KR100667217B1 - 주사 탐침 현미경의 보정장치 및 방법 - Google Patents

주사 탐침 현미경의 보정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 팁이 마련된 SPM 캔틸레버를 스캐너가 변위시키고, 위치 감응 검출기가 상기 SPM 캔틸레버에서 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하도록 구성된 채 나노 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 주사 탐침 현미경에 관한 것으로서, 종래의 SPM 장비에 쉽게 호환이 가능하면서(compatible) 손쉽게 그리고 정밀하게 SPM 캔틸레버의 강성 보정을 가능케 하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 주사 탐침 현미경의 보정장치는, 적어도 일 방향의 강성이 미리 결정되어지되, 상기 강성이 상기 SPM 캔틸레버에 의한 하중에 의해 일 방향으로 변위될 수 있도록 정해지는 보정용 구조물과, 상기 SPM 캔틸레버에 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하는 위치 감응 검출기와, 자체의 변위량와 SPM 캔틸레버의 변위량 간의 차에 의해 상기 보정용 구조물의 변위량을 결정해주는 스캐너를 포함한다.
SPM, 캔틸레버, 팁, 보정, 강성, 위치 감응 검출기, 스캐너

Description

주사 탐침 현미경의 보정장치 및 방법{CALIBRATION APPARATUS AND METHOD FOR SCANNING PROBE MICROSCOPE}
도 1은 종래 주사 탐침 현미경의 일 예인 AFM을 개략적으로 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 주사 탐침 현미경에서 SPM 캔틸레버의 수직 강성 보정에 이용되는 보정용 구조물을 도시한 도면들.
도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 보정용 구조물을 포함한 채 SPM 캔틸레버의 수직 강성을 측정하는 주사 탐침 현미경의 보정장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 주사 탐침 현미경에서 SPM 캐틸레버의 수평 강성 보정에 이용되는 보정용 구조물을 도시한 도면들.
도 5는 도 4a 및 도 4c에 도시된 보정용 구조물을 포함한 채 SPM 캔틸레버의 수평 강성을 측정하는 주사 탐침 현미경의 보정장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 5에 도시된 SPM 캔틸레버의 팁 끝단을 도시한 정면도.
도 7은 본 발명에 따른 주사 탐침 현미경의 보정장치에서의 위치 감응 검출기를 도시한 도면.
도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 위치 감응 검출기와 SPM 캔틸레버의 변위량 간의 관계를 보정하는 주사 탐침 현미경의 보정장치를 개략적으로 도시한 원리도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
13: 스캐너 14: SPM 캔틸레버
15: 팁 16: 위치 감응 검출기
17: 레이저 광원 12, 22, 32, 34: 보정용 구조물
본 발명은 나노 스케일의 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 주사 탐침 현미경(SPM; Scanning Probe Microscope)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 주사 탐침 현미경의 보정장치 및 보정방법에 관한 것이다.
통상, 나노 스케일의 구조물은 일반적인 대형 구조물과는 상이한 특성을 지니는 경우가 많으며, 이러한 특성을 이용한 다양한 소자의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
나노 스케일의 구조물을 측정, 조작할 수 있는 도구로서 주사 탐침 현미경(이하, SPM으로 칭함)이 널리 사용되고 있다. SPM은 강성(stiffness)이 매우 작은 캔틸레버 위에, 나노 구조물의 형상 측정, 전자기 특성 측정, 광학 조작 등을 할 수 있는 팁(tip)을 부착한 것으로서, 손쉽게 나노 구조물을 다룰 수 있는 유용한 도구이다. 최근에는 SPM을 이용하여 나노 튜브, 생체 분자, 나노 와이어 등의 나노 구조물의 역학적인 특성을 측정하기 위한 시도가 활발하게 이루어지고 있다.
캔틸레버에 팁이 부착된 형태의 구조물을 이용하여 나노 스케일의 구조물을 측정 및 조작하는 SPM 기술에는 AFM(Atomic Force Microscope), NSOM(Near-Field Scanning Optical Microscope), MFM(Magnetic Force Microscope) 등 여러 가지가 있다. 도 1은 SPM의 한 종류인 AFM(즉, 원자력 현미경)을 이용하여 시료의 표면을 측정하는 일예를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 AFM(100)은 캔틸레버(104) 선단의 팁(또는 탐침)이 시료(s)의 표면에 대향되게 마련되며, XYZ 스캐너(103), 특히, 압전 스캐너의 변위에 의해 캔틸레버(104)의 팁(105)과 시료(s) 표면의 원자 사이에는 소정의 힘이 생겨, 그 힘에 의해 캔틸레버(104)가 아래위로 굴곡 변형되며, 이 때, 레이저 광원(107)에서 나온 레이저광이 반사경(108)을 거쳐 캔틸레버(104) 윗면에 반사되는 각도를 포토다이오드(106)가 측정함으로써 시료 표면의 형상 또는 굴곡을 측정하도록 되어 있다.
기존의 SPM 기술은, 전술한 AFM의 일예와 같이, 표면의 형상 측정 및 전자기/광학/역학 물성의 상대적인 차이 검출을 주 용도로 하였으며, 이 경우에는, 캔틸레버의 강성 보정과 같은 SPM 보정에 대한 필요성이 그다지 크지 않았다. 그러나, SPM을 나노 구조물의 역학적인 특성을 측정하는데 이용하기 위해서는, SPM 캔틸레버의 수직 강성 보정, SPM 캔틸레버의 수평 강성 보정 또는 SPM 팁의 형상 보정 등의 몇 가지 보정이 필요한 상태이다. 이러한 보정을 위한 종래 기술들과 그 문제점은 다음과 같다.
SPM을 나노 구조물의 역학적인 특성 측정에 적용하기 위해서는 SPM 캔틸레버의 정확한 수직 강성을 측정해야 한다. 현재까지 대부분의 SPM 기술들은 표면의 형상 측정 및 전자기/광학/역학 물성의 상대적인 차이 검출을 주목적으로 했기 때문 에, SPM 캔틸레버에서 검출되는 미소한 하중 변화를 정량적으로 측정할 필요성이 그다지 크지 않았다. 그러나 SPM을 이용하여 역학적인 물성을 정확하게 측정하기 위해서는, SPM 캔틸레버에서 검출되는 미소한 하중을 정량적으로 측정하는 것이 필요하다. SPM에서 미소한 하중을 검출하기 위해서는, SPM 캔틸레버의 수직 변형을 포토다이오드(PSPD; Position Sensitive photo detector)와 같은 위치 감응 검출기를 이용하여 측정하고 이를 SPM 캔틸레버의 강성을 이용하여 하중으로 변환하는 방식을 이용한다. SPM 캔틸레버의 수직 강성은 검출되는 하중의 정확성에 직접적으로 연관되므로, 정량적인 측정을 위해서는 SPM 캔틸레버의 수직 강성을 정확하게 보정하는 것이 매우 중요하다. 이러한 보정을 위해서는 SPM 캔틸레버를 가진시켜서 공진 주파수를 측정하는 방법을 많이 사용하고 있지만, 실제 역학적인 실험에서 사용하기에는 측정된 강성의 오차가 크다는 문제점이 있다.
또한, SPM을 이용하여 마찰(tribology) 관련 측정을 하는 시도가 많이 이루어지고 있으며, 이는 산업적으로 마찰 물성이 중요한 하드디스크 기술, 코팅 기술, 나노 소재 기술 등에서 그 수요가 증가하고 있다. SPM으로 마찰 관련 측정을 하는 데에 가장 기본적인 요소는 SPM을 이용한 마찰력의 측정 기능이다. SPM으로 마찰력을 정량적으로 측정하는 것은 매우 어려운 작업 중의 하나이다. 이는 SPM 캔틸레버의 수평방향 강성을 보정해야 하는 과정이 필요하기 때문인데, 이를 위한 한 몇 가지 방법들이 일부 연구자들에 의해 사용되고 있다. 대표적인 방법이 마찰계수가 알려진 표면을 이용하는 방법이다. SPM 팁을 마찰 계수가 알려진 표면에 접촉시키고, 표면을 스크래치하면서 발생하는 SPM 캔틸레버의 수직 방향 변형과 수평 방향 변형 을 SPM의 PSPD를 통하여 측정한다. SPM 캔틸레버의 수직 방향 변형은 앞서 언급한 수직 강성 보정에 의해 수직 하중으로 변환된다. 수평 방향 하중은 마찰 계수와 수직 방향 하중의 곱으로부터 결정되므로, SPM 캔틸레버의 수평 방향 하중을 SPM 캔틸레버의 수평 방향 변형으로 나누면 SPM 캔틸레버의 수평 방향 강성이 얻어진다.
이러한 방법은 간편하지만, 환경의 영향 및 팁 형상의 영향에 민감하므로 많은 오차를 포함한다.
그 외에, SPM 캔틸레버에 다이아몬드 팁을 부착하여 시료의 경도 및 탄성계수 등의 역학 물성 측정을 하려는 시도가 이루어지고 있으며, 일부 SPM 업체에서는 이러한 측정 기능을 포함하는 제품을 판매하고 있기도 하다. 이러한 기능을 SPM의 나노압입시험 기능이라고 한다. 이 기능을 구현하기 위해서는 SPM 캔틸레버의 강성을 정확하게 측정하는 것이 중요하지만, 이외에도 다이아몬드 팁의 형상(팁 끝단의 반지름은 수십 나노미터 수준)을 정확하게 측정하는 것이 또한 매우 중요하다. 다이아몬드 팁의 형상을 측정하는 방법은, 예를 들면, 크게 물성값이 알려진 표준 시편을 이용하는 방법, 시료 표면에 존재하는 임의의 나노 패턴을 이용하는 블라인드 리컨스트럭션 방법(blind reconstruction method), 미리 알려진 형상의 나노 패턴을 이용하는 방법 등으로 나눌 수 있다. 비록, 널리 사용되고 있지는 않지만 기존의 방법들이 적용될 수 있으므로, 본 명세서에서는 SPM 팁의 형상 보정 부분을 다루지 않는다.
본 발명은, 전술한 종래의 SPM 보정 방법들의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 SPM 장비에 쉽게 호환이 가능하면서(compatible) 손쉽게 그리고 정밀하게 SPM 캔틸레버의 강성 보정을 가능케 하는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 나노구조물에 대한 SPM의 측정 및 조작에 있어서, 간편하게 그리고 정밀하게 SPM 캐틸레버의 강성을 보정하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주사 탐침 현미경의 보정장치는, SPM 캔틸레버의 강성 측정을 위한 장치로서, 적어도 일 방향의 강성이 미리 결정되어지되 상기 강성이 상기 SPM 캔틸레버에 의한 하중에 의해 일 방향으로 변위될 수 있도록 정해지는 보정용 구조물과, 상기 SPM 캔틸레버에 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하는 위치 감응 검출기와, 자체의 변위량과 SPM 캔틸레버의 변위량 간의 차에 의해 상기 보정용 구조물의 변위량을 결정해주는 스캐너를 포함한다.
여기에서, 상기 보정용 구조물은, SPM 캔틸레버의 수직 강성 측정을 위한 브릿지형의 보정용 구조물과, SPM 캐틸레버의 수평 강성 측정을 위한 2단 브릿지형의 보정용 구조물을 포함하며, 상기 브릿지형의 보정용 구조물은 양단이 지지된 채 수직방향으로 변위되는 SPM 캔틸레버에 의해 수직방향으로 변위량을 갖도록 배치되고, 2단 브릿지형의 보정용 구조물은 양단이 지지된 채 수평방향으로 변위되는 SPM 캔틸레버에 의해 수평방향으로 변위량을 갖도록 배치되며, 베이스부와 상기 베이스 부보다 작은 폭을 갖고 SPM 캔틸레버의 팁에 걸리는 단차부로 구성되어, 수평 강성이 수직 강성보다 크도록 형성된다.
또한, 본 발명의 보정장치는 SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량과 그 변위량에 따른 위치 감응 검출기의 전압 신호 차이를 보정하는 구조물을 더 포함하는 것이 바람직한데, 상기 구조물은 수평방향으로 변위되는 SPM 캔틸레버의 팁에 걸리는 단차부와 그 단차부를 지지하는 강성의 기재부로 구성된 단차형 구조물로 이루어진다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주사 탐침 현미경의 보정방법은, 팁이 마련된 SPM 캔틸레버를 스캐너가 변위시키고, 위치 감응 검출기가 상기 SPM 캔틸레버에서 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하도록 구성된 채 나노 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 주사 탐침 현미경에서 SPM 캔틸레버의 강성 보정을 위해 이용되며, 일 방향으로의 강성이 미리 결정된 보정용 구조물을 스캐너에 의한 상기 SPM 캔틸레버의 주사 영역(scanning area)에 배치시키고, 상기 스캐너의 일 방향 스캔을 통해, 상기 SPM 캔틸레버로 하여금 상기 보정용 구조물에 일 방향의 하중을 가하고, 상기 위치 감응 검출기로 하여금 SPM 캔틸레버의 일 방향 변위량을 측정하고, 상기 스캐너의 일 방향 변위량과 상기 SPM 캔틸레버의 일 방향 변위량 차에 의해 상기 보정용 구조물의 일 방향 변위량을 측정하여, 미리 결정된 보정용 구조물의 일 방향 강성과, 측정된 SPM 캔틸레버 및 보정용 구조물 각각의 일 방향 변위량을 이용하여 상기 SPM 캔틸레버의 일 방향 강성을 측정하는 것을 가능케 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 주사 탐침 현미경의 보정방법은, 수직 강성이 미리 결정된 보정용 구조물을 SPM 캔틸레버의 수직 아래쪽에 배치시키고, 스캐너의 수직 방향 스캔을 통해, SPM 캔틸레버로 하여금 상기 보정용 구조물에 수직 하중을 가하고, 위치 감응 검출기로 하여금 SPM 캔틸레버의 수직 방향 변위량을 측정하고, 스캐너의 수직 방향 변위량과 SPM 캔틸레버의 수직 방향 변위량 차에 의해 보정용 구조물의 수직 방향 변위량을 측정하여, 미리 결정된 보정용 구조물의 수직 강성과, 측정된 SPM 캔틸레버 및 보정용 구조물 각각의 수직 방향 변위량을 이용하여 SPM 캔틸레버의 수직 강성을 측정할 수 있도록 해준다.
또한, 본 발명의 주사 탐침 현미경의 보정방법은, 수평 강성이 미리 결정된 보정용 구조물을 SPM 캔틸레버의 수평방향으로 배치시키고, 스캐너의 수평 방향 스캔을 통해, SPM 캔틸레버로 하여금 보정용 구조물에 수평 하중을 가하고, 위치 감응 검출기로 하여금 SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량을 측정하고, 스캐너의 수평 방향 변위량과 SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량 차에 의해 보정용 구조물의 수평 변위량을 측정하여, 미리 결정된 보정용 구조물의 수평 강성과, 측정된 SPM 캔틸레버 및 보정용 구조물 각각의 수평 방향 변위량을 이용하여 SPM 캔틸레버의 수평 방향 강성을 측정할 수 있게 해준다.
더 나아가, 본 발명에 따른 주사 탐침 현미경의 보정방법은, 소정 높이의 단차부를 갖는 단차 구조물을 SPM 캔틸레버의 수평방향으로 배치시키고, 스캐너의 수평 방향 스캔을 통해, SPM 캔틸레버를 단차 구조물의 단차부에 닫는 위치까지 변위시키고, 스캐너에 의해 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하고, SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량에 따른 위치 감응 검출기의 전압 신호 변화값을 측정하여, 아래의 수학식 1에 의해 상기 SPM 캔틸레버의 수평방향 변위량과 상기 위치 감응 검출기의 신호와의 관계를 보정토록 해준다.
Figure 112004062933359-pat00001
여기에서, d는 SPM 캔틸레버의 수평방향 변위량이고, VC-D는 SPM 캔틸레버의 변위에 따른 위치 감응 검출기의 전압 변화값이며, E는 보정계수이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세하게 설명될 것이다.
<실시예 1; SPM 캔틸레버의 수직 강성 보정>
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 SPM 캔틸레버의 수직 강성 보정에 이용되는 보정용 구조물의 일예를 도시한 평면도 및 정면도이며, 도 3은 2a 및 도 2b에 도시된 보정용 구조물을 이용하여 SPM 캔틸레버의 수직 강성을 보정하기 위한 SPM 보정장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
후술되는 본 실시예의 SPM 보정장치는 기존 SPM에 보정용 구조물을 추가로 구성시켜 형성된 것으로서 통상의 SPM과의 호환성이 우수하다.
본 실시예에서, SPM 캔틸레버(14)는 통상의 SPM에서 사용되는 것과 같은 0.01~200N/m의 매우 낮은 강성을 갖는 것으로서 그 선단에 나노 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 팁(15)이 마련된다. 흔히, 접촉식 SPM 캔틸레버가 비접촉식 SPM 캔틸레버보다 더 작은 강성을 지닌다는 것을 참고로 한다.
SPM 캐틸레버(14)의 수직 강성 보정을 위해, 본 실시예에서는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같은 브릿지(bridge)형의 보정용 구조물(12)을 이용한다. 본 실시예에서는 브릿지형을 갖는 보정용 구조물(12)을 SPM 캐틸레버(14)의 수직 강성 보정에 이용하지만, SPM 캔틸레버(14)와 비슷한 수준의 강성을 갖는 임의의 다른 보정용 구조물이 이용될 수도 있다.
상기한 브릿지형의 구조물(12)은 좌, 우 한 쌍의 지지부(12a, 12b)에 의해 그 양단이 지지되는 양단 지지 보의 형태로 구성되며, SPM 캔틸레버(14)에 의해 수직 하중이 중앙에 가해진다.
상기한 수직 강성 보정용 구조물(12)의 소재로는 탄성 물성이 잘 제어되는 단결정 실리콘을 사용하는 것이 바람직하지만, 이외에도 탄성 물성이 잘 정의되는 어떤 소재로도 제작이 가능하다. 상기한 보정용 구조물을 이용하여 수직 강성을 보정하는 절차는 다음과 같다.
우선 보정용 구조물(12)의 강성을 정확하게 결정한다. 만일 보정용 구조물이 단결정 실리콘으로 이루어져 있다면, 그 보정용 구조물의 형상을 정확하게 측정함으로써 강성을 정확하게 결정할 수 있다. 탄성계수가 알려지지 않은 소재로 제작된 구조물인 경우에는 하중이 잘 보정된 외부 시험 장비 (예를 들어, 나노 압입 시험기)를 이용하여 보정용 구조물의 강성을 측정하는 방법을 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 상기한 보정용 구조물의 수직 강성(KZS)은 SPM 캔틸레버의 예상 수직 강성 (KIZC)을 고려하여 아래의 수학식 2의 범위 내에서 결정하는 것이 바람직하다.
Figure 112004062933359-pat00002
강성이 결정된 보정용 구조물(12)의 배치가 완료되면, 그 보정용 구조물(12)을 포함하는 본 실시예의 SPM 보정장치(10)를 이용해 SPM 캔틸레버(14)의 수직 강성을 구하고, 그 수직 강성을 SPM의 보정에 이용한다. 본 실시예의 SPM 보정장치(10)는 도 3에 잘 도시된 바와 같이 상기한 보정용 구조물(12)과, SPM의 각 부분들, 즉, 스캐너(13) 및 위치 감응 검출기(16) 등을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스캐너(13)의 Z 스캔을 통해, SPM 캔틸레버(14)가 자체 선단의 팁(15)으로써 보정용 구조물(12)에 수직 하중을 가하도록 작용시킨다.
그 후, 레이저 광원(17)을 이용해 레이저광을 SPM 캔틸레버(14)의 끝단에 반사시키고, 그 반사된 빛을 위치 감응 검출기(16; 이하, PSPD로 칭함)로 측정하며, 이를 통해, SPM 캔틸레버(14)의 수직 방향 변위량(dZC)이 측정된다. 실제로 SPM 캔틸레버(14)의 수직 방향 변위량(dZC)을 PSPD(16)의 신호로부터 측정하려면, SPM 캔틸레버의 수직 방향 변위량(dZC)과 PSPD 출력 전압 사이의 보정이 필요하지만, 이는 상용 SPM에서 널리 수행되는 보정이므로 본 명세서에서는 그 구체적인 설명이 생략된다.
이 때, 스캐너(13)의 Z 방향 변위량(Z), 즉 스캐너(13)의 수직 변위량(Z)이 스캐너(13)에서 결정되고, 그 스캐너(13)의 Z 방향 변위량(Z)은 SPM 캔틸레버(14)의 수직 변위량(dZC)과 보정용 구조물(12)의 수직방향 변위량(dZS)의 합과 같으므로, 보정용 구조물(12)의 수직 방향 변위량(dZS)은 아래의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112004062933359-pat00003
또한, 보정용 구조물(12)의 수직 강성(KZS)은 전술한 바와 같이 이미 결정되어 있는 값이므로, 보정용 구조물(12)의 수직 방향 변위량(dZS)과 보정용 구조물(12)의 강성(KZS)을 곱하면 보정용 구조물(12)에 가해진 수직 하중(F)을 결정할 수 있다.
그리고, 이 수직 하중(F)은 SPM 캔틸레버(14)를 변형시킨 하중(F)과 동일하므로, SPM 캔틸레버의 수직 강성(KZC)은 아래의 수학식 4에 의해 결정되어질 수 있다.
Figure 112004062933359-pat00004
위의 수학식 4에서 얻어진 SPM 캔틸레버(14)의 수직 강성(KZC)은 SPM 캔틸레버(14)의 강성 보정에 바람직하게 이용되어, 나노 구조물에 대한 SPM의 정밀한 측 정 및 조작을 가능케 해준다.
<실시예 2; SPM 캔틸레버의 수평 강성 보정>
도 4a 내지 4c는 SPM 캔틸레버(14)의 수평 강성 보정에 이용되는 보정용 구조물의 일예를 도시하는 도면들로서, 각각 보정용 구조물의 평면도, 정면도, 그리고 측면도를 도시한다. 그리고, 도 5는 4a 및 도 4c에 도시된 보정용 구조물을 이용하여 SPM 캔틸레버의 수평 강성을 보정하기 위한 SPM 보정장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
SPM 캔틸레버(14)의 수평 강성(KYC) 보정을 위해서는, 수직 방향 강성이 비교적 크고 수평 방향 강성이 비교적 작은 보정용 구조물이 요구되며, 더 나아가, SPM 팁(15)의 크기가 고려되어지는 것이 바람직하다.
SPM 캔틸레버(14)의 수평 강성(KYC) 보정을 위해 도 4a 내지 도 4c에 도시된 것과 같이 높이(H) 및 폭(W)을 갖는 베이스부(222)와 그 위쪽에서 높이(b) 및 폭(a)으로서 SPM 캔틸레버(14)의 팁에 걸리는 단차부(224)를 일체로 갖는 길이(L)의 2단 브릿지형 보정용 구조물(22)이 이용된다.
본 실시예의 보정용 구조물(22)은 한 쌍의 지지부(22a, 22b)에 의해 양단이 지지되는 양단 지지보의 형태로 배치되는 한편 Z 방향 크기(즉, 보의 두께)는 상당히 크면서, Y 방향의 크기(즉, 보의 너비)는 상대적으로 작다. 이러한 보정용 구조물(22)은 Z 방향 강성, 즉 수직 강성이 매우 크고, Y 방향의 강성, 즉 수평 강성이 작으므로, SPM 캔틸레버(14)의 수평 방향 강성 보정에 유리하다.
상기한 보정용 구조물(22)은 수평 방향 강성과 수직 방향 강성의 비를 크게 하기 위해 그 치수가 아래의 수학식 5에 의해 결정된다.
Figure 112004062933359-pat00005
위의 수학식 5에서 보정용 구조물(22)의 단차부의 높이(b)는 SPM 캔틸레버(14)의 팁(15)의 크기 영향을 고려하여 약 50㎚<b<1000㎚ 내에서 결정하되, 그 단차부(224)의 높이(b)는 캔틸레버(14)의 팁(15) 크기의 1/5이하가 되어야 하며 그 치수가 매우 정확하게 제어되어야 한다. 그 외의 치수는 보정하고자 하는 SPM 캔틸레버(14)의 수평 방향 강성에 따라 결정되어야 한다. 이 때, 상기한 보정용 구조물(22)의 수평 방향 강성(KYS)은 SPM 캔틸레버(14)의 예상 수평 강성(KIYC)을 고려하여 아래의 수학식 6의 범위로 미리 결정한다.
Figure 112004062933359-pat00006
본 실시예에 따른 2단 브릿지형 보정용 구조물(22)을 앞선 실시예의 브릿지형 보정용 구조물(12)과 마찬가지로 단결정 실리콘으로 제작하면, 그 2단 브릿지형 보정용 구조물(22)의 형상을 정확하게 측정할 수 있고, 이에 따라, 그 보정용 구조물(22)의 수평 방향 강성(KYS)을 정확하게 결정할 수 있다. 그리고, 탄성계수가 알려지지 않은 소재로 보정용 구조물을 제작할 경우에는 하중이 잘 보정된 외부 시험 장비(예를 들면, 나노압입시험기)를 이용하여 그 구조물의 수평 방향 강성을 측정할 수 있다.
수평 강성(KYS)이 결정된 보정용 구조물(22)의 배치가 완료되면, 그 보정용 구조물(22)을 포함하는 본 실시예의 SPM 보정장치(10)를 이용해 SPM 캔틸레버(14)의 수평 강성(KYC)을 측정한다.
도 5에 잘 도시된 바와 같이, 스캐너(13)의 Y 방향 스캔을 통해, SPM 캔틸레버(14)의 팁이 보정용 구조물(22)의 단차부(224)에 걸리게 하고, 그 Y 방향 스캔을 계속하면, SPM 캔틸레버(14)와 보정용 구조물(22)은 모두 Y 방향, 즉 수평방향으로 변형하게 된다. 이 때, SPM 캔틸레버(14)의 수평 변위량(dYC)과 보정용 구조물(22)의 수평 방향 변위량(dYS)의 합은 스캐너(13)의 Y 방향 변위량(Y)과 같다. 그리고, SPM 캔틸레버(14)의 Y 방향 변위량(Y)은 SPM 캔틸레버(14)의 끝단에 반사된 레이저광을 위치 PSPD(16)로 측정함으로써 얻는다. 스캐너(13)의 Y 방향 변위량(Y)은 SPM의 스캐너(13)에서 측정되므로, 보정용 구조물(22)의 수평 방향 변위량(dYS)은 아래의 수학식 7에서 결정될 수 있다.
Figure 112004062933359-pat00007
한편, 보정용 구조물(22)의 수평 강성(KYS)은 이미 특정되어 있는 값이므로, 보정용 구조물(22)의 수평 변위량(dYS)과 보정용 구조물(22)의 수평 강성(KYS)을 곱하면 SPM 캔틸레버(14)가 보정용 구조물(22)에 가한 수평 하중(FL)을 결정할 수 있다. 이 수평 하중(FL)은 SPM 캔틸레버(14)를 수평방향으로 변형시킨 하중과 동일하므로, SPM 캔틸레버(14)의 수평 강성(KYC)을 다음과 같은 식에서 결정할 수 있다.
Figure 112004062933359-pat00008
<실시예 3: SPM 캔틸레버의 비틀림 운동을 고려한 수평 강성 보정>
도 5와 같이 배치된 SPM 캔틸레버(14)와 보정용 구조물(22)에서, Y 방향으로 스캐너(13)를 이송하여 SPM 캔틸레버(14)를 Y 방향으로 이동시키면, SPM 캔틸레버(14)의 팁(15)과 보정용 구조물(22)의 단차부(224)가 접촉한다. 이때, 보정용 구조물(22)의 단차부(224)가 SPM 캔틸레버(14)의 팁(15)에 도 5의 확대도에 표시된 것과 같은 Y 방향의 힘을 가하게 되므로, SPM 캔틸레버(14)에는 비틀림 운동이 발생한다. 그러나, SPM 캔틸레버(14)의 팁(15) 끝단에서 발생하는 수평 방향 힘(Ftip)을 정량적으로 측정하기 위해서는 SPM 캔틸레버(14)의 수평 강성(KYC)과 함께, 비틀림 축(twist axis)에서 팁 끝단까지의 거리(S; 도 6 참조)를 측정해야 한다. 아래 그림과 같은 기하학적인 형상을 고려할 때에, SPM 캔틸레버(14) 팁(15)의 끝단에 작용하는 실질적인 수평 방향 힘(Ftip)은 아래의 수학식 9로 표현된다.
Figure 112004062933359-pat00009
여기에서, KYC는 전술한 수학식 8에서 얻어진 값이고, dYC는 PSPD의 전압신호를 변위량으로 환산하여 측정한 값이며, B는 도 5의 단차부의 높이(b)와 실질적으로 같은 길이로서 팁(15)이 단차부(224)에 걸리는 길이를 나타내는 것으로서 도 6에 표시되어 있다.
상기의 수학식 9로부터 SPM 캔틸레버(14)의 팁(15)의 끝단에 작용하는 실질적인 수평 방향 힘(Ftip)을 측정하기 위해서는 비틀림축(X; 도 5 및 도 6 참조)에서 팁 끝단까지의 거리(S)를 측정하여야 하며, 이하에서는, PSPD의 Y 방향 보정을 통해 비틀림축에서 팁 끝단까지의 거리(S)를 측정하는 과정을 설명하기로 한다.
(1)PSPD의 Y 방향 보정
SPM 캔틸레버(14)의 Z 방향 및 Y 방향 변위량은 SPM 캔틸레버(14)의 끝단에서 반사된 레이저광을 PSPD를 이용하여 측정함으로써 얻어진다. 그러나 실제로 PSPD에서 얻어지는 정보는 반사된 레이저광의 위치에 따른 전압 신호이다. 좀더 구체적으로 기술하면, 도 7에 도시된 4개의 셀(cell)로 이루어진 PSPD(16)에서 위쪽 2개의 셀과 아래쪽 2개의 셀에서 검출되는 전압 신호의 차이(A-B)가 SPM 캔틸레버의 Z 방향 변위량과 비례하고, 좌측 2개의 셀과 우측 2개의 셀에서 검출되는 전압 신호의 차이(C-D)가 Y 방향 변위량과 비례한다.
검출된 PSPD(16)의 전압 신호로부터 SPM 캔틸레버(14)의 변위량을 얻어 내기 위해서는 PSPD(16)의 전압과 SPM 캔틸레버(14)의 변위량 사이의 보정이 필요하다.
SPM 캔틸레버(14)의 Z 방향 변위량 보정은 대부분의 상용 SPM에서 널리 수행되고 있으며, 매우 경도가 높은 시편 표면에 SPM 캔틸레버(14)를 수직 방향으로 누름으로써 행해진다. 이는 매우 잘 알려진 내용이므로, 본 명세서에서는 그 구체적인 설명이 생략된다.
한편, SPM 캔틸레버(14)의 Y 방향 보정은 상용 SPM에서는 다루지 않지만, 전술한 SPM 캔틸레버(14)의 수평 방향 강성 보정을 위해서는 반드시 필요한 부분이다. 본 실시예에서는 도 8에 도시된 단차 구조물(32)을 이용하여 SPM 캔틸레버(14)의 Y 방향 변위량 보정을 수행한다. 이 단차 구조물(34)은 강성의 기재부(320)와 그 기재부(320) 위에 형성되는 단차부(322)로 구성되며, 이 단차부(322)는 앞선 실시예에서 제시한 수평 방향 강성 보정용 2단 브릿지 구조물(22)에서의 단차부(224)와 같은 높이(b)를 갖는다.
SPM 캔틸레버(14)의 수직 방향 변위량이 최소화되는 조건에서 Y방향 스캔을 하면 PSPD(16)의 중심부근에 도달하던 레이저광이 수평방향으로 이동하면서, (C-D)신호의 절대값이 커지게 된다. SPM 캔틸레버(14)의 팁(15)이 높이 b인 단차부(224)에 닿게 되면, (C-D) 신호의 절대값은 더욱 커지게 된다. SPM 캔틸레버(14)의 팁(15)과 단차부(322)가 서로 붙어있을 경우에, 스캐너(13)의 Y 방향 변위량(db)은 SPM 캔틸레버(14)의 변위량과 같다. 따라서, PSPD(16)의 (C-D) 신호의 변화량(VC-D)과 스캐너의 Y 방향 변위량(db)을 비교함으로써, SPM 캔틸레버의 Y 방향 변위(db)와 PSPD 신호(VC-D) 사이에는 아래의 수학식 10과 같은 선형 보정이 가능하다.
Figure 112004062933359-pat00010
(2)비틀림 축에서 팁 끝단까지의 거리 측정
도 5 및 도 6에 표시된 비틀림 축에서 팁 끝단까지의 거리(S)를 측정하기 위하여, 도 9에 도시된 보정용 구조물(34)을 사용한다. 이 보정용 구조물(34)은, 강성의 기재부(340) 위에 소정 높이의 단차부(342)가 마련된 구조를 갖는다는 점에서, 상기한 PSPD의 Y 방향 변위 보정에서 사용한 것과 유사하지만, 단차부(342)의 높이(c)는 Y방향 변위 보정에서 사용한 것과 달라야 한다. 단차부의 높이가 c인 보정용 구조물(34)로 PSPD의 Y 방향 변위 보정을 수행하면, 아래의 수학식 11에 의해 보정계수 Ec 를 결정할 수 있다.
Figure 112004062933359-pat00011
비틀림 축에서 팁 끝단까지의 거리(S)는 수학식 10 및 수학식 11에서 얻어진 보정계수(Ec)를 이용하여 팁 끝단의 기하학적인 형상으로부터 수학식 12에 의해 결정되어질 수 있다.
Figure 112004062933359-pat00012
상기 수학식 12에서 얻어진 비틀림 축에서 팁 끝단까지의 거리 S는 앞서 언급된 수학식 9에 대입되어 팁(15)의 끝단에 작용하는 실질적인 수평 방향 힘(Ftip)을 측정할 수 있도록 해준다.
본 발명의 SPM 보정장치는, 정량적인 수직 및 수평 하중을 측정할 수 없고, 단지 상대적인 하중의 비교만이 의미가 있었던 기존 기술의 문제점을 해결하여, SPM 캔틸레버에 대한 강성 보정을 할 수 있고, 이를 통해, SPM으로 정량적인 하중을 측정할 수 있으며, 또한, SPM을 이용한 나노 구조물의 역학적 특성 측정을 용이하게 할 수 있게 해준다.

Claims (17)

  1. SPM 캔틸레버의 강성 측정을 위한 장치로,
    적어도 일 방향의 강성이 미리 결정되어지되, 상기 강성이 상기 SPM 캔틸레버에 의한 하중에 의해 일 방향으로 변위될 수 있도록 정해지는 보정용 구조물과;
    상기 SPM 캔틸레버에 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하는 위치 감응 검출기와;
    자체의 변위량와 SPM 캔틸레버의 변위량 간의 차에 의해 상기 보정용 구조물의 변위량을 결정해주는 스캐너를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 보정용 구조물은 양단이 지지된 채, 수직방향으로 변위되는 SPM 캔틸레버에 의해 수직방향으로 변위량을 갖도록 배치되는 브릿지형의 구조물인 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보정용 구조물은 양단이 지지된 채 수평방향으로 변위되는 SPM 캔틸레버에 의해 수평방향으로 변위량을 갖도록 배치되며, 베이스부와 상기 베이스보다 작은 폭을 갖고 SPM 캔틸레버의 팁에 걸리는 단차부로 구성되어, 수평 강성이 수직 강성보다 큰 2단 브릿지형의 보정용 구조물인 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 보정용 구조물은 하기 수학식에 의해 그 치수가 결정되는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장치.
    [수학식]
    Figure 112004062933359-pat00013
    (여기에서, W=베이스부의 폭, H=베이스부의 높이, L=보정용 구조물의 길이, a= 단차부의 폭, b=단차부의 높이)
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량과 그 변위량에 따른 위치 감응 검출기의 전압 신호 차이를 보정하는 구조물을 더 포함하되, 상기 구조물은 수평방향으로 변위되는 SPM 캔틸레버의 팁에 걸리는 단차부와 그 단차부를 지지하는 강성의 기재로 이루어진 단차형의 구조물인 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 단차형의 구조물은, 상기 2단 브릿지형의 보정용 구조물의 단차부 높이와 같은 단차부를 갖는 제 1 구조물과, 상기 단차부와 다른 높이를 갖는 단차부를 갖는 제 2 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보정용 구조물의 수평 또는 수직 강성은 SPM 캔틸레버의 예상 강성을 고려하여 하기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장치.
    [수학식]
    Figure 112004062933359-pat00014
    (여기에서, KS=보정용 구조물의 수평 또는 수직 강성, KIC=SPM 캔틸레버의 수평 또는 수직 예상 강성)
  8. 팁이 마련된 SPM 캔틸레버를 스캐너가 변위시키고, 위치 감응 검출기가 상기 SPM 캔틸레버에서 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하도록 구성된 채 나노 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 주사 탐침 현미경의 보정방법에 있어서,
    일 방향으로의 강성이 미리 결정된 보정용 구조물을 스캐너에 의한 상기 SPM 캔틸레버의 주사 영역(scanning area)에 배치시키고, 상기 스캐너의 일 방향 스캔을 통해, 상기 SPM 캔틸레버로 하여금 상기 보정용 구조물에 일 방향의 하중을 가하고, 상기 위치 감응 검출기로 하여금 SPM 캔틸레버의 일 방향 변위량을 측정하고, 상기 스캐너의 일 방향 변위량과 상기 SPM 캔틸레버의 일 방향 변위량 차에 의해 상기 보정용 구조물의 일 방향 변위량을 측정하여, 미리 결정된 보정용 구조물의 일 방향 강성과, 측정된 SPM 캔틸레버 및 보정용 구조물 각각의 일 방향 변위량 을 이용하여 상기 SPM 캔틸레버의 일 방향 강성을 측정하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
  9. 팁이 마련된 SPM 캔틸레버를 스캐너가 변위시키고, 위치 감응 검출기가 상기 SPM 캔틸레버에서 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하도록 구성된 채 나노 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 주사 탐침 현미경의 보정방법에 있어서,
    수직 강성이 미리 결정된 보정용 구조물을 상기 SPM 캔틸레버의 수직 아래쪽에 배치시키고, 상기 스캐너의 수직 방향 스캔을 통해, 상기 SPM 캔틸레버로 하여금 상기 보정용 구조물에 수직 하중을 가하고, 상기 위치 감응 검출기로 하여금 SPM 캔틸레버의 수직 방향 변위량을 측정하고, 상기 스캐너의 수직 방향 변위량과 상기 SPM 캔틸레버의 수직 방향 변위량 차에 의해 상기 보정용 구조물의 수직 방향 변위량을 측정하여, 미리 결정된 보정용 구조물의 수직 강성과, 측정된 SPM 캔틸레버 및 보정용 구조물 각각의 수직 방향 변위량을 이용하여 상기 SPM 캔틸레버의 수직 강성을 측정하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 SPM 캔틸레버의 수직 강성은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장법.
    [수학식]
    Figure 112004062933359-pat00015
    (여기에서, KZC=SPM 캔틸레버의 수직 강성, F=SPM 캔틸레버에 의한 수직 하중, KZS=보정용 구조물의 수직 강성, dZS=보정용 구조물의 수직 방향 변위량, dZC=SPM 캔틸레버의 수직 방향 변위량)
  11. 팁이 마련된 SPM 캔틸레버를 스캐너가 변위시키고, 위치 감응 검출기가 상기 SPM 캔틸레버에서 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하도록 구성된 채 나노 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 주사 탐침 현미경의 보정방법에 있어서,
    수평 강성이 미리 결정된 보정용 구조물을 상기 SPM 캔틸레버의 수평방향으로 배치시키고, 상기 스캐너의 수평 방향 스캔을 통해, 상기 SPM 캔틸레버로 하여금 상기 보정용 구조물에 수평 하중을 가하고, 상기 위치 감응 검출기로 하여금 SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량을 측정하고, 상기 스캐너의 수평 방향 변위량과 상기 SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량 차에 의해 상기 보정용 구조물의 수평 변위량을 측정하여, 미리 결정된 보정용 구조물의 수평 강성과, 측정된 SPM 캔틸레버 및 보정용 구조물 각각의 수평 방향 변위량을 이용하여 상기 SPM 캔틸레버의 수평 방향 강성을 측정하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 보정용 구조물은 양단이 지지된 채 수평방향으로 변위되는 SPM 캔틸레버에 의해 수평방향으로 변위량을 갖도록 배치되며, 베이스부와 상기 베이스보다 작은 폭을 갖고 SPM 캔틸레버의 팁에 걸리는 단차부로 구성되어, 수평 강성이 수직 강성보다 큰 2단 브릿지형의 보정용 구조물인 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 보정용 구조물은 하기 수학식에 의해 그 치수가 결정되는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
    [수학식]
    Figure 112004062933359-pat00016
    (여기에서, W=베이스부의 폭, H=베이스부의 높이, L=보정용 구조물의 길이, a= 단차부의 폭, b=단차부의 높이)
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 SPM 캔틸레버의 수평 강성은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정장법.
    [수학식]
    Figure 112004062933359-pat00017
    (여기에서, KYC=SPM 캔틸레버의 수평 강성, FL=SPM 캔틸레버에 의한 수평 하 중, KYS=보정용 구조물의 수평 강성, dYS=보정용 구조물의 수평 방향 변위량, dYC =캔틸레버의 수평 방향 변위량)
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 SPM 캐틸레버의 팁 끝단에 걸리는 수평방향 힘은 상기 팁에 걸리는 비틀림 운동과, 팁 끝단으로부터 비틀림 축까지의 거리, 그리고, 단차부에 걸리는 상기 팁의 길이를 고려하여 하기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
    [수학식]
    Figure 112004062933359-pat00018
    (여기에서, Ftip= SPM 팁 끝단에 걸리는 수평방향 힘, S= 팁 끝단으로부터 비틀림 축까지의 거리, B=팁이 보정용 구조물의 단차부에 걸리는 높이)
  16. 팁이 마련된 SPM 캔틸레버를 스캐너가 변위시키고, 위치 감응 검출기가 상기 SPM 캔틸레버에서 반사된 레이저광을 이용해 상기 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하도록 구성된 채 나노 구조물의 측정 및 조작에 이용되는 주사 탐침 현미경의 보정방법에 있어서,
    소정 높이의 단차부를 갖는 단차 구조물을 상기 SPM 캔틸레버의 수평방향으로 배치시키고, 상기 스캐너의 수평 방향 스캔을 통해, 상기 SPM 캔틸레버를 상기 단차 구조물의 단차부에 닫는 위치까지 변위시키고, 상기 스캐너에 의해 SPM 캔틸레버의 변위량을 측정하고, 상기 SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위량에 따른 위치 감응 검출기의 전압 신호 변화값을 측정하여, 하기 수학식에 의해 상기 SPM 캔틸레버의 수평방향 변위량과 상기 위치 감응 검출기의 신호와의 관계를 보정하는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
    [수학식]
    Figure 112004062933359-pat00019
    (여기에서, d=SPM 캔틸레버의 수평방향 변위량, VC-D=SPM 캔틸레버의 변위에 따른 위치 감응 검출기의 전압 변화값, E= 보정계수)
  17. 청구항 16에 있어서, 서로 다른 높이의 단차부를 갖는 2개의 단차 구조물에 대해 하기 수학식 1의 보정계수 Eb, Ec를 각각 구하고,
    [수학식 1]
    Figure 112004062933359-pat00020
    (여기에서, db는 높이가 b인 단차부를 갖는 단차 구조물에서의 SPM 캔틸레버의 수평방향 변위량, dc는 높이가 c인 단차부를 갖는 단차 구조물에서의 SPM 캔틸레버의 수평방향 변위량, Eb, Ec는 높이 b 및 높이 c인 단차부를 갖는 단차 구조물에서의 보정계수)
    상기 구해진 보정계수들을 하기 수학식에 대입하여, SPM 캔틸레버의 수평 방향 변위시 팁 끝단으로부터 SPM 캔틸레버의 팁 끝단으로부터 비틀림 축까지의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 주사 탐침 현미경의 보정방법.
    [수학식 2]
    Figure 112004062933359-pat00021
    (여기에서, S= 팁 끝단으로부터 비틀림 축까지의 거리)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100797089B1 (ko) * 2006-06-15 2008-01-22 포항공과대학교 산학협력단 미세 상호 작용력 측정장치 및 측정방법
KR101390073B1 (ko) * 2013-03-21 2014-04-30 파크시스템스 주식회사 미소 거칠기 측정 방법 및 이를 이용한 측정 장치
KR101628557B1 (ko) 2014-12-05 2016-06-08 현대자동차주식회사 시편 표면의 마찰계수 측정방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08233836A (ja) 1995-02-28 1996-09-13 Hitachi Constr Mach Co Ltd 走査型プローブ顕微鏡、並びにその高さ方向較正用基準器および較正方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08233836A (ja) 1995-02-28 1996-09-13 Hitachi Constr Mach Co Ltd 走査型プローブ顕微鏡、並びにその高さ方向較正用基準器および較正方法

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