KR101710337B1

KR101710337B1 - 조정 가능한 스캔 속도를 가지는 측정 장치 및 측정 방법

Info

Publication number: KR101710337B1
Application number: KR1020150078223A
Authority: KR
Inventors: 조아진; 이주석; 조용성; 정상한; 박상일
Original assignee: 파크시스템스 주식회사
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2017-02-28
Also published as: US20160356808A1; US9645169B2; JP2016224018A; KR20160142483A; JP6161658B2

Abstract

본 발명은 적어도 직전에 측정된 고속 스캔 라인의 데이터를 이용하여 스캔 속도를 가변적으로 적용함으로써 측정 속도를 높일 수 있는 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법은, 감지부가 측정 대상의 표면을 따라 스캔하면서 상기 측정 대상의 표면에 관한 데이터를 획득하는 측정 방법으로서, 상기 감지부가 상기 측정 대상의 표면의 복수의 고속 스캔 라인 (fast scan line) 을 따라 상기 표면을 스캔하도록, 상기 감지부 및 상기 측정 대상 중 하나 이상이 이동되며, 상기 감지부를 이용하여 상기 복수의 고속 스캔 라인 중 어느 하나의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 얻기 위해 상기 감지부가 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인을 따라 상기 표면을 스캔하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계 이후, 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인과 가장 인접한 고속 스캔 라인을 따르도록 상기 감지부 및 상기 측정 대상 중 하나 이상을 이동시키면서 상기 감지부를 이용하여 상기 가장 인접한 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 얻는 제2 단계; 를 포함한다. 상기 제2 단계에서의 스캔 속도는 적어도 상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 이용하여 결정된다.

Description

조정 가능한 스캔 속도를 가지는 측정 장치 및 측정 방법{MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD WITH ADAPTIVE SCAN RATE}

본 발명은 조정 가능한 스캔 속도를 가지는 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적어도 직전에 측정된 고속 스캔 라인의 데이터를 이용하여 스캔 속도를 가변적으로 적용함으로써 측정 속도를 높일 수 있는 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.

주사탐침현미경 (SPM, Scanning Probe Microscope) 은 MEMS공정 등을 통하여 제작된 미세한 프로브를 시료의 표면 위로 훑고 지나가게 하면서 (Scanning), 그 시료의 표면 특성을 측정하여 3D 이미지로 보여주는 현미경을 말한다. 이러한 주사탐침 현미경은 측정 방식에 따라, 원자현미경 (AFM, Atomic Force Microscope), 주사터널링현미경 (STM, Scanning Tunneling Microscope) 등으로 세분화될 수 있다.

도 1은 종래의 XY 스캐너와 Z 스캐너가 분리된 원자현미경의 개략적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 원자현미경 (10) 은, 측정 대상 (1) 의 표면을 접촉 또는 비접촉 상태로 따르는 캔틸레버 (2) 와, 측정 대상을 XY 평면에서 X 방향 및 Y 방향으로 스캔하는 XY 스캐너 (11) 와, 캔틸레버 (2) 와 연결되어 캔틸레버 (2) 를 Z 방향으로 상대적으로 작은 변위로 이동시키는 Z 스캐너 (21) 와, 캔틸레버 (2) 와 Z 스캐너 (21) 를 상대적으로 큰 변위로 Z 방향으로 이동시키는 Z 스테이지 (12) 와, XY 스캐너 (11) 와 Z 스테이지 (12) 를 고정하는 고정 프레임 (13) 을 포함하여 구성된다.

원자현미경 (10) 은 측정 대상 (1) 의 표면을 캔틸레버 (2) 로 스캔하여 토포그래피 등의 이미지를 얻는다. 측정 대상 (1) 의 표면과 캔틸레버 (2) 의 상대 이동은 XY 스캐너 (11) 에 의해 행하여질 수 있으며, 측정 대상 (1) 의 표면을 따르도록 캔틸레버 (2) 를 상하로 이동시키는 것은 Z 스캐너 (21) 에 의해 행하여질 수 있다. 한편, 캔틸레버 (2) 와 Z 스캐너 (21) 는 프로브 아암 (probe arm, 22) 에 의해 연결된다.

이러한 원자현미경 (10) 과 같은 주사탐침현미경은 측정 대상 (1) 의 표면을 캔틸레버 (2) 로 물리적으로 모두 스캔하여야 하는데, 스캔 속도 (scan rate) 를 높일수록 Z 스캐너 (21) 의 피드백 (feedback) 이 어려워짐에 따라 이미지 품질이 낮아지는 문제가 있다. 특히, 측정 대상 (1) 의 표면의 단차가 큰 경우, 캔틸레버의 피드백이 어려워 스캔 속도를 낮출 수 밖에 없었다. 즉, 이미지 품질과 스캔 속도는 스캔을 바탕으로 하는 주사탐침현미경에서 양립하기 쉽지가 않았고, 이에 따라 낮은 이미지 쓰루풋 (throughput) 이 주사탐침현미경이 산업계에 널리 적용되는 것에 걸림돌로 작용하여 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 적어도 직전에 측정된 고속 스캔 라인의 데이터를 이용하여 스캔 속도를 가변적으로 적용함으로써 측정 속도를 높일 수 있는 측정 장치 및 측정 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법은, 감지부가 측정 대상의 표면을 따라 스캔하면서 상기 측정 대상의 표면에 관한 데이터를 획득하는 측정 방법이다. 상기 감지부가 상기 측정 대상의 표면의 복수의 고속 스캔 라인 (fast scan line) 을 따라 상기 표면을 스캔하도록, 상기 감지부 및 상기 측정 대상 중 하나 이상이 이동된다. 이 측정 방법은, 상기 감지부를 이용하여 상기 복수의 고속 스캔 라인 중 어느 하나의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 얻기 위해 상기 감지부가 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인을 따라 상기 표면을 스캔하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계 이후, 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인과 가장 인접한 고속 스캔 라인을 따르도록 상기 감지부 및 상기 측정 대상 중 하나 이상을 이동시키면서 상기 감지부를 이용하여 상기 가장 인접한 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 얻는 제2 단계; 를 포함한다. 상기 제2 단계에서의 스캔 속도는 적어도 상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 감지부는 팁 (tip) 을 가진 캔틸레버 (cantilever) 이다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서, 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 스캔 거리 당 변화율을 이용하여 스캔 속도가 결정된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 표면에 관한 데이터는 표면의 형상 데이터 (topography data) 이다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도는 상기 제1 단계에서 얻어진 상기 변화율이 일정값 이상이 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되기 일정 시간 전부터 낮아지도록 설정된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도는 상기 제1 단계에서 얻어진 상기 변화율이 일정값 이하로 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되고 일정 시간 후부터 높아지도록 설정된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은, 상기 제1 단계에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는 단계; 상기 변화값의 절대값을 구하는 단계; 상기 절대화된 변화값을 스무딩 (smoothing) 하는 단계; 및 상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은, 상기 제1 단계에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는 단계; 상기 변화값의 절대값을 구하는 단계; 상기 절대화된 변화값을 스무딩하는 단계; 상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 클립핑 (clipping) 하는 단계; 및 상기 클립핑하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은, 상기 제1 단계에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는 단계; 상기 변화값의 절대값을 구하는 단계; 상기 절대화된 변화값을 클립핑하는 단계; 상기 클립핑하는 단계를 통해 얻어진 값을 스무딩하는 단계; 및 상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은, 상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 스무딩하는 단계; 및 상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은, 상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 스무딩하는 단계; 상기 스무딩하는 단계에서 얻어진 값을 클립핑하는 단계; 및 상기 클립핑하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은, 상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 클립핑하는 단계; 상기 클립핑하는 단계에서 얻어진 값을 스무딩하는 단계; 및 상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 스무딩하는 단계는, 로우 패스 필터링 (low pass filtering) 기법을 사용하여 수행된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치는, 팁 (tip) 이 측정 대상의 표면을 스캔함으로써 상기 표면에 관한 데이터를 얻는 측정 장치이다. 이 측정 장치는, 상기 측정 대상과 상기 팁 간의 XY 방향으로의 상대 이동을 발생시키는 XY 스캐너; 상기 측정 대상과 상기 팁 간의 Z 방향으로의 상대 이동을 발생시키는 Z 스캐너; 및 상기 XY 스캐너와 상기 Z 스캐너의 구동을 제어하는 제어 장치; 를 포함한다. 상기 표면에 관한 데이터는 상기 표면의 M 개의 고속 스캔 라인 (fast scan line) 의 통합에 의해 얻어지며 (여기서 M은 2 이상의 정수), 상기 제어 장치는, N 번째 (여기서 N은 정수로서, 1<N≤M 을 만족함) 고속 스캔 라인의 스캔 속도는 적어도 N-1 번째에 측정된 고속 스캔 라인의 표면에 관한 데이터를 이용하여 결정하고, 이에 따라 상기 XY 스캐너를 구동시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제어 장치는, 상기 N 번째 고속 스캔 라인의 스캔 속도가 상기 N-1 번째에 측정된 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 스캔 거리 당 변화율이 일정값 이상이 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되기 일정 시간 전부터 낮아지도록 상기 XY 스캐너를 제어하거나, 또는 상기 N 번째 고속 스캔 라인의 스캔 속도가 상기 N-1 번째에 측정된 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 스캔 거리 당 변화율이 일정값 이하로 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되고 일정 시간 후부터 높아지도록 상기 XY 스캐너를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 XY 스캐너와 상기 Z 스캐너는 일체로 형성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 측정 장치는 원자현미경이다.

본 발명에 따른 측정 방법 및 측정 장치에 따르면, 측정 속도를 높이면서도 높은 품질의 측정 대상의 표면의 이미지를 제공할 수 있다. 이에 따라, 높은 쓰루풋을 기대할 수 있다.

도 1은 종래의 XY 스캐너와 Z 스캐너가 분리된 원자현미경의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 방법이 이용될 수 있는 원자현미경의 구성을 도시한 개략적인 개념도이다.
도 3a는 측정 대상의 표면의 데이터 획득 포인트의 맵이고, 도 3b는 측정 대상의 표면에 대한 스캔 경로를 도시한 것이다.
도 4는 스캔 속도와 측정 대상의 경사도에 대한 상관관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 이전의 고속 스캔 라인과 직후의 고속 스캔 라인을 스캔하는 팁과 측정 대상의 표면을 도시한 개략적인 측면도이다.
도 6은 본 방법에 의한 스캔 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 도 6의 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 각 단계에서 얻어지는 데이터를 나타낸다.
도 10은 다른 실시예에 따른 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법의 각 단계에서 얻어지는 데이터를 나타낸다.
도 11은 예시적인 측정 대상의 토포그래피 이미지와 라인 프로파일 (line profile) 을 나타낸다.
도 12는 직후의 고속 스캔 라인의 스캔 속도를 구하는 과정을 도시한 그래프들이다.
도 13은 일정한 스캔 속도로 측정된 라인 프로파일과 본 발명의 방법을 사용하여 얻어진 스캔 속도로 측정된 라인 프로파일의 비교를 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

장치 및 스캔을 통한 이미지 획득 방법

본 명세서에서는 원자현미경을 기초로 본 발명에 대해 기술하나, 원자현미경에 의해서만 측정 방법이 구현되는 것으로 한정하고자 하는 것은 아니며, 물리적 스캔을 이용하여 측정 대상 표면의 데이터를 얻는 다른 측정 장치에서도 본 방법이 이용가능함은 물론이다. 예를 들어, 본 방법은 주사탐침현미경에 널리 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 측정 방법이 이용될 수 있는 원자현미경의 구성을 도시한 개략적인 개념도이며, 도 3a는 측정 대상의 표면의 데이터 획득 포인트의 맵이고, 도 3b는 측정 대상의 표면에 대한 스캔 경로를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 원자현미경은 XY 스캐너 (11) 와, Z 스캐너 (21) 와, 컨트롤러 (30) 를 포함하여 구성된다. 이외의 구성은 도 1의 원자현미경 (10) 의 구성을 참조하면 된다.

XY 스캐너 (11) 는 측정 대상 (1) 을 지지하며, 측정 대상 (1) 을 XY 방향으로 스캔한다. XY 스캐너 (11) 의 구동은 예를 들어 압전 엑츄에이터 (piezoelectric actuator) 에 의해 발생할 수 있으며, 본 실시예와 같이 Z 스캐너 (21) 와 분리된 경우에는 적층된 압전구동기 (staced piezo) 를 사용할 수도 있다. XY 스캐너 (11) 에 대해서는 본 출원인이 등록권자인 한국등록특허 제10-0523031호 (발명의 명칭 : 주사 탐침 현미경에서의 XY 스캐너 및 그 구동방법) 및 제10-1468061호 (발명의 명칭 : 스캐너의 제어방법과 이를 이용한 스캐너 장치) 를 참조한다.

Z 스캐너 (21) 는 팁을 가진 캔틸레버 (2) 와 연결되어, 캔틸레버 (2) 의 높이를 조절할 수 있다. Z 스캐너 (21) 의 구동도 XY 스캐너 (11) 와 같이 압전 엑츄에이터에 의해 행하여질 수도 있다. Z 스캐너 (21) 에 대해서는 본 출원인 등록권자인 한국등록특허 제10-1476808호 (발명의 명칭 : 스캐너 장치 및 이를 포함하는 원자현미경) 를 참조한다.

XY 스캐너 (11) 와 Z 스캐너 (21) 는 도 1 및 도 2에서와 같이 분리되어 별개의 부재로 존재할 수도 있으나, 튜브형 압전 엑츄에이터에 의해 하나의 부재로 통합되어 존재할 수도 있다. 이러한 튜브형 압전 엑츄에이터의 경우, XY 방향의 이동과 Z 방향의 이동을 함께 행할 수 있지만, XY 방향으로의 거동과 Z 방향으로의 거동이 커플링되어 이미지를 왜곡시키는 문제를 가지고 있다. 그러나, 이러한 한계에도 불구하고 본 발명이 활용될 수 있음은 물론이다. 이러한 XYZ 통합형 스캐너는 미국특허공개 제2012-0079635A1 (발명의 명칭 : Methods and devices for correcting errors in atomic force microscopy) 등에 개시되어 있으며, 이외에도 공지의 원자현미경의 구조가 사용될 수 있다.

레이저 발생 유닛 (15) 에서는 레이저 광 (점선으로 도시) 을 캔틸레버 (2) 의 표면에 조사하고, 캔틸레버 (2) 의 표면으로부터 반사된 레이저 광은 PSPD (Position Sensitive Photo Detector) 와 같은 2축의 디텍터 (detector, 14) 에 맺힌다. 이러한 디텍터 (14) 에서 검출되는 신호는 컨트롤러 (30) 에 보내진다.

컨트롤러 (30) 는 XY 스캐너 (11) 와 Z 스캐너 (21) 와 연결되어, XY 스캐너 (11) 와 Z 스캐너 (21) 의 구동을 제어한다. 또한, 컨트롤러 (30) 는 디텍터 (14) 로부터 얻어진 신호를 ADC 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환하고, 이를 활용하여 캔틸레버 (2) 의 휨, 뒤틀림 등의 정도를 판단할 수 있다. 컨트롤러 (30) 에는 컴퓨터가 통합되어 있을 수도 있고, 별도의 컴퓨터와 컨트롤러 (30) 와 연결되어 있을 수도 있다. 컨트롤러 (30) 는 하나로 통합되어 랙에 담길 수도 있으나, 2개 이상으로 분할되어 존재할 수도 있다.

컨트롤러 (30) 는 측정 대상 (1) 을 XY 스캐너 (11) 에 의해 XY 방향으로 스캔하도록 XY 스캐너 (11) 를 구동하는 신호를 보내는 한편, 캔틸레버 (2) 가 측정 대상 (1) 의 표면과 일정한 상호힘을 가지도록 (즉, 일정 정도의 휨을 유지하도록) Z 스캐너 (21) 를 제어한다. 즉, 컨트롤러 (30) 는 소프트웨어적인 또는 전기회로적인 폐루프 피드백 로직 (closed loof feedback logic) 을 가진다. 또한, 컨트롤러 (30) 는 Z 스캐너 (21) 의 길이 (또는 Z 스캐너 (21) 에 사용된 엑츄에이터의 길이) 를 측정하거나, Z 스캐너 (21) 에 사용된 엑츄에이터에 인가되는 전압 등을 측정함으로써, 측정 대상 (1) 의 표면의 형상 데이터 (topography) 를 얻는다.

여기서, 캔틸레버 (2) 의 팁은 측정 대상 (1) 의 표면과 접촉 상태에 있을수도 있고 (이를 '접촉 모드'라고 함), 비접촉 상태에 있을수도 있고 (이를 '비접촉 모드'라고 함), 또한 측정 대상 (1) 의 표면을 때리는 상태에 있을수도 있는데 (이를 '탭핑 모드'라고 함), 이는 측정 대상 (1) 의 표면 상태, 캔틸레버 (2) 의 조건, 측정 조건 등에 따라 달라질 수 있으며, 어떠한 모드를 사용하더라도 본 발명의 범주에 속할 것이다.

한편, 컨트롤러 (30) 가 얻는 측정 대상 (1) 의 표면에 관한 데이터는 형상 데이터 이외에 다양할 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버 (2) 에 자기력을 띄게 하거나, 정전력 등을 가하는 특수한 처리를 함으로써, 측정 대상 (1) 의 표면의 자기력에 관한 데이터, 정전기력에 관한 데이터 등을 얻을 수 있다. 이러한 원자현미경의 모드들은 MFM (Magnetic Force Microscopy), EFM (Electrostatic Force Microscopy) 등이 있으며, 이는 공지의 방법을 사용하여 구현될 수 있다. 이외에도 측정 대상 (1) 의 표면에 관한 데이터는 표면의 전압, 표면의 전류 등일 수도 있다.

도 3a를 참조하면, 컨트롤러 (30) 는 캔틸레버 (2) 의 팁이 데이터를 얻어야 하는 지점에 대한 맵핑 데이터 (mapping data) 를 가진다. 이러한 맵핑 데이터는 다양하게 보유될 수 있으며, 사용자의 설정에 의해 변경가능하기도 하다.

사용자는 측정 대상 (1) 의 표면의 측정 영역 (M) 을 설정한다. 예를 들어, 사용자는 10 ㎛ × 10 ㎛ 의 영역의 데이터를 얻도록 컨트롤러 (30) 에 명령을 할 수 있다. 이러한 사용자가 설정한 영역 내에서 데이터를 얻어야 하는 지점을 결정하게 되는데, 촘촘하게 지정할수록 해상도가 높아진다. 예를 들어, 지정 영역 (M) 내에서 256개 × 256개, 512개 × 512개, 512개 × 1024개 등의 데이터를 얻게 다양하게 설정될 수 있다. 지정 영역 (M) 내에서 i × j 의 데이터 개수를 얻기 위해서 도 3a와 같이 i × j 개의 격자형 맵핑 데이터가 선택될 수 있다.

도 3a의 모든 점에 캔틸레버 (2) 의 팁이 위치되도록 XY 스캐너 (11) 는 측정 대상 (1) 을 스캔한다. 도 3b와 같이, X 방향으로 한 줄을 빠르게 스캔하고, 이후 아래로 한칸 내려와 -X 방향으로 한 줄을 빠르게 스캔하고, 다시 한칸 내려와 스캔하는 방식으로 XY 스캐너 (11) 가 구동될 수 있다. 여기서, X 방향 (-X 방향도 포함함) 을 고속 스캔 방향 (fast scan direction) 이라 지칭하고, Y 방향을 저속 스캔 방향 (slow scan direction) 이라 지칭할 수 있다. 이러한 고속 스캔 방향은 도 3b과 같이 X 방향일 수도 있고, 이와는 달리 Y 방향일 수도 있으며, 그외에도 다른 방향이어도 무방하다.

고속 스캔 방향을 따르는 라인을 고속 스캔 라인 (fast scan line) 이라 지칭할 수 있으며, 도 3b에서는 l₁, l₂, l₃, l₄ 등으로 도시된다. 도 3a와 같은 맵에서는 총 j개의 고속 스캔 라인이 존재하게 된다.

한편, 이와 달리 A(1, 1), A(i,1), A(1, 1), A(1,2), A(i, 2), A(1, 2), A(1,3)...의 순서대로 하나의 고속 스캔 라인을 왕복하도록 스캔하도록 하여 측정 대상 (1) 을 측정할 수도 있다.

XY 스캐너 (11) 가 도 3b와 같은 스캔 경로를 이용하여 측정 대상 (1) 의 표면을 스캔하면 캔틸레버 (2) 의 팁은 Z 스캐너 (21) 에 의해 측정 대상 (1) 의 표면을 따르게 됨에 따라 토포그래피 등의 측정 대상 (1) 의 표면에 대한 데이터가 각 지점 (A_ij, 여기서 i, j는 1이상의 정수) 에서 수집된다. 이를 이용하여 컨트롤러 (30) 는 3차원적인 이미지를 생성하여, 사용자에게 제공한다.

본 발명의 이론적 설명

도 4는 스캔 속도와 측정 대상의 경사도에 대한 상관관계를 설명하기 위한 개념도이다.

팁 (2') 의 Z 방향으로의 속도 (dz/dt) 는 아래와 같이 정의된다.

(수학식 1)

위의 수학식 1에 따르면, 팁 (2') 의 Z 방향의 속도는 측정 대상 (1) 의 경사도 (slope) 와 X 방향으로의 스캔속도 (scan rate) 의 곱으로 정의될 수 있다. 한편, 팁 (2') 은 Z 스캐너 (21) 에 의한 폐루프 피드백 제어에 의해 Z 방향으로 이동되므로, dz/dt는 다음과 같이 정의될 수도 있다.

(수학식 2)

수학식 1과 수학식 2에 따르면, 수학식 3이 얻어진다.

(수학식 3)

수학식 3에 따르면, 측정 대상 (1) 의 경사도가 크거나 스캔 속도가 높을수록 에러 값은 커진다. 즉, 측정 대상 (1) 의 경사도가 큰 경우에는 스캔 속도를 작게해야 에러 값이 너무 커지지 않아 피드백 제어가 제대로 수행될 수 있다. 반대로, 측정 대상 (1) 의 경사도가 작은 경우에는 스캔 속도를 높이더라도 피드백 제어가 원활히 수행될 수 있다. 결론적으로, 에러 값을 일정 범위 내로 유지하여 이미지 품질을 저하시키지 않으려면, 측정 속도 (1) 의 경사도에 따라 스캔 속도를 잘 조절해야 할 필요가 있는 것이다.

도 5는 이전의 고속 스캔 라인과 직후의 고속 스캔 라인을 스캔하는 팁과 측정 대상의 표면을 도시한 개략적인 측면도이다.

도 5를 참조하면, 이전의 고속 스캔 라인과 직후의 고속 스캔 라인이 물리적으로 근접하여 있기 때문에, 이전의 고속 스캔 라인을 스캔하는 팁 (점선으로 도시) 과 직후의 고속 스캔 라인을 스캔하는 팁 (실선으로 도시) 은 각각 측정 대상 (1) 의 일부 영역 (S) 에 대해 반데르발스 힘 (Van der Waals interation) 등 (이외에도 자기력, 정전력 등) 에 의해 영향을 받게 된다. 즉 이전의 고속 스캔 라인에서 측정된 표면에 관한 데이터는 직후의 고속 스캔 라인에서 측정된 표면에 관한 데이터에 영향을 미친다. 따라서, 직후의 고속 스캔 라인에서의 표면에 관한 데이터는 이전의 고속 스캔 라인에서의 표면에 관한 데이터와 유사하고, 이전의 고속 스캔 라인에서의 표면에 관한 데이터로 어느 정도 예측 가능하다.

이러한 이론적 근거는, 원자현미경에 사용되는 상용의 팁 (2') 의 첨부의 반경이 약 5 내지 20 nm 인데, 5 × 5 ㎛ 의 영역을 512 × 512 pixel 의 이미지 품질로 얻는 경우, 고속 스캔 라인 간의 간격이 약 10 nm인 것에 의해서도 지지된다.

따라서, 이전의 고속 스캔 라인을 이용하여 직후의 고속 스캔 라인의 스캔 속도를 결정하는 것은 이론적으로 타당하다.

조정 가능한 스캔 속도를 가지는 측정 방법

도 6은 본 방법에 의한 스캔 방법을 도시한 순서도이며, 도 7은 도 6의 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법을 도시한 순서도이다. 또한, 도 8 및 도 9는 각 단계에서 얻어지는 데이터를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예의 의한 측정 방법은, 감지부가 측정 대상의 표면을 따라 스캔하면서 측정 대상의 표면에 관한 데이터를 측정하는 측정 방법에 관한 것이다. 여기서, 감지부는 예를 들어 팁 (tip) 일 수 있다. 본 발명에 의한 측정 방법은, 예를 들어 원자 현미경을 포함하는 주사탐침 현미경 등의 측정 장치에 사용될 수 있으며, 본 명세서에서는 원자현미경을 예로 하여 설명한다.

한편, 감지부는 측정 대상의 표면의 가상의 복수의 고속 스캔 라인을 따라 상대이동되며, 고속 스캔 라인에 대한 것은 상술한 도 3a 및 도 3b와 그 관련 설명을 참조하면 된다. 여기서 감지부는 그 자체가 이동하여도 되고, 측정 대상이 이동하여도 되고, 이 둘 모두가 이동되어도 된다. 즉, 감지부가 측정 대상의 표면을 따라 상대이동하기만 하면 되고, 어떤 부재가 실제로 이동되는지는 방식에 따라 결정되면 족하다 (예컨대, 튜브 스캐너를 사용한 경우, XY 스캐너와 Z 스캐너를 분리하여 사용한 경우 등).

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 측정 방법은, 복수의 고속 스캔 라인 중 어느 하나의 고속 스캔 라인을 따라 측정 대상의 표면을 스캔하는 단계 (이하 '제1 단계', S110) 및 제1 단계 이후 어느 하나의 고속 스캔 라인과 가장 인접한 고속 스캔 라인을 따르도록 감지부 및 측정 대상 중 하나 이상을 이동시키면서 감지부를 이용하여 가장 인접한 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 얻는 단계 (이하 '제2 단계', S120) 를 포함한다.

제1 단계에서, 어느 하나의 고속 스캔 라인은 가장 처음 고속스캔되는 고속 스캔 라인 (도 3b의 l₁) 일 수도 있고, 그 이후에 스캔되는 임의의 고속 스캔 라인일 수도 있다. 제1 단계에 의해 어느 하나의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터가 얻어진다. 데이터를 얻는 방법은 공지의 원자현미경에 의해 측정되는 방법을 참고하면 된다. 표면에 관한 데이터는 상술하였다시피, 형상 데이터, EFM 데이터, MFM 데이터, 전압 데이터, 전류 데이터 등일 수 있다.

제1 단계 이후, 감지부는 제1 단계에서 스캔된 고속 스캔 라인과 가장 인접한 고속 스캔 라인을 따라 상대이동된다. 예를 들어, 제1 단계에서 도 3b의 l₁이 제1 단계에서의 고속 스캔 라인이라면 제2 단계에서는 l₂를 따라 감지부가 상대이동된다.

위에서 설명한 '본 발명의 이론적 설명'에 따르면, 인접하는 고속 스캔 라인들끼리는 동일한 영역으로부터 반데르발스 힘 등과 같은 힘을 동시에 받게 되므로, 이전에 스캔된 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 이용하여 직후의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 어느 정도 예측 가능하다.

본 발명은 직후의 고속 스캔 라인에서의 스캔 속도의 결정에 있어서, 적어도 직전에 스캔된 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 이용함으로써, 스캔 속도를 최적화하여 측정 속도를 극대화함을 특징으로 한다.

도 7을 참조하면, 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은, 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는 단계 (S210), 변화값의 절대값을 구하는 단계 (S220), 스무딩하는 단계 (S230), 클립핑 (clipping) 하는 단계 (S240) 및 스캔 속도를 결정하는 단계 (S250) 를 포함한다.

이하에서는 각 세부단계를 도 8 및 도 9도 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.

먼저, 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는다 (S210). 도 8의 (a) 를 참조하면, 제1 단계에서 어느 하나의 고속 스캔 라인을 따라 감지부가 스캔됨으로써, 어느 하나의 고속 스캔 라인 상의 측정 대상의 표면에 관한 데이터가 얻어진다. 본 설명에서는 이해를 용이하게 하기 위해 표면에 관한 데이터를 표면 형상 데이터 (topography data) 로 예시한다.

여기서, 데이터의 변화값이란 각 데이터 획득 지점 (도 3a의 점 A) 에서의 데이터의 경사도 (예를 들어, 수학식 3의 slope) 일 수도 있고, 디텍터 (도 2의 도면번호 14) 에 의해 제1 단계에서의 스캔 시 각 데이터 획득 지점에서 측정되는 Z 방향의 에러 신호 (수학식 2 및 3의 Error) 일 수도 있다. 즉, 본 단계 (S210) 에서의 변화값은 제1 단계 (S110) 를 수행한 후에 계산될 수도 있고, 제1 단계 (S110) 가 완료됨에 함께 얻어질 수도 있고, 이러한 변화값의 획득 시점은 후술하는 S220 단계 또는 S230 단계 이전이면 족하다.

본 단계 (S210) 에서 도 8의 (b) 와 같은 데이터의 변화값이 얻어진다. 도 8의 (b) 를 참조하면, 편평한 부분에서는 변화값이 0에 가깝고, 단차가 큰 부분에서는 변화값이 크게 발생된다. 구체적으로, 단차가 스캔 방향에 대해 커지는 부분에서는 양의 변화값을 가지며, 작아지는 부분에서는 음의 변화값을 가진다.

S210 단계에서 얻어진 데이터의 변화값은 절대화된다 (S220). 즉, 음의 변화값은 양의 변화값으로 변환된다. 도 8의 (c) 는 본 단계 (S220) 를 통해 얻어진 변화값의 절대값들을 도시한다.

S220 단계에서 얻어진 절대값은 스무딩된다 (S230). 스무딩이란 평활화 과정이라고도 하는데, 급격하게 변동하는 신호를 부드럽게 변동하도록 변경하는 것을 말한다. 도 9의 (d) 를 참조하면, 데이터가 스무딩되어 부드럽게 변동되도록 변경된 것을 알 수 있다.

한편, 스무딩의 기법으로는 기존의 다양한 방법이 채용될 수 있다. 예를 들어, 스무딩은 로우 패쓰 필터링 (low pass filtering) 기법에 의해 구현될 수도 있다.

스무딩을 행하는 이유는 급격한 스캔 속도의 변동이 필요하지도 바람직하지도 않기 때문이며, 더불어 고주파의 노이즈를 제거하기 위함이기도 하다.

S230 단계에서 얻어진 값은 클립핑된다 (S240). 구체적으로, 미리 정해진 최대값보다 큰 데이터는 최대값과 동일하도록 조정하거나, 완전히 제외한다. 또한, 미리 정해진 최소값보다 작은 데이터는 최소값과 동일하도록 조정하거나, 어느 일정한 수치가 되도록 조정할 수 있다. 여기서, 클립핑 단계 (S240) 에서 최대값 및 최소값 중 어느 하나 만을 설정할 수도 있다.

예를 들어, 도 9의 (e) 를 참조하면, 미리 정해진 최대값 (점선으로 도시) 을 넘는 값들은 최대값이 되도록 제한된다. 만약, 모든 절대값이 최대값 이하이면 절대값을 그대로 이후 단계에서 반영한다.

클립핑을 행하는 이유는, 비정상적으로 크게 얻어지거나 작게 얻어지는 데이터들을 스캔 속도에 반영할 필요가 없기 때문이다. 또한, 스캔 속도의 최대값 및 최소값을 설정하기 위함이다. 예를 들어, 클립핑을 하지 않는다면, 필요 이상으로 스캔 속도가 낮거나 높은 경우가 생길 것이다.

마지막으로, S240 단계에서 얻어진 데이터를 이용하여 스캔 속도를 산출한다 (S250). S240 단계에서 얻어진 데이터는 이전의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 변화값에 절대화, 스무딩, 클립핑의 과정을 수행한 것이므로, 속도의 차원이 아니다. 따라서, 이를 이용하여 스캔 속도의 차원으로 변환하는 과정이 필요하다.

도 9의 (e) 에서, 얻어진 값이 크면 스캔 속도는 작아야 하고, 작으면 스캔 속도는 커야 한다. 즉, S240 단계를 통해 얻어진 값과 스캔 속도는 반비례하여야 하므로, 도 9의 (f) 와 같이 반전된 형태의 스캔 속도 그래프가 산출되는 것이 바람직하다. S240 단계에서 얻어진 값을 변환하는 식은 다양하게 설정될 수 있는데, 이는 해당 측정 대상의 최대 스캔 속도, 최저 스캔 속도 등을 고려하여 설정할 수 있다.

한편, S220 단계 내지 S240 단계의 선후 관계는 변경될 수 있다. 예를 들어, S230 단계가 선행되고, S220 단계를 수행해도 무방하다. 또한, S240 단계는 생략되어도 무방하다.

예를 들어, 본 발명의 측정 방법은, S110에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻고 (S210), 이 변화값의 절대값을 구하고 (S220), 이 절대화된 변화값을 스무딩하고 (S230), 이 스무딩된 값을 스캔 속도로 환산함으로써 (S250), 수행될 수도 있다.

또한, S110에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻고 (S210), 이 변화값의 절대값을 구하고 (S220), 이 절대화된 변화값을 클립핑하고 (S240), 이 클립핑된 값을 스무딩하고 (S230), 이 스무딩된 값을 스캔 속도로 환산함으로써 (S250), 수행될 수도 있다.

도 10은 다른 실시예에 따른 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법의 각 단계에서 얻어지는 데이터를 나타낸다.

다른 실시예에 따른 제2 단계 (S120) 에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은 제1 단계 (S110) 에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 스무딩하는 단계와 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계를 포함한다. 이외에도 스무딩하는 단계 이후에 클립핑하는 단계가 선택적으로 본 방법에 더 포함될 수 있다.

본 실시예의 측정 방법은, 도 7에 예시된 측정 방법과 데이터의 절대값을 구하지 않고, 제1 단계 (S110) 에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 직접 스무딩, 클립핑함으로써 제2 단계 (S120) 에서의 스캔 속도를 구한다는 점에서만 차이가 있을 뿐, 스무딩, 클립핑 단계의 구체 사항은 동일하다.

도 10의 (a) 를 참조하면, 제1 단계 (S110) 를 통해 표면에 관한 데이터 (본 실시예에서는 표면 전압) 가 얻어진다. 이후, 도 10의 (b) 와 같이 표면에 관한 데이터를 스무딩하고, 도 10의 (c) 와 같이 스무딩한 데이터를 클립핑한다. 이후, 도 10의 (d) 와 같이 클립핑된 데이터는 스캔 속도로 환산된다.

예를 들어, 본 발명의 측정 방법은, S110에서의 표면에 관한 데이터를 스무딩하고, 이 스무딩된 값을 스캔속도로 환산함으로써, 수행될 수도 있다. 또한, 본 발명의 측정 방법은, S110에서의 표면에 관한 데이터를 스무딩하고, 이 스무딩된 값을 클립핑하고, 이 클립핑된 값을 스캔속도로 환산함으로써, 수행될 수도 있다. 또한, 본 발명의 측정 방법은, S110에서의 표면에 관한 데이터를 클립핑하고, 이 클립핑된 값을 스무딩하고, 이 스무딩된 값을 스캔속도로 환산함으로써, 수행될 수도 있다.

본 방법은, 표면의 전압과 같이 그 값이 큰 부분 (면밀한 측정이 불필요한 부분) 에서는 스캔 속도를 높이고, 그 값이 작은 부분 (면밀한 측정이 필요한 부분) 에서는 스캔 속도를 낮출 필요가 있는 표면에 관한 데이터의 측정에 있어서 적합하다. 반대로, 경우에 따라서는 스캔 속도로 환산하는 단계에서 값이 작은 부분에서는 스캔 속도를 낮추고, 값이 큰 부분에서는 스캔 속도를 높이도록 스캔 속도를 환산해도 된다.

실제 구현예

도 11은 예시적인 측정 대상의 토포그래피 이미지와 라인 프로파일 (line profile) 을 나타내고, 도 12는 직후의 고속 스캔 라인의 스캔 속도를 구하는 과정을 도시한 그래프들이다. 또한, 도 13은 일정한 스캔 속도로 측정된 라인 프로파일과 본 발명의 방법을 사용하여 얻어진 스캔 속도로 측정된 라인 프로파일을 나타낸다.

도 11을 참조하면, 예시적인 측정 대상은 고속 스캔 방향을 X 방향으로 하여 측정된다. 도 11에 도시하는 데이터들은 모두 본 출원인의 XE 시리즈의 원자현미경으로 얻어진 것이다.

이전의 고속 스캔 라인의 데이터를 이용하여 얻어진 직후의 고속 스캔 라인의 스캔 속도는 상술한 '조정 가능한 스캔 속도를 가지는 측정 방법'을 이용하여 얻어지며, 각 단계를 통과한 데이터의 그래프들은 도 12에 도시된다. 산출되는 자세한 원리는 상술한 바와 같다.

도 13을 참조하면, 1Hz의 스캔 속도에서 얻어진 라인 프로파일은 포워드 방향 (forward direction, 도 13에서 우측 방향) 과 백워드 방향 (backward direction, 도 13에서 좌측 방향) 이 서로 불일치한다. 즉, 스캔 속도가 너무 빨라 변화값이 큰 부분에서 피드백이 적절히 수행되지 않았기 때문이다. 스캔 속도를 낮추면 낮출수록 포워드 방향과 백워드 방향의 라인 프로파일은 서로 일치하게 된다. 그러나, 0.2 Hz의 스캔 속도로는 도 10과 같이 토포그래피 이미지를 얻기 위해서 1280초가 필요하다 (하나의 고속 스캔 라인을 스캔하는데 5초가 걸리고, 고속 스캔 라인이 256개인 경우).

이에 반하여, 본 발명에 따른 방법을 적용하여 토포그래피 이미지를 얻는 경우, 227초가 걸리며, 라인 프로파일은 0.2 Hz와 유사한 품질로 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 이미지 품질은 높이면서도 측정 속도는 획기적으로 감소함을 알 수 있다. 이를 통해, 원자현미경의 쓰루풋에 관한 근원적인 문제점을 해결할 수 있다.

상술한 구성 이외의 구성은 본 특허의 출원인인 ㈜파크시스템스 사의 XE 시리즈, NX 시리즈 등의 헤드 및 원자현미경의 구성을 따를 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1…측정 대상 2…캔틸레버
2'…팁 11…XY 스캐너
14…디텍터 15…레이저 발생 유닛
21…Z 스캐너 30…제어 장치

Claims

감지부가 측정 대상의 표면을 따라 스캔하면서 상기 측정 대상의 표면에 관한 데이터를 획득하는 측정 방법에 있어서,
상기 감지부가 상기 측정 대상의 표면의 복수의 고속 스캔 라인 (fast scan line) 을 따라 상기 표면을 스캔하도록, 상기 감지부 및 상기 측정 대상 중 하나 이상이 이동되며,
상기 감지부를 이용하여 상기 복수의 고속 스캔 라인 중 어느 하나의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 얻기 위해 상기 감지부가 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인을 따라 상기 표면을 스캔하는 제1 단계; 및
상기 제1 단계 이후, 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인과 가장 인접한 고속 스캔 라인을 따르도록 상기 감지부 및 상기 측정 대상 중 하나 이상을 이동시키면서 상기 감지부를 이용하여 상기 가장 인접한 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터를 얻는 제2 단계; 를 포함하며,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도는 적어도 상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 이용하여 결정되며,
상기 제2 단계에서, 상기 어느 하나의 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 스캔 거리 당 변화율을 이용하여 스캔 속도가 결정되고,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도는 상기 제1 단계에서 얻어진 상기 변화율이 일정값 이상이 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되기 일정 시간 전부터 낮아지도록 설정되거나, 또는 상기 제2 단계에서의 스캔 속도는 상기 제1 단계에서 얻어진 상기 변화율이 일정값 이하로 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되고 일정 시간 후부터 높아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 감지부는 팁 (tip) 을 가진 캔틸레버 (cantilever) 인 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 표면에 관한 데이터는 표면의 형상 데이터 (topography data) 인 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은,
상기 제1 단계에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는 단계;
상기 변화값의 절대값을 구하는 단계;
상기 절대화된 변화값을 스무딩 (smoothing) 하는 단계; 및
상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은,
상기 제1 단계에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는 단계;
상기 변화값의 절대값을 구하는 단계;
상기 절대화된 변화값을 스무딩하는 단계;
상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 클립핑 (clipping) 하는 단계; 및
상기 클립핑하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은,
상기 제1 단계에서의 표면에 관한 데이터의 변화값을 얻는 단계;
상기 변화값의 절대값을 구하는 단계;
상기 절대화된 변화값을 클립핑하는 단계;
상기 클립핑하는 단계를 통해 얻어진 값을 스무딩하는 단계; 및
상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은,
상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 스무딩하는 단계; 및
상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은,
상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 스무딩하는 단계;
상기 스무딩하는 단계에서 얻어진 값을 클립핑하는 단계; 및
상기 클립핑하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 단계에서의 스캔 속도를 결정하는 방법은,
상기 제1 단계에서 얻어진 표면에 관한 데이터를 클립핑하는 단계;
상기 클립핑하는 단계에서 얻어진 값을 스무딩하는 단계; 및
상기 스무딩하는 단계를 통해 얻어진 값을 스캔 속도로 환산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
제7 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스무딩하는 단계는, 로우 패스 필터링 (low pass filtering) 기법을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
팁 (tip) 이 측정 대상의 표면을 스캔함으로써 상기 표면에 관한 데이터를 얻는 측정 장치에 있어서,
상기 측정 대상과 상기 팁 간의 XY 방향으로의 상대 이동을 발생시키는 XY 스캐너;
상기 측정 대상과 상기 팁 간의 Z 방향으로의 상대 이동을 발생시키는 Z 스캐너; 및
상기 XY 스캐너와 상기 Z 스캐너의 구동을 제어하는 제어 장치; 를 포함하며,
상기 표면에 관한 데이터는 상기 표면의 M 개의 고속 스캔 라인 (fast scan line) 의 통합에 의해 얻어지며 (여기서 M은 2 이상의 정수),
상기 제어 장치는, N 번째 (여기서 N은 정수로서, 1<N≤M 을 만족함) 고속 스캔 라인의 스캔 속도는 적어도 N-1 번째에 측정된 고속 스캔 라인의 표면에 관한 데이터를 이용하여 결정하고, 이에 따라 상기 XY 스캐너를 구동시키며,
상기 제어 장치는, 상기 N-1 번째에 측정된 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 스캔 거리 당 변화율을 이용하여 상기 N 번째 고속 스캔 라인의 스캔 속도를 결정하고,
상기 제어 장치는, 상기 N 번째 고속 스캔 라인의 스캔 속도가 상기 N-1 번째에 측정된 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 스캔 거리 당 변화율이 일정값 이상이 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되기 일정 시간 전부터 낮아지도록 상기 XY 스캐너를 제어하거나, 또는 상기 N 번째 고속 스캔 라인의 스캔 속도가 상기 N-1 번째에 측정된 고속 스캔 라인 상의 표면에 관한 데이터의 스캔 거리 당 변화율이 일정값 이하로 되는 지점에 대응되는 지점이 측정되고 일정 시간 후부터 높아지도록 상기 XY 스캐너를 제어하는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
제14 항에 있어서,
상기 XY 스캐너와 상기 Z 스캐너는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
제14 항에 있어서,
상기 측정 장치는 원자현미경인 것을 특징으로 하는, 측정 장치.