KR20190057442A - 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경 - Google Patents

다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경 Download PDF

Info

Publication number
KR20190057442A
KR20190057442A KR1020197014496A KR20197014496A KR20190057442A KR 20190057442 A KR20190057442 A KR 20190057442A KR 1020197014496 A KR1020197014496 A KR 1020197014496A KR 20197014496 A KR20197014496 A KR 20197014496A KR 20190057442 A KR20190057442 A KR 20190057442A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
probe
tips
sample
tip
probe tips
Prior art date
Application number
KR1020197014496A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102097351B1 (ko
Inventor
콰메 앰폰사흐
Original Assignee
살렌트, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 살렌트, 엘엘씨 filed Critical 살렌트, 엘엘씨
Publication of KR20190057442A publication Critical patent/KR20190057442A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102097351B1 publication Critical patent/KR102097351B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04—Fine scanning or positioning
    • G01Q10/045—Self-actuating probes, i.e. wherein the actuating means for driving are part of the probe itself, e.g. piezoelectric means on a cantilever probe
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/04—Self-detecting probes, i.e. wherein the probe itself generates a signal representative of its position, e.g. piezoelectric gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
    • G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/02—Multiple-type SPM, i.e. involving more than one SPM techniques
    • G01Q60/04—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] combined with AFM [Atomic Force Microscopy]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/30—Scanning potential microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/06—Probe tip arrays

Abstract

다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경 검사를 사용하여 샘플을 특성화하기 위한 시스템 및 장치. 다중 통합 팁들(MiT) 프로브들은 둘 이상의 모놀리스식으로 통합되고 서로 nm 내로 위치하는 가동 AFM 팁들이 포함되고, 진공 또는 주변 조건들에서 전례없는 마이크로에서 나노스케일의 프로빙 기능이 가능하다. 팁 구조는 신호 증폭 및 저잡음 작동을 위한 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET)를 구비한 새로운 통합 및 감지 능력 및 레이저리스 고해상도 전기-인 전기-아웃 구동(laserless high-resolution electric-in electric-out actuation)을 제공하는 용량성 콤브-드라이브들과 결합된다. 이 "플랫폼-온-어-칩(platform-on-a-chip)" 접근법은 레이저들, 나노-포지셔너들(nano-positioners) 및 전자 장치들과 같은 지원 장비(supporting gear)의 스택들(stacks)을 사용하여 기능화된 단일 팁들을 기반으로 하는 현재 기술에 관한 패러다임 쉬프트(paradigm shift)입니다.

Description

다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경{MULTIPLE INTEGRATED TIPS SCANNING PROBE MICROSCOPE}
본 출원은 2015년 2월 26일에 출원된 "다중 통합 팁 스캐닝 프로브 현미경(Multiple Integrated Tip Scanning Probe Microscope)"라는 제목의 미국 임시 특허 출원 제 62/121,174 호에 기재되어있고, 그것의 전체 내용은 본 명세서에서 참고로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 박막들(thin films) 및 장치들의 특성화(characterization)를 위한 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경(multiple integrated tips scanning probe microscope)에 관한 것이다.
스캐닝 터널 현미경(STM; Scanning Tunneling Microscope) 및 원자간력현미경(AFM; Atomic Force Microscope)과 같은 단일-팁 스캐닝 프로브 현미경 (Single-tip Scanning Probe Microscopes)(SPM)은 박막 물질들 및 장치들의 구조 및 전자 성질들을 조사하는 데 중요한 도구이다. 예를 들어, 이러한 단일-팁 SPM들은 대상을 스캔하는 물리적 프로브를 사용하여 박막 물질 또는 장치의 하나 이상의 이미지들을 형성한다.
그러나, 단일-팁 SPM들은 근-샘플 표면 효과들 및 상태들의 국소 밀도(local density of states and near-sample surface effects)와 같은 정적 측정들로 제한된다. 결과적으로, 박막 물질들 및 장치들에 존재하는 광범위한 기본 현상에 액세스할 수 없다. 단지 하나의 예로서, 나노스케일(nanoscale)에서 트랜스-컨덕턴스(trans-conductance)(두 팁들 사이의 전도) 측정들을 수행하는 능력이 중요한 갭(gap)이기 때문에, 박막들에서의 전위들(dislocations) 및 입자 경계들(grain boundaries)의 효과들은 특성화될 수 없다. 트랜스-컨덕턴스는 전자들의 비탄력성 평균 자유 경로들(inelastic free mean paths of electrons), 산란 위상 쉬프트들(scattering phase shifts), 전송 메커니즘들(transport mechanisms), 팁-샘플 커플링(tip-sample coupling), 상태들의 국소 밀도에 대한 인사이트(insight)를 제공함으로써 어떻게 전자들을 전송하고 주변 환경들과 상호 작용하는지에 대한 보다 풍부한 이해를 가능하게 한다.
다중-팁들 SPM들은 단일-팁 SPM의 고유 한계들을 극복하는 방법으로 제안되었다. 그러나, 적합한 다중-팁들 SPM을 설계하는 데는 상당한 어려움들이 있었다. 다중-팁들 SPM에 대한 이전의 접근법들은 독립적인 육안으로-제조된 프로브들에 의존해 왔다. 이러한 플랫폼들은 복잡하고 작동이 어려우며 축소가 제한적이다. 또한 제작 비용도 매우 높다.
따라서, 비용-효율적이고 용이하게 제작되고 이용될 특정 조사에서 기능화된 다중-팁들 SPM들에 대한 당 업계의 계속적인 요구가 있다.
본 발명은 박막들 및 장치들의 특성화를 위한 다중 통합 팁들(MiT) 스캐닝 프로브 현미경에 관한 것이다. MiT 스캐닝 프로브 현미경은 특정 연구에 맞춤화되고 기능화된 모놀리스식으로-제조된 나노-구조에서 기계 및 전기 기능을 통합하는 플랫폼이다. MiT 프로브는 신호를 증폭하기 위해 모놀리스식으로 통합된 용량성 액추에이터들, 센서들 및 트랜지스터들과 함께, 서로 나노미터 내에 배치될 수 있는 둘 이상의 모놀리스식으로 통합된 캔틸레버 팁들을 제공한다. 결과적으로, MiT SPM은 레이저 팁 정렬을 필요로 하지 않고 원자력 현미경을 수행할 수 있다. 또한, MiT SPM은 통합된 팁들 중 적어도 둘이 샘플과 직접 접촉하거나 근접하여 있는 나노프로빙 표면을 가질 수 있다.
일 측면에 따르는 것은, 적어도 하나의 프로브 팁(probe tip)을 갖는 프로브 헤드(probe head); 및 샘플에 대해 상기 프로브 헤드를 보도록 구성되는 광학 현미경(optical microscope)을 포함하는 스캐닝 프로브 어댑터(scanning probe adapter)이다.
일 실시예에 따르면, 상기 프로브 헤드는 샘플에 관해 상기 적어도 하나의 프로브 팁을 정렬하도록 구성되는 스테이지에 장착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 프로브 헤드는 적어도 두 축들에서 상기 샘플을 움직이도록 구성되는 압전 샘플 스테이지(piezoelectric sample stage) 위에(above) 장착되고, 스캐닝을 위해 상기 프로브를 지나서(past the probe for scanning) 상기 샘플을 움직이도록 더 구성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 압전 스테이지는 상기 샘플을 특정 방향으로 향하도록(orient) 구성되는 회전 스테이지(rotating stage) 상에 장착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 스테이지는, (i) 제1, X 축(first, X axis)을 따라 상기 스테이지를 움직이도록 구성되는 제1 스테이지; (ii) 제2, Y 축(second, Y axis)을 따라 상기 스테이지를 움직이도록 구성되는 제2 스테이지; 및 (iii) 제3, Z 축(third, Z axis)을 따라 상기 스테이지를 움직이도록 구성되는 제3 스테이지 상에 장착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 프로브 헤드는 상부 구성요소(top component) 및 하부 구성요소(bottom component)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 프로브 팁들을 포함하는 프로브는 상기 프로브 헤드에 부착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 프로브 팁들을 포함하는 프로브는 보드 구성요소(board component)에 부착되고, 상기 보드 구성요소는 상기 프로브 헤드에 부착된다.
일 실시예에 따르면, 상기 프로브 헤드는 적어도 하나의 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)를 수용한다(houses).
일 실시예에 따르면, 상기 상부 구성요소 프로브 헤드는 적어도 하나의 스프링 로디드 포고 핀(spring loaded pogo pin)을 수용하고, 상기 스프링 로디드 포고 핀은 상기 프로브 팁들을 포함하는 프로브 또는 보드 구성요소에 대고 밀고(push against) 전기적 접촉을 하도록 구성된다.
일 측면에 따르는 것은, 스캐닝 프로브 현미경에 스캐닝 프로브 어댑터를 붙이는 방법이다. 상기 방법은: (i) 상기 스캐닝 프로브 현미경의 기존의 프로브 헤드를 제거하는 단계; 및 (ii) 상기 스캐닝 프로브 어댑터를 상기 스캐닝 프로브 현미경의 샘플 스테이지 위에 장착하는 단계를 포함한다.
일 측면에 따르는 것은, 스캐닝 프로브 어댑터를 3차원 현미경(three-dimensional microscope)에 붙이는 방법이다. 상기 방법은: (i)상기 3차원 현미경 아래에 샘플 스테이지를 배치하는 단계, 상기 샘플 스테이지는 적어도 두 축들에서 상기 샘플을 움직이도록 구성됨; 및 (ii)상기 스캐닝 프로브 어댑터를 상기 샘플 스테이지에 관해 장착하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 3차원 현미경은 광학 현미경(optical microscope), 스캐닝 전자 현미경(scanning electron microscope), 또는 투과 전자 현미경(transmission electron microscope)인
일 측면에 따르는 것은, 스캐닝 프로브 현미경을 작동하는 방법이다. 상기 방법은: (i)적어도 하나의 팁을 구비한 프로브를 제공하는 단계, 상기 프로브는 적어도 하나의 모놀리스식으로 통합된 액추에이터 및 센서를 포함하고, 상기 모놀리스식으로 통합된 액추에이터는 상기 프로브 팁을 작동시키고 진동시키도록 구성됨; 및 (ii)상기 모놀리스식으로 통합된 센서를 사용하여, 상기 진동하는 프로브 팁의 모션을 측정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 모놀리스식으로 통합된 액추에이터 및 센서는 용량성(capacitive), 압전(piezoelectric), 피에조저항(piezoresistive) 또는 용량성, 압전 및 피에조저항의 조합이다.
일 측면에 따르는 것은, 스캐닝 프로브 어댑터에서 적어도 두 프로브 팁들을 정렬하는 방법이다. 상기 방법은: (i) 적어도 두 프로브 팁들을 포함하는 프로브 헤드를 제공하는 단계; (ii) 샘플 및 상기 적어도 두 프로브 팁들을 AC 또는 DC 신호로 바이어스하는 단계; (iii) 샘플 스테이지를 사용하여, 상기 샘플 및 상기 적어도 두 프로브 팁들을 근접하게 움직이는 단계; (iv) 상기 적어도 두 프로브 팁들의 각각으로부터 전류를 측정하는 단계; (v) 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 임의의 어떤 것이 더 높은 전류를 생성하는지를 결정하기 위해 상기 측정된 전류를 비교하는 단계; 및 (vi) 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 하나가 더 높은 전류를 생성하는 경우, 상기 샘플 스테이지를 수축하고 상기 가장 높은 전류가 생성된 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 어느 것으로부터 상기 프로브 헤드를 회전시키는 단계, 또는 상기 적어도 두 프로브 팁들로부터 등가 전류가 측정되는 경우, 상기 적어도 두 프로브 팁들이 정렬되는 것으로 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 등가 전류가 상기 적어도 두 프로브 팁들로부터 측정될 때까지 상기 방법을 반복하는 단계를 더 포함한다.
일 측면에 따르는 것은 스캐닝 프로브 어댑터에서 적어도 두 프로브 팁들을 정렬하는 방법이다. 상기 방법은: (i) 적어도 두 프로브 팁들을 포함하는 프로브 헤드를 제공하는 단계; (ii) 상기 샘플 및 상기 적어도 두 프로브 팁들을 근접하게 움직이는 단계; (iii) 광학 현미경을 사용하여, 상기 적어도 두 프로브 팁들의 이미지 및 상기 적어도 두 프로브 팁들의 대응하는 반사(corresponding reflection)를 캡쳐하는 단계; (iv) 이미지 인식 알고리즘(image recognition algorithm)을 사용하여, 상기 대응하는 반사들(corresponding reflections) 및 상기 적어도 두 프로브 팁들의 외부 선 형상(outer line shape)을 추적하는 단계; (v) 상기 대응하는 반사의 정점(apex)과 상기 적어도 두 프로브 팁들의 각각의 정점 사이의 거리를 계산하는 단계; (vi) 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 임의의 어떤 것이 더 짧은 계산된 거리를 갖는지를 결정하기 위해 상기 계산된 거리들을 비교하는 단계; 및 (vii) 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 하나가 더 짧은 계산된 거리를 갖는 경우, 더 짧은 계산된 거리를 갖는 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 어느 것으로부터 상기 프로브 헤드를 회전시키는 단계, 또는 상기 적어도 두 프로브 팁들의 각각에 대해 등가 거리들이 계산되는 경우, 상기 적어도 두 프로브 팁들이 정렬되는 것으로 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 등가 거리가 상기 적어도 두 프로브 팁들로부터 계산될 때까지 상기 방법을 반복하는 단계를 더 포함한다.
일 측면에 따르는 것은, 스캐닝 프로브 어댑터를 사용하여 샘플을 특성화하는 방법이다. 상기 방법은: (i) 적어도 두 프로브 팁들을 포함하는 프로브 헤드를 제공하는 단계; (ii) 상기 적어도 두 프로브 팁들을 정렬하는 단계; (iii) 제1 측정을 얻기 위해 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 적어도 하나로 상기 샘플을 스캔하는 단계; 및 (iv) 상기 얻어진 제1 측정을 저장하는 단계, 상기 얻어진 제1 측정을 전송하는 단계, 및 상기 얻어진 제1 측정을 디스플레이 하는 단계 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 제2 측정을 얻기 위해 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 적어도 하나와 상기 샘플을 접촉시키는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 측정은 전기적 측정, 기계적 측정, 광학적 측정 또는 화학적 측정이다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 측면들은 본원에 기술된 실시예(들)로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 완전하게 이해되고 인식될 것이다:
도 1은 일 실시예에 따른 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경 시스템의 이미지이다.
도 2는 일 실시예에 따른 MiT 프로브의 평면도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 박막의 저항 맵의 개략도이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 도 3a의 박막을 스캔하는 MiT-SPM의 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 나노프로빙 모드에서의 MiT 프로브 정렬 프로토콜의 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전압으로 전환되고 데이터 수집 시스템(DAQ)에 공급되는 터널링 전류(It)의 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 나노프로빙 모드에서 MiT 프로브에 의해 생성된 HOPG 막의 5㎛ 곱하기 5㎛ 저항 맵의 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 MiT 프로브의 팁들 및 그것들의 대응하는 반사의 광학 이미지이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 모든 팁들이 접지된 MiT 프로브의 구동의 이미지이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 측면 팁들에 전압이 인가된 MiT 프로브의 접지된 중앙 팁의 구동의 이미지이다.
도 8c는 일 실시예에 따른 측면 팁들에 전압이 인가된 MiT 프로브의 접지된 중앙 팁의 구동의 이미지이다.
도 9는 일 실시예에 따른 STM 모드에서의 MiT 프로브의 개략도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 MiT 프로브의 공진 주파수, 진폭 및 위상을 측정 할 때의 단일-종단 구조의 개략도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 AFM 모드에서의 MiT 프로브의 움직이는 팁의 주파수 응답 측정의 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 AFM 모드에서의 MiT 프로브에 대한 구성의 개략도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 MiT-SPM에서의 전기적 연결들의 개략도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 통합 샘플 스테이지가 없는 MiT-SPM의 개략도이다.
본 발명은 박막들 및 장치들의 특성화를 위한 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경(multiple integrated tips scanning probe microscope)의 다양한 실시예들을 기술한다. MiT-SPM은, 스캐닝 전자 현미경을 필요로 하지 않고 주변 공기에서, 트랜스-컨덕턴스의 전기적 프로빙(probing)뿐만 아니라, 나노스케일 원자 이미징(nanoscale atomic imaging)을 가능하게 한다. 장치는 박막 물질들 및 장치들의 전송 메커니즘에 대한 자세한 연구를 제공한다.
이제 도면들을 참조하면, 전체적으로 동일한 참조 부호들은 동일한 부분들을 지칭하며, 도 1은 일 실시예에 있어서, 다중 통합 팁 스캐닝 프로브 현미경 시스템(multiple integrated tip scanning probe microscope system)(10)을 도시한다. MiT-SPM 시스템은 MiT 프로브(MiT probe)(12)를 포함하고, 이는 인쇄 회로 기판 (PCB; printed circuit board)(30)에 와이어-본딩될(wire-bonded) 수 있다. 또한 MiT-SPM은 스캐닝 프로브 헤드(scanning probe head)(14)를 포함하고, 이는 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 터널링 전류(tunneling current)를 전압으로 전환하는 트랜스임피던스 증폭기(TIA; transimpedance amplifier)를 포함하는 변환 전자장치(transduction electronics)를 수용한다. 회전 스테이지(rotating stage)(16)는 샘플(18)의 표면에 MiT 프로브(12)를 정렬시키고, 이는 SPM 스테이지(SPM stage)(20) 상에 장착된다. 또한, MiT-SPM 시스템(10)은 광학 현미경(optical microscope)(22)을 포함하며, 이는 MiT 프로브 팁들에 관한 샘플의 비정밀 접근 시각화(coarse approach visualization)에 이용된다. 또한 시스템은 X-변환 스테이지(X-translation stage)(26), Y-변환 스테이지(Y-translation stage)(28) 및 Z-변환 스테이지(Z-translation stage)(24)를 포함하는, X, Y 및 Z 축들에서의 장거리 움직임(long-range movement)을 허용하는 일련의 스테이지들을 포함한다. 일 실시예에 따라서, 소프트웨어 알고리즘은 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 사용 중인 프로브 헤드 및 스테이지들을 제어하는데 이용된다.
이제 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, MiT 프로브(12)의 평면도가 제공된다. 일 실시예에 따르면, MiT 프로브의 팁 영역(tip region)(100) 내의 3 개의 MiT 팁들 (32, 34 및 36)은 공동-제조될(co-fabricated) 수 있지만, 제조 후에 조립될 수도 있다. 중앙 팁(center tip)(34)은 도 2에 도시된 액추에이터들(actuators)을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 하나 이상의 액추에이터들을 사용하여 2 개의 고정된 외부 팁(outer tips)에 관해 움직이도록 허용된다. 이러한 액추에이터들은 중앙 팁(34)이 외부 팁(32 및 36)에 관해 변위되도록(displaced) 한다.
일 실시예에 따르면, 중앙 팁(34)은 웨이퍼(wafer)의 평면 내에서 종방향 및 횡방향 모두로 약 200nm 변위될 수 있으며, 이 모션(motion)은 검출 구성요소를 통해 감지된다. 다른 가능한 검출 요소들 중에서, 검출 구성요소는 용량성으로-결합된 접합 게이트 전계-효과 트랜지스터(JFET) 전치 증폭기(Jl)(capacitively-coupled junction gate field-effect transistor(JFET) preamplifier(Jl))(38)일 수 있다. 검출 구성요소의 다른 실시예에 따르면, 전극들 CI(48) 및 C2(50)는 중간 팁(middle tip)의 변위를 측정하는 데 사용될 수 있는 차동 캐패시터들(differential capacitors)로서 작용(serve)할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 중앙 팁(34)은, 참조 번호들 (40) 및 (42)로 표시된 정전기 플레이트 액추에이터(electrostatic plate actuators) F1 및 F2를 사용하여 y-축을 따라 작동될(actuated) 수 있다. 예를 들어, 액추에이터들은 가동 프로브 팁(movable probe tip)(34)을 변위시키기 위해 협력하여 기능할 수 있다. 중앙 팁(34)은 참조 번호 (44)로 표시된 액츄에이터 F3과 중앙 팁(34) 사이의 정전기력을 사용하여 x-축을 따라 움직일 수 있다. 또한 도 2는 중앙 팁(34) 및 JFET(38)의 모션을 제한하는 스토퍼들(stoppers)(S)(46)을 도시한다.
일 실시예에 따르면, MiT-SPM은 샘플에 관한 데이터뿐만 아니라 이들 모드들의 조합을 얻기 위해 적어도 세 가지 메인 모드들(main modes)로 작동할 수 있다. 세 가지 메인 모드들은 나노프로빙(nanoprobing), AFM 및 STM이며, 아래에서 자세하게 설명된다. 그러나, MiT-SPM은 여기에 구체적으로 기술된 모드들 이외의 모드로 작동할 수 있다는 것을 알아야 한다.
나노프로빙 모드(Nanoprobing Mode)
나노프로빙 모드는, 다른 가능한 사용들 중에서, 박막에서의 개방, 단락 및 입자 경계들을 식별하는데 사용될 수 있다. 도 3a는 점선 박스(310)에 의해 도시된 단위 셀을 갖는 박막(300)의 저항 맵(resistance map)의 도면이다. 또한 박막(300)의 영역(310)은 MiT 프로브(12)의 팁 영역(100)과 함께 도 3b에 도시된다. 도 3b를 참조하면, 전압은 측면 팁들(side tips)(32 및 36)이 접지된 상태에서 중앙 팁(34)에 인가된다. 팁들 사이의 측정된 전류는 특정 영역의 컨덕턴스 정보를 제공한다. 중앙 팁(34)과 측면 팁(36) 사이의 박막에 "개방" 영역(320)이 있기 때문에, 무시할 수 있는 양의 전류(12)가 있을 것이며, 따라서 높은 저항이 있을 것이다. 검출 시스템은 이 높은 저항을 인식하고 해석한다. 나노프로빙 모드는, 많은 다른 것들 중에서, 평면 트랜지스터들(planar transistors) 및 FinFET들과 같은 3-차원 구조물들의 장치 성능을 측정하는 데에도 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 나노프로빙 모드에서 MiT 프로브는 바람직하게는 MiT 프로브의 양 측면 팁들이 샘플과 접촉하도록 보장하는 샘플 표면에 수직으로 정렬된다. 정렬 프로토콜의 일 예시는 도 4에 도시된다.
도 4의 단계(4A)에서, SPM 스테이지(20)는 바이어스 되고(biased) MiT 프로브는 임의의 각도로 샘플(18)에 접근한다. 특정 각도가 도 4에 도시되어 있지만, 실제 각도는 임의의 각도일 수 있다. 단계(4B)에서, 중앙 팁(34)은 전극 F3(도 2에 도시 됨)에 전압을 인가함으로써 정전기적으로 수축된다(retracted). MiT 프로브의 측면 팁들은 접지되고 전압은 샘플에 인가된다. 샘플이 팁들에 접근함에 따라, 전자들은 측면 팁들(32 및 36)로부터 샘플(18)로 또는 그 반대로 터널링한다(tunnel).
도 5를 참조하면, 일 실시예에서, MiT 프로브(12)로부터의 터널링 전류 (It)는 온보드 트랜스임피던스 증폭기(onboard transimpedance amplifier)(TIA)(500)에 의해 터널링 전압으로 전환된다. TIA(500)의 출력은 데이터 수집(DAQ) 시스템(data acquisition (DAQ) system)(510)에 연결되고, 다른 속도가 가능하지만 예를 들어 2kHz의 속도로 샘플링된다. 샘플링된 전압들은 먼저 이 예시에서 60Hz 잡음(noise)과 같은 잡음을 제거하는 대역차단 필터로 필터링됨으로써 신호 처리를 수행하고, 그 다음 그것들의 평균 전압 값들은 평가된다. 그 다음 팁 1과 팁 2로부터의 평균 전압 값들은 표 1에 도시된 상태 머신(state machine)을 구현하는 "제어 박스(control box)"로 입력된다.
표 1. 측면 팁들(32 및 36)의 정렬을 위한 상태 머신
팁 1 팁 2 출력 명령
0 0 터널링 없음 터널링까지 Z-피에조 이동
0 1 팁 2로부터의 터널링 Z-피에조 수축 및 CW 회전, XY 측부 변환
1 0 팁 1으로부터의 터널링 Z-피에조 수축 및 CCW 회전, XY 측부 변환
1 1 양 팁들로부터의 터널링 팁들은 정렬되고, 측정들 수행
일 실시예에 따르면, 샘플에 1V를 인가하면, 팁-샘플 간격(tip-sample spacing)이 1GΩ의 임피던스를 갖는 ~1nm인 것으로 가정하면 약 1nA의 터널링 전류가 예상된다. 이 터널링 전류는 TIA(500)에서 1GΩ 피드백 저항(feedback resistor)에 의해 전환되어 1V의 출력 전압을 생성한다. 0.1V의 공차(tolerance)는, 터널링 전압이 셋포인트(setpoint)(1V)로부터 10 % 떨어진 경우, 팁이 터널링 레짐(tunneling regime)에 있는 것으로 간주되도록 설정된다.　 표 1을 참조하면, 감지된 터널링 전류가 없을 때, Z-피에조(Z-piezo)는 DAQ가 두 팁들로부터의 터널링 전류를 샘플링하는 4nm 움직인다. 터널링 전류가 없으면, Z-피에조는 터널링 전류가 양 측면 팁들 또는 다른 팁들으로부터 감지될 때까지 4nm를 계속 움직인다.　 전류가 측면 팁들 중 하나에서 감지되면, Z-피에조는 수축하고 MiT 스캐닝 프로브 헤드(MiT 프로브 및 전자장치들을 포함함)는 터널링 전류가 생성된 팁으로부터 시계 방향(CW; clockwise) 또는 반시계 방향(CCW; counterclockwise)으로 회전한다.도 4에 도시된 정렬 프로토콜의 단계(4C)에서, 회전은 단계(A)에서의 원 위치에 관해 상이한 위치에 중앙 팁(34)을 배치한다. 프로토콜의 단계(4D)에서, 샘플 스테이지의 X-측부 및 Y-측부 변환(X- and Y-lateral translation)은 샘플을 원래의 위치로 위치시키기 위해 수행된다. Z-피에조 움직임, 회전 및 측부 변환은 등가 전류가 두 팁들에서 감지될 때까지 반복되어, 성공적인 팁 정렬을 나타낸다.
그리고 프로토콜의 단계(4E)에서, 적절한 샘플-팁 접점을 얻기 위하여, 전기 특성화가 수행되기 전에 Z-피에조는 추가로 10nm 더 움직여진다. 중간 팁의 선명도를 유지하기 위해, 중간 팁은 수축될 수 있고 측면 팁들은 나노프로빙에 사용된다. MiT 프로브가 샘플과 부드럽게 접촉되면, 샘플 바이어스(sample bias)는 꺼지고 샘플 스테이지는 SPM 스테이지에 연결된 릴레이(relay)를 통해 전기적으로 플로팅된다(floated). 전류-전압(IV) 측정들은 측면 팁들 중 하나를 접지시키고 다른 것에 전압 램프들(voltage ramps)을 인가함으로써 실시된다(conducted). 정렬 및 나노프로빙 루틴들은 컨덕턴스 맵(conductance map)의 각 지점에 대해 반복된다.
도 6에 도시 된 바와 같이, 나노프로빙 모드에서의 MiT 프로브는 HOPG 막의 저항을 맵핑하는데 사용되었으며, 여기서 측정된 저항 값들은 연속 영역들에 대해 7kΩ으로부터 비-연속 영역들에 대해 170㏁ 범위이다.
측면 팁들을 정렬하는 다른 방법은 팁들이 샘플 표면과 근접시키고 광학 이미지가 주기적으로 도 7에 도시된 바와 같은 팁들 및 그것의 반사된 이미지들이 캡쳐되는 광학 기술을 통해 이루어진다.　 각 Z-피에조 움직임에서, 광학 이미지가 캡처되고 처리된다.　 획득된 이미지로부터, 각 팁과 그것의 반사된 이미지 사이의 픽셀 수가 계산된다. 소프트웨어 알고리즘은 각 팁과 그것의 반사된 이미지 사이의 거리(픽셀)를 계산하는 데 사용된다. MiT 프로브는 가장 짧은 팁-샘플 거리로 팁으로부터 떨어져 수축되고 회전된다. Z-피에조 움직임 및 회전은 각 팁과 샘플 사이에 등가 거리가 생길 때까지 반복된다.
나노프로빙 모드에서, 낮은 팁-샘플 접촉 저항(low tip-sample contact resistance)은 우수한 전기적 응답을 달성하기 위해 중요하다. 일 실시예에 따르면, 프로브가 기판과 접촉할 때, 접촉 저항은 다음 수학식을 사용하여 모델링 될 수 있다:
Figure pat00001
(수학식 1)
여기서, ρpprobe 및 ρsubstrate는 각각 프로브 및 기판의 저항성(resistivity)을 나타내고, n은 돌기들(asperities)의 수이고, "
Figure pat00002
"는 프로브 팁의 직경이다. 접촉 영역(Acontact)이 산화물 박막 저항(oxide thin film resistance)(σxyide-film)을 갖으면, 접촉 저항이 증가할 것이다. 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 만드는 것을 회피하기 위하여 프로브 및 기판의 일함수들은 신중하게 선택되어야 한다. 모든 금속 MiT 프로브는 제조되었다. 또한, 상이한 금속은 MiT 프로브에 스퍼터링되어(sputtered) 그것의 일함수를 변경할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 알고리즘은 MiT-SPM을 제어하기 위해 이용된다. 예를 들어, 소프트웨어는 LabVIEW를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 다양한 소프트웨어 제품군에서 개발될 수 있다. 알고리즘은, 무엇보다도 샘플 스테이지의 움직임, 터널링, 전압, 전류 및 다른 것들에 대한 제어, 임계치 또는 설정들을 포함할 수 있다. 또한 알고리즘은 사용자가 저항 맵, 토포그래피의 그래픽 표현을 시각화 할뿐만 아니라 전류 및 전압 측정들을 모니터링 하기 위한 하나 이상의 출력들을 포함할 수 있다. 많은 다른 설정들 및 출력들이 가능하다.
일 실시예에 따르면, MiT 프로브 및 MiT-SPM은 박막에서의 탄도 전송(ballistic transport)를 위한 국부적인 것으로부터 확산적인 것으로의(from localize to diffusive) 다양한 전하 전송 전이들(various charge transport transitions)을 조사하는데 사용될 수 있다. 이러한 전이들을 캡쳐할 수 있다는 것은 박막의 컨덕턴스에 대한 더 깊은 이해를 제공할 것이다. 그러나, 이러한 조사들을 수행하려면 간격의 조정성(tunability)이 필요하다. 탄도 전송은 두 프로브들 사이의 거리가 모멘텀 감쇠 길이(momentum relaxation length) 및 위상 감쇠 길이(phase relaxation length)보다 더 작을 때 발생한다. 산란(scattering)이 없고 페르미 파장(Fermi wavelength)이 간격과 비슷할 때, 양자화된 컨덕턴스가 발생한다. 간격이 모멘텀 감쇠 길이보다 큰 경우, 산란은 있고 전도(transmission)는 감소되며 이 레짐은 확산적이다. 국부적인 전송 레짐에서, 간격은 두 위상 감쇠 길이 및 모멘텀 감쇠 길이보다 더 크다.
중간 팁과 측면 팁들 중 하나 사이의 간격은 전압 램프들을 전극 F1 또는 F2에 인가함으로써 감소될 수 있다. 또한 팁 1과 팁 2에 전압을 인가하는 것은 중간 팁이 측부 방향으로(laterally) 편향시킬 것이다. 참고하는 도 8a-8c는 중간 팁이 접지되는 동안 측면 팁들에 인가된 전압들을 갖는 중앙 팁(34)의 구동이다. 갭(gap)을 변조함으로써, 국부적, 확산적 및 탄도 전송으로부터의 전이들과 같은 전송 현상은 조사될 수 있다. 도 8a에서, 모든 팁들은 접지되고, 도 8b에서 + 3.5V는 팁 1에 인가되고, 도 8c에서 +3.5 V는 팁 2에 인가된다.
STM 모드(STM Mode)
전도성 팁이 전도성 샘플에 근접시키고(<1 nm)(brought into close proximity (< 1 nm)) 전위차가 팁과 샘플 사이에 인가될 때, 전자들은 팁으로부터 샘플로 또는 그 반대로 터널링한다. 측정된 터널링 전류는 일함수(workfunction)의 차이, 상태의 밀도에 대한 정보를 제공할 수 있으며 또한 샘플을 통해 팁을 스캔하여, 포토그래피 및 원자 정보가 획득될(acquired) 수 있다. 종래의 STM은 단일 팁을 사용하지만, MiT-SPM은 샘플을 스크래칭하는 것으로부터 측면 팁을 회피하기 위해 샘플 표면에 수직으로 정렬되어야 하는 다중 통합 팁을 사용한다. STM 모드에 대한 정렬 프로토콜은 나노프로빙 모드에서 사용되는 그리고 도 4를 참조하여 기술된 바와 같이 동일한 접근법이다. 팁들이 정렬된 후, F3에 바이어스된 DC가 제거되고 MiT 프로브의 중간 팁은 확장되고(extended) STM 이미징에 사용된다.
일 실시예에 따르면, 작동의 STM 모드는 정전류(constant current) 또는 일정 높이(constant height) 모드들이다. 정전류 모드에서, 팁은 비례-적분-미분(PID; Proportional-Integral-Differential) 피드백 제어기를 사용하여 샘플 표면의 토포그래피를 추적한다. 일 실시예에 따르면, PID 제어기는 소프트웨어로 구현된다. 일정 높이 모드에서, 도 9에 도시 된 바와 같이 샘플의 이미징 동안 Z-피에조 움직임이 없으며, 이는 정전류 및 일정 높이 모드들 모두에서의 STM을 보여준다.
일 실시예에 따르면, 나노프로빙 모드에 사용된 것과 동일한 하드웨어는 STM 모드에 사용될 수 있다. 전체 MiT-SPM 시스템의 안정성은 박막들의 원자 이미징을 달성하는 데 중요하다. SPM은, 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 다양한 드리프트(drift) 또는 불안정성의 소스들에 영향을 받는다.
서스펜드된(suspended) MiT 프로브는 기본적인 브라우니안 잡음 변위(Brownian noise displacement)에 영향을 받을 수 있다. 원자 이미징을 달성하기 위하여, 브라우니안 잡음 변위는 박막의 원자간 거리보다 더 작은 크기의 오더들(orders)이 되어야 한다. 브라우니안 잡음 변위는 다음 수학식을 사용하여 평가될 수 있다:
Figure pat00003
(수학식 2)
여기서 k B 는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)(1.38066 × 10-23 J/K)이고, T는 온도(300 K)이고, b는 감쇠 계수(damping coefficient)(1.31 × 10-7 Ns/m)이고, k는 스프링 상수(spring constant)(2.56 N/m)이며, ωo는 측정된 공진 주파수(1.95×l06 rad/s)이고, Q는 품질 계수 (~10)이다. 공명에서, 브라우니안 잡음력은 46.6 × 10-15
Figure pat00004
이고, 평균 잡음 변위는 1.82 × 10 -13
Figure pat00005
이다. 100Hz의 측정의 대역폭을 가정하면, 브라우니안 잡음에 의한 프로브 팁의 변위는 1.8피코미터(picometer)가 될 것이다. 예를 들어, 팁의 브라우니안 잡음 변위는 측부 측정(lateral measurement)을 위해 충분한 SNR을 제공하는 HOPG의 원자간 거리보다 더 낮은 크기의 2 오더들이다. 따라서, MiT 프로브로부터의 드리프트(drift)는 무시할 만하다.
연속 나노프로빙 중 팁들의 노화는 프로브 접촉 저항을 변경할 것이다. 측정에 따라, 임계 접촉 저항이 설정되고 일상적으로 모니터링 되며 접촉 저항이 이 값을 초과하면 팁은 교체된다.
열 드리프트(Thermal drift)는 상업적 SPM들에서 공통적인 문제가 될 수 있다. 예를 들어, SPM들의 조립에 사용되는 금속들에는 열 팽창의 계수가 있다. 측정들 중 온도 변화는 열 드리프트를 생성시켜 전체 스캐닝 처리 동안 샘플에 관한 팁의 위치가 수십 또는 수백의 nm 이상 드리프트 하도록 할 것이다. 최종 효과는 늘어나거나 비뚤어 지거나 왜곡된 이미지들일 것이다. 　열 드리프트를 최소화하기 위해 일반적으로 사용되는 기술들 중 일부는 저온 유지 장치(cryostat)에서 SPM을 작동하거나 드리프트가 무시될 수 있도록 매우 빠른(비디오 속도 이미징(video rate imaging)) 스캐닝을 하는 것을 포함한다. MiT 프로브와 MiT-SPM은 주변 대기에서 그리고 일반적인 STM/AFM 스캐닝 속도에서 작동 될 수 있기 때문에, 드리프트 보상 알고리즘(drift compensating algorithm)은 획득 된 이미지에 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 드리프트 보상 단계들은: (1) 이미지 획득; (2) 드리프트 속도 측정들(Drift Velocity Measurements); (3) 드리프트 모델에 대한 파라미터들; 및 (4) 다른 단계들 중 드리프트 보상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 측부 드리프트(lateral drift)(x 및 y)는 연속적인 상향 및 하향 스캔들을 통해 시간 경과에 따른 교정 샘플(calibration sample) 상의 정지된 구성요소(stationary component)의 위치를 추적하고 위치 오프셋(location offset)을 모니터링 함으로써 보상된다. 반면에 수직 드리프트(Vertical drift)는 그 포인트의 연속적인 상향 및 하향 스캔들을 통해 특정 포인트에서의 높이 변화를 시간에 따라 측정함으로써 보상된다.
AFM 모드(AFM Mode)
AFM은 일반적으로 캔틸레버(cantilever)의 베이스(base)에 붙여진 압전 물질(piezoelectric material)에 의해 여기될(excited) 수 있는 단일 캔틸레버 팁을 이용한다. 캔틸레버의 진동은 캔틸레버의 팁에 입사되는 레이저로 측정되고 반사 된 레이저 신호는 직각 위상 광검출기(quadrature photodetector)에 수집된다. 광 변환(레이저-광검출기)은 더 나은 저잡음 신호 변환을 제공하기 때문에 선호되지만, 이러한 레이저 시스템들은 부피가 크고 비싸다. 또한, 캔틸레버 팁에 레이저를 정렬하는 데는 시간과 경험이 소요된다. 또한 레이저 빔은 특성화되는 물질에서 전자/홀 쌍들을 여기시킬 수 있다. 광학적 변환(optical transduction)의 이러한 단점 때문에, 전기 변환은 실행 가능한 선택이다.
일 실시예에 따르면, MiT-SPM은 팁 정렬을 위해 레이저들을 요구하지 않는다. 대신, 전기 신호들은 중간 프로브를 구동시키기 위해 MiT 프로브로 전송되며, 이 모션은 또한 용량성 콤브-드라이브들(capacitive comb-drives)을 사용하여 전기적으로 감지된다. 용량성 변환은 제조 단순성, 고감도 및 저잡음 성능으로 인해 사용된다. 진동하는 AFM 팁이 샘플 표면에 근접시킬 때, 팁과 샘플 사이에 원자력이 존재한다. 이 원자력은 진동 주파수, 진폭 및 위상을 변경하기 위해 팁에 작용한다. 팁의 응답에서의 이 변경은 샘플 표면의 토포그래피컬 이미지(topographical image)를 형성하는 데 사용된다. STM들은 팁과 샘플 사이의 전위차를 요구하지만, AFM들은 그렇지 않으며 절연 물질들을 이미지(image)하는데 사용될 수 있다. MiT 프로브는 전도성 금속으로 만들어질 수 있기 때문에, 전도성 및 절연성 물질들 모두를 특성화하기 위해 AFM 모드(전도성-AFM으로서)로 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, AFM 모드에서, 중간 팁(34)은 AC 신호들을 전극 F3에 인가함으로써 공진(resonance)으로 여기되고, 중간 팁은 샘플을 따라 스캔된다. 도 10에 도시된 것과 같은 셋업(setup)을 사용하여, 진동하는 중간 팁의 공진 주파수, 진폭 및 위상이 측정될 수 있다. 로크-인 증폭기(lock-in amplifier)는 바이어스-티(bias-tee)를 통해 DC 전압과 결합되고 전극 F3에서 개시되는(launched) AC 스위프(AC sweep)를 생성하는 데 사용될 수 있다. AC 신호는 중간 팁이 진동하도록 할 것이고 F3과 중간 팁 사이의 변위 전류(진동으로부터 생성된)는 5nA/V로 설정된 감도(sensitivity)의 저잡음 트랜스임피던스 증폭기(TIA)로 공급 될 수 있다. TIA의 출력 전압은 크기(magnitude) 및 위상으로의 복조(demodulation)를 위해 로크-인 증폭기로 피드백 된다. 구동 AC 주파수(driving AC frequency)는 출력 신호의 위상 및 진폭을 복조하는 데 사용된다. 도 11은 중간 팁의 측정된 주파수 응답을 표시한다. 일 실시예에 따르면, 전극들 CI 및 C2는 중간 팁의 변위를 측정하는데 사용될 수 있는 차동 캐패시터로서 작용할 수 있다.
이제 참조하는 도 11은, 일 실시예에 따라, 1.9 x 10-3 mbar의 압력에서 진공에서 움직이는 팁의 주파수 응답 측정의 그래프이다. 이 실험 셋업에 따르면, 팁의 공진 주파수는 239.7 kHz로 측정되었다. 도 11의 삽화에서의 도시는 291.5 kHz 인 공진 주파수의 광학 측정이다. 310 kHz의 계산된 공진 주파수는 광학적으로 측정된 결과와 일치했다. 중간 팁의 스프링 상수(spring constant)는 2.56 N/m이었으며, 팁을 버클링하지(buckling) 않고 정밀한 배치 및 접촉력을 획득하기에 충분한 강성임을 나타낸다. 이 측정 기술은 표면을 스캔 할 때 중간 팁의 공진 주파수, 진폭 및 위상의 변화를 측정 및 추적하도록 확장될 수 있다. 공진에서, 공진 주파수는 다음의 수학식에 의해 주어진다:
Figure pat00006
(수학식 3)
여기서, F는 전극 F3에 의해 제공된 정전기 구동력(electrostatic driving force)이고, K eff 는 중간 팁의 유효 스프링 상수(effective spring constant)이고, Q는 품질 계수(quality factor)이고, ωo는 기본 각 공진 주파수(fundamental angular resonance frequency)이고, 그리고 m은 중간 팁의 질량(mass)이다. 일 실시예에 따르면, 도 12는 작동의 AFM 모드를 위한 레이저-리스 셋업(laser-less setup)을 도시한다.
일 실시예에 따르면, AFM의 측정 해상도 및 대역폭은 MiT 프로브의 출력 신호로의 잡음의 주입에 의해 제한된다. 예를 들어, 인쇄 회로 보드(printed circuit board)(30), TIA(500) 및 로크-인 증폭기로부터의 잡음이 분석될 수 있다. 로크-인 증폭기의 입력 잡음은 TIA의 이득에 따라 달라진다. 더 높은 신호-대-잡음비를 달성하기 위하여, TIA의 잡음 플로어(noise floor)와 이득이 감소 될 것이다. MiT 프로브의 높은 강성도로 인해, 프로브의 열기계적 잡음(thermomechanical noise)은 다른 잡음 소스들(noise sources)에 비해 무시할 수 있을 것으로 예상된다.
힘 곡선들(Force curves)은 팁-샘플 거리의 함수로서 주어진 구동 주파수에서 팁의 진동의 진폭을 나타낸다. 팁이 샘플 표면에 근접하게 있을 때, 상호 작용력(interaction force)(f ext )이 그것에 작용한다. 팁의 진동은, 다음 수학식에 의해 도시된 바와 같이, 고조파 발진기(harmonic oscillator)로 모델링될 수 있다:
Figure pat00007
(수학식 4)
여기서 meff는 진동하는 팁의 유효 질량이고, γ는 감쇠 지수(damping factor)이고, keff는 유효 스프링 상수, fext는 프로브 팁에 작용하는 외부 힘이고, 그리고 z는 팁 변위이다. 수학식에 따르면:
Figure pat00008
(수학식 5)
팁의 기본 각 공진 주파수는 ωo이고 품질 계수는 Q이다. 진동 진폭은 수학식(6)에 의해 주어지고 위상은 수학식(7)에서 유도된다.
Figure pat00009
(수학식 6)
Figure pat00010
(수학식 7)
팁이 표면에 접근함에 따라, 표면과의 밀어내는 상호 작용들(repulsive interactions)로 인해 그것의 기본 공진 주파수가 증가함에 따라 그것의 진동 진폭이 감소한다. 프로브가 샘플과 영구적으로 접촉하고 있을 때, 오실레이션(oscillation)은 없다. 간헐적인 접촉의 발단으로부터 영구적인 접촉에 이르는 Z-피에조 변위는 팁의 진동의 자유 진폭(free amplitude)을 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 힘 곡선은, AFM 이미지들을 획득하기 위해 피드백 루프(feedback loop)에 대한 적절한 셋포인트 진폭을 선택하는데 필요한 필요한 정보를 제공하기 때문에 중요한 측정이다. 셋포인트 진폭 값은 팁이 표면의 원자력과 상호 작용하지만 팁이 샘플에 충돌하기에는 너무 낮지 않도록 자유 진동 진폭보다 더 낮아야 한다.
일 실시예에 따르면, AFM 이미지를 얻기 위하여, 알고리즘-구현 PID 제어기(algorithm-implemented PID controller)는 셋포인트와 동일한 출력 진폭 신호를 일정하게 유지하는데 사용된다. 이것은 팁이 샘플을 스캔 할 때 Z-피에조를 변조하여 달성될 수 있다. 기록된 Z-피에조 변위 값들은 표면 토포그래피(surface topography)를 생성하기 위해 후-처리된다.
일 실시예에 따르면, MiT-SPM은 대기(ambient air) 및 진공 조건들 모두에서 순차적 원자 이미징 및 나노프로빙을 수행할 수 있다.　 STM/AFM-나노프로빙 모드에서, STM/AFM 이미지는 먼저 획득되고 이 이미지는 나노프로빙 측정 또는 표면 컨덕턴스 매핑을 위해 샘플에 특정 위치에 MiT 프로브를 위치시키기 위한 피드백으로서 사용된다. 따라서, STM/AFM-나노프로빙 모드는 SEM을 사용하지 않고 나노스케일 전기 프로빙을 하는 매우 강력한 기술이다.
이제 참조하는 도 13은 일 실시예에 따른 MiT-SPM의 전기적 연결들의 개략도이다. 이러한 연결들은 MiT-SPM의 AFM, STM 및 나노프로빙 작동을 허용한다. 팁들은 일련의 릴레이들/스위치들(Swl-Sw6)를 통해 트랜스임피던스 증폭기들, DC/AC 신호 소스들, 데이터 수집 모듈들(DAQ), AFM 및 STM 제어기들에 연결된다. 샘플은 스위치(Sw7)를 통해 DC/AC 신호 소스를 연결하여 바이어스 된다.
정렬: 정렬 루틴들 동안, 모든 스위치들은 개방이지만 Swl, Sw6 및 Sw7은 폐쇄한다. 트랜스임피던스 증폭기들은 피드백 저항(R1 및 R2)을 가지고 있으며 팁에 가상 접지를 제공한다. 샘플은 DC/AC 신호 소스로 바이어스된다. 측면 팁들로부터의 터널링 전류는 트랜스임피던스 증폭기에 의해 터널링 전압으로 전환되고 DAQ로 공급된다. DAQ은 이러한 터널링 전압을 사용하여 MiT 스캐닝 프로브 헤드를 어느 방향으로 회전시킬지 결정한다.
STM 모드: 팁들의 정렬 후, 중간 팁은 STM 또는 AFM 분석에 사용된다. STM 작동의 경우, 모든 스위치들은 개방하지만 Sw3 및 Sw7은 폐쇄된다. 중간 팁을 통과하는 터널링 전류는 피드백 저항 R2에 의해 전압으로 전환된다. DAQ는 전압 신호를 기록 및 조작하고(manipulates) STM 제어기에 커맨드들(commands)을 전송한다. 그런 다음 STM 제어기는 샘플의 정전류 또는 일정 높이 스캐닝을 수행하도록 현미경에 명령한다.
AFM 모드: AFM 작동에서, 통합된 팁들은 샘플 표면에 정렬되고 중간 팁은 공진으로 여기된다.　 모든 스위치들은 개방하지만 Sw3은 패쇄된다. 중간 팁을 통과하는 모셔널 전류(motional current)는 피드백 저항 R2에 의해 모셔널 전압(motional voltage)으로 전환된다. 모셔널 전압은 DAQ에 의해 기록되고 조작된다. 조작된 신호는 진동 주파수, 진폭 및 위상의 변경들을 결정하는 AFM 제어기로 전송된다.　 그런 다음 AFM 제어기는 접촉 모드(contact mode) 및 태핑 모드(tapping mode)와 같은 다양한 AFM 측정 모드들을 허용하기 위해 SPM 스테이지에 커맨드 신호들을 전송한다.
나노프로빙 모드: 팁들을 샘플의 표면에 정렬한 후, 모든 스위치는 개방되지만 Sw2, Sw4 및 Sw5는 폐쇄된다. 팁들은 샘플과 직접 접촉하거나 근접시킨다. 샘플을 전기적으로 플로팅시켜(floating), 팁들 사이의 트랜스-컨덕턴스 측정들은 조사될 수 있다. 특정 어플리케이션들에서, 샘플 스위치 Sw7은 폐쇄될 수 있으며 이것은 샘플을 백-바이어싱(back-biasing) 할 수 있습니다.
도 13을 참조하면, 통합된 샘플 스테이지가 없는 MiT-SPM의 일 실시예가 제공된다. 일 실시예에 따르면, 이러한 현미경들에서 샘플 스테이지를 활용하기(leverage) 위해 MiT-SPM 어댑터(MiT-SPM Adapter)(샘플 스테이지가 없는 MiT-SPM)는 기존의 단일 팁 SPM들에 장착 될 수 있다. 어댑터는 도 1에 도시된 모든 구성요소들로 구성되지만, 샘플 스테이지는 없다. 도 14에 도시된 바와 같은 일 실시예에 따르면, MiT-SPM 어댑터는, JEOL SPM과 같은, 상업적으로-이용 가능한 단일 팁 SPM에 통합될 수 있다. 이 실시예에 따르면, NI USB 6259는 JEOL SPM에 명령들을 전송하는 하드웨어이며, MiT-SPM 어댑터는 JEOL SPM의 샘플 스테이지의 상부에 장착된다. 다른 많은 구성들이 가능하다.
다양한 실시예들이 본 명세서에서 설명되고 예시되었지만, 당업자는 본 명세서에서 기술된 하나 이상의 장점들 및/또는 결과를 얻고 기능을 수행하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 예상할 것이고, 이러한 변형 및/또는 수정의 각각은 본 명세서에 기술된 실시예들의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자들은 본 명세서에 기술된 모든 파라미터들, 치수들, 물질들 및 구성들이 예시적인 것으로 의도되고 실제 파라미터들, 치수들, 물질들 및/또는 구성들은 그 사상들(teachings)이 사용이 되는 특정 애플리케이션 또는 애플리케이션들에 의존할 것이라는 것을 쉽게 인식할 것이다. 당업자는 루틴 실험만을 사용하여 본 명세서에 기술된 특정 실시예들에 대한 많은 균등물들을 인식할 수 있거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예들은 단지 예시로서 제시되고, 그에 대한 등가물들 및 첨부된 청구 범위 내에서, 실시예들은 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 본 개시의 실시예들은 본 명세서에 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품(article), 물질, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 특징들, 시스템들, 물품들, 물질들, 키트들 및/또는 방법들이 상호적으로 불일치하지 않는 경우, 이러한 둘 이상의 특징들, 시스템들, 물품들, 물질들, 키트들 및/또는 방법들의 임의의 조합은 본 개시의 범위 내에 포함된다.
기술된 주제의 상술한 실시예들은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 사용하여 구현 될 수 있다. 일 실시예의 임의의 양태가 소프트웨어에서 적어도 부분적으로 구현되는 경우, 소프트웨어 코드는 단일 장치 또는 컴퓨터에서 제공되거나 다중 장치들/컴퓨터들간에 분배되는, 임의의 적합한 프로세서 또는 프로세서들의 집합에서 실행될 수 있다.

Claims (12)

  1. 스캐닝 프로브 현미경에 프로브 헤드를 붙이는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 스캐닝 프로브 현미경의 기존의 프로브 헤드를 제거하는 단계; 및
    프로브 헤드를 상기 스캐닝 프로브 현미경의 샘플 스테이지에 장착하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 프로브 헤드를 3차원 현미경에 붙이는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 3차원 현미경 아래에 샘플 스테이지를 배치하는 단계 - 상기 샘플 스테이지는 적어도 두 축들에서 상기 샘플을 움직이도록 구성됨-; 및
    프로브 헤드를 상기 샘플 스테이지에 관해 장착하는 단계
    를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 3차원 현미경은 광학 현미경, 스캐닝 전자 현미경, 또는 투과 전자 현미경인
    방법.
  4. 스캐닝 프로브 현미경을 작동하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    적어도 하나의 팁을 구비한 프로브를 제공하는 단계 - 상기 프로브는 적어도 하나의 모놀리스식으로 통합된 액추에이터 및 센서를 포함하고, 상기 모놀리스식으로 통합된 액추에이터는 상기 프로브 팁을 작동시키고 진동시키도록 구성됨 -; 및
    상기 모놀리스식으로 통합된 센서를 사용하여, 상기 진동하는 프로브 팁의 모션을 측정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 모놀리스식으로 통합된 액추에이터 및 센서는 용량성, 압전, 피에조저항 또는 용량성, 압전 및 피에조저항의 조합인
    방법.
  6. 스캐닝 프로브 어댑터에서 적어도 두 프로브 팁들을 정렬하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    적어도 두 프로브 팁들을 포함하는 프로브 헤드를 제공하는 단계;
    샘플 및 상기 적어도 두 프로브 팁들을 AC 또는 DC 신호로 바이어스하는 단계;
    샘플 스테이지를 사용하여, 상기 샘플 및 상기 적어도 두 프로브 팁들을 근접하게 움직이는 단계;
    상기 적어도 두 프로브 팁들의 각각으로부터 전류를 측정하는 단계;
    상기 적어도 두 프로브 팁들 중 임의의 어떤 것이 더 높은 전류를 생성하는지를 결정하기 위해 상기 측정된 전류들을 비교하는 단계; 및
    상기 적어도 두 프로브 팁들 중 하나가 더 높은 전류를 생성하는 경우, 상기 샘플 스테이지를 수축하고 상기 가장 높은 전류를 생성한 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 어느 것으로부터든 상기 프로브 헤드를 회전시키는 단계, 또는 상기 적어도 두 프로브 팁들로부터 등가 전류들이 측정되는 경우, 상기 적어도 두 프로브 팁들이 정렬되는 것으로 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    등가 전류들이 상기 적어도 두 프로브 팁들로부터 측정될 때까지 상기 방법을 반복하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  8. 스캐닝 프로브 어댑터에서 적어도 두 프로브 팁들을 정렬하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    적어도 두 프로브 팁들을 포함하는 프로브 헤드를 제공하는 단계;
    샘플 및 상기 적어도 두 프로브 팁들을 근접하게 움직이는 단계;
    광학 현미경을 사용하여, 상기 적어도 두 프로브 팁들의 이미지 및 상기 적어도 두 프로브 팁들의 대응하는 반사를 캡쳐하는 단계;
    이미지 인식 알고리즘을 사용하여, 상기 대응하는 반사들 및 상기 적어도 두 프로브 팁들의 외부 선 형상을 추적하는 단계;
    상기 대응하는 반사의 정점과 상기 적어도 두 프로브 팁들의 각각의 정점 사이의 거리를 계산하는 단계;
    상기 적어도 두 프로브 팁들 중 임의의 어떤 것이 더 짧은 계산된 거리를 갖는지를 결정하기 위해 상기 계산된 거리들을 비교하는 단계; 및
    상기 적어도 두 프로브 팁들 중 하나가 더 짧은 계산된 거리를 갖는 경우, 더 짧은 계산된 거리를 갖는 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 어느 것으로부터든 상기 프로브 헤드를 회전시키는 단계, 또는 상기 적어도 두 프로브 팁들의 각각에 대해 등가 거리들이 계산되는 경우, 상기 적어도 두 프로브 팁들이 정렬되는 것으로 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    등가 거리들이 상기 적어도 두 프로브 팁들로부터 계산될 때까지 상기 방법을 반복하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  10. 스캐닝 프로브 어댑터를 사용하여 샘플을 특성화하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    적어도 두 프로브 팁들을 포함하는 프로브 헤드를 제공하는 단계;
    상기 적어도 두 프로브 팁들을 정렬하는 단계;
    제1 측정을 얻기 위해 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 적어도 하나로 상기 샘플을 스캔하는 단계; 및
    상기 얻어진 제1 측정을 저장하는 단계, 상기 얻어진 제1 측정을 전송하는 단계, 및 상기 얻어진 제1 측정을 디스플레이 하는 단계 중 적어도 하나를 수행하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    제2 측정을 얻기 위해 상기 적어도 두 프로브 팁들 중 적어도 하나와 상기 샘플을 접촉시키는 단계; 및
    상기 얻어진 제2 측정을 저장하는 단계, 상기 얻어진 제2 측정을 전송하는 단계, 또는 상기 얻어진 제2 측정을 디스플레이 하는 단계 중 적어도 하나를 수행하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 측정은 전기적 측정, 기계적 측정, 광학적 측정 또는 화학적 측정
    인 방법.
KR1020197014496A 2015-02-26 2016-02-26 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경 KR102097351B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562121174P 2015-02-26 2015-02-26
US62/121,174 2015-02-26
PCT/US2016/019763 WO2016138373A1 (en) 2015-02-26 2016-02-26 Multiple integrated tips scanning probe microscope

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177026596A Division KR20170132748A (ko) 2015-02-26 2016-02-26 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190057442A true KR20190057442A (ko) 2019-05-28
KR102097351B1 KR102097351B1 (ko) 2020-04-06

Family

ID=55521837

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177026596A KR20170132748A (ko) 2015-02-26 2016-02-26 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경
KR1020197014496A KR102097351B1 (ko) 2015-02-26 2016-02-26 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177026596A KR20170132748A (ko) 2015-02-26 2016-02-26 다중 통합 팁들 스캐닝 프로브 현미경

Country Status (6)

Country Link
US (3) US20160252545A1 (ko)
EP (2) EP3722816B1 (ko)
JP (1) JP2018510364A (ko)
KR (2) KR20170132748A (ko)
CN (3) CN107636474B (ko)
WO (1) WO2016138373A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10866273B2 (en) 2016-03-09 2020-12-15 Xallent, LLC Functional prober chip
US10459004B2 (en) * 2017-02-02 2019-10-29 TERA-print, LLC Electrical contact auto-alignment strategy for highly parallel pen arrays in cantilever free scanning probe lithography
EP3385725A1 (en) * 2017-04-04 2018-10-10 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method of and atomic force microscopy system for performing subsurface imaging
US10663484B2 (en) * 2018-02-14 2020-05-26 Xallent, LLC Multiple integrated tips scanning probe microscope with pre-alignment components
US10989735B2 (en) * 2019-08-21 2021-04-27 Facebook Technologies, Llc Atomic force microscopy tips for interconnection
WO2023011933A2 (en) * 2021-08-06 2023-02-09 Universitat Autonoma De Barcelona A system and a method for performing measurements on a functional device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5426302A (en) * 1993-04-28 1995-06-20 Board Of Regents, University Of Texas Optically guided macroscopic-scan-range/nanometer resolution probing system
JP2005300177A (ja) * 2004-04-06 2005-10-27 Canon Inc 走査型プローブ顕微鏡および描画装置
US20100071098A1 (en) * 2008-05-13 2010-03-18 Northwestern University Scanning probe epitaxy
JP2010526284A (ja) * 2007-05-02 2010-07-29 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク 原子間力顕微鏡法のためのプローブ

Family Cites Families (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0646913B1 (en) * 1987-08-25 1999-01-13 Canon Kabushiki Kaisha Encoder using the tunnel current effect
US5994698A (en) * 1987-09-24 1999-11-30 Canon Kabushiki Kaisha Microprobe, preparation thereof and electronic device by use of said microprobe
US4992660A (en) * 1989-06-26 1991-02-12 Jeol Ltd. Scanning tunneling microscope
JP2945090B2 (ja) * 1990-07-09 1999-09-06 キヤノン株式会社 エンコーダ
US5148103A (en) 1990-10-31 1992-09-15 Hughes Aircraft Company Apparatus for testing integrated circuits
EP0551814B1 (en) * 1992-01-10 1997-04-02 Hitachi, Ltd. Surface observing apparatus and method
JP3126527B2 (ja) 1992-12-22 2001-01-22 キヤノン株式会社 情報処理装置
US5418457A (en) * 1993-03-12 1995-05-23 General Electric Company System and method for aligning an inspection probe and maintaining uniform spacing between the probe surface and an inspection surface
JPH07120482A (ja) 1993-10-25 1995-05-12 Nikon Corp 原子間力と電気容量とを同時に検出するための原子間力顕微鏡用プローブおよびその製造方法
US5666190A (en) 1994-04-12 1997-09-09 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Method of performing lithography using cantilever array
US5581082A (en) * 1995-03-28 1996-12-03 The Regents Of The University Of California Combined scanning probe and scanning energy microscope
US5705814A (en) * 1995-08-30 1998-01-06 Digital Instruments, Inc. Scanning probe microscope having automatic probe exchange and alignment
DE19540034B4 (de) * 1995-10-27 2005-04-21 Gestra Ag Sonde mit einseitig vorkragendem Kopfgehäuse
KR100212169B1 (ko) * 1996-02-13 1999-08-02 오쿠보 마사오 프로브, 프로브의 제조, 그리고 프로브를 사용한 수직동작형 프로브 카드 어셈블리
JP3643480B2 (ja) * 1997-06-10 2005-04-27 株式会社日立製作所 描画装置
US6078186A (en) 1997-12-31 2000-06-20 Micron Technology, Inc. Force applying probe card and test system for semiconductor wafers
US7382142B2 (en) 2000-05-23 2008-06-03 Nanonexus, Inc. High density interconnect system having rapid fabrication cycle
US7349223B2 (en) 2000-05-23 2008-03-25 Nanonexus, Inc. Enhanced compliant probe card systems having improved planarity
US7247035B2 (en) 2000-06-20 2007-07-24 Nanonexus, Inc. Enhanced stress metal spring contactor
ATE329272T1 (de) * 1999-09-15 2006-06-15 Capres As Mehrpunktesonde
US6545492B1 (en) * 1999-09-20 2003-04-08 Europaisches Laboratorium Fur Molekularbiologie (Embl) Multiple local probe measuring device and method
JP4280382B2 (ja) * 1999-12-27 2009-06-17 キヤノン株式会社 走査型プローブを有する情報検出装置及び情報検出方法
AT410845B (de) 2000-06-09 2003-08-25 Kranz Christine Dr Vorrichtung für die gleichzeitige durchführung einer elektrochemischen und einer topographischen nahfeld-mikroskopie
US6495905B2 (en) 2000-11-09 2002-12-17 Texas Instruments Incorporated Nanomechanical switches and circuits
US6474181B2 (en) * 2001-01-24 2002-11-05 Gilson, Inc. Probe tip alignment for precision liquid handler
CN2465175Y (zh) 2001-02-26 2001-12-12 中国科学院长春应用化学研究所 原子力显微镜多探针针座
CN2488061Y (zh) * 2001-05-25 2002-04-24 中国科学院长春应用化学研究所 原子力显微镜可调多探针针座
US6642129B2 (en) * 2001-07-26 2003-11-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Parallel, individually addressable probes for nanolithography
IL145136A0 (en) * 2001-08-27 2002-06-30 Multiple plate tip or sample scanning reconfigurable scanning probe microscope with transparent interfacing of far-field optical microscopes
US6977515B2 (en) 2001-09-20 2005-12-20 Wentworth Laboratories, Inc. Method for forming photo-defined micro electrical contacts
US7268348B2 (en) * 2002-01-22 2007-09-11 International Business Machines Corporation Scanning probe for data storage and microscopy
WO2008095091A2 (en) 2007-01-31 2008-08-07 Nanonexus, Inc. Structures and processes for fabrication of probe card assemblies with multi-layer interconnect
KR100474420B1 (ko) * 2002-11-22 2005-03-10 주식회사 파이컴 평판표시소자 검사용 프로브 시트 , 이의 제조방법, 이를구비한 프로브 조립체
US20060257286A1 (en) 2003-10-17 2006-11-16 Adams Jesse D Self-sensing array of microcantilevers for chemical detection
US7397087B2 (en) 2004-08-06 2008-07-08 International Business Machines Corporation FEOL/MEOL metal resistor for high end CMOS
US7151244B2 (en) * 2004-09-02 2006-12-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Method and apparatus for calibration of near-field scanning optical microscope tips for laser machining
JP4717481B2 (ja) * 2005-03-28 2011-07-06 独立行政法人理化学研究所 走査型プローブ顕微鏡システム
WO2006106818A1 (ja) 2005-03-31 2006-10-12 Japan Science And Technology Agency 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びそれを具備する走査型プローブ顕微鏡
WO2007047721A2 (en) * 2005-10-18 2007-04-26 Gsi Group Corporation Methods and apparatus for utilizing an optical reference
DE102006004922B4 (de) * 2006-02-01 2008-04-30 Nanoscale Systems Nanoss Gmbh Miniaturisiertes Federelement und Verfahren zu dessen Herstellung, Balkensonde, Rasterkraftmikroskop sowie Verfahren zu dessen Betrieb
WO2007121208A2 (en) * 2006-04-11 2007-10-25 Massachusetts Institute Of Technology Nanometer-precision tip-to-substrate control and pattern registration for scanning-probe lithography
KR20100015321A (ko) * 2007-03-13 2010-02-12 나노잉크, 인크. 검시창을 사용하는 나노리소그래피
US20090001488A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 John Magana Cantilever with integral probe tip
DE102007034854A1 (de) * 2007-07-24 2009-01-29 Jpk Instruments Ag Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Messung und Kombination von Bildaufnahme und Kraftmessung
DE102007052610A1 (de) 2007-11-05 2009-05-07 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Nanosondenspitze für fortschrittliche Rastersondenmikroskopie mit einem Schichtsondenmaterial, das durch Lithographie und/oder durch lonenstrahltechniken strukturiert ist
WO2009115449A1 (en) 2008-03-19 2009-09-24 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw (Imec) Method for fabricating through-substrate vias
US20100229265A1 (en) 2008-03-26 2010-09-09 Sungho Jin Probe system comprising an electric-field-aligned probe tip and method for fabricating the same
KR100980369B1 (ko) 2008-06-10 2010-09-06 (주) 마이크로프랜드 프로브 카드의 프로브 니들 구조체와 그 제조 방법
US8063383B2 (en) * 2008-11-04 2011-11-22 Sergiy Pryadkin Inertial positioner and an optical instrument for precise positioning
US20100257643A1 (en) * 2009-02-19 2010-10-07 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Ultrasoft atomic force microscopy device and method
JP5281992B2 (ja) * 2009-08-28 2013-09-04 株式会社日立製作所 走査型プローブ顕微鏡及びそれを用いた計測方法
US20110115671A1 (en) * 2009-11-17 2011-05-19 Qualcomm Incorporated Determination of elevation of mobile station
US8484760B2 (en) * 2009-11-24 2013-07-09 International Business Machines Corporation Device comprising a cantilever and scanning system
WO2011159351A2 (en) 2010-06-18 2011-12-22 Northwestern University Electrodes to improve reliability of nanoelectromechanical systems
CN101920338A (zh) 2010-06-24 2010-12-22 西安交通大学 一种原位还原金属纳米结构的直写方法
US8440523B1 (en) 2011-12-07 2013-05-14 International Business Machines Corporation Micromechanical device and methods to fabricate same using hard mask resistant to structure release etch
CN104105655B (zh) * 2011-12-16 2017-03-01 康奈尔大学 集成有运动传感器的纳米探针n/mems装置、方法和应用
US9329205B2 (en) 2012-03-20 2016-05-03 Star Technologies Inc. High-precision semiconductor device probing apparatus and system thereof
JPWO2014041677A1 (ja) * 2012-09-14 2016-08-12 株式会社日立製作所 力プローブ、計測装置及び計測方法
CN103235158B (zh) 2013-01-10 2015-07-01 北京航空航天大学 一种电化学原子力显微镜探针架-电解池装置
FR3001294B1 (fr) 2013-01-24 2015-03-20 Ecole Polytech Microscope a sonde locale multimode, microscope raman exalte par pointe et procede de regulation de la distance entre la sonde locale et l'echantillon
JP5980719B2 (ja) * 2013-05-09 2016-08-31 オリンパス株式会社 走査型プローブ顕微鏡装置の調整方法、及び、走査型プローブ顕微鏡装置
CN104049111A (zh) * 2014-07-01 2014-09-17 哈尔滨工业大学 基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺及采用该纳米卡尺测量微纳米结构关键尺寸的方法
CN104087505B (zh) 2014-07-08 2016-03-23 东南大学 一种多通道阵列式dna测序系统及其测序方法
WO2016186573A1 (en) 2015-05-19 2016-11-24 Nanyang Technological University Apparatus and methods for investigating a sample surface

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5426302A (en) * 1993-04-28 1995-06-20 Board Of Regents, University Of Texas Optically guided macroscopic-scan-range/nanometer resolution probing system
JP2005300177A (ja) * 2004-04-06 2005-10-27 Canon Inc 走査型プローブ顕微鏡および描画装置
JP2010526284A (ja) * 2007-05-02 2010-07-29 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク 原子間力顕微鏡法のためのプローブ
US20100071098A1 (en) * 2008-05-13 2010-03-18 Northwestern University Scanning probe epitaxy

Also Published As

Publication number Publication date
US20160252545A1 (en) 2016-09-01
KR102097351B1 (ko) 2020-04-06
CN107636474A (zh) 2018-01-26
EP3722816A3 (en) 2020-12-16
CN116893283A (zh) 2023-10-17
JP2018510364A (ja) 2018-04-12
US10613115B2 (en) 2020-04-07
US20200191827A1 (en) 2020-06-18
WO2016138373A1 (en) 2016-09-01
KR20170132748A (ko) 2017-12-04
CN111413519B (zh) 2023-11-07
US10895585B2 (en) 2021-01-19
EP3722816B1 (en) 2023-02-01
EP3262426A1 (en) 2018-01-03
CN107636474B (zh) 2020-06-16
US20190128919A1 (en) 2019-05-02
CN111413519A (zh) 2020-07-14
EP3722816A2 (en) 2020-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10895585B2 (en) Multiple integrated tips scanning probe microscope
US6677697B2 (en) Force scanning probe microscope
JP2915554B2 (ja) バリアハイト測定装置
US7941286B2 (en) Variable density scanning
US20120079631A1 (en) Material Property Measurements Using Multiple Frequency Atomic Fore Microscopy
EP3077831B1 (en) Force measurement with real-time baseline determination
KR20070042505A (ko) 비틀림 공진 모드에서 전기적 속성을 측정하기 위한 방법및 장치
US8719959B2 (en) Cantilever, cantilever system, and probe microscope and adsorption mass sensor including the cantilever system
Cumpson et al. Microelectromechanical device for lateral force calibration in the atomic force microscope: lateral electrical nanobalance
Mahmoodi Nasrabadi et al. High resolution atomic force microscopy with an active piezoelectric microcantilever
Pürckhauer et al. Combined atomic force microscope and scanning tunneling microscope with high optical access achieving atomic resolution in ambient conditions
Świadkowski et al. Near-zero contact force atomic force microscopy investigations using active electromagnetic cantilevers
Fleming A method for reducing piezoelectric non-linearity in scanning probe microscope images
Das et al. Intelligent tracking control system for fast image scanning of atomic force microscopes
Kunicki et al. Quartz tuning fork mass change sensing for FIB/SEM technology
Barrettino et al. CMOS monolithic atomic force microscope
WO2008156722A1 (en) Material property measurements using multiple frequency atomic forece microsocopy
Satoh et al. Multi-Probe Atomic Force Microscopy Using Piezo-Resistive Cantilevers and Interaction between Probes
Alemansour Development of Probe-based Devices and Methods for Applications in Micro/Nano Characterization and Fabrication
Amponsah et al. Nanogap multi-electrode atom and conductivity prober
Woszczyna et al. Investigations of local electrical properties using tunneling/atomic force microscope with a quartz tuning fork nearfield sensor
Gajewski et al. Methods of investigation of the properties of the optoelectronic devices with use of atomic force microscopy
Đukić Pjanić Advances in self-sensing techniques for atomic force microscopy
Kolluru Mems atomic force microscope
Manfredotti Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures: Chapter 11. Imaging at the Nanoscale: Scanning Probe Microscopies Applied to Semiconductors

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant