KR102632891B1 - 측정 장치에 의해 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

측정 장치에 의해 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보다 빠른 측정 속도를 가지면서 팁의 마모도 줄일 수 있고 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정에 적합한, 측정 장치에 의해 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 팁과 측정 대상의 표면 간의 상호 작용을 측정함으로써 상기 측정 대상의 특성을 측정하는 측정 장치에 의해 상기 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법이다. 본 방법은, 상기 측정 대상의 표면의 특정 위치에 상기 팁이 접촉되도록 위치시키는 어프로치 단계; 및 접촉된 상기 팁을 상기 측정 대상의 표면으로부터 이격시키는 리프트 단계; 를 상기 측정 대상의 표면의 복수의 위치에 대해 반복 수행하되, 상기 어프로치 단계 및 상기 리프트 단계의 일부 또는 전부에서 상기 팁이 진동하도록 제어되고, 상기 팁의 진동 특성의 변화에 따라 상기 팁의 이동 특성이 제어된다.

Description

측정 장치에 의해 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램{MEHTOD FOR MEASURING SURFACE CHARACTERISTIC OF MEASUREMENT OBJECT BY MEASURING APPARATUS, ATOMIC FORCE MICROSCOPE FOR CARRING OUT THE METHOD AND COMPUTER PROGRAM STORED ON STORAGE MEDIUM FOR CARRING OUT THE METHOD}
본 발명은 측정 장치에 의해 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보다 빠른 측정 속도를 가지면서 팁의 마모도 줄일 수 있고 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정에 적합한, 측정 장치에 의해 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
주사탐침현미경 (SPM, Scanning Probe Microscope) 은 MEMS공정 등을 통하여 제작된 미세한 팁 (프로브) 을 시료의 표면 위로 훑고 지나가게 하면서 (Scanning), 그 측정 대상의 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 세분화된다.
주사탐침현미경에서 팁이 측정 대상의 표면을 추종하면서 스캔하는 것이 일반적이지만, 팁과 측정 대상의 표면 간의 간격을 피드백 제어한다 하더라도 팁과 측정 대상의 표면 간의 충돌은 일어나게 되며, 팁이 손상되는 원인이 된다. 이러한 손상을 줄이고자 팁을 측정 대상의 표면에 어프로치하고, 일정 높이로 팁을 들어올리고, 다른 위치로 팁을 이동시키고, 다시 팁을 측정 대상의 표면에 어프로치하는 동작을 반복함으로써, 특정 지점만의 높이를 각각 측정하여 측정 대상의 표면의 토포그래피를 얻는 시도가 있어 왔다 (특허문헌 1 참조).
또한, 팁 손상을 최소화시킨다는 목적 외에, EFM이나 MFM과 같은 옵션 신호에서 측정 대상의 표면의 굴곡 이미지가 반영되지 않도록, 상술한 기술을 활용하는 시도도 있어왔다 (특허문헌 2 참조). 이러한 기술을 일명 핀포인트모드 (PinPoint Mode) 로 지칭하기도 한다.
한편, 반도체의 미세화, 집적화가 진행됨에 따라 좁고 깊은 트렌치 (Trench) 구조가 생겨났다. 이러한 좁고 깊은 트렌치의 형상을 얻기 위해 원자현미경과 같은 주사탐침현미경이 활용되는데, 좁고 깊다는 형상 특성 상 적어도 트렌치의 높이보다는 긴 팁을 선정해야 한다. 또한, 트렌치의 측벽과의 간섭이 최소화되도록 팁은 되도록이면 얇아야 한다. 이러한 팁의 제한 요소 때문에, 긴 팁이 좁고 깊은 트렌치의 표면을 추종하도록 제어하는 것은 매우 어렵다.
이에 따라, 좁고 깊은 트렌치 형상을 측정하기 위해서 핀포인트모드가 활용되기도 한다. 그러나, 긴 팁을 이용한 핀포인트모드의 작동에는 팁을 들어올리는데 과도한 시간 소요를 수반하여, 스루풋 (throughput) 을 해치는 요소로 작용된다.
(특허문헌 1)
일본 공개특허 제2004-132823호 (발명의 명칭 : 샘플링 주사 프로브 현미경 및 주사 방법)
(특허문헌 2)
한국 등록특허 제10-2102637호 (발명의 명칭 : 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법, 장치 및 이를 구비하는 원자 현미경)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 빠른 측정 속도를 가지면서 팁의 마모도 줄일 수 있고 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정에 적합한, 측정 장치에 의해 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 팁과 측정 대상의 표면 간의 상호 작용을 측정함으로써 상기 측정 대상의 특성을 측정하는 측정 장치에 의해 상기 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법이다. 본 방법은, 상기 측정 대상의 표면의 특정 위치에 상기 팁이 접촉되도록 위치시키는 어프로치 단계; 및 접촉된 상기 팁을 상기 측정 대상의 표면으로부터 이격시키는 리프트 단계; 를 상기 측정 대상의 표면의 복수의 위치에 대해 반복 수행하되, 상기 어프로치 단계 및 상기 리프트 단계의 일부 또는 전부에서 상기 팁이 진동하도록 제어되고, 상기 팁의 진동 특성의 변화에 따라 상기 팁의 이동 특성이 제어된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되고, 상기 팁의 진동 특성은 진폭이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 어프로치 단계 동안 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되며, 상기 팁의 진폭의 변화에 의해 상기 측정 대상의 표면에 대한 상기 팁의 접근 속도를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 어프로치 단계가 진행되면서 상기 팁이 상기 측정 대상의 표면에 근접함에 따라 상기 팁의 진폭은 감소하다가, 상기 팁의 자유 진동 시의 진폭보다 작은 진폭 A 이하로 상기 팁의 진폭이 감지되었을 때, 상기 팁의 진폭의 변화에 의거한 제어를 턴오프 (turn off) 하고, 상기 팁이 상기 측정 대상의 표면을 특정 힘으로 누르도록 제어된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리프트 단계 동안 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되며, 상기 팁의 진폭의 변화에 의해 상기 팁의 리프트 높이를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리프트 단계가 진행되면서 상기 팁이 상기 측정 대상의 표면에서 멀어짐에 따라 상기 팁의 진폭은 증가하다가, 상기 팁의 자유 진동 시의 진폭보다 작은 진폭 B 로 상기 팁의 진폭이 감지되었을 때, 상기 리프트 동작을 멈추도록 제어된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 특정 위치에서의 리프트 단계가 완료된 후, 다른 위치에서의 어프로치 단계가 수행되기 전에, 상기 팁을 상기 다른 위치 상에 위치시키기 위한 시프트 단계를 더 포함하며, 상기 시프트 단계 동안 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되며, 상기 시프트 단계 동안 상기 팁의 진동 특성이 일정하도록 상기 팁의 이동 경로가 제어된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 어프로치 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리프트 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 현미경은, 팁과 캔틸레버를 구비한 탐침부에 의해, 측정 대상의 표면을 측정하도록 구성된 원자 현미경이다. 이 원자 현미경은, 상기 팁이 상기 측정 대상의 표면에 대해 XY 방향으로 상대이동하도록, 상기 측정 대상을 이동시키도록 구성되는 XY 스캐너; 상기 탐침부가 장착될 수 있도록 구성되고, 상기 캔틸레버의 진동 또는 휨을 측정할 수 있는 광학 시스템 및 상기 광학 시스템에 의해 얻어지는 데이터에 기초하여 상기 팁과 상기 측정 대상의 표면 간의 거리를 제어하도록 상기 탐침부를 Z 방향으로 이동시키도록 구성되는 Z 스캐너를 포함하는 헤드; 및 상기 XY 스캐너 및 상기 헤드를 제어하는 컨트롤러; 를 포함한다. 상기 컨트롤러는, 상기 측정 대상의 표면의 특정 위치에 상기 팁이 접촉되도록 위치시키는 어프로치 단계; 및 접촉된 상기 팁을 상기 측정 대상의 표면으로부터 이격시키는 리프트 단계; 를 상기 측정 대상의 표면의 복수의 위치에 대해 반복 수행하되, 상기 어프로치 단계 및 상기 리프트 단계의 일부 또는 전부에서 상기 팁이 진동하도록 제어되고, 상기 팁의 진동 특성의 변화에 따라 상기 팁의 이동 특성을 제어하도록 구성된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은, 상술한 방법을 수행하기 위한 저장 매체에 저장된다.
본 발명의 방법에 따르면, 보다 빠른 측정 속도를 가지면서 팁의 마모도 줄일 수 있고 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정에 적합한 핀포인트모드를 제공한다.
도 1은 XY 스캐너와 Z 스캐너가 분리된 원자 현미경의 개략적인 사시도이다.
도 2는 광학 시스템을 이용하여 측정 대상을 측정하는 방식을 설명한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법의 개략적인 순서도이다.
도 4는 본 발명의 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법을 개략화하여 도시한 개념도이다.
도 5는 도 4의 각 단계의 수행에 따른 제어 방식을 시계열적으로 도시한 그래프이다.
도 6은 어프로치 단계에서의 F-D 커브와 A-D 커브를 나타낸다.
도 7은 도 6의 F-D 커브와 A-D 커브의 합성 커브와 이에 따른 V-D 관계도를 나타낸다.
도 8은 리프트 단계에서의 V-D 관계도를 나타낸다.
도 9는 시프트 단계에서 이상 상황이 발생하였을 때의 제어 방식을 시계열적으로 도시한 그래프이다.
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.
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. 아울러, 제1 코팅 후 제2 코팅을 행한다 기재하였더라도, 그 반대의 순서로 코팅을 행하는 것도 본 발명의 기술적 사상 내에 포함되는 것은 물론이다.
본 명세서에서 도면부호를 사용함에 있어, 도면이 상이한 경우라도 동일한 구성을 도시하고 있는 경우에는 가급적 동일한 도면부호를 사용한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 실행하기 위한 원자 현미경의 구성
먼저, 본 발명의 방법을 수행하기 위한 측정 장치로서의 원자 현미경의 구성에 대해 예시로서 설명한다.
도 1은 XY 스캐너와 Z 스캐너가 분리된 원자 현미경의 개략적인 사시도이고, 도 2는 광학 시스템을 이용하여 측정 대상을 측정하는 방식을 설명한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 원자 현미경 (100) 은, 탐침부 (110) 와, XY 스캐너 (120) 와, 헤드 (130) 와, Z 스테이지 (140) 와, 고정 프레임 (150) 과, 컨트롤러 (160) 를 포함하여 구성된다.
탐침부 (110) 는 캔틸레버 (111) 와 팁 (112) 을 구비하고 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면을 접촉 또는 비접촉 상태로 따르도록 구성된다. 탐침부 (110) 는 이하의 다른 구성과 별도로 제공될 수 있으며, 후술할 헤드 (130) 에 고정하여 사용한다.
XY 스캐너 (120) 는 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면에 대해 제1 방향으로 상대이동하도록, 측정 대상 (1) 을 이동시키도록 구성된다. 구체적으로, XY 스캐너 (120) 는 측정 대상 (1) 을 XY 평면에서 X 방향 및 Y 방향으로 스캔하도록 기능한다.
헤드 (130) 는 탐침부 (110) 가 장착될 수 있도록 구성되고, 캔틸레버 (111) 의 진동 또는 휨을 측정할 수 있는 광학 시스템 및 이 광학 시스템에 의해 얻어지는 데이터에 기초하여 팁과 측정 대상의 표면 간의 거리를 제어하도록 탐침부 (110) 를 적어도 제2 방향 및 그 반대 방향으로 이동시키도록 구성되는 Z 스캐너 (131) 를 포함한다. 광학 시스템은 도 2를 참조하여 후술한다. 여기서, Z 스캐너 (131) 는 탐침부 (110) 를 비교적 작은 변위로 이동시킨다.
Z 스테이지 (140) 는 탐침부 (110) 와 헤드 (130) 를 상대적으로 큰 변위로 Z 방향으로 이동시킨다.
고정 프레임 (150) 은 XY 스캐너 (120) 와 Z 스테이지 (140) 를 고정한다.
컨트롤러 (160) 는 적어도 XY 스캐너 (120), 헤드 (130) 및 Z 스테이지 (140) 를 제어하도록 구성된다.
한편, 원자 현미경 (110) 은 큰 변위로 XY 스캐너 (120) 를 XY 평면 상에서 이동시킬 수 있도록 구성되는 미도시된 XY 스테이지를 더 포함할 수 있다. 이 경우, XY 스테이지는 고정 프레임 (150) 에 고정될 것이다.
원자 현미경 (100) 은 측정 대상 (1) 의 표면을 탐침부 (110) 로 스캔하여 토포그래피 (topography) 등의 이미지를 얻는다. 측정 대상 (1) 의 표면과 탐침부 (110) 간의 상대 이동은 XY 스캐너 (120) 에 의해 행하여질 수 있으며, 측정 대상 (1) 의 표면을 따르도록 탐침부 (110) 를 상하로 이동시키는 것은 Z 스캐너 (131) 에 의해 행하여질 수 있다. 한편, 탐침부 (110) 와 Z 스캐너 (131) 는 프로브 아암 (probe arm, 132) 에 의해 연결된다.
도 2를 참조하면, XY 스캐너 (120) 는 측정 대상 (1) 을 지지하며, 측정 대상 (1) 을 XY 방향으로 스캔한다. XY 스캐너 (120) 의 구동은 예를 들어 압전 엑츄에이터 (piezoelectric actuator) 에 의해 발생할 수 있으며, 본 실시예와 같이 Z 스캐너 (131) 와 분리된 경우에는 적층된 압전구동기 (staced piezo) 를 사용할 수도 있다. XY 스캐너 (120) 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 (131) 는 탐침부 (110) 와 연결되어, 탐침부 (110) 의 높이를 조절할 수 있다. Z 스캐너 (131) 의 구동도 XY 스캐너 (120) 와 같이 압전 엑츄에이터에 의해 행하여 질 수도 있다. Z 스캐너 (131) 에 대해서는 본 출원인 등록권자인 한국등록특허 제10-1476808호 (발명의 명칭 : 스캐너 장치 및 이를 포함하는 원자 현미경) 를 참조한다. Z 스캐너 (131) 가 수축하면, 탐침부 (110) 는 측정 대상 (1) 의 표면으로부터 멀어지고, Z 스캐너 (131) 가 확장되면, 탐침부 (110) 는 측정 대상 (1) 의 표면에 가까워진다.
XY 스캐너 (120) 와 Z 스캐너 (131) 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 이러한 구조가 본 발명에 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 원자 현미경의 구조가 사용될 수 있다.
헤드 (130) 는 탐침부 (110) 의 캔틸레버 (111) 의 진동 또는 휨을 측정할 수 있는 광학 시스템을 가지며, 이 광학 시스템은 레이저 발생 유닛 (132) 과 디텍터 (detector, 133) 를 포함한다.
레이저 발생 유닛 (132) 에서는 레이저 광 (점선으로 도시) 을 탐침부 (110) 의 캔틸레버 (111) 의 표면에 조사하고, 캔틸레버 (111) 의 표면으로부터 반사된 레이저 광은 PSPD (Position Sensitive Photo Detector) 와 같은 2축의 디텍터 (133) 에 맺힌다. 이러한 디텍터 (133) 에서 검출되는 신호는 제어를 위해 컨트롤러 (160) 로 보내진다.
컨트롤러 (160) 는 XY 스캐너 (120) 와 Z 스캐너 (131) 와 연결되어, XY 스캐너 (120) 와 Z 스캐너 (131) 의 구동을 제어한다. 또한, 컨트롤러 (160) 는 디텍터 (133) 로부터 얻어진 신호를 ADC 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환하고, 이를 활용하여 탐침부 (110) 의 캔틸레버 (111) 의 휨, 뒤틀림 등의 정도를 판단할 수 있다. 컨트롤러 (160) 에는 컴퓨터가 통합되어 있을 수도 있고, 별도의 컴퓨터와 컨트롤러 (160) 와 연결되어 있을 수도 있다. 컨트롤러 (160) 는 하나로 통합되어 랙에 담길 수도 있으나, 2개 이상으로 분할되어 존재할 수도 있다.
컨트롤러 (160) 는 측정 대상 (1) 을 XY 스캐너 (120) 에 의해 XY 방향으로 스캔할 수 있도록 XY 스캐너 (120) 를 구동하는 신호를 보내는 한편, 탐침부 (110) 가 측정 대상 (1) 의 표면과 일정한 상호힘을 가지도록 (즉, 캔틸레버 (111) 가 일정 정도의 휨을 유지하도록 또는 캔틸레버 (111) 가 일정한 진폭으로 진동하도록) Z 스캐너 (131) 를 제어한다. 즉, 컨트롤러 (160) 는 소프트웨어적인 또는 전기회로적인 폐루프 피드백 로직 (closed loof feedback logic) 을 가진다. 또한, 컨트롤러 (160) 는 Z 스캐너 (131) 의 길이 (또는 Z 스캐너 (131) 에 사용된 엑츄에이터의 길이) 를 측정하거나, Z 스캐너 (131) 에 사용된 엑츄에이터에 인가되는 전압 등을 측정함으로써, 측정 대상 (1) 의 표면의 형상 데이터 (topography) 를 얻는다.
여기서, 탐침부 (110) 의 팁 (112) 은 측정 대상 (1) 의 표면과 접촉한 상태로 측정 대상 (1) 의 표면과 상대 이동을 할 수도 있고 (이를 '접촉 모드'라고 함), 표면과 접촉하지 않은 상태로 진동하면서 측정 대상 (1) 의 표면과 상대 이동을 할 수도 있고 (이를 '비접촉 모드'라고 함), 또한 측정 대상 (1) 의 표면을 때리는 상태로 진동하면서 측정 대상 (1) 의 표면과 상대 이동을 할 수도 있다 (이를 '탭핑 모드'(tapping mode) 라고 함). 이러한 다양한 모드는 기존에 개발된 모드에 해당하므로, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 컨트롤러 (160) 가 얻는 측정 대상 (1) 의 표면에 관한 데이터는 형상 데이터 이외에 다양할 수 있다. 예를 들어, 탐침부 (110) 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 원자 현미경의 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.
한편, 헤드 (130) 의 구성은 설명의 편의상 필수적인 구성요소만을 기재하였을 뿐, 이외의 광학 시스템 등의 구체적 구성은 생략했음에 유의해야 하며, 예를 들어 헤드 (130) 에는 한국 등록특허 제10-0646441호에 개시된 구성들이 더 포함될 수 있다.
측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법의 실시예에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법의 개략적인 순서도이며, 도 4는 본 발명의 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법을 개략화하여 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법은, 팁과 측정 대상의 표면 간의 상호 작용을 측정함으로써 측정 대상의 특성을 측정하는 도 1 및 도 2에서 예시한 원자 현미경 (100) 과 같은 측정 장치에 의해 이루어지며, 어프로치 단계 (S10) 와, 리프트 단계 (S20) 와, 시프트 단계 (S30) 를 포함한다. 이하, 본 방법에 대한 설명은 도 1 및 도 2도 같이 참조한다.
먼저, 측정 대상의 표면의 특정 위치 (제1 위치) 에 팁 (112) 이 접촉되도록 위치시킨다 (어프로치 단계, S10).
도 4를 참조하면, 본 단계 (S10) 에서, 측정 장치는 a 지점에 위치한 팁의 끝을 b 지점 (제1 위치) 로 보내 접촉시키는 동작을 수행한다. a 지점은 임의의 위치로서, 이전의 시프트 단계 (S30) 가 완료된 후의 팁 (112) 의 끝의 위치일 수 있다. 어프로치 후의 팁 (112) 의 위치 (제1 위치) 는 측정하고자 하는 임의의 지점이다.
어프로치 단계 (S10) 는 Z 스캐너 (131) 를 이용하여 팁 (112) 을 측정 대상 (1) 의 표면에 근접시킴으로써 이루어진다. 어프로치 단계 (S10) 는, 팁 (112) 의 끝이 측정 대상 (1) 의 표면을 특정 힘으로 누르도록 함으로써 완료된다. 팁 (112) 의 끝이 특정 힘으로 눌러지면 캔틸레버 (111) 가 휘어지게 되고, 캔틸레버 (111) 의 휨은 레이저 발생 유닛 (133) 과 디텍터 (134) 를 포함하는 광학 시스템에 의해서 감지된다. 캔틸레버 (111) 가 일정 정도 휘어지게 되면, 어프로치 단계 (S10) 가 완료되고, 팁 (112) 의 끝의 위치에 대한 데이터가 수집된다. 이러한 데이터는 Z 스캐너 (131) 로부터 얻어질 수도 있고, Z 스캐너 (131) 에 부착된 길이 센서 (예를 들어, 스트레인 게이지 센서) 등에 의해 얻어질 수도 있다. 이외에 어프로치 단계 (S10) 에서의 구체적인 제어 방식은 후술한다.
어프로치 단계 (S10) 가 완료된 후, 상술한 데이터가 얻어지면, 접촉된 팁 (112) 을 측정 대상의 표면으로부터 이격시킨다 (리프트 단계, S20).
도 4를 참조하면, 본 단계 (S20) 에서, 측정 장치는 b 지점에 위치한 팁 (112) 의 끝을 c 지점으로 리프트시킨다. 참고로, c 지점은 a 지점과 동일할 수도 있고, 도 4 처럼 동일하지 않을 수도 있다. 팁 (112) 을 z 방향으로 이동시키는 Z 스캐너 (131) 가 완전한 직진성을 구현한다면, a, c 지점은 일치하고, 어프로치 단계 (S10) 에 의한 팁 (112) 의 경로와 리프트 단계 (S20) 에 의한 팁 (112) 의 경로는 서로 중첩될 수 있다.
리프트 단계 (S20) 에 의해 들어올려진 팁 (112) 은 다른 지점에서의 데이터 수집을 위해 제1 위치와 다른 위치 (제2 위치) 상에 위치되도록 제어된다 (시프트 단계, S30).
도 4를 참조하면, 본 단계 (S30) 에서, 측정 장치는 c 지점에 위치한 팁의 끝을 제2 위치 상측에 위치하는 d 지점으로 이동시킨다. 이러한 팁 (112) 의 이동은 팁 (112) 을 이동시켜 구현될 수도 있겠지만, XY 스캐너 (120) 에 의해 측정 대상 (1) 을 이동시켜 구현될 수도 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 측정 장치에 따르면, XY 스캐너 (120) 를 제어하여 측정 대상 (1) 을 이동시킴으로써 시프트 단계 (S30) 가 수행될 수 있다.
여기서, 시프트 단계 (S30) 는 도 4에 도시된 바와 같이 X 방향과 수평하게 팁 (112) 을 이동시키도록 구현될 수도 있지만, 계획된 다른 위치 상으로 이동시킬 수만 있다면 어떠한 경로를 가져도 무방하다.
또한, 리프트 단계 (S20) 에 시프트 단계 (S30) 가 포함되어 별도의 단계로 수행되지 않을 수도 있다. 리프트 단계 (S20) 수행 시, 팁 (112) 을 들어올리면서 수평 이동시킴으로써 리프트 단계 (S20) 가 생략될 수 있다.
상술한 어프로치 단계 (S10), 리프트 단계 (S20) 및 시프트 단계 (S30) 가 측정 대상 (1) 의 표면의 복수의 위치에 대한 반복 수행됨으로써, 측정 대상 (1) 의 특성을 측정할 수 있다. 여기서, 측정 대상 (1) 의 특성은 측정 대상 (1) 의 표면의 토포그래피 (topography) 등일 수 있다. 그러나, 이외에도 팁 (1) 에 특수한 특성 (자기적 특성, 전기적 특성 등) 을 부여함으로써 토포그래피 이외의 정보를 얻을 수도 있다.
도 4와 같이 X 방향을 따라 측정 대상 (1) 의 표면의 복수의 위치에 대해 상술한 단계 (S10, S20, S30) 를 반복 수행하여 통상적인 접촉 모드나 비접촉 모드에서 얻을 수 있는 데이터들을 얻을 수 있다. 특히, 도 4에서 예시된 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정에서 기존의 접촉 모드나 비접촉 모드로는 측정 대상 (1) 의 표면을 팁 (112) 이 추종하기 위해서 매우 까다로운 피드백 조건을 찾아내야 하며, 피드백 조건이 만족되지 않으면 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 에 충돌하게 되어 우수하지 못한 이미지를 얻게 됨은 물론, 팁 (112) 을 자주 교체해야 하는 문제도 가지고 있었다. 이에 반해, 본 발명에 의한 방법을 활용한다면, 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정에서도 팁 (112) 의 손상을 최소화시키면서 우수한 이미지를 얻을 수 있다.
한편, 깊고 좁은 트렌치 구조는 기존의 비접촉 모드로는 팁 (112) 이 트렌치의 바닥과 상호 작용을 하기 전에 측벽과 상호 작용을 하게 되어, 깊숙이 팁 (112) 이 트렌치 내에 들어가지 못함으로 인해, 측정이 어려웠다. 이를 위해 긴 팁 (112) 을 사용해야 하며, 긴 팁 (112) 으로 본 발명과 같은 방법을 수행할 경우 팁 (112) 을 트렌치의 밖으로 완전히 빼내는 것이 일반적이었는데, 이로 인해 측정 시간이 길어지는 단점을 가지게 되었다. 그러나, 후술하는 특징으로 이러한 단점이 보완되었다.
도 5는 도 4의 각 단계의 수행에 따른 제어 방식을 시계열적으로 도시한 그래프이며, 도 6은 어프로치 단계에서의 F-D 커브와 A-D 커브를 나타내며, 도 7은 도 6의 F-D 커브와 A-D 커브의 합성 커브와 이에 따른 V-D 관계도를 나타내고, 도 8은 리프트 단계에서의 V-D 관계도를 나타내며, 도 9는 시프트 단계에서 이상 상황이 발생하였을 때의 제어 방식을 시계열적으로 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 어프로치 단계 (S10), 리프트 단계 (S20) 및 시프트 단계 (S30) 가 순서대로 수행되며, 누름힘-셋포인트 (Force Set Point) 및 진폭-셋포인트 (Amplitude Set Point) 를 설정하여 접촉 모드 및 비접촉 모드의 제어를 같이 수행한다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 어프로치 단계 (S10) 에서의 구체적인 제어 방법을 설명한다.
어프로치 단계 (S10) 에서, 팁 (112) 이 특정 주파수 f 로 진동하도록 제어된다. 여기서 특정 주파수는 캔틸레버 (111) 의 공진 주파수일 수 있다. 팁 (112) 은 자유 진동하며, 자유 진동의 진폭 Afree 를 가진다.
본 단계 (10) 의 완료 시, 팁 (112) 은 진동하지만, 팁 (112) 은 측정 대상 (1) 의 표면에 접촉되도록 제어된다. 즉, 접촉 모드로 어프로치가 수행되지만, 비접촉 모드로도 어프로치 단계 (S10) 에서 제어가 수행된다.
도 6의 (a) 에서는 접촉 모드에서의 팁 (112) 의 끝과 측정 대상 (1) 의 표면 간의 거리 (D) 와 누름힘 (F) 의 관계를 나타내는 그래프 (F-D 커브) 가 도시된다. 팁 (112) 의 끝은 측정 대상 (1) 과 멀리 떨어져 있을 때에는 힘을 거의 받지 않다가, 매우 가까워지면 팁 (112) 의 끝이 측정 대상 (1) 의 표면에 붙게 되고, 더 가까워지면 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 을 누르게 되며, 누름힘은 계속 증가할 수 있다.
도 6의 (b) 에서는 비접촉 모드에서의 팁 (112) 의 진폭 (A) 과 팁 (112) 의 끝과 측정 대상 (1) 의 표면 간의 거리 (D) 간의 관계를 나타내는 그래프 (A-D 커브) 가 도시된다. 팁 (112) 은 측정 대상 (1) 의 표면과의 상호 작용에 의해 거리가 가까워짐에 따라 그 진폭이 감소되며, 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 에 접촉되면 물리적 구속에 의해 진폭이 0에 가깝게 감소된다.
도 6의 접촉 모드와 비접촉 모드에서의 팁 (112) 의 거동 특성을 이용하여, 도 7과 같이, 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면에 어프로치되는 동작을 제어한다.
도 7의 (a) 는 도 6의 F-D 커브와 A-D 커브를 합성한 것으로서, 누름힘 (F) 와 진폭 (A) 을 일정 비율로 합성하여 Y축에 나타낸 것이다. 이를 통해, 도 7의 (b) 와 같은 접근 속도 제어 방식이 정해진다.
먼저, 어프로치 단계 (S10) 에서, 팁 (112) 과 측정 대상 (1) 이 특정 거리 (d1) 만큼 접근할 때까지 접촉 모드에 따른 제어는 동작시키지 않고, 비접촉 모드에 따른 제어만 동작시킨다.
특정 거리 (d1) 는 임의로 정해질 수 있으나, 팁 (112) 의 끝이 측정 대상 (1) 의 표면에 부착되는 지점 (g) 과 같거나 약간 더 큰 값으로 정해지는 것이 바람직하다. 특정 거리 (d1) 에서의 팁 (112) 의 진폭인 진폭-셋포인트 Asetl 은 팁 (112) 이 달린 캔틸레버 (111) 의 종류에 따라 정해질 수 있다. 가령, 진폭-셋포인트 Asetl 은 Afree에 대한 비율로 표현될 수 있고, 예를 들어 5% 일 수도 있고, 10% 일 수도 있고, 15% 일 수도 있다.
팁 (112) 과 측정 대상 (1) 이 특정 거리 (d1) 만큼 접근할 때까지 수행되는 비접촉 모드에 따른 제어는, 진폭 A로서 어프로치 속도 (접근 속도) V를 제어하는 것을 내용으로 한다. 즉, 도 7의 (b) 에서와 같이 진폭 A가 줄어드는 것에 비례하여, 어프로치 속도 V를 감소시키도록 제어한다.
진폭이 진폭-셋포인트 Asetl 에 도달하면, 비접촉 모드에 따른 제어는 종료되고, 접촉 모드에 따른 제어가 수행된다. 즉, 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면을 누르는 힘 (누름힘) 에 따라 어프로치 속도 V 가 제어되며, 결과적으로 누름힘-셋포인트 Fset 으로 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면을 누르도록 제어된다.
여기서 누름힘-셋포인트 Fset 은 탐침부 (110) 의 특성, 측정 대상 (1) 의 표면 특성, 측정 대상 (1) 의 구조 특성에 따라 적절히 결정될 수 있으며, 예를 들어 수 ~ 수십 nN 일 수 있다.
다시 말해, 어프로치 단계 (S10) 가 진행되면서 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면에 근접함에 따라 팁 (112) 의 진폭은 감소하다가, 팁 (112) 의 자유 진동 시의 진폭보다 작은 진폭 Asetl 이하로 팁 (112) 의 진폭이 감지되었을 때, 팁 (112) 의 진폭의 변화에 의거한 제어 (비접촉 모드 제어) 를 턴오프 (turn off) 하고, 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면을 특정 힘으로 누르도록 제어되는 제어 (접촉 모드 제어) 를 수행한다.
도 5를 다시 참조하면, 어프로치 단계 (S10) 의 수행 시 누름힘-셋포인트가 Fset 으로 설정되고, 진폭-셋포인트가 Asetl 로 설정된다. 이 셋포인트들에 의해 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 수행된다.
이렇게 어프로치를 수행한다면, 어프로치를 빠르게 수행할 수 있으며, 팁 (112) 의 끝이 접촉 대상 (1) 의 표면에 가까워질수록 어프로치 속도를 줄여 팁 (112) 의 끝과 접촉 대상 (1) 의 표면 간의 충돌량을 줄임으로써, 팁 (112) 을 오래 사용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 리프트 단계 (S20) 에서 초기에는 높은 속도로 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면으로부터 멀어지도록 제어하고, d1 보다 큰 거리를 가지게 되면 비접촉 모드 제어로 속도를 제어할 수 있다. 팁 (112) 의 진폭이 커질수록 속도는 낮아지도록 제어하며, 진폭이 일정값 이상 커지지 못하도록 리프트 높이를 제한한다.
다시 말해, 진폭-셋포인트 Aseth 를 설정하고, 리프트 단계 (S20) 의 완료 시 진폭-셋포인트 Aseth 를 유지하도록 팁 (112) 의 끝과 측정 대상 (1) 의 표면 간의 거리 (D) 가 제어된다. 진폭 A 가 Aseth 일 때의 거리 d2 는 리프트 높이로 지칭할 수 있다.
진폭-셋포인트 Aseth 는 Asetl 보다는 큰 값으로 다양하게 설정될 수 있는데, 예를 들어 최대 진폭 Afree 의 50~95%의 값일 수 있다. 진폭-셋포인트 Aseth 은 리프트 높이 d2 와 관련되므로, 리프트 높이를 어느 정도로 설정할 것인가에 따라 진폭-셋포인트 Aseth 가 설정된다.
이때, 비접촉 모드 제어에 있어서, 게인 (gain) 값은 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 리프트 단계 (S20) 에서는 리프트 하는 동작이 중요한 것이지, 민감한 제어가 중요한 것은 아니기 때문이다.
다시 말해, 리프트 단계 (S20) 가 진행되면서 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 의 표면에서 멀어짐에 따라 팁 (112) 의 진폭은 증가하다가, 팁 (112) 의 자유 진동 시의 진폭보다 작은 진폭 Aseth 로 팁 (112) 의 진폭이 감지되었을 때, 리프트 동작을 멈추도록 제어된다.
도 5를 다시 참조하면, 리프트 단계 (S20) 에서는 누름힘-셋포인트를 0이나 그에 가까운 값으로 설정하고, 진폭-셋포인트를 최대인 Aseth로 설정하여 리프트 속도와 높이를 제어한다.
본 방법에 따르면 리프트 단계 (S20) 에서 비접촉 모드 제어를 활용함으로써 최소 리프트 높이를 설정하여 핀-포인트 모드를 수행할 수 있다. 즉, 기존의 핀-포인트 모드는 충분히 팁 (112) 을 들어올린 후 다른 위치에서의 어프로치를 행하는데 반해, 본 발명의 방법에 따르면 리프트 속도를 높이면서도 리프트 높이를 획기적으로 줄여 측정 속도를 높일 수 있다.
도 5를 참조하면, 시프트 단계 (S30) 는 들어올려진 Z 방향 변위를 유지하면서 X 방향 (혹은 Y 방향) 의 변위를 발생시킴으로써 행해진다. 시프트 단계 (S30) 동안, 리프트 단계 (S20) 에서와 동일하게 누름힘-셋포인트를 0이나 그에 가까운 값으로 설정하고, 진폭-셋포인트를 Aseth 로 설정한다. 도 5는 팁 (112) 이 이동할 때 어떠한 장애물이 감지되지 않은 경우를 예시하는 것으로서, X 방향으로의 변위가 일정하게 변하면서 Z 방향의 변위는 유지된다.
그러나, 시프트 단계 (S30) 중에, 장애물 (예를 들어, 도 9의 (a) 의 측벽) 에 의해 X 방향으로의 팁 (112) 의 이동이 가능하지 않을 수 있다. 이러한 이벤트는 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정 시 자주 발생할 수 있다.
도 9를 참조하면, 시프트 단계 (S30) 시, 초기 구간 (S30-1) 에서는 팁 (112) 의 Z 방향 변위가 변하지 않으면서 X 방향으로의 이동만 이루어진다. 팁 (112) 과 측벽과의 충돌이 이루어지면 진폭 A 는 줄어들게 되고, 도 5와 같이 이를 다시 진폭-셋포인트 Aseth 로 맞추는 제어가 수행된다. 팁 (112) 의 진폭을 증가시키기 위해 팁 (112) 이 들어올려진다. 이때에도 팁 (112) 의 X 방향으로의 이동은 계속 진행된다. 즉, S30-2 구간에서는 진폭이 줄어드는 것이 측정되나, 팁 (112) 의 Z 방향 변위의 변화로 인해 S30-3 구간에서는 다시 진폭이 Aseth 로 제어된다.
참고로, 충돌은 누름힘의 변화로 확인할 수 있다. 도 9의 (b) 를 참조하면 충돌 시 누름힘이 마이너스 값을 가짐으로서 팁 (112) 이 측정 대상 (1) 을 누른다는 것을 알 수 있다.
즉, 시프트 단계 (S30) 수행 시, 비접촉 모드 제어를 활용하여 팁 (112) 과 측정 대상 (1) 의 표면 간의 거리를 유지하므로, 과도하게 팁 (112) 을 들어올리는 동작을 생략함으로써 측정 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.
다시 말해, 시프트 단계 (S30) 동안 팁 (112) 의 진동 특성 (예를 들어 진폭) 이 일정하도록 팁 (112) 의 이동 경로가 제어된다.
상술한 바에 따르면, 팁 (112) 의 진동 특성의 변화에 따라 팁 (112) 의 이동 특성이 제어된다. 여기서 이동 특성이란 위에서 예시한 팁 (112) 의 어프로치 속도, 팁 (112) 의 리프트 높이일 수 있다.
또한, 팁 (112) 의 진동 특성으로 본 실시예에서는 진폭만 예시하였으나, 이는 예시에 불과하고, 주파수, 위상 등 팁 (112) 의 진동과 관련된 특성을 포괄한다.
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.
100…원자 현미경
110…탐침부
111…캔틸레버
112…팁
120…XY 스캐너
130…헤드
131…스캐너
132…프로브 아암
133…레이저 발생 유닛
134…디텍터
140…스테이지
150…고정 프레임
160…컨트롤러

Claims (11)

  1. 팁과 측정 대상의 표면 간의 상호 작용을 측정함으로써 상기 측정 대상의 특성을 측정하는 측정 장치에 의해 상기 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 측정 대상의 표면의 특정 위치에 상기 팁이 접촉되도록 위치시키는 어프로치 단계; 및
    접촉된 상기 팁을 상기 측정 대상의 표면으로부터 이격시키는 리프트 단계; 를 상기 측정 대상의 표면의 복수의 위치에 대해 반복 수행하되,
    상기 어프로치 단계 및 상기 리프트 단계의 일부 또는 전부에서 상기 팁이 진동하도록 제어되고,
    상기 리프트 단계가 진행되면서 상기 팁이 상기 측정 대상의 표면에서 멀어짐에 따라 상기 팁의 진폭은 증가하다가, 상기 팁의 자유 진동 시의 진폭보다 작은 진폭으로 상기 팁의 진폭이 감지되었을 때, 리프트 동작을 멈추도록 제어되고,
    상기 리프트 단계에서 상기 팁의 진폭이 커질수록 리프트 속도는 낮아지도록 제어되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 어프로치 단계 동안 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되며,
    상기 팁의 진폭의 변화에 의해 상기 측정 대상의 표면에 대한 상기 팁의 접근 속도를 제어하도록 구성되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 어프로치 단계가 진행되면서 상기 팁이 상기 측정 대상의 표면에 근접함에 따라 상기 팁의 진폭은 감소하다가, 상기 팁의 자유 진동 시의 진폭보다 작은 진폭 A 이하로 상기 팁의 진폭이 감지되었을 때, 상기 팁의 진폭의 변화에 의거한 제어를 턴오프 (turn off) 하고,
    상기 팁이 상기 측정 대상의 표면을 특정 힘으로 누르도록 제어되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    특정 위치에서의 리프트 단계가 완료된 후, 다른 위치에서의 어프로치 단계가 수행되기 전에, 상기 팁을 상기 다른 위치 상에 위치시키기 위한 시프트 단계를 더 포함하며,
    상기 시프트 단계 동안 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되며,
    상기 시프트 단계 동안 상기 팁의 진동 특성이 일정하도록 상기 팁의 이동 경로가 제어되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 어프로치 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 리프트 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
  10. 팁과 캔틸레버를 구비하는 탐침부에 의해, 측정 대상의 표면을 측정하도록 구성된 원자 현미경에 있어서,
    상기 팁이 상기 측정 대상의 표면에 대해 XY 방향으로 상대이동하도록, 상기 측정 대상을 이동시키도록 구성되는 XY 스캐너;
    상기 탐침부가 장착될 수 있도록 구성되고, 상기 캔틸레버의 진동 또는 휨을 측정할 수 있는 광학 시스템 및 상기 광학 시스템에 의해 얻어지는 데이터에 기초하여 상기 팁과 상기 측정 대상의 표면 간의 거리를 제어하도록 상기 탐침부를 Z 방향으로 이동시키도록 구성되는 Z 스캐너를 포함하는 헤드; 및
    상기 XY 스캐너 및 상기 헤드를 제어하는 컨트롤러; 를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 측정 대상의 표면의 특정 위치에 상기 팁이 접촉되도록 위치시키는 어프로치 단계; 및
    접촉된 상기 팁을 상기 측정 대상의 표면으로부터 이격시키는 리프트 단계; 를 상기 측정 대상의 표면의 복수의 위치에 대해 반복 수행하되,
    상기 어프로치 단계 및 상기 리프트 단계의 일부 또는 전부에서 상기 팁이 진동하도록 제어되고,
    상기 리프트 단계가 진행되면서 상기 팁이 상기 측정 대상의 표면에서 멀어짐에 따라 상기 팁의 진폭은 증가하다가, 상기 팁의 자유 진동 시의 진폭보다 작은 진폭으로 상기 팁의 진폭이 감지되었을 때, 상기 리프트 동작을 멈추도록 제어되고,
    상기 리프트 단계에서 상기 팁의 진폭이 커질수록 리프트 속도는 낮아지도록 구성되는, 원자 현미경.
  11. 제1 항의 방법을 수행하기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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