臂梁振动激励信号S-5控制探针41与样品6之间的相互作用力，例如，可控制相互作用力保持一致，从而使得：做扫描运动时，探针41的针尖可以随样品6表面起伏。

控制装置5还可电连接设于样品台31的温度控制部件，从而通过样品台温度控制信号S-6控制样品台及其上样品6的温度。

若样品台驱动结构32采用样品台电机结构，则控制装置5可通过样品台电机控制信号S-7控制样品台驱动结构32。

控制装置5与光学装置7之间还可通过光学系统同步控制信号S-8获取实时图像，从而基于实时图像确定探针位置信息。

控制装置5与电学测量装置9之间还可通过电学测量单元控制信号S-9同步探针位置信息，从而使得电学参数能够基于探针位置信息整合在一起。

电学测量装置9还可通过探针电学信号S-10与样品电学信号S-11采集相应的电学参数。

除了以上所阐述的功能，基于真空环境，具体实施过程中，还可实现探针的清洁与更换。

请参考图7，所述控制装置5还用于：

通过所述探针驱动结构42，控制所述探针41处于针尖清洁位置；其中，所述针尖清洁位置匹配于所述离子束入射方向，进一步的，其可匹配处于离子束入射方向与光学装置的焦平面的交汇处；

控制所述离子束装置1向处于所述针尖清洁位置的所述探针41入射离子束，以清洁所述探针上的待清洁对象。

在实际使用过程中，可基于光学装置7采集到的实时图像判断探针41是否具有待清洁对象，若具有待清洁对象，可自动控制从而实现以上清洁过程，也可对外输出清洁提示，进而在人工控制下实现以上清洁过程。

请参考图8，所述的检测设备，还包括换针台33，其可设于样品台驱动结构32，也可独立于样品台驱动结构32设置，所述探针驱动结构设有探针安装部(例如可以是能够产生吸附作用的吸附部件)，所述探针41通过探针夹持器43可分离地安装于所述探针安装部(例如吸附于探针安装部)，所述换针台33上设有至少两个探针容置位。

图8所示的换针台33上的探针41可视作备用探针。

若所述至少两个探针容置位包括空置的第一容置位与已容置了备用探针及其探针夹持器的第二容置位，则：

所述控制装置5还用于：

通过所述探针驱动结构42，控制所述探针41及其探针夹持器43进入所述第一容置位；

控制所述探针安装部与对应的探针夹持器分离，以使得所述探针及其探针夹持器能够留置于所述第一容置位；其中，例如可通过控制吸附部件不再吸附来实现分离；

通过所述探针驱动结构，控制所述探针安装部移动至所述第二容置位外侧；

控制所述探针安装部与所述备用探针的探针夹持器对接，以使得所述备用探针能够作为当前所使用的探针；其中，例如可通过控制吸附部件的吸附来实现对接。

通过以上图7与图8所示的过程，可实现真空环境下的探针清洁与更换，进而，可避免打开设备外壳实现探针清洁与更换，保障了检测过程中的工作效率。

除了以上的描述，请参考图9，所述的层析检测装置还可包括隔振平台10，设备外壳2可设于隔振平台10，样品承载装置3还可包括主动隔振台34，样品台驱动结构32与样品台31可直接或间接安装于主动隔振台34，主动隔振台34可收设备外壳2。

请参考图9，设备外壳2可以包括外壳本体21，以及设于外壳本体21的开口侧的外壳门板24，外壳本体21与外壳门板24内可形成真空环境，离子束装置1可设于外壳门板24。

设备外壳2的顶部可设有观察窗23，设备外壳2的侧壁可设有电学接口22与光学接口24，利用电学接口22，可实现内部各构造与控制装置5、电学测量装置9之间的电信号传输。

设备外壳2的侧壁还可设有光学接口25，进而，光学装置7可经光学接口25作用于真空环境内。

综上所述，本发明实施例提供的基于原子力显微镜与离子束的层析检测装置与方法中，通过控制原子力显微镜的探针与当前待测表面相互作用，并控制探针做扫描运动，可以获取到表征了待测表面物性的物理信号，相较于利用图像采集装置获取当前待测表面图像的现有技术，本发明的物性图能够涵盖待检测表面的深度信息，进而，可获取到更丰富的信息。同时，本发明还采用了离子束实现物体表面的剥离，可有利于实现物体表面的均匀剥离。

由于原子力显微镜通常是应用于大气环境的，本发明在使用原子力显微镜与离子束的情况下，进一步想到形成真空环境，进而在同一真空环境中的同一位置实现原子力显微镜的检测与离子束的剥离，避免了大气中杂质(气体分子、水蒸气等等)对检测、剥离效果的污染，进而，有效提高了剥离效果、检测效果，以及剥离与检测的效率。

进一步的，区别于大气环境中的剥离、检测过程，本发明针对于真空环境，通过控制装置对探针驱动结构与样品台驱动结构的控制，实现了剥离、检测过程中离子束、探针、样品台的精确控制，保障了剥离、检测的准确实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。