图像拼接是为了将小视场贴补到大视场中而开发的一种光学技术。开发这种技术的主要目的是为了进行图像绘制,而不是为了进行定量测量,因此将其应用于尺寸度量会具有一定的挑战性。然而,NIST和NASA Ames研究中心的纳米技术中心多年来一直在研究具有不同系统误差表现形式的拼接图像如何能够提供一些方法以减少这种影响,他们有望在原子力显微镜(AFM)尺寸度量方面取得突破性的进展。
虽然已知一些数学运算方法-相关函数,匹配导数等,但将这种技术与AFM尺寸的度量方法一起使用还是第一次。尽管目前还没有将图像拼接应用于AFM尺寸度量的突出实例,但这种技术已在碳纳米管锥尖研究中有所应用。碳纳米管锥尖的可用良率较低,也不好控制,尤其是还要考虑锥尖的特性。与高效控制纳米管不同安装角度和长度相关的各种问题已逐步得到解决。但大多数碳纳米管锥尖与曲面法线仍有一些角差。研究人员相信,在某些情况下保持适当的角差可能是有益的。
研究考虑了自上而下的AFM,通常不用作线宽测量工具。使碳纳米管与表面保持一定的角度,锥尖会对垂直特征进行扫描,可以看到一个侧壁的全貌。因为它有一个角度,因此在向下进行时只有一个角能看到侧壁。纳米管锥尖存在一定的角度应该可以对垂直的侧壁进行精确地测量。样品可以旋转以便使相同的锥尖接近另一个侧壁。尽管大多数失真都发生在无法接近的侧壁上,但在锥尖能够触及的侧壁上仍会有一些残余的锥尖失真。

如果可以将这两个图像精确地结合在一起,拼合起来的图像可能对度量很有用,而不是仅仅用作绘制图像或显示透视图像。可以根据拼接图像来完成定量测量。
正如他们在发表的文章中详述的那样,研究人员取两个图像,标出数个特征的位置,并用手工操作的方法将它们拼接在一起。其目的是为了对拼接的图像加以理解,并最大限度地降低图像中的残存失真。这是在一个线宽上完成的,尽管获得了精确的信息,但仍有一些限制。虽然纳米管十分微小,但它们仍具有一定的线宽和几何形状,在图像处理过程中必须对其加以考虑。
如果不考虑长度,在对侧壁进行图像描绘时,纳米管具有较高的图像纵横比和弯曲度。研究人员想测定采用传统的一维或自上而下的AFM能否获得采用CD-AFM才能实现的那种侧壁和CD精度。一维AFM的锥尖定位和反馈控制以及取样都不太复杂,可提供的侧壁信息也比较少—较陡的锥尖可很快地对其进行扫描,因此除了弯曲和一些其它的几何失真情况外,就无法获得更多的信息以便提取精确的边缘信息了。
合成图像不是限制因数;而单个输入图像中的系统误差却是限制因数。这是由纳米管锥尖与样品的相互作用造成的。随着锥尖离垂直面越来越近,这一问题就会有所缓解。安装时选择与硅尖角度相当的陡而短的纳米管锥尖可能是最佳的布局。这样的锥尖只会对侧壁顶部的附近部分形成图像,提取CD,与CD-AFM测量结果或其它数据加以比较。
图像拼接似乎在近期内还不会取代其它技术。目前也没有重要的观点,例如,对于CD-AFM到何种地步将无法再使用下去,从而使图像拼接技术成为最佳选择。这一技术被认为是一种独立的方法,它是对当前使用方法的一种补充(在分析实验中可能会进行脱机分析),而不是取代他们。
目前,这种图像拼接技术在这方面的应用似乎是一种在寻找问题的方法,它还处在实验室投资与开发阶段,仅此而亦。因此可以说,这种技术目前还不具备实际应用的明显优点。不过,我们应该用发展的眼光来看待这一技术。
