KR20080092936A - 스캐닝 탐침 현미경을 포함하는 측정 시스템 동작 방법 및측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스캐닝 탐침 현미경, 특히 원자력 현미경을 포함하는 측정 시스템을 동작시키는 방법, 및 스캐닝 탐침 현미경을 사용하여 측정 샘플을 검사하고 상기 샘플을 광학적으로 검사하기 위한 측정 시스템에 관한 것이다. 상기 방법에서, 검사될 측정 샘플의 측정 섹션의 광학 이미지 - 상기 이미지는 광학 기록 장치로 기록됨 - 는 디스플레이 장치에 디스플레이되고, 광학 이미지의 임의의 위치 선택은 검출되고, 스캐닝 탐침 측정을 위하여, 스캐닝 탐침 측정을 위하여 구성된 측정 탐침은 측정 탐침 및 측정 샘플을 서로에 관련하여 이동시키는 이동 장치를 사용하여 측정 위치로 이동되고, 상기 측정 위치는 좌표 변환에 따라 제어되는 이동 장치에 의해 좌표 변환에 따른 광학 이미지의 선택된 위치에 할당되고, 광학 이미지의 좌표 시스템 및 측정 탐침과 측정 샘플의 이동 위치들에 의해 커버되는 공간의 좌표 시스템 사이의 이전에 결정된 할당은 좌표 변환으로 형성되고, 상기 이동 위치들은 측정 위치를 포함한다.
Description
본 발명은 스캐닝 탐침 현미경, 특히 원자력 현미경을 가진 측정 시스템의 동작 방법뿐 아니라, 측정 시스템에 관한 것이다.
스캐닝 탐침 현미경법(SPM)은 측정 탐침이 검사될 측정 샘플을 스캔하고, 이렇게 함으로써 예를들어 측정 샘플의 토포그래피(topography)를 기록하는 기술이다. 이런 환경에서, 상대적 이동은 적어도 측정 탐침 또는 적어도 측정 샘플이 이동될 수 있는 측정 탐침 및 측정 샘플 사이에서 발생한다. 일반적으로, 상대적 이동은 측면 이동으로 수행된다. 게다가, 상대적 이동은 또한 수직 방향으로 발생할 수 있다. 한가지 형태의 스캐닝 탐침 현미경법은 스캐닝 힘 현미경법(SFM)(scanning force microscopy)이다. 이 경우 사용된 원자력 현미경으로 인해, 측정 탐침은 미세한 측정 팁을 보유하는 캔틸레버 설계로 형성된다.
부분적으로 광학 현미경의 광학 이미지로부터 얻어진 측정 샘플의 구조들에 스캐닝 탐침 현미경에서 발견된 측정 결과들을 보다 바람직하게 할당하기 위하여 기존 광학 현미경과 스캐닝 탐침 현미경을 결합하는 것은 큰 장점을 가진다. 이 경우 및 상기 기술 상태에 따라, 광학 이미지는 광학 현미경의 도움으로 기록되고 우선적으로 디지털 방식으로 저장된다. 유사한 방식으로, SPM 이미지는 형성되고 동일한 측정 샘플의 스캐닝 탐침 현미경의 구성 내에 저장된다. 양쪽 측정들시 형성된 이미지들은 최종적으로 이미지 처리 프로그램에 의해 합치된다. 특정 전제 조건들은 이런 목적을 위하여 충족되어야 한다.
무엇보다, 광학 이미지 및 SPM 이미지는 매우 정확하게 캘리브레이트 되어야 한다. SPM 이미지에 대해, 이런 요구조건은 측정 탐침의 측면 이동을 검출하는 센서들의 용도로 인해 상업적으로 많이 판매되는 장치들로 구현된다. 광학 이미지가 관련되는 경우, 정확한 캘리브레이션은 특히 생활 과학에서 일반적으로 생략된다. 그러나, 캘리브레이션은 또한 예를들어 렌즈 마이크로미터에 의해 가능하다.
게다가, 광학 이미지 및 SPM 이미지로부터의 정보는 비교되어야 한다. 그러나, 이것은 콘트래스트 기점의 메카니즘들이 양쪽 측정들에서 매우 다르기 때문에 종종 필수적이지 않다. 이런 방식에서, 양쪽 이미지들 사이에서 의도된 합치는 가능하지 않을 수 있다.
게다가 SPM 이미지는 충분한 특성 항목들이 인식되고 또한 이런 방식으로 두 개의 이미지들 사이의 할당을 수행하기 위하여 광학 이미지에서 식별되는 섹션을 나타내야 한다. 이런 요구조건은 스캐닝 탐침 측정시 형성된 SPM 이미지들이 검사될 측정 샘플의 작은 섹션만을 주로 나타내기 때문에 큰 제약이 있다. 검사될 측정 샘플의 보다 큰 영역들은 처리시 측정 탐침에 손상을 주지않고 검출될 수 없다. 몇몇 실험적인 예들에서 SPM 이미지는 초점-거리-곡선이 측정 샘플의 단일 또는 몇 몇 단일 위치들에서만 측정되기 때문에 형성되지 못한다.
전체적으로, 광학 기록 장치 및 스캐닝 탐침 현미경의 측정 결과들에 의해 얻어진 광학 이미지의 두 개의 이미지 지점들 사이의 할당을 위하여 상기된 방법은 부정확하고 제한된 표현 설명만을 가진다.
추가로, 측정 샘플에 관련하여 측정 탐침의 위치를 결정하기 위한 기준 지지부로서 스캐닝 탐침 현미경법의 구조 내에서 비디오 이미지 기록을 사용하는 것은 공지되었고, 여기서 상기 비디오 기록 이미지는 그 위에 배치된 측정 탐침을 사용하여 측정 샘플 표면의 측정 섹션의 광학 이미지를 나타낸다. 그러나, 측정 탐침이 일반적으로 비디오 이미지의 부분 섹터의 음영을 해제하고, 이를 통해 측정 탐침 위치 결정을 위한 방위는 매우 어렵게 되는 문제가 발생한다. 게다가, 비디오 이미지의 경계들을 평가하는 것은 이런 방식으로는 어렵다.
본 발명의 목적은 스캐닝 탐침 현미경을 가진 측정 시스템의 개선된 동작 방법뿐 아니라 스캐닝 탐침 현미경을 가진 측정 시스템을 제공하는 것으로, 상기 동작 방법 및 동작 시스템으로 인해 측정 탐침의 정확한 위치 결정은 검사될 측정 샘플에 관련하여 촉진된다.
이 목적은 독립 청구항 제 1 항에 따른 스캐닝 탐침 현미경을 가진 측정 시스템을 동작시키는 방법뿐 아니라 독립항 제 10 항에 따른 스캐닝 탐침 현미경을 가진 측정 시스템에 의해 본 발명에 따라 해결된다.
본 발명은 예를들어 광학 기록 장치, CCD 카메라의 지원과 함께, 스캐닝 탐침 현미경, 특히 원자력 현미경을 가진 측정 시스템의 동작 동안 검사중인 측정 샘플의 측정 섹션의 기록된 광학 이미지를 디스플레이 장치에 도시하는 개념을 포함한다. 사용자가 예를들어 키보드, 마우스 또는 디스플레이 장치의 소프트 터치의 도움으로 수행할 수 있는 광학 이미지 위치 선택 다음, 스캐닝 탐침 측정을 위하여 구성된 측정을 위하여 구성된 측정 탐침은 측정 탐침 및 측정 샘플을 서로에 관련하여 이동시키는 이동 장치에 의해 측정 위치로 이동되고, 상기 측정 위치는 좌표 변환에 따라 이동 장치를 제어함으로써 좌표 변환에 따라 광학 이미지에서 선택된 위치에 할당되고, 또한 로컬 할당부 또는 로컬 변환부로서 설계될 수 있다. 이전에 결정된 좌표 변환은 광학 이미지의 좌표 시스템, 및 측정 탐침과 측정 샘플의 이동 위치들에 의해 커버되는 좌표 시스템 사이의 할당을 형성한다. 좌표 변환의 결정은 한편으로는 하나 또는 몇몇 광학 이미지들에서 하나 또는 몇몇 이미지 포인트들, 및 다른 한편 측정 탐침 및 측정 샘플의 배열에서 대응하는 측정 위치들 사이의 할당으로부터 일반화된 변환 룰을 유도함으로써 바람직하게 실험 방식으로 수행되고, 이로 인해 두 개의 좌표 시스템들은 서로 중첩되어 이미지화될 수 있다. 그 다음 이런 중첩 이미지화는 광학 이미지에서 하나 또는 몇몇 이미지 포인트들의 선택부가 스캐닝 탐침 현미경 검사 동안 검출될 때 이동 장치를 대응하게 제어하기 위하여 스캐닝 탐침 현미경의 제어 유니트에 "이용된다".
그러므로 스캐닝 탐침 현미경법 동안, 부분적으로 각각의 경우 광학 이미지의 하나의 배열된 위치에 대응하는 정확하게 하나 또는 몇몇의 측정 위치들에서 검사 중에 측정 샘플에 대향하게 측정 탐침을 배열하는 것은 가능해진다. 만약 예를들어 스캐닝 탐침 현미경의 사용자가 특성 포인트로서 광학 이미지상에서 돌출하는 측정 샘플의 섹터에서 스캐닝 탐침 측정을 수행하기를 원하면, 예를들어 상기 섹터를 둘러싸는 광학 이미지의 이미지 포인트들에 대한 높은 콘트래스트 비율로 인해, 이런 광학 이미지의 포인트만이 선택되고 측정 탐침은 이동 장치의 지원부를 사용하여 좌표 변환을 고려하여 정확하게 광학 이미지의 측정 샘플 상에서 선택된 포인트에 대응하는 측정 포인트로 이동된다.
좌표 변환을 위하여, 다양한 변환 방법들은 채택되어 한편으로는 광학 이미지, 및 다른 한편으로는 측정 샘플과 측정 탐침을 가진 측정 공간 사이의 로컬 또는 위치 할당을 구현하고, 여기에 제공된 수학적 툴들과 관련하여 다양한 실시예들에서 당업자에게 잘 공지되었다. 현재 공지된 변환 방법들은 예를들어 선형 매트릭스의 사용이다. 비선형인 경우, 예를들어 다중 차원 다항식 규정에 의한 변환은 사용되고, 예를들어 변환될 각각의 포인트에 대한 이차원 다항식 규정이 사용된다.
바람직한 실시예는 좌표 변환이 부분적으로 디스플레이 장치 및 이동 장치와 상호작용하는 제어 장치의 소프트웨어 구현에 의해 이용되는 것을 구상한다. 좌표 변환의 결과로, 캘리브레이션은 한편으로는 디스플레이 장치상에 광학 이미지의 도시, 및 다른 한편으로는 광학 이미지의 선택에 대응하는, 측정 샘플과 관련한 측정 탐침의 정확한 이동을 보장하는 검사 중인 측정 샘플과 관련한 측정 탐침의 위치 결정 사이에서 제공된다. 스캐닝 탐침 현미경 검사 동안 좌표 변환을 검사하거나, 또는 선택적으로 한번 또는 여러 번 반복하여, 일종의 리캘리브레이션(recalibration)을 수행하는 것은 구상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 개선 사항은 이동 동안 측정 위치로 오는 측정 탐침 상에 형성된 측정 팁에 의한 측정 위치에 대한 스캐닝 탐침 측정값이 검출되는 것을 구상한다.
본 발명의 목적을 위하여 측정 탐침이 디스플레이 장치상에서 광학 이미지로 적어도 부분적으로 디스플레이되는 것이 구상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 측정 섹션이 측정 탐침 없이 광학 이미지로 도시되는 것을 구상한다. 이것은 예를들어 측정 탐침을 광학 이미지의 존 밖으로 완전히 이동시킴으로써 구현된다. 일반적으로, 스캐닝의 측정 목적들에 사용된 이동 메카니즘은 이 경우 부적당하거나, 단지 측정 샘플만이 이동된다. 이런 이유 때문에, 제 2 이동 메카니즘은 측정 탐침의 대략적인 이동을 위해서만 구상될 수 있다. 다른 바람직한 실시예는 측정 탐침을 다양한 위치들로 이동하고 각각의 경우 측정 탐침과 함께 측정 샘플의 광학 이미지를 기록하는 것을 구상한다. 그 후, 모든 광학 이미지들은 각각의 광학 이미지들에서 다르게 도시되는 물체인 측정 탐침을 본래 이미지로부터 필터링하는 메디안(median) 필터에 넣어질 수 있다. 메디안 필터 메카니즘들은 다양한 실시예에서 이와 같이 공지되었다.
본 발명의 다른 개선 사항은 바람직하게 광학 이미지로서, 순간 광학 기록이 라이브 동작 모드로 도시되고, 이런 기록이 예를들어 비디오 기록에 의해 실행될 수 있는 것을 구상한다.
스캐닝 탐침 측정 값들을 가진 스캐닝 탐침 측정 이미지가 좌표 변환에 따라 적어도 부분적으로 광학 이미지 및 스캐닝 탐침 측정 이미지의 중첩하는 표현으로 디스플레이 장치상에 도시되는 본 발명의 바람직한 실시예가 구상될 수 있다.
본 발명의 다른 개선 사항은 측정 섹션의 광학 이미지 표현이 디스플레이 장치에서 반복적으로 갱신되는 것을 구상할 수 있다.
본 발명의 다른 개선 사항은 바람직하게 좌표 변환이 한편으로 하나 또는 몇몇 광학 이미지들을 다른 하나 또는 몇몇 이미지 포인트들과 서로 비교하고 다른 한편으로 측정 탐침 및 측정 샘플의 배열에서 관련 측정 위치들을 서로 비교함으로써 결정되고 이로부터 일반화된 변환 룰이 유도되는 것을 구상한다. 그러므로, 캘리브레이션은 이런 목적을 위하여 스캐닝 탐침 현미경 측정값을 기록할 필요성 없이 이런 실시예에서 수행된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 하나 또는 몇몇 광학 이미지들이 다음 이미지 타입들의 그룹인 형광 이미지, 배경 조명 이미지 및 라만(Raman) 스펙트럼 분석 이미지로부터 선택된 적어도 하나의 이미지화 타입으로서 기록되는 것이 고안될 수 있다. 광학 이미지들은 바람직하게 상기된 바와 같이 광학 검사 방법들 중 하나로 형성된다. 몇몇 검사 타입의 이미지들의 사용은 또한 구상될 수 있다.
다음과 같이, 본 발명의 다른 바람직한 실시예들, 즉 한편으로는 광학 이미지 사이의 캘리브레이션, 및 다른 한편으로는 측정 샘플에 관한 측정 탐침 이동에 대한 실시예들은 보다 상세히 기술된다.
SPM 측정을 위하여, 데카르트 좌표 시스템은 측정 탐침 및 측정 샘플이 서로에 관련하여 이동될 수 있는 이동 장치의 이동 축들에 대한 측정 탐침 및 측정 샘플의 이동 위치들에 의해 커버되는 공간을 위하여 정의된다. 이 경우, 이동 장치는 또한 및 확실하게 이동 장치에 의해 이동되는 구성요소들의 회전들을 개시할 수 있고, 이것은 데카르트 좌표 시스템으로의 변환에 의해 이미지화될 수 있다. 데카르트 좌표 시스템으로의 복귀 작용은 상기 방법의 필요한 필수 부분이 아니고, 이해를 촉진시킨다. 많은 경우들에서 광학 축에 대한 이동 장치의 정렬은 측정마다 다르므로, 팩토리(factory) 캘리브레이션은 불가능하다. 이런 상황은 데카르트 좌표 시스템의 기점과 유사하다. 대부분의 경우들에서, 예를들어 사용자는 수동으로 측정 탐침을 넣고 측정 탐침 및 측정 샘플 사이의 상호작용 위치는 추후 측정마다 다르다.
측정 탐침이 측면으로 이동되는 이동 장치의 경우, 두 개의 잠재적인 또는 실제 측정 위치들은 지금 이동 장치의 좌표 시스템에서 측정 탐침으로 접근될 수 있다. 만약 대응하는 이미지 포인트들이 광학 이미지의 두 개의 위치들에 할당될 수 있으면, 이런 할당은 부분적으로 이동 장치의 특정 위치들, 의미, 특정 세팅 또는 이동 장치의 제어 값들에 대응하는 광학 이미지의 이미지 포인트들 및 측정 탐침의 측정 위치들 사이에서 변환 규정을 정의한다. 단지 두 개의 포인트들이 사용되는 이런 복잡하지 않은 경우는 물론 병진운동 및 회전만이 수행될 때 적용된다. 그 다음 좌표 변환은 이동 장치의 지원부를 통한 광학 이미지의 선택에 따라, 측정 샘플에 대향하는 측정 탐침을 배치하기 위하여 다음 스캐닝 탐침 현미경 검사 동안 사용될 수 있다. 심지어 실험적인 스캐닝 탐침 현미경 검사 기간 동안, 양쪽 검사 방법들, 즉 측정 샘플의 광학 검사 및 스캐닝 탐침 현미경 검사로부터의 정보는 이런 방식으로 서로 비교될 수 있다. 복잡한 변환이 수행되어야 하는 경우, 많은 포인트들은 또한 이에 따라 결정되어야 한다.
디스플레이 장치에 구체적인 이미지 형성 및 표현과 관련하여, 이용할 수 있는 다양한 선택 옵션들이 있다. 유사한 뷰를 스캐닝 탐침 현미경의 사용자에게 제공하기 위하여, 직사각형 이미지가 도시되고 상기 직사각형 이미지의 측면들이 이동 장치의 지원부를 사용하여 수행되는 측면 이동의 두 개의 축들과 평행하도록 광학 이미지를 제한하는 것이 구상될 수 있다.
또한 예를들어 측정 샘플을 스캐닝하는 측정 탐침이 매우 불안정한 것으로 인식되는 경우 광학 이미지가 순간 이미지 또는 라이브 이미지로서 디스플레이되지 못하는 것이 구상될 수 있다. 측정 샘플에 대한 원하는 방위(orientation)를 위하여, 너무 빠르게 변화하지 않는 측정 샘플을 사용하여 이전 이미지를 기록하는 것, 즉 측정 탐침의 측정 위치들에 접근하기 전에 광학 이미지를 기록하는 것은 목표된다. 이런 고려 사항은 또한 측정 샘플이 스캔되는 경우 적용된다. 이전 이미지 기록으로 인해, 측정 샘플 표면의 가능한 한 많은 항목들이 혼란되지 않고 디스플레이될 수 있도록, 이동 장치와 함께 측정 탐침을 스캐닝 영역에서 가능한 한 멀리 제거하는 것은 바람직하다. 이것은 형광 방법에 따른 측정보다 배경 조명 애플리케이션에서 더 중요하다.
또한 몇몇 이미지들이 디스플레이 장치에서 서로 중첩되어 디스플레이되는 것이 구상될 수 있고, 이들 중첩 이미지들은 광학 이미지들 및/또는 SPM 이미지들이고, 여기서 개별 이미지들은 제거 또는 입력될 수 있다. 다양한 이미지들의 위에 놓인 이미지 포인트들이 측정 샘플상 동일한 위치에 대응하도록 이에 따라 공통 좌표 시스템에 몇몇 이미지들을 표시하는 것은 이런 상관관계에서 중요하다. 이 경우 이미지들의 부분적으로 투명한 도시가 사용되면 바람직하다. 만약 SPM 이미지가 제거되고, 매우 우수한 방위가 가능하면, 단지 광학 이미지만이 디스플레이된다. 하나 또는 몇몇 SPM 이미지들의 제거 외에, 또한 광학적으로 디스플레이되는 정보의 컬러링 코드들을 사용하기 위한 옵션이 있다.
게다가, 추가 정보는 또한 디스플레이 장치에 디스플레이될 수 있다. 예를들어, 상기 정보는 스캐닝 탐침 현미경이 수행한 포인트들뿐 아니라, 조종이 이루어진 라인들을 포함한다. 이런 방식으로 도시된 디스플레이 장치에서 이미지 포인트들은 일반적인 방식으로 상기 이미지 포인트들에 할당된 전자 데이터를 가질 수 있고, 상기 전자 데이터에 대한 액세스는 메뉴 기능들, 예를들어 디스플레이 이미지 포인트들을 클릭하여 수행될 수 있다.
측정 탐침 및 측정 샘플 사이의 상호 작용 위치가 충분히 정확한 정도로 결정될 수 없는 상황들이 발생할 수 있다. 또한 한편으로 이런 상황은 광학 이미지 위치들의 할당 및 다른 한편으로 측정 탐침 및 측정 샘플의 좌표 시스템 위치들의 할당을 위한 좌표 시스템을 사용하여, 다른 위치가 상호작용 위치, 즉 측정 탐침상 측정 팁의 존내에서의 위치의 바람직한 사용 대신 기준 포인트로서 채택될 수 있는 경우일 수 있다. 이 경우, 좌표 변환은 측정 팁 및 기준 포인트의 위치 사이의 거리를 고려하여야 한다. 변환 벡터에 할당될 수 있는 이런 거리를 결정하기 위하여 이용할 수 있는 몇몇 옵션들이 있다. 예를들어, 다른 실험적인 검사는 이런 목적, 특히 전자 현미경 검사에 사용될 수 있다. 측정 탐침의 데이터 시트로부터의 정보는 또한 사용될 수 있다. 이미지 비교는 또한 구상될 수 있다. 특히 다수의 유사한 특성 특징들 또는 주기적으로 반복하는 패턴들을 가진 측정 샘플에서, 실질적인 개선은 추가 표시들 없이 이미지 비교에 대조하여 얻어질 수 있다. 그러나, 이런 경우의 전제조건은 검사 방법들 양쪽으로부터 호환할 수 있는 정보이다.
좌표 변환 동안 선형 이미지가 특정한 경우 다양한 검사 환경들에서 부분적으로만 효과적이라는 사실이 도시된다. 그러므로, 부가적으로 미리 추가 제공, 예를들어 이차 다항식 제공을 고려하기 위하여 시프팅 및 각도 변환 외에 좌표 변환이 구상될 수 있다. 종래 측정 장치에서, 바람직하게 25까지의 측정 포인트들이 충분히 정확한 좌표 변환을 보장하기 위하여 이용할 수 있는 검사가 도시되었다.
스캐닝 탐침 현미경을 가진 측정 시스템 및 광학 이미지들을 기록하기 위한 기록 장치는, 디스플레이된 광학 이미지 위치 선택 후, 검사 중 측정 탐침 및 측정 샘플이 대응하여 이동 장치의 지원부를 사용하여 배치되도록, 결정된 좌표 변환이 실행되는 제어 장치를 가진다. 이동 장치를 동작시키기 위하여 필요한 제어 신호들은 좌표 변환의 실행에 따라 제어 장치를 개시한다. 부가적으로 좌표 변환이 결정되는 진보된 캘리브레이션 처리를 위한 제어 장치가 구성되는 것이 구상될 수 있다. 이런 목적을 위하여, 소프트웨어 바탕 애플리케이션들은 바람직하게 광학 이미지 포인트들을 검출하고 이동 장치에 의해 측정 탐침 및 측정 샘플의 관련 위치들을 결정하며 이로부터 선택적으로 변환 규정을 유도하기 위한 특정 목적에 사용하는 제어 장치에서 실행될 수 있다. 상기 사전 캘리브레이션 처리는 다시 리캘리브레이션을 수행하기 위한 스캐닝 탐침 현미경 검사의 수행 동안, 측정 시스템의 사용자에 의해 다시 사용될 수 있다.
상기된 방법은 특히 임의의 종류의 스캐닝 탐침 현미경에 이용할 수 있다. 원자력 현미경 외에, 상기 용도는 측정 샘플의 이미지들이 광학 족집게들, 또는 스캐닝 근접장 광학 현미경(SNOM)의 도움으로 기록되는 경우 다른 현미경 검사, 예를들어 스캔 광자 현미경(SPhM)으로 구상될 수 있다. 상기 방법은 또한 광학 이미지의 예외적인 경우, 단지 하나의 포인트가 공지되고 스캐닝 탐침 현미경 검사가 정확하게 측정 샘플의 이런 포인트에서 수행되면 유용하다. 이 경우, 위치 할당은 두 개의 위치들, 즉 광학 이미지의 이미지 포인트 및 측정 위치에서의 이미지 포인트 사이에서만 발생한다.
본 발명은 도면들을 참조하여 예시적인 실시예를 바탕으로 이후에 보다 상세히 기술된다.
도 1은 측정 장치 단면의 개략적인 도면이다.
도 2는 3개의 다른 좌표 시스템들에서 등변 삼각형의 개략적인 도면이다.
도 3은 탐침 스캐너의 경우 각도 및 오프셋을 캘리브레이트하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 측정 팁 및 기준 포인트를 가진 캔틸레버의 광학 이미지이다.
도 5는 측정 팁 및 기준 포인트를 가진 캔틸레버의 추가 광학 이미지이다.
도 6은 캔틸레버를 가진 다른 광학 이미지이다.
도 7은 시퀀스 도면이다.
도 8은 측정 시스템의 개략적인 도면이다.
도 1은 다양한 좌표 시스템들을 가진 측정 장치의 섹션의 단면을 개략적으로 도시한다. 좌표 시스템(Σ1)은 검사될 측정 샘플(10)에 할당된다. 추가 좌표 시스템(Σ2)은 홀딩 장치(2)에 홀딩되고 측정 샘플(10)의 스캐닝 탐침 현미경 검사를 위하여 구성되는 측정 탐침(20)에 할당된다. 다른 관찰 모드에 따라, 공통 좌표 시스템은 또한 측정 샘플(10) 및 측정 탐침(20)을 가진 장치에 할당될 수 있다. 두 개의 좌표 시스템(Σ1,Σ2) 중 하나는 측정 탐침(20) 및/또는 측정 샘플(10)이 서로에 관련하여 위치를 결정하는 동안 이동되는 각각의 경우에 따라 관찰자(3)에 관련하여 이동되지 않는다. 예시 및 간략화된 방식으로, 관찰자(3)는 측정 샘플(10)의 광학 이미지들을 기록하기 위한 시스템을 형성하는 렌즈(30) 및 CCD 칩(1)으로 도시된다. 다른 좌표 시스템(Σ3)은 관찰자(3)에 할당된다.
도 2는 3개의 다른 좌표 시스템들에서 등변 삼각형의 개략적인 도면을 도시한다. 도 2에서 참조 번호(41)로 표시된 등변 삼각형은 SPM 이미지(상부 그림), 광학 이미지(중앙 그림)뿐 아니라 추가의 광학 이미지(하부 그림)에 도시된 가정된 검사 물체를 형성한다.
적어도 광학 이미지 및 스캐닝 탐침 현미경(SPM-이미지)의 측정 결과들의 이미지가 형성되도록, 삼각형(41)이 광학 검사뿐 아니라 스캐닝 탐침 현미경에 의해 검사될 수 있는 실제 구조인 것을 가정하여, 도 2의 상부 그림은 측정 탐침 및 측 정 샘플이 서로에 관련하여 이동되는 캘리브레이트된 이동 장치로 인해, 등변 삼각형(41)이 도시되는 경계 라인들의 도움으로 표시되는 스캔 크기를 가진 SPM 이미지(40)를 도시한다. 간략화를 위하여 SPM 이미지(40)의 중앙과 동일한 위치에 있는 등변 삼각형(41)의 중앙에 기점(42)이 있다.
도 2의 중앙 그림에서, 등변 삼각형(41)의 광학 이미지(43)는 광학 이미지 에러들이 없는 경우로 도시된다. 이 경우 각도(45) 만큼 삼각형(41)을 회전시키고 이미지의 중앙에 다시 광학 이미지(43)의 기점(47)에 관련하여 삼각형(41)의 중앙점을 포인트(46)로 이동시킨다.
도 2의 하부 그림에서, 삼각형(41)의 추가 광학 이미지(48)는 도시되고, 여기서 광학 왜곡들은 이런 광학 기록과 함께 발생한다. 회전 또는 병진운동 형태의 간단한 변환이 도 2의 하부 그림에서 추가 광학 이미지로부터의 삼각형 및 도 2의 상부 그림에서 SPM 이미지(40)의 삼각형 사이의 합치를 설정하기에 불충분하다는 것은 명백하다.
도 3은 스캐닝 탐침 현미경의 스캐닝 장치에 의해 각도 및 오프셋의 캘리브레이션을 위한 개략적인 도면이다. 스캐닝 장치의 도움으로, 측정 탐침 측정 샘플은 스캐닝 탐침 현미경 검사 동안 서로에 관련하여 이동된다. 캔틸레버(200)로서 실행되는 측정 탐침의 광학 이미지(32)는 CCD-칩(31)에 의해 기록되는 것으로 도시된다. 캔틸레버(200)는 기준 포인트(220)를 형성하는 팁을 가진 피라미드 모양 측정 팁(210)을 가진다. 이런 경우 간략화를 위하여, 다음 도면들에서 캔틸레버(200)의 전면 부분만이 도시된다. 벡터(51)를 통한 이동에 의해, 캔틸레버(200) 는 점선들(250,260,270)의 도움으로 도시되는 변화된 위치에 도달한다. 광학 이미지(32) 상 기준 포인트(220,270)의 위치에 의해, 광학 이미지(32)의 변환(병진 운동 및 회전)은 지금 기준 공간으로, 즉 캔틸레버(200) 및 검사될 측정 샘플을 가진 장치에 할당된 좌표 시스템에 할당된 좌표 시스템으로 수행될 수 있다. 그 다음 이것은 만약 광학 이미지(32)가 도시된 스캐닝 탐침 현미경 측정의 목표된 해상도보다 많이 왜곡되지 않으면 충분히 정확하다.
도 4는 측정 샘플(10)이 이동되기 때문에 정지된 측정 팁(210) 및 기준 포인트(220)를 가진 캔틸레버(200)의 추가의 광학 이미지(33)를 도시한다. 측정 샘플(2)의 가시적 부분은 벡터(52)에 의한 기준 이동에 의해 새로운 위치(4,5)로 전사되는 특수한 포인트(3)를 포함한다. 상기된 이상적인 경우는 여기에 도시되고 여기서 특정 포인트(5)는 기준 포인트(220)와 정확하게 일치하고, 즉 상호작용할 수 있는 캔틸레버(200)의 팁과 일치한다. 기준 포인트(220)의 위치들 및 특정 포인트(3,5)에 의해, 기준 공간으로 추가 광학 이미지(33)의 변환(병진 운동 및 회전)은 다시 수행될 수 있다.
도 5는 도 4와 같은 상황의 광학 이미지(34)를 다시 도시하지만, 특정 포인트(3)는 벡터(53)에 의한 기준으로부터 여기서 기준 포인트로서 사용하는 캔틸레버(200)의 모서리(23)에 대한 새로운 위치로 이동된다. 만약 벡터(54)가 공지되었다면, 도 4와 관련하여 기술된 좌표 변환들은 또한 여기서 가능하다.
도 6은 CCD-칩(31)에 의해 기록된 캔틸레버(200)를 가진 다른 광학 이미지(35)를 도시한다.
기준 포인트(220)는 하나의 기준으로부터 점선으로 도면에 표시된 9개의 다양한 위치들로 성공적으로 이동된다. 이들 위치들은 4개의 모서리들, 4개의 측면 중앙 포인트들 및 사각형의 중앙 포인트가 있다. 이들 포인트들은 동일한 거리를 가진 3개의 평행한 교차 포인트들, 및 동일한 거리를 가지며 상기 평행한 교차 포인트들에 대해 직교하는 3개의 평행한 포인트들이다. 광학 이미지(35)에서 수직 라인들(330)은 현재 서로 더 이상 평행하지 않고, 수평 라인들(340)은 또한 더 이상 평행하지 않다. 따라서, 측정 위치들(51,...,59)은 또한 예상된 바와 같이 더 이상 사각형으로 배열되지 않는다. 상기 포인트들의 위치는 기준 공간 및 추후 원자력 현미경의 좌표 시스템으로 다른 광학 이미지(35)의 변환에 대한 변환 명령의 계산을 허용한다. 다른 포인트 배열은 또한 선택될 수 있다. 일반적으로 만약 광학 이미지의 기록을 위한 광학부가 실질적으로 변화하지 않으면 한번 얻어진 변환 명령은 유지된다. 따라서, 측정 샘플을 대략적으로 조절하고 동일한 변환을 새로운 광학 이미지에 적용하는 것은 가능하다. 캔틸레버(200)가 기준 자체를 제외하고 임의의 형태로 이동되는 경우에서, 평면 변환은 상기된 방법에 따라 수행되어야 한다.
도 7은 상기 방법을 설명하기 위한 시퀀스 도면을 도시한다.
무엇보다도, 광학 이미지 내에서 측정 탐침(20)을 볼 수 있는지를 발견하기 위하여 부분 단계(60)에 따른 검사가 수행된다. 만약 광학 이미지 내에서 측정 탐침(20)이 보여지면, 부분 단계(61)의 검사는 이것이 스캐닝 탐침 현미경 검사에서 측정 탐침(20)의 모든 계획된 측정 위치들에 대한 경우인지를 발견하기 위하여 수 행된다. 만약 이런 조건이 충족되면, 실제 스캐닝 탐침 현미경 측정은 바로 시작될 수 있다.
만약 상기된 두 개의 조건들 중 하나가 충족되지 못하면, 측정 탐침(20)의 상대적 이동은 부분 단계(80)에 따라 대략적인 이동의 지원을 통해 수행되고, 부분 단계(61)는 다시 수행된다. 여기서 간략한 방식으로 측정 탐침(20)이 디스플레이된 광학 이미지에서 볼 수 있을 때까지 시간 기간 동안 제 1 이동이 수행되어, 부분 단계(60)로의 리턴은 필요하지 않다는 것이 가정된다.
대체로 이동 장치는 바람직하게 스캐닝 탐침 현미경 검사 동안 한편으로는 정확하고 고해상도 스캐닝 이동이 예를들어 피에조 엘리먼트들을 가진 미세 이동 메카니즘으로 수행될 수 있도록 실행될 수 있다. 이 경우 채택된 미세 이동 메카니즘의 위치 결정 정확도는 일반적으로 서브마이크로미터 범위, 바람직하게 나노미터 범위에 놓인다. 다른 한편, 측정 탐침 및 측정 샘플 리셉터클(receptacle)은 예를들어 사전 캘리브레이션을 위하여 채택된 광학 이미지들을 측정 탐침을 외부로 이동시키기 위하여 대략적인 이동 메카니즘을 사용하여 서로에 관련하여 대략적으로 이동될 수 있다.
지금, 및 캘리브레이션 목적을 위한 부분 단계(81)에 따라, 광학 이미지는 바람직하게 전자 디지털 데이터 형태로 기록 및 저장된다. 부분 단계(62)에서 좌표 변환에 의해 수행될 캘리브레이션에 이용할 수 있는 충분한 양의 광학 이미지들이 있다는 것을 발견하기 위하여 검사가 수행된다. 예를들어, 광학 이미지들의 수는 만약 미리 결정된 수의 측정 위치들이 측정 탐침으로 접근되었고 관련 광학 이 미지가 기록되었다면 충분할 수 있다. 만약 상기 경우에 해당하지 않으면, 측정 탐침(20)은 부분 단계(82)에 따라 이동되고, 부분 단계(81)에서 광학 이미지는 새로 기록된다.
만약 부분 단계(62)에서의 검사가 양의 결과를 유도하면, 광학 이미지에서 대응하는 이미지 포인트는 각각의 측정 탐침 위치에 대한 적당한 알고리듬에 의해 부분 단계(83)에 따라 결정되고, 여기서 상기 이미지 포인트는 바람직한 실시예를 가진 측정 탐침에서 형성된 측정 팁과 동일한 위치를 가진다. 이것은 상기된 바와 같이 공지된 이미지 처리 방법들로 수행될 수 있다. 대안으로서, 사용자는 측정 탐침(20)상의 적어도 하나의 위치를 선택할 수 있다. 또한 자동 또는 부분 자동 검사를 위하여 부분 단계(62)와 관련된 부분 단계(83)에서 수행되는 알고리듬을 사용하는 것은 구상될 수 있다.
만약 대향 거리들이 정확하게 공지된 광학 이미지의 이미지 스캐닝이 있다면, 좌표 변환 조절은 광학 이미지를 측정 탐침(20)의 시프팅 이동부로 이미지화하는 부분 단계(84)에 따라 얻어질 수 있다. 좌표 변환은 광학 이미지들의 독점 사용 하에서 스캐닝 탐침 현미경 검사 수행 전에 사전 캘리브레이션에서 추후 결정된다.
측정 탐침(20)의 측정 팁이 적당하고 정확하게 배치되는 경우, 두 개의 좌표 시스템들의 기점, 즉 광학 이미지의 좌표 시스템 및 측정 샘플과 대향하는 측정 탐침의 이동 위치들에 대한 좌표 시스템은 동일하게 선택될 수 있다.
이런 방식으로 얻어진 좌표 변환으로, 부분 단계(85)에 따른 광학 이미지의 도시는 디스플레이 장치상 윈도우에서 실행되고, 또한 이 윈도우의 영역을 선택하기 위하여 실행되고, 그 다음 스캐닝 탐침 현미경법에 의한 이미지는 기록된다. 또한 광학 이미지의 단지 하나의 이미지 포인트만이 힘-거리-분광학을 위하여 선택되는 것이 구상될 수 있다. 그 다음 스캐닝 탐침 현미경 검사의 측정 결과들은 디스플레이 장치상 윈도우에 디스플레이될 수 있다. 이것과 관련하여 다른 컬러들을 다양한 이미지들에 할당하는 것은 구상될 수 있다. 게다가, 적어도 부분적으로 투명한 이미지들은 채택될 수 있다.
만약 측정 탐침(20)의 광학 이미지가 기록되고 만약 참조 항목들이 광학 이미지뿐 아니라 스캐닝 탐침 현미경 이미지 모두에서 식별할 수 있으면, 부분 단계(63)의 검사는 이전에 결정된 좌표 변환이 충분하였는지를 발견하기 위하여 수행될 수 있다. 만약 이것이 충분한 경우가 아니면, 비반복 및 미러 수정은 부분 단계(86)에 따라 수행된다. 만약 수정이 필요하지 않으면, 상기 처리는 측정 샘플이 부분 단계(87)로 이동될 때까지 부분 단계(85)로 계속된다. 이 경우 검사는 좌표 시스템(Σ1)의 이동을 의미하는 측정 샘플의 이동이 광학 이미지의 기록을 위한 광학부들의 변경을 유발하는지를 발견하기 위하여 부분 단계(64)에 따라 수행된다. 만약 이것이 변경이 유발되면, 캘리브레이션은 다시 수행되고 광학 이미지들은 부분 단계(81)에 따라 기록된다. 만약 부분 단계(64)의 검사가 무시할 수 있고, 예를들어 이미지 기록 광학부들의 커버 유리 또는 다른 일반적인 어셈블리 그룹들에 대한 경우이면, 이전 광학 이미지는 부분 단계(85)에서 새로운 광학 이미지로 대체 될 수 있다. 이 경우, 라이브 이미지가 배경에 도시될 수 있다는 것이 구상될 수 있다.
도 8은 스캐닝 탐침 현미경(9) 및 스캐닝 탐침 현미경(90)으로 검사될 측정 샘플의 섹션들의 광학 이미지들을 기록하기 위하여 구성된 기록 장치(91)를 가진 측정 시스템의 개략적인 도면을 도시한다. 이런 기록 장치(91)는 예를들어 CCD 카메라가 장착된 현미경일 수 있다. 디스플레이 장치(92)는 기록 장치(91)의 도움으로 기록된 광학 이미지들을 디스플레이하기 위하여 구성된 컴퓨터와 관련된 기록 장치(91)에 결합된, 예를들어 스크린 또는 모니터이다. 게다가, 디스플레이 장치(92)는 스캐닝 탐침 현미경 검사의 측정 결과들을, 즉 예를들어 동일한 좌표 시스템에서 스캐닝 탐침 현미경의 이미지 및 광학 이미지를 중첩하는 표현 형태로 도시하기 위하여 설정된다. 디스플레이 장치(92)는 제어 장치(93)에 결합되어, 스캐닝 탐침 현미경(90) 또는 기록 장치(91)에 선택적으로 통합될 수 있는 입력 장치(94)의 지원부를 사용하여, 사용자는 디스플레이된 광학 이미지들의 수행된 위치 선택을 검출할 수 있다. 제어 장치(93)는 예를들어 컴퓨터 프로그램에 의해 형성된다. 입력 장치는 컴퓨터 마우스 또는 키보드이다. 스캐닝 탐침 현미경 검사 동안, 제어 장치(93)는 추후 측정 샘플 및 측정 탐침을 대응하여 배치하기 위하여 스캐닝 탐침 현미경(90)의 이동 장치로 전송된 전기 제어 신호들을 생성한다.
이런 상세한 설명, 청구항들 및 도면들에서 개시된 본 발명의 특징들은 특히 다양한 실시예에서 본 발명의 구현을 위하여 개별적으로 및 임의의 결합일 수 있다.
Claims (12)
- 스캐닝 탐침 현미경, 특히 원자력 현미경을 가진 측정 시스템을 동작시키는 방법으로서,검사될 측정 샘플의 측정 섹션의 기록된 광학 이미지는 광학 기록 장치의 지원으로 디스플레이 장치상에 디스플레이되고,광학 이미지 내에서 위치의 선택은 검출되고, 및스캐닝 탐침 측정을 위하여, 스캐닝 탐침 측정을 위하여 구성된 측정 탐침은 측정 탐침 및 측정 샘플을 서로에 관련하여 이동시키는 이동 장치에 의해, 좌표 변환에 따라 이동 장치를 제어함으로써 좌표 변환에 따라 광학 이미지의 선택된 위치에 할당된 측정 위치로 이동되고,좌표 변환으로, 광학 이미지의 좌표 시스템 및 측정 탐침과 측정 샘플의 이동에 의해 커버되는 공간의 좌표 시스템 사이의 미리 결정된 할당은 형성되고, 이동 위치들은 측정 위치를 포함하는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 1 항에 있어서, 측정 위치로 이동 동안 측정 위치로 오게되는 측정 탐침 상에 형성된 측정 팁에 의한 측정 위치를 위한 스캐닝 탐침 측정값은 검출되는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측정 탐침은 디스플레이 장치상에 적어도 부분적으로 광학 이미지로 디스플레이되는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 이미지의 측정 섹션은 측정 탐침없이 디스플레이되는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 순간 광학 기록은 라이브 동작 모드에서 광학 이미지로서 디스플레이되는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 스캐닝 탐침 측정 값들을 가진 적어도 하나의 스캐닝 탐침 측정 이미지는 좌표 변환에 따라 광학 이미지 및 스캐닝 탐침 측정 이미지의 적어도 부분적으로 중첩 표현으로 선택적으로 도시되는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 장치상에 측정 섹션의 광학 이미지 표현은 반복적으로 갱신되는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 좌표 변환은 한편으로 하나 또는 몇몇 광학 이미지들로부터 하나 또는 몇몇 이미지 포인트들을 비교하고, 다른 한편으로 서로에 관련하여 측정 탐침 및 측정 샘플 배열의 대응 측정 위치들을 비교함으로써 결정되고, 이로부터 일반화된 변환 룰이 유도되는,측정 시스템 동작 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 하나 또는 몇몇의 광학 이미지들은 형광 이미지, 배경 조명 이미지 및 라만 스펙트럼 분석 이미지를 포함하는 이미지 타입의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 이미지 타입으로서 기록되는,측정 시스템 동작 방법.
- 스캐닝 탐침 현미경 및 측정 샘플의 광학 검사를 위한 측정 시스템으로서,측정 탐침이 형성된 스캐닝 탐침 현미경,스캐닝 탐침 측정 구조 내에서 측정 탐침에 의한 검사 중 측정 샘플의 측정 섹션들의 광학 이미지들을 기록하기 위해 구성된 기록 장치,광학 기록 장치에 결합되고 광학 이미지들을 디스플레이하기 위하여 구성된 디스플레이 장치,검사 중에 서로에 관련하여 측정 탐침 및 측정 샘플을 이동시키기 위하여 구성된 이동 장치, 및이동 장치에 결합되고 디스플레이 장치에 디스플레이되는 광학 이미지의 위치 선택의 검출 후 스캐닝 탐침 측정을 위한 이동 장치에 대한 제어 신호들을 생성하기 위하여 구성된 제어 장치를 가지며, 상기 측정 탐침은 좌표 변환에 따라 광학 이미지에서 선택된 위치에 할당된 측정 위치로 이동되고, 좌표 변환으로 인해, 광학 이미지의 좌표 시스템, 및 측정 탐침과 측정 샘플의 이동 위치들에 의해 커버된 공간의 좌표 시스템 사이의 사전 결정 할당은 형성되는,측정 시스템.
- 제 10 항에 있어서, 상기 스캐닝 탐침 현미경은 원자력 현미경, 스캐닝 근접장 현미경 또는 스캐닝 광자 현미경인,측정 시스템.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 제어 장치는 사전 캘리브레이션 처리시 광학 이미지의 좌표 시스템, 및 측정 탐침과 측정 샘플의 이동 위치들에 의해 커버되는 공간의 좌표 시스템 사이의 할당을 검출하기 위하여 구성되는,측정 시스템.
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