CZ307100B6

CZ307100B6 - A method of characterizing the sample surface using a scanning electron microscope and a scanning probe microscope

Info

Publication number: CZ307100B6
Application number: CZ2016-241A
Authority: CZ
Inventors: Jan Neuman; Zdeněk Nováček; Michal Pavera
Original assignee: Nenovision S.R.O.
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2018-01-10
Also published as: CZ2016241A3

Abstract

Způsob charakterizace povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem (SEM) a rastrovacím sondovým mikroskopem (SPM) spočívající v tom, že snímání povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem a rastrovacím sondovým mikroskopem probíhá simultánně, přičemž svazek primárních elektronů je stacionární, zatímco stolek se vzorkem se při rastrování pohybuje v rovině XY a sonda SPM v této rovině XY stacionární. Stolek, kterým je typicky piezoskener, se tedy při snímání povrchu vzorku pohybuje v rovině XY a ve směru osy Z, nebo pouze v rovině XY, kde ve směru osy Z je pohyb realizován sondou SPM.A method of characterizing a sample surface for scanning electron microscope (SEM) and scanning Probe Microscope (SPM) scanning the sample surface by scanning electron microscope and scanning probe microscope proceeds simultaneously, with a beam of primary electrons it is stationary while the sample table is rasterized moves in XY plane and SPM probe in this XY plane stationary. The table, which is typically a piezo scanner, is thus, when scanning the sample surface, it moves in the XY plane a in the Z-direction, or only in the XY plane, where in the direction Z-axis, the motion is realized by the SPM probe.

Description

Vynález se týká způsobu charakterizace povrchu zkoumaného vzorku pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu a rastrovacího sondového mikroskopu.The invention relates to a method of characterizing the surface of a sample under test by means of a scanning electron microscope and a scanning probe microscope.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Dosavadní stav techniky zahrnuje použití rozličných metod mikroskopie pro zkoumání povrchu vzorků. Používané metody jsou zpravidla využívány v samostatných zařízeních a při zkoumání povrchu vzorků je nutné přenášet vzorky mezi jednotlivými zařízeními, což může negativně ovlivnit celé měření, protože je vzorek vystaven okolnímu prostředí a může dojít například k oxidaci povrchu vzorku apod. Pokud je více měřicích metod implementováno do jednoho zařízení, pak je to většinou pro účely kontroly jednoho z měření nebo pro nalezení vhodné oblasti vzorku. Pro charakterizaci a vizualizací povrchů jsou často využívány techniky rastrovací elektronové mikroskopie (SEM - scanning electron microscope) a metody shrnuté pod označením rastrovací sondová mikroskopie (SPM - scanning probe microscopy). Oba přístupy mají jak své přednosti, tak i limitující faktory.The prior art involves the use of various microscopy methods to examine the surface of samples. The methods used are usually used in separate devices and when examining the sample surface it is necessary to transfer samples between individual devices, which can negatively affect the whole measurement, because the sample is exposed to the environment and can lead to oxidation of the sample surface etc. to a single device, then it is mostly for the purpose of checking one of the measurements or finding a suitable sample area. Scanning electron microscope (SEM) techniques and scanning methods (SPM) are often used for surface characterization and visualization. Both approaches have both advantages and limiting factors.

Rastrovací elektronový mikroskop, dále také jen SEM, je přístroj určený k pozorování mikroskopických a nanoskopických objektů. Soustavou elektromagnetických čoček je na zkoumaný vzorek soustředěn svazek primárních elektronů. Při interakci primárních elektronů se vzorkem dochází k různým jevům, z nichž mnohé mohou být využity pro tvorbu výsledného obrazu. Nejčastěji využívaným jevem je detekce sekundárních elektronů, tedy elektronů vyražených z atomů vzorku primárními elektrony, přičemž penetrační hloubka může být až stovky nanometrů. Pro detekci sekundárních elektronů slouží detektory sekundárních elektronů, nejčastěji EverhartThornleyova typu, umístěné v oblasti nad vzorkem mimo optickou osu mikroskopu.Scanning Electron Microscope (SEM) is an instrument designed for observation of microscopic and nanoscopic objects. The system of electromagnetic lenses concentrates on the sample under investigation a primary electron beam. The interaction of primary electrons with the sample causes various phenomena, many of which can be used to produce the resulting image. The most commonly used phenomenon is the detection of secondary electrons, ie electrons punched from the sample atoms by primary electrons, and the penetration depth can be up to hundreds of nanometers. Secondary electron detectors are used to detect secondary electrons, most commonly EverhartThornley type, located in the area above the sample outside the optical axis of the microscope.

Druhým nej častějším typem detekovaných elektronů jsou elektrony zpětně odražené, což jsou elektrony primárního svazku, které byly rozptylovými procesy vychýleny tak, že vyletují z materiálu a mohou být detekovány. Nejčastěji užívanými detektory pro detekci zpětně odražených elektronů jsou detektory scintilačního typu nebo detektory polovodičové využívající jevu rekombinace elektron-děrového páru. V některých aplikacích může být detekován i difrakční obrazec vzniklý zpětně odraženými elektrony, pak je využíván EBSD (electron backscatter diffraction) detektor.The second most common type of detected electrons are backscattered electrons, which are primary beam electrons that have been biased by the scattering processes so that they fly out of the material and can be detected. The most commonly used detectors for detecting backscattered electrons are scintillation-type detectors or semiconductor detectors using the electron-hole pair recombination phenomenon. In some applications, the diffraction pattern generated by backscattered electrons can also be detected, then an EBSD (electron backscatter diffraction) detector is used.

V průběhu rozptylových a srážkových procesů uvnitř vzorku mohou vznikat různé typy záření, z nichž se pro detekci využívá záření rentgenové a katodoluminiscenční. Záření rentgenové vzniká buďto v důsledku zpomalování primárních elektronů, nebo v důsledku charakteristických atomových přechodů v důsledku vyrážení elektronů z vnitřních slupek elektronů. Charakteristického rentgenového záření může být využito pro kvalifikaci prvků obsažených ve vzorku. Kvalifikace rentgenového záření může být prováděna prostřednictvím jeho energie (EDX - energy dispersive X-ray) nebo vlnové délky WDX (wavelenght dispersive X-ray). Pro detekci rentgenového záření se využívají scintilační detektory nebo v poslední době rozšířený mnohakanálový proporcionální detektor.During the dispersion and precipitation processes within the sample, various types of radiation may be generated, from which X-ray and cathodoluminescent radiation are used for detection. X-rays arise either as a result of the deceleration of primary electrons or as a result of characteristic atomic transitions as a result of the electron ejection from the inner electron shells. The characteristic X-rays can be used to qualify the elements contained in the sample. Qualification of X-rays can be performed through its energy dispersive X-ray (EDX) or wavelength dispersive X-ray (WDX). Scintillation detectors or the recently expanded multi-channel proportional detector are used for X-ray detection.

Katodoluminiscenční záření se vyskytuje v polovodičích a na hranicích zrn minerálů. Vzniká v důsledku vyražení nebo excitace elektronů z vnějších slupek atomů. Důsledkem je vznik kvanta záření ve viditelné až ultrafialové části spektra. Tato kvanta mohou být buď vyvedena optickým vláknem mimo komoru mikroskopu, kde jsou pomocí monochromátorů dále specifikována, nebo mohou být detekována pomocí CCD čipu.Cathodoluminescence radiation occurs in semiconductors and at grain grain boundaries of minerals. It results from the electron pulsation or excitation from the outer skins of atoms. The consequence is the formation of quantum radiation in the visible to ultraviolet part of the spectrum. These quantities can either be led out of the optical fiber outside the microscope chamber, where they are further specified by monochromators, or can be detected using a CCD chip.

Dalším způsobem prvkové analýzy v rastrovacích elektronových mikroskopech je využití Augerových elektronů. Tyto elektrony vznikají v důsledku vyražení elektronů z vnitřních slupek atomu, přičemž energie uvolněná při následném znovuzaplnění slupky není vyzářena v podobě kvanta záření, aleje odnesena jiným elektronem vnitřní slupky v podobě jeho kinetické energie.Another method of elemental analysis in scanning electron microscopes is the use of Auger electrons. These electrons are produced by the electron punching out of the inner skins of the atom, and the energy released by the subsequent refilling of the skins is not emitted as a quantum of radiation, but is carried away by another electron of the inner skins as its kinetic energy.

Obraz v rastrovacím elektronovém mikroskopu vzniká vychylováním primárního svazku ve vymezené oblasti tak, že se primární svazek pohybuje v řádcích (rastruje / snímá) nad statickým vzorkem, přičemž výsledný obraz vznikne složením jednotlivých řádků dohromady. Velikost oblasti snímání povrchu vzorku se typicky pohybuje v řádech mikrometrů s laterálním rozlišením často až v jednotkách nanometrů. Přestože je na snímcích pořízených v rastrovacích elektronových mikroskopech možné vypozorovat jistý trojrozměrný aspekt, není vhodné je užívat jako zdroj informací o topografii povrchu.The scanning electron microscope image is produced by deflecting the primary beam in the defined area so that the primary beam moves (raster / scan) in rows above a static sample, resulting in a composite of the individual rows together. The surface area of the sample surface typically ranges in the order of micrometers with lateral resolution, often up to nanometers. Although it is possible to observe a certain three-dimensional aspect in scanning electron microscope images, it is not advisable to use them as a source of surface topography information.

Pro potřeby hloubkového profilování, popřípadě tvorbu mikro a nanostruktur se často využívá fokusovaný iontový svazek (F1B - focus ion beam). Urychlené ionty (nejčastěji těžkých kovů) jsou podobně jako v případě primárního elektronového svazku soustředěny na dané místo, kde odprašují původní atomy, čímž vznikají krátery či defekty. Takto vzniklé defekty, popřípadě struktury, mohou být dále bezprostředně vizualizovány elektronovým svazkem. Problémem v tomto případě zůstává neschopnost změření hloubky kráterů či defektů, potažmo změření celého profilu zkoumané oblasti.Focused ion beam (F1B) is often used for depth profiling or micro- and nanostructure formation. Accelerated ions (most often heavy metals) are concentrated, as in the case of the primary electron beam, at a given location where the original atoms are dedusted, creating craters or defects. The resulting defects or structures can then be immediately visualized by an electron beam. The problem in this case remains the inability to measure the depth of craters or defects, or the whole profile of the area under investigation.

Rastrovací sondová mikroskopie, dále také jen SPM, je společný název pro desítky různých metod pracujících na principu detekce změn velikosti interakce mezi sondou a povrchem vzorku. Sonda SPM je tvořena nejčastěji kuželovitým hrotem o velikosti několika desítek nanometrů připevněným na několikasetmikrometrovém ramínku, které je uchyceno na nosník ovládaný piezokrystalickými manipulátory.Scanning Probe Microscopy, also referred to as SPM, is a common name for dozens of different methods working on the principle of detecting changes in the size of the interaction between the probe and the sample surface. The SPM probe consists of the most conical tip of several tens of nanometers mounted on a several hundred micrometer arm, which is attached to a beam controlled by piezocrystalline manipulators.

Při pohybu sondy po povrchu vzorku dochází k interakci mezi hrotem a povrchem vzorku (povaha interakcí je různá pro jednotlivé použité metody), na jejímž základě je zpětnou vazbou hrot přiblížen nebo oddálen od povrchu. Tímto způsobem je docíleno zmapování reliéfu povrchu. Podobně jako v elektronové mikroskopii je sonda vedena tak, aby ve vymezené oblasti snímala řádek po řádku, přičemž výsledný obraz vznikne sloučením jednotlivých měření do jedné mapy. Laterální rozlišení SPM je silně závislé na rychlosti snímání a rozměrech hrotu a může se pohybovat až na atomární úrovni v závislosti na použité metodě.As the probe moves across the surface of the sample, there is an interaction between the tip and the sample surface (the nature of the interactions is different for each of the methods used), resulting in the tip approaching or moving away from the surface. In this way, the mapping of the surface relief is achieved. Similar to electron microscopy, the probe is guided to scan line-by-line in the defined area, resulting in a combined mapping of individual measurements. Lateral resolution of the SPM is strongly dependent on the scanning speed and tip dimensions and can vary up to the atomic level depending on the method used.

Snímání povrchu vzorku je v závislosti na použité metodě mikroskopie docíleno pohybem sondy nebo pohybem vzorku. Ze stavu techniky jsou známé jak možnosti posuvu sondy ve směrech os X, Y a Z nad statickým vzorkem, tak posuv vzorku ve směrech os X, Y a Z pod statickou sondou. Možná je i kombinace, kdy se vzorek může pohybovat v rovině X a Y a sondou se pohybuje pouze ve směru osy Z.Depending on the microscopy method used, sensing the sample surface is achieved by moving the probe or by moving the sample. Both the X, Y and Z directions of the probe over the static sample and the X, Y, and Z directions of the probe below the static probe are known in the art. A combination is also possible where the sample can move in the X and Y planes and the probe moves only in the Z direction.

Vzhledem k časové nestabilitě snímaných vzorků je nevýhodou oddělených dedikovaných zařízení měření především časová náročnost při postupném měření jednou a poté druhou metodou. Pokud dochází ke snímání vzorku oběma technikami v oddělených zařízeních nebo komorách, tak je náchylnost vzorku kjeho poškození při manipulaci mezi komorami nebo zařízeními větší. Při přesunu vzorku z jednoho do druhého zařízení je vzorek vystaven okolnímu prostředí a může dojít například k oxidaci jeho povrchu. Měření vzorku po jeho přesunu mezi zařízeními neprobíhá za stejných atmosférických podmínek, což je velkou nevýhodou.Due to the time instability of the scanned samples, the disadvantage of separate dedicated measurement devices is primarily the time required for successive measurements with one method and then with the other. If a sample is taken by both techniques in separate devices or chambers, the susceptibility of the sample to damage when handling between chambers or devices is greater. When a sample is moved from one device to another, the sample is exposed to the environment and, for example, its surface may be oxidized. The measurement of the sample after its transfer between devices does not take place under the same atmospheric conditions, which is a big disadvantage.

Současné rastrovací elektronové mikroskopy a rastrovací sondové mikroskopy jsou stavěny a využívány většinou jako samostatné přístroje (techniky). Pouze v ojedinělých případech je možno narazit na systémy s různými technologiemi integrovanými v jednom přístroji, přičemž buď je pohybující vzorek snímán rastrovacím sondovým mikroskopem, neboje vzorek fixován a snímánCurrent scanning electron microscopes and scanning probe microscopes are built and used mostly as stand-alone devices (techniques). Only in rare cases can systems with different technologies integrated in one instrument be encountered, with either the moving sample being scanned by a scanning probe microscope or the sample being fixed and sensed

-2CZ 307100 B6 pohybujícím se svazkem primárních elektronů. Případy, kdy byly systémy elektronové mikroskopie a rastrovací sondové mikroskopie implementovány do jednoho zařízení jsou vypsány níže.-2GB 307100 B6 moving primary electron beam. Cases where electron microscopy and scanning probe microscopy systems have been implemented in one device are listed below.

Patent JP4223971 popisuje zařízení pro pozorování vzorku metodami rastrovací elektronové mikroskopie a rastrovací sondové mikroskopie. Podstatou vynálezu jsou dva držáky pro uchycení vzorku, znichž jeden je otočně pohyblivý. Speciálním uchycením vzorkuje docíleno odstranění rušivých vibrací. Vzorek je v tomto zařízení umístěn na stolku pohyblivém ve směrech os X a Y. Případný posuv ve směru osy Z je prováděn v rámci snímání v režimu rastrovacího sondového mikroskopu. V rámci snímání v režimu rastrovacího elektronového mikroskopuje stolek fixován. Nicméně v dokumentu není nijak zmíněna možnost simultánního snímání vzorku, popsané postupy to v podstatě vylučují, ani možnost sloučení vzniklých obrazů dohromady.JP4223971 discloses a device for observing a sample by scanning electron microscopy and scanning probe microscopy methods. The invention is based on two sample holders, one of which is rotatable. The special fixation of the sample eliminates disturbing vibrations. The sample in this device is placed on a table movable in the X and Y directions. Any feed in the Z direction is performed as part of the scanning in the scanning probe microscope mode. For scanning in scanning electron microscope mode, the stage is fixed. However, there is no mention in the document of the possibility of simultaneous sampling of the sample, the procedures described in principle exclude this, nor the possibility of merging the resulting images together.

Patent KR101382111 popisuje zařízení pro měření elektrických a mechanických vlastností vzorku. Jedná se o kombinaci rastrovacího elektronového mikroskopu a rastrovacího sondového mikroskopu. Lokální měření elektrických a mechanických vlastností vzorkuje prováděno tak, že k fixovanému stolku pro uchycení vzorku je připevněna sonda s hrotem SPM schopná posuvu ve směrech os X, Y a Z, přičemž je tato sonda SPM elektrickým obvodem propojena se vzorkem. Dále dochází ke snímání povrchu vzorku a k mapování vodivosti, respektive k mechanickému kontaktu se vzorkem a mapování deformace. Tato měření však nejsou využívána pro doplnění obrazu pořízeného elektronovým mikroskopem.KR101382111 discloses an apparatus for measuring the electrical and mechanical properties of a sample. It is a combination of scanning electron microscope and scanning probe microscope. Local measurement of the electrical and mechanical properties of the sample is performed by attaching a probe with an SPM tip capable of displacement in the X, Y, and Z axes to the fixed sample holder table, which SPM probe is connected to the sample by an electrical circuit. Further, the surface of the sample is sensed and the conductivity is mapped, respectively the mechanical contact with the sample and the deformation mapping. However, these measurements are not used to complement the electron microscope image.

Patent EP0899561 popisuje možnost současného zobrazování výsledných obrazů získaných elektronovým svazkem rastrovacího elektronového mikroskopu a sondou rastrovacího sondového mikroskopu. Snímací zařízení popsané v dokumentu však obsahuje několik vakuových komor, z nichž každá obsahuje jednu část systému, tj. v první komoře je držák se sondou SPM, ve druhé je držák na vzorek a ve třetí je umístěn stolek pro sondu SPM a vzorek. Vzorek i sonda SPM musejí být na stolek dopraveny pomocí manipulátorů, čímž dochází ke zvětšení systému a k časové prodlevě mezi založením vzorku a samotným měřením.EP0899561 describes the possibility of simultaneously imaging the resulting images obtained by scanning electron microscope electron beam and scanning probe microscope probe. However, the sensing device described in the document comprises several vacuum chambers, each containing one part of the system, i.e. in the first chamber there is a holder with an SPM probe, in the second there is a sample holder and in the third there is a table for the SPM and sample. Both the sample and the SPM must be transported to the stage by manipulators, which increases system size and the time lag between sample loading and measurement.

Dokument US4874945 popisuje kombinaci transmisního elektronového mikroskopu (TEM) s rastrovacím sondovým mikroskopem (SPM). Svazek transmisního elektronového mikroskopu dopadá na povrch, jehož normála je kolmá k ose optického mikroskopu, čímž dojde k odrazu elektronů od povrchu. Kolmo k povrchu je zavedena sonda SPM. Ve výsledném obrazu je tak zobrazen povrch i se sondou. V jiném obrazu je zobrazen výsledek snímání rastrovacím sondovým mikroskopem. Vzhledem k různému natočení vzorku při obou měřeních však nelze obrazy spojit a výsledkem proto není žádná nadstandardní informace.US4874945 discloses a combination of a transmission electron microscope (TEM) with a scanning probe microscope (SPM). The transmission electron microscope beam impinges on a surface whose normal is perpendicular to the axis of the optical microscope, thereby reflecting the electrons from the surface. The SPM is inserted perpendicular to the surface. The resulting image shows the surface with the probe. In another image, the scanning result of the scanning probe microscope is shown. However, due to the different rotation of the sample in both measurements, the images cannot be joined and therefore no extra information is obtained.

Při měření metodou rastrovací tunelovací mikroskopie (STM - scanning tunneling microscope) je snímána pouze malá oblast vzorku. V praxi může být velmi obtížné nalézt požadovanou oblast pro snímání rastrovacím tunelovacím mikroskopem. Z tohoto důvodu dokument US5081353 přináší možnost zkombinovat metody rastrovací elektronové mikroskopie a rastrovací tunelovací mikroskopie tím způsobem, že elektronovým mikroskopem je současně zobrazena větší oblast povrchu vzorku společně s hrotem sondy STM, kterou lze na základě obrazu z rastrovacího elektronového mikroskopu umístit na zvolené místo povrchu vzorku. V kombinaci s markéry, které musejí být naneseny na vzorku, se může uživatel poměrně snadno zorientovat a nalézt požadovanou oblast měření. Nevýhodou takového uspořádání je nutnost nanesení markérů na vzorek. Kdežto zobrazení rastrovacím elektronovým mikroskopem nepřináší žádnou informaci o struktuře vzorku, aleje ho užito pouze pro orientaci.Scanning tunneling microscope (STM) only scans a small area of the sample. In practice, it may be very difficult to find the desired scanning tunneling microscope area. For this reason, US5081353 provides the opportunity to combine scanning electron microscopy and scanning tunneling microscopy methods by simultaneously displaying a larger area of the sample surface with an electron microscope along with the STM probe tip, which can be positioned at a selected location on the sample surface . In combination with markers that must be applied to the sample, the user can easily orientate and find the desired measurement area. A disadvantage of such an arrangement is the necessity to apply markers to the sample. While scanning by electron microscope imaging does not provide any information about the structure of the sample, it is only used for orientation.

Podobně jako v předchozím případě, dokument US5229607 chrání kombinaci rastrovacího elektronového mikroskopu a rastrovacího sondového mikroskopu v jedné komoře. Rastrovací elektronový mikroskop slouží pro orientaci po povrchu zkoumaného vzorku a nalezení vhodné oblasti pro snímání povrchu vzorku rastrovacím sondovým mikroskopem, současně tedy snímá jak povrch vzorku, tak hrot sondy rastrovacího sondového mikroskopu. Přestože stolek, na kterém je umístěn vzorek, má možnost posuvu ve směrech os X, Y a Z, tak při snímání povrchu vzorkuAs in the previous case, US5229607 protects the combination of a scanning electron microscope and a scanning probe microscope in a single chamber. The scanning electron microscope is used to orientate the surface of the sample to be examined and to find a suitable area for scanning the sample surface with the scanning probe microscope, thus simultaneously sensing both the sample surface and the probe tip of the scanning probe microscope. Although the stage on which the sample is placed has the ability to move in the X, Y, and Z directions, it is also possible to scan the sample surface

-3 CZ 307100 B6 rastrovacím elektronovým mikroskopem se tento posuv neuplatňuje a elektronový svazek je vychylován vychylovacími cívkami v tubusu mikroskopu, stolek se vzorkem tak zůstává v klidu. Stolek se vzorkem se pohybuje při měření metodou AFM (Atomic Force Microscopy) uplatňující Van der Waalsovy síly pro zjištění například struktury povrchu vzorku nebo jeho nerovností. Pohyb pro měření rastrovacím tunelovacím mikroskopem je umožněn uchycením pro sondu STM.The scanning electron microscope does not apply this shift and the electron beam is deflected by the deflection coils in the microscope tube, so that the sample table remains stationary. The sample table is moved by Atomic Force Microscopy (AFM) using Van der Waals forces to detect, for example, the surface texture of the sample or its unevenness. Movement for scanning tunneling microscopy is made possible by the STM probe attachment.

Dokument US525686 chrání možnost zobrazení obrázku rastrovacího tunelovacího mikroskopu do obrázku rastrovacího elektronového mikroskopu, avšak jednotlivé obrazy jsou snímány odděleně. V komoře rastrovacího elektronového mikroskopuje pohyblivý stolek ve směrech os X a Y. Na stolku je umístěn podstavec se vzorkem tak, že normála povrchu vzorku svírá s osou elektronového svazku nenulový úhel. Zároveň je v komoře instalován rastrovací tunelovací mikroskop v úhlu takovém, že hrot STM je kolmý na povrch vzorku. Při snímání rastrovacím elektronovým mikroskopem dochází k vychylování svazku v tubusu mikroskopu. Následně je provedeno měření rastrovacím tunelovacím mikroskopem ve stejné oblasti, v jaké proběhlo měření rastrovacím elektronovým mikroskopem, přičemž obraz vzniklý rastrovacím tunelovacím mikroskopem je zobrazen do obrazu pořízeného rastrovacím elektronovým mikroskopem.US525686 protects the possibility of displaying a scanning tunneling microscope image into a scanning electron microscope image, but the individual images are scanned separately. In the scanning electron microscope chamber, the movable stage in the X and Y directions is positioned. The sample base is placed on the stage so that the specimen surface normal forms a non-zero angle with the electron beam axis. At the same time, a scanning tunneling microscope is installed in the chamber at an angle such that the STM tip is perpendicular to the sample surface. Scanning with a scanning electron microscope causes the deflection of the beam in the microscope tube. Subsequently, the scanning tunneling microscope is measured in the same area as the scanning electron microscope, wherein the scanning tunneling microscope image is displayed in a scanning electron microscope image.

V řešeních známých z dosavadního stavu techniky se rastrovací elektronové mikroskopy využívají pro orientační zobrazování větších oblastí povrchu vzorku (řádově až cm²) a pro vymezení oblasti zájmu na vzorku (typicky 1 až 50 pm²). Oblast zájmu je pak detailně analyzována rastrovacím sondovým mikroskopem, kde poloha hrotu sondy SPM je kontrolována rastrovacím elektronovým mikroskopem.In the prior art solutions, scanning electron microscopes are used for indicative imaging of larger sample surface areas (of the order of up to cm ² ) and for delimiting the area of interest on the sample (typically 1 to 50 µm ² ). The area of interest is then analyzed in detail by a scanning probe microscope where the position of the SPM probe tip is controlled by a scanning electron microscope.

V oblasti analýzy povrchu vzorku se často využívá metod tzv. korelativního zobrazování, které umožňují přímé srovnání obrazů získaných pomocí dvou různých technik. Dosavadní způsoby charakterizace vzorku využívající řešení integrující rastrovací elektronový mikroskop a rastrovací sondový mikroskop však provází při korelativním zobrazování řada problémů způsobených výraznými nelinearitami, odlišným vzorkováním, rozlišením atd. Významným zdrojem těchto problémů je nezávislé rastrování u SEM (pomocí elektronového svazku) a SPM (pomocí sondy nebo vzorku), které probíhá sekvenčně. Pro možnost využití technik korelativního zobrazování pro metody SPM a SEM je nutné tyto vady výrazným způsobem zmenšit či zcela odstranit.In the area of sample surface analysis, so-called correlative imaging methods are often used, which allow direct comparison of images obtained using two different techniques. However, the prior art sample characterization methods using scanning electron microscope and scanning probe microscope solutions have many correlative imaging problems caused by significant nonlinearities, different sampling, resolution, etc. Independent scanning by SEM (electron beam) and SPM (probe) is a significant source of these problems. or sample) that runs sequentially. To be able to use correlative imaging techniques for SPM and SEM, it is necessary to significantly reduce or eliminate these defects.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny pomocí způsobu charakterizace povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem (SEM) a rastrovacím sondovým mikroskopem (SPM) spočívajícím v tom, že snímání povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem a rastrovacím sondovým mikroskopem probíhá simultánně, přičemž svazek primárních elektronů je stacionární, zatímco stolek se vzorkem se při rastrování pohybuje v rovině XY a sonda SPM je v této rovině XY stacionární. Ve výhodném provedení je stolek pohyblivý také ve směru osy Z různoběžné vzhledem k rovině XY, přičemž tato osa Z je s výhodou kolmá na rovinu XY. Stolek, kterým je typicky piezoskener, se tedy při snímání povrchu vzorku pohybuje v rovině XY a ve směru osy Z, nebo pouze v rovině XY, kde ve směru osy Z je pohyb realizován sondou SPM.The above drawbacks are overcome by the scanning electron microscope (SEM) and scanning probe microscope (SPM) method of characterizing the sample surface by scanning the sample surface by scanning electron microscope and scanning probe microscope simultaneously, wherein the primary electron beam is stationary while the stage the sample moves in the XY plane during the screening and the SPM is stationary in this XY plane. In a preferred embodiment, the stage is also movable in the direction of the Z axis that is different from the XY plane, the Z axis being preferably perpendicular to the XY plane. Thus, the table, which is typically a piezo scanner, moves in the XY plane and in the Z axis direction when sensing the sample surface, or only in the XY plane where movement in the Z axis direction is performed by the SPM probe.

Tento způsob charakterizace povrchu vzorku vyžaduje změnu přístupu k zobrazování povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem, kde svazek primárních elektronů nerastruje po povrchu vzorku, ale naopak je stacionární a snímání povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem je zajištěno pohybem stolku se vzorkem. Toto provedení není pro rastrovací elektronové mikroskopy známé a pro samostatné zobrazování se nepoužívá, protože vychylování svazku primárních elektronů pomocí elektromagnetických čoček je výrazně jednodušší, než velmi přesný mechanický pohyb vzorkem. V případě integrace rastrovacího elektronového mikroskopu a rastrovacího sondového mikroskopu se však při vývoji předkládaného řešení ukázalo pro skenování jako možné a velmi vhodné využít stolek SPM, typicky piezoskener, a sjedno-4CZ 307100 B6 tit tak snímání povrchu vzorku obou technik pomocí pohybu stolku se vzorkem. Sonda SPM i svazek primárních elektronů jsou pak v průběhu měření přinejmenším v rovině XY, která je často rovnoběžná s rovinou stolku, statické. Snímání povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem pomocí pohybu stolku SPM s sebou oproti klasickému snímání povrchu vzorku vychylováním svazku primárních elektronů přináší omezení v malém skenovacím rozsahu, typicky 5 až 50 pm².This method of characterizing the sample surface requires a change in approach to imaging the sample surface with a scanning electron microscope, where the primary electron beam does not raster over the sample surface, but is stationary and scanning the sample surface with the scanning electron microscope is provided by moving the sample table. This embodiment is not known for scanning electron microscopes and is not used for self-imaging because the deflection of the primary electron beam by electromagnetic lenses is significantly simpler than the very precise mechanical movement of the sample. However, in the case of integrating a scanning electron microscope and a scanning probe microscope, the development of the present solution has proven to be possible and very convenient to use the SPM stage, typically a piezo scanner, to scan the sample surface of both techniques by moving the stage. The SPM and the primary electron beam are then static during the measurements, at least in the XY plane, which is often parallel to the table plane. Scanning the specimen surface by scanning electron microscopy with the movement of the SPM stage, as opposed to the classical scanning of the specimen surface by deflecting the primary electron beam, imposes limitations in the small scanning range, typically 5 to 50 µm ² .

Podobně jako v řešeních známých ze stavu techniky může způsobu charakterizace povrchu vzorku předcházet klasické snímání rastrovacím elektronovým mikroskopem prostřednictvím vychylování svazku primárních elektronů pro určení oblasti, která je dále charakterizována způsobem podle tohoto vynálezu. Předkládané řešení tak po zaměření umožňuje snímat povrch vzorku ve vybrané oblasti simultánně rastrovacím elektronovým mikroskopem a rastrovacím sondovým mikroskopem, současně jsou tedy detekovány dva typy signálů. Výhodou oproti řešením ze stavu techniky je tedy možnost současného získání informací o povrchu vzorku ze stejné vybrané oblasti a ve stejném čase metodami rastrovací elektronové mikroskopie a rastrovací sondové mikroskopie.Similar to the prior art solutions, the scanning surface electron microscope scanning method may be preceded by a method of characterizing the surface of a sample by deflecting a primary electron beam to determine a region that is further characterized by the method of the invention. The present solution thus allows to scan the surface of the sample in the selected area simultaneously by scanning electron microscope and scanning probe microscope, so two types of signals are detected simultaneously. Thus, an advantage over prior art solutions is the possibility of simultaneously obtaining surface sample information from the same selected area and at the same time by scanning electron microscopy and scanning probe microscopy methods.

Hlavním aspektem tohoto vynálezu je stejný koordinační systém a stejné rozlišení získaných obrazů z rastrovacího elektronového mikroskopu a rastrovacího sondového mikroskopu. Výsledné zobrazení těchto dvou obrazů povrchu vzorku obsahuje stejný projev nelinearity a hystereze stolku (piezoskeneru), případné vady snímání povrchu vzorku jsou tedy promítnuty v obou obrazech stejnou měrou.The main aspect of the invention is the same coordination system and the same scanning electron microscope and scanning probe microscope images. The resulting representation of the two images of the sample surface contains the same manifestation of nonlinearity and hysteresis of the stage (piezo scanner);

Vynález má široké spektrum využití. Je výhodné výsledné obrazy obou měření sloučit do jedné mapy, tzv. korelativní zobrazení, a získat tak detailní informace o studovaném povrchu vzorku. Uživatel tak získá nejenom informace o topografii povrchu vzorku, ale i další informace, které běžně metody měření SPM a SEM umožňují.The invention has a wide range of applications. It is advantageous to combine the resulting images of both measurements into a single map, the so-called correlative mapping, to obtain detailed information about the sample surface studied. Thus, the user obtains not only information about the topography of the sample surface, but also other information that the SPM and SEM measurement methods commonly allow.

Tento způsob je dále velmi výhodné aplikovat pro tvorbu 3D nanostruktur přímo v rastrovacím elektronovém mikroskopu, ve kterém je nainstalován fokusovaný iontový svazek (FIB). Například v polovodičových integrovaných obvodech se Ga paprsek používá pro testování a kontrolu kvality. Technologie fokusovaného iontového svazku umožňuje dále například odstraňování materiálu ze vzorku po jednotlivých vrstvách, nebo odstraňování nežádoucích elektrických kontaktů. Pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu lze získat 2D obraz povrchu vzorku, nikoliv však zjistit informace o hloubce ajiných parametrech povrchu vzorku, což naopak umožňuje metoda rastrovací sondové mikroskopie.Furthermore, this method is very advantageous to apply to the formation of 3D nanostructures directly in a scanning electron microscope in which a focused ion beam (FIB) is installed. For example, in semiconductor integrated circuits, the Ga beam is used for testing and quality control. Focused ion beam technology also enables, for example, the removal of material from the sample in layers, or the removal of unwanted electrical contacts. Using a scanning electron microscope, a 2D image of the sample surface can be obtained, but not information about the depth and other parameters of the sample surface, which in turn is possible by the scanning probe microscopy method.

Dalším možným využitím pro tento způsob je kontrola kvality a testování v polovodičovém průmyslu (Intel Corporation, Samsung Industry, Qualcom, Toshiba Semiconductor, Texas Instruments, Broadcom, AMD, NVIDIA). Zařízení s kombinací rastrovacího elektronového mikroskopu a rastrovacího sondového mikroskopu snímající současně povrch vzorku má dostatečnou rozlišovací schopnost a komplexní charakterizaci kapacity pro účely tohoto odvětví.Another possible application for this method is quality control and testing in the semiconductor industry (Intel Corporation, Samsung Industry, Qualcom, Toshiba Semiconductor, Texas Instruments, Broadcom, AMD, NVIDIA). A scanning electron microscope and scanning probe microscope device simultaneously scanning the sample surface has sufficient resolution and comprehensive capacity characterization for industry purposes.

Výzkumní pracovníci mohou zařízení s kombinovaným rastrovacím elektronovým mikroskopem a rastrovacím sondovým mikroskopem využívat pro povrchovou charakterizaci v základním i aplikovaném laboratorním výzkumu. Například nanostruktury používané v různých oblastech výzkumu (NanoDevices, solární články, LabOnChip, nanosenzory a paměťová média) vyžadují komplexní charakterizaci povrchů. Dalšího vývoje lze stěží dosáhnout bez vhodného technologického zařízení, které by umožnilo kompletní analýzu s rozlišením sub-nanometrů.Researchers can use equipment with combined scanning electron microscope and scanning probe microscope for surface characterization in basic and applied laboratory research. For example, nanostructures used in various areas of research (NanoDevices, Solar Cells, LabOnChip, Nanosensors and Storage Media) require complex surface characterization. Further development can hardly be achieved without a suitable technological device that would allow complete analysis with sub-nanometer resolution.

Ve výhodném provedení jsou stopa svazku primárních elektronů rastrovacího elektronového mikroskopu a hrot sondy rastrovacího sondového mikroskopu při simultánním snímání ve vzájemném odstupu, tzv. offset, jehož velikost se typicky pohybuje v řádu nanometrů až mikrometrů. Offset se používá v případech, kdy měřicí sonda SPM může ovlivňovat (stínit) detekci signál-5CZ 307100 B6 nich elektronů. Tzv. offset je volen podle použitého typu sondy a velikosti stopy elektronového svazku.In a preferred embodiment, the scanning electron microscope primary electron beam trace and the scanning probe microscope probe tip are spaced at a simultaneous scanning distance, the so-called offset, typically in the range of nanometers to micrometers. Offset is used when the SPM probe can interfere (shield) the detection of signal electrons. Tzv. the offset is selected according to the probe type used and the electron beam trace size.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Předkládaný vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, kde na obr. 1 je zobrazeno schéma komory zařízení s rastrovacím elektronovým mikroskopem a rastrovacím sondovým mikroskopem, na obr. 2 jsou znázorněny oblasti snímání povrchu vzorku rastrovacím elektronovým mikroskopem a rastrovacím sondovým mikroskopem v případě, kdy jsou stopa svazku primárních elektronů rastrovacího elektronového mikroskopu a hrot sondy rastrovacího sondového mikroskopu ve vzájemném odstupu o předem definovaný offset.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be elucidated with reference to the drawings, in which: Figure 1 shows a chamber electron microscope and scanning probe microscope chamber diagram; Figure 2 shows the scanning surface areas of the sample by scanning electron microscope and scanning probe microscope when a scanning electron microscope primary electron beam and a scanning probe microscope probe tip at a predefined offset.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Vynález bude osvětlen, nikoli však omezen, v následujícím popisu na příkladech provedení s odkazem na příslušné výkresy.The invention will be illustrated, but not limited, by the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings.

Obr. 1 zobrazuje schematické uspořádání komory 9 zařízení pro provádění způsobu dle vynálezu obsahující jednak rastrovací elektronový mikroskop 5 a jednak rastrovací sondový mikroskop 1. Z rastrovacího elektronového mikroskopu 5 vystupují primární elektrony 6, které dopadají na povrch zkoumaného vzorku 4. Signální elektrony 8 vyletující z povrchu vzorku 4 jsou detekovány detektorem 7 signálních elektronů. Vzorek 4 je umístěn na stolku 3 pro pohyb vzorku, typicky v podobě piezoskeneru, který je připevněn k manipulátoru 10. Zařízení dále obsahuje rastrovací sondový mikroskop 1, který pomocí sondy 2 SPM též snímá povrch vzorku 4.Giant. 1 shows a schematic arrangement of a chamber 9 of a device for carrying out the method according to the invention comprising both a scanning electron microscope 5 and a scanning probe microscope 1. Primary electrons 6 project from the scanning electron microscope 5 and impinge on the sample surface 4. 4 are detected by a signal electron detector 7. The sample 4 is placed on a sample moving table 3, typically in the form of a piezo scanner, which is attached to the manipulator 10. The apparatus further comprises a scanning probe microscope 1, which also senses the surface of the sample 4 with the SPM probe 2.

Toto zařízení v prvním příkladném provedení charakterizuje povrch vzorku 4 rastrovacím elektronovým mikroskopem 5 a rastrovacím sondovým mikroskopem I tak, že snímání povrchu vzorku 4 rastrovacím elektronovým mikroskopem 5 a rastrovacím sondovým mikroskopem i probíhá simultánně. Svazek primárních elektronů 6 je v průběhu charakterizace povrchu vzorku 4 stacionární, tj. není vychylován vychylovacími cívkami. Stolek 3 se vzorkem 4 se při rastrování, tj. při pohybu mezi jednotlivými snímanými body povrchu vzorku, pohybuje v rovině XY, která je v tomto případě totožná s rovinou stolku 3. Stolek 3 je uspořádán horizontálně, jak je znázorněno na obr. 1. Sonda 2 SPM je při snímání povrchu vzorku 4 v rovině XY stacionární. Ve směru osy Z, která je kolmá k rovině XY, je stolek 3 stacionární, naopak sonda 2 SPM se v tomto směru pohybuje a přibližuje a oddaluje tak hrot sondy 2 SPM vzhledem ke vzorku 4.This device in the first exemplary embodiment characterizes the surface of the sample 4 by scanning electron microscope 5 and the scanning probe microscope I such that the scanning of the surface of the sample 4 by scanning electron microscope 5 and the scanning probe microscope i takes place simultaneously. The primary electron beam 6 is stationary during the surface characterization of the sample 4, i.e. it is not deflected by the deflection coils. The sample table 3 is moved in the XY plane, which in this case is identical to the plane of the table 3, during the screening, i.e. when moving between individual sensing points of the sample surface. The table 3 is arranged horizontally as shown in Fig. 1. The SPM probe 2 is stationary when sensing the sample surface 4 in the XY plane. In the direction of the Z axis, which is perpendicular to the XY plane, the stage 3 is stationary, while the SPM probe 2 moves in this direction and zooms in and out of the probe 2 of the SPM relative to Sample 4.

V dalším příkladném provedení charakterizace povrchu vzorku 4 jeho snímání rastrovacím elektronovým mikroskopem 5 a rastrovacím sondovým mikroskopem 1_ znovu probíhá simultánně a svazek primárních elektronů 6 je v průběhu charakterizace povrchu vzorku 4 stacionární. Stolek 3, jehož rovina je od horizontální roviny odkloněna o 30 stupňů, se se vzorkem 4 při rastrování pohybuje znovu v rovině XY, která je i v tomto případě totožná s rovinou stolku 3. Ovšem stolek 3 se_v tomto případě pohybuje i ve směru osy Z, která je kolmá k rovině XY, zatímco sonda 2 SPM je v průběhu charakterizace povrchu vzorku 4 stacionární nejen v rovině XY, ale i ve směru osy Z. Hrot sondy 2 SPM je tedy vzhledem ke vzorku 4 přibližován a oddalován pohybem stolku 3 a ne pohybem sondy 2 SPM.In another exemplary embodiment, the characterization of the sample surface 4 is read by the scanning electron microscope 5 and the scanning probe microscope 7 again, and the primary electron beam 6 is stationary during the characterization of the sample surface 4. The table 3, whose plane is offset by 30 degrees from the horizontal plane, moves the sample 4 again in the XY plane during screening, which in this case is identical with the plane of the table 3. However, in this case the table 3 also moves in the Z direction. which is perpendicular to the XY plane, while the SPM probe 2 is stationary not only in the XY plane but also in the Z axis during characterization of the sample surface 4, therefore, the tip of the SPM probe 2 relative to sample 4 is zoomed in and out by moving the SPM probe 2.

Obr. 2 znázorňuje oblasti snímání povrchu vzorku 4 rastrovacím elektronovým mikroskopem 5 a rastrovacím sondovým mikroskopem I v případě, kdy jsou stopa svazku primárních elektronů rastrovacího elektronového mikroskopu a hrot sondy rastrovacího sondového mikroskopu od sebe v každém okamžiku v odstupu o předem definovaný offset 14. Znázorněno je překrytí obrazu JJ. SPM a obrazu J_3 SEM, přičemž koordinační systém obrazu U SPM a obrazu 13. SEM je posunut o daný offset 14. Offset J_4 zabezpečuje zamezení stínění hrotu sondy 2 SPM svazku primárních elektronů 6. Velikost offsetu 14 se může pohybovat v jednotkách nanometrů až desít-6CZ 307100 B6 kách mikrometrů podle rozsahu snímaných polí. Velikost offsetu 14 je rovna odstupu stopy svazku primárních elektronů 6 rastrovacího elektronového mikroskopu 5 a hrotu sondy 2 SPM. Je výhodné, pokud je velikost offsetu 14 před snímáním povrchu vzorku předem přesně určena, tudíž je snazší zkombinovat obrazy snímaných oblastí. Známost offsetu 14 však není podmínkou, protože příslušný software dokáže tyto obrazy 11, 13 zkombinovat automaticky.Giant. 2 shows scanning areas of the sample surface 4 by scanning electron microscope 5 and scanning probe microscope I in the case where the scanning electron microscope primary electron beam trace and the scanning probe microscope probe are spaced apart at a predetermined offset 14 at each moment. painting JJ. The SPM and the SEM image 13, with the image coordination system of the SPM and the SEM image 13 being offset by a given offset 14. Offset 14 ensures that the tip of the primary electron beam 6 SPM probe 2 is not shielded. 6GB 307100 B6 depending on the range of fields being sensed. The amount of offset 14 is equal to the trace distance of the primary electron beam 6 of the scanning electron microscope 5 and the probe tip 2 of the SPM. Advantageously, the amount of offset 14 is precisely determined prior to scanning the sample surface, thus making it easier to combine images of the sensed areas. However, the knowledge of offset 14 is not a requirement, since the software can automatically combine the images 11, 13.

Typickým příkladem může být charakterizace povrchu vzorku 4 o velikosti 1 χ 1 cm pomocí signálních elektronů 8 a sondy 2 SPM. Nejprve je povrch vzorku 4_snímán rastrovacím elektronovým mikroskopem 5 pro určení dále zkoumané oblasti, přičemž je snímání uskutečněno vychylováním svazku primárních elektronů 6. Poté je aplikován způsob charakterizace podle tohoto vynálezu, kdy je svazek primárních elektronů 6 zafixován a vybraná oblast povrchu vzorku 4 je simultánně snímána rastrovacím elektronovým mikroskopem 5 a rastrovacím sondovým mikroskopem i. Během takového měření je svazek primárních elektronů 6 urychlován napětím 15 kV, přičemž se svazek primárních elektronů 6 nevychyluje (je stacionární). Velikost pracovní vzdálenosti je 9 mm. Svazek primárních elektronů 6 se zaměří do těsné blízkosti hrotu sondy 2 SPM, jejichž odstup, tzv. offset 14, je např. 100 až 200 nm. Oblast snímání povrchu vzorku 4 je nastavována piezoskenerem 3, v tomto případě je její velikost 10x10 pm. Pro snímání vychylujících poloh hrotu sondy 2 SPM je použita měřící sonda Tunning fork s hrotem neboli Akyiama probe. Měřící mód „Tapping mode“ s amplitudou kmitů 20 až 80 nm má rezonanční frekvenci 30 až 60 kHz a frekvenci snímání povrchu vzorku 1 Hz / řádek. Po nastavení těchto parametrů začne skenování povrchu vzorku 4, který je pomocí piezoskeneru 3 rastrován v matici např. 500 x 500 bodů. K detekci signálu sondy 2 SPM dochází jejím posuvem ve směru osy Z. Signály ze sondy 2 SPM a z detektoru 7 sekundárních elektronů 8 jsou přivedeny do kontroléru rastrovacího sondového mikroskopu, kde dochází k jejich současnému záznamu bod po bodu (základní princip rastrovacího sondového mikroskopu) pomocí stejného softwaru. Každý signál představuje jeden měřicí kanál. Obraz každého kanálu je tvořen daty o pozici skeneru osy X, Y a signálu z detektoru 7 sekundárních elektronů 8 nebo osy Z z piezoskeneru 3. Výhodného výsledného trojrozměrného korelativního zobrazení se dosáhne ve společné oblasti snímání 12 posunem obrazu JJ_ SPM o daný offset 14 (velikost i směr). Vliv tvaru sondy 2 SPM je zde potlačen/vyloučen. Typická doba takového měření se pohybuje v řádu minut.A typical example would be the characterization of the sample surface 4 of 1 χ 1 cm using signal electrons 8 and SPM probe 2. First, the sample surface 4 is scanned by a scanning electron microscope 5 to determine the area to be investigated, wherein scanning is performed by deflecting the primary electron beam 6. The characterization method of the present invention is then applied, wherein the primary electron beam 6 is fixed and the selected area of the sample 4 is simultaneously scanned In such a measurement, the primary electron beam 6 is accelerated by a voltage of 15 kV, while the primary electron beam 6 is not deflected (stationary). The working distance is 9 mm. The primary electron beam 6 is focused in close proximity to the tip of the SPM probe 2, the offset of which is, for example, 100 to 200 nm. The scanning area of the sample surface 4 is adjusted by the piezo scanner 3, in which case its size is 10x10 µm. For sensing deflection of probe tip 2 of the SPM, a Tunning fork probe with an Akyiama probe is used. The tapping mode with a vibration amplitude of 20 to 80 nm has a resonance frequency of 30 to 60 kHz and a sample surface scan rate of 1 Hz / line. Once these parameters have been set, scanning of the surface of the sample 4, which is rasterized in a matrix by, for example, 500 x 500 dots, is performed by the piezo scanner 3. The SPM probe 2 signal is detected by moving it along the Z axis. The signals from the SPM probe 2 and the secondary electron detector 7 are fed to the scanning probe microscope controller, where they are simultaneously recorded point by point (the basic principle of the scanning probe microscope). of the same software. Each signal represents one measuring channel. The image of each channel is formed by position data of the X, Y axis scanner and the signal from the secondary electron detector 7 or the Z axis from the piezo scanner 3. Advantageous resulting three-dimensional correlative display is obtained in the scanning area 12 by shifting the SPM image by a given offset 14 ( and direction). The influence of SPM probe 2 shape is suppressed / eliminated here. The typical duration of such measurement is in the order of minutes.

Volbou vhodných sond 2 SPM/detektorů 7 signálních elektronů 8 lze získávat obrazy s kombinací např. chemických vlastností, elektrických vlastností, mechanických vlastností a podobně.By selecting suitable SPM probes / signal electron detectors 7, images can be obtained with a combination of eg chemical properties, electrical properties, mechanical properties and the like.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Kombinace rastrovacího elektronového mikroskopu a rastrovacího sondového mikroskopu má velmi široké využití jak mezi průmyslovými uživateli se specifickými potřebami, tak mezi vědeckými pracovníky ve vývoji. Výsledné obrazy obou měření lze sloučit do jedné mapy pro získání korelativního zobrazení. Dále lze aplikovat tento způsob charakterizace povrchu vzorku pro tvorbu 3D nanostruktur přímo v rastrovacím elektronovém mikroskopu, ve kterém je nainstalován fokusovaný iontový svazek (FIB). Také je toto řešení možné např. využít pro testování a kontrolu kvality v polovodičovém průmyslu.The combination of scanning electron microscope and scanning probe microscope has a very wide application both among industrial users with specific needs and among researchers in development. The resulting images of both measurements can be combined into one map to obtain a correlative view. Further, this method of characterizing the surface of a sample to produce 3D nanostructures can be applied directly in a scanning electron microscope in which a focused ion beam (FIB) is installed. It can also be used, for example, for testing and quality control in the semiconductor industry.

Claims

A method of characterizing a sample surface (4) by a scanning electron microscope (5) and a scanning probe microscope (1), characterized in that the scanning of the sample surface (4) by scanning electron microscope (5) and scanning probe microscope (1) is performed simultaneously, wherein the primary electron beam (6) is stationary, while the sample table (3) moves in the XY plane during scanning and the scanning probe microscope (2) is stationary in this XY plane.

Method according to claim 1, characterized in that the stage (3) is also movable in the Z-axis direction, which is different to the plane XY (3).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the trace of the primary electron beam (6) and the probe tip (2) of the scanning probe microscope are spaced apart from one another during simultaneous scanning.

1 drawing