RU2462726C2 - Method of scanning on scanning probe microscope and forming image of surface - Google Patents
Method of scanning on scanning probe microscope and forming image of surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2462726C2 RU2462726C2 RU2010141753/28A RU2010141753A RU2462726C2 RU 2462726 C2 RU2462726 C2 RU 2462726C2 RU 2010141753/28 A RU2010141753/28 A RU 2010141753/28A RU 2010141753 A RU2010141753 A RU 2010141753A RU 2462726 C2 RU2462726 C2 RU 2462726C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scanning
- sample
- substrate
- probe microscope
- structural element
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу сканирования на сканирующем зондовом микроскопе и формирования изображения поверхности, и может быть использовано для определения рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхностей тонких пленок и покрытий с монотонно изменяющейся толщиной, наклонных участков интегральных схем, элементов микроустройств и срезов биологических структур на микро- и наноуровне в режимах атомно-силового, туннельного и ближнепольного оптического микроскопа.The invention relates to measuring technique, in particular to a method for scanning with a scanning probe microscope and forming an image of the surface, and can be used to determine the relief, linear dimensions and physical characteristics of the surfaces of thin films and coatings with a monotonously varying thickness, inclined sections of integrated circuits, elements of microdevices and sections of biological structures at the micro- and nanoscale in the modes of atomic force, tunneling and near-field optical microscope.
Известен способ сканирования объекта [1], при котором датчик сканирования перемещают относительно объекта и для каждого положения датчика сканирования измеряют и регистрируют параметр объекта. Перемещение датчика сканирования осуществляют циклически. В начале каждого цикла вокруг положения датчика сканирования строят замкнутую окрестность, на границе которой определяют максимальное изменение параметра объекта относительно значения параметра в точке положения датчика, перемещают датчик сканирования с определенным шагом из указанного положения в направлении максимального изменения параметра в его новое положение. Если разность между параметрами в указанных двух положениях не превышает заданную величину, продолжают перемещение датчика в том же направлении, а при превышении разности параметров заданной величины цикл заканчивают, причем последнее положение датчика сканирования в цикле является его начальным положением в новом цикле. Основное достоинство способа заключается в обеспечении возможности распознавания образов различного назначения в автоматическом режиме. Указанный способ практически не применим для сканирования наклонных поверхностей образцов на сканирующем зондовом микроскопе, так как, например, возрастание высоты может быть обусловлено лишь погрешностью установки образца в сканирующем зондовом микроскопе и не связано с направлением максимального изменения параметра (высоты).A known method of scanning an object [1], in which the scanning sensor is moved relative to the object and for each position of the scanning sensor measure and record the parameter of the object. The movement of the scan sensor is carried out cyclically. At the beginning of each cycle, a closed neighborhood is built around the position of the scan sensor, at the border of which the maximum change in the object parameter relative to the parameter value at the sensor position point is determined, the scan sensor is moved with a certain step from the specified position in the direction of the maximum parameter change to its new position. If the difference between the parameters in these two positions does not exceed the specified value, the sensor continues to move in the same direction, and if the difference in the parameters of the specified value is exceeded, the cycle ends, and the last position of the scanning sensor in the cycle is its initial position in the new cycle. The main advantage of this method is the ability to recognize images for various purposes in automatic mode. The indicated method is practically not applicable for scanning the inclined surfaces of samples using a scanning probe microscope, since, for example, an increase in height can be caused only by an error in the installation of the sample in a scanning probe microscope and is not related to the direction of the maximum change in the parameter (height).
Также известен способ сканирования объектов с помощью сканирующего зондового микроскопа [2], согласно которому для сканирования поверхности объекта используют взаимное перемещение двух пьезосканеров, при этом объект устанавливают на первом пьезосканере, зонд (кантилевер) закрепляют на втором пьезосканере и располагают над исследуемой поверхностью, кантилевер сближают с поверхностью объекта, производят сканирование пьезосканерами в противофазе по каждой из координат сканирования и с использованием системы регистрации измеряют полезный сигнал, являющийся функцией взаимного положения кантилевера и поверхности объекта. Основное достоинство способа заключается в расширении технических возможностей метода сканирующей зондовой микроскопии - увеличении полей сканирования и высот измеряемого рельефа, в том числе, наклонных поверхностей объекта - за счет применения двух сканеров. Однако существенным недостатком указанного способа являются значительные сложности определения параметров корректировки и фильтрации для формирования изображений поверхностей объекта, обусловленные наложением погрешностей двух пьезосканеров, работающих в противофазе.There is also a known method of scanning objects using a scanning probe microscope [2], according to which the mutual movement of two piezoscanners is used to scan the object’s surface, the object is mounted on the first piezoscanner, the probe (cantilever) is mounted on the second piezoscanner and placed above the test surface, the cantilever is brought together with the surface of the object, piezoscanners scan in antiphase for each of the scan coordinates and use the registration system to measure the field ny signal is a function of the relative position of the cantilever and the surface of the object. The main advantage of the method is the expansion of the technical capabilities of the scanning probe microscopy method - increasing the scanning fields and the heights of the measured relief, including the inclined surfaces of the object - due to the use of two scanners. However, a significant drawback of this method is the significant difficulty in determining the adjustment and filtering parameters for imaging the surfaces of the object, due to the overlapping errors of the two piezoscanners operating in antiphase.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ сканирования на сканирующем зондовом микроскопе и формирования изображения поверхности [3], согласно которому при сканировании зонд или образец перемещают сканером, измеряют расстояние зонд-образец для различных точек поверхности образца, а формирование изображения поверхности производят путем определения и вычитания постоянного наклона и постоянной составляющей, корректировки и фильтрации данных, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа. Существенным недостатком известного способа является отсутствие возможности формирования достоверного изображения поверхности образца, имеющей наклон, например, вследствие монотонного изменения толщины покрытия, из-за неоднозначности в определении постоянного наклона (обусловленного погрешностью установки образца в сканирующем зондовом микроскопе, температурным дрейфом и нелинейностью перемещений пьезосканера) и реального наклона поверхности образца.Closest to the proposed method, the technical essence is the method of scanning with a scanning probe microscope and forming an image of the surface [3], according to which, when scanning, the probe or sample is moved by the scanner, the distance of the probe-sample is measured for various points on the surface of the sample, and surface image formation is performed by determining and subtracting the constant slope and constant component, adjusting and filtering the data obtained using the scanning probe microscope a. A significant drawback of the known method is the inability to form a reliable image of the surface of the sample having a slope, for example, due to a monotonic change in the coating thickness, due to the ambiguity in determining the constant slope (due to the error in installing the sample in a scanning probe microscope, temperature drift and non-linearity of movements of the piezoscanner) and real tilt of the surface of the sample.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений, выполняемых с помощью сканирующего зондового микроскопа.The objective of the present invention is to improve the accuracy of measurements performed using a scanning probe microscope.
Задача решается следующим образом. В известном способе сканирования на сканирующем зондовом микроскопе и формирования изображения поверхности при сканировании зонд или образец перемещают сканером, измеряют расстояние зонд-образец для различных точек поверхности образца, а формирование изображения поверхности производят путем определения и вычитания постоянного наклона и постоянной составляющей, корректировки и фильтрации данных, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа. Согласно предлагаемому изобретению, сканирование поверхности образца выполняют раздельно для двух участков - поверхности подложки и поверхности структурного элемента, находящегося на подложке, без переустановки образца, формируют изображение поверхности структурного элемента путем вычитания постоянного наклона, определенного по результатам сканирования поверхности подложки.The problem is solved as follows. In the known method of scanning with a scanning probe microscope and forming a surface image when scanning, the probe or sample is moved by the scanner, the probe-sample distance is measured for various points on the sample surface, and the surface image is produced by determining and subtracting the constant slope and constant component, correcting and filtering the data obtained using a scanning probe microscope. According to the invention, the scanning of the surface of the sample is performed separately for two sections - the surface of the substrate and the surface of the structural element located on the substrate, without reinstalling the sample, form an image of the surface of the structural element by subtracting the constant inclination determined by the results of scanning the surface of the substrate.
Раздельное сканирование двух участков - поверхности подложки и поверхности структурного элемента без переустановки образца позволяет получить данные о величине постоянного наклона для двух различных участков поверхности образца. Следует отметить, что при выполнении сканирования без переустановки образца величина постоянного наклона будет одинакова для всех участков поверхности образца: как для поверхности подложки, так и структурного элемента. Величину постоянного наклона достаточно просто определить из данных о сканировании поверхности подложки, так как известно, что поверхность подложки совпадает с горизонтальной плоскостью. В то же время величину постоянного наклона практически не возможно определить из данных, полученных при сканировании поверхности структурного элемента, так как помимо величины постоянного наклона в данных содержатся сведения о наклоне поверхности структурного элемента относительно горизонтальной поверхности - поверхности подложки. Однако измерить реальный наклон поверхности структурного элемента относительно поверхности подложки можно путем вычитания величины постоянного наклона, определенного из данных о сканировании поверхности подложки.Separate scanning of two sections - the surface of the substrate and the surface of the structural element without reinstalling the sample allows you to obtain data on the value of the constant slope for two different sections of the surface of the sample. It should be noted that when scanning without reinstalling the sample, the constant slope value will be the same for all parts of the sample surface: both for the substrate surface and for the structural element. The value of the constant slope is quite simple to determine from the data on the scanning surface of the substrate, since it is known that the surface of the substrate coincides with the horizontal plane. At the same time, the constant tilt value is practically impossible to determine from the data obtained by scanning the surface of the structural element, since in addition to the constant tilt value, the data also contains information about the tilt of the surface of the structural element relative to the horizontal surface - the surface of the substrate. However, it is possible to measure the actual slope of the surface of the structural element relative to the surface of the substrate by subtracting the value of the constant slope determined from the data on scanning the surface of the substrate.
На Фиг.1 схематично показана поверхность подложки 1 с покрытием 2 (структурный элемент), нанесенным на поверхность подложки 1.Figure 1 schematically shows the surface of the substrate 1 with a coating 2 (structural element) deposited on the surface of the substrate 1.
На Фиг.2 схематично показана величина постоянного наклона поверхности подложки.Figure 2 schematically shows the value of the constant inclination of the surface of the substrate.
На Фиг.3 схематично показано изображение поверхности покрытия, сформированное без вычитания постоянного наклона.Figure 3 schematically shows an image of a coating surface formed without subtracting a constant tilt.
На Фиг.4 схематично показано изображение поверхности покрытия, сформированное после вычитания постоянного наклона поверхности подложки.Figure 4 schematically shows an image of the surface of the coating formed after subtracting the constant inclination of the surface of the substrate.
Способ осуществляют следующим образом. В сканирующий зондовый микроскоп устанавливают образец - подложку 1 со структурным элементом (покрытием) 2 (Фиг.1). Выполняют сканирование поверхности образца раздельно для двух участков - подложки 1 и покрытия 2 посредством перемещения сканером зонда сканирующего зондового микроскопа или образца. Например, первоначально сканируют поверхность подложки 1 без покрытия, а затем поверхность образца с покрытием 2 без переустановки образца посредством измерения расстояние зонд-образец для различных точек поверхностей образца. Далее из данных о сканировании поверхности подложки 1 без покрытия определяют величину постоянного наклона (Фиг.2). Затем формируют изображение поверхности покрытия 2 (Фиг.3), далее вычитают величину постоянного наклона (Фиг.2), определенного по результатам сканирования поверхности подложки 1. После чего сформированное изображение покрытия 2 (Фиг.4) обрабатывают путем вычитания постоянной составляющей, корректировки и фильтрации данных, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа.The method is as follows. In the scanning probe microscope establish a sample - substrate 1 with a structural element (coating) 2 (Figure 1). Scan the surface of the sample separately for two sections — substrate 1 and coating 2 by moving the scanner probe with a scanning probe microscope or sample. For example, the surface of the substrate 1 without coating is initially scanned, and then the surface of the coated sample 2 without reinstalling the sample by measuring the probe-sample distance for various points on the surfaces of the sample. Next, from the data on the scanning surface of the substrate 1 without coating, determine the value of the constant slope (Figure 2). Then, an image of the surface of the coating 2 is formed (FIG. 3), then the value of the constant slope (FIG. 2) determined by scanning the surface of the substrate 1 is subtracted. After that, the generated image of the coating 2 (FIG. 4) is processed by subtracting the constant component, correcting and filtering data obtained using a scanning probe microscope.
Таким образом, предлагаемый способ повышает точность измерений, выполняемых с помощью сканирующего зондового микроскопа.Thus, the proposed method improves the accuracy of measurements performed using a scanning probe microscope.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2099671, G01C 11/00, 1997.1. RF patent No. 2099671, G01C 11/00, 1997.
2. Заявка на изобретение РФ №2004133656/28, G02B 21/00, 2006.2. Application for the invention of the Russian Federation No. 2004133656/28, G02B 21/00, 2006.
3. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. - Нижний Новгород, 2004.3. Mironov V.L. The basics of scanning probe microscopy. - Nizhny Novgorod, 2004.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141753/28A RU2462726C2 (en) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | Method of scanning on scanning probe microscope and forming image of surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141753/28A RU2462726C2 (en) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | Method of scanning on scanning probe microscope and forming image of surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010141753A RU2010141753A (en) | 2012-04-20 |
| RU2462726C2 true RU2462726C2 (en) | 2012-09-27 |
Family
ID=46032263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010141753/28A RU2462726C2 (en) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | Method of scanning on scanning probe microscope and forming image of surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2462726C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2145055C1 (en) * | 1999-02-08 | 2000-01-27 | Ао "Автэкс" | Process of collection and processing of information about surfaces of sample |
| US6810354B1 (en) * | 2002-05-06 | 2004-10-26 | Veeco Instruments Inc. | Image reconstruction method |
| RU70373U1 (en) * | 2007-10-08 | 2008-01-20 | Институт прикладной механики УрО РАН | DEVICE FOR STUDYING A SURFACE OF A SOLID BODY BY A TUNNEL MICROSCOPE |
| RU2334214C2 (en) * | 2002-07-04 | 2008-09-20 | Юниверсити Оф Бристоль | Scanning probing microscope |
| JP2010044063A (en) * | 2008-07-21 | 2010-02-25 | Park Systems Corp | Scanning probe microscope with tilted sample stage |
-
2010
- 2010-10-11 RU RU2010141753/28A patent/RU2462726C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2145055C1 (en) * | 1999-02-08 | 2000-01-27 | Ао "Автэкс" | Process of collection and processing of information about surfaces of sample |
| US6810354B1 (en) * | 2002-05-06 | 2004-10-26 | Veeco Instruments Inc. | Image reconstruction method |
| RU2334214C2 (en) * | 2002-07-04 | 2008-09-20 | Юниверсити Оф Бристоль | Scanning probing microscope |
| RU70373U1 (en) * | 2007-10-08 | 2008-01-20 | Институт прикладной механики УрО РАН | DEVICE FOR STUDYING A SURFACE OF A SOLID BODY BY A TUNNEL MICROSCOPE |
| JP2010044063A (en) * | 2008-07-21 | 2010-02-25 | Park Systems Corp | Scanning probe microscope with tilted sample stage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010141753A (en) | 2012-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7907288B2 (en) | Shape measuring apparatus | |
| WO2006019944A2 (en) | Transparent film measurements | |
| JP2009525466A (en) | This application claims priority to US Provisional Patent Application 60 / 763,659 filed on January 31, 2006, and is filed in the United States on November 28, 2006. And claims its priority in connection with patent application 11 / 563,822 (name of invention “variable density scanning”), which is hereby incorporated by reference in its entirety. | |
| Dai et al. | Accurate and traceable calibration of two-dimensional gratings | |
| US8296860B2 (en) | Atomic force microscopy true shape measurement method | |
| US10839558B2 (en) | Artifact for determining resolution of imaging based on electromagnetic radiation and/or mechanical waves | |
| JP6135820B2 (en) | Scanning probe microscope | |
| CN105783771B (en) | The method of white light interference vertical scanning method non-linear open-loop scanning | |
| Yacoot et al. | An atomic force microscope for the study of the effects of tip–sample interactions on dimensional metrology | |
| RU2462726C2 (en) | Method of scanning on scanning probe microscope and forming image of surface | |
| KR101738257B1 (en) | Probe alignment measurement method for probe rotary type atomic force microscope | |
| Liu et al. | Profile measurement of a wide-area resist surface using a multi-ball cantilever system | |
| JP2013019767A (en) | Method for measuring sample surface shape using scanning white light interferometer | |
| Teale et al. | Vibration compensated, scanning white light interferometer for in situ depth measurements in a deep reactive ion etcher | |
| Montgomery et al. | High-speed, on-line 4D microscopy using continuously scanning white light interferometry with a high-speed camera and real-time FPGA image processing | |
| US7381975B1 (en) | In plane drift compensation | |
| Breakspear et al. | Friction coefficient mapping using the atomic force microscope | |
| Lihua et al. | Measurement of large step structure with a speed-variable scanning technology | |
| Zhukova et al. | Computational self-correction of scanning nonlinearities in optical profilometry | |
| KR102645994B1 (en) | Tilt Stage for Atomic Force Microscope | |
| Chen et al. | Atomic force microscope cantilever as an encoding sensor for real-time displacement measurement | |
| Piano et al. | Micro-scale geometry measurement | |
| Novikov et al. | Direct measurement of the linewidth of relief element on AFM in nanometer range | |
| Bermudez et al. | Round robin test on V-shape bio-imaging transfer standard for determination of the instrument transfer function of 3D optical profilers | |
| Yonggang et al. | Traceable analysis of the performance of an ultra-fine positioning stage using a differential plane mirror interferometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141012 |