RU2175761C2 - Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope - Google Patents

Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope Download PDF

Info

Publication number
RU2175761C2
RU2175761C2 RU99112623A RU99112623A RU2175761C2 RU 2175761 C2 RU2175761 C2 RU 2175761C2 RU 99112623 A RU99112623 A RU 99112623A RU 99112623 A RU99112623 A RU 99112623A RU 2175761 C2 RU2175761 C2 RU 2175761C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
scanning
feature
features
current
Prior art date
Application number
RU99112623A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99112623A (en
Inventor
Р.В. Лапшин
Original Assignee
Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина
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 Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина filed Critical Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина
Priority to RU99112623A priority Critical patent/RU2175761C2/en
Publication of RU99112623A publication Critical patent/RU99112623A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2175761C2 publication Critical patent/RU2175761C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Abstract

FIELD: electronic measuring technique, namely probe type scanning microscope. SUBSTANCE: method is realized due to use of surface features as reference points at making motions. Motions are performed from one reference point to another adjacent reference point in order to form chain of features arranged one relative to another. Identifying program performs searching, detection and calculation of position coordinates of feature (reference point). Scanning of comparatively small area around each feature and placing of corresponding fragments of surface according to respective positions allow to construct actual relief of surface. Information related to position coordinates of features and their arrangement system allow to perform precision positioning of probe. EFFECT: enhanced accuracy and linearity at measuring surface relief, improved precision positioning of probe and resolution of instrument. 3 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к электронно-измерительной технике и предназначено для использования в зондовом сканирующем устройстве как для целей высокоточного измерения рельефа поверхности, так и прецизионного позиционирования рабочего органа - зонда при выполнении технологических воздействий в процессах нанолитографии. В качестве основы микроскопа выступают сканирующий туннельный микроскоп (СТМ); атомно-силовой микроскоп (АСМ); сканирующий оптический микроскоп ближнего поля; сканирующий электронный микроскоп и т.п. The invention relates to electronic measuring equipment and is intended for use in a probe scanning device both for the purpose of high-precision measurement of the surface topography and the precision positioning of the working body — the probe — when performing technological actions in the processes of nanolithography. The basis of the microscope are a scanning tunneling microscope (STM); atomic force microscope (AFM); near-field scanning optical microscope; scanning electron microscope, etc.

Известны способы прецизионного позиционирования зонда, используемые в сканирующем туннельном и атомно-силовом микроскопах [1, 2, 3]. Known methods for the precision positioning of the probe used in scanning tunneling and atomic force microscopes [1, 2, 3].

Несмотря на высокое разрешение, достигаемое сканирующими зондовыми микроскопами (СЗМ), последние не могут без серьезной модернизации использоваться ни в качестве метрологического средства, ни как нанолитограф, поскольку на результаты проводимых измерений оказывают негативное влияние термодрейфы механической и электрической частей устройства, остаточная неортогональность и паразитные взаимосвязи между манипуляторами (кауплинг), а также свойственный пьезокерамике гистерезис и крип. Despite the high resolution achieved by scanning probe microscopes (SPM), the latter cannot be used as a metrological tool or as a nanolithograph without serious modernization, since the results of the measurements are negatively affected by thermal drifts of the mechanical and electrical parts of the device, residual non-orthogonality, and spurious relationships between manipulators (coupling), as well as hysteresis and creep characteristic of piezoceramics.

К настоящему моменту разработано множество методов, позволяющих избавиться от перечисленных выше искажающих факторов, но годными для решения интересующих нас задач следует признать способы [1, 2, 3], в которых производится активная динамическая коррекция работы пьезоманипуляторов микроскопа. Коррекция выполняется посредством введения в контур управления прибора трех замкнутых следящих систем - по одной на каждый манипулятор. Во время работы следящая система стремится компенсировать возникающую при движении манипулятора разность между заданной величиной перемещения и фактической, измеряемой с помощью линейного датчика. To date, many methods have been developed to get rid of the above distorting factors, but methods [1, 2, 3] in which dynamic dynamic correction of the operation of the piezoelectric manipulators of the microscope are performed are suitable for solving the problems of interest to us. Correction is carried out by introducing into the control circuit of the device three closed servo systems - one for each manipulator. During operation, the tracking system seeks to compensate for the difference that occurs when the manipulator moves between the specified amount of movement and the actual measured using a linear sensor.

Как показывает анализ, способы, применяемые в аналогах изобретения [1, 2, 3], принципиально ничем не отличаются друг от друга. Использование разных типов датчиков и связанной с ними электроники обрамления определяет чувствительность измерительной системы, ее линейность и ограниченный шумами минимальный размер шага манипулятора. Так, в системе [1] используется миниатюрный емкостной датчик, в системе [2] - оптический, а в системе [3] - сочетание датчика туннельного тока и программного распознавания элементов эталонной поверхности. Оптический датчик представляет собой пару: светоизлучающий диод-двухсекционное фотоприемное устройство, установленную на основании прибора и разделенную экраном с узкой щелью, который закреплен на манипуляторе. Туннельный датчик состоит из проводящей поверхности, острой иглы, пьезоманипулятора и системы стабилизации тока. Среднеквадратическое значение шума, измеренное в полосе частот в несколько кГц, составляет для системы [1] - 10 нм, для системы [2] - 0,6 нм и для [3] - 0,01 нм. As analysis shows, the methods used in the analogues of the invention [1, 2, 3], fundamentally no different from each other. The use of different types of sensors and the associated framing electronics determines the sensitivity of the measuring system, its linearity and the noise-free minimum step size of the manipulator. Thus, a miniature capacitive sensor is used in system [1], an optical one in system [2], and a combination of a tunneling current sensor and software recognition of elements of the reference surface in system [3]. The optical sensor is a pair: a light-emitting diode-two-section photodetector mounted on the base of the device and separated by a screen with a narrow slit that is mounted on the manipulator. The tunnel sensor consists of a conductive surface, a sharp needle, a piezomanipulator and a current stabilization system. The rms noise value measured in the frequency band of several kHz is 10 nm for the system [1], 0.6 nm for the system [2] and 0.01 nm for [3].

В качестве прототипа изобретения взят способ сканирования и позиционирования, применяемый в зондовом микроскопе [3]. В данном способе каждый манипулятор прибора механически связан с манипулятором датчика туннельного тока. В качестве проводящей поверхности датчика используется поверхность высоко ориентированного пиролитического графита (ВОПГ). ВОПГ удобен тем, что благодаря своим физико-химическим свойствам способен долго сохранять поверхность чистой, легко скалывается, имеет протяженные атомарно-гладкие участки и самое главное стабильную и высоко упорядоченную кристаллическую решетку. As a prototype of the invention, the scanning and positioning method used in a probe microscope [3]. In this method, each device manipulator is mechanically connected to a tunnel current sensor manipulator. The surface of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) is used as the conductive surface of the sensor. HOPG is convenient in that, due to its physicochemical properties, it is able to keep the surface clean for a long time, easily chops off, has extended atomically smooth sections, and most importantly a stable and highly ordered crystal lattice.

В способе [3] любое перемещение какого-либо из манипуляторов микроскопа приводит к перемещению иглы соответствующего туннельного датчика вдоль поверхности графита, при этом система обратной связи датчика, используя свой собственный манипулятор, поддерживает величину туннельного зазора в нем на постоянном уровне. Одновременно со сканированием неизвестной поверхности образца в аналоге изобретения получается СТМ скан известной поверхности графита (постоянные кристаллической решетки: a = b = 2,464±0,002

Figure 00000001
угол между кристаллографическими направлениями: 60o). Выполняя программное распознавание атомов графита полученного изображения, можно сформировать управляющий сигнал коррекции для манипулятора микроскопа.In the method [3], any movement of any of the microscope manipulators leads to the movement of the needle of the corresponding tunnel sensor along the graphite surface, while the sensor feedback system, using its own manipulator, maintains the tunnel gap in it at a constant level. Simultaneously with scanning an unknown surface of a sample, an analog of the invention produces an STM scan of a known surface of graphite (lattice constants: a = b = 2.464 ± 0.002
Figure 00000001
angle between crystallographic directions: 60 o ). Performing software recognition of graphite atoms of the resulting image, it is possible to generate a control correction signal for the microscope manipulator.

К недостаткам используемого в прототипе способа измерения рельефа поверхности и позиционирования зонда относится:
1. Необходимость применения трех дополнительных следящих систем, каждая из которых оснащена высокочувствительным туннельным датчиком и манипулятором. Подобный подход значительно усложняет и удорожает СЗМ-нанолитограф;
2. Неспособность системы определять перемещения кончика зонда in situ, как следствие - возникновение погрешности косинуса и погрешности смещения Аббе [4]. Указанные погрешности появляются из-за того, что измерительная система датчика фиксирует смещение манипулятора относительно корпуса прибора и, следовательно, на получаемые результаты влияет: во-первых, несовершенство самого корпуса (в основном связанное с его термодеформацией), вызывая погрешность косинуса (дополнительное неучтенное перемещение манипулятора по причине несовпадения фактического направления перемещения с измерительной осью датчика); во-вторых, изгиб трубки манипулятора во время развертки (в АСМ еще и дополнительное влияние изгиба кантилевера), приводя к нарушению принципа Аббе (при изгибе из-за небольшой собственной длины зонда его кончик оказывается лежащим не на измерительной оси датчика, в результате образуется дополнительное неучтенное смещение);
3. Невозможность выполнять точные измерения рельефа на пределе разрешения микроскопа;
4. Вероятность ошибки измерения, связанная с тем, что из-за присутствия дефектов практически невозможно обеспечить неизменность структуры эталонной поверхности в каждой точке поля сканера;
5. Отсутствие критической для нанолитографии способности произвольно долго удерживать зонд в выбранном месте поверхности;
6. Отсутствие эффективного механизма подавления шумов микроскопа, возникающих как в системе стабилизации туннельного тока (силы в случае АСМ), так и в системе латерального позиционирования, и следовательно, невозможность улучшить вертикальное и латеральное разрешение микроскопа;
7. Неудобство в работе, связанное с тем, что характерный масштаб рельефа исследуемой поверхности не всегда соответствует атомному масштабу эталонной поверхности графита. В результате, например, время сканирования из-за необходимости использования малого шага может оказаться неоправданно большим. Замена графита на эталоны с более крупными структурными элементами и более крупными отрезками длины не всегда годится, поскольку в таком случае мы вынуждены использовать, как правило, уже не природный эталон, а искусственную неидеальную структуру, которая сама оказывается изготовленной с некоторыми погрешностями.
The disadvantages of the prototype used for measuring the surface topography and positioning of the probe include:
1. The need to use three additional tracking systems, each of which is equipped with a highly sensitive tunnel sensor and manipulator. Such an approach greatly complicates and increases the cost of the SPM nanolithograph;
2. The inability of the system to determine the displacements of the probe tip in situ, as a result - the occurrence of a cosine error and an Abbe shift error [4]. These errors appear due to the fact that the measuring system of the sensor detects the manipulator’s displacement relative to the device’s body and, therefore, the results are affected: firstly, the imperfection of the body itself (mainly due to its thermal deformation), causing a cosine error (additional unaccounted displacement the manipulator due to the mismatch of the actual direction of movement with the measuring axis of the sensor); secondly, the bending of the manipulator tube during the sweep (in the AFM also the additional influence of the cantilever bending), leading to a violation of the Abbe principle (during bending due to the small intrinsic length of the probe, its tip does not lie on the measuring axis of the sensor, as a result an additional unaccounted bias);
3. The inability to perform accurate measurements of the relief at the limit of resolution of the microscope;
4. The probability of measurement error due to the fact that due to the presence of defects it is almost impossible to ensure the invariance of the structure of the reference surface at each point of the scanner field;
5. Lack of critical ability for nanolithography to arbitrarily hold the probe for a long time at a selected surface location;
6. Lack of an effective mechanism for suppressing microscopic noise arising both in the tunnel current stabilization system (forces in the case of AFM) and in the lateral positioning system, and therefore, the inability to improve the vertical and lateral resolution of the microscope;
7. The inconvenience in the work, due to the fact that the characteristic scale of the relief of the investigated surface does not always correspond to the atomic scale of the reference surface of graphite. As a result, for example, the scan time due to the need to use a small step may be unreasonably long. Replacing graphite with standards with larger structural elements and larger lengths is not always suitable, because in this case we are forced to use, as a rule, not a natural standard, but an artificial non-ideal structure, which itself turns out to be made with some errors.

Из всего сказанного следует, что существующие на данный момент системы не способны обеспечить высокоточные измерения рельефа поверхности и выполнить прецизионное позиционирование рабочего органа в месте воздействия при нанолитографии. From the foregoing, it follows that the currently existing systems are not able to provide high-precision measurements of the surface topography and perform precise positioning of the working body at the site of exposure during nanolithography.

Для устранения перечисленных выше недостатков предложен способ, основная идея которого заключается в использовании особенностей исследуемой поверхности в качестве опорных точек при выполнении перемещений. Перемещения осуществляются от одной особенности к другой, расположенной по соседству. В результате образуется связанная последовательность (цепочка), в которой особенности размещены относительно друг друга. В роли особенностей могут выступать как особенности типа "холм", так и особенности типа "яма". Поиск, обнаружение и вычисление координат положения особенности выполняет программа распознавания. Сканируя небольшую область (сегмент) вокруг каждой особенности, а затем, раскладывая полученные фрагменты поверхности по соответствующим позициям, определенным при распознавании, можно реконструировать реальный рельеф поверхности. To eliminate the above disadvantages, a method is proposed, the main idea of which is to use the features of the investigated surface as reference points when performing displacements. Movements are carried out from one feature to another, located in the neighborhood. As a result, a connected sequence (chain) is formed in which features are placed relative to each other. The features may include both features of the "hill" type and features of the "pit" type. The search, detection and calculation of the coordinates of the position of the feature is performed by the recognition program. Scanning a small area (segment) around each feature, and then, laying out the obtained fragments of the surface at the corresponding positions determined during recognition, you can reconstruct the real surface relief.

В способе фактически осуществляется переход от абсолютной системы координат, связанной с манипулятором, к относительной системе координат, связанной с особенностями поверхности. Класс допустимых поверхностей здесь можно определить через характерный размер особенности и через характерное расстояние между соседними особенностями. Необходимо, чтобы термодрейф и ползучесть в используемом микроскопе влияли бы незначительно на результаты однократных измерений рельефа в окрестности особенности и относительного расстояния между соседними особенностями и, следовательно, не приводили бы к ошибкам при выполнении усреднений. In the method, a transition is actually made from an absolute coordinate system associated with a manipulator to a relative coordinate system associated with surface features. The class of admissible surfaces here can be determined through the characteristic size of the feature and through the characteristic distance between adjacent features. It is necessary that the thermal drift and creep in the microscope used would slightly affect the results of single measurements of the relief in the vicinity of the feature and the relative distance between adjacent features and, therefore, would not lead to errors when performing averaging.

Далее для определенности будем считать поверхность атомарно гладкой, а под особенностями будем понимать те выпуклости на ней (изменения электронной плотности), которые обычно принимаются за атомы. Отметим, что, как показывают реальные измерения, все атомарно гладкие поверхности подпадают под описание указанного класса и потенциально могут быть просканированы предлагаемым способом. Further, for definiteness, we assume that the surface is atomically smooth, and by features we mean those convexities on it (changes in electron density) that are usually taken as atoms. Note that, as shown by real measurements, all atomically smooth surfaces fall within the description of this class and can potentially be scanned by the proposed method.

В данном изобретении получение скана поверхности складывается из двух этапов: на первом производится построение затравки - квазипрямолинейной цепочки атомов заданной длины, ориентированной в заданном направлении (направление отсчитывается от оси X-манипулятора против часовой стрелки); а на втором на сформированную затравку "наращивается" весь остальной скан, используя для этого один из следующих двух способов локального связывания. In this invention, obtaining a surface scan consists of two stages: the first is the construction of a seed — a quasilinear chain of atoms of a given length, oriented in a given direction (the direction is counted counterclockwise from the axis of the X-manipulator); and on the second, the rest of the scan “grows” onto the formed seed, using one of the following two methods of local binding.

В первом способе (см. фиг. 1) выполняется обход контура (затравки) с присоединением новых элементов цепи (контур остается все время, например, слева). Причем перемещение зонда во время сканирования происходит исключительно по узлам растущей цепочки (процесс похож на прокладку рельс путеукладчиком: передвигается по пути, который сам строит). In the first method (see Fig. 1), the circuit (seed) is circumvented with the addition of new circuit elements (the circuit remains all the time, for example, on the left). Moreover, the movement of the probe during scanning takes place exclusively along the nodes of the growing chain (the process is similar to laying a rail with a track stacker: it moves along a path that it builds itself).

Во втором способе (см. фиг. 2) зонд перемещается по квазистрокам, играющим здесь вспомогательную роль. Первой квазистрокой служит затравка, остальные формируются в процессе сканирования. Тело цепочки образуется из элементов первой квазистроки и атомов-соседей для каждого положения зонда в квазистроке при его перемещении от последнего атома квазистроки к первому (возможная аналогия здесь может быть следующей: путеукладчик движется по готовой колее (квазистроке), создавая параллельно ее новую). После достижения зондом первого атома текущей квазистроки происходит "переключение" на последний атом следующей квазистроки. In the second method (see Fig. 2), the probe moves along quasistrings, which play an auxiliary role here. The first quasi-string is the seed, the rest are formed during the scanning process. The body of the chain is formed from the elements of the first quasistring and neighboring atoms for each position of the probe in the quasistring when it moves from the last atom of the quasistring to the first (a possible analogy here may be as follows: the tracker moves along the finished track (quasistring), creating in parallel a new one). After the probe reaches the first atom of the current quasistring, the system switches to the last atom of the next quasistring.

Если за элементарную затравку принять произвольный атом, то его обход даст изображение поверхности, развернутое по спирали, форма которого будет определяться формой ячейки, образуемой соседними атомами (см. фиг. 1a). Данный способ является самым простым способом сканирования, применяемым в описываемом изобретении. If we take an arbitrary atom as elementary seed, then going around it will give a spiral image of the surface, the shape of which will be determined by the shape of the cell formed by neighboring atoms (see Fig. 1a). This method is the simplest scanning method used in the described invention.

Если в роли затравки используется одномерная прямолинейная (в некоторых случаях прямолинейная условно - см., например, фиг. 1d,e) цепочка атомов, то ее обход приведет к построению изображения в виде вытянутой спирали (см. фиг. 1b, d). Причем, если направление обхода в конце каждой "строки" (подцепочки атомов, сориентированной в процессе обхода по затравке) изменять на противоположное, то получим изображение поверхности, "развернутое" по квазистрокам (см. фиг. 1c,e) и расположенное в общем случае произвольно по отношению к осям манипулятора. Во всех способах после отыскания "следующего" атома цепочки "текущий" атом добавляется к цепочке и становится частью контура обхода. If a one-dimensional rectilinear (in some cases conditionally rectilinear — see, for example, Fig. 1d, e) chain of atoms is used as a seed, then its bypass will lead to the construction of an image in the form of an elongated spiral (see Fig. 1b, d). Moreover, if the direction of the crawl at the end of each “line” (the atom chain oriented during the crawl by seed) is reversed, we obtain a surface image “expanded” along quasistrings (see Fig. 1c, e) and located in the general case arbitrarily with respect to the axes of the manipulator. In all methods, after finding the "next" atom of the chain, the "current" atom is added to the chain and becomes part of the bypass loop.

Таким образом, независимо от способа связывания затравка играет роль исходного задающего элемента. Ее длина фактически определяет размер скана, а ориентация - его положение относительно системы координат манипулятора (см. фиг. 1b,c,d,e). Thus, regardless of the bonding method, the seed plays the role of the original driver. Its length actually determines the size of the scan, and the orientation - its position relative to the coordinate system of the manipulator (see Fig. 1b, c, d, e).

В заявляемом изобретении в зависимости от решаемой экспериментальной или технологической задачи позиционирование зонда осуществляется двумя способами, которые отличаются тем, что в первом из них требуется предварительное сканирования поверхности так, как это было кратко описано выше, а во втором - нет. Соответственно процесс позиционирования по второму способу требует существенно меньших затрат времени, обеспечивая при этом точное перемещение зонда в пределах диапазона сканера. Фактически, второй способ позиционирования представляет собой процесс образования затравки, описание которого будет дано ниже. In the claimed invention, depending on the experimental or technological task to be solved, the positioning of the probe is carried out in two ways, which differ in that the first of them requires a preliminary scan of the surface, as was briefly described above, and in the second, no. Accordingly, the positioning process in the second method requires significantly less time, while ensuring accurate probe movement within the scanner range. In fact, the second positioning method is the process of seed formation, the description of which will be given below.

В первом способе позиционирование осуществляется только в пределах отсканированного участка поверхности. Для выполнения перемещения из всей цепочки выделяется такая подцепочка (прокладывается маршрут), которая соединяет текущую позицию зонда с конечной желаемой любой задаваемой экспериментатором траекторией. Далее, производя на каждом шаге пути сканирование апертуры и распознавание ближайших соседей, зонд перемещается в ту позицию, которая соответствует данным выбранного маршрута. Процесс выполняется до тех пор, пока зонд не достигнет конечной особенности траектории. Если далее требуется выполнить более точное позиционирование в пределах окрестности конечной особенности, то оно осуществляется перемещением зонда относительно положения этой особенности, но на время, за которое совместное действие крипа и дрейфа не приведет к потере данной особенности в очередном цикле привязки зонда. Отметим, что реальный путь, проходимый зондом, представляет собой аппроксимацию заданной траектории ломаной линией, пролегающей через "центры тяжести" особенностей. In the first method, positioning is carried out only within the scanned surface area. To perform the movement, a subchain is selected from the entire chain (a route is laid), which connects the current position of the probe with the final desired path defined by the experimenter. Further, at each step of the path scanning the aperture and recognizing the nearest neighbors, the probe moves to the position that corresponds to the data of the selected route. The process is performed until the probe reaches the final trajectory feature. If further it is required to perform more accurate positioning within the vicinity of the final feature, then it is carried out by moving the probe relative to the position of this feature, but for the time during which the combined action of creep and drift will not lead to the loss of this feature in the next probe binding cycle. We note that the real path traveled by the probe is an approximation of a given trajectory by a broken line running through the "centers of gravity" of the features.

Итак, способ прецизионного сканирования и позиционирования заключается в выполнении следующих действий:
1. Периодической привязки зонда микроскопа к "текущему" атому поверхности.
So, the method of precision scanning and positioning is to perform the following actions:
1. Periodic binding of the microscope probe to the "current" atom of the surface.

Функция привязки позволяет удерживать зонд над выбранным атомом поверхности в течение практически неограниченного отрезка времени. Она устраняет влияние латерального термодрейфа микроскопа и ползучести X, Y-пьезоманипуляторов и фактически представляет собой цифровую следящую систему в латеральной плоскости, реализованную программно. В роли "датчиков" положения выступают локальные особенности поверхности, относительное расстояние между которыми в результате многократного усреднения может быть измерено точно (см. пункт 4 способа). The binding function allows you to hold the probe over the selected atom of the surface for an almost unlimited period of time. It eliminates the influence of the lateral thermal drift of the microscope and the creep of the X, Y piezoelectric manipulators and is actually a digital tracking system in the lateral plane, implemented in software. Local “surface features” act as “sensors” of the position, and the relative distance between them can be measured accurately as a result of multiple averaging (see point 4 of the method).

Действия по привязке активизируются автоматически по прошествии определенного промежутка времени T, измеряемого по показаниям системного таймера управляющего компьютера и связанного с величиной полного мгновенного дрейфа микроскопа. Под полным дрейфом микроскопа или просто под дрейфом будем понимать далее итог совместного действия термодрейфа и ползучести. Binding actions are activated automatically after a certain period of time T, measured by the readings of the system timer of the control computer and associated with the magnitude of the total instantaneous drift of the microscope. By the full drift of the microscope or simply by the drift we will further understand the result of the combined action of thermal drift and creep.

Интервал T определяется по результатам измерения дрейфа, который меняется во времени и зависит как от конкретной конструкции микроскопа, так и от условий проведения эксперимента. Сравнивая абсолютные координаты текущего атома цепочки с полученными в предыдущем цикле привязки и используя заданные пороги, интервал T либо увеличивается на дискрету, если дрейф мал, либо уменьшается, если он велик, либо остается без изменения (зона нечувствительности характеристики управления), если величина дрейфа находится в пределах допуска. Поэтому, чем меньше скорость дрейфа, тем реже будет производиться включение функции привязки, тем быстрее в целом будет происходить сканирование. Таким образом, в способе осуществляется автоматическая подстройка к изменяющейся величине дрейфа и учет временных колебаний последнего. The interval T is determined by the results of measurements of the drift, which varies in time and depends both on the specific design of the microscope and on the conditions of the experiment. Comparing the absolute coordinates of the current atom of the chain with the bindings obtained in the previous cycle and using the given thresholds, the interval T either increases by a discrete if the drift is small, or decreases if it is large, or remains unchanged (deadband control characteristics) if the drift value is within tolerance. Therefore, the lower the drift speed, the less often the inclusion of the snap function will be performed, the faster the scan will generally occur. Thus, the method automatically adjusts to the changing magnitude of the drift and takes into account the temporal fluctuations of the latter.

Для выполнения привязки вначале осуществляется строчное сканирование квадрата окрестности, в дальнейшем называемого сегментом, текущего атома, затем полученное изображение подвергается процедуре распознавания [5], после чего среди распознанных атомов находится "текущий" (расположенный ближе всех к центру растра), в конце зонд микроскопа перемещается в центр "текущего" атома. To perform the binding, first a line scan of the square of the neighborhood, hereinafter referred to as a segment, of the current atom is performed, then the resulting image is subjected to a recognition procedure [5], after which among the recognized atoms there is “current” (located closest to the center of the raster), at the end of the microscope probe moves to the center of the "current" atom.

2. Сканирования апертуры и распознавания ближайших соседей. 2. Scan aperture and recognize nearest neighbors.

В данной операции вначале выполняется обычная строчная развертка поверхности в пределах заданного квадратного окна (2Rx2R), охватывающего с некоторым запасом ближайших к текущему атому соседей. Хотя фактически сканирование выполняется внутри квадратного окна, последующая работа с изображением поверхности осуществляется внутри вписанного в него круга радиуса R, в дальнейшем называемого апертурой. После этого производится распознавание соседей и определение их координат относительно центра апертуры. In this operation, the initial horizontal scanning of the surface is performed within the specified square window (2Rx2R), covering with some margin the neighbors closest to the current atom. Although scanning is actually performed inside a square window, subsequent work with the image of the surface is carried out inside the circle of radius R inscribed in it, hereinafter referred to as the aperture. After that, the neighbors are recognized and their coordinates relative to the center of the aperture are determined.

3. Определения следующего атома цепочки (локального связывания особенностей). 3. Definitions of the next atom of the chain (local binding of features).

При создании затравки вначале из списка соседей удаляется "предыдущий" атом, а затем, производится поиск такого атома, который располагается под наименьшим углом к прямой, задающей направление движения. Найденный атом получает ярлык "следующий". Причем при перемещении вдоль кристаллографического направления положение следующего атома цепочки используется для уточнения направления движения, если изменение локальной кривизны цепочки лежит в заданных пределах. Таким образом, указанный прием позволяет удерживать выбранное направление, легко минуя те места на поверхности кристалла, где расположены точечные или линейные дефекты решетки. When creating a seed, first the "previous" atom is removed from the list of neighbors, and then a search is made for such an atom that is located at the smallest angle to a straight line that sets the direction of motion. The atom found gets the label "next." Moreover, when moving along the crystallographic direction, the position of the next atom of the chain is used to clarify the direction of motion if the change in the local curvature of the chain lies within specified limits. Thus, this technique allows you to keep the selected direction, easily bypassing those places on the surface of the crystal where point or linear defects of the lattice are located.

В случае, когда выполняется обход контура с присоединением, вначале из списка распознанных в апертуре атомов-соседей удаляется предыдущий атом, затем выполняется сортировка: среди атомов выбираются те, что не принадлежат к уже пройденной цепочке. После чего среди отобранных ищется тот, что расположен под наибольшим (наименьшим) углом (отсчет угла в обоих случаях производится вокруг "текущего" атома в направлении против часовой стрелки) к отрезку, соединяющему текущий и предыдущий атомы при обходе контура цепочки против часовой стрелки (по часовой стрелке). Найденный таким образом атом принимается за следующий атом цепочки. In the case when a loop is traversed with attachment, first the previous atom is removed from the list of neighbor atoms recognized in the aperture, then sorting is performed: among the atoms, those that do not belong to the already passed chain are selected. After that, among the selected ones, one is searched for that is located at the largest (smallest) angle (the angle is counted around the “current” atom in a counterclockwise direction in both cases) to the segment connecting the current and previous atoms when the loop is circled counterclockwise (by clockwise). The atom thus found is taken as the next atom in the chain.

Принципиальным и наиболее существенным недостатком способа образования скана поверхности путем обхода контура с присоединением является невозможность, начиная с некоторой длины цепочки, правильно выполнить сортировку атомов-соседей. Причина заключается в погрешности, накапливаемой в цепочке. Причем, чем больше шумы и дрейфы микроскопа, тем при некотором разумном числе усреднений быстрее наступает указанное ограничение, а следовательно, и ограничение на максимальный размер скана, который можно получить на данном микроскопе. Для того чтобы подавить аккумуляцию погрешности, следует при добавлении новых звеньев цепочки выполнять коррекцию путем "растворения" невязки на участке цепи от предыдущего атома до одного из обнаруженных атомов-соседей, включенных в цепь на предыдущем витке. The fundamental and most significant drawback of the method of forming a surface scan by bypassing a contour with attachment is the impossibility, starting from a certain length of the chain, of sorting neighboring atoms correctly. The reason is the error accumulated in the chain. Moreover, the larger the noise and drifts of the microscope, the more reasonable the number of averages, the specified restriction comes, and therefore the limit on the maximum scan size that can be obtained with this microscope. In order to suppress the accumulation of errors, when adding new links in the chain, it is necessary to correct by “dissolving” the residual in the chain from the previous atom to one of the detected neighboring atoms included in the chain at the previous turn.

В качестве альтернативного способа, позволяющего избежать ошибок сканирования, связанных с накоплением погрешностей в цепочке, может быть предложено упомянутое ранее связывание с испольэованием вспомогательных квазистрок (см. фиг. 2). Основная идея, лежащая в его основе, заключается в том, чтобы в операции сортировки соседей потенциально принимало бы участие как можно меньшее число элементов цепочки, то есть чтобы просмотр цепочки осуществлялся бы на минимально возможную глубину. С этой целью из соседей текущего атома текущей квазистроки образуется группа, куда входят атомы, лежащие по одну определенную до начала сканирования сторону от квазистроки и не принадлежащие квазистроке. Для связывания смежных групп атомов-соседей, относящихся к смежным атомам в квазистроке, используется специальный атом квитирования. As an alternative method to avoid scanning errors associated with the accumulation of errors in the chain, the previously mentioned binding using auxiliary quasistrings can be proposed (see Fig. 2). The main idea underlying it is that the smallest possible number of chain elements would potentially take part in the sorting operation of neighbors, that is, that the chain would be viewed to the minimum possible depth. For this purpose, a group is formed from the neighbors of the current atom of the current quasistring, which includes atoms lying on one side defined before the start of the scan from the quasistring and not belonging to the quasistring. To bind adjacent groups of neighboring atoms belonging to adjacent atoms in a quasistring, a special acknowledgment atom is used.

Отметим, что если в операции связывания среди соседей не было найдено подходящих атомов, то производится увеличение радиуса апертуры и заново выполняется ее сканирование и анализ. Note that if no suitable atoms were found among the neighbors in the binding operation, the aperture radius is increased and its scanning and analysis are performed anew.

4. Измерения разностей и усреднения сегментов (скиппинга). 4. Measurement of differences and averaging of segments (skipping).

Данная операция предназначена для выполнения высокоточных измерений x, y, z координат атомов поверхности. Поскольку из-за наличия дестабилизирующих факторов точное измерение абсолютных координат атомов посредством усреднения невозможно независимо от того, работает механизм привязки или нет, то рассматриваемый прием производит измерение координат "следующего" атома цепочки относительно координат "текущего". Такой подход оправдан, поскольку дрейф в основном складывается из дрейфа головки СТМ, а он не приводит к относительному смещению соседних особенностей, та же часть, которая вноситься образцом путем уменьшения его размеров, может быть сделана ничтожно малой. This operation is designed to perform high-precision measurements of x, y, z coordinates of surface atoms. Since, due to the presence of destabilizing factors, it is impossible to accurately measure the absolute coordinates of atoms by averaging, regardless of whether the binding mechanism works or not, the technique in question measures the coordinates of the "next" atom of the chain relative to the coordinates of the "current" one. This approach is justified, since the drift consists mainly of the STM head drift, and it does not lead to a relative displacement of neighboring features, the same part that is introduced by the sample by reducing its size can be made negligible.

Вначале блокируется привязка зонда, поскольку теперь основная часть функций последней будет выполняться самой процедурой измерения разностей. Затем зонд микроскопа перемещается в позицию (абсолютную) следующего атома, после чего выполняется обычное строчное сканирование квадрата (mxm) его окрестности - сегмента. После этого осуществляется распознавание следующего атома. Определив его координаты, процедура вычисляет и усредняет разности Δx,Δy,Δz, а затем выполняет перемещение иглы СТМ обратно в позицию текущего атома, после чего производит там действия, аналогичные тем, которые она проделала только что со следующим атомом. Найдя координаты (абсолютные) текущего атома, процедура снова вычисляет и усредняет разности координат между атомами. At first, the probe binding is blocked, since now the bulk of the functions of the latter will be performed by the difference measurement procedure itself. Then the microscope probe is moved to the position (absolute) of the next atom, after which a regular line scan of the square (mxm) of its neighborhood - segment is performed. After that, the next atom is recognized. Having determined its coordinates, the procedure calculates and averages the differences Δx, Δy, Δz, and then moves the STM needle back to the position of the current atom, after which it performs actions similar to those that it just did with the next atom. Having found the coordinates (absolute) of the current atom, the procedure again calculates and averages the difference of coordinates between the atoms.

Далее описанная выше последовательность действий, называемая скиппингом, повторяется столько раз, сколько усреднений (число усреднений принципиально ничем не ограничено) было задано. В конце привязка разблокируется, "следующему" атому присваивается тэг "текущий", а счетчик числа атомов цепочки увеличивается на единицу. Напомним, что относительные координаты для первого перемещения зонда в позицию следующего атома определяются сканированием и распознаванием в пределах круглой апертуры. Further, the sequence of actions described above, called skipping, is repeated as many times as averaging (the number of averaging is essentially unlimited) was specified. At the end, the binding is unlocked, the “current” tag is assigned to the “next” atom, and the counter of the number of chain atoms is increased by one. Recall that the relative coordinates for the first movement of the probe to the position of the next atom are determined by scanning and recognition within the circular aperture.

Если в течение цикла скиппинга изменение скорости дрейфа невелико, то наступает практически полная его компенсация. Пусть, например, составляющая дрейфа поверхности по x сонаправлена с составляющей перемещения по x зонда при переходе его от текущей особенности к следующей, тогда измеренная разность будет больше истинной, при движении в обратном направлении она окажется на ту же величину меньше. Следовательно, среднее значение этих разностей будет равно истинному расстоянию между данными особенностями. Что касается абсолютной величины дрейфа, то она может быть достаточно большой - лишь бы за время перемещения зонда от одной особенности к другой последняя оказывалась бы каждый раз лежащей в пределах границ сегмента. If during the skipping cycle the change in the drift velocity is small, then almost complete compensation occurs. Suppose, for example, that the component of the surface drift along x is aligned with the component of movement along x of the probe when it moves from the current feature to the next, then the measured difference will be more true, when moving in the opposite direction it will be the same amount less. Therefore, the average value of these differences will be equal to the true distance between these features. As for the absolute value of the drift, it can be quite large - if only during the time the probe moved from one feature to another, the latter would each time lie within the boundaries of the segment.

Отметим, что при перемещениях зонда между текущим и следующим атомами петля обратной связи всегда замкнута, а при сканировании окрестности в зависимости от установленного режима может быть как замкнута (режим "постоянного тока"), так и разомкнута (режим "постоянной высоты"). Note that when the probe moves between the current and next atoms, the feedback loop is always closed, and when scanning a neighborhood, depending on the set mode, it can be either closed ("direct current" mode) or open ("constant height" mode).

Помимо точного определения относительных координат следующего атома цепочки, во время скиппинга также выполняется усреднение сегментов поверхности, что позволяет эффективно бороться с шумами и достигать высокого разрешения в вертикальной плоскости. In addition to accurately determining the relative coordinates of the next atom of the chain, averaging of surface segments is also performed during skipping, which allows you to effectively deal with noise and achieve high resolution in the vertical plane.

Следует обратить внимание на то, что размер сегмента должен выбираться таким образом, чтобы сегменты соседних атомов немного перекрывали бы друг друга. Это требуется для того, чтобы после выполнения "сборки" полученная поверхность не имела бы разрывов. It should be noted that the size of the segment should be selected so that the segments of adjacent atoms overlap slightly. This is required so that after completing the "assembly" the resulting surface would not have gaps.

Если дрейф во время сканирования был не очень сильным и/или требования к точности измерений не слишком высоки, то для последующей сборки поверхности сохраняются усредненные кусочки поверхности - сегменты и усредненные значения разностей, иначе в каждом цикле скиппинга сохраняются однократные измерения абсолютных координат "текущего" и "следующего" атомов вместе с соответствующими однократно измеренными сегментами. If the drift during the scan was not very strong and / or the requirements for measurement accuracy were not too high, then for the subsequent surface assembly the averaged pieces of the surface — segments and averaged differences — are saved, otherwise, in each skipping cycle, one-time measurements of the absolute coordinates of the “current” and “next” atoms together with the corresponding once measured segments.

Дело в том, что сканер "привязан" к поверхности и, следовательно, дрейфует вместе с ней, перемещаясь по полю сканирования, в каждой точке которого действуют разные калибровочные коэффициенты и углы косости. Поэтому, чтобы избежать ошибок при усреднении, вначале следует, используя калибровочную сетку, исправить абсолютные координаты и сегменты. Сделать это во время сканирования невозможно из-за того, что задача поиска в калибровочной сетке, аппроксимации коэффициентов и, наконец, коррекции сегментов требуют значительных вычислительных ресурсов. The fact is that the scanner is “attached” to the surface and, therefore, drifts along with it, moving along the scanning field, at each point of which different calibration coefficients and oblique angles act. Therefore, in order to avoid errors during averaging, first, using the calibration grid, it is necessary to correct the absolute coordinates and segments. It is impossible to do this during scanning due to the fact that the task of searching in the calibration grid, approximating coefficients and, finally, correcting segments require significant computational resources.

Поскольку определяемое в процессе выполнения скиппинга относительное расстояние между особенностями является действительным числом, изменяющимся по случайному закону, то, выполняя большое количество измерений разностей и сегментов и вводя в изображение на этапе сборки реальной поверхности больше пикселей, возможно реконструировать рельеф (предполагается, что игла достаточно острая), предельные латеральные подробности в котором будут мельче, чем те, что способен обнаружить используемый микроскоп при обычном сканировании. Since the relative distance between the features determined during skipping is a real number that varies according to a random law, it is possible to reconstruct the relief by performing a large number of measurements of differences and segments and introducing more pixels into the image at the stage of assembling the real surface (it is assumed that the needle is quite sharp ), the extreme lateral details in which will be finer than those that the used microscope is able to detect during conventional scanning.

Следует сказать несколько слов о вычислении абсолютных положений атомов ("текущего" и "следующего") в вертикальной плоскости, которые определяются как среднее в задаваемой круговой окрестности атома. Понятно, что получаемые таким способом значения z координат атомов скорее всего слабо отражают действительные их положения, но вполне пригодны для получения относительных координат, используемых как при построении стилизованной поверхности, так и реальной, складываемой из сегментов. A few words should be said about the calculation of the absolute positions of atoms ("current" and "next") in the vertical plane, which are defined as the average in a given circular neighborhood of the atom. It is clear that the values obtained in this way for the z coordinates of the atoms most likely weakly reflect their actual positions, but are quite suitable for obtaining the relative coordinates used both in constructing a stylized surface and a real one made up of segments.

Отметим, что в описываемом способе сканирования в каждый момент времени существует не более одного атома, имеющего абсолютные координаты. Координаты остальных атомов цепочки - относительные. Хотя при сильном дрейфе относительные координаты содержат погрешности и для особо точных измерений непригодны, между тем осуществить связывание, а также проложить маршрут при позиционировании с их помощью можно без труда. Note that in the described scanning method at each moment of time there is no more than one atom having absolute coordinates. The coordinates of the remaining atoms of the chain are relative. Although in case of strong drift, the relative coordinates contain errors and are not suitable for particularly accurate measurements, meanwhile, it is possible to carry out the linking and also to plot a route when positioning with their help.

Правильная калибровка микроскопа позволяет на этапе сборки поверхности устранить искажения, вызываемые нелинейностью манипуляторов, их неортогональностью и паразитным воздействием друг на друга. Процедура калибровки заключается в сканировании предложенным способом эталонной поверхности, в роли которой может выступать, например, ВОПГ, и определении для каждого абсолютного положения особенности в скане локальных калибровочных коэффициентов и локального угла косости (необходим для учета кауплинга типа X<------>Y). В результате получаем распределение (сетку) калибровочных коэффициентов и углов косости в пространстве сканирования. Поскольку влияние термодрейфа и крипа подавляется в процессе измерения, то калибровочная сетка оказывается не зависимой от скорости сканирования и его направления. Correct calibration of the microscope allows eliminating distortions caused by the nonlinearity of the manipulators, their nonorthogonality and parasitic influence on each other at the stage of surface assembly. The calibration procedure consists in scanning the reference surface by the proposed method, which can be, for example, HOPG, and determining for each absolute position the features in the scan of the local calibration coefficients and the local oblique angle (necessary to take into account coupling of the type X <------ > Y). As a result, we obtain the distribution (grid) of calibration coefficients and oblique angles in the scanning space. Since the influence of thermal drift and creep is suppressed during the measurement process, the calibration grid is independent of the scanning speed and its direction.

Рассмотрим калибровку сканера в латеральной плоскости, она осуществляется по треугольникам [5], образуемым в апертуре рассматриваемой особенностью и ее ближайшими соседями (6 равносторонних треугольников для решетки графита). Если поверхность имеет небольшой тренд, то для некоторого фиксированного положения Z-манипулятора получаем распределение калибровочных коэффициентов

Figure 00000002
и углов косости α в плоском поле. Кроме нелинейности и неортогональности сканера, в найденном распределении также происходит учет паразитных связей типа: X<------>Y, Z--->X, Z--->Y.Consider the calibration of the scanner in the lateral plane, it is carried out according to the triangles [5] formed in the aperture of the feature under consideration and its nearest neighbors (6 equilateral triangles for the graphite lattice). If the surface has a small trend, then for some fixed position of the Z-manipulator we obtain the distribution of calibration coefficients
Figure 00000002
and oblique angles α in a flat field. In addition to the non-linearity and non-orthogonality of the scanner, the distribution also takes into account spurious links of the type: X <------> Y, Z ---> X, Z ---> Y.

Для выполнения калибровки Z-манипулятора микроскопа требуется калибровочная структура, имеющая на поверхности не только систему особенностей с известным периодом, но и высотой (графит для этих целей не совсем годится, поскольку величина гофрировки поверхности в нем может сильно отличаться от опыта к опыту). Выполняя сканирование эталонной поверхности для разных положений Z-манипулятора, устанавливаемых грубой ступенью сканера, получаем распределение калибровочных коэффициентов

Figure 00000003
Figure 00000004
и углов косости α в пространстве. Помимо нелинейности в вертикальной плоскости, в найденной сетке будет учтен кауплинг типа X--->Z, Y--->Z, обычно проявляющийся на изображении наиболее сильно.To perform the calibration of the microscope Z-manipulator, a calibration structure is required that has on the surface not only a system of features with a known period, but also a height (graphite is not quite suitable for these purposes, since the value of the surface corrugation in it can differ greatly from experiment to experiment). By scanning the reference surface for different positions of the Z-manipulator, set by the coarse step of the scanner, we obtain the distribution of calibration coefficients
Figure 00000003
Figure 00000004
and skew angles α in space. In addition to non-linearity in the vertical plane, the found grid will take into account coupling of the type X ---> Z, Y ---> Z, which usually manifests itself most strongly in the image.

Для визуализации данных, полученных во время сканирования, требуется выполнить "сборку" реальной поверхности. В тех местах, где сегменты соседних атомов укладываются с небольшим перехлестом, рельеф усредняется. В процессе сборки, используя аппроксимированные калибровочные коэффициенты и угол косости, вычисляемые по значениям в сетке, ближайшим к текущему положению сегмента, производится коррекция этого положения, а также исправление диспропорции и косости изображения [5] в самом сегменте. В случае, когда особенности поверхности настолько велики, что сегменты оказываются заметно искажены нелинейностью и кауплингом манипуляторов, исправление изображения выполняется в каждой точке сегмента с использованием аппроксимированных калибровочных коэффициентов и углов косости, вычисляемых по значениям в сетке, ближайшим к данной точке. To visualize the data obtained during scanning, it is necessary to “assemble” the real surface. In those places where segments of neighboring atoms are stacked with a slight overlap, the relief is averaged. During the assembly process, using the approximated calibration coefficients and the oblique angle calculated from the values in the grid closest to the current position of the segment, this position is corrected, as well as the imbalance and obliquity of the image are corrected [5] in the segment itself. In the case when the surface features are so great that the segments are noticeably distorted by the non-linearity and the coupling of the manipulators, the image is corrected at each point of the segment using approximated calibration coefficients and oblique angles calculated from the values in the grid closest to this point.

Отметим, что результаты сканирования не зависят ни от типа элементарной ячейки, ни от ее размеров, ни от наличия дефектов или какой-либо разупорядоченности атомов на поверхности. Данные свойства получаются исключительно благодаря локальному связыванию особенностей поверхности. Note that the scan results do not depend on the type of unit cell, nor on its size, nor on the presence of defects or any disordering of atoms on the surface. These properties are obtained solely due to the local binding of surface features.

Предлагаемый способ сканирования может быть отнесен к классу адаптивных, поскольку содержит звенья, обеспечивающие самонастройку процесса к текущим окружающим условиям, особенностям поверхности и конкретному оборудованию. The proposed scanning method can be classified as adaptive, because it contains links that provide self-adjustment of the process to the current environmental conditions, surface features and specific equipment.

Следует отметить, что данное описание способа прецизионного сканирования и позиционирования предполагало использование фиксированного размера сегмента, задаваемого перед началом работы. В случае, когда расстояния между особенностями имеют большой разброс, размер сегмента становится переменным и должен определяться динамически в процессе сканирования. It should be noted that this description of the method of precision scanning and positioning involves the use of a fixed segment size, specified before starting work. In the case when the distances between the features are very wide, the segment size becomes variable and must be determined dynamically during the scanning process.

Заложенные в способе приемы точного позиционирования зонда СТМ являются основой построения нанолитографов. Возможность автономно следовать вдоль цепочки атомов может использоваться для автоматического поиска на поверхности различных дефектов: вакансий, включений, моноатомных ступенек, областей разупорядоченности, областей с различными фазовыми состояниями, а также ведения их статистики. Причем траектория здесь может быть выбрана и случайной, для этого необходимо последовательно случайным образом устанавливать длину подцепочки и направление следования по ней. The methods for precise positioning of the STM probe incorporated in the method are the basis for the construction of nanolithographs. The ability to autonomously follow along a chain of atoms can be used to automatically search for various defects on the surface: vacancies, inclusions, monoatom steps, disordered regions, regions with different phase states, as well as their statistics. Moreover, the trajectory here can be chosen random, for this it is necessary to sequentially randomly set the length of the chain and the direction of movement along it.

Удерживая направление движения по цепочке атомов так, чтобы оно постоянно совпадало с кристаллографическим направлением на поверхности, по искривлению цепочки можно выявлять присутствие микродефектов и напряжений в кристаллическом теле. Holding the direction of motion along the chain of atoms so that it constantly coincides with the crystallographic direction on the surface, the presence of microdefects and stresses in the crystalline body can be detected by the curvature of the chain.

Еще одним полезным применением способа является автоматический возврат зонда в операционную зону. Данная функция необходима в экспериментах по нанолитографии, где после какого-либо воздействия зондом на поверхность образец извлекается из микроскопа, подвергается обработке (нанесение пленки, травление, отжиг и т.п.), а затем устанавливается обратно для того, чтобы увидеть, какие изменения произошли с поверхностью в месте воздействия. В подобных случаях для обеспечения автоматического поиска-перемещения к месту воздействия необходимо на исходной поверхности образца изготовить разветвленную систему цепочек из особенностей (см. фиг. 3), сходящихся к этому месту. Тогда достаточно "захватить" какую-либо особенность на краю поля, задать направление движения к зоне и дождаться момента, когда зонд дойдет до последнего элемента цепи. Момент прихода в зону соответствует отсутствию среди соседей "подходящей" следующей особенности (в данном режиме размер апертуры фиксирован). Another useful application of the method is the automatic return of the probe to the operating area. This function is necessary in experiments on nanolithography, where after any exposure to the surface by a probe, the sample is removed from the microscope, processed (film coating, etching, annealing, etc.), and then set back to see what changes occurred with the surface at the site of exposure. In such cases, in order to ensure automatic search-displacement to the place of impact, it is necessary to make a branched system of chains on the initial surface of the sample from features (see Fig. 3) converging to this place. Then it is enough to “capture” some feature at the edge of the field, set the direction of movement to the zone and wait for the moment when the probe reaches the last element of the circuit. The moment of arrival in the zone corresponds to the absence of the following “suitable” feature among the neighbors (in this mode, the aperture size is fixed).

На фиг. 1 проиллюстрированы простейшие способы локального связывания посредством обхода контура с присоединением. Затравка: (a) одиночный атом; (b), (c), (d), (e) одномерная прямолинейная цепочка из 10 атомов. Затравка ориентирована вдоль: (b), (c) кристаллографического направления; (d), (e) направления, составляющего с X-манипулятором угол 0o. Направление обхода контура: (a), (b), (d) фиксированное (против часовой стрелки); (c), (e) переменное (с переключением в конце каждой квазистроки).In FIG. 1 illustrates the simplest methods of local binding by traversing a loop with attachment. Seed: (a) single atom; (b), (c), (d), (e) one-dimensional rectilinear chain of 10 atoms. The seed is oriented along: (b), (c) crystallographic direction; (d), (e) a direction constituting an angle of 0 o with the X manipulator. Circuit bypass direction: (a), (b), (d) fixed (counterclockwise); (c), (e) variable (with switching at the end of each quasistring).

На фиг. 2 схематично изображен способ локального связывания особенностей поверхности с использованием вспомогательных квазистрок. In FIG. 2 schematically illustrates a method for locally binding surface features using auxiliary quasistrings.

На фиг. 3 дан пример изготавливаемой на поверхности образца системы сходящихся к месту воздействия цепочек из особенностей. Буквой Z помечена операционная зона. In FIG. Figure 3 gives an example of a system of converging chains of features converging to the place of impact on the surface of a sample. The letter Z marks the operating area.

На фиг. 4 показан скан поверхности ВОПГ, полученный предлагаемым в изобретении способом. (a) Стилизованное изображение. Атомы углерода изображены условно в виде полусфер. (b) Реальная поверхность, реконструированная из сегментов (режим постоянной высоты: Iтун = 998 пА; Uтун = -10 мВ). Длина цепочки 400 атомов. Число усреднений в точке: 2. Количество усреднений сегмента: 5. Усредненная постоянная решетки a = b = 2,299

Figure 00000005
Скорость сканирования в апертуре: 10000
Figure 00000006
Скорость сканирования в сегменте: 500
Figure 00000007
Скорость перемещения при скиппинге: 100000
Figure 00000008
Средняя скорость латерального дрейфа около 0,5
Figure 00000009
Интервал привязки зонда не более 500 мс. Время измерения: 23 мин.In FIG. 4 shows a surface scan of HOPG obtained by the method of the invention. (a) Stylized image. Carbon atoms are conventionally depicted as hemispheres. (b) Real surface reconstructed from segments (constant height mode: I tun = 998 pA; U tun = -10 mV). The chain length is 400 atoms. The number of averagings at a point: 2. The number of averagings of a segment: 5. The averaged lattice constant a = b = 2.299
Figure 00000005
Aperture Scan Speed: 10000
Figure 00000006
Segment Scan Speed: 500
Figure 00000007
Skipping speed: 100000
Figure 00000008
The average lateral drift velocity is about 0.5
Figure 00000009
The probe binding interval is not more than 500 ms. Measurement time: 23 min.

На фиг. 5 представлена поверхность ВОПГ, полученная в режиме высокого разрешения. (a) Стилизованное изображение. (b) Сегментное изображение (режим постоянной высоты, Uтун = 15 мВ, Iтун = 401 пА). Число усреднений в точке: 3. Количество усреднений сегмента: 1000. Усредненная постоянная решетки a = b = 2,299

Figure 00000010
Скорость сканирования в апертуре: 7500
Figure 00000011
Скорость сканирования в сегменте: 750
Figure 00000012
Скорость перемещения между атомами цепи: 75000
Figure 00000013
Средняя скорость латерального дрейфа около 0,2
Figure 00000014
Интервал привязки зонда не более 500 мсек. Время сканирования: 39 мин.In FIG. 5 shows the surface of HOPG obtained in high resolution mode. (a) Stylized image. (b) Segment image (constant height mode, U tun = 15 mV, I tun = 401 pA). The number of averagings at a point: 3. The number of averagings of a segment: 1000. The average lattice constant a = b = 2.299
Figure 00000010
Aperture Scan Speed: 7500
Figure 00000011
Segment Scan Speed: 750
Figure 00000012
The speed of movement between the atoms of the chain: 75000
Figure 00000013
The average lateral drift velocity is about 0.2
Figure 00000014
The probe binding interval is not more than 500 ms. Scan time: 39 min.

На фиг. 6 показано перемещение зонда СТМ по цепочке атомов в заданном направлении. Подрежим удержания направления - включен. Длина пройденного пути: 1 мкм. Число атомов в цепочке: 4060. Скорость перемещения: 3 атома/сек. In FIG. Figure 6 shows the STM probe moving along a chain of atoms in a given direction. The direction retention submode is on. Length traveled: 1 micron. The number of atoms in the chain: 4060. Movement speed: 3 atoms / sec.

На фиг. 7 представлена гистограмма распределения погрешности измерения постоянной решетки ВОПГ. Количество измерений I = 2,5•105. Погрешность однократного измерения (3 σ): ±0,255

Figure 00000015
Коэффициент асимметрии ks = -0,09. Эксцесс kk = 1,27. Время измерения: 7 часов 30 мин.In FIG. 7 shows a histogram of the distribution of the error of measurement of the HOPG lattice constant. The number of measurements I = 2.5 • 10 5 . Single measurement error (3 σ): ± 0.255
Figure 00000015
The asymmetry coefficient k s = -0.09. Kurtosis k k = 1.27. Measurement time: 7 hours 30 min.

На фиг. 8 даны результаты измерения дрейфа СТМ. (a) Распределение векторов дрейфа в пространстве скоростей. Средняя и максимальная скорости дрейфа в латеральной плоскости: 0,120

Figure 00000016
и 0,334
Figure 00000017
соответственно. (b) Эволюция кончика зонда в пространстве (направление перемещения обозначено стрелкой). Вероятное направление дрейфа в латеральной плоскости: 269o. Вектора и положения зонда обозначены значком "+". Количество привязок зонда микроскопа: 500. Интервал времени между привязками T = 700 мсек.In FIG. Figure 8 shows the results of measurements of the STM drift. (a) Distribution of drift vectors in the velocity space. Lateral average and maximum drift velocities: 0.120
Figure 00000016
and 0.334
Figure 00000017
respectively. (b) Evolution of the tip of the probe in space (the direction of movement is indicated by an arrow). Likely direction of drift in the lateral plane: 269 o . The vectors and positions of the probe are indicated by a “+”. The number of bindings of the microscope probe: 500. The time interval between the bindings is T = 700 ms.

Описанный способ прецизионного сканирования и позиционирования был реализован и опробован при работе с предельно различимыми сканирующим туннельным микроскопом структурными элементами поверхности - атомами. The described method of precision scanning and positioning was implemented and tested when working with the structural elements of the surface — atoms, which are extremely distinguishable by a scanning tunneling microscope.

Измерения выполнялись на сканирующем зондовом микроскопе Solver P4 фирмы NT-MDT на воздухе. В качестве управляющего использовался IBM совместимый компьютер 486DX4 100 МГц. Разрешение микроскопа в латеральной плоскости:

Figure 00000018
Число точек в апертуре: 27х27. Число точек в сегменте: 13х13. Иглой служила кусаная проволока NiCr, а размеры образца ВОПГ (0001) составляли (2х2х0,5) мм3.The measurements were performed on a NT-MDT Solver P4 scanning probe microscope in air. An IBM compatible 486DX4 100 MHz computer was used as the manager. Resolution of the microscope in the lateral plane:
Figure 00000018
The number of points in the aperture: 27x27. The number of points in the segment: 13x13. The bite wire NiCr served as a needle, and the dimensions of the HOPG sample (0001) were (2x2x0.5) mm 3 .

Выполняя локальное связывание особенностей с использованием вспомогательных квазистрок (длина квазистроки - 20 атомов, ориентация - вдоль оси X-пьезоманипулятора), было осуществлено сканирование поверхности ВОПГ (см. фиг. 4). "Рваные" края на изображении (b) выдают на его сегментную структуру. Из-за недостаточно высокого быстродействия управляющего компьютера, сильного дрейфа и небольшого числа усреднений звеньев цепи положения некоторых атомов в скане заметно смещены. Во время сборки поверхности исправление нелинейности, неортогональности и кауплинга не производилось. Артефакты, связанные с сегментной структурой изображения (b), практически отсутствуют. Следует обратить внимание на низкий уровень шума в сегментном изображении, хотя ни какой математической обработки данных не выполнялось. Performing local binding of features using auxiliary quasistrings (the length of the quasistring is 20 atoms, orientation along the axis of the X-piezomanipulator), the HOPG surface was scanned (see Fig. 4). The "torn" edges in the image (b) give out on its segment structure. Due to the insufficiently high speed of the control computer, strong drift, and a small number of averaging of chain links, the positions of some atoms in the scan are noticeably shifted. During surface assembly, non-linearity, non-orthogonality, and cowling were not corrected. Artifacts associated with the segmented image structure (b) are practically absent. Attention should be paid to the low noise level in the segmented image, although no mathematical data processing has been performed.

Следующий опыт заключался в получении скана поверхности ВОПГ в режиме высокого разрешения (см. фиг. 5). Для каждого из 7 атомов углерода было выполнено по 1000 измерений сегмента и разностей. После сборки (коррекция нелинейности, неортогональности и кауплинга не производилась) латеральное разрешение микроскопа "улучшено" в 20 раз. Связывание выполнено путем обхода контура с присоединением. Тип затравки - одиночный атом. В верхнем левом и нижнем правом углах хорошо видны исходные размеры элементов изображения, соответствующие пределу разрешения микроскопа. The next experiment was to obtain a scan of the HOPG surface in high resolution mode (see Fig. 5). For each of the 7 carbon atoms, 1000 measurements of the segment and the differences were performed. After assembly (correction of non-linearity, non-orthogonality, and cowling was not performed), the lateral resolution of the microscope is “improved” by 20 times. Linking is done by traversing the contour with an attachment. The type of seed is a single atom. In the upper left and lower right corners, the initial sizes of image elements corresponding to the limit of resolution of the microscope are clearly visible.

В качестве экспериментального подтверждения возможности прецизионного позиционирования на атомарно гладкой поверхности (способ позиционирования без предварительного сканирования поверхности), а также для демонстрации способности точно отмерять расстояния в несколько микрон, подсчитывая атомные периоды, на поверхности ВОПГ было выполнено перемещение иглы СТМ вдоль кристаллографического направления (см. фиг. 6), длина пройденного пути составила 1 мкм (4060 атомов углерода). As an experimental confirmation of the possibility of precision positioning on an atomically smooth surface (a method of positioning without preliminary scanning of the surface), as well as to demonstrate the ability to accurately measure distances of several microns by counting atomic periods, the STM needle was moved along the crystallographic direction on the HOPG surface (see. Fig. 6), the distance traveled was 1 μm (4060 carbon atoms).

Для доказательства возможности выполнения с помощью предлагаемого способа высокоточных измерений расстояний и направлений на поверхности было осуществлено 250000 усреднений постоянной решетки ВОПГ. Для выполнения работы потребовалось 7,5 часов непрерывной работы СТМ, при этом погрешность измерения составила ±0,0005

Figure 00000019
На фиг. 7 показана функция распределения погрешности измерения постоянной решетки графита, там же для сравнения дана функция нормального распределения, построенная с использованием эмпирических значений среднего и среднеквадратического.To prove the possibility of using the proposed method for high-precision measurements of distances and directions on the surface, 250,000 averagings of the HOPG lattice constant were performed. It took 7.5 hours of continuous operation of the STM to complete the work, while the measurement error was ± 0.0005
Figure 00000019
In FIG. Figure 7 shows the distribution function of the measurement error of the constant lattice of graphite; the normal distribution function constructed using empirical mean and rms values is also given there for comparison.

Для измерения дрейфа микроскопа была выполнена последовательность привязок зонда к выбранному атому на поверхности графита. В процессе слежения за атомом по его перемещению определялся вектор дрейфа, т.е. направление дрейфа и его скорость (величина смещения, отнесенная к интервалу привязки T). На фиг. 8a показано пространственное распределение полученных векторов дрейфа. На фиг. 8b представлена траектория движения кончика зонда (атома привязки) в пространстве за время измерения. Средняя скорость дрейфа микроскопа в латеральной плоскости составила около 0,12

Figure 00000020
Вероятное латеральное направление дрейфа: 269o. Близость вероятного направления дрейфа к направлению "медленного" сканирования указывает на присутствие значительной составляющей крипа Y-манипулятора.To measure the drift of the microscope, a sequence of bindings of the probe to the selected atom on the surface of graphite was performed. In the process of tracking an atom, its drift vector was determined from its movement, i.e. drift direction and its velocity (displacement value related to the anchor interval T). In FIG. 8a shows the spatial distribution of the obtained drift vectors. In FIG. 8b shows the trajectory of the probe tip (binding atom) in space during the measurement. The average drift velocity of the microscope in the lateral plane was about 0.12
Figure 00000020
Likely lateral drift direction: 269 o . The proximity of the probable drift direction to the direction of the "slow" scan indicates the presence of a significant component of the creep of the Y-manipulator.

Источники информации
[1] J.E. Griffith, G.L. Miller, C.A. Green, D.A. Grigg, P.E. Russell, A scanning tunneling microscope with a capacitance-based position monitor, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 8, N 6, p. 2023, 1990.
Sources of information
[1] JE Griffith, GL Miller, CA Green, DA Grigg, PE Russell, A scanning tunneling microscope with a capacitance-based position monitor, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 8, N 6, p. 2023, 1990.

[2] R.C. Barrett, C.F. Quate, Optical scan-correction system applied to atomic force microscopy, Rev. Sci. Instrum., vol. 62, N 6, p. 1393, 1991. [2] R.C. Barrett, C.F. Quate, Optical scan-correction system applied to atomic force microscopy, Rev. Sci. Instrum., Vol. 62, N 6, p. 1393, 1991.

[3] H. Kawakatsu, Y. Hoshi, T. Higuchi, H. Kitano, Crystalline lattice for metrological applications and positioning control by a dual tunneling-unit scanning tunneling microscope, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 9, N 2, p. 651, 1991. H. Kawakatsu, H. Kougami, Automated calibration of the sample image using crystalline lattice for scale reference in scanning tunneling microscopy, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 14, N 1, p. 11, 1996. H. Zhang, F. Huang, T. Higuchi, Dual unit scanning tunneling microscope-atomic force microscope for length measurement based on reference scales, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 15, N 4, p. 780, 1997. [3] H. Kawakatsu, Y. Hoshi, T. Higuchi, H. Kitano, Crystalline lattice for metrological applications and positioning control by a dual tunneling-unit scanning tunneling microscope, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 9, N 2, p. 651, 1991. H. Kawakatsu, H. Kougami, Automated calibration of the sample image using crystalline lattice for scale reference in scanning tunneling microscopy, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 14, N 1, p. 11, 1996. H. Zhang, F. Huang, T. Higuchi, Dual unit scanning tunneling microscope-atomic force microscope for length measurement based on reference scales, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 15, N 4, p. 780, 1997.

[4] J.E. Griffith, D.A. Grigg, Dimensional metrology with scanning probe microscopes, J. Appl. Phys., vol. 74, N 9, p. 83, 1993. [4] J.E. Griffith, D.A. Grigg, Dimensional metrology with scanning probe microscopes, J. Appl. Phys., Vol. 74, N 9, p. 83, 1993.

[5] R.V. Lapshin, Automatic lateral calibration of tunneling microscope scanners, Rev. Sci. Instrum. , vol. 69, N 9, p. 3268, 1998. Р.В. Лапшин, Процедура распознавания атомов в СТМ изображениях, Труды третьей международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика", выпуск 3, Москва, Зеленоград, 1998. [5] R.V. Lapshin, Automatic lateral calibration of tunneling microscope scanners, Rev. Sci. Instrum. , vol. 69, N 9, p. 3268, 1998. R.V. Lapshin, Procedure for the recognition of atoms in STM images, Proceedings of the third international scientific and technical conference "Microelectronics and Informatics", Issue 3, Moscow, Zelenograd, 1998.

Claims (3)

1. Способ измерения рельефа поверхности сканирующим зондовым микроскопом, заключающийся в сканировании исследуемой поверхности в горизонтальной плоскости с одновременным поддержанием постоянного зазора между зондом и образцом в вертикальной плоскости, а также линеаризации измерений путем компенсации возникающей при движении манипулятора разности между заданной величиной перемещения и фактической, измеряемой с помощью линейных датчиков, отличающийся тем, что вместо датчиков положения для компенсации термодрейфа головки и крипа пьезоманипуляторов используются локальные особенности рельефа поверхности, служащие опорными точками при выполнении перемещений зонда, для чего вначале производится сканирование апертуры и программное распознавание ближайших соседей, среди которых находится текущая особенность, а также в соответствии с выбранным способом локального связывания следующая: осуществляется операция скиппинга, затем выполняется перемещение зонда в позицию следующей особенности относительно положения текущей, после чего описанный выше процесс повторяется до тех пор, пока не будет получен скан заданных размеров; используя теперь распределенную в пространстве сканирования сетку из локальных калибровочных коэффиециентов и углов косости, найденную в процессе измерения данным способом эталонной поверхности, производится исправление искажений изображения, вызванных нелинейностью, неортогональностью и кауплингом пьезоманипуляторов. 1. The method of measuring the surface topography with a scanning probe microscope, which consists in scanning the test surface in a horizontal plane while maintaining a constant gap between the probe and the sample in the vertical plane, as well as linearizing the measurements by compensating for the difference that occurs when the manipulator moves between a given amount of displacement and the actual measured using linear sensors, characterized in that instead of position sensors to compensate for the thermal drift of the head and creep of zomanipulators, local features of the surface topography are used, which serve as reference points when performing probe movements, for which the aperture is first scanned and software recognizes the nearest neighbors, among which the current feature is located, and in accordance with the selected local binding method, the following: the skipping operation is performed, then moving the probe to the position of the next feature relative to the position of the current one, after which the process described above is repeated I until a scan of a given size is received; Now using a grid distributed in the scanning space from local calibration coefficients and oblique angles found during the measurement of the reference surface using this method, image distortions caused by non-linearity, non-orthogonality, and piezo manipulator coupling are corrected. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выполнения перемещения зонда из текущей особенности в любую другую заданную, лежащую в пределах отсканированной области, на каждом участке маршрута выполняется сканирование апертуры текущей особенности, распознавание особенностей-соседей, выявление среди них текущей и определение следующей, совпадающей с заданным маршрутом, после перемещения зонда в найденную позицию следующей особенности процесс выполняется циклически до тех пор, пока зонд не достигнет конечной особенности маршрута. 2. The method according to claim 1, characterized in that in order to move the probe from the current feature to any other predetermined one lying within the scanned area, on each section of the route, the aperture of the current feature is scanned, recognition of neighboring features, identification of the current and the determination of the next, coinciding with the given route, after moving the probe to the found position of the next feature, the process is performed cyclically until the probe reaches the final feature of the route. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью автоматического возврата зонда в операционную зону на образце, где предварительно изготовлена разветвленная система сходящихся к зоне цепочек из особенностей, указывается исходная особенность и направление движения к зоне, размер апертуры фиксируется, а момент достижения зондом зоны определяется по отсутствию среди распознанных соседей следующей особенности. 3. The method according to claim 1, characterized in that, in order to automatically return the probe to the operating area on the sample, where a branched system of chains converging to the area is preliminarily made from the features, the initial feature and the direction of movement to the area are indicated, the size of the aperture is fixed, and the moment the probe reaches the zone is determined by the absence of the following features among the recognized neighbors.
RU99112623A 1999-06-08 1999-06-08 Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope RU2175761C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99112623A RU2175761C2 (en) 1999-06-08 1999-06-08 Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99112623A RU2175761C2 (en) 1999-06-08 1999-06-08 Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99112623A RU99112623A (en) 2001-04-27
RU2175761C2 true RU2175761C2 (en) 2001-11-10

Family

ID=20221194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99112623A RU2175761C2 (en) 1999-06-08 1999-06-08 Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2175761C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007051274A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-10 Alexander Mikhailovich Ilyanok Scanning jet nanolithograph and the operation method thereof
RU2452934C2 (en) * 2010-06-30 2012-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" Method of preparing thin bismuth films on mica for detecting boundaries of units via atomic force microscopy
RU2459251C2 (en) * 2010-09-15 2012-08-20 Закрытое Акционерное Общество "Нанотехнология Мдт" Method of selecting local objects on digital surface images
RU2540283C2 (en) * 2010-05-26 2015-02-10 Ростислав Владимирович Лапшин Walking robot-nanopositioner and method of controlling movement thereof
CN108509208A (en) * 2018-03-30 2018-09-07 蚌埠国显科技有限公司 A kind of OTP probes positioning device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007051274A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-10 Alexander Mikhailovich Ilyanok Scanning jet nanolithograph and the operation method thereof
EA012498B1 (en) * 2005-11-02 2009-10-30 Александр Михайлович Ильянок Scanning jet nanolithograph and the operation method thereof
RU2540283C2 (en) * 2010-05-26 2015-02-10 Ростислав Владимирович Лапшин Walking robot-nanopositioner and method of controlling movement thereof
RU2452934C2 (en) * 2010-06-30 2012-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" Method of preparing thin bismuth films on mica for detecting boundaries of units via atomic force microscopy
RU2459251C2 (en) * 2010-09-15 2012-08-20 Закрытое Акционерное Общество "Нанотехнология Мдт" Method of selecting local objects on digital surface images
CN108509208A (en) * 2018-03-30 2018-09-07 蚌埠国显科技有限公司 A kind of OTP probes positioning device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lapshin Feature-oriented scanning methodology for probe microscopy and nanotechnology
US10126326B2 (en) Atomic force microscopy of scanning and image processing
US7941286B2 (en) Variable density scanning
US8220066B2 (en) Vibration compensation in probe microscopy
US9995763B2 (en) Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems
KR100761059B1 (en) Scanning probe microscope being able to measure samples having overhang structure
RU2175761C2 (en) Method for measuring surface relief by means of scanning probe type microscope
EP0398334A1 (en) Position detecting apparatus
US9366693B2 (en) Variable density scanning
US8141168B2 (en) Scanning probe microscope and a method to measure relative-position between probes
CN1877246A (en) A method for determining material interfacial and metrology information of a sample using atomic force microscopy
Dai et al. Measurement of micro-roughness using a metrological large range scanning force microscope
KR20070115502A (en) Scanning probe microscope and method of scan using the same
US20090107222A1 (en) Scanning Probe Microscope with Improved Scanning Speed
JP2001296229A (en) Scanning probe microscope
Kawakatsu et al. Automated calibration of the sample image using crystalline lattice for scale reference in scanning tunneling microscopy
US20070012095A1 (en) Scanning probe microscope
JPH0926427A (en) Positioning device and media moving type memory device usingpositioning device
US7381975B1 (en) In plane drift compensation
JP4497665B2 (en) Probe scanning control device, scanning probe microscope using the scanning control device, probe scanning control method, and measurement method using the scanning control method
Liu et al. AFM tip localization on large range sample using particle filter for MEMS inspection
JP2010038856A (en) Scanning probe microscope
JP3892184B2 (en) Scanning probe microscope
Liu et al. Recent CD AFM probe developments for sub-45 nm technology nodes
RU2181212C2 (en) Procedure of movement of sonde of scanning microscopenanolithograph in field of coarse x-y positioner

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160609