CN102788888B - 扫描探针显微镜进针装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种扫描探针显微镜进针装置，其步进电机（8）以垂直于水平面方向固定在扫描探针显微镜进针装置的底座，步进电机（8）连接压电陶瓷扫描器（7）；压电陶瓷扫描器（7）上设置样品台（11）；探针（2）针尖朝下，位于样品台（11）的正上方；探针（2）的上方安装有激光光源（9）；光电传感器（10）位于探针的斜上方，接收探针（2）所反射的光斑的位置信号，并将光斑位置信号转换为电压信号送入控制器（4），通过控制器（4）控制步进电机（8）带动样品向探针（2）逼近。本发明还包括双通道反射式光纤位移传感器，通过双通道反射式光纤位移传感器检测探针与样品表面距离，在控制器的控制下，提高粗进针速度，结合细进针控制，实现快速进针。

Description

扫描探针显微镜进针装置及方法

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜（SPM）进针装置及进针方法。

背景技术

扫描探针显微镜（SPM）作为一种高分辨率的三维形貌检测仪器，不仅在生物学领域得到了广泛应用，同时得到了半导体产业界的高度重视（T.Ando,“High-speed atomic forcemicroscopy coming ofage”,Nanotechnology,2012,23:06200-062028.）。SPM在样品表面扫描时，微悬臂梁上的探针与样品相互作用，引起微悬臂梁偏转，该偏转信号用于表征样品表面的形貌变化，并能达到原子级高分辨率。根据探针与样品表面作用方式的不同，SPM能实现表面磁场、载流子浓度分布、表面电容等多信息测量。随着半导体工业中加工线宽的不断减小和高介电常数材料的大量使用，光学检测和扫描电子显微镜检测方法都遇到了技术障碍。SPM的高分辨率、多信息测量、三维成像等优点将会在半导体检测领域发挥重大作用。

高速、高通量的检测是一种检测技术能否在半导体工业中实用化的关键。检测速度的快慢将直接影响工业现场的检测效率，而测量速度慢恰恰是SPM的最大缺点。影响SPM测量速度主要包含两方面因素：其一，进针时间，也就是探针由远离样品表面位置（1~2mm），通过进给机构（如步进电机）逼近至样品表面扫描成像位置所需的时间，一般为几十秒至数分钟；其二，成像时间，也就是进针完成后，从开始第一点扫描直至完成一幅图像显示所需的时间，一般为几分钟至数十分钟。

目前，对于缩短SPM的成像时间，已经有很多研究机构开展了相关研究工作（B.J.Kenton,A.J.Fleming,K.K.Leang,“Compact ultra-fast vertical nanopositioner for improving scanningprobe microscope scan speed”,Review of Scientific Instruments,2011,82(12):123703-123711.；C.Richter，M.Burri,T.Sulzbach,C.Penzkofer,B.Irmer,“Ultrashort cantilever probes for highspeed atomic force microscopy”,SPIE,2011.），并有公司研制出相关产品（Bruker Ltd.,“Dimension fastscan:the world’s fastest AFM”,2011.http://www.bruker-axs.com）。对于缩短SPM的进针时间，一般采用分段进针的方法，即将进针过程分为两个部分：第一部分为快速的粗进针，步进电机将探针从离样品表面较远位置（1mm以上）快速逼近至较近位置（20um至200um），逼近过程采用激光干涉仪、激光限位开关、电容传感器或通过摄像头自动聚焦完成位置判断，中国专利200910220156.X采用激光限位开关，美国专利U.S.Pat.No.7,770,231B2.采用摄像头自动聚焦方法；第二部分为细进针，在完成第一部分进针至离样品表面较近位置后，步进电机停止运动，高速响应电机或压电陶瓷管作为驱动器，如美国专利U.S.Pat.No.5,614,712和U.S.Pat.No.2006/0230474A1.，配合一定的控制方法完成进针过程，该过程能精确控制探针和样品表面的距离，防止损坏，耗时较长。

对于粗进针部分，引入激光干涉仪或摄像头自动聚焦技术能避免探针与样品撞击的风险，但其结构复杂，成本高。电容传感器对电磁信号敏感，对操作环境要求高。中国专利200910220156.X发明的水平方向激光限位开关具有结构简单、成本低等特点，但其每次变更限位开关阈值都需要手动调整激光器初始位置。

发明内容

本发明的目的是克服现有SPM快速进针装置结构复杂、成本高、环境适应能力低、操作不方便的不足，提供一种新型的快速进针装置和方法，本发明不仅能实现快速进针，而且具有结构简单、成本低、适应性强、操作简便等特点，能方便的集成于不同SPM结构，适用于半导体工业现场自动检测。

本发明扫描探针显微镜进针装置包括控制器、步进电机、压电陶瓷扫描器、激光光源、光电传感器和探针，还包括双通道反射式光纤位移传感器。所述控制器与步进电机、压电陶瓷扫描器、激光光源、光电传感器和双通道反射式光纤位移传感器中的激光器、接收器电连接。控制器核心控制单元采用嵌入式主板，配合上位机完成数据通信，指令控制，AD数据采集，DA输出，步进电机控制，光电传感器信息检测，扫描器反馈控制，双通道反射式光纤位移传感器控制等。所述的控制器主要包括PC104嵌入式主板，步进电机控制模块，光电传感器信息检测模块，扫描器反馈控制模块和双通道反射式光纤位移传感器控制模块。其中，PC104嵌入式主板是控制的核心，通过网络与上位机通信，通过PC104总线实现对步进电机控制模块，光电传感器信息检测模块，扫描器反馈控制模块和双通道反射式光纤位移传感器控制模块的控制；步进电机控制模块控制步进电机，步进电机带动被检测样品进行对探针的逼近和远离动作，用于实现快速粗进针；光电传感器信息检测模块用于检测光电传感器的输出信号，判断探针与样品表面的接触情况并为扫描器反馈控制模块提供输入信号；扫描器反馈控制模块用于控制压电陶瓷扫描器快速、高精度伸缩，从而精确控制探针与样品表面的相互作用，实现无损式细进针；双通道反射式光纤位移传感器控制模块用于控制激光器发射激光束，通过接收器接收反射回的激光并经模数转换为控制程序能识别的数字信号。

所述步进电机以垂直于水平面方向固定在扫描探针显微镜进针装置的底座，步进电机通过螺杆连接压电陶瓷扫描器。所述的压电陶瓷扫描器能进行X、Y、Z三轴方向微位移运动，压电陶瓷扫描器上固定安装样品台，样品台上水平固定放置样品。探针安装于探针座上并与扫描探针显微镜刚性连接，探针针尖朝下处于样品台正上方位置。探针上方固定安装激光光源，激光光源以垂直于水平面方向发射激光束经探针反射至位于探针斜上方的光电传感器，光电传感器通过微调机构调整至接收探针反射光斑的位置，光电传感器接收探针反射的光斑位置信号，并将光斑位置信号转换为电压信号送入控制器，控制器通过光斑位置信号控制进针过程并判断进针是否完成。双通道反射式光纤位移传感器用于检测探头与被测样品表面之间的距离，双通道反射式光纤位移传感器由探头、光纤、激光器和接收器构成。所述的探头顶端有三个圆孔，一个为激光发射孔，另外两个分别为激光接收孔一和激光接收孔二。所述的探头固定在扫描探针显微镜探针座侧面，探头的顶端向下，垂直于被检测样品表面，探头与探针的垂直距离为H’，且Hmin-h0<H’<Hmax-h0，其中Hmin为双通道反射式光纤位移传感器能够检测到的探头与被测样品表面的最小距离，Hmax为双通道反射式光纤位移传感器能够检测到的探头与被测样品表面的最大距离，h0为粗进针结束时探针与样品表面的距离。所述的光纤有三根，一根为发射光纤，另外两根分别为第一接收光纤和第二接收光纤。发射光纤的一端固定连接激光发射孔，发射光纤的另一端固定连接激光器。第一接收光纤和第二接收光纤的一端分别固定连接第一激光接收孔和第二激光接收孔，第一接收光纤和第二接收光纤的另一端固定连接接收器。激光器和接收器分别与控制器电连接。控制器的双通道反射式光纤位移传感器控制模块控制激光器发射激光束，此激光束通过所述的发射光纤传导至探头上的激光发射孔，激光束从激光发射孔垂直照射到被检测样品表面后，反射至探头的两个激光接收孔，两个激光接收孔接收到的光信号分别通过两根接收光纤传导至接收器，接收器将两路光信号转换为两路模拟电压信号Vs1和Vs2，双通道反射式光纤位移传感器控制模块将两路模拟电压信号Vs1和Vs2分别转换为两路数字电压信号Vd1和Vd2，并将两路数字电压信号Vd2与Vd1相除得出无量纲的数字量Vd，数字量Vd和探头与样品表面距离H在Hmin<H<Hmax范围内单调一致，建立数字量Vd与H一一对应的查找表。控制器双通道反射式光纤位移传感器控制模块利用查找表通过Vd判断探头与样品表面距离H，由于H=h+H’，其中h为探针与样品表面的当前距离，且探头与探针的距离H’固定，则可判断探针与样品表面的距离h。

本发明进针方法包括快速的粗进针和慢速的细进针，具体为：

所述粗进针方法包括如下步骤：

a.第一次进针前，通过控制器设定粗进针结束时探针与样品表面的距离h0，控制器中的步进电机控制模块控制步进电机带动被检测样品运动到样品表面与探针的距离为h0的位置，控制器的双通道反射式光纤位移传感器控制模块记录通过双通道反射式光纤位移传感器采集得到的数字量Vd，并将该数字量Vd记录为常量VD；

b.控制器通过步进电机控制模块控制步进电机带动样品远离探针至1mm~2mm安全距离后，开始粗进针。

c.控制器通过步进电机控制模块控制步进电机以50um/s~100um/s速度带动样品台上升，同时通过双通道反射式光纤位移传感器控制模块检测双通道反射式光纤位移传感器输出数字量Vd，当数字量Vd小于或等于步骤a设定的常量VD时，控制器步进电机控制模块停止步进电机运动，粗进针完成；

所述细进针方法包括如下步骤：

d.控制器的扫描器反馈控制模块控制压电陶瓷扫描器向Z方向伸长，逼近探针，同时控制器的光电传感器信息检测模块检测光电传感器上由探针反射激光光斑的位置偏转信号；当压电陶瓷扫描器达到Z方向最大位移1um~8um时，如光电传感器没有输出200mV~500mV突变电压信号，则扫描器反馈控制模块控制压电陶瓷扫描器在Z方向缩短到最小位移0um位置，同时通过控制器步进电机控制模块控制步进电机带动样品向探针逼近，逼近位移量为压电陶瓷扫描器Z方向最大位移量；

e.重复步骤d，直至光电传感器产生200mV~500mV突变电压信号为止，细进针完成。

双通道反射式光纤位移传感器的工作原理和工作过程如下：激光器发射激光束经发射光纤传导至探头顶端的激光发射孔，激光束从激光发射孔垂直照射到被检测样品表面后，反射至探头的两个激光接收孔，激光发射孔和激光接收孔的孔径相等，激光发射孔和激光接收孔的中心间距分别为p1和p2，p1<p2。两个激光接收孔接收到的光信号分别通过两根接收光纤传导至接收器，接收器将两路光信号转换为两路模拟电压信号。两路模拟电压信号经控制器的双通道反射式光纤位移传感器控制模块处理得出无量纲的数字量，该数字量在一定范围内与探头样品表面相对位移变化单调一致，建立该数字量与所述相对位移变化的查找表，通过查找表可得出当前数字量对应的探头与被测样品表面距离。

本发明通过双通道反射式光纤位移传感器直接测量探头与被测样品表面的距离，从而测得探针与被测样品表面的距离。由于探头与探针的相对位置固定，因此能保证测量结果的准确。双通道反射式光纤位移传感器采用激光反射的原理，能避免温度、电磁等外界环境对测量效果的影响。双通道反射式光纤位移传感器还具有结构简单、成本低、适应性强、操作简便的特点，能方便地集成至SPM结构等优点。本发明通过控制器设定粗进针位置，可通过控制程序灵活更改粗进针位置。本发明粗、细进针方式的联合应用，既能提高进针速度，又能防止进针过程探针与样品的损坏。上述特点使得本发明能广泛应用于不同类型的SPM，尤其适用于半导体工业现场检测等工作环境复杂的SPM。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1本发明进针装置的结构框图；

图2控制器结构简图；

图3双通道反射式光纤位移传感器结构图

图4双通道反射式光纤位移传感器探头安装至SPM探针座位置的俯视图；

图5是图4的侧视图；

图6双通道反射式光纤位移传感器的原理图；

图7两路接收孔的“距离-数字电压信号”曲线；

图8两路数字电压信号相除后的“距离-数字量Vd”曲线；

图中：1双通道反射式光纤位移传感器，2探针，3探针座，4控制器，5开关，6反馈控制器，7扫描器，8步进电机，9激光光源，10光电传感器，11样品台，12接收光纤，13发射光纤，14接收光纤，15激光器，16接收器，17接收孔，18发射孔，19接收孔，20探头。

具体实施方式

如图1所示，本发明的装置包括控制器4、步进电机8、压电陶瓷扫描器7、激光光源9、光电传感器10、探针2和双通道反射式光纤位移传感器1。所述控制器4与步进电机8、压电陶瓷扫描器7、激光光源9、光电传感器10和双通道反射式光纤位移传感器1电连接。所述步进电机8以垂直于水平面的方向固定在扫描探针显微镜进针装置的底座，步进电机8通过螺杆连接压电陶瓷扫描器7。所述的压电陶瓷扫描器7能进行X、Y、Z三轴方向微位移运动。压电陶瓷扫描器7上设置样品台11。探针2安装于探针座3上并与扫描探针显微镜刚性连接。探针2针尖朝下位于样品台11的正上方。探针2上方固定安装激光光源9。激光光源9以垂直于水平面方向发射激光束，激光束经探针2反射至位于探针2斜上方的光电传感器10。光电传感器10通过微调机构调整至接收探针2反射光斑的位置，光电传感器10接收探针2反射的光斑位置信号，并将光斑位置信号转换为电压信号送入控制器，控制器通过光斑位置信号控制进针过程并判断进针是否完成。

如图2所示，控制器4主要包括PC104嵌入式主板，步进电机控制模块，光电传感器信息检测模块，扫描器反馈控制模块和双通道反射式光纤位移传感器控制模块。其中，PC104嵌入式主板是控制的核心，通过网络与上位机通信，接收上位机发送的指令并将采集的数据回传给上位机，利用PC104总线实现对步进电机控制模块、光电传感器信息检测模块、扫描器反馈控制模块和双通道反射式光纤位移传感器控制模块的控制。步进电机控制模块控制步进电机8带动被检测样品进行对探针2的逼近和远离动作，用于实现快速粗进针。光电传感器信息检测模块用于检测光电传感器10的输出信号，判断探针2与样品表面的接触情况并为扫描器反馈控制模块提供输入信号。扫描器反馈控制模块用于控制压电陶瓷扫描器7快速、高精度微位移运动，从而精确控制探针2与样品的相互作用，实现无损式细进针；双通道反射式光纤位移传感器控制模块用于控制激光器15发射激光束，通过接收器16接收反射回的激光并经模数转换为控制程序能识别的数字信号。

如图3所示，双通道反射式光纤位移传感器1由探头20、发射光纤13、接收光纤12、14、激光器15和接收器16构成。所述的探头20的顶端有三个圆孔，一个为激光发射孔18，另外两个为激光接收孔17、19。发射光纤13的一端固定连接激光发射孔18，发射光纤13的另一端固定连接激光器15。第一接收光纤12的一端固定连接第一激光接收孔17，第二接收光纤14的一端固定连接第二激光接收孔19，第一接收光纤12和第二接收光纤14的另一端固定连接接收器16。激光器15和接收器16分别与控制器4电连接。探头20固定在扫描探针显微镜探针座3的侧面，如图4所示。探头20的顶端向下，垂直于被测样品表面，与探针2的垂直距离H’=600（um），如图5所示。控制器4双通道反射式光纤位移传感器控制模块控制激光器15发射激光束，此激光束通过发射光纤13传导至探头上的激光发射孔18，激光从激光发射孔18垂直照射到样品表面后，反射至探头20的两个激光接收孔17、19，如图6所示。两个激光接收孔接收到的光信号分别通过两根接收光纤12和14传导至接收器16，接收器16将两路光信号转换为两路模拟电压信号Vs1和Vs2，控制器4双通道反射式光纤位移传感器控制模块将两路模拟电压信号Vs1和Vs2分别转换为两路数字电压信号Vd1和Vd2，如图7所示，并将两路数字电压信号Vd2与Vd1相除得到数字量Vd，数字量Vd和探头与样品表面距离H在Hmin<H<Hmax范围内单调一致，且Hmin=520um，Hmax=850um，如图8所示，建立数字量Vd与探头样品表面距离H一一对应的查找表；控制器4中的双通道反射式光纤位移传感器控制模块利用查找表通过数字量Vd判断探头20与样品表面距离H，由于探头20与探针2的距离H’=600um，进而判断探针2与样品表面的距离h=H-600。

本发明进针方法包括快速的粗进针和慢速的细进针，其实施例的操作方法为：

a.第一次进针前，通过控制器4设定粗进针结束时探针2与样品表面的距离h0=60um，控制器4步进电机控制模块控制步进电机8带动被检测样品运动到距离探针2为60um位置，控制器4双通道反射式光纤位移传感器控制模块记录通过双通道反射式光纤位移传感器1采集得到的数字量Vd=Vd2/Vd1=0.65/2.23=0.29；

b.控制器4通过步进电机控制模块控制步进电机8带动样品远离探针至1mm安全距离后，开始粗进针。

c.控制器4通过步进电机控制模块控制步进电机8以100um/s速度带动样品台11上升，同时通过双通道反射式光纤位移传感器控制模块检测双通道反射式光纤位移传感器1输出数字量Vd，当Vd≤0.29时，控制器步进电机控制模块停止步进电机运动，粗进针完成，耗时约10秒；

d.开始细进针，控制器4的扫描器反馈控制模块控制压电陶瓷扫描器7向Z方向伸长逼近探针2，同时控制器4的光电传感器信息检测模块检测光电传感器10上由探针2反射激光光斑的位置偏转信号；当压电陶瓷扫描器7达到Z方向最大位移4um时，如光电传感器10仍然没有输出变化量大于200mV的突变电压信号，则扫描器反馈控制模块控制压电陶瓷扫描器7在Z方向缩短到最小位移0um位置，同时通过控制器4的步进电机控制模块控制步进电机带动样品向探针逼近，逼近位移量为压电陶瓷扫描器Z方向最大位移量4um；

e.重复步骤d，直至光电传感器10产生大于200mV的突变电压信号为止，细进针完成，耗时约14秒。

上述操作方法中，控制器4通过网络接收上位机发送的控制参数及指令，对本发明扫描探针显微镜进针装置进针过程进行控制。

Claims (3)

1.一种扫描探针显微镜进针装置，所述的进针装置包括控制器（4）、步进电机（8）、压电陶瓷扫描器（7）、激光光源（9）、光电传感器（10）、探针（2）和双通道反射式光纤位移传感器（1）；所述控制器（4）与步进电机（8）、压电陶瓷扫描器（7）、激光光源（9）、光电传感器（10）和双通道反射式光纤位移传感器（1）中的激光器（15）、接收器（16）电连接；所述步进电机（8）以垂直于水平面方向固定在扫描探针显微镜进针装置的底座，步进电机（8）连接压电陶瓷扫描器（7）；压电陶瓷扫描器（7）上设置样品台（11）；探针（2）针尖朝下，位于样品台（11）的正上方；探针（2）的上方安装有激光光源（9）；光电传感器（10）位于探针斜上方，接收探针（2）所反射的光斑的位置信号，并将光斑位置信号转换为电压信号送入控制器（4），控制器（4）通过光斑位置信号控制进针过程并判断进针是否完成；

其特征在于，所述的双通道反射式光纤位移传感器（1）由探头（20）、发射光纤（13）、接收光纤（12、14）、激光器（15）和接收器（16）构成；所述的探头（20）的顶端开有激光发射孔（18）和两个激光接收孔（17、19）；所述的探头（20）固定在扫描探针显微镜探针座（3）的侧面；探头（20）的顶端向下，垂直于被检测样品表面；探头（20）与探针（2）的垂直距离为H’，且Hmin-h0<H’<Hmax-h0，其中Hmin为双通道反射式光纤位移传感器（1）能够检测到的探头（20）与被测样品表面的最小距离，Hmax为双通道反射式光纤位移传感器（1）能够检测到的探头（20）与被测样品表面的最大距离，h0为粗进针结束时探针（2）与样品表面的距离；所述的发射光纤（13）的一端连接激光发射孔（18），发射光纤（13）的另一端连接激光器（15）；第一接收光纤（12）的一端连接第一激光接收孔（17），第一接收光纤（12）的另一端连接接收器（16）；第二接收光纤（14）的一端连接第二激光接收孔（19），第二接收光纤（14）的另一端连接接收器（16）；

所述的控制器（4）包括PC104嵌入式主板、步进电机控制模块、光电传感器信息检测模块、扫描器反馈控制模块和双通道反射式光纤位移传感器控制模块；所述的PC104嵌入式主板通过网络与上位机通信，接收上位机发送的指令并将采集的数据回传给上位机，利用PC104总线实现对步进电机控制模块、光电传感器信息检测模块、扫描器反馈控制模块和双通道反射式光纤位移传感器控制模块的控制；步进电机控制模块控制步进电机带动被检测样品进行对探针的逼近和远离动作；光电传感器信息检测模块检测光电传感器（10）的输出信号，判断探针（2）与样品表面的接触情况并为扫描器反馈控制模块提供输入信号；扫描器反馈控制模块用于控制压电陶瓷扫描器（7）的微位移运动；双通道反射式光纤位移传感器控制模块用于控制激光器发射激光束，通过接收器接收反射回的激光并经模数转换为控制程序能识别的数字信号。

2.按照权利要求1所述的扫描探针显微镜进针装置，其特征在于，所述的双通道反射式光纤位移传感器控制模块控制激光器（15）发射激光束，此激光束通过发射光纤（13）传导至探头（20）上的激光发射孔（18）；激光束从激光发射孔（18）垂直照射到被检测样品表面后，反射至探头（20）的两个激光接收孔（17、19），两个激光接收孔（17、19）接收到的光信号分别通过两根接收光纤（12、14）传导至接收器（16），接收器（16）将接收光纤（12）和接收光纤（14）的两路光信号分别转换为模拟电压信号Vs1和Vs2；所述的双通道反射式光纤位移传感器控制模块将两路模拟电压信号Vs1和Vs2分别转换为两路数字电压信号Vd1和Vd2，并将所述的两路数字电压信号Vd2和Vd1相除得到数字量Vd，数字量Vd和探头与样品表面距离H在Hmin<H<Hmax范围内单调一致，建立数字量Vd和探头（20）与样品表面距离H一一对应的查找表；所述的双通道反射式光纤位移传感器控制模块利用查找表通过数字量Vd判断探头（20）与样品表面距离H，根据公式H=h+H’，其中h为探针（2）与样品表面的距离，H’为探头（20）与探针（2）的距离，则可判断探针（2）与样品表面的距离h。

3.采用权利要求1或2所述的扫描探针显微镜进针装置的进针方法，其特征在于，所述的进针方法包括粗进针和细进针，具体操作步骤为：

a.第一次进针前，通过控制器（4）设定粗进针结束时探针（2）与样品表面的距离h0，控制器（4）的步进电机控制模块控制步进电机（8）带动被检测样品运动到样品表面与探针（2）的距离为h0的位置，控制器（4）的双通道反射式光纤位移传感器控制模块记录通过双通道反射式光纤位移传感器（1）采集得到的数字量Vd，并将该数字量Vd记录为常量VD；

b.控制器（4）通过步进电机控制模块控制步进电机（8）带动样品远离探针至1mm～2mm安全距离后，开始粗进针；

c.控制器（4）通过步进电机控制模块控制步进电机（8）以50um/s～100um/s速度带动样品台（11）上升，同时通过双通道反射式光纤位移传感器控制模块检测双通道反射式光纤位移传感器（1）输出数字量Vd，当Vd≤VD时，控制器步进电机控制模块停止步进电机运动，粗进针完成；

d.开始细进针，控制器（4）的扫描器反馈控制模块控制压电陶瓷扫描器（7）向Z方向伸长逼近探针（2），同时控制器（4）的光电传感器信息检测模块检测光电传感器（10）上由探针（2）反射激光光斑的位置偏转信号；当压电陶瓷扫描器（7）达到Z方向最大位移1um～8um时，如光电传感器（10）没有输出200mV～500mV突变电压信号，则扫描器反馈控制模块控制压电陶瓷扫描器（7）在Z方向缩短到最小位移0um位置，同时通过控制器（4）的步进电机控制模块控制步进电机（8）带动样品向探针(2)逼近，逼近位移量为压电陶瓷扫描器Z方向最大位移量；

e.重复步骤d，直至光电传感器（10）产生200mV～500mV突变电压信号为止，细进针完成。