KR20110111009A - 시료 검사장치 및 그 시료 검사방법 - Google Patents

시료 검사장치 및 그 시료 검사방법 Download PDF

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Abstract

탐침과 시료 사이에 전기장을 생성시켜 정전기력을 유도하면서 시료를 고속으로 스캔하고 이 정전기력에 의한 캔틸레버의 진동 변위 변화로부터 시료의 표면 형상을 생성하여 표시함으로서 시료의 표면에 손상을 입히지 않으면서도 시료의 결함을 빠르고 정밀하게 검사하는 시료 검사장치 및 그 시료 검사방법을 개시한다.

Description

시료 검사장치 및 그 시료 검사방법{APPARATUS FOR INSPECTING SAMPLE AND CONTROL METHOD THE SAME}
본 발명은 시료 검사장치 및 그 시료 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료의 표면 형상을 영상화하여 시료의 결함을 검사하는 시료 검사장치 및 그 시료 검사방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치의 고집적화 및 고성능화를 이루기 위해서는 시료 일예로, 웨이퍼(Wafer)상에 박막 패턴을 정확하게 형성하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해서는 웨이퍼에 박막 패턴이 정확하게 형성되었는지를 판별하는 검사 공정이 필요하다. 예를 들어 패턴 공정을 통해 웨이퍼에 형성된 패턴 상에 파티클(particle) 또는 스크래치(micro scratch) 등과 같은 결함(Defect)이 발생할 수 있으며, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 통해 웨이퍼에 형성된 패턴 상에도 결함이 발생할 수 있다.
웨이퍼의 결함을 검사하기 위해서 주로 사용하는 장치는, 전자빔(Electron beam)을 이용한 웨이퍼 검사 장치와, 광학 시스템(Optical system)을 이용한 웨이퍼 검사 장치이다.
먼저, 전자빔(Electron beam)을 이용한 웨이퍼 검사 장치의 웨이퍼 검사 과정을 살펴보면, 먼저, 웨이퍼를 챔버 내의 스테이지 위에 올려놓고 척으로 고정한 후 진공 펌프를 동작시켜서 챔버 내부를 진공 상태로 만든다. 스캐너에 부착된 전자빔 칼럼으로 전자빔을 웨이퍼에 비추면서 스캔한다. 검출기를 이용하여 웨이퍼와 전자빔 사이의 상호 작용에 의한 2차 전자를 검출한다. 영상처리기를 이용하여 검출기에 의해 검출된 2차 전자 검출 신호를 영상화한다. 표시기를 통해 영상 처리기의 신호를 받아서 웨이퍼의 결함을 표시한다.
다음으로, 광학 시스템(Optical system)을 이용한 웨이퍼 검사 장치의 웨이퍼 검사 과정을 살펴보면, 웨이퍼를 스테이지 위에 올려놓고 척으로 고정한 후 스캐너어 부착된 광학 시스템으로 웨이퍼를 스캔한다. 영상 처리기가 광학 시스템의 신호를 영상화 한다. 표시기가 영상 처리기의 신호를 받아서 웨이퍼의 결함을 표시한다.
전자빔을 이용한 웨이퍼 검사 장치는 전자빔의 물리적인 특성상 진공 상태에서 동작시켜야 하며, 전자빔을 웨이퍼 표면에 비추면서 스캔하여 웨이퍼 표면을 파괴하여 방출되는 2차 전자를 검출한다. 따라서, 이 장치는 웨이퍼를 챔버에 넣고 진공 펌프를 동작시켜서 챔버 내부를 진공 상태로 만들어야 하는 문제점이 존재하고, 이로 인해 웨이퍼의 검사 시간에 영향을 미치게 된다. 또한, 전자빔이 웨이퍼 표면을 파괴하므로 웨이퍼가 손상될 수 있는 문제점이 존재한다.
또한, 광학 시스템을 이용한 웨이퍼 검사 장치는 광학 시스템의 물리적인 특성상 웨이퍼의 결함을 검출할 수 있는 분해능의 한계가 존재하기 때문에, 웨이퍼의 미세한 결함을 검출하지 못하는 문제점이 존재한다.
본 발명의 일 측면은 시료의 표면에 손상을 입히지 않으면서도 시료의 결함을 빠르고 정밀하게 검사하도록 시료의 표면 형상을 측정하는 시료 검사장치 및 그 시료 검사방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 시료를 제조할 때 시료를 구성하는 물질들이 균일하게 분포하는지를 검사하도록 시료의 표면 전위 혹은 전기 용량을 측정하는 시료 검사장치 및 그 시료 검사방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 시료 검사장치는 탐침와, 상기 탐침이 마련되며, 상기 탐침과 시료 간에 유도되는 정전기력에 의해 진동 변위가 변하는 캔틸레버와, 상기 캔틸레버의 진동 변위를 측정하는 변위센서와, 상기 캔틸레버를 진동시키는 구동기와, 상기 캔틸레버를 상기 시료 스캔방향으로 진동시키는 수정 발진자 스캐너와, 상기 정전기력을 유도하도록 상기 탐침 및 시료에 전압을 공급하는 전압공급기와, 상기 구동기 및 수정 발진자 스캐너를 구동시켜 상기 시료를 스캔하고, 상기 시료를 스캔할 때 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위에 따라 상기 시료의 표면 형상을 생성하는 작동을 제어하는 제어기를 포함한다.
또한, 상기 제어기는 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 형상에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제1 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 록 인(Lock-in) 증폭기로부터 출력된 상기 캔틸레버의 진폭과 위상으로부터 상기 시료의 표면 형상을 생성하는 것을 포함한다.
또한, 상기 제어기에 의해 생성된 상기 시료의 표면 형상을 표시하는 표면 형상 표시기를 포함한다.
또한, 상기 제어기는 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 전위에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제2 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제2 록 인(Lock-in) 증폭기로부터 출력된 상기 캔틸레버의 진폭과 위상으로부터 상기 시료의 표면 전위를 생성하는 것을 포함한다.
또한, 상기 시료의 전기 용량에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제3 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제3 록 인(Lock-in) 증폭기로부터 출력된 상기 캔틸레버의 진폭과 위상으로부터 상기 시료의 전기 용량을 생성하는 것을 포함한다.
또한, 상기 구동기는 상기 캔틸레버를 Z축 방향으로 진동시키고, 상기 수정 발진자 스캐너는 상기 캔틸레버를 Y축 방향으로 진동시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 수정 발진자 스캐너를 X축,Y축 및 Z축으로 이동시키고, Z축 방향으로 회전시키는 메인 스캐너를 포함하고, 상기 시료를 스캔할 때 상기 메인 스캐너를 상기 X축 방향으로 이동시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 시료를 X축,Y축 및 Z축으로 이동시키고, Z축 방향으로 회전시키는 스테이지를 포함하고, 상기 시료를 스캔할 때 상기 스테이지를 상기 X축 방향으로 이동시키는 것을 포함한다.
또한, 상기 수정 발진자 스캐너를 상기 메인 스캐너에 부착하는 기구물을 포함한다.
또한, 상기 캔틸레버는 상기 시료와 물리적으로 접촉할 경우 전기적인 단락을 방지하도록 표면이 절연 산화막으로 둘러싸인 것을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 시료 검사장치는 탐침과, 상기 탐침이 마련되며, 상기 탐침과 시료 간에 유도되는 정전기력에 의해 진동 변위가 변하는 캔틸레버와, 상기 캔틸레버의 진동 변위를 측정하는 변위센서와, 상기 캔틸레버를 진동시키는 구동기와, 상기 캔틸레버를 상기 시료 스캔방향으로 진동시키는 수정 발진자 스캐너와, 상기 정전기력을 유도하도록 상기 탐침 및 시료에 전압을 공급하는 전압공급기와, 상기 구동기 및 수정 발진자 스캐너를 구동시켜 상기 시료를 스캔하고, 상기 시료를 스캔할 때 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위에 따라 상기 시료의 표면 형상, 표면 전위 및 전기 용량을 생성하는 작동을 제어하는 제어기를 포함한다.
또한, 상기 제어기는 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 형상에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제1 록 인(Lock-in) 증폭기와, 상기 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 전위에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제2 록 인(Lock-in) 증폭기와, 상기 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 전기 용량에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제3 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함한다.
또한, 상기 제어기는 상기 제1 록 인(Lock-in) 증폭기의 출력신호에 따라 상기 시료의 표면 형상을 생성하고, 상기 제2 록 인(Lock-in) 증폭기의 출력신호에 따라 상기 시료의 표면 전위를 생성하고, 상기 제3 록 인(Lock-in) 증폭기의 출력신호에 따라 상기 시료의 전기 용량을 생성하는 것을 포함한다.
또한, 상기 제어기의 제어신호에 따라 상기 시료의 표면 형상, 표면 전위 및 전기 용량을 표시하는 표시기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 시료 검사방법은 시료와, 캔틸레버에 마련된 탐침에 전압을 공급하고, 상기 캔틸레버를 일정한 진동 변위로 진동시키고, 상기 캔틸레버를 상기 시료 스캔방향으로 진동시키는 수정 발진자 스캐너를 이용하여 상기 시료를 스캔하고, 상기 시료를 스캔할 때 상기 캔틸레버의 진동 변위를 측정하고, 상기 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 근거로 하여 상기 시료의 표면 형상을 생성하고, 상기 생성된 표면 형상을 표시하는 것을 포함한다.
또한, 상기 시료를 스캔하는 단계는, 상기 시료를 스캔하기 전에, 상기 수정 발진자 스캐너를 통해 상기 캔틸레버를 상기 시료와 평행한 방향으로 진동시키고, 상기 캔틸레버의 상기 시료와 평행한 방향으로의 진동변위를 측정하고, 상기 측정된 진동변위가 미리 설정된 변위에 도달하도록 상기 수정 발진자 스캐너의 진동 변위를 조절하는 것을 포함한다.
또한, 상기 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 근거로 하여 상기 시료의 표면 전위를 생성하고, 상기 생성된 표면 전위를 표시하는 것을 포함한다.
또한, 상기 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 근거로 하여 상기 시료의 전기 용량을 생성하고, 상기 생성된 전기 용량을 표시하는 것을 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 측면에 따르면, 탐침과 시료 사이에 전기장을 생성시켜 정전기력을 유도하면서 시료를 고속으로 스캔하고 이 정전기력에 의한 캔틸레버의 진동 변위 변화로부터 시료의 표면 형상을 생성하여 표시함으로서 시료의 표면에 손상을 입히지 않으면서도 시료의 결함을 빠르고 정밀하게 검사할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자빔을 이용한 시료 검사방식에 비해서 일반 대기 환경에서 동작하므로 진공 펌프와 진공 챔버가 필요 없고 진공 환경을 만드는데 필요한 시간을 없앨 수 있으며, 시료 검사시에 전자빔을 사용하지 않기 때문에 시료를 손상시키지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 광학 시스템을 이용한 시료 검사방식에 비해서 광학 시스템의 시료 결함 검출 분해능의 한계를 극복할 수 있으므로 시료의 미세한 결함까지도 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전자빔을 이용한 시료 검사방식과 광학 시스템을 이용한 시료 검사방식에 비해서 시료의 표면 전위와 전기 용량을 영상화 할 수 있기 때문에 시료를 제조할 때 시료를 구성하는 물질들이 시료에 균일하게 분포하는지를 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 검사장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시료 검사장치에서 시료를 스캔하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시료 검사장치에서 시료를 다른 방법으로 스캔하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시료 검사장치의 시료 검사방법에 대한 제어흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 검사장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시료 검사장치는 스테이지(101), 제진대(Isolator)(102), 척(Chuck)(103), 탐침(Tip)(104), 캔틸레버(Cantilever)(105), 전압공급기(106), 수정 발진자 스캐너(Quartz resonator scanner)(107), 메인 스캐너(108) 및 캔틸레버 고정기(Cantilever fixing module)(109)를 포함한다.
스테이지(101)는 측정대상인 시료(130)를 X축, Y축 및 Z축으로 이송 가능하고 Z축 방향으로 회전시킬 수 있다.
제진대(102)는 스테이지(101)의 하부에 마련되어 스테이지(101)의 진동을 제어한다.
척(103)은 시료(130) 고정기로서, 스테이지(101)의 상부에는 마련되어 시료(130)를 스테이지(101)에 고정한다. 척(103)은 시료(130)와의 정전기력(Electrostatic force)을 이용하여 시료(130)를 고정하는 정전 척(Electrostatic chuck) 또는 시료(130)와 맞닿는 부분의 공기를 흡입하여 시료(130)를 고정하는 진공 척(Vacuum chuck) 또는 기계적인 고정 장치인 클립(Clip)과 같이 시료(130)를 스테이지(101)에 고정하는 것을 포함한다.
탐침(104)은 척(103)에 놓인 시료(130)와의 정전기력(Electrostatic force)과 반데르 발스력(van der Waals force)을 유도한다. 탐침(104)이 시료(130)의 표면에 근접하면 탐침(104) 끝의 원자와 시료(130) 표면의 원자들 사이에 상호 작용력이 생겨 탐침(104)과 연결된 캔틸레버(105)가 아래위로 휜다. 이러한 상호 작용력을 반데르 발스 력(Van der Waals force)이라 한다.
캔틸레버(105)는 자유단에 탐침(104)이 부착되고 시료(130)와의 정전기력과 반데르 발스력에 의해 구동 변위 및 구동 주파수가 변한다. 탐침(104)과 캔틸레버(105)는 1개 혹은 다수 개일 수 있다.
캔틸레버(105)는 캔틸레버(105)를 진동시키는 구동기(110)와, 캔틸레버(105)의 진동 변위 측정이 가능하게 마련된 변위센서(118)를 포함한다. 구동기(110)는 예를 들면, 캔틸레버(105)를 Z축 방향으로 진동시킨다. 변위센서(118)는 예를 들면, 캔틸레버(105)의 Z축 방향으로 진동 변위를 측정한다. 이하에서는 설명의 편의상 구동기(110)를 Z축 구동기로, 변위센서(118)를 Z축 변위센서로 한정하여 설명한다.
Z축 구동기(110)는 피에조 구동기(Piezoelectric actuator) 또는 열적 구동기(Thermal actuator)를 포함하며, 캔틸레버(105)를 Z축 방향으로 고속으로 진동시킨다. 피에조 구동기는 전압을 인가하면 구동 변위가 변하는 피에조 물질을 이용한 구동기이며, 열적 구동기는 열팽창 계수가 다른 물질에 전압을 인가하면 바이메탈 효과(Bimetal effect)에 의해 구동 변위가 변하는 바이메탈 물질을 이용한 구동기이다.
Z축 변위센서(118)는 피에조 저항 센서(Piezo resistive sensor)를 포함한다. 피에조 저항 센서는 피에조 물질의 변위가 변함에 따라 피에조 물질의 저항이 변하는 센서이다. 캔틸레버(105)의 피에조 구동기 또는 열적 구동기에 전압이 공급되면, 캔틸레버(105)는 +Z축과 -Z축을 왕복하면서 진동하게 된다. 캔틸레버(105)가 진동하면 피에조 저항 센서의 저항 값이 변한다. 따라서, 피에조 저항 센서의 출력 변화를 감지함으로서 캔틸레버(105)의 구동 변위를 측정할 수 있다.
캔틸레버(105)와 시료(130)가 물리적으로 접촉할 경우 캔틸레버(105)와 시료(130)간의 전기적인 단락(Electrical short)을 방지하기 위해서, 캔틸레버(105)의 표면은 절연 산화막(Insulating oxide layer)으로 둘러싸여 있다.
한편, 캔틸레버(105)의 Z축 구동기(110) 대신에 캔틸레버(105)와 수정 발진자 스캐너(107)사이에 마련되어 캔틸레버(105)를 Z축 방향으로 고속 진동시키는 피에조 모터를 포함할 수 있다.
전압공급기(106)는 시료(130)와 캔틸레버(105) 사이에 정전기력을 생성시키기 위해서 시료(130)와 캔틸레버(105)에 전압을 공급한다.
수정 발진자 스캐너(107)는 Y축으로 수 MHz급 속도로 고속 구동이 가능한 수정 발진자를 이용하여 시료(130)를 Y축으로 고속으로 스캔한다.
메인 스캐너(108)는 수정 발진자 스캐너(107)를 X축, Y축 및 Z축으로 움직이고, Z축 방향으로 회전시킬 수 있으며 시료(130)을 스캔한다.
캔틸레버 고정기(109)는 수정 발진자 스캐너(107)의 하부에 마련되어 캔틸레버(105)를 고정시킨다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 시료(130) 검사장치는 수정 발진자 스캐너용 전압공급기(111), 수정 발진자 스캐너용 전류측정기(112), 메인 스캐너용 앰프(113), 메인 스캐너용 변위측정기(114), 수정 발진자 스캐너용 변위측정기(115), 조동 접근 시스템(116)(Coarse approach system), 광학 시스템(Optical system)(117), 조동 접근 시스템용 앰프(119), 스테이지용 앰프(120), 캔틸레버 변위센서용 앰프(121), 캔틸레버 구동기용 앰프(122), 시료 표면 형상 록 인(Lock-in) 증폭기(123), 시료 표면 형상 표시기(124), 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125), 시료 표면 전위 표시기(126), 시료 전기 용량 록 인(Lock-in) 증폭기(127), 시료 전기 용량 표시기(128), 광학 영상 표시기(129), 보(131), 기둥(132), 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)을 포함한다.
수정 발진자 스캐너용 전압공급기(111)는 수정 발진자 스캐너(107)를 고속으로 구동하기 위해서 수정 발진자 스캐너(107)의 수정 발진자에 전압을 공급한다. 수정 발진자 스캐너용 전압공급기(111)가 수정 발진자 스캐너(107)의 수정 발진자에 전압을 공급하면, 수정 발진자는 +Y축과 -Y축을 왕복하면서 수 MHz급 속도로 고속으로 구동하기 때문에 수정 발진자 스캐너(107)가 Y축 방향으로 고속으로 진동한다.
수정 발진자 스캐너용 전류측정기(112)는 수정 발진자 스캐너(107)가 구동하면서 발생하는 전류를 측정한다.
메인 스캐너용 앰프(113)는 메인 스캐너(108)를 X축, Y축 및 Z축으로 구동하고 Z축 방향으로 회전시키기 위해서 메인 스캐너(108)에 전압을 공급한다.
메인 스캐너용 변위측정기(114)는 메인 스캐너(108)의 X축, Y축 및 Z축 구동 변위와 Z축 방향 회전 변위를 측정한다.
수정 발진자 스캐너용 변위측정기(115)는 수정 발진자 스캐너(107)의 Y축 구동 변위를 측정한다.
조동 접근 시스템(116)은 모터와 기어를 구비하고, 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)를 시료(130)에 접근시키도록 수정 발진자 스캐너(107) 및 메인 스캐너(108)를 Z축 방향으로 이송시킨다.
광학 시스템(117)은 캔틸레버(105)가 시료(130)의 원하는 지점에 접근하는 것을 확인할 수 있도록 CCD(Charge Coupled Device)센서와 렌즈를 이용하여 영상을 촬영한다.
조동 접근 시스템용 앰프(119)는 조동 접근 시스템(116)이 Z축 방향으로 움직이도록 조동 접근 시스템(116)에 전압을 공급한다.
스테이지용 앰프(120)는 스테이지(101)를 X축, Y축 및 Z축으로 구동하고 Z축 방향으로 회전시키기 위해서 스테이지(101)에 전원을 공급한다.
캔틸레버 변위센서용 앰프(121)는 캔틸레버(105)의 Z축 구동 변위를 측정하기 위해서 캔틸레버(105)에 내장된 Z축 변위센서(118)의 출력값을 증폭한다.
캔틸레버 구동기 앰프(122)는 캔틸레버(105)를 Z축으로 구동하기 위해서 캔틸레버(105)에 내장된 Z축 구동기(110)에 전원을 공급한다.
시료 표면 형상 록 인(Lock-in) 증폭기(123)는 캔틸레버(105)의 Z축 변위센서(118)의 출력값을 이용하여 시료(130)의 표면 형상(Surface Topography)을 영상화 하는데 필요한 캔틸레버(105)의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)을 출력한다.
시료 표면 형상 표시기(124)는 시료 표면 형상 록 인(Lock-in) 증폭기(123)의 출력 신호를 이용하여 시료(130)의 표면 형상(Topography)을 영상화한다.
시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125)는 캔틸레버(105)의 Z축 변위센서(118)의 출력값을 이용하여 시료(130)의 표면 전위(Surface potential)를 영상화 하는데 필요한 캔틸레버(105)의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)을 출력한다.
시료 표면 전위 표시기(126)는 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125)의 출력신호를 이용하여 시료(130)의 표면 전위를 영상화한다.
시료 전기 용량 록 인(Lock-in) 증폭기(127)는 캔틸레버(105)의 Z축 변위센서의 출력값을 이용하여 시료(130)의 전기 용량(Capacitance)을 영상화 하는데 필요한 캔틸레버(105)의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)을 출력한다.
시료 전기 용량 표시기(128)는 시료 전기 용량 록 인(Lock-in) 증폭기(127)의 출력 신호를 이용하여 시료(130)의 전기 용량(Capacitance)을 영상화한다.
광학 영상 표시기(129)는 광학 시스템(117)의 출력 신호를 이용하여 캔틸레버(105)가 시료(130)의 원하는 지점에 접근하는 것을 영상화한다.
보(131)는 조동 접근 시스템(116)을 부착한다.
기둥(132)은 보(131)를 지탱한다.
수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)은 메인 스캐너(108)에 수정 발진자 스캐너(107)를 부착시킨다. 수정 발진자 스캐너(107)는 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)에 의해 메인 스캐너(108)에 부착되기 때문에 메인 스캐너(108)를 X축과 Y축과 Z축 방향으로 움직이고 Z축 방향으로 회전시키면 수정 발진자 스캐너(107)를 X축, Y축 및 Z축 방향으로 움직일 수 있고 Z축 방향으로 회전시킬 수 있다.
수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)을 이용하여 수정 발진자 스캐너(107)를 메인 스캐너(108)에 부착하는 경우, 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 질량 중심(Center of mass)을 거의 일치시켜서 부착함으로써 메인 스캐너(108)와 수정 발진자 스캐너(107)의 구동에 의해 유발되는 진동을 작게 한다.
또한, 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)의 X축, Y축 및 Z축의 강성(Stiffness)을 높게 설계하여 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)의 고유 진동 주파수(Natural resonance frequency)를 높임으로써 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)의 고유 진동 주파수 이하의 진동에 의해 유발되는 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)의 진동을 작게 한다.
또한, 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)의 X축, Y축 및 Z축의 변형이 작게 되도록 설계하여 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 구동에 의해 유발되는 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)의 변형을 작게 한다.
마찬가지로, 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 X축, Y축 및 Z축의 강성을 높게 설계하여 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 고유 진동 주파수를 높임으로써 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 고유 진동 주파수 이하의 진동에 의해 유발되는 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 진동을 작게 한다.
또한, 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 X축, Y축 및 Z축 변형이 작게 되도록 설계하여 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 구동에 의해 유발되는 수정 발진자 스캐너(107)와 메인 스캐너(108)의 변형을 작게 한다.
본 발명의 실시예에 따른 시료(130) 검사장치는 각 구성요소들의 작동을 제어하는 제어기(134)를 포함한다. 또한, 제어기(134)는 시료 표면 형상 록 인(Lock-in) 증폭기(123), 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125), 시료 전기 용량 록 인(Lock-in) 증폭기(127)를 자체 내에 포함할 수 있다.
제어기(134)는 수정 발진자 스캐너(107)가 수정 발진자 스캐너 부착용 기구물(133)에 의해 메인 스캐너(108)에 부착되므로 메인 스캐너(108)를 X축과 Y축과 Z축 방향으로 움직이고 Z축 방향으로 회전시켜서 수정 발진자 스캐너(107)를 X축, Y축 및 Z축 방향으로 움직이고 Z축 방향으로 회전시킨다.
또한, 제어기(134)는 메인 스캐너용 변위측정기(114)를 통해 메인 스캐너(108)의 X축, Y축 및 Z축의 구동 변위와 Z축 방향 회전 변위를 측정한다.
또한, 제어기(134)는 수정 발진자 스캐너용 전류측정기(112)의 출력값 또는 수정 발진자 스캐너용 변위측정기(115)의 출력값이 일정하게 되도록 수정 발진자 스캐너용 전압공급기(111)의 전압을 조절하여 수정 발진자 스캐너(107)의 구동 변위를 일정하게 제어함으로써 시료(130)의 Y축 스캔 영역을 일정하게 조절한다.
이때, 제어기(134)는 수정 발진자의 구동에 의해 수정 발진자의 변위가 변하면 수정 발진자의 피에조 효과(Piezoelectric effect)에 의해서 수정 발진자에 전류가 생성되기 때문에 수정 발진자 스캐너용 전류측정기(112)를 통해 수정 발진자에 의해 생성된 전류를 측정함으로써 수정 발진자 스캐너(107)의 구동 변위를 감지할 수 있다.
또한, 제어기(134)는 캔틸레버(105)가 시료(130)의 원하는 위치에 위치하도록 광학 시스템(117)과 광학 영상 표시기(129)를 이용하여 캔틸레버(105)와 시료(130)의 영상을 확인하면서 조동 접근 시스템(116), 스테이지(101) 및 메인 스캐너(108)를 구동한다.
또한, 제어기(134)는 시료(130)를 다음의 두 가지 방법에 의해 스캔한다. 첫 번째 방법은 수정 발진자 스캐너(107)를 +Y축과 -Y축 방향으로 고속으로 진동시키고 메인 스캐너(108)의 Z축 구동기 또는 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 구동기(Piezoelectric actuator) 또는 열적 구동기(Thermal actuator)를 구동하여 탐침(104)과 시료(130)의 간격을 일정하게 유지하고 스테이지(101)를 X축으로 구동하면서 시료(130)를 스캔하는 방법이 있다(도 2 참조).
이 스캔 방법은 스테이지(101)를 계속 구동하면서 시료(130)를 스캔하는 방법으로, 시료(130)의 모든 영역들을 장 행정으로 고속으로 정밀하게 스캔할 수 있다.
두 번째 방법은 수정 발진자 스캐너(107)를 +Y축과 -Y축 방향으로 고속으로 진동시키고 메인 스캐너(108)의 Z축 구동기 또는 캔틸레버(105)의 Z축 구동기를 구동하여 탐침(104)과 시료(130)의 간격을 일정하게 유지하고 메인 스캐너(108)를 X축으로 구동하면서 시료(130)를 스캔하고, 시료(130)의 일부 영역을 스캔한 이후에는 스테이지(101)를 구동하여 시료(130)를 다른 위치로 이송시키고 동일한 방법으로 시료(130)의 다른 일부 영역을 스캔하는 방법이다(도 3 참조).
이 스캔 방법은 시료(130)의 일부 영역을 스캔하는 동안 스테이지(101)를 정지시키고, 시료(130)의 일부 영역에 대한 스캔이 완료되면 스테이지(101)를 구동해서 시료(130)를 다른 위치로 이송시키고 시료(130)의 다른 일부 영역을 스캔하는 방법으로, 시료(130)의 부분 영역들을 샘플링해서 고속으로 정밀하게 스캔하는 방법이다.
또한, 제어기(134)는 전압공급기(106)를 통해 시료(130)와 캔틸레버(105)에 교류 전압 및 직류 전압을 공급하여 시료(130)와 탐침(104) 사이에 쿨롱력(Coulombic force)과 전기 용량력(Capacitive force)에 의한 정전기력(Electrostatic force)이 유도되게 한다. 여기서, 교류 전압은 시료(130)와 탐침(104) 사이에 진동하는 정전기력을 유도시키기 위해 사용되며, 직류 전압은 시료(130)와 탐침(104) 사이에 일정한 정전기력을 유도시키기 위해 사용된다. 캔틸레버(105)와 시료(130)가 물리적으로 접촉할 경우에 전기적인 단락을 방지하도록 캔틸레버(105)는 절연 산화막(Insulating oxide layer)으로 감싸진다.
또한, 제어기(134)는 시료(130)와 탐침(104) 사이에 유도된 정전기력에 의해 캔틸레버(105)가 진동할 때 캔틸레버(105)의 진동 변위를 측정하고, 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 시료(130)의 표면 형상(Topography)으로 변환하여 표시한다.
이때, 제어기(134)는 시료 표면 형상 록 인(Lock-in) 증폭기(123)를 통해 캔틸레버(105) 진동 변위값을 시료(130)의 표면 형상에 대응하는 캔틸레버(105)의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)으로 변환하고, 변환된 진폭과 위상으로부터 시료(130)의 표면 형상을 생성하고, 생성된 시료(130)의 표면 형상을 시료 표면 형상 표시기(124)에 표시한다.
또한, 제어기(134)는 시료(130)와 탐침(104) 사이에 유도된 정전기력에 의해 캔틸레버(105)가 진동할 때 캔틸레버(105)의 진동 변위를 측정하고, 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 시료(130)의 표면 전위(Surface potential) 또는 시료(130)의 전기 용량(Capacitance) 등의 정보 형태로 변환하여 표시한다.
여기서, 전압공급기(106)의 직류 전압을 고정하는 경우에는, 캔틸레버(105)의 진동 변위 변화로부터 시료(130)의 상대적인 표면 전위를 영상화 할 수 있다. 또한 캔틸레버(105)의 진동 변위 변화로부터 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125)의 주파수 성분 출력값이 0(Zero)이 되도록 제어기(134)로 전압공급기(106)의 직류 전압을 변화시키면서 직류 전압을 측정하면 시료(130)의 절대적인 표면 전위를 영상화 할 수 있다.
이때, 제어기(134)는 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125)를 통해 캔틸레버(105) 진동 변위값을 시료(130)의 표면 전위에 대응하는 캔틸레버(105)의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)으로 변환하고, 변환된 진폭과 위상으로부터 시료(130)의 표면 전위를 생성하고, 생성된 시료(130)의 표면 전위를 시료 표면 전위 표시기(126)에 표시한다. 또한, 제어기(134)는 시료 전기 용량 록 인(Lock-in) 증폭기(127)를 통해 캔틸레버(105) 진동 변위값을 시료(130)의 전기 용량에 대응하는 캔틸레버(105)의 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)으로 변환하고, 변환된 진폭과 위상으로부터 시료(130)의 전기 용량을 생성하고, 생성된 시료(130)의 전기 용량을 시료 전기 용량 표시기(128)에 표시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시료(130) 검사장치의 시료(130) 검사방법에 대한 제어흐름을 나타낸 것이다.
도 4를 살펴보면, 먼저, 제진대(102)를 이용하여 스테이지(101)의 진동을 제진하고, 스테이지(101)에 시료(130)를 척(103)으로 고정한다. 그리고, 시료(130)를 고정한 후 캔틸레버(105)를 캔틸레버 고정기(109)로 고정하고, 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 저항 센서의 출력값을 영점 조정한다.
그런 후 제어기(134)는 캔틸레버(105)가 시료(130)의 원하는 위치에 놓이도록 스테이지용 앰프(120)를 통해 스테이지(101)에 전압을 공급하여 스테이지(101)를 구동시킴과 함께 메인 스캐너용 앰프(113)를 통해 메인 스캐너(108)에 전압을 공급하여 메인 스캐너(108)를 구동한다(200).
스테이지(101) 및 메인 스캐너(108)를 구동 후 제어기(134)는 캔틸레버(105)가 시료(130)의 원하는 위치에 놓이는 것을 확인할 수 있도록 광학 시스템(117)을 통해 영상을 촬영한다(201). 이렇게 촬영된 영상은 광학 영상 표시기(129)에 표시된다. 제어기(134)는 촬영된 영상을 이용하여 스테이지(101) 및 메인 스캐너(108)의 구동을 제어하여 캔틸레버(105)를 시료(130)의 원하는 위치에 위치시킨다.
캔틸레버가 시료(130)의 원하는 위치에 놓이면, 제어기(134)는 스테이지(101) 및 메인 스캐너(108)를 정지시키고, 수정 발진자 스캐너(107) 및 메인 스캐너(108)가 시료(130) 방향으로 접근하도록 조동 접근 시스템용 앰프(119)를 통해 조동 접근 시스템(116)을 구동한다(202).
조동 접근 시스템(116)에 의해 메인 스캐너(108)와 수정 발진자 스캐너(107)가 시료(130) 방향으로 이동하면, 캔틸레버(105)에 부착된 탐침(104)과 시료(130)의 거리가 가까워질수록 캔틸레버(105)에 부착된 탐침(104)의 원자와 시료(130)의 원자 사이에 작용하는 인력(Attractive force)의 영향력이 점차 커져서 탐침(104)이 시료(130) 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 탐침(104)이 부착된 캔틸레버(105)가 시료(130) 방향으로 휘어져서 캔틸레버(105)의 구동 변위가 변하게 된다.
수정 발진자 스캐너(107) 및 메인 스캐너(108)가 시료(130)측으로 접근할 때 제어기(134)는 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 저항 센서를 이용하여 캔틸레버(105)의 구동 변위를 측정한다(203).
그리고, 제어기(134)는 캔틸레버(105)의 구동 변위가 변하는지를 판단하고(204), 캔틸레버(105)의 구동 변위가 변하면, 메인 스캐너(108)와 수정 발진자 스캐너(107)의 시료(130) 방향으로의 이동이 정지하도록 조동 접근 시스템(116)을 정지시킨다(205).
그런 후 제어기(134)는 전압공급기(106)를 통해 시료(130)와 캔틸레버(105)에 교류 전압 및 직류 전압을 공급한다(206). 이에 따라, 시료(130)와 탐침(104) 사이에 쿨롱력과 전기 용량력에 의한 정전기력이 유도된다.
정전기력을 유도한 후 제어기(134)는 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 구동기 또는 열적 구동기를 구동하여 캔틸레버(105)를 진동시킨다(207).
캔틸레버(105)를 진동시킨 후 제어기(134)는 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 저항 센서를 이용하여 캔틸레버(105)의 진동 변위를 측정한다(208).
그리고, 제어기(134)는 측정된 진동 변위가 일정한 변위를 지속하는지를 판단한다(209).
만약, 작동모드 209의 판단결과 측정된 진동 변위가 일정한 진동 변위를 지속하지 않으면, 제어기(134)는 작동모드 208로 리턴하여 일정한 진동 변위를 지속할 때까지 대기한다.
한편, 작동모드 209의 판단결과 측정된 진동 변위가 일정한 진동 변위를 지속하면, 제어기(134)는 캔틸레버(105)의 탐침(104)이 시료(130) 방향으로 이동하도록 메인 스캐너(108)를 구동한다(210).
메인 스캐너(108)를 구동하여 캔틸레버(105)를 시료(130) 방향으로 이동시키면, 캔틸레버(105)에 부착된 탐침(104)의 원자와 시료(130)의 원자 사이에 발생하는 상호작용에 따라 캔틸레버(105)의 진동 변위가 변하게 된다.
캔틸레버(105)의 탐침을 시료(130) 방향으로 이동시킴과 함께 제어기(134)는 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 저항 센서를 통해 캔틸레버(105)의 진동 변위를 측정한다(211).
그리고, 제어기(134)는 측정된 진동 변위가 미리 설정된 변위에 도달하는지를 판단한다(212).
만약, 작동모드 212의 판단결과 측정된 진동 변위가 미리 설정된 변위에 도달하지 않으면, 제어기(134)는 작동모드 211로 리턴하여 측정된 진동 변위가 미리 설정된 변위에 도달할 때까지 대기한다.
한편, 작동모드 212의 판단결과 측정된 진동 변위가 미리 설정된 변위에 도달하면, 제어기(134)는 캔틸레버(105)의 시료(130) 방향으로의 이동이 정지하도록 메인 스캐너(108)를 정지시킨다(213).
그런 후 제어기(134)는 수정 발진자 스캐너(107)가 +Y축과 -Y축 방향으로 진동하도록 수정 발진자 스캐너(107)를 구동한다(214). 수정 발진자 스캐너(107)는 수정 발진자에 의해 고속으로 진동하기 때문에 시료(130)의 Y축 방향으로의 고속 스캔이 가능하다.
수정 발진자 스캐너(107)를 +Y축과 -Y축 방향으로 고속으로 진동시킨 후 제어기(134)는 수정 발진자 스캐너용 전류측정기(112)를 통해 수정 발진자 스캐너(107)의 수정 발진자에 의해 발생된 전류를 측정하거나, 수정 발진자 스캐너용 변위측정기(115)를 통해 수정 발진자 스캐너(107)의 Y축 진동 변위를 측정한다(215).
그리고, 제어기(134)는 수정 발진자 스캐너(107)의 Y축 구동 변위를 미리 설정된 변위로 유지시키기 위하여 수정 발진자 스캐너용 전류측정기(112)의 출력값 또는 수정 발진자 스캐너용 변위측정기(115)의 출력값이 각각의 미리 설정된 값에 도달하도록 수정 발진자 스캐너용 전압공급기(111)를 통해 수정 발진자 스캐너(107)에 공급되는 전압을 조절한다(216).
위와 같이, 캔틸레버(105)를 미리 설정된 진동 변위로 진동시킴과 함께 수정 발진자 스캐너(107)의 Y축 구동 변위를 미리 설정된 변위로 유지하면서 제어기(134)는 스테이지(101)를 X축으로 구동하거나, 스테이지(101)를 고정하고 메인 스캐너(108)를 X축으로 구동하여 시료(130)를 고속으로 정밀하게 스캔한다(217). 이때, 시료(130)에 대한 스캔은 탐침(104)이 시료(130)를 두드리는 태핑(Tapping) 모드 혹은 탐침(104)이 시료(130)와 비 접촉하는 비 접촉(Non-contact) 모드에 따라 이루어진다.
위와 같이, 캔틸레버(105)를 미리 설정된 진동 변위로 진동시키고, 수정 발진자 스캐너(107)의 Y축 구동 변위를 미리 설정된 변위로 유지하고, 스테이지(101)를 X축으로 구동하거나 스테이지(101)를 고정하고 메인 스캐너(108)를 X축으로 구동하여 시료(130)를 스캔하는 상태에서 제어기(134)는 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 저항 센서를 이용하여 캔틸레버(105)의 진동 변위 변화를 측정한다(218). 이때, 탐침(104)이 시료(130)를 두드리는 태핑(Tapping) 상태 혹은 비 접촉(Non-contact) 상태로 캔틸레버(105)의 진동 변위를 일정하게 제어하면서 캔틸레버(105)에 내장된 피에조 저항 센서를 이용하여 캔틸레버(105)의 진동 변위 변화를 측정한다.
탐침(104)이 시료(130)와 비 접촉 상태로 캔틸레버(105)를 진동시킬 경우에는 캔틸레버(105)의 진동 변위 변화 대신에 캔틸레버(105)의 진동 주파수 변화 또는 진동 위상 변화를 측정할 수 있다. 이러한 경우, 이 진동 주파수 변화 또는 진동 위상 변화를 이용하여 시료(130)의 표면 형상, 표면 전위, 전기 용량을 확인할 수 있다.
캔틸레버(105)의 진동 변위 변화를 측정한 후 제어기(134)는 시료 표면 형상 록 인(Lock-in) 증폭기(123)를 통해 진동 변위값을 시료(130)의 표면 형상을 나타낼 수 있는 캔틸레버의 진폭과 위상으로 변환하고, 변환된 진폭과 위상으로부터 시료(130)의 표면 형상을 생성하여 시료 표면 형상 표시기(124)를 통해 시료(130)의 표면 형상을 표시한다(219).
또한, 제어기(134)는 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125)를 통해 진동 변위값을 시료(130)의 표면 전위를 나타낼 수 있는 캔틸레버의 진폭과 위상으로 변환하고, 변환된 진폭과 위상으로부터 시료(130)의 표면 전위를 생성하여 시료 표면 전위 표시기(126)를 통해 시료(130)의 표면 전위를 표시한다(220). 이때, 제어기(134)는 전압공급기(106)를 통해 직류 전압을 고정하여 캔틸레버(105)의 진동 변위 변화로부터 시료(130)의 상대적인 표면 전위를 얻을 수 있게 한다. 또한, 제어기(134)는 캔틸레버(105)의 진동 변위 변화로부터 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기(125)의 주파수 성분 출력값이 0(Zero)이 되도록 전압공급기(106)의 직류 전압을 변화시키면서 직류 전압을 측정하여 시료(130)의 절대적인 표면 전위를 얻을 수 있게 한다.
또한, 제어기(134)는 시료 전기 용량 록 인(Lock-in) 증폭기(127)를 통해 진동 변위값을 시료(130)의 전기 용량을 나타낼 수 있는 캔틸레버의 진폭과 위상으로 변환하고, 변환된 진폭과 위상으로부터 시료(130)의 표면 형상을 생성하여 시료 표면 전위 표시기(128)를 통해 시료(130)의 표면 전위를 표시한다(221).
101 : 스테이지 104 : 탐침
105 : 캔틸레버 106 : 전압공급기
107 : 수정 발진자 스캐너 108 : 메인 스캐너
110 : 구동기 111 : 수정 발진자 스캐너용 앰프
112 : 수정 발진자 스캐너용 전류측정기
113 : 메인 스캐너용 앰프
114 : 메인 스캐너용 변위측정기
115 : 수정 발진자 스캐너용 변위측정기
116 : 조동 접근 시스템 117 : 광학 시스템
118 : 변위센서 119 : 조동 접근 시스템용 앰프
120 : 스테이지용 앰프
121 : 캔틸레버 변위센서용 앰프
122 : 캔틸레버 구동기용 앰프
123 : 시료 표면 형상 록 인(Lock-in) 증폭기
124 : 시료 표면 형상 표시기
125 : 시료 표면 전위 록 인(Lock-in) 증폭기
126 : 시료 표면 전위 표시기
127 : 시료 전기 용량 록 인(Lock-in) 증폭기
128 : 시료 전기 용량 표시기 129 : 광학 영상 표시기
130 : 시료 134 : 제어기

Claims (18)

  1. 탐침;
    상기 탐침이 마련되며, 상기 탐침과 시료 간에 유도되는 정전기력에 의해 진동 변위가 변하는 캔틸레버;
    상기 캔틸레버의 진동 변위를 측정하는 변위센서;
    상기 캔틸레버를 진동시키는 구동기;
    상기 캔틸레버를 상기 시료 스캔방향으로 진동시키는 수정 발진자 스캐너;
    상기 정전기력을 유도하도록 상기 탐침 및 시료에 전압을 공급하는 전압공급기;
    상기 구동기 및 수정 발진자 스캐너를 구동시켜 상기 시료를 스캔하고, 상기 시료를 스캔할 때 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위에 따라 상기 시료의 표면 형상을 생성하는 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 시료 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 형상에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제1 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 록 인(Lock-in) 증폭기로부터 출력된 상기 캔틸레버의 진폭과 위상으로부터 상기 시료의 표면 형상을 생성하는 것을 포함하는 시료 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기에 의해 생성된 상기 시료의 표면 형상을 표시하는 표면 형상 표시기를 포함하는 시료 검사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 전위에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제2 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제2 록 인(Lock-in) 증폭기로부터 출력된 상기 캔틸레버의 진폭과 위상으로부터 상기 시료의 표면 전위를 생성하는 것을 포함하는 시료 검사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시료의 전기 용량에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제3 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제3 록 인(Lock-in) 증폭기로부터 출력된 상기 캔틸레버의 진폭과 위상으로부터 상기 시료의 전기 용량을 생성하는 것을 포함하는 시료 검사장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구동기는 상기 캔틸레버를 Z축 방향으로 진동시키고, 상기 수정 발진자 스캐너는 상기 캔틸레버를 Y축 방향으로 진동시키는 것을 포함하는 시료 검사장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수정 발진자 스캐너를 X축,Y축 및 Z축으로 이동시키고, Z축 방향으로 회전시키는 메인 스캐너를 포함하고,
    상기 시료를 스캔할 때 상기 메인 스캐너를 상기 X축 방향으로 이동시키는 것을 포함하는 시료 검사장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 시료를 X축,Y축 및 Z축으로 이동시키고, Z축 방향으로 회전시키는 스테이지를 포함하고,
    상기 시료를 스캔할 때 상기 스테이지를 상기 X축 방향으로 이동시키는 것을 포함하는 시료 검사장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수정 발진자 스캐너를 상기 메인 스캐너에 부착하는 기구물을 포함하는 시료 검사장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 상기 시료와 물리적으로 접촉할 경우 전기적인 단락을 방지하도록 표면이 절연 산화막으로 둘러싸인 것을 포함하는 시료 검사장치.
  11. 탐침;
    상기 탐침이 마련되며, 상기 탐침과 시료 간에 유도되는 정전기력에 의해 진동 변위가 변하는 캔틸레버;
    상기 캔틸레버의 진동 변위를 측정하는 변위센서;
    상기 캔틸레버를 진동시키는 구동기;
    상기 캔틸레버를 상기 시료 스캔방향으로 진동시키는 수정 발진자 스캐너;
    상기 정전기력을 유도하도록 상기 탐침 및 시료에 전압을 공급하는 전압공급기;
    상기 구동기 및 수정 발진자 스캐너를 구동시켜 상기 시료를 스캔하고, 상기 시료를 스캔할 때 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위에 따라 상기 시료의 표면 형상, 표면 전위 및 전기 용량을 생성하는 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 시료 검사장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 변위센서를 통해 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 형상에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제1 록 인(Lock-in) 증폭기와, 상기 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 표면 전위에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제2 록 인(Lock-in) 증폭기와, 상기 측정된 상기 캔틸레버의 진동 변위로부터 상기 시료의 전기 용량에 대응하는 상기 캔틸레버의 진폭과 위상을 출력하는 제3 록 인(Lock-in) 증폭기를 포함하는 시료 검사장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 록 인(Lock-in) 증폭기의 출력신호에 따라 상기 시료의 표면 형상을 생성하고, 상기 제2 록 인(Lock-in) 증폭기의 출력신호에 따라 상기 시료의 표면 전위를 생성하고, 상기 제3 록 인(Lock-in) 증폭기의 출력신호에 따라 상기 시료의 전기 용량을 생성하는 것을 포함하는 시료 검사장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어기의 제어신호에 따라 상기 시료의 표면 형상, 표면 전위 및 전기용량을 표시하는 표시기를 포함하는 시료 검사장치.
  15. 시료와, 캔틸레버에 마련된 탐침에 전압을 공급하고;
    상기 캔틸레버를 일정한 진동 변위로 진동시키고;
    상기 캔틸레버를 상기 시료와 평행한 방향으로 진동시키는 수정 발진자 스캐너를 이용하여 상기 시료를 스캔하고;
    상기 시료를 스캔할 때 상기 캔틸레버의 진동 변위를 측정하고;
    상기 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 근거로 하여 상기 시료의 표면 형상을 생성하고;
    상기 생성된 표면 형상을 표시하는 것을 포함하는 시료 검사방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 시료를 스캔하는 단계는, 상기 시료를 스캔하기 전에, 상기 수정 발진자 스캐너를 통해 상기 캔틸레버를 상기 시료와 평행한 방향으로 진동시키고, 상기 캔틸레버의 상기 시료와 평행한 방향으로의 진동변위를 측정하고, 상기 측정된 진동변위가 미리 설정된 변위에 도달하도록 상기 수정 발진자 스캐너의 진동 변위를 조절하는 것을 포함하는 시료 검사방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 근거로 하여 상기 시료의 표면 전위를 생성하고, 상기 생성된 표면 전위를 표시하는 것을 포함하는 시료 검사방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 측정된 캔틸레버의 진동 변위를 근거로 하여 상기 시료의 전기 용량을 생성하고, 상기 생성된 전기 용량을 표시하는 것을 포함하는 시료 검사방법.
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