KR20220041757A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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KR20220041757A
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Abstract

The present invention relates to a method for measuring the surface characteristic of an object under measurement by means of a measurement apparatus, an atomic force microscope for executing the method thereof and a computer program stored in a computer program stored in a storage medium for executing the method thereof, which can provide a higher measurement speed, can reduce the abrasion of a tip, and can be suitable for measuring a deep and narrow trench structure. In particular, the method according to one embodiment of the present invention is a method which measures the surface characteristic of an object under measurement by means of a measurement apparatus which measures the characteristic of the object under measurement by measuring the interaction between the tip and the surface of the object under measurement. To this end, the present invention repeatedly executes steps with respect to a plurality of locations on the surface of the object under measurement, the steps comprising: an approach step of locating the tip for the tip to come in contact with the specific location of the surface of the object under measurement; and a lift step of allowing the tip which has come in contact therewith to be spaced apart from the surface of the object under measurement. In one part or the entirety of the approach step and the lift step, the tip is controlled to vibrate. The moving characteristic of the tip can be controlled in accordance with the change in the vibration characteristic of the tip.

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}A method for measuring the properties of a surface of an object to be measured by a measuring device, an atomic force microscope for performing this method, and a computer program stored in a storage medium for performing this method 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.The present invention relates to a method for measuring the properties of the surface of an object to be measured by a measuring device, an atomic force microscope for performing the method, and a computer program stored in a storage medium for performing the method, and more particularly, to a faster measurement A method for measuring the properties of the surface of an object to be measured by a measuring device, an atomic force microscope for carrying out this method, and a storage for carrying out this method, which can reduce the wear of the tip while having a speed and is suitable for the measurement of deep and narrow trench structures It relates to a computer program stored in a computer program stored in a medium.

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.A scanning probe microscope (SPM) is a microscope that measures the surface characteristics of the object to be measured and displays it as a 3D image while sweeping and passing a fine tip (probe) manufactured through the MEMS process, etc. over the surface of the sample (Scanning). say Such a scanning probe microscope is subdivided into an atomic force microscope (AFM, Atomic Force Microscope), a scanning tunneling microscope (STM, Scanning Tunneling Microscope), etc. according to a measurement method.

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).In scanning probe microscope, it is common to scan while the tip follows the surface of the measurement object, but even if the distance between the tip and the surface of the measurement object is feedback controlled, collision between the tip and the surface of the measurement object will occur, and the cause of tip damage do. To reduce such damage, by repeating the operation of approaching the tip to the surface of the measurement object, lifting the tip to a certain height, moving the tip to a different position, and approaching the tip to the surface of the measurement object again, only a specific point Attempts have been made to obtain the topography of the surface of the measurement object by measuring the height, respectively (see Patent Document 1).

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.In addition, in addition to the purpose of minimizing tip damage, there have been attempts to utilize the above-described technique so that the curved image of the surface of the measurement target is not reflected in an optional signal such as EFM or MFM (see Patent Document 2). This technology is also referred to as a so-called pinpoint mode.

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.On the other hand, as the miniaturization and integration of semiconductors progressed, a narrow and deep trench structure was created. In order to obtain the shape of such a narrow and deep trench, a scanning probe microscope such as an atomic force microscope is used, but due to the narrow and deep shape characteristics, at least a longer tip than the height of the trench should be selected. In addition, the tip should be as thin as possible to minimize interference with the sidewalls of the trench. Because of these tip limiting factors, it is very difficult to control the long tip to follow the surface of the narrow and deep trench.

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.Accordingly, the pinpoint mode is sometimes used to measure the shape of a narrow and deep trench. However, the operation of the pinpoint mode using a long tip involves excessive time required to lift the tip, which acts as a factor impairing throughput.

(특허문헌 1)(Patent Document 1)

일본 공개특허 제2004-132823호 (발명의 명칭 : 샘플링 주사 프로브 현미경 및 주사 방법)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-132823 (Title of Invention: Sampling Scanning Probe Microscope and Scanning Method)

(특허문헌 2)(Patent Document 2)

한국 등록특허 제10-2102637호 (발명의 명칭 : 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법, 장치 및 이를 구비하는 원자 현미경)Korean Patent Registration No. 10-2102637 (Title of the invention: Topography signal and option signal acquisition method, apparatus, and atomic force microscope having the same)

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.The present invention has been devised to solve the above problems, has a faster measurement speed, can reduce tip wear, and is suitable for measuring a deep and narrow trench structure. To provide a method, an atomic force microscope for performing the method, and a computer program stored in a computer program stored in a storage medium for performing the method.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

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.In a method according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, the characteristic of the surface of the measurement object is measured by a measuring device that measures the characteristic of the measurement object by measuring the interaction between the tip and the surface of the measurement object way to do it The method includes an approach step of positioning the tip to be in contact with a specific position on the surface of the measurement target; and a lifting step of separating the contacted tip from the surface of the measurement target. is repeatedly performed for a plurality of positions on the surface of the measurement object, but the tip is controlled to vibrate in part or all of the approach step and the lift step, and the tip movement characteristics according to a change in the vibration characteristics of the tip This is controlled.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되고, 상기 팁의 진동 특성은 진폭이다.According to another feature of the present invention, the tip is controlled to vibrate freely, and the vibration characteristic of the tip is amplitude.

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.According to another feature of the present invention, the tip is controlled to vibrate freely during the approach step, and is configured to control the speed of approach of the tip to the surface of the measurement target by changing the amplitude of the tip.

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.According to another feature of the present invention, as the approach step proceeds, the amplitude of the tip decreases as the tip approaches the surface of the measurement object, and then the amplitude A is smaller than the amplitude during free vibration of the tip. When the amplitude of the tip is sensed, the control based on the change in the amplitude of the tip is turned off, and the tip is controlled to press the surface of the measurement object with a specific force.

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.According to another feature of the present invention, the tip is controlled to oscillate freely during the lifting phase and is configured to control the lift height of the tip by a change in the amplitude of the tip.

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.According to another feature of the present invention, the amplitude of the tip increases as the tip moves away from the surface of the measurement target while the lifting step is in progress, and then the tip becomes an amplitude B smaller than the amplitude during free vibration of the tip. When the amplitude of is detected, the lift operation is controlled to stop.

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.According to another feature of the present invention, the method further comprises a shifting step for positioning the tip on the different location after the lifting step at a specific location is completed and before the approach step at the other location is performed, wherein the shifting step is performed. During the step, the tip is controlled to vibrate freely, and during the shift step, the movement path of the tip is controlled so that the vibration characteristic of the tip is constant.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 어프로치 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행된다.According to another feature of the present invention, in the approach step, the contact mode control and the non-contact mode control of the atomic force microscope are respectively performed with different sections.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리프트 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행된다.According to another feature of the present invention, in the lifting step, the contact mode control and the non-contact mode control of the atomic force microscope are respectively performed with different sections.

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.An atomic force microscope according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is an atomic force microscope configured to measure the surface of a measurement target by a probe having a tip and a cantilever. The atomic force microscope includes: an XY scanner configured to move the measurement object such that the tip moves relative to the surface of the measurement object in the XY direction; An optical system configured to be mounted with the probe and capable of measuring vibration or deflection of the cantilever, and data obtained by the optical system to control the distance between the tip and the surface of the measurement target. a head comprising a Z scanner configured to move in a direction; and a controller controlling the XY scanner and the head. includes The controller, an approach step of positioning the tip to be in contact with a specific position on the surface of the measurement target; and a lifting step of separating the contacted tip from the surface of the measurement target. is repeatedly performed for a plurality of positions on the surface of the measurement target, but the tip is controlled to vibrate in some or all of the approach step and the lift step, and the tip moves according to a change in the vibration property of the tip is configured to control

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은, 상술한 방법을 수행하기 위한 저장 매체에 저장된다.A computer program according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is stored in a storage medium for performing the above-described method.

본 발명의 방법에 따르면, 보다 빠른 측정 속도를 가지면서 팁의 마모도 줄일 수 있고 깊고 좁은 트렌치 구조의 측정에 적합한 핀포인트모드를 제공한다.According to the method of the present invention, it is possible to reduce tip wear while having a faster measurement speed and to provide a pinpoint mode suitable for measuring a deep and narrow trench structure.

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.
1 is a schematic perspective view of an atomic force microscope in which an XY scanner and a Z scanner are separated.
2 is a conceptual diagram illustrating a method of measuring a measurement target using an optical system.
3 is a schematic flowchart of a method for measuring a property of a surface of an object to be measured according to the present invention.
4 is a conceptual diagram schematically illustrating a method for measuring a surface characteristic of a measurement target according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing time series of a control method according to the execution of each step of FIG. 4 .
6 shows an FD curve and an AD curve in the approach step.
FIG. 7 is a diagram illustrating a combination curve of the FD curve and the AD curve of FIG. 6 and a VD relationship diagram thereof.
8 shows a diagram of the VD relationship in the lift phase.
9 is a graph showing a time series of a control method when an abnormal situation occurs in the shift step.

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. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

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.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention. In addition, even if it is described that the second coating is performed after the first coating, it goes without saying that coating in the reverse order is also included in the technical spirit of the present invention.

본 명세서에서 도면부호를 사용함에 있어, 도면이 상이한 경우라도 동일한 구성을 도시하고 있는 경우에는 가급적 동일한 도면부호를 사용한다.In using reference numerals in the present specification, even if the drawings are different, the same reference numerals are used as much as possible when the same configuration is shown.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The size and thickness of each component shown in the drawings are illustrated for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the illustrated component.

본 발명을 실행하기 위한 원자 현미경의 구성Construction of an Atomic Force Microscope for Practicing the Invention

먼저, 본 발명의 방법을 수행하기 위한 측정 장치로서의 원자 현미경의 구성에 대해 예시로서 설명한다.First, the configuration of an atomic force microscope as a measuring device for carrying out the method of the present invention will be described as an example.

도 1은 XY 스캐너와 Z 스캐너가 분리된 원자 현미경의 개략적인 사시도이고, 도 2는 광학 시스템을 이용하여 측정 대상을 측정하는 방식을 설명한 개념도이다.1 is a schematic perspective view of an atomic force microscope in which an XY scanner and a Z scanner are separated, and FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a method of measuring a measurement target using an optical system.

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.Referring to FIG. 1 , an atomic force microscope 100 includes a probe unit 110 , an XY scanner 120 , a head 130 , a Z stage 140 , a fixed frame 150 , and a controller 160 . ) is included.

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.The probe unit 110 includes a cantilever 111 and a tip 112 , and the tip 112 is configured to follow the surface of the measurement object 1 in a contact or non-contact state. The probe unit 110 may be provided separately from other components below, and is used by being fixed to the head 130 to be described later.

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.The XY scanner 120 is configured to move the measurement object 1 such that the tip 112 moves relative to the surface of the measurement object 1 in the first direction. Specifically, the XY scanner 120 functions to scan the measurement object 1 in the X direction and the Y direction in the XY plane.

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.The head 130 is configured such that the probe unit 110 can be mounted, and based on an optical system capable of measuring vibration or deflection of the cantilever 111, and data obtained by the optical system, between the tip and the surface of the measurement target. and a Z scanner 131 configured to move the probe 110 in at least the second direction and vice versa to control the distance. The optical system will be described later with reference to FIG. 2 . Here, the Z scanner 131 moves the probe 110 with a relatively small displacement.

Z 스테이지 (140) 는 탐침부 (110) 와 헤드 (130) 를 상대적으로 큰 변위로 Z 방향으로 이동시킨다.The Z stage 140 moves the probe unit 110 and the head 130 in the Z direction with a relatively large displacement.

고정 프레임 (150) 은 XY 스캐너 (120) 와 Z 스테이지 (140) 를 고정한다.The fixed frame 150 fixes the XY scanner 120 and the Z stage 140 .

컨트롤러 (160) 는 적어도 XY 스캐너 (120), 헤드 (130) 및 Z 스테이지 (140) 를 제어하도록 구성된다.The controller 160 is configured to control at least the XY scanner 120 , the head 130 and the Z stage 140 .

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.Meanwhile, the atomic force microscope 110 may further include an XY stage (not shown) configured to move the XY scanner 120 on the XY plane with a large displacement. In this case, the XY stage will be fixed to the fixed frame 150 .

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.The atomic force microscope 100 scans the surface of the measurement object 1 with the probe unit 110 to obtain images such as topography. The relative movement between the surface of the measurement object 1 and the probe unit 110 may be performed by the XY scanner 120, and moving the probe unit 110 up and down to follow the surface of the measurement object 1 is This can be done by the Z scanner 131 . Meanwhile, the probe unit 110 and the Z scanner 131 are connected by a probe arm 132 .

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.Referring to FIG. 2 , the XY scanner 120 supports the measurement object 1 and scans the measurement object 1 in the XY direction. The XY scanner 120 may be driven by, for example, a piezoelectric actuator, and when it is separated from the Z scanner 131 as in this embodiment, a stacked piezo may be used. . Regarding the XY scanner 120, Korean Patent Registration Nos. 10-0523031 (title of invention: XY scanner and driving method thereof in a scanning probe microscope) and No. 10-1468061 (title of invention: scanner control method and scanner device using the same).

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.The Z scanner 131 may be connected to the probe unit 110 to adjust the height of the probe unit 110 . The driving of the Z scanner 131 may also be performed by a piezoelectric actuator like the XY scanner 120 . For the Z scanner 131, reference is made to Korean Patent Registration No. 10-1476808 (title of the invention: scanner device and atomic force microscope including the same), which is the applicant of the present applicant. When the Z scanner 131 is contracted, the probe 110 moves away from the surface of the measurement object 1 , and when the Z scanner 131 is extended, the probe 110 moves closer to the surface of the measurement object 1 . lose

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.The XY scanner 120 and the Z scanner 131 may exist as separate members separated as shown in FIGS. 1 and 2 , but may be integrated into one member by a tubular piezoelectric actuator. In the case of such a tubular piezoelectric actuator, although movement in the XY direction and movement in the Z direction can be performed together, there is a problem in that the behavior in the XY direction and the behavior in the Z direction are coupled to distort the image. However, it goes without saying that such a structure can be utilized in the present invention despite these limitations. Such an XYZ integrated scanner is disclosed in US Patent Publication No. 2012-0079635A1 (title of the invention: Methods and devices for correcting errors in atomic force microscopy), and in addition, a structure of a known atomic force microscope may be used.

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.The head 130 has an optical system capable of measuring the vibration or bending of the cantilever 111 of the probe unit 110, and this optical system includes a laser generating unit 132 and a detector 133.

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.The laser generating unit 132 irradiates laser light (shown by a dotted line) to the surface of the cantilever 111 of the probe unit 110, and the laser light reflected from the surface of the cantilever 111 is PSPD (Position Sensitive Photo Detector) It is condensed on the detector (133) of the same two axes. The signal detected by this detector 133 is sent to the controller 160 for control.

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.The controller 160 is connected to the XY scanner 120 and the Z scanner 131 to control driving of the XY scanner 120 and the Z scanner 131 . In addition, the controller 160 converts the signal obtained from the detector 133 into a digital signal by an ADC converter, and utilizes this to determine the degree of bending, distortion, etc. of the cantilever 111 of the probe unit 110 . . A computer may be integrated into the controller 160 or may be connected to a separate computer and the controller 160 . The controller 160 may be integrated into one and put in a rack, but may exist divided into two or more.

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.The controller 160 sends a signal to drive the XY scanner 120 so that the measurement object 1 can be scanned in the XY direction by the XY scanner 120, while the probe unit 110 moves the measurement object 1 The Z scanner 131 is controlled to have a constant mutual force with the surface (that is, so that the cantilever 111 maintains a certain degree of bending or the cantilever 111 vibrates with a constant amplitude). That is, the controller 160 has a closed loop feedback logic of software or electrical circuit. In addition, the controller 160 measures the length of the Z scanner 131 (or the length of the actuator used in the Z scanner 131), or a voltage applied to the actuator used in the Z scanner 131. By measuring, Topography of the surface of the measurement object 1 is obtained.

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.Here, the tip 112 of the probe unit 110 may move relative to the surface of the measurement object 1 while in contact with the surface of the measurement object 1 (this is referred to as a 'contact mode'), and the surface It is also possible to move relative to the surface of the measurement object 1 while vibrating without contacting it (this is called a 'non-contact mode'), and also to vibrate the surface of the measurement object 1 while vibrating while hitting the surface of the measurement object (1). ) relative to the surface (this is called 'tapping mode'). Since these various modes correspond to previously developed modes, detailed descriptions thereof will be omitted.

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. On the other hand, the data regarding the surface of the measurement object 1 obtained by the controller 160 may be various other than the shape data. For example, by applying a magnetic force to the probe unit 110 or performing a special treatment for applying an electrostatic force, data on the magnetic force on the surface of the measurement object 1, data on the electrostatic force, and the like can be obtained. The modes of the atomic force microscope include MFM (Magnetic Force Microscopy), EFM (Electrostatic Force Microscopy), and the like, which may be implemented using a known method. In addition, the data regarding the surface of the measurement object 1 may be a voltage of the surface, a current of the surface, or the like.

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.On the other hand, it should be noted that the configuration of the head 130 only describes essential components for convenience of explanation, and specific configurations such as other optical systems are omitted. Configurations disclosed in No. 0646441 may be further included.

측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법How to measure the properties of the surface of the measurement object

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a method for measuring the characteristics of the surface of the measurement target of the present invention will be described.

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.3 is a schematic flowchart of a method for measuring the surface characteristics of a measurement target according to the present invention, and FIG. 4 is a conceptual diagram schematically illustrating a method for measuring the surface characteristics of the measurement target according to the present invention.

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.Referring to FIG. 3 , in the method of measuring the surface characteristic of the measurement object according to the present invention, the atomic force microscope illustrated in FIGS. 1 and 2 measures the characteristic of the measurement object by measuring the interaction between the tip and the surface of the measurement object It is made by the same measuring device as in (100), and includes an approach step (S10), a lift step (S20), and a shift step (S30). Hereinafter, the description of the method will be referred to with reference to FIGS. 1 and 2 as well.

먼저, 측정 대상의 표면의 특정 위치 (제1 위치) 에 팁 (112) 이 접촉되도록 위치시킨다 (어프로치 단계, S10).First, the tip 112 is placed in contact with a specific position (first position) of the surface of the measurement object (approach step, 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.Referring to FIG. 4 , in this step ( S10 ), the measuring device sends the tip of the tip located at the point a to the point b (the first position) to make contact. Point a is an arbitrary position, and may be the position of the end of the tip 112 after the previous shifting step S30 is completed. The position (first position) of the tip 112 after the approach is an arbitrary point to be measured.

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.The approach step S10 is made by bringing the tip 112 close to the surface of the measurement object 1 using the Z scanner 131 . The approach step S10 is completed by causing the tip of the tip 112 to press the surface of the measurement object 1 with a specific force. When the tip of the tip 112 is pressed with a specific force, the cantilever 111 is bent, and the bending of the cantilever 111 is detected by an optical system including a laser generating unit 133 and a detector 134 . When the cantilever 111 is bent to a certain extent, the approach step S10 is completed, and data on the position of the tip of the tip 112 is collected. Such data may be obtained from the Z scanner 131 , or may be obtained by a length sensor (eg, strain gauge sensor) attached to the Z scanner 131 or the like. In addition, a specific control method in the approach step (S10) will be described later.

어프로치 단계 (S10) 가 완료된 후, 상술한 데이터가 얻어지면, 접촉된 팁 (112) 을 측정 대상의 표면으로부터 이격시킨다 (리프트 단계, S20).After the approach step (S10) is completed, when the above-described data is obtained, the contacted tip 112 is separated from the surface of the measurement object (lifting step, 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.4, in this step (S20), the measuring device lifts the tip of the tip 112 located at the b point to the c point. For reference, point c may be the same as point a, or may not be the same as in FIG. 4 . If the Z scanner 131 that moves the tip 112 in the z direction implements complete straightness, points a and c coincide, and the path of the tip 112 by the approach step S10 and the lift step S20 The paths of the tip 112 by the can overlap each other.

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).The tip 112 lifted by the lifting step S20 is controlled to be positioned on a position (second position) different from the first position for data collection at another point (shifting step 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.4, in this step (S30), the measuring device moves the tip of the tip located at the c point to the d point located above the second position. The movement of the tip 112 may be implemented by moving the tip 112 , but may be implemented by moving the measurement object 1 by the XY scanner 120 . According to the measuring apparatus shown in FIGS. 1 and 2 , the shifting step S30 can be performed by controlling the XY scanner 120 to move the measurement object 1 .

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.Here, the shifting step S30 may be implemented to move the tip 112 horizontally to the X direction as shown in FIG. 4 , but any path may be taken as long as it can be moved to a different planned position.

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.Also, since the shift step S30 is included in the lift step S20, it may not be performed as a separate step. When performing the lifting step (S20), the lifting step (S20) can be omitted by horizontally moving the tip 112 while lifting it.

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.The above-described approach step (S10), lift step (S20), and shift step (S30) are repeatedly performed for a plurality of positions on the surface of the measurement object 1, so that the characteristic of the measurement object 1 can be measured. Here, the characteristic of the measurement object 1 may be a topography of the surface of the measurement object 1 or the like. However, information other than topography can also be obtained by imparting special properties (magnetic properties, electrical properties, etc.) to the tip 1 in addition to this.

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.As shown in FIG. 4, the above-described steps (S10, S20, S30) are repeatedly performed for a plurality of positions of the surface of the measurement object 1 along the X direction to obtain data obtainable in the normal contact mode or non-contact mode. there is. In particular, in the measurement of the deep and narrow trench structure illustrated in FIG. 4 , it is necessary to find a very difficult feedback condition for the tip 112 to follow the surface of the measurement object 1 in the conventional contact mode or non-contact mode, and the feedback condition If this is not satisfied, the tip 112 collides with the measurement object 1 to obtain a poor image, and there is also a problem in that the tip 112 needs to be replaced frequently. On the other hand, if the method according to the present invention is used, an excellent image can be obtained while minimizing damage to the tip 112 even in the measurement of a deep and narrow trench structure.

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.On the other hand, in the deep and narrow trench structure, in the conventional non-contact mode, the tip 112 interacts with the sidewall before interacting with the bottom of the trench. This was difficult. For this, a long tip 112 must be used, and when performing a method such as the present invention with the long tip 112, it was common to completely pull the tip 112 out of the trench, which has the disadvantage of lengthening the measurement time. became However, these disadvantages are compensated for by the features described later.

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.5 is a graph showing the control method according to the execution of each step of FIG. 4 chronologically, FIG. 6 shows the FD curve and the AD curve in the approach step, and FIG. 7 is the FD curve and the AD curve of FIG. Fig. 8 shows the VD relation diagram in the lift stage, and Fig. 9 is a graph showing the control method in time series when an abnormal situation occurs in the shift stage.

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. 5, the approach step (S10), the lift step (S20), and the shift step (S30) are performed in order, and the pressing force - Force Set Point and Amplitude - Set Point By setting it, the control of the contact mode and the non-contact mode is performed together.

도 5 내지 도 7을 참조하여 어프로치 단계 (S10) 에서의 구체적인 제어 방법을 설명한다.A specific control method in the approach step S10 will be described with reference to FIGS. 5 to 7 .

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. In the approach step S10, the tip 112 is controlled to vibrate at a specific frequency f. Here, the specific frequency may be a resonant frequency of the cantilever 111 . Tip 112 is free oscillating and has an amplitude A free of free oscillation.

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.Upon completion of this step 10 , the tip 112 vibrates, but the tip 112 is controlled to contact the surface of the measurement object 1 . That is, although the approach is performed in the contact mode, the control is performed in the approach step S10 also in the non-contact mode.

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.Fig. 6(a) shows a graph (F-D curve) showing the relationship between the distance D and the pressing force F between the tip of the tip 112 and the surface of the measurement object 1 in the contact mode. The tip of the tip 112 receives little force when it is far from the measurement object (1), but when it is very close, the tip of the tip 112 sticks to the surface of the measurement object (1), and when it gets closer, the tip ( 112) This measurement object (1) is pressed, and the pressing force can continue to increase.

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.In Fig. 6(b), a graph (AD curve) showing the relationship between the amplitude (A) of the tip 112 in the non-contact mode and the distance (D) between the tip of the tip 112 and the surface of the measurement object 1 is is shown The amplitude of the tip 112 decreases as the distance increases due to the interaction with the surface of the measurement object 1, and when the tip 112 comes into contact with the measurement object 1, the amplitude reaches 0 due to physical restraint is reduced close to

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.Using the behavioral characteristics of the tip 112 in the contact mode and the non-contact mode of FIG. 6 , as shown in FIG. 7 , the operation of the tip 112 approaching the surface of the measurement object 1 is controlled.

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.7A is a composite of the F-D curve and the A-D curve of FIG. 6 , and shows the Y-axis by synthesizing the pressing force (F) and the amplitude (A) at a certain ratio. Through this, the approach speed control method as shown in (b) of FIG. 7 is determined.

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.First, in the approach step S10, the control according to the contact mode is not operated, and only the control according to the non-contact mode is operated until the tip 112 and the measurement object 1 approach a specific distance d 1 .

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.The specific distance d 1 may be arbitrarily determined, but it is preferable to set a value equal to or slightly larger than the point g at which the tip of the tip 112 is attached to the surface of the measurement object 1 . The amplitude-setpoint A setl , which is the amplitude of the tip 112 at a specific distance d 1 , may be determined according to the type of the cantilever 111 with the tip 112 . For example, the amplitude-setpoint A setl may be expressed as a ratio to A free , and may be, for example, 5%, 10%, or 15%.

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.The control according to the non-contact mode, which is performed until the tip 112 and the measurement object 1 approaches a specific distance d 1 , is to control the approach speed (approach speed) V as the amplitude A. That is, as shown in (b) of FIG. 7 , the approach speed V is controlled to decrease in proportion to the decrease in amplitude A.

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.When the amplitude reaches the amplitude-setpoint A setl , the control according to the non-contact mode is terminated, and the control according to the contact mode is performed. That is, the approach speed V is controlled according to the force (pressing force) that the tip 112 presses against the surface of the measurement object (1), and as a result, with the pressing force-setpoint F set , the tip 112 presses the measurement object (1) is controlled to press the surface of the

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.Here, the pressing force-setpoint F set may be appropriately determined according to the characteristics of the probe unit 110 , the surface characteristics of the measurement object 1 , and the structural characteristics of the measurement object 1 , and may be, for example, several to several tens of nN. there is.

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.In other words, as the approach step (S10) proceeds, as the tip 112 approaches the surface of the measurement object 1, the amplitude of the tip 112 decreases, and the amplitude of the tip 112 is smaller than the amplitude at the time of free oscillation. When the amplitude of the tip 112 is detected below A setl , the control based on the change in the amplitude of the tip 112 (non-contact mode control) is turned off, and the tip 112 is the measurement target (1). ) to perform a control (contact mode control) controlled to press the surface of , with a specific force.

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.Referring back to FIG. 5 , when the approach step S10 is performed, the pressing force-setpoint is set to F set , and the amplitude-setpoint is set to A setl . The contact mode control and the non-contact mode control are performed in different sections by these setpoints.

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.If this approach is performed, the approach can be performed quickly, and as the tip of the tip 112 approaches the surface of the contact object 1, the approach speed is reduced to reduce the tip of the tip 112 and the surface of the contact object 1 By reducing the amount of collision between the two, the tip 112 can be used for a long time.

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.Referring to FIG. 8, in the lift step (S20), the tip 112 is initially controlled to move away from the surface of the measurement object 1 at a high speed, and when it has a distance greater than d1, the speed is controlled by non-contact mode control. can As the amplitude of the tip 112 increases, the speed is controlled to decrease, and the lift height is limited so that the amplitude does not become greater than a predetermined value.

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.In other words, the distance D between the tip of the tip 112 and the surface of the measuring object 1 is Controlled. The distance d 2 when the amplitude A is A seth may be referred to as the lift height.

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.The amplitude-setpoint A seth can be variously set to a value larger than A setl , for example, it can be a value of 50 to 95% of the maximum amplitude A free . Since the amplitude-setpoint A seth is related to the lift height d 2 , the amplitude-setpoint A seth is set according to how much the lift height is set.

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.In this case, in the non-contact mode control, it is preferable to keep the gain value low. This is because, in the lifting step ( S20 ), the lifting operation is important, but the sensitive control is not.

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.In other words, as the tip 112 moves away from the surface of the measurement object 1 as the lifting step S20 proceeds, the amplitude of the tip 112 increases, and the amplitude of the tip 112 is smaller than the amplitude at the time of free oscillation. When the amplitude of the tip 112 is sensed with A seth , it is controlled to stop the lift operation.

도 5를 다시 참조하면, 리프트 단계 (S20) 에서는 누름힘-셋포인트를 0이나 그에 가까운 값으로 설정하고, 진폭-셋포인트를 최대인 Aseth로 설정하여 리프트 속도와 높이를 제어한다.Referring back to FIG. 5 , in the lifting step ( S20 ), the pressing force-setpoint is set to 0 or a value close to it, and the amplitude-setpoint is set to the maximum A seth to control the lift speed and height.

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. According to the present method, the pin-point mode can be performed by setting the minimum lift height by utilizing the non-contact mode control in the lift step S20. That is, while the conventional pin-point mode sufficiently lifts the tip 112 and then approaches at another position, according to the method of the present invention, the measurement speed can be increased by remarkably reducing the lift height while increasing the lift speed. there is.

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.Referring to Fig. 5, the shifting step S30 is performed by generating displacement in the X-direction (or Y-direction) while maintaining the lifted Z-direction displacement. During the shift step S30, the pressing force-setpoint is set to 0 or a value close to it, as in the lift step S20, and the amplitude-setpoint is set to A seth . 5 illustrates a case where no obstacle is detected when the tip 112 moves, and the displacement in the Z direction is maintained while the displacement in the X direction is constantly changed.

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.However, during the shifting step S30 , the movement of the tip 112 in the X direction may not be possible due to an obstacle (eg, the sidewall in FIG. 9A ). These events can occur frequently when measuring deep and narrow trench structures.

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.Referring to FIG. 9 , in the shift step S30 , in the initial section S30 - 1 , only the movement in the X direction is made while the displacement of the tip 112 in the Z direction is not changed. When the tip 112 collides with the side wall, the amplitude A is reduced, and as shown in FIG. 5 , a control is performed to set it back to the amplitude-setpoint A seth . Tip 112 is lifted to increase the amplitude of tip 112 . Even at this time, the movement of the tip 112 in the X direction continues. That is, the amplitude is measured to decrease in the section S30-2, but the amplitude is again controlled to A seth in the section S30-3 due to the change in the displacement of the tip 112 in the Z direction.

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.For reference, the collision can be confirmed by a change in the pressing force. Referring to (b) of FIG. 9 , it can be seen that the tip 112 presses the measurement object 1 as the pressing force has a negative value during collision.

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.That is, when performing the shift step S30, the distance between the tip 112 and the surface of the measurement object 1 is maintained by utilizing the non-contact mode control, so the measurement time is reduced by omitting the operation of excessively lifting the tip 112. can be drastically reduced.

다시 말해, 시프트 단계 (S30) 동안 팁 (112) 의 진동 특성 (예를 들어 진폭) 이 일정하도록 팁 (112) 의 이동 경로가 제어된다.In other words, the movement path of the tip 112 is controlled so that the vibration characteristic (eg, amplitude) of the tip 112 is constant during the shift step S30 .

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. As described above, the movement characteristic of the tip 112 is controlled according to a change in the vibration characteristic of the tip 112 . Here, the movement characteristic may be an approach speed of the tip 112 exemplified above and a lift height of the tip 112 .

또한, 팁 (112) 의 진동 특성으로 본 실시예에서는 진폭만 예시하였으나, 이는 예시에 불과하고, 주파수, 위상 등 팁 (112) 의 진동과 관련된 특성을 포괄한다.In addition, although only amplitude is illustrated in this embodiment as the vibration characteristic of the tip 112 , this is only an example, and includes characteristics related to vibration of the tip 112 , such as frequency and phase.

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.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

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
100… atomic force microscope
110… probe
111… cantilever
112… tip
120… XY Scanner
130… head
131… scanner
132... probe arm
133… laser generating unit
134… detector
140… stage
150… fixed frame
160… controller

Claims (11)

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 팁의 진동 특성의 변화에 따라 상기 팁의 이동 특성이 제어되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
A method of measuring a characteristic of a surface of the measurement object by a measuring device that measures the characteristic of the measurement object by measuring an interaction between a tip and a surface of the measurement object, the method comprising:
an approach step of positioning the tip to be in contact with a specific position on the surface of the measurement target; and
a lifting step of separating the contacted tip from the surface of the measurement target; Repeatedly for a plurality of positions on the surface of the measurement target,
controlled to vibrate the tip in some or all of the approach step and the lift step;
A method of measuring a property of a surface of a measurement target, wherein a movement property of the tip is controlled according to a change in the vibration property of the tip.
제1 항에 있어서,
상기 팁은 자유 진동하도록 제어되고, 상기 팁의 진동 특성은 진폭인, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
According to claim 1,
wherein the tip is controlled to vibrate freely, and the vibration characteristic of the tip is amplitude.
제2 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.
3. The method of claim 2,
During the approach step the tip is controlled to vibrate freely,
and controlling the speed of approach of the tip to the surface of the measurement object by a change in the amplitude of the tip.
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.
4. The method of claim 3,
As the approach step progresses, the amplitude of the tip decreases as the tip approaches the surface of the measurement target, and when the amplitude of the tip is sensed to be less than or equal to the amplitude A during free oscillation of the tip, the Turn off the control based on the change in the amplitude of the tip (turn off),
A method of measuring a property of a surface of a measurement object, wherein the tip is controlled to press the surface of the measurement object with a specific force.
제2 항에 있어서,
상기 리프트 단계 동안 상기 팁은 자유 진동하도록 제어되며,
상기 팁의 진폭의 변화에 의해 상기 팁의 리프트 높이를 제어하도록 구성되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
3. The method of claim 2,
during the lifting phase the tip is controlled to vibrate freely;
and controlling the lift height of the tip by a change in the amplitude of the tip.
제5 항에 있어서,
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 제어되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
6. The method of claim 5,
As the lifting step progresses, the amplitude of the tip increases as the tip moves away from the surface of the measurement object. A method of measuring a property of a surface of an object to be measured, which is controlled to stop motion.
제2 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.
3. The method of claim 2,
a shifting step for positioning the tip on the different location after the lifting step at a specific location is completed and before the approach step at the other location is performed;
during the shifting the tip is controlled to oscillate freely;
A method of measuring a surface characteristic of a measurement object, wherein a movement path of the tip is controlled so that the vibration characteristic of the tip is constant during the shifting step.
제2 항에 있어서,
상기 어프로치 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
3. The method of claim 2,
In the approach step, the contact mode control and the non-contact mode control of the atomic force microscope are respectively performed with different sections.
제2 항에 있어서,
상기 리프트 단계에서, 원자 현미경의 접촉 모드 제어와 비접촉 모드 제어가 구간을 달리하여 각각 수행되는, 측정 대상의 표면의 특성을 측정하는 방법.
3. The method of claim 2,
In the lifting step, the contact mode control and the non-contact mode control of the atomic force microscope are respectively performed with different sections.
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 팁의 진동 특성의 변화에 따라 상기 팁의 이동 특성을 제어하도록 구성되는, 원자 현미경.
An atomic force microscope configured to measure a surface of an object to be measured by a probe having a tip and a cantilever, the atomic force microscope comprising:
an XY scanner configured to move the measurement object such that the tip moves relative to the surface of the measurement object in the XY direction;
An optical system configured to be mounted with the probe, and capable of measuring vibration or bending of the cantilever, and an optical system capable of measuring a distance between the tip and the surface of the measurement target based on data obtained by the optical system. a head comprising a Z scanner configured to move in a direction; and
a controller for controlling the XY scanner and the head; including,
The controller is
an approach step of positioning the tip to be in contact with a specific position on the surface of the measurement target; and
a lifting step of separating the contacted tip from the surface of the measurement target; Repeatedly for a plurality of positions on the surface of the measurement target,
controlled to vibrate the tip in some or all of the approach step and the lift step;
and control a movement characteristic of the tip according to a change in the vibration characteristic of the tip.
상기 제1 항의 방법을 수행하기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a storage medium for performing the method of claim 1.
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