KR101630392B1 - Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same - Google Patents

Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same Download PDF

Info

Publication number
KR101630392B1
KR101630392B1 KR1020140145318A KR20140145318A KR101630392B1 KR 101630392 B1 KR101630392 B1 KR 101630392B1 KR 1020140145318 A KR1020140145318 A KR 1020140145318A KR 20140145318 A KR20140145318 A KR 20140145318A KR 101630392 B1 KR101630392 B1 KR 101630392B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
cantilever
topography
option
moving
Prior art date
Application number
KR1020140145318A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160049148A (en
Inventor
안정훈
노한얼
조용성
Original Assignee
파크시스템스 주식회사
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 파크시스템스 주식회사 filed Critical 파크시스템스 주식회사
Priority to KR1020140145318A priority Critical patent/KR101630392B1/en
Publication of KR20160049148A publication Critical patent/KR20160049148A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101630392B1 publication Critical patent/KR101630392B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/02—Multiple-type SPM, i.e. involving more than one SPM techniques
    • G01Q60/08—MFM [Magnetic Force Microscopy] combined with AFM [Atomic Force Microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/02—Multiple-type SPM, i.e. involving more than one SPM techniques

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

본 발명은 매 지점마다 정지된 상태에서 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 얻음으로써 신호들로부터 얻어지는 이미지의 신뢰성을 높일 수 있는 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법, 장치 및 이를 구비하는 원자 현미경에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법은, 팁을 가진 캔틸레버를 사용하여 측정 대상의 표면에 대한 토포그래피 신호 (topography signal) 및 옵션 신호 (option signal) 를 얻기 위한 방법이다. 상기 방법은, 상기 측정 대상을 일정 위치에 정지시킨 상태로 상기 캔틸레버를 사용하여 특정 지점의 토포그래피 신호를 얻는, 토포그래피 신호 획득 단계; 상기 토포그래피 신호 획득 단계 후 상기 캔틸레버와 상기 측정 대상 간을 Z 방향으로 떨어뜨리는, 리프팅 단계; 상기 리프팅 단계 후 옵션 신호를 얻는, 옵션 신호 획득 단계; 및 상기 측정 대상 및 상기 캔틸레버 중 적어도 하나를 XY 방향으로 이동시키는, 이동 단계; 를 포함하며, 상기 토포그래피 신호 획득 단계, 상기 리프팅 단계, 상기 옵션 신호 획득 단계 및 상기 이동 단계가 적어도 1회 반복된다.The present invention relates to a method and apparatus for obtaining a topographic signal and an optional signal capable of increasing the reliability of an image obtained from signals by obtaining a topographic signal and an optional signal in a stationary state at every point, and an atomic microscope having the same.
A topography signal and an option signal acquisition method for a surface to be measured according to an embodiment of the present invention includes a topography signal and an option signal for a surface of a measurement object using a tipped cantilever, . The method comprising: obtaining a topography signal at a specific point using the cantilever in a state where the measurement target is stopped at a predetermined position; A lifting step of dropping the cantilever and the measurement object in the Z direction after the topography signal acquisition step; Obtaining an option signal after the lifting step; And moving at least one of the object to be measured and the cantilever in XY directions; Wherein the step of obtaining the topography signal, the step of lifting, the step of obtaining the option signal, and the step of moving are repeated at least once.

Description

토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법, 장치 및 이를 구비하는 원자 현미경{TOPOGRAPHY SIGNAL AND OPTION SIGNAL ACQUISITION APPARATUS, METHOD AND ATOMIC FORCE MICROSCOPE HAVING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a topography signal and an option signal acquisition method, an apparatus, and an atomic microscope having the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법, 장치 및 이를 구비하는 원자 현미경에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 매 지점마다 정지된 상태에서 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 얻음으로써 신호들로부터 얻어지는 이미지의 신뢰성을 높일 수 있는 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법, 장치 및 이를 구비하는 원자 현미경에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for acquiring a topographic signal and an optional signal, and an atomic force microscope having the same. More particularly, the present invention relates to an atomic force microscope And a method of acquiring an option signal, an apparatus, and an atomic microscope having the same.

주사탐침현미경 (SPM, Scanning Probe Microscope) 은 MEMS공정 등을 통하여 제작된 미세한 프로브를 시료의 표면 위로 훑고 지나가게 하면서 (Scanning), 그 시료의 표면 특성을 측정하여 3D 이미지로 보여주는 현미경을 말한다. 이러한 주사탐침 현미경은 측정 방식에 따라, 원자현미경 (AFM, Atomic Force Microscope), 주사터널링현미경 (STM, Scanning Tunneling Microscope) 등으로 세분화된다.Scanning Probe Microscope (SPM) is a microscope that scans microscopic probes produced through MEMS processes, etc., and scans the surface of the specimens, and displays the 3D surface images of the specimens. Such a scanning probe microscope is divided into an AFM (Atomic Force Microscope), a Scanning Tunneling Microscope (STM), and the like according to a measurement method.

원자현미경의 경우 캔틸레버 팁 (cantilever tip) 이 형성된 프로브를 사용하는데, 캔틸레버 팁에 특정 처리를 함으로써 토포그래피 (topography) 이외에도 시료의 표면의 다양한 물리적 성질을 매핑할 수 있다. 대표적으로 EFM (Electric Force Microscopy), MFM (Magnetic Force Microscopy) 등이 있는데, EFM 은 시료 표면의 전기적 특성, MFM은 자기적 특성을 매핑하는 원자 현미경 고유의 측정 방식이다.In the case of an atomic force microscope, a probe having a cantilever tip is used. In addition to the topography, various physical properties of the surface of the sample can be mapped by performing a specific treatment on the cantilever tip. Typical examples are EFM (Electric Force Microscopy) and MFM (Magnetic Force Microscopy). EFM is an atomic microscope-specific measurement method that maps electrical characteristics of a sample surface and MFM is a magnetic property.

EFM은 바이어스 전압이 인가된 캔틸레버와 표면 사이의 정전력을 측정하여 시료 표면의 전기적 특성을 매핑하는 측정 방식이다. EFM에서는, 캔틸레버 팁이 표면에 접촉하지 않고 표면 위를 선회하는 동안 팁과 시료 사이에 전압을 인가한다. 시료 표면과 캔틸레버 팁 간의 정전력에 의해 캔틸레버가 휘어지게 되고, 이를 통해 정전력을 측정할 수 있다.EFM is a measurement method that maps the electrical characteristics of the sample surface by measuring the electrostatic force between the surface of the cantilever to which the bias voltage is applied and the surface. In the EFM, a voltage is applied between the tip and the sample while the cantilever tip does not touch the surface but is pivoted on the surface. The cantilever is bent by the electrostatic force between the sample surface and the cantilever tip, and the electrostatic force can be measured through the cantilever.

MFM도 EFM과 측정 방식은 유사한데, 차이점은 팁을 강자성 박막으로 코팅시키거나 자화시킨 MFM용 팁을 사용한다는 점이다. 즉, MFM은 자성을 띄는 팁을 이용하여 표면과의 자기력을 측정하게 된다.The MFM is similar to the EFM measurement method except that the tip is coated with a ferromagnetic thin film or a magnetized MFM tip is used. In other words, the MFM measures the magnetic force with the surface using a magnetic tip.

도 1은 원자현미경의 구조를 나타내는 개략적인 사시도이며, 도 2는 캔틸레버의 휨을 측정하는 원리를 설명한 개념도이며, 도 3은 원자현미경을 사용하여 표면 특성을 측정하는 방법을 설명한 순서도이며, 도 4는 EFM 및 MFM에 활용되는 2회 반복 기법을 설명한 개념도이다.FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of an atomic force microscope, FIG. 2 is a conceptual view for explaining the principle of measuring the warp of a cantilever, FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of measuring surface characteristics using an atomic force microscope, FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a two-time repetition technique used in the EFM and the MFM.

도 1을 참조하면, 원자현미경 (10) 은, 측정 대상 (1) 의 표면을 접촉 또는 비접촉 상태로 따르는 캔틸레버 (프로브) (11) 와, 측정 대상 (1) 을 XY 평면에서 X 방향 및 Y 방향으로 스캔하는 XY 스캐너 (12) 와, 캔틸레버 (11) 와 연결되어 캔틸레버 (11) 를 Z 방향으로 상대적으로 작은 변위로 이동시키는 Z 스캐너 (13) 와, 캔틸레버 (11) 와 Z 스캐너 (13) 를 상대적으로 큰 변위로 Z 방향으로 이동시키는 Z 스테이지 (14) 와, XY 스캐너 (12) 와 Z 스테이지 (14) 를 고정하는 고정 프레임 (15) 을 포함하여 구성된다.1, the atomic force microscope 10 includes a cantilever (probe) 11 that follows a surface of a measurement target 1 in contact or noncontact state, and a cantilever A Z scanner 13 connected to the cantilever 11 to move the cantilever 11 in a relatively small displacement in the Z direction and a cantilever 11 to move the cantilever 11 and the Z scanner 13 A Z stage 14 which moves in the Z direction with a relatively large displacement and a fixed frame 15 which fixes the XY scanner 12 and the Z stage 14. [

원자현미경 (10) 은 측정 대상 (1) 의 표면을 캔틸레버 (11) 로 스캔하여 토포그래피 등의 이미지를 얻는다. 측정 대상 (1) 의 표면과 캔틸레버 (11) 의 수평 방향의 상대이동은 XY 스캐너 (12) 에 의해 행하여질 수 있으며, 측정 대상 (1) 의 표면을 따르도록 캔틸레버 (11) 를 상하로 이동시키는 것은 Z 스캐너 (13) 에 의해 행하여질 수 있다.The atomic force microscope 10 scans the surface of the measurement target 1 with the cantilever 11 to obtain an image such as a topography. The relative movement of the surface of the measurement target 1 and the cantilever 11 in the horizontal direction can be performed by the XY scanner 12 and the cantilever 11 is moved up and down along the surface of the measurement target 1 Can be performed by the Z scanner 13.

도 2를 참조하면, 캔틸레버 (11) 의 휨 (deflection) 은 레이저 시스템에 의해 측정될 수 있는데, 구체적으로 휨 측정은 캔틸레버 (11) 에 주사되어 반사되는 레이저 빔 (16) 을 포토다이오드 센서 (17) 가 센싱함으로써 행할 수 있다. 이러한 포토다이오드 센서 (17) 에 의해 측정될 수 있는 것은 캔틸레버 (11) 의 휨 정보 뿐만이 아니라, 캔틸레버 (11) 가 진동하고 있는 경우에는 그 진폭이나 위상일 수도 있다.2, the deflection of the cantilever 11 can be measured by the laser system. Specifically, the bending measurement is performed by passing the laser beam 16 scanned and reflected by the cantilever 11 to the photodiode sensor 17 As shown in Fig. What can be measured by the photodiode sensor 17 is not only the bending information of the cantilever 11 but also the amplitude and phase of the cantilever 11 when the cantilever 11 is vibrating.

이에 따라 토포그래피 신호를 얻는 경우, 캔틸레버 (11) 를 측정 대상 (1) 의 표면에 접촉하도록 한 상태로 XY 스캐너 (12) 에 의해 측정 대상 (1) 을 스캔 라인을 따라 스캔하면서 캔틸레버 (11) 의 휜 정도를 측정함으로써 토포그래피 이미지를 얻는 접촉 모드 (contact mode) 및 캔틸레버 (11) 를 공진 주파수로 진동시키면서 측정 대상 (1) 의 표면과 접촉시키지 않은 채로 캔틸레버 (11) 의 진동의 변동 (예를 들어, 주파수, 진폭, 위상 등) 을 피드백함으로써 토포그래피 이미지를 얻는 비접촉 모드 (non-contact mode) 가 도 2의 시스템으로서 구현 가능한 것이다.The cantilever 11 is scanned along the scan line by the XY scanner 12 while the cantilever 11 is brought into contact with the surface of the measurement target 1, A contact mode in which the topography image is obtained by measuring the degree of fin of the cantilever 11 and a variation in the vibration of the cantilever 11 in the state of being not in contact with the surface of the measurement target 1 while vibrating the cantilever 11 at a resonant frequency (Non-contact mode) in which a topographic image is obtained by feeding back the frequency, amplitude, phase, etc., for example, as shown in Fig.

도 3을 참조하면, 측정 대상 (1) 은 스캔 라인을 따라 표면 특성이 변화되는 표면을 가지고 (S10), 이에 따라 캔틸레버 팁과 측정 대상 (1) 표면 간의 상호 힘 (interaction force) 이 변화된다 (S20). 이러한 변화는 캔틸레버 (11) 의 휨 (접촉 모드일 경우) 또는 캔틸레버 (11) 의 진동의 진폭 및 위상의 변화 (비접촉 모드일 경우) 를 야기한다 (S30). 이로 인하여, 포토다이오드 센서 (17) 에 의해 측정되는 레이저 신호가 변화되게 되며 (S40), 이러한 변화되는 레이저 신호가 전기적 신호로 원자현미경 (또는 컨트롤러) 으로 송신된다 (S50). 이 전기적 신호를 처리하여 2차원 혹은 3차원의 이미지가 생성되며 (S60), 이에 따라 측정 대상 (1) 의 표면의 표면 특성이 매핑된다.Referring to FIG. 3, the measurement object 1 has a surface whose surface characteristic is changed along the scan line (S10), whereby the interaction force between the cantilever tip and the surface of the measurement object 1 is changed ( S20). This change causes the bending (in the contact mode) of the cantilever 11 or the change in amplitude and phase of the vibration of the cantilever 11 (in the non-contact mode) (S30). As a result, the laser signal measured by the photodiode sensor 17 is changed (S40), and the changed laser signal is transmitted as an electrical signal to the atomic microscope (or controller) (S50). The electric signal is processed to generate a two-dimensional or three-dimensional image (S60), whereby the surface characteristics of the surface of the measurement target 1 are mapped.

여기서, 표면 특성이란 토포그래피 (topography), 전기적 특성, 자기적 특성 등일 수 있는데, 기본적으로는 이러한 특성을 매핑하는 방식은 도 3의 측정 방식을 모두 따른다. 특히, 전기적 특성과 자기적 특성은 캔틸레버 (11) 에 바이어스 전압을 인가한다던지 (EFM의 경우), 캔틸레버 (11) 표면에 강자성 박막 코팅을 행하던지 (MFM의 경우) 하여 얻어질 수 있는데, 이는 토포그래피를 얻을 때 사용되는 반데르발스 힘 이외의 다른 힘 (정전력, 자기력 등) 을 발생하게 함으로써 다른 상호 힘을 발생시키기 위함이다.Here, the surface characteristics may be topography, electrical characteristics, magnetic properties, etc. Basically, the method of mapping these characteristics follows all of the measurement methods of FIG. In particular, the electrical and magnetic properties can be obtained either by applying a bias voltage to the cantilever 11 (in the case of EFM) or by applying a ferromagnetic thin film coating on the surface of the cantilever 11 (in the case of MFM) (Static electricity, magnetic force, etc.) other than the Van der Waals force used to obtain the topography, thereby generating other mutual forces.

필연적으로 상호 힘들은 서로 중첩될 수 있는데, 예를 들어 EFM 모드에서 정전력을 측정할 때 반데르발스 힘이 영향을 미칠 수 있다. 이러한 경우에 측정 대상 (1) 표면의 전기적 특성을 매핑한 이미지에는 표면의 굴곡 등이 반영되어 신뢰성이 떨어지는 이미지가 얻어질 수 있다. 따라서, 중첩되는 힘들을 각각 분리하여 중첩되지 않는 EFM 또는 MFM 이미지를 얻는 것이 이미지의 신뢰성 측면에서 중요하다.Inevitably, the mutual forces can overlap each other, for example, van der Waals force can affect the electrostatic force measurement in EFM mode. In this case, the image mapped with the electrical characteristics of the surface of the measurement target 1 may be reflected in the surface curvature or the like, thereby resulting in an image having poor reliability. Therefore, it is important from the viewpoint of reliability of the image to separate the overlapping forces to obtain the non-overlapping EFM or MFM images.

위와 같은 문제점을 해결하고자, 당 업계에서는 힘 범위 기법 (force range technique) 과 2회 반복 기법 (two pass technique) 이 개발되었다. 힘 범위 기법이란 1차 스캔에서 반데르발스 힘이 우세한 영역에서 팁을 스캔하여 토포그래피 이미지를 얻고, 설정 지점을 변화시켜 정전력 또는 자기력이 우세한 권역으로 팁을 이동하고 스캔하여 EFM 혹은 MFM 이미지를 얻는 방식을 말한다.In order to solve the above problems, a force range technique and a two pass technique have been developed in the art. The force range technique is a technique in which a tip is scanned in a region where the van der Waals force is dominant in the first scan, the topography image is obtained, the tip is moved and scanned to a region where positive power or magnetic force is dominant by changing the set point, It is the method of obtaining.

도 4를 참조하면, 2회 반복 기법은 제1 스캔에서 토포그래피 이미지를 얻고, 제2 스캔에서는 팁 - 측정 대상 표면 간의 거리를 늘리고 1차 스캔에서 얻은 표면의 형상선을 따라 바이어스 전압이 인가된 팁을 스캔함으로써, EFM 이미지를 얻는 방식을 말한다 (여기서는 EFM 중심으로 설명하지만, MFM도 유사함).Referring to FIG. 4, the two-time iterative technique obtains the topography image in the first scan, increases the distance between the tip-measurement target surfaces in the second scan, and applies the bias voltage along the shape line of the surface obtained in the first scan By scanning the tip, we get the EFM image (here we focus on EFM, but MFM is similar).

형상선은 팁 - 측정 대상 표면 간의 거리가 일정한 선이며, 결과적으로 반데르발스 힘이 일정한 선과 같으므로, 제2 스캔의 신호에 영향을 주는 힘의 변화는 오로지 정전력의 변화이다. 이에 따라 토포그래피 이미지가 중첩되지 않은 EFM 이미지를 얻을 수 있다.Since the shape line is a line having a constant distance between the tip and the object to be measured and as a result the van der Waals force is equal to a constant line, the change in the force that affects the signal of the second scan is a change in the electrostatic force only. As a result, an EFM image without topographic images can be obtained.

그러나, 위와 같은 2회 반복 기법은 제1 스캔 이후, 제2 스캔에서 캔틸레버 (11) 가 형상선을 정확히 따라 움직일 것이 요구되며, 이것이 담보되지 않을 경우 이미지의 신뢰성에 의문이 갈 수 밖에 없다. 이러한 2회 반복 기법을 통한 이미지의 신뢰성을 높이기 위해서는 XY 스캐너 (12) 와 Z 스캐너 (13) 의 정밀성을 높이는 것 이외에도 제1 스캔과 제2 스캔 간의 시간 차이에 의해 발생할 수 있는 위치 변동 요인들 (예를 들어, 온도 차에 의한 드리프트 (thermal drift), 크립 (creep)) 을 최소화하는 것이 필요하다.However, in the above-described two-time iterative technique, it is required that the cantilever 11 move the shape line exactly in the second scan after the first scan. If this is not secured, the reliability of the image is in question. In order to improve the reliability of the image through the two-time repetition technique, in addition to improving the precision of the XY scanner 12 and the Z scanner 13, the position variation factors For example, it is necessary to minimize the thermal drift, creep due to the temperature difference.

더욱이, 제1 스캔 시에 정전력이 팁에 어느 정도 영향을 미칠 수 있는데, 이러한 정전력의 간섭으로 인해 토포그래피 이미지가 왜곡될 수 있다. 이에 따라, 토포그래피 이미지를 이용해 얻은 제2 스캔의 형상선을 따라 움직인다 하더라도, 팁- 측정 대상 표면 간의 거리가 일정하게 유지되지 않을 가능성이 존재한다.Moreover, at the first scan, the electrostatic force may have some influence on the tip, and the topographic image may be distorted due to the interference of this electrostatic force. There is thus the possibility that the distance between tip-to-be-measured surfaces may not be maintained constant, even when moving along a feature line of a second scan obtained using a topographic image.

하지만, 이러한 제1 스캔과 제2 스캔 간의 시간 차이에 의해 발생하는 위치 변동 요인들을 최소화하는 방법 및 제2 스캔 시 팁 - 측정 대상 표면 간의 거리를 일정하게 유지하는 방법에 대해 해결책을 제시한 원자현미경 장치는 현재 개시되어 있지 않다.However, a method for minimizing the position variation factors caused by the time difference between the first scan and the second scan, and an atom microscope for solving the method for maintaining the distance between the tip- The device is not currently disclosed.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 매 지점마다 정지된 상태에서 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 얻음으로써 신호들로부터 얻어지는 이미지의 신뢰성을 높일 수 있는 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법, 장치 및 이를 구비하는 원자 현미경을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an image processing apparatus and method which can improve the reliability of an image obtained from signals by obtaining a topography signal and an option signal in a stationary state A method for acquiring an optional signal, an apparatus, and an atomic microscope having the same.

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

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법은, 팁을 가진 캔틸레버를 사용하여 측정 대상의 표면에 대한 토포그래피 신호 (topography signal) 및 옵션 신호 (option signal) 를 얻기 위한 방법이다. 상기 방법은, 상기 측정 대상을 일정 위치에 정지시킨 상태로 상기 캔틸레버를 사용하여 특정 지점의 토포그래피 신호를 얻는, 토포그래피 신호 획득 단계; 상기 토포그래피 신호 획득 단계 후 상기 캔틸레버와 상기 측정 대상 간을 Z 방향으로 떨어뜨리는, 리프팅 단계; 상기 리프팅 단계 후 옵션 신호를 얻는, 옵션 신호 획득 단계; 및 상기 측정 대상 및 상기 캔틸레버 중 적어도 하나를 XY 방향으로 이동시키는, 이동 단계; 를 포함하며, 상기 토포그래피 신호 획득 단계, 상기 리프팅 단계, 상기 옵션 신호 획득 단계 및 상기 이동 단계가 적어도 1회 반복된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for acquiring a topographic signal and an option signal for a surface to be measured, the method comprising the steps of: acquiring a topography signal for a surface of a measurement target using a cantilever having a tip; This is a method for obtaining an option signal. The method comprising: obtaining a topography signal at a specific point using the cantilever in a state where the measurement target is stopped at a predetermined position; A lifting step of dropping the cantilever and the measurement object in the Z direction after the topography signal acquisition step; Obtaining an option signal after the lifting step; And moving at least one of the object to be measured and the cantilever in XY directions; Wherein the step of obtaining the topography signal, the step of lifting, the step of obtaining the option signal, and the step of moving are repeated at least once.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 옵션 신호 획득 단계는 상기 캔틸레버의 진동이 사라질 때까지 기다린 후 행하여진다.According to another aspect of the present invention, the option signal acquisition step is performed after waiting until the vibration of the cantilever disappears.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 리프팅 단계가 반복될 때, 상기 캔틸레버와 상기 측정 대상 간의 높이는 일정하다.According to still another aspect of the present invention, when the lifting step is repeated, the height between the cantilever and the measurement object is constant.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 이동 단계에서 상기 측정 대상은 일직선의 스캔 라인을 따라 일직선으로 스캔된다.According to still another aspect of the present invention, in the moving step, the object to be measured is linearly scanned along a straight scan line.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 토포그래피 신호 획득 단계는 상기 캔틸레버를 상기 측정 대상의 표면에 어프로치하는 단계를 포함한다.According to still another aspect of the present invention, the step of obtaining the topography signal includes a step of approaching the cantilever to the surface of the object to be measured.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 어프로치하는 단계는 상기 캔틸레버가 상기 측정 대상의 표면에 접촉하도록 어프로치하는 단계이며, 상기 리프팅 단계는 힘-거리 곡선 (Force-Distance Curve) 을 추출하는 단계를 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, the approaching step is a step of approaching the cantilever to the surface of the object to be measured, and the lifting step is a step of extracting a force-distance curve .

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 어프로치하는 단계 또는 상기 리프팅 단계에서, 상기 캔틸레버는 사인 모션 (sine motion) 으로 어프로치하거나 들어올려진다.According to still another aspect of the present invention, in the approaching step or the lifting step, the cantilever is approached or lifted in a sine motion.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 이동 단계에서, 상기 측정 대상은 사인 모션으로 이동된다.According to still another aspect of the present invention, in the moving step, the measurement object is moved in sine motion.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 옵션 신호는, 전기적 힘에 의한 신호 또는 자기적 힘에 의한 신호이다.According to still another aspect of the present invention, the option signal is a signal by an electric force or a signal by a magnetic force.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 장치는, 측정 대상과 캔틸레버 중 적어도 하나를 XY 방향으로 상대 이동시키는 XY 이동 수단; 상기 측정 대상과 상기 캔틸레버 중 적어도 하나를 Z 방향으로 상대 이동시키는 Z 이동 수단; 및 상기 XY 이동 수단과 상기 Z 이동 수단의 운동을 제어하고, 상기 캔틸레버로부터 얻어지는 신호들을 수신하는 제어장치; 를 포함하며, 상기 제어장치는, 상기 XY 이동 수단을 정지시킨 상태로 상기 Z 이동 수단으로 상기 캔틸레버를 특정 지점에 어프로치하여 상기 특정 지점의 토포그래피 신호를 얻고, 이후 상기 Z 이동 수단으로 상기 캔틸레버를 상기 측정 대상으로부터 Z 방향으로 들어올리고, 이후 옵션 신호를 얻음으로써, 상기 특정 지점에서의 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 획득하고, 이후 상기 XY 이동 수단을 이용하여 상기 측정 대상과 상기 캔틸레버 중 적어도 하나를 XY 방향으로 이동시켜 상기 특정 지점과 다른 특정 지점에서의 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 획득하는 것을 반복하도록, 상기 XY 이동 수단과 상기 Z 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for acquiring a topography signal and an option signal, comprising: XY moving means for moving at least one of a measurement object and a cantilever in X and Y directions; Z moving means for relatively moving at least one of the object to be measured and the cantilever in the Z direction; And a control device for controlling movement of the XY moving means and the Z moving means and receiving signals obtained from the cantilever; Wherein the control device is configured to move the cantilever to a specific point by the Z moving means while the XY moving means is stopped and to obtain the topographic signal at the specific point, Acquiring a topographic signal and an option signal at the specific point by lifting the object in the Z direction from the object to be measured and then obtaining an option signal and then using at least one of the object to be measured and the cantilever The XY moving means and the Z moving means are controlled so as to move in the X and Y directions so as to obtain the topography signal and the option signal at the specific point different from the specific point.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 XY 이동 수단은 상기 측정 대상을 XY 방향으로 이동시키도록 구성된 XY 스캐너이다.According to another aspect of the present invention, the XY moving means is an XY scanner configured to move the measurement target in the XY directions.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 Z 이동 수단은 상기 캔틸레버를 Z 방향으로 이동시키도록 구성된 Z 스캐너이다.According to still another aspect of the present invention, the Z moving means is a Z scanner configured to move the cantilever in the Z direction.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 옵션 신호는 전기적 힘에 의한 신호 또는 자기적 힘에 의한 신호이다.According to still another aspect of the present invention, the option signal is a signal by an electric force or a signal by a magnetic force.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원자 현미경은 상술한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 장치를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an atomic force microscope including an apparatus for acquiring a topographic signal and an option signal.

본 발명에 따른 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법 및 장치에 따르면, 옵션 신호에 토포그래피 신호가 중첩되지 않고, 매 지점 (pixel) 마다 팁 - 측정 대상 표면 간의 거리를 일정하게 유지하기 때문에 시간 변화에 따라 발생할 수 있는 열 또는 크립 등에 의한 변형을 최소화하여 보다 신뢰성 높은 옵션 이미지를 얻을 수 있게 한다. 또한, 상술한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법 및 장치에 따르면, 정지된 상태에서 토포그래피 신호 및 옵션 신호가 얻어지므로, 이동하면서 얻어지는 기존의 토포그래피 신호 및 옵션 신호에 의한 이동 평균 (moving averaging) 효과를 최소화하여, 더욱 선명한 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 얻을 수 있다. 또한, 토포그래피 신호에 옵션 신호의 중첩을 최소화하여 더욱 신뢰성 있는 신호를 얻을 수 있다.According to the method and apparatus for acquiring the topography signal and the option signal according to the present invention, since the topography signal is not superimposed on the option signal and the distance between the tip-measuring object surface is kept constant at every pixel, Thereby minimizing deformation caused by heat or creep that may occur, thereby enabling a more reliable option image to be obtained. Further, according to the above-described method and apparatus for acquiring the topographic signal and the option signal, since the topographic signal and the option signal are obtained in the stopped state, the moving averaging by the existing topographic signal and the option signal, The effect is minimized, and a clearer topography signal and an optional signal can be obtained. In addition, a more reliable signal can be obtained by minimizing the overlap of the option signal with the topography signal.

도 1은 원자현미경의 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2는 캔틸레버의 휨을 측정하는 원리를 설명한 개념도이다.
도 3은 원자현미경을 사용하여 표면 특성을 측정하는 방법을 설명한 순서도이다.
도 4는 EFM 및 MFM에 활용되는 2회 반복 기법을 설명한 개념도이다.
도 5는 측정 대상의 측정 표면을 상측에서 바라본 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상 표면의 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법의 순서도이다.
도 7은 어프로치 상태를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 8은 XY 스캐너 및 Z 스캐너의 운동 방식과 A-B 신호를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic perspective view showing a structure of an atomic force microscope.
2 is a conceptual diagram illustrating the principle of measuring the warp of the cantilever.
3 is a flow chart illustrating a method of measuring surface characteristics using an atomic force microscope.
4 is a conceptual diagram illustrating a two-time repetition technique utilized in EFM and MFM.
5 is a plan view of the measurement surface of the measurement object viewed from above.
6 is a flowchart of a method of acquiring an option signal and a topographic signal of a surface to be measured according to an embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram schematically showing the approach state.
FIG. 8 is a graph showing the motion system of the XY scanner and the Z scanner and the AB signal.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. It is to be understood that elements or layers are referred to as being "on " other elements or layers, including both intervening layers or other elements directly on or in between.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical scope of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The sizes and thicknesses of the individual components shown in the figures are shown for convenience of explanation and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the components shown.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.It is to be understood that each of the features of the various embodiments of the present invention may be combined or combined with each other partially or entirely and technically various interlocking and driving is possible as will be appreciated by those skilled in the art, It may be possible to cooperate with each other in association.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 측정 대상 표면의 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법 및 장치에 대해 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method and apparatus for acquiring a topography signal and an option signal of a surface to be measured according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

측정 대상 표면의 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법은 다양한 장치에서 활용될 수 있으나, 설명의 편의상 도 1 및 도 2의 원자 현미경 (10) 에서 구현되는 것을 예시한다.The topography signal and the option signal acquisition method of the surface of the object to be measured can be utilized in various devices, but for convenience of explanation, what is implemented in the atomic force microscope 10 of FIGS. 1 and 2 is exemplified.

도 5는 측정 대상의 측정 표면을 상측에서 바라본 평면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상 표면의 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법의 순서도이다. 또한, 도 7은 어프로치 상태를 개략적으로 도시한 개념도이며, 도 8은 XY 스캐너 및 Z 스캐너의 운동 방식과 A-B 신호를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a top plan view of a measurement surface of an object to be measured, and FIG. 6 is a flowchart of a topographic signal and an option signal acquisition method of a surface to be measured according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a conceptual diagram schematically showing the approach state, and FIG. 8 is a graph showing the motion system of the XY scanner and the Z scanner and the A-B signal.

도 5를 참조하면, 도 1과 같은 원자 현미경 (10) 에서는 측정 대상 (1) 의 표면 중 사각형의 스캔 영역 (MA) 에 대해 스캔을 행함으로써 토포그래피 신호 및 옵션 신호가 구해질 수 있다. 스캔 영역 (MA) 중에서 신호를 얻는 부분은 점 (A1, A2, A3 … ) 으로 표시되었으며, 이러한 각 지점 (즉, 픽셀 (pixel)) 마다 토포그래피 신호 및 옵션 신호가 얻어진다. 이러한 지점들은 그리드 형태로 매핑되어 미리 설정될 수 있다.Referring to FIG. 5, in the atomic force microscope 10 shown in FIG. 1, a topographic signal and an optional signal can be obtained by scanning a quadrangular scan area MA among the surfaces of the measurement object 1. The portion of the scan area MA where signals are obtained is represented by points A1, A2, A3,..., And a topographic signal and an optional signal are obtained for each of these points (i.e., pixels). These points may be pre-mapped in the form of a grid.

측정 대상 (1) 표면의 지점들의 측정 순서는 다양하게 설정될 수 있는데, 예를 들어 A1 (1, 1) → A2 (2, 1) → A3 (3, 1) 의 순서대로 측정할 수 있다. 이 경우 X 축과 평행한 방향으로 스캔 라인 l1 이 형성된다.The measurement order of the points on the surface of the object 1 to be measured can be variously set. For example, the measurement can be performed in the order of A1 (1, 1) A2 (2, 1) A3 (3, 1). In this case, the scan line 11 is formed in a direction parallel to the X-axis.

스캔 라인 l1 상의 신호 획득이 완료되면, 다음 스캔 라인인 l2에서의 스캔이 진행된다. 이 때, 우측의 지점으로부터 좌측의 지점으로 스캔이 진행될 수도 있고, 그 반대일 수도 있다. 이러한 스캔 방향은 자유로이 선택될 수 있다. 예를 들어, 스캔 라인은 Y 축과 평행할 수도 있고, 직선이 아닐 수도 있다. 그러나, 신호의 획득 후 이미지 처리 과정의 복잡성 등을 고려할 때, 도 5와 같이 스캔 라인은 일직선인 것이 바람직하다.When signal acquisition on the scan line l 1 is completed, the scan on the next scan line l 2 proceeds. At this time, the scan may proceed from the right side point to the left side point, or vice versa. Such a scanning direction can be freely selected. For example, the scan line may be parallel to the Y axis, or may not be straight. However, considering the complexity of the image processing process after acquisition of the signal, it is preferable that the scan line is straight as shown in FIG.

스캔 영역 (MA) 내의 모든 지점에서의 신호 획득이 완료되면, 각 지점에서의 토포그래피 신호, 옵션 신호에 따른 이미지가 컨트롤러 (미도시) 의 프로세싱에 의해 도식화되어 도출될 수 있다. 이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여, 구체적인 신호 획득 방법에 대해 기술한다.When the signal acquisition at all points within the scan area MA is completed, an image according to the topography signal and the option signal at each point can be derived by processing by a controller (not shown). Hereinafter, a specific signal acquisition method will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상 표면의 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법은, 토포그래피 신호 획득 단계 (S110), 리프팅 단계 (S120), 옵션 신호 획득 단계 (S130), 이동 단계 (S140) 를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 6, a topography signal and an option signal acquisition method for a measurement object surface according to an embodiment of the present invention includes a topography signal acquisition step (S110), a lifting step (S120), an option signal acquisition step (S130) , And a moving step (S140).

먼저, 측정 대상 (1) 을 일정 위치에 정지시킨 상태로 캔틸레버 (즉, 프로브) (11) 를 사용하여 특정 지점의 토포그래피 신호를 얻는다 (S110). 토포그래피 신호는 캔틸레버 (11) 에 형성된 팁을 측정 대상 (1) 의 표면에 어프로치 (approach) 상태에 있게 함으로써 얻어질 수 있다. 여기서, 특정 지점이란 도 5의 A1, A2, A3 와 같은 미리 결정된 지점일 수 있다.First, a topography signal at a specific point is obtained using the cantilever (i.e., probe) 11 while the measurement target 1 is stopped at a predetermined position (S110). The topography signal can be obtained by bringing the tip formed on the cantilever 11 into an approach state to the surface of the object 1 to be measured. Here, the specific point may be a predetermined point such as A1, A2, A3 in Fig.

도 7과 같이, 어프로치 상태란 측정 대상 (1) 의 표면과의 반데르발스 힘에 의해 상호 작용력이 어느 정도 작용한 상태에서 피드백 가능하게 유지된 채로 토포그래피 신호를 얻을 수 있도록 준비된 상태를 의미하며, 이러한 어프로치 상태는 원자현미경 (10) 의 측정 모드에 따라 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, 이러한 어프로치 상태는 캔틸레버 (11) 의 팁을 측정 대상 (1) 의 표면에 접촉하도록 함으로써 일정 정도 휜 상태로 위치되도록 피드백한 상태 [이를 접촉 모드 (contact mode) 에서의 어프로치 상태라고 한다] 와, 캔틸레버 (11) 를 공진 주파수로 진동시킨 후 측정 대상 (1) 의 표면에 근접시켜 측정 대상 (1) 의 표면에 접촉하지 않은 채 진동되는 주파수가 일정 정도 이동된 상태로 캔틸레버 (11) 가 위치되도록 피드백한 상태 [이를 비접촉 모드 (non-contact mode) 에서의 어프로치 상태라고 한다] 를 포함할 수 있다. 또한, 어프로치 상태는, 캔틸레버 (11) 가 일정 주파수로 진동하면서 측정 대상 (1) 의 표면을 치도록 하여 피드백한 상태 [이를 탭핑 모드 (tapping mode) 에서의 어프로치 상태라고 한다] 도 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, the approach state means a state prepared to obtain a topography signal while maintaining feedback in a state in which the interaction force acts to some extent by a van der Waals force with the surface of the measurement target 1 This approach state can be variously defined according to the measurement mode of the atomic force microscope 10. For example, such an approach state is referred to as an approach state in a contact mode in which the tip of the cantilever 11 is brought into contact with the surface of the measurement target 1 so as to be positioned in a warped state And the cantilever 11 is oscillated at a resonance frequency and is brought close to the surface of the measurement target 1 so that the frequency to be vibrated without being in contact with the surface of the measurement target 1 is shifted by a certain degree, (This is referred to as an approach state in a non-contact mode). The approach state may also include a feedback state (referred to as an approach state in a tapping mode) in which the cantilever 11 vibrates at a predetermined frequency to strike the surface of the measurement target 1 .

토포그래피 신호는 어프로치 상태로 캔틸레버 (11) 가 위치할 때 캔틸레버 (11) 의 높이에 관한 신호 예를 들어, 피드백 온 상태 (Z servo on) 에서 Z 스캐너 (13) 의 길이 신호에 해당한다. 여기서, Z 스캐너 (13) 의 길이 신호란 Z 스캐너 (13) 를 구동하는 액츄에이터의 길이 변동 신호일 수 있는데, 예를 들어 액츄에이터에 인가되는 전압 신호, 또는 액츄에이터에 부착된 스트레인 게이지 센서 (strain gauge sensor) 에 의해 측정된 액츄에이터의 길이와 관련된 신호일 수 있다. 이외에도 다양한 방식으로 토포그래피 신호가 얻어질 수 있으며, 공지의 방식을 포함할 수 있다.The topography signal corresponds to a signal about the height of the cantilever 11 when the cantilever 11 is positioned in the approach state, for example, the length signal of the Z scanner 13 in the feedback on state (Z servo on). Here, the length signal of the Z scanner 13 may be a length variation signal of the actuator that drives the Z scanner 13, for example, a voltage signal applied to the actuator, or a strain gauge sensor attached to the actuator, Lt; / RTI > may be a signal related to the length of the actuator as measured by < RTI ID = In addition, a topography signal can be obtained in various ways, and can include known methods.

즉, 토포그래피 신호는 측정 대상 (1) 의 표면과 캔틸레버 (11) 의 팁 간의 반데르발스 힘에 의한 상호 힘이 작용되는 영역 내에서 얻어진다. 이에 따라 캔틸레버 (11) 는 하강되어 측정 대상 (1) 의 표면과 어프로치 상태에 있게 된다.That is, the topography signal is obtained in a region where mutual forces due to van der Waals forces between the surface of the object 1 and the tip of the cantilever 11 are applied. Thus, the cantilever 11 is lowered to be in the approach state with the surface of the measurement target 1.

어프로치 이후에는 일정 시간 동안 대기시키면서 토포그래피 신호를 얻게 된다. 이때에는 피드백 온 상태를 유지함이 바람직한데, 피드백 온 상태란 접촉 모드에서는 캔틸레버의 휨이 일정 정도에 유지되도록 서로 접촉한 상태에서 Z 스캐너 (13) 를 피드백하는 상태를 나타내며, 비접촉모드에서는 캔틸레버의 공진 주파수가 일정 주파수로 유지되도록 Z 스캐너 (13) 를 피드백하는 상태를 나타낸다. 즉, 피드백 온 상태란 캔틸레버 (11) 의 팁과 측정 대상 (1) 의 표면 간에 일정한 간격을 유지하거나, 캔틸레버 (11) 의 휨이 일정하도록 피드백이 작동하는 상태를 의미한다.After the approach, the topography signal is obtained while waiting for a certain period of time. In this case, the feedback ON state is preferable. The feedback ON state indicates a state in which the Z scanner 13 is fed back in a state of being in contact with each other so that the cantilever deflection is maintained at a certain level in the contact mode. In the contactless mode, And the Z scanner 13 is fed back so that the frequency is maintained at a constant frequency. That is, the feedback on state refers to a state where a constant interval is maintained between the tip of the cantilever 11 and the surface of the measurement target 1, or feedback is performed such that the cantilever 11 is warped constantly.

여기서 토포그래피 신호를 얻는 일정 시간이란 수 밀리초일 수도 있고, 예를 들어 2~3ms 일 수도 있다. 토포그래피 신호는 여러 번 측정하여 평균값으로 얻어질 수도 있고, 이외의 다른 방식으로 얻어질 수도 있다.Here, the predetermined time for obtaining the topography signal may be several milliseconds, for example, 2 to 3 ms. The topography signal may be obtained by averaging over several measurements, or in other ways.

토포그래피 신호가 얻어지면 캔틸레버 (11) 를 측정 대상 (1) 의 표면으로부터 Z 방향으로 들어올린다 (S120). 이 때, 피드백 오프 상태 (Z servo off) 를 먼저 만든 후 캔틸레버 (11) 를 들어올리는 것이 바람직하다.When the topography signal is obtained, the cantilever 11 is lifted in the Z direction from the surface of the measurement target 1 (S120). At this time, it is preferable to first raise the cantilever 11 after making the feedback off state (Z servo off).

캔틸레버 (11) 가 들어올려지는 높이는 토포그래피 신호가 얻어지지는 않으면서 (즉, 반데르발스 힘이 캔틸레버 (11) 에 영향을 적게 혹은 아예 미치지 않으면서) 옵션 신호가 효과적으로 얻어질 수 있도록 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 옵션 신호로서 EFM 신호를 얻고자 하는 경우, 캔틸레버 (11) 가 들어올려지는 높이는 약 50~200 nm 일 수도 있다. 이러한 높이의 설정은 측정 대상 (1) 의 전기적, 자기적 힘의 크기, 측정 대상 (1) 의 종류 등에 달라질 수 있으므로, 측정 시 적절히 선정하면 된다.The height at which the cantilever 11 is lifted can be variously varied so that the topographic signal can not be obtained (i.e., the van der Waals force does not affect the cantilever 11 less or not effectively) Can be set. For example, in the case of obtaining an EFM signal as an option signal, the height at which the cantilever 11 is lifted may be about 50 to 200 nm. The setting of the height may be appropriately selected at the time of measurement, because the setting of the height may vary depending on the magnitude of the electric and magnetic forces of the measurement target 1, the kind of the measurement target 1, and the like.

또한, 캔틸레버 (11) 가 들어올려지는 높이는 리프팅 단계 (S120) 가 반복될 경우에 일정하도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 스캔 영역 (MA) 의 이미지 동안에 캔틸레버 (11) 가 들어올려지는 높이는 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.It is preferable that the height at which the cantilever 11 is lifted is set to be constant when the lifting step S120 is repeated. That is, it is preferable to set the height at which the cantilever 11 is lifted during the image of one scan area MA to be the same.

한편, 접촉 모드로 어프로치되었던 캔틸레버 (11) 가 들어올려질 때 포토다이오드 센서 (17) 에 의해 캔틸레버 (11) 가 휘는 정도를 측정할 수 있고, 이를 활용하면 힘-거리 곡선 (Force-Distance curve) 이 얻어질 수 있다. 힘-거리 곡선에 의하면 표면 오염물의 점도, 윤할재 두께 등의 표면 정보가 획득될 수 있다. 이에 따라 힘-거리 곡선을 더 얻고 싶다면, 접촉 모드로 어프로치를 한 후 토포그래피 신호를 얻는 것이 바람직하다.On the other hand, when the cantilever 11 that has been approached in the contact mode is lifted, the degree to which the cantilever 11 is bent by the photodiode sensor 17 can be measured. If the force-distance curve is used, Can be obtained. According to the force-distance curve, the surface information such as the viscosity of the surface contaminants and the thickness of the lubrication can be obtained. Accordingly, if it is desired to obtain further force-distance curves, it is desirable to obtain the topography signal after approaching in the contact mode.

리프팅 단계 (S120) 이후, 옵션 신호를 얻는다 (S130). 여기서 옵션 신호는 전기적 힘에 의한 신호 (EFM 신호) 또는 자기적 힘에 의한 신호 (MFM 신호) 일 수 있다.After the lifting step S120, an option signal is obtained (S130). Here, the option signal may be a signal by electric force (EFM signal) or a signal by magnetic force (MFM signal).

구체적으로는, 리프팅 단계 (S120) 직후에 예를 들어 캔틸레버 (11) 에 AC 바이어스를 인가하거나 (EFM의 경우), 캔틸레버 (11) 를 진동시킨다 (MFM의 경우). 자세한 설명은 후술한다.Specifically, immediately after the lifting step S120, for example, an AC bias is applied to the cantilever 11 (in the case of EFM) or the cantilever 11 is vibrated (in the case of MFM). A detailed description will be given later.

옵션 신호를 얻기 위해서는 기본적인 원자 현미경에 부가적인 준비가 필요할 수도 있다. 예를 들어, EFM 신호를 얻기 위해서는 캔틸레버 (11) 가 도전성 물질로 도포되어야 하며, MFM 신호를 얻기 위해서는 캔틸레버 (11) 가 강자성 물질로 도포되거나 외부의 자석에 의해 자성화되어야 한다. EFM 용 캔틸레버의 예시로는 마이크로 매쉬 사 (Mikromasch) 사의 NSC14/CR-AU, NSC36/CR-AU, 나노센서스 사 (Nanosensors) 의 PPP-NCSTAu, PPP-EFM, CDT-CONTR, CDT-NCHR 등이 있다. Additional preparation may be required for basic atomic microscopy to obtain optional signals. For example, in order to obtain an EFM signal, the cantilever 11 must be coated with a conductive material. In order to obtain the MFM signal, the cantilever 11 must be coated with a ferromagnetic material or magnetized by an external magnet. Examples of cantilevers for EFM include NSC14 / CR-AU, NSC36 / CR-AU from Mikromasch, PPP-NCSTAu, PPP-EFM, CDT-CONTR and CDT-NCHR from Nanosensors have.

옵션 신호를 얻기 위해서는 다양한 방식이 채택될 수 있다. 예를 들어, 전기적 힘을 측정하기 위해서는 측정 대상 (1) 과 캔틸레버 (11) 에 Vaccosωt의 형태를 가지는 AC 바이어스를 각각 인가하고, 포토다이오드 센서 (17) 로부터 캔틸레버 (11) 의 진동 정보를 락인 앰프 (lock in amplifier) 에 의해 처리하여 ω로 진동하는 캔틸레버 (11) 에 대한 진폭 (amplitude) 및 위상 (phase) 을 얻는다. 여기서, ω에 대한 진폭 및 위상은 캔틸레버 (11) 와 측정 대상 (1) 표면 간의 정전력에 의해 달라지게 되는데, 이를 측정하면 전기적 힘에 대한 정보를 얻을 수 있다.Various schemes can be employed to obtain the option signal. For example, in order to measure an electric force, an AC bias having a form of V ac cosωt is applied to the measurement object 1 and the cantilever 11, and vibration information of the cantilever 11 is detected from the photodiode sensor 17 Is processed by a lock-in amplifier to obtain the amplitude and phase with respect to the cantilever 11 vibrating at?. Here, the amplitude and phase with respect to [omega] vary depending on the electrostatic force between the cantilever 11 and the surface of the measurement object 1, and information on the electric force can be obtained by measuring the amplitude and phase.

또한, 예를 들어, 자기적 힘을 측정하기 위해서는 일정한 주파수로 캔틸레버 (11) 를 진동시킨 후, 자력으로 인한 캔틸레버의 진동의 진폭 또는 위상의 변화를 얻게 된다. 따라서, 캔틸레버의 진동의 진폭 및 위상 (또는 그 변화량) 이 MFM 신호에 해당될 수 있다. 이 때에도, 락인 앰프가 사용될 수 있다.Further, for example, in order to measure the magnetic force, after the cantilever 11 is vibrated at a constant frequency, the amplitude or phase of the vibration of the cantilever due to the magnetic force is obtained. Therefore, the amplitude and phase (or the amount of change) of the vibration of the cantilever may correspond to the MFM signal. Also in this case, a lock-in amplifier can be used.

한편, 락인 앰프는 원자 현미경의 컨트롤러 내부에 내장될 수도 있고, 외부에 별도로 구비될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.It should be noted that the lock-in amplifier may be incorporated inside the controller of the atomic microscope, or may be separately provided outside.

위에서 설명한 EFM 신호 및 MFM 신호 이외에도 다양한 형식의 옵션 신호가 존재할 수 있는데, 옵션 신호란 토포그래피 신호 이외의 신호를 통칭함에 유의해야 한다.In addition to the above-described EFM signal and MFM signal, various types of option signals may exist. Note that the option signal includes signals other than the topography signal.

한편, 리프팅 단계 (120S) 가 완료된 직후에는 측정 대상 (1) 으로부터 캔틸레버 (11) 가 떨어질 때 발생하는 진동이 남아있을 수 있으므로, 일정 시간 기다린 후 옵션 신호를 획득하는 것이 바람직하다.On the other hand, immediately after the lifting step 120S is completed, vibrations generated when the cantilever 11 is dropped from the measurement target 1 may remain, so it is preferable to wait for a predetermined time and obtain an option signal.

또한, 도 8과 같이 옵션 신호 획득 단계 (S130) 를 일정 기간 유지하고 측정값을 에버리징 (averaging) 할 수 있으며, 이 경우 더욱 정확한 옵션 신호가 얻어질 수 있다.Also, as shown in FIG. 8, the option signal acquisition step (S130) may be maintained for a predetermined period of time and a measured value may be averaged. In this case, a more accurate option signal can be obtained.

측정 대상을 XY 방향으로 이동시킨다 (S140). 여기서 이동 단계 (S140) 는 옵션 신호 획득 단계 (S130) 가 완료된 후 행하여 져야 한다.The measurement object is moved in the X and Y directions (S140). Here, the movement step S140 should be performed after the option signal acquisition step S130 is completed.

도 5에서 A1 (1, 1) 에서의 토포그래피 신호 및 옵션 신호가 얻어졌다면, 이동 단계 (S140) 완료 후에는 캔틸레버 팁이 A2 (2, 1) 를 향하고 있게 된다. 즉, 측정을 위한 다음 지점인 A2로 측정 대상 (1) 또는 캔틸레버 (11) 가 이동될 수 있다. 이 경우 정해진 스캔이 완료되지 않은 것으로 판단되면 (S150의 No) 다시 토포그래피 신호 획득 단계 (S110) 가 반복되며, 순차적으로 리프팅 단계 (S120), 옵션 신호 획득 단계 (S130) 및 이동 단계 (S140) 가 반복된다. 반복되다가 측정하고자 하는 모든 지점에서의 신호 획득이 완료되면 (S150의 Yes) 본 방법은 종료된다.If the topography signal and option signal in A1 (1,1) are obtained in Fig. 5, the cantilever tip will be facing A2 (2,1) after completion of the moving step S140. That is, the measurement object 1 or the cantilever 11 can be moved to the next point A2 for measurement. In this case, if it is determined that the predetermined scan is not completed (No in S150), the topography signal acquisition step (S110) is repeated, and the lifting step S120, the option signal acquiring step S130, Is repeated. When the signal acquisition at all the points to be measured is repeated (Yes in S150), the method ends.

도 8을 참조하여, 다시 상술한 단계들을 시간에 따른 XY 방향의 이동량, A-B 신호 및 Z 방향의 이동량 그래프로 설명한다.Referring to FIG. 8, the above-described steps will be described with reference to the movement amount in the X and Y directions, the A-B signal, and the movement amount graph in the Z direction with respect to time.

도 8의 (a) 를 참조하면, XY 방향으로 측정 대상 (1) 은 연속적으로 이동하는 것이 아니고 정지 구간을 과도적으로 가지면서 한쪽 방향 (즉, 스캔 방향) 으로 이동된다. 또한, 도 8의 (c) 를 참조하면, 캔틸레버 (11) 팁과 측정 대상 (1) 의 표면 간의 거리는 주기적으로 가까워졌다 멀어졌다를 반복하되, 정지 구간을 과도적으로 가진다.Referring to FIG. 8 (a), the measurement target 1 moves in one direction (that is, the scanning direction) while not continuously moving in the XY direction and transiently in the stopping interval. Referring to FIG. 8C, the distance between the tip of the cantilever 11 and the surface of the measurement object 1 is periodically approximated, and repeatedly moved away, but has a transient interval.

도 8을 다시 참조하면, 토포그래피 신호 획득 단계 (S110) 에서는 Z 방향으로 캔틸레버 (11) 가 아래 방향으로 이동하여 측정 대상 (1) 의 표면에 어프로치되고, 일정 시간 동안 토포그래피 신호를 획득한다. 이 때, XY 방향으로는 측정 대상 (1) 이 이동되지 않는다. 이후, Z 방향으로 캔틸레버 (11) 가 들어올려지고 (S120), 이후 Z 방향으로 이동을 멈춘 채 옵션 신호를 얻는다 (S130). 옵션 신호를 얻는 동안 (S130) 에는 XY 방향으로 측정 대상 (1) 이 동되지 않고 정지된다. 옵션 신호가 얻어지면, 측정 대상 (1) 이 XY 방향으로 이동되고 (S140), 이후 다시 토포그래피 신호 획득 단계 (S110) 가 다른 지점에서 시작된다.Referring again to FIG. 8, in the topography signal acquisition step (S110), the cantilever 11 moves downward in the Z direction to approach the surface of the measurement target 1, and obtains the topography signal for a predetermined time. At this time, the measurement target 1 is not moved in the X and Y directions. Thereafter, the cantilever 11 is lifted in the Z direction (S120), and then the option signal is obtained while stopping the movement in the Z direction (S130). During the acquisition of the option signal (S130), the measurement target 1 is not moved in the X and Y directions and is stopped. When the option signal is obtained, the measurement target 1 is moved in the XY direction (S140), and then the topography signal acquisition step S110 is started at another point.

도 8의 (b) 를 참조하여, 신호 획득 방법에 대해서 설명한다. A-B 신호는 도 2의 포토다이오드 센서 (17) 의 상측 영역과 하측 영역에서 얻어지는 전압의 차이를 말하는데, 결과적으로 캔틸레버 (11) 의 휨 정도를 의미한다.The signal acquisition method will be described with reference to Fig. 8 (b). The A-B signal refers to the difference in voltage obtained in the upper and lower regions of the photodiode sensor 17 of FIG. 2, and as a result, the degree of bending of the cantilever 11.

팁을 측정 대상 (1) 의 표면에 어프로치하는 동안에는 Z 방향으로 측정 대상 (1) 을 향해 하측으로 캔틸레버 (11) 가 이동하게 되며, 이때 하강 초기에는 캔틸레버 (11) 가 휘지 않다가 측정 대상 (1) 의 표면에 팁이 접촉하는 순간 (또는 반데르발스 힘에 의해 영향을 받는 순간) 캔틸레버 (11) 는 휘게 되며 (A-B 신호의 증가), 어프로치의 완료 후에는 A-B 신호가 피드백 온 상태 (Z servo on) 에 의해 일정하게 유지된다.The cantilever 11 moves downward toward the measurement target 1 in the Z direction while the tip is approaching the surface of the measurement target 1. At this time, the cantilever 11 is not bent at the beginning of the descent, The cantilever 11 bends (increases the AB signal) at the moment when the tip comes into contact with the surface of the cantilever 11 (or at the moment when it is affected by the van der Waals force) on < / RTI >

이후, 토포그래피 신호를 획득한 후 다시 캔틸레버 (11) 를 상승시키면 A-B 신호는 다시 감소하게 된다. 이후 옵션 신호 획득 단계 (S130) 에서는 AC 바이어스와 정전력의 상호 작용에 의해 (EFM의 경우), 팁의 자성과 자기력의 상호 작용에 의해 (MFM의 경우) 캔틸레버 (11) 가 진동하게 되며, A-B 신호가 진동하게 된다. 옵션 신호 획득 단계 (S130) 이후에 A-B 신호는 다시 일정하게 유지된다.Thereafter, when the cantilever 11 is raised again after acquiring the topography signal, the A-B signal is reduced again. In the optional signal acquisition step S130, the cantilever 11 is vibrated by the interaction between the magnetic force and the magnetic force of the tip due to the interaction of the AC bias and the electrostatic force (in the case of EFM) The signal oscillates. After the option signal acquisition step (S130), the A-B signal remains constant again.

한편, 어프로치 과정 (S110에 포함) 및 리프팅 단계 (S120) 에서 캔틸레버 (11) 는 사인 모션 (sine motion) 으로 어프로치하거나 들어올려지는 것이 정지 후 진동을 최소화할 수 있다는 점, 캔틸레버 (11) 의 팁의 손상을 방지할 수 있다는 점에서 바람직하다.On the other hand, the approach or lifting of the cantilever 11 in the sine motion in the approaching step S110 and the lifting step S120 may minimize the vibration after stopping the cantilever 11, It is preferable in that it can prevent the damage of the battery.

또한, 이동 단계 (S140) 에서 측정 대상 (1) 도 사인 모션으로 이동되는 것이 정지 후 진동을 최소화할 수 있다는 점에서 바람직하다.It is also preferable that the measurement target 1 is also moved in the sine motion in the moving step S140 since the vibration after stopping can be minimized.

상술한 측정 대상 (1) 의 표면의 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 얻기 위한 방법은 원자 현미경 (AFM; Atomic Force Microsope) 에 의해 행하여질 수 있다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적인 장치 구성에 대해서 설명한다.The method for obtaining the topography signal and the option signal on the surface of the measurement object 1 described above can be performed by an atomic force microscope (AFM). Hereinafter, a specific device configuration will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig.

이동 단계 (S140) 의 수행은 XY 이동 수단에 의해 행하여질 수 있다. XY 이동 수단은 측정 대상 (1) 및 캔틸레버 (11) 중 적어도 하나를 XY 방향으로 상대 이동시킨다. 도 1의 예시에서는 XY 이동 수단은 XY 스캐너 (13) 로서 측정 대상 (1) 을 XY 방향으로 이동시킨다.The execution of the moving step S140 may be performed by the XY moving means. The XY moving means relatively moves at least one of the measurement object 1 and the cantilever 11 in the XY direction. In the example of Fig. 1, the XY moving means moves the measurement target 1 as the XY scanner 13 in the XY directions.

XY 스캐너의 예시로서는, 한국특허 공개번호 제10-2004-0106699호 및 한국특허 공개번호 제10-2014-0065031호를 참조할 수 있으며, 이외에도 XY 방향으로 측정 대상 (1) 과 캔틸레버 (11) 간의 상대 위치를 정밀하게 포지셔닝할 수 있는 스캐너이면 어떤 종류의 스캐너도 사용될 수 있다.As an example of the XY scanner, Korean Patent Laid-open No. 10-2004-0106699 and Korean Patent Laid-open No. 10-2014-0065031 can be referred to. In addition, in the XY direction, the measurement object 1 and the cantilever 11 Any kind of scanner can be used as long as it is a scanner capable of precisely positioning relative positions.

토포그래피 신호 획득 단계 (S110) 및 리프팅 단계 (S120) 의 수행은 Z 이동 수단에 의해 행하여질 수 있다. Z 이동 수단은 측정 대상 (1) 및 캔틸레버 (11) 중 적어도 하나를 Z 방향으로 상대 이동시킨다. 도 1의 예시에서는 Z 이동 수단은 Z 스캐너 (14) 로서, 캔틸레버 (11) 를 Z 방향으로 이동시킨다.The execution of the topography signal acquisition step (S110) and the lifting step (S120) can be performed by the Z movement means. The Z moving means relatively moves at least one of the measurement target 1 and the cantilever 11 in the Z direction. In the example of Fig. 1, the Z moving means moves the cantilever 11 in the Z direction as the Z scanner 14.

Z 스캐너의 예시로서는, 한국특허 공개번호 제10-2003-0068375호 및 한국특허 출원번호 제10-2013-0078245호를 참조할 수 있으며, 이외에도 Z 방향으로 측정 대상 (1) 과 캔틸레버 (11) 간의 상대 위치를 정밀하게 포지셔닝할 수 있는 스캐너이면 어떤 종류의 스캐너도 사용될 수 있다.As an example of the Z scanner, Korean Patent Laid-open No. 10-2003-0068375 and Korean Patent Application No. 10-2013-0078245 can be referred to. In addition, in the Z direction, there is a gap between the measurement object 1 and the cantilever 11 Any kind of scanner can be used as long as it is a scanner capable of precisely positioning relative positions.

제어장치는 XY 이동 수단과 Z 이동 수단의 운동을 제어하고, 캔틸레버 (11) 로부터 얻어지는 신호들을 수신하고, 이를 처리한다. 제어장치는, 상술한 도 8과 같이 XY 구동 수단 및 Z 구동 수단이 이동될 수 있도록 제어 신호를 생성하여 XY 구동 수단 및 Z 구동 수단에 보내고, 캔틸레버 (11) 의 피드백 온 상태에서는 피드백을 행하고, 얻어진 토포그래피 신호로부터 토포그래피 이미지를 만들고, 얻어진 옵션 신호로 옵션 신호에 대한 이미지 (예를 들어, EFM amplitude image, EFM phase image, MFM amplitude image, MFM phase image 등) 를 만드는 것 등을 수행하도록 구성된다.The control device controls the motion of the XY moving means and the Z moving means, receives the signals obtained from the cantilever 11, and processes the signals. The control device generates a control signal so that the XY driving means and the Z driving means can be moved as shown in Fig. 8 and sends it to the XY driving means and the Z driving means, performs feedback in the feedback ON state of the cantilever 11, To construct a topographic image from the obtained topography signal and to construct an image (e.g., EFM amplitude image, EFM phase image, MFM amplitude image, MFM phase image, etc.) for the option signal with the obtained option signal do.

제어장치는 여러 개의 보드로 구성된 컨트롤러, 컴퓨터, 락인 앰프 등을 포함할 수 있다. 즉, 제어장치는 모든 것이 하나로 내장된 시스템일 수도 있고, 물리적으로 떨어져서 각각의 기능을 수행하는 장치들의 집합일 수도 있다.The control device may include a controller, a computer, a lock-in amplifier, and the like, which are composed of a plurality of boards. That is, the control device may be a system in which everything is integrated or a set of devices physically separated and performing respective functions.

한편, 도 1 및 도 7과 관련된 레이저 시스템에 대해서는 공지의 시스템을 사용하면 되고, 특히 한국 특허등록 번호 제10-0646441호의 시스템이 사용될 수도 있다.On the other hand, a known system may be used for the laser system related to Figs. 1 and 7, and in particular, a system of Korean Patent Registration No. 10-0646441 may be used.

상술한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법 및 장치에 따르면, 옵션 신호에 토포그래피 신호가 중첩되지 않고, 매 지점 (pixel) 마다 팁 - 측정 대상 표면 간의 거리를 일정하게 유지하기 때문에 시간 변화에 따라 발생할 수 있는 열 또는 크립 등에 의한 변형을 최소화하여 보다 신뢰성 높은 옵션 이미지를 얻을 수 있게 한다. 또한, 상술한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법 및 장치에 따르면, 정지된 상태에서 토포그래피 신호 및 옵션 신호가 얻어지므로, 이동하면서 얻어지는 기존의 토포그래피 신호 및 옵션 신호에 의한 이동 평균 (moving averaging) 효과를 최소화하여, 더욱 선명한 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 얻을 수 있다. 또한, 토포그래피 신호에 옵션 신호의 중첩을 최소화하여 더욱 신뢰성 있는 신호를 얻을 수 있다.According to the above-described method and apparatus for obtaining a topography signal and an optional signal, since the topography signal is not superimposed on the option signal, and the distance between the tip-measuring object surface is kept constant at every point, It is possible to minimize the deformation due to heat or creep which may be caused, and to obtain a more reliable option image. Further, according to the above-described method and apparatus for acquiring the topographic signal and the option signal, since the topographic signal and the option signal are obtained in the stopped state, the moving averaging by the existing topographic signal and the option signal, The effect is minimized, and a clearer topography signal and an optional signal can be obtained. In addition, a more reliable signal can be obtained by minimizing the overlap of the option signal with the topography signal.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

1…측정 대상 10…원자 현미경
11…캔틸레버 12…XY 스캐너 (XY 이동 수단)
13…Z 스캐너 (Z 이동 수단) 14…Z 스테이지
16…레이저 광 17…포토다이오드 센서One… Measurement subject 10 ... Atomic microscope
11 ... Cantilever 12 ... XY scanner (XY moving means)
13 ... Z scanner (Z moving means) 14 ... Z stage
16 ... Laser light 17 ... Photodiode sensor

Claims (14)

팁을 가진 캔틸레버를 사용하여 측정 대상의 표면에 대한 토포그래피 신호 (topography signal) 및 옵션 신호 (option signal) 를 얻기 위한 방법으로서,
상기 측정 대상을 일정 위치에 정지시킨 상태로 상기 캔틸레버를 사용하여 특정 지점의 토포그래피 신호를 얻는, 토포그래피 신호 획득 단계;
상기 토포그래피 신호 획득 단계 후 상기 캔틸레버와 상기 측정 대상 간을 Z 방향으로 떨어뜨리는, 리프팅 단계;
상기 리프팅 단계 후 옵션 신호를 얻는, 옵션 신호 획득 단계; 및
상기 측정 대상 및 상기 캔틸레버 중 적어도 하나를 XY 방향으로 이동시키는, 이동 단계; 를 포함하며,
상기 토포그래피 신호 획득 단계, 상기 리프팅 단계, 상기 옵션 신호 획득 단계 및 상기 이동 단계가 연속하여 적어도 2회 반복되는 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.A method for obtaining a topography signal and an option signal for a surface of a measurement object using a tipped cantilever,
Obtaining a topography signal at a specific point using the cantilever in a state where the measurement target is stopped at a predetermined position;
A lifting step of dropping the cantilever and the measurement object in the Z direction after the topography signal acquisition step;
Obtaining an option signal after the lifting step; And
Moving at least one of the object to be measured and the cantilever in X and Y directions; / RTI >
Wherein the topography signal acquisition step, the lifting step, the option signal acquisition step, and the moving step are repeated at least twice in succession. 제1 항에 있어서,
상기 옵션 신호 획득 단계는 상기 캔틸레버의 진동이 사라질 때까지 기다린 후 행하여지는 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.The method according to claim 1,
Wherein the option signal acquisition step is performed after waiting for the vibration of the cantilever to disappear. 제1 항에 있어서,
상기 리프팅 단계가 반복될 때, 상기 캔틸레버와 상기 측정 대상 간의 높이는 일정한 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.The method according to claim 1,
Wherein the height between the cantilever and the object to be measured is constant when the lifting step is repeated. 제1 항에 있어서,
상기 이동 단계에서 상기 측정 대상은 일직선의 스캔 라인을 따라 일직선으로 스캔되는 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.The method according to claim 1,
Wherein the measuring object is scanned in a straight line along a straight scan line in the moving step. 제1 항에 있어서,
상기 토포그래피 신호 획득 단계는 상기 캔틸레버를 상기 측정 대상의 표면에 어프로치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.The method according to claim 1,
Wherein the obtaining of the topography signal comprises the step of approaching the cantilever to the surface of the object to be measured. 제5 항에 있어서,
상기 어프로치하는 단계는 상기 캔틸레버가 상기 측정 대상의 표면에 접촉하도록 어프로치하는 단계이며,
상기 리프팅 단계는 힘-거리 곡선 (Force-Distance Curve) 을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the approaching step is a step of making the cantilever approach the surface of the object to be measured,
Wherein the lifting step further comprises extracting a force-distance curve. ≪ Desc / Clms Page number 20 > 제5 항에 있어서,
상기 어프로치하는 단계 또는 상기 리프팅 단계에서, 상기 캔틸레버는 사인 모션 (sine motion) 으로 어프로치하거나 들어올려지는 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.6. The method of claim 5,
Characterized in that in the approaching or lifting step the cantilever is approached or lifted in sine motion. ≪ Desc / Clms Page number 13 > 제1 항에 있어서,
상기 이동 단계에서, 상기 측정 대상은 사인 모션으로 이동되는 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.The method according to claim 1,
Characterized in that in the moving step, the object to be measured is moved in sinusoidal motion. 제1 항에 있어서,
상기 옵션 신호는, 전기적 힘에 의한 신호 또는 자기적 힘에 의한 신호인 것을 특징으로 하는, 측정 대상 표면에 대한 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 방법.The method according to claim 1,
Wherein the option signal is a signal by an electrical force or a signal by a magnetic force. 측정 대상과 캔틸레버 중 적어도 하나를 XY 방향으로 상대 이동시키는 XY 이동 수단;
상기 측정 대상과 상기 캔틸레버 중 적어도 하나를 Z 방향으로 상대 이동시키는 Z 이동 수단; 및
상기 XY 이동 수단과 상기 Z 이동 수단의 운동을 제어하고, 상기 캔틸레버로부터 얻어지는 신호들을 수신하는 제어장치; 를 포함하며,
상기 제어장치는, 상기 XY 이동 수단을 정지시킨 상태로 상기 Z 이동 수단으로 상기 캔틸레버를 특정 지점에 어프로치하여 상기 특정 지점의 토포그래피 신호를 얻고, 이후 상기 Z 이동 수단으로 상기 캔틸레버를 상기 측정 대상으로부터 Z 방향으로 들어올리고, 이후 옵션 신호를 얻음으로써, 상기 특정 지점에서의 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 획득하고, 이후 상기 XY 이동 수단을 이용하여 상기 측정 대상과 상기 캔틸레버 중 적어도 하나를 XY 방향으로 이동시켜 상기 특정 지점과 다른 특정 지점에서의 토포그래피 신호 및 옵션 신호를 획득하는 것을 연속하여 적어도 2회 반복하도록, 상기 XY 이동 수단과 상기 Z 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 장치.XY moving means for relatively moving at least one of the object to be measured and the cantilever in the X and Y directions;
Z moving means for relatively moving at least one of the object to be measured and the cantilever in the Z direction; And
A control device for controlling movement of the XY moving means and the Z moving means and receiving signals obtained from the cantilever; / RTI >
Wherein the control device is configured to move the cantilever to a specific point by obtaining the topography signal at the specific point by the Z moving means while the XY moving means is stopped, Z direction and then obtaining an option signal to obtain a topography signal and an option signal at the specific point and then moving at least one of the measurement object and the cantilever in the XY direction using the XY moving means Wherein said control means controls said XY moving means and said Z moving means so as to repeat successively at least two times to obtain a topographic signal and an option signal at a specific point different from said specific point, Signal acquisition device. 제10 항에 있어서,
상기 XY 이동 수단은 상기 측정 대상을 XY 방향으로 이동시키도록 구성된 XY 스캐너인 것을 특징으로 하는, 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the XY moving means is an XY scanner configured to move the measurement target in XY directions. 제10 항에 있어서,
상기 Z 이동 수단은 상기 캔틸레버를 Z 방향으로 이동시키도록 구성된 Z 스캐너인 것을 특징으로 하는, 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 장치.11. The method of claim 10,
Characterized in that the Z moving means is a Z scanner configured to move the cantilever in the Z direction. 제10 항에 있어서,
상기 옵션 신호는 전기적 힘에 의한 신호 또는 자기적 힘에 의한 신호인 것을 특징으로 하는, 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the option signal is a signal by an electrical force or a signal by a magnetic force. 제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항의 토포그래피 신호 및 옵션 신호 획득 장치를 포함하는 원자 현미경.An atomic force microscope comprising the topographic signal and optional signal acquisition device of any one of claims 10 to 13.
KR1020140145318A 2014-10-24 2014-10-24 Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same KR101630392B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140145318A KR101630392B1 (en) 2014-10-24 2014-10-24 Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140145318A KR101630392B1 (en) 2014-10-24 2014-10-24 Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160049148A KR20160049148A (en) 2016-05-09
KR101630392B1 true KR101630392B1 (en) 2016-06-15

Family

ID=56020225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140145318A KR101630392B1 (en) 2014-10-24 2014-10-24 Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101630392B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7048964B2 (en) * 2018-03-26 2022-04-06 株式会社日立ハイテクサイエンス Scanning probe microscope and its scanning method
KR102632891B1 (en) * 2020-09-24 2024-02-06 파크시스템스 주식회사 Mehtod for measuring surface characteristic of measurement object by measuring apparatus, atomic force microscope for carring out the method and computer program stored on storage medium for carring out the method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002168754A (en) 2000-11-30 2002-06-14 Japan Science & Technology Corp Scanning probe microscope apparatus
US20110167524A1 (en) 2008-11-13 2011-07-07 Bruker Nano, Inc. Method and apparatus of operating a scanning probe microscope
WO2013192617A1 (en) * 2012-06-22 2013-12-27 Bruker Nano, Inc. Method and apparatus of electrical property measurement using an afm operating in peak force tapping mode

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5918274A (en) * 1997-06-02 1999-06-29 International Business Machines Corporation Detecting fields with a single-pass, dual-amplitude-mode scanning force microscope

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002168754A (en) 2000-11-30 2002-06-14 Japan Science & Technology Corp Scanning probe microscope apparatus
US20110167524A1 (en) 2008-11-13 2011-07-07 Bruker Nano, Inc. Method and apparatus of operating a scanning probe microscope
WO2013192617A1 (en) * 2012-06-22 2013-12-27 Bruker Nano, Inc. Method and apparatus of electrical property measurement using an afm operating in peak force tapping mode

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160049148A (en) 2016-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107449939B (en) Multi-parameter synchronous measurement method by adopting magnetic drive peak force modulation atomic force microscope
CN103429526B (en) Adaptive model scanning probe microscopy
CN105793776A (en) Scanning probe nanolithography system and method
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.
US9535085B2 (en) Intermittent contact resonance atomic force microscope and process for intermittent contact resonance atomic force microscopy
US10197595B2 (en) Dual-probe scanning probe microscope
US20110296561A1 (en) Control system for scanning probe microscope
CN107085127B (en) A kind of detection method and system of novel scanning probe microscopy
KR102473562B1 (en) Precise probe placement in automated scanning probe microscopy systems
US9134340B2 (en) Method of investigating a sample surface
JP2012184959A (en) Displacement detection mechanism and scanning probe microscope having the same
KR101630392B1 (en) Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same
JP6135820B2 (en) Scanning probe microscope
KR102102637B1 (en) Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same
TWI666450B (en) Method of advancing a probe tip of a scanning microscopy device towards a sample surface, and device therefore
Serry et al. Characterization and Measurement of Microcomponents with the Atomic Force Microscope (AFM)
CN105157557A (en) Line three dimensional morphology measurement method and linewidth measurement method
Voigtländer et al. Artifacts in AFM
US20150026846A1 (en) Variable Density Scanning
KR101607606B1 (en) Measuring method for atomic force microscope
US10895584B2 (en) Method of controlling a probe using constant command signals
US8028343B2 (en) Scanning probe microscope with independent force control and displacement measurements
JP6001728B2 (en) Displacement detection mechanism and scanning probe microscope using the same
TWI811462B (en) Method and apparatus for aligning probe for scanning probe microscopy to tip of pointed sample
JP3892184B2 (en) Scanning probe microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190325

Year of fee payment: 4