KR20240017400A - 시료 지지대의 위치 설정 동안 간섭 변수 보상을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
시료 지지대의 위치 설정 동안 간섭 변수 보상을 위한 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 시료 지지대(sample support)의 위치 설정(positioning) 동안, 특히 탐침 현미경 검사(probe microscopy) 동안 간섭 변수 보상(interference variable compensation)을 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은: 센서 지지대(3)의 제 1 거리 센서(X1)를 사용하여 시료 지지대(2)의 제 1 측면까지의 거리(dx1)를 측정하고, 상기 센서 지지대(3)의 제 2 거리 센서(X2)를 사용하여 제 1 측면의 반대편에 있는 시료 지지대(2)의 제 2 측면까지의 거리(dx2)를 측정하는 단계, 상기 거리(dx1, dx2)는 제 1 축(x)에 실질적으로 평행하게 결정되며; 상기 센서 지지대(3)의 제 3 거리 센서(Y1)를 사용하여 상기 시료 지지대(2)의 제 3 측면까지의 거리(dy1)를 측정하고, 상기 센서 지지대(3)의 제 4 거리 센서(Y2)를 사용하여 제 3 측면의 반대편에 있는 상기 시료 지지대(2)의 제 4 측면까지의 거리(dy2)를 측정하는 단계, 상기 거리(dy1, dy2)는 제 1 축(x)과 상이한 제 2 축(y)과 실질적으로 평행하게 결정되며; 피에조 포지셔너(piezopositioner)(1)를 사용하여 센서 지지대(3)에 대해 시료 지지대(2)를 위치 설정하는 단계;를 포함한다. 본 발명은 또한 상응하는 장치(10)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 시료 지지대(sample support)의 위치 설정 동안 간섭 변수 보상을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
예를 들어 탐침 현미경 측정(probe microscopy measurements), 마스크 및 웨이퍼의 셋업(setup)에서의 반도체 기술, 및 단결정 단층 촬영에서 시료 지지대의 정확한 위치 설정이 필요하다.
탐침 현미경 측정은 특수한 탐침(예를 들어 주사력 현미경: 미세한 바늘; 주사 터널링 현미경: 미세한 전기 전도성 와이어 팁; 광학 핀셋(optical tweezers): 집속 레이저의 초점에 있는 입자)을 사용하여 최대 0.01 nm의 높은 국소 분해능(high local resolution)으로 시료와의 상호작용을 측정 및/또는 이미지화한다.
탐침과 시료의 상호 작용은 시료에 대한 탐침의 상대적 위치에 따라 달라진다. 이러한 유형의 모든 장치는 시료에 대한 탐침의 상대적 위치가 비선형 방식(non-linearly way)으로 변화하는 특징적인 드리프트 현상(drift phenomena)을 나타낸다. 드리프트는 장치의 구조 성분들(structural components)의 열적 팽창/수축 또는 결합된 성분 요소들(joined component elements)의 기계적 이완에 의해 발생한다. 드리프트와 관련된 탐침 위치의 부정확성은 세 공간 방향 모두에서 발생하며 탐침 지지대 또는 탐침의 위치에 대한 간섭 변수를 나타내며 설계에 따라 이론적으로 달성 가능한 분해능인 0.01 nm 보다 분당 4배 내지 5배 높은 크기이다. 이를 통해 수 분 내지 수 시간에 걸쳐 나노미터-정밀도로 실시간으로 정의된 위치에서 매우 정확한 시간-불변 위치 설정(time-invariant positioning) 및 재현 가능한 측정이 불가능하다.
이러한 드리프트 효과를 보상하기 위한 다양한 방법이 종래 기술로부터 알려져 있다: 구조적 수단은 예를 들어 낮은 열적 팽창을 갖는 건축 재료의 사용, 정적 마찰(static friction) 또는 대칭 구성에 기반한 연결부의 최소화를 포함한다. 다른 수단(measures)은 장치를 수용하는 방(room)의 구조적 수단을 통한 소음(sound)의 차단, 온도 변화에 대한 안정화 또는 진동의 회피를 포함한다. 덜 수고로운 방법은 소프트웨어 솔루션 예를 들어 중복성(redundancies) 및 공지의 마커를 포함하는 측정 프로토콜(measurement protocol)에서의 어댑테이션(adaptations) 뿐만 아니라 측정 후의 소프트웨어-지원 보정(software-supported corrections)을 포함한다. 실시간 보정 방법은 추가적인 센서 시스템에 의해 위치될 수 있는 추가적인 표본 마커를 통해 기술적으로 구현된다.
상기 방법의 단점은 매우 비싸다는 점(구조적, 비-구조적 측정), 측정 시간을 증가시켜서 시간적으로 중요한 측정 문제가 제외된다는 점(추가 중복성), 또는 원하는 상대적 위치가 유지될 수 없기 때문에 측정이 더 이상 측정 과제에 해당하지 않는 효과를 가진다는 점(후속 보정)이다. 확립된 보정 방법의 또 다른 단점은 시료 마커에 의한 실시간 보정 방법의 경우, 그 해결책이 측정 방법에 구체적으로 통합되어야 하고 시료가 그에 맞게 조정되고 적응되어야 한다는 점이다. 이러한 단계는 일반적으로 유효하지 않으며, 즉 모든 시료 시스템이 마커의 적용을 허용하는 것은 아니며, 검출 시스템 자체의 잠재적 드리프트가 무시된다.
상기 문제점들은 일반적으로 시료 지지대의 정확한 위치 설정에 의해 발생한다.
US 2013/0098274 A1은 x-방향 및 y-방향에서 시료 테이블까지의 거리가 레이저 간섭계(laser interferometers)를 사용하여 결정되는 시료 장치를 보여준다. 그러나 불리하게도, 시료 테이블의 열적 팽창을 확인할 수 없기 때문에 보상할 수 없다는 점이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 경감시키거나 제거하는 것이다. 특히, 본 발명은 센서 지지대(sensor support)에 대한 시료 지지대의 위치 설정(특히 실시간으로)과 관련하여, 바람직하게는 시료의 특정 성질을 요구하지 않고, 방법과 무관한 간섭 변수(특히 열적 드리프트(thermal drift) 및 열적 팽창(thermal expansion))가 보상되는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은, 시료 지지대의 (센서 지지대(sensor support)에 대한) 위치 설정 동안, 특히 탐침 현미경 검사(probe microscopy)에서, 간섭 변수 보상 방법에 의해 달성되며, 상기 방법은:
상기 센서 지지대의 제 1 거리 센서(first distance sensor)로 상기 시료 지지대의 제 1 측면까지의 거리를 측정하고 상기 센서 지지대의 제 2 거리 센서로 상기 제 1 측면의 반대편에 있는 시료 지지대의 제 2 측면까지의 거리를 측정하는 단계, 상기 거리는 제 1 축(first axis)에 실질적으로 평행하게 결정됨;
상기 센서 지지대의 제 3 거리 센서로 상기 시료 지지대의 제 3 측면까지의 거리를 측정하고 상기 센서 지지대의 제 4 거리 센서로 상기 제 3 측면의 반대편에 있는 시료 지지대의 제 4 측면까지의 거리를 측정하는 단계, 상기 거리는 상기 제 1 축과 상이한 제 2 축에 실질적으로 평행하게 결정됨;
피에조 포지셔너(piezo positioner)를 사용하여 상기 센서 지지대에 대해 상기 시료 지지대를 위치 설정하는 단계;
를 갖는다.
또한, 상기 목적은 시료 지지대의 (센서 지지대에 대해) 위치 설정 동안 간섭 변수 보상을 위한 장치에 의해 달성되며,
상기 장치는:
- 시료 지지대;
- 센서 지지대, 상기 센서 지지대는,
상기 시료 지지대의 제 1 측면까지의 거리를 측정하기 위한 제 1 거리 센서 및 상기 제 1 측면의 반대편에 있는 시료 지지대의 제 2 측면까지의 거리를 측정하기 위한 제 2 거리 센서,
상기 시료 지지대의 제 3 측면까지의 거리를 측정하기 위한 제 3 거리 센서 및 상기 제 3 측면의 반대편에 있는 시료 지지대의 제 4 측면까지의 거리를 측정하기 위한 제 4 거리 센서,
를 구비하되,
상기 제 1 및 제 2 거리 센서는 상기 거리를 제 1 축에 실질적으로 평행하게 결정하도록 구성되고, 상기 제 3 및 제 4 거리 센서는 상기 거리를 상기 제 1 축과 상이한 제 2 축에 실질적으로 평행하게 결정하도록 구성됨;
및
- 상기 시료 지지대를 운반하는(carry) 피에조 포지셔너;
를 포함한다.
시료대 지지대의 마주하는 두 측면까지의 거리를 측정하여, 예를 들어 열적 이완(thermal relaxation)으로 인한 변위(displacement), 및 상기 시료 지지대의 팽창(expansion)은 둘 다 특수 표시(special markings)와 같은 추가 수단에 대한 필요 없이 결정될 수 있다. 이들은 제 1 및 제 2 거리 센서를 갖는 제 1 축 방향 및 제 3 및 제 4 거리 센서를 갖는 제 2 축 방향에서 결정된다. 이러한 측정은 유리하게는 실시간으로 수행될 수 있다. 간섭 변수는 특히 (열적) 드리프트 및 기계적 진동(vibration), 오실레이션(oscillations) 및/또는 변형(deformations)을 의미하는 것으로 이해된다.
제 1 거리 센서를 사용한 거리의 측정 또는 결정은 바람직하게는 제 2 거리 센서를 사용한 거리의 측정 또는 결정과 반대 방향에서 수행된다. 제 3 거리 센서를 사용한 거리의 측정 또는 결정은 제 4 거리 센서를 사용한 거리의 측정 또는 결정과 반대 방향에서 수행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제 1 거리 센서 및 제 2 거리 센서를 사용한 측정은 제 1 축을 따라 수행한다. 바람직하게는, 제 3 거리 센서 및 제 4 거리 센서를 사용한 측정은 제 2 축을 따라 수행된다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 거리 센서는 거리를 바람직하게는 10 nm 미만, 특히 바람직하게는 1 nm 미만, 더욱 바람직하게는 0.1 nm 미만으로 정확하게 측정하도록 구성된다. 거리 센서는 센서 헤드(sensor head)와 표적(target) 사이의 공간의 양, 특히 바람직하게는 10-8 내지 10-12m의 정확도로 결정할 수 있는 간격 센서를 의미하는 것으로 이해된다. 교정 단계(calibration phase) 후, 측정된 변수에서 상대 변화는 상기 측정된 변수 자체 대신에 선택적으로 사용될 수 있다. 각 측면까지의 거리는 특히 각 거리 센서와 각 측면 사이의 공간의 양을 의미하는 것으로 이해된다. 센서 지지대는 제 1 거리 측정기, 제 2 거리 측정기, 제 3 거리 측정기 및 제 4 거리 측정기를 운반한다. 따라서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 거리 측정기는 센서 지지대의 한 지점에서 시료 지지대의 한 지점까지의 각각의 거리를 측정한다. 특히, 제 1 및 제 2 거리 센서는 시료 지지대의 서로 반대편에 있는 가장자리까지의 거리를 측정한다. 각 경우에 거리가 측정되는 시료 지지대의 지점은 예를 들어 반사 물질을 포함하여 특별히 준비될 수 있다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 측면은 바람직하게는 서로 상이하다. 바람직하게는, 제 3 측면은 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 위치하고 및/또는 제 4 측면은 제 2 측면과 제 1 측면 사이에 위치한다.
피에조 포지셔너를 사용한 시료 지지대의 위치 설정은 바람직하게는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 거리 센서에 의해 결정된 거리에 기초하여 수행하되, 여기서 특히 간섭 변수가 보상된다. 바람직하게는, 위치 설정은, 각각의 경우 양 측면에서 측정된 거리에 기초하여 결정되는, 시료 지지대의 가정된 중심점을 미리 결정된 (원하는) 중심점으로 이동하는 방식으로 수행된다.
시료 지지대의 반대편에 있는 측면에 대해 측정하고 유리하게는 서로 반대쪽에 배치된 각각의 거리 센서로부터, 센서 지지대와 시료 지지대의 상대적 위치 및 상대적 열적 팽창, 따라서 탐침 또는 시료를 운반하는 경우 또한 상기 탐침 및 시료 자체의 상대적 위치 및 상대적 열적 팽창이 결정된다.
센서 지지대 및 피에조 포지셔너를 운반하는 임의의 원하는 지지 구조체(supporting structure)가 제공될 수 있으며, 여기서 상기 피에조 포지셔너는 시료 지지대를 운반한다. 센서 지지대는 바람직하게는 탐침이 통과할 수 있거나 안내될(guided) 수 있는 조리개(aperture)를 갖는 것이 바람직하다.
상기 센서 지지대의 제 1 거리 센서를 사용한 상기 시료 지지대의 제 1 측면까지의 거리 측정 및 상기 센서 지지대의 제 2 거리 센서를 사용한 상기 시료 지지대의 제 2 측면까지의 거리 측정은 바람직하게는 동시에 수행된다. 상기 센서 지지대의 제 3 거리 센서를 사용한 상기 시료 지지대의 제 3 측면까지의 거리 측정 및 상기 센서 지지대의 제 4 거리 센서를 사용한 상기 시료 지지대의 제 4 측면까지의 거리 측정은 바람직하게는 동시에 수행된다. 바람직하게는, 상기 거리들의 측정은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 거리 센서를 사용하여 동시에 측정된다.
제 1 축 및 제 2 축이 서로 다르다는 사실은 특히 제 1 축 및 제 2 축이 서로 평행하지 않고 서로 동일하지 않다는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
제 1 축을 따르는 (즉, 제 1 축의 방향으로) 시료 지지대의 위치(position) 및 범위(extent)는 상기 제 1 축에 평행한 거리로부터 결정되고/되거나 제 2 축을 따르는 (즉, 제 2 축의 방향으로) 위치 및 범위는 제 2 축에 평행한 거리로부터 결정되는 것이 유리하다. 바람직하게는, 시료 지지대는 제 1 축 및/또는 제 2 축을 따라 결정된 위치(들) 및 방향(들)에 기초하여 위치 설정된다.
상기 방법은: 센서 지지대의 제 5 거리 측정기를 사용하여 시료 지지대까지의 거리를 측정하는 단계, 상기 거리는 제 1 축 및 제 2 축과는 상이한 제 3 축에 실질적으로 평행하게 결정됨, 바람직하게는 상기 제 3 축을 따라 상기 시료 지지대의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것이 유리하다. 예를 들어 각 수평 방향에서의 위치 및 범위가 제 1 내지 제 4 거리 센서를 사용하여 결정되는 경우, 수직 방향에서의 위치는 또한 제 5 거리 측정기를 사용하여 결정될 수 있다. 시료가 일반적으로 시료 지지대 위에 배열되고 시료 지지대에서 제 1 축 및 제 2 축 방향으로 연장되므로, 제 3 축의 방향에서의 시료 지지대의 범위는 반드시 결정될 필요는 없다. 이는 일반적으로 시료 지지대 및 탐침에 제공된 시료의 위치에는 영향을 미치지 않는다. 따라서 제 1 내지 제 5 거리 센서를 사용하여 시료 지지대의 절대 위치 설정이 달성될 수 있다. 제 1 내지 제 4 거리 센서와 관련하여 언급된 바람직한 구현예는 제 5 거리 센서에 대해서도 제공될 수 있다. 바람직하게는, 시료 지지대는 또한 제 5 거리 센서에 의해 결정된 거리에 기초하여 위치 설정된다. 제 5 거리 센서를 사용한 거리 측정은 제 1, 제 2, 제 3 및/또는 제 4 거리 센서를 사용한 거리 측정과 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
제 3 축이 제 1 축 및 제 2 축과 다르다는 사실은 특히 제 3 축 및 제 1 축이 서로 평행하지 않고 서로 동일하지 않으며, 제 3 축 및 제 2 축이 서로 평행하지 않고 서로 동일하지 않다는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
상기 방법은: 센서 지지대의 제 6 거리 측정기 및 센서 지지대의 제 7 거리 측정기를 사용하여 시료 지지대까지의 거리를 측정하는 단계를 더 포함하되, 상기 거리는 제 3 축에 실질적으로 평행하게 결정되고, 바람직하게는 상기 시료 지지대의 제 1 틸팅 축(tilting axis)에 대한 틸팅(tilting)은 제 6 거리 측정기 및 제 7 거리 측정기에 의해 결정된 거리로부터 결정되고/되거나 상기 시료 지지대의 제 2 틸팅 축에 대한 틸팅은 제 5 거리 측정기, 제 6 거리 측정기 및 제 7 거리 측정기에 의해 결정된 거리로부터 결정되는 것이 유리하다. 예를 들어 제 1 틸트 축(tilt axis)에 대한 시료 지지대의 틸트 각(tilt angle)은 제 6 및 제 7 거리 센서에 의해 측정된 거리에서 상대적 변화로부터 결정될 수 있고/있거나 제 2 틸트 축을 따르는 틸트 각(경사각(inclination angle))은 상기 제 5 거리 센서 및 상기 제 6 및 제 7 거리 센서 중의 평균 하나에 의해 측정된 거리에서 상대적 변화로부터 결정될 수 있다. 상기 제 1 틸트 축 및 제 2 틸트 축은 바람직하게는 서로 직교한다. 바람직하게는, 상기 제 1 틸트 축은 상기 제 1 축에 평행하고 상기 제 2 틸트 축은 상기 제 2 축에 평행하다. 바람직하게는, 상기 제 6 및 제 7 거리 센서는 상기 제 1 틸트 축에 직교하는 방향(또는 상기 제 1 틸트 축에 평행한 방향)으로 서로 이격된다. 바람직하게는, 상기 제 5, 제 6 및 제 7 거리 센서가 상기 거리를 결정하는 축은 하나의 평면에 있지 않다. 바람직하게는, 상기 제 5, 제 6 및 제 7 거리 센서는 각각 같은 방향(즉, 시료 지지대의 같은 측면)에서 거리를 측정한다. 상기 제 1 내지 제 5 거리 센서와 관련하여 기술된 바람직한 구현예는 또한 상기 제 6 및/또는 제 7 거리 센서와 관련하여 제공될 수 있다. 유리하게는, 피에조 포지셔너를 사용한 시료 지지대의 위치 설정은 제 6 및 제 7 거리 센서에서 측정한 거리에 기초하여 수행된다. 바람직하게는, 상기 피에조 포지셔너를 사용한 시료 지지대의 위치 설정은 상기 제 3 축 방향에서 결정된 위치에 기초하여 및/또는 상기 제 1 틸트 축에 대해 결정된 틸트 각에 기초하여 및/또는 상기 제 2 틸트 축에 대해 결정된 틸트 각에 기초하여 수행된다. 상기 제 5 거리 센서, 제 6 거리 센서 및 제 7 거리 센서를 사용한 거리 측정은 바람직하게는 동시에 수행된다. 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5, 제 6 및 제 7 거리 센서를 사용한 거리 측정은 바람직하게는 동시에 수행된다.
폐쇄-루프 제어(closed-loop control)가 수행되는 경우, 여기서 시료 지지대의 위치 설정에서의 간섭 변수(특히 열적 드리프트 및/또는 열적 팽창)는, 제 1 축에 평행한 제 1 거리 센서 및 제 2 거리 센서를 사용하여 결정된 거리, 특히 상기 제 1 축을 따르는 시료 지지대의 결정된 위치 및 팽창, 및 제 2 축에 평행한 제 3 거리 센서 및 제 4 거리 센서를 사용하여 결정된 거리, 특히 제 2 축을 따르는 시료 지지대의 결정된 위치 및 팽창, 및 바람직하게는 제 3 축에 평행한 제 5 거리 센서를 사용하여 결정된 거리, 특히 상기 제 3 축을 따르는 시료 지지대의 결정된 위치, 및 선택적으로 제 3 축에 평행한 제 5 거리 센서 및/또는 제 6 거리 센서 및/또는 제 7 거리 센서를 사용하여 결정된 거리에 기초하여 피에조 포지셔너를 사용하여 보상되는 것이 유리하다.
폐쇄-루프 제어가 제 1 틸트 축 및/또는 제 2 틸트 축(이는 특히 제 5 거리 센서, 제 6 거리 센서 및 제 7 거리 센서를 사용하여 결정됨)에 대한 시료 지지대의 틸팅을 피에조 포지셔너에 의해 보상하는 것을 포함하는 것이 유리하다. 폐쇄-루프를 사용하여, 시료 지지대를 바람직하게는 미리 정해진 위치 및 바람직하게는 미리 정해진 틸트로 가져오거나 고정된다.
제 1 축은 제 2 축과 실질적으로 직교하고, 바람직하게는 제 1 축은 제 3 축과 실질적으로 직교하며, 바람직하게는 제 2 축(y)은 제 3 축(z)과 실질적으로 직교하는 것이 유리하다. 특히, 제 1 축과 제 2 축, 바람직하게는 제 3 축은 서로 평행하지 않다.
제 1 축과 제 2 축은 실질적으로 수평으로 주행(run)하고, 바람직하게는 제 3 축은 실질적으로 수직으로 주행하는 것이 유리하다.
제 1 거리 센서, 제 2 거리 센서, 제 3 거리 센서 및 제 4 거리 센서(및 바람직하게는 제 5 거리 센서, 바람직하게는 제 6 거리 센서 및 제 7 거리 센서)는 각각 0.2 Hz 내지 10 MHz, 바람직하게는 1 Hz 내지 1 MHz의 탐지 속도로 작동하고, 피에조 포지셔너에 의한 시료 지지대의 위치 설정은 0.2 Hz 내지 10 MHz, 바람직하게는 1 Hz 내지 1 MHz의 제어 속도로 수행하는 것이 유리하다. 따라서, 간섭 변수 보상은 실질적으로 실시간으로 수행된다.
시료 지지대가 시료를 운반하고, 센서 지지대가 시료와 상호작용하기 위한 탐침을 운반하는 것이 유리하다. 유리하게는, 상기 방법은 탐침 현미경 검사, 특히 주사력 현미경 검사, 주사 터널링 현미경 검사 또는 광학 트위저(optical tweezers)로서의 방법의 일부이다. 이들은 간섭 변수가 특히 잘 보상되기 때문에 특히 높은 정확도와 품질로 본 발명에 따른 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 장치와 관련하여, 상기 장치가 제어 유닛(control unit)을 갖는 것이 유리하되, 상기 장치는 본 발명에 따른(구현예 중의 하나에 따른) 방법을 수행하도록 구성된다. 특히, 상기 제어 유닛은 본 발명에 따른(구현예 중의 하나에 따른) 방법을 수행하기 위한 장치의 나머지 구성 요소를 제어하거나 이로부터 신호를 수신하도록 구성된다.
제 1 거리 센서, 제 2 거리 센서, 제 3 거리 센서 및/또는 제 4 거리 센서(및 바람직하게는 제 5 거리 센서, 제 6 거리 센서 및/또는 제 7 거리 센서)는 각각 정전식 거리 센서(capacitive distance sensor) 또는 간섭식 거리 센서(interferometric distance sensor)인 것이 유리하다. 이를 통해 특히 정확한 측정 및 이에 따른 간섭 변수 보상이 달성될 수 있다.
제 1 거리 센서, 제 2 거리 센서, 제 3 거리 센서 및/또는 제 4 거리 센서(및 바람직하게는 제 5 거리 센서, 제 6 거리 센서 및/또는 제 7 거리 센서)는 각각 레이저 간섭식 거리 센서(laser interferometric distance sensor)인 것이 유리하다. 바람직하게는, 시료 지지대는 반사면을 갖고, 그 위에서 상기 거리 센서의 레이저 빔은 각각의 경우에 정렬된다.
상기 장치는:
시료 지지대까지의 거리를 측정하기 위한 제 5 거리 센서,
바람직하게는 시료 지지대까지의 거리를 측정하기 위한 제 6 거리 센서,
바람직하게는 시료 지지대까지의 거리를 측정하기 위한 제 7 거리 센서,
를 포함하되,
상기 제 5 거리 센서, 바람직하게는 상기 제 6 거리 센서, 및 바람직하게는 상기 제 7 거리 센서는 제 1 축 및 제 2 축과 상이한 제 3 축에 실질적으로 평행하게 거리를 결정하도록 구성된다.
본 발명은 이하에서 특히 바람직한 예시적 구현예를 기초로 하여 보다 상세하게 설명될 것이지만, 이에 한정되지 않고, 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 간섭 변수 보상을 위한 장치의 바람직한 구현예를 위에서부터 비스듬하게 개략적으로 나타낸다.
그림 2는 도 1의 평면 AA를 따른 부분에서 도 1과 동일한 장치의 구현예를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 도 1의 평면 BB를 따른 한 부분에서 도 1과 동일한 장치의 구현예를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 간섭 변수 보상 방법의 바람직한 구현예를 흐름도로 나타낸 것이다.
도 1은 간섭 변수 보상을 위한 장치의 바람직한 구현예를 위에서부터 비스듬하게 개략적으로 나타낸다.
그림 2는 도 1의 평면 AA를 따른 부분에서 도 1과 동일한 장치의 구현예를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 도 1의 평면 BB를 따른 한 부분에서 도 1과 동일한 장치의 구현예를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 간섭 변수 보상 방법의 바람직한 구현예를 흐름도로 나타낸 것이다.
도 1, 도 2 및 도 3은 시료 지지대(2)의 위치 설정 동안 간섭 변수 보상을 위한 장치(10)의 바람직한 구현예를 개략적으로 도시한다. 도 1은 위에서부터 비스듬하게 장치(10)를 도시하며, 도 2는 도 1의 평면 AA를 따른 단면도로 장치(10)를 도시하고, 도 3은 도 1의 평면 BB를 따른 단면도로 장치(10)를 도시한다. 도 3에서, 도 1에서의 AA 및 BB와 직교하는 평면을 통한 단면에 대한 참조번호는 괄호로 표시하였다.
장치(10)는 시료 지지대(2), 센서 지지대(3), 및 시료 지지대(2)를 운반하는 피에조 포지셔너(1)를 포함한다. 도 1에서, 제 1 축(x), 제 2 축(y) 및 제 3 축(z)는 직교 좌표계를 형성한다. 센서 지지대(3)는 제 1 축(x) 및 제 2 축(y)의 방향에서 시료 지지대(2)를 적어도 부분적으로 둘러싼다.
센서 지지대(3)는 시료 지지대(2)의 제 1 측면까지의 거리(dx1)를 측정하기 위한 제 1 거리 센서(X1), 및 제 1 측면의 반대편에 있는 시료 지지대(2)의 다른 측면까지의 거리(dx2)를 측정하기 위한 제 2 거리 센서(X2)를 포함한다. 또한, 센서 지지대(3)는 시료 지지대(2)의 제 3 측면까지의 거리(dy1)를 측정하기 위한 제 3 거리 센서(Y1), 및 제 3 측면의 반대편에 있는 시료 지지대(2)의 제 4 측면까지의 거리(dy2)를 측정하기 위한 제 4 거리 센서(Y2)를 포함한다. 제 1 및 제 2 거리 센서(X1, X2)는 제 1 축(x)과 실질적으로 평행한 거리(dx1, dx2)를 결정하고, 제 3 및 제 4 거리 센서(Y1, Y2)는 제 2 축(y)과 실질적으로 평행한 거리(dy1, dy2)를 결정하도록 구성된다. 제 1 거리 센서(X1)는 제 2 거리 센서(X2)와 반대 방향에서 측정하고, 제 3 거리 센서(Y1)는 제 4 거리 센서(Y2)와 반대 방향에서 측정한다. 양 측면에서 측정함으로써, 제 1 축(x)의 방향 및 제 2 축(y)의 방향에서의 열 드리프트 및 열적 팽창을 모두 탐지하고 보상할 수 있다.
센서 지지대(3)는 시료 지지대(2)까지의 거리(dz1)을 측정하기 위한 제 5 거리 센서(Z1), 시료 지지대(2)까지의 거리(dz2)를 측정하기 위한 제 6 거리 센서(Z2), 및 시료 지지대(2)까지의 거리(dz3)을 측정하기 위한 제 7 거리 센서(Z3)를 더 포함한다. 제 5 거리 센서(Z1), 제 6 거리 센서(Z2) 및 제 7 거리 센서(Z3)는 제 3 축(z)과 실질적으로 평행한 거리(dz1, dz2, dz3)를 결정하도록 구성된다. 이를 통해, 센서 지지대(3)에 상대적인 시료 지지대(2)의 수직 위치 및 시료 지지대(2)의 틸트(tilt) 또는 경사도(inclination) 모두를 결정할 수 있다. 특히, 거리(dz2, dz3)는 제 3 축(z)과 실질적으로 평행하게 결정되되, 시료 지지대(2)의 제 1 틸팅 축(Ψ)에 대한 틸팅은 제 6 거리 측정기(Z2) 및 제 7 거리 측정기(Z3)에 의해 결정된 거리(dz2, dz3)로부터 결정되고, 시료 지지대(2)의 제 2 틸팅 축(Φ)에 대한 틸팅은 제 5 거리 측정기(Z1), 제 6 거리 측정기(Z2), 제 7 거리 측정기(Z3)에 의해 결정된 거리(dz1, dz2, dz3)로부터 결정된다.
따라서, 센서들은 태스크 및 공간 방향에 따라 그룹과 서브 그룹으로 나뉘어진다. 수평 센서들(X1, X2, Y1, Y2)은 센서 지지대(3)에 대한 시료 지지대(2)의 상대적 횡방향 위치 및 시료 지지대(2)의 현재 열적 팽창의 동시 실시간 결정(simultaneous real-time determination)에 사용된다. 수직 센서들(Z1, Z2, Z3)은 센서 지지대(3)에 대한 시료 지지대(2)의 상대적 수직 위치 및 시료 지지대(2)의 상대적 경사도의 동시 실시간 결정에 사용된다. 이는 서로에 대해 실시간으로 시료 지지대(2) 및 센서 지지대(3)의 시간적으로 일정한 절대적 위치 설정이 가능해진다.
제 1 축(x), 제 2 축(y) 및 제 3 축(z)에 의해 형성되는 좌표계는 피에조 포지셔너(l)의 좌표계에 해당하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 센서 지지대(3) 및 시료 지지대(2)의 상대적 위치, 따라서 탐침 및 시료 자체의 상대적 위치, 및 상대적 열적 팽창은 서로 반대편에 있는 쌍을 이루는 센서로부터 결정된다.
수직 거리 센서들(Z1, Z2, Z3)의 측정된 거리(dz1, dz2, dz3)는 피에조 포지셔너(1)의 z-축과 반대로 주행하는 것이 바람직하며, 이에 따라 보정된다. 제 1 틸팅축(Ψ)에 대한 틸팅 각(tilt angle)은 dz2와 dz3의 거리의 상대적 변화로부터 결정되고, 제 2 틸팅 축(Φ)에 대한 경사각(inclination angle)은 dz1거리의 상대적 변화 및 dz2와 dz3 사이의 평균 거리의 변화로부터 결정된다. 피에조 포지셔너는 시료 지지대(2)와 센서 지지대(3) 사이의 틸팅이 제 1 틸팅 축(Ψ) 및 제 2 틸팅 축(Φ)에 의해 모두 확인되고 보정되도록 틸트 및 경사 자유도(freedom)를 갖는 것이 바람직하다.
센서 지지대(3) 및 시료 지지대(2)는 각각 예를 들어 탐침이 안내될 수 있는 조리개(W)를 갖는 것이 바람직하다. 제 1 축(x) 및 제 2 축(y)의 방향에서 수직인 상대 위치를 결정하는 것 외에, 시료 시스템 상의 조리개(W)의 경로에 걸쳐 백색광 간섭계에 의해 더 느린 기준 측정(slower reference measurement)의 가능성이 있다.
간섭 변수 보상은 바람직하게는 폐쇄-루프 제어로 수행되되, 여기서 시료 지지대(2)의 위치 설정(즉, 소정의/원하는 위치로부터 시료 지지대(2)의 편차)에서 간섭 변수는, 제 1 축(x)에 평행한, 제 1 거리 센서(X1) 및 제 2 거리 센서(X2)를 사용하여 결정된 거리(dx1, dx2), 특히 제 1 축(x)을 따르는 시료 지지대(2)의 결정된 위치 및 범위, 제 2 축(y)에 평행한, 제 3 거리 센서(Y1) 및 제 4 거리 센서(Y2)를 사용하여 결정된 거리(dy1, dy2), 특히 제 2 축(y)을 따르는 시료 지지대(2)의 결정된 위치 및 범위, 및 제 3 축(x)에 평행한, 제 5 거리 센서(Z1) 및/또는 제 6 거리 센서(Z2) 및/또는 제 7 거리 센서(Z3)를 사용하여 결정된 거리(dz1, dz2, dz3)에 기초하여 피에조 포지셔너(1)로 보상된다(즉, 시료 지지대(3)에 대한 피에조 포지셔너(1)와 시료 지지대(2)의 움직임에 의해 균형을 이룬다). 또한, 폐쇄-루프 제어는 제 1 틸트 축(Ψ) 및/또는 제 2 틸트 축(Φ)에 대한 시료 지지대(2)의 틸트가 피에조 포지셔너(1)에 의해 보상되는 것을 포함한다.
나머지 장치를 제어하기 위해, 특히 거리 센서(X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2, Z3)로부터 신호를 수신하고 그에 따라 소정의 값에서 시료 지지대(2)의 편차를 제거하기 위해 피에조 포지셔너를 제어하는 제어 유닛이 제공될 수 있다.
도 4는 바람직한 구현예의 간섭 변수 보상 방법을 흐름도로 도시한 것이다. 먼저, 축들이 정렬되고 교정될 수 있다(20). 이어서, 폐쇄-루프 제어(21)는:
- 제 1 내지 제 7 거리 센서(X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2, Z3)를 사용하여 관련된 제 1 축(x), 제 2 축(y) 또는 제 3 축(z)을 따라 거리(dx1, dx2, dy1, dy2, dz1, dz2, dz3)를 측정하고 상기 거리 센서(X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2, Z3)를 판독하는 단계(22);
- 각각의 축(x, y, z)에 데이터 채널을 할당하고(23) 이들을 피에조 포지셔너(1)의 좌표계에 정렬하는 단계;
- 축 유형에 따라 차별화하는 단계(24), 여기서 제 1 축(x) 및 제 2 축(y)의 경우, 각각의 축(x, y)의 방향에서 시료 지지대(2)의 위치 및 열적 팽창이 결정되고(25), 제 3 축(z)의 경우, 상기 제 3 축의 방향에서 시료 지지대(2)의 위치가 결정되고(26), 제 1 틸트 축(Ψ) 및 제 2 틸트 축(Φ)에 대한 틸팅 각이 결정됨(27);
- 상기 결정된 데이터(위치, 범위 및 틸트 각) 및 상기 데이터의 로깅(logging)을 나타내는 단계(27);
- 능동 위치 제어(active position control)(28)를 위해, 소정의 설정값(29)과 데이터의 비교가 수행되고, 이에 기초하여 피에조 포지셔너(1)에 대한 새로운 위치 데이터를 설정하는 단계(30);
- 상기 방법이 종료되어야 하는지(32) 또는 그 단계들이 반복되어야 하는지를 결정하는 단계;
를 포함한다.
Claims (15)
- 시료 지지대(sample support)의 위치 설정(positioning) 동안, 특히 탐침 현미경 검사(probe microscopy) 동안 간섭 변수 보상(interference variable compensation)을 위한 방법으로서, 상기 방법은:
센서 지지대(sensor support)(3)의 제 1 거리 센서(first distance sensor)(X1)로 상기 시료 지지대(2)의 제 1 측면까지의 거리(dx1)를 측정하고 상기 센서 지지대(3)의 제 2 거리 센서(X2)로 상기 제 1 측면의 반대편에 있는 시료 지지대(2)의 제 2 측면까지의 거리(dx2)를 측정하는 단계, 상기 거리(dx1, dx2)는 제 1 축(first axis)(x)에 실질적으로 평행하게 결정됨;
상기 센서 지지대(3)의 제 3 거리 센서(Y1)로 상기 시료 지지대(2)의 제 3 측면까지의 거리(dy1)를 측정하고 상기 센서 지지대(3)의 제 4 거리 센서(Y2)로 상기 제 3 측면의 반대편에 있는 시료 지지대(2)의 제 4 측면까지의 거리(dy2)를 측정하는 단계, 상기 거리(dy1, dy2)는 상기 제 1 축(x)과 상이한 제 2 축(y)에 실질적으로 평행하게 결정됨;
피에조 포지셔너(piezo positioner)(1)를 사용하여 상기 센서 지지대(3)에 대해 상기 시료 지지대(2)를 위치 설정하는 단계;
를 포함하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 축(x)을 따르는 상기 시료 지지대(2)의 위치(position) 및 범위(extent)는 상기 제 1 축(x)에 평행한 거리(dx1, dx2)로부터 결정되고/되거나, 상기 제 2 축(y)을 따르는 위치 및 범위는 상기 제 2 축(y)에 평행한 거리(dy1, dy2)로부터 결정되는, 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 센서 지지대(3)의 제 5 거리 측정기(Z1)를 사용하여 상기 시료 지지대(2)까지의 거리(dz1)를 측정하는 단계, 상기 거리(dz1)는 상기 제 1 축(x) 및 상기 제 2 축(y)과 상이한 제 3 축(z)에 실질적으로 평행하게 결정되며, 바람직하게는 상기 제 3 축(z)을 따라 시료 지지대(2)의 위치를 결정하는 단계,를 더 포함하는, 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 센서 지지대(3)의 제 6 거리 측정기(sixth distance meter)(Z2) 및 상기 센서 지지대(3)의 제 7 거리 측정기(Z3)를 사용하여 상기 시료 지지대까지의 거리(dz2, dz3)를 측정하는 단계를 더 포함하되, 상기 거리(dz2, dz3)는 제 3 축(z)에 실질적으로 평행하게 결정되고, 바람직하게는 상기 시료 지지대(2)의 제 1 틸팅 축(tilting axis)(Ψ)에 대한 틸팅(tilting)은 상기 제 6 거리 측정기(Z2) 및 상기 제 7 거리 측정기(Z3)에 의해 결정된 거리(dz2, dz3)로부터 결정되고/되거나 상기 시료 지지대(2)의 제 2 틸팅 축(Φ)에 대한 틸팅은 상기 제 5 거리 측정기(Z1), 상기 제 6 거리 측정기(Z2) 및 상기 제 7 거리 측정기(Z3)에 의해 결정된 거리(dz1, dz2, dz3)로부터 결정되는, 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
폐쇄-루프 제어(closed-loop control)가 수행되되, 여기서 시료 지지대(2)의 위치 설정에서의 간섭 변수는,
상기 제 1 축(x)에 평행한, 제 1 거리 센서(X1) 및 제 2 거리 센서(X2)를 사용하여 결정된 거리(dx1, dx2), 특히 상기 제 1 축(x)을 따르는 시료 지지대(2)의 결정된 위치 및 범위, 및
상기 제 2 축(y)에 평행한, 제 3 거리 센서(Y1) 및 제 4 거리 센서(Y2)를 사용하여 결정된 거리(dy1, dy2), 특히 상기 제 2 축(y)을 따르는 시료 지지대(2)의 결정된 위치 및 범위, 및
선택적으로 상기 제 3 축(z)에 평행한, 제 5 거리 센서(Z1) 및/또는 제 6 거리 센서(Z2) 및/또는 제 7 거리 센서(Z3)를 사용하여 결정된 거리(dz1, dz2, dz3),
에 기초하여 상기 피에조 포지셔너를 사용하여 보상되는, 방법. - 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 폐쇄-루프 제어는 상기 피에조 포지셔너(1)에 의해 제 1 틸트 축(Ψ) 및/또는 제 2 틸트 축(Φ)에 대한 시료 지지대(2)의 틸팅에 대해 보상하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 축(x)은 상기 제 2 축(y)에 실질적으로 직교하고, 바람직하게는 상기 제 1 축(x)은 상기 제 3 축(z)에 실질적으로 직교하고, 바람직하게는 상기 제 2 축(y)은 상기 제 3 축(z)에 실질적으로 직교하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 축(x) 및 상기 제 2 축(y)은 실질적으로 수평으로 주행하고, 바람직하게는 상기 제 3 축(z)은 실질적으로 수직으로 주행하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 거리 센서(X1), 상기 제 2 거리 센서(X2), 상기 제 3 거리 센서(Y1) 및 상기 제 4 거리 센서(Y2)는 각각 1 Hz 내지 1 MHz의 탐지 속도에서 작동되고 상기 피에조 포지셔너(1)에 의한 시료 지지대(2)의 위치 설정은 1 Hz 내지 1 MHz의 제어 속도에서 수행되는, 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 시료 지지대(2)는 시료를 운반하고(carry) 상기 센서 지지대(3)는 상기 시료와 상호작용하는 탐침(probe)을 운반하는, 방법. - 시료 지지대(2)의 위치 설정 동안 간섭 변수 보상을 위한 장치(10)로서,
상기 장치(10)는:
- 시료 지지대(2);
- 센서 지지대(3), 상기 센서 지지대(3)는,
상기 시료 지지대(2)의 제 1 측면까지의 거리(dx1)를 측정하기 위한 제 1 거리 센서(X1) 및 상기 제 1 측면의 반대편에 있는 시료 지지대(2)의 제 2 측면까지의 거리(dx2)를 측정하기 위한 제 2 거리 센서(X2),
상기 시료 지지대(2)의 제 3 측면까지의 거리(dy1)를 측정하기 위한 제 3 거리 센서(Y1) 및 상기 제 3 측면의 반대편에 있는 시료 지지대(2)의 제 4 측면까지의 거리(dy2)를 측정하기 위한 제 4 거리 센서(Y2),
를 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 거리 센서(X1, X2)는 상기 거리(dx1, dx2)를 제 1 축(x)에 실질적으로 평행하게 결정하도록 구성되고, 상기 제 3 및 제 4 거리 센서(Y1, Y2)는 상기 거리(dy1, dy2)를 상기 제 1 축(x)과 상이한 제 2 축(y)에 실질적으로 평행하게 결정하도록 구성됨;
및
- 상기 시료 지지대(2)를 운반하는 피에조 포지셔너(1);
를 포함하는, 장치(10). - 제 11 항에 있어서,
제어 유닛을 포함하되, 상기 장치(10)는 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는, 장치(10). - 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 거리 센서(X1), 상기 제 2 거리 센서(X2), 상기 제 3 거리 센서(Y1) 및/또는 상기 제 4 거리 센서(Y2)는 각각 정전식 거리 센서(capacitive distance sensor) 또는 간섭식 거리 센서(interferometric distance sensor)인, 장치(10). - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 거리 센서(X1), 상기 제 2 거리 센서(X2), 상기 제 3 거리 센서(Y1) 및/또는 상기 제 4 거리 센서(Y2)는 각각 레이저 간섭식 거리 센서(laser interferometric distance sensor)인, 장치(10). - 제 11 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 지지대(3)는:
상기 시료 지지대(2)까지의 거리(dz1)를 측정하기 위한 제 5 거리 센서(Z1),
바람직하게는 상기 시료 지지대(2)까지의 거리(dz2)를 측정하기 위한 제 6 거리 센서(Z2),
바람직하게는 상기 시료 지지대(2)까지의 거리(dz3)를 측정하기 위한 제 7 거리 센서(Z3),
를 포함하되,
상기 제 5 거리 센서(Z1), 바람직하게는 상기 제 6 거리 센서(Z2), 및 바람직하게는 상기 제 7 거리 센서(Z3)는 상기 거리(dz1, dz2, dz3)를 상기 제 1 축(x) 및 제 2 축(y)과 상이한 제 3 축(z)에 실질적으로 평행하게 결정하도록 구성되는, 장치(10).
Applications Claiming Priority (3)
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| ATA50458/2021A AT524841B1 (de) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | Verfahren und Vorrichtung zur Störgrößenkompensation bei der Positionierung eines Probenträgers |
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