KR101885455B1

KR101885455B1 - 3d scanning method with afm

Info

Publication number: KR101885455B1
Application number: KR1020170002932A
Authority: KR
Inventors: 서용호; 악타르 임티살; 조상준
Original assignee: 세종대학교산학협력단; 파크시스템스 주식회사
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2018-08-06
Also published as: KR20180082668A

Abstract

AFM을 이용한 3차원 스캔 방법이 제공된다. 이는 3차원 구조의 벽면이 발견될 때까지 XY면 상에서 일방향으로 탐침을 이동시키는 과정과, 벽면이 발견되면 해당 3차원 구조의 벽면을 따라 탐침을 스텝 이동시키면서 형상을 스캔하는 과정을 포함한다. 스텝 이동마다 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향에 대한 벽면 유무를 체크한 후 체크된 벽면의 유형에 따라 XY면 상의 정해진 방향으로 탐침을 이동시킨다. 또한 벽면을 찾고 있을 때 벽면을 발견하지 못한 경우 그 전 단계의 진행 방향으로 계속 전진한다. 나아가 탐침이 방향을 잃어버릴 경우 그 전에 기록된 벽면의 위치 정보로부터 가장 가까운 벽면을 찾아간다.A three-dimensional scanning method using AFM is provided. This involves moving the probe in one direction on the XY plane until a wall of the three-dimensional structure is found, and scanning the shape while moving the probe stepwise along the wall surface of the corresponding three-dimensional structure when the wall is found. After each step movement, the presence or absence of the wall in four directions + X, + Y, -X, and -Y is checked, and the probe is moved in a predetermined direction on the XY plane according to the type of the wall surface checked. Also, if you do not find a wall when you are looking for a wall, continue moving forward in the previous step. Further, if the probe loses direction, the nearest wall surface is searched from the position information of the wall surface recorded before.

Description

AFM을 이용한 3차원 스캔 방법{3D SCANNING METHOD WITH AFM}[0001] 3D SCANNING METHOD WITH AFM [0002]

본 발명은 3차원 스캔 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 AFM(ATOMIC FORCE MICROSCOPY)를 이용한 벡터 방식의 3차원 스캔 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional scanning method, and more particularly, to a vector scanning method using an AFM (Atomic Force Microscopy).

반도체 디바이스가 고집적화될수록 3차원의 스택 구조를 가지게 된다. 3차원 구조의 반도체 소자에서는 통상 수백 나노미터의 직경과 마이크로미터 스케일의 깊이를 가지는 비아홀을 통해 층간 접속이 이루어진다. 이와 같은 3차원 소자의 스캔이 반도체 산업에서는 중요한 이슈가 되고 있다.As semiconductor devices become more highly integrated, they have a three-dimensional stack structure. In a semiconductor device of a three-dimensional structure, interlayer connection is usually made via a via hole having a diameter of several hundred nanometers and a micrometer scale depth. Such scanning of three-dimensional devices is becoming an important issue in the semiconductor industry.

3차원 소자의 비아홀을 주사형 전자 현미경(SEM)이나 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용하여 스캔하려면, 시료를 잘라서 영상을 얻어야 한다. 또한 광학 현미경을 이용하는 것은 비아홀에 대한 간접적인 정보만을 얻을 수 있다. 지금까지는 CD(critical dimention) AFM을 이용하는 것이 비아홀 패턴에 대한 영상을 획득하기위한 유일한 비파괴 검사 방법이라고 할 수 있다.In order to scan a via hole of a three-dimensional device using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), a sample must be cut to obtain an image. Also, using the optical microscope can obtain only indirect information on the via hole. Until now, the use of CD (critical dimension) AFM is the only non-destructive inspection method for acquiring an image for a via hole pattern.

그러나, 기존의 AFM을 이용한 스캔 방법은 나노 분해능이 가능하고 어느 정도 3차원 형상을 측정할 수는 있으나, 3D-IC와 같이 종횡비가 매우 높은 시료를 측정하는 것은 가능하지 않다. 또한 기존의 AFM은 래스터(raster) 스캔 방식만을 사용하기 때문에 거칠기가 높은 시료의 표면을 스캔하는데 걸리는 매우 오래 걸리는 문제점이 있다. 따라서 새로운 스캔 방식이 필요하다.However, the conventional AFM scanning method is capable of nano-resolution and can measure a three-dimensional shape to a certain extent, but it is not possible to measure a sample having an extremely high aspect ratio, such as 3D-IC. Also, since the conventional AFM uses only a raster scanning method, there is a problem that it takes a very long time to scan a surface of a rough sample. Therefore, a new scanning method is required.

미국특허출원 2004/0031315 A1United States Patent Application 2004/0031315 A1

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 감안한 것으로서, 3차원 구조의 IC 소자가 가지는 비아홀 또는 돌출된 나노 구조물들을 비파괴상태로 측정할 수 있는 스캔 방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and provides a scanning method capable of measuring via holes or projected nanostructures of a three-dimensional IC device in a non-destructive state.

본 발명은 또한 시료의 형상에 따라서 진행할 방향을 바꾸는 벡터 방식의 스캔 방법을 제공한다.The present invention also provides a vector scanning method that changes the direction in which to proceed according to the shape of the sample.

본 발명은 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법을 제공하며, 이는: (Ⅰ) 3차원 구조의 벽면이 발견될 때까지 XY면 상에서 일방향으로 탐침을 이동시키는 과정; 및 (Ⅱ) 벽면이 발견되면 해당 3차원 구조의 벽면을 따라 탐침을 스텝 이동시키면서 형상을 스캔하는 과정;을 포함하고, 상기 스텝 이동마다 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향에 대한 벽면 유무를 체크한 후, 체크된 벽면의 유형에 따라 XY면 상의 정해진 방향으로 탐침을 이동시킨다.The present invention provides a three-dimensional scanning method using AFM, comprising: (I) moving a probe in one direction on an XY plane until a wall of a three-dimensional structure is found; And (II) scanning a shape while stepwise moving the probe along a wall surface of the corresponding three-dimensional structure when a wall surface is found, wherein in each of the + X, + Y, -X, and -Y directions After checking the presence or absence of the wall, the probe is moved in a predetermined direction on the XY plane according to the type of the wall surface checked.

상기 벽면 유무를 체크한 후 벽면이 없는 방향으로 상기 탐침을 스텝 이동시키는 것일 수 있다.And the step may be performed in a direction in which the wall surface is not present after the existence of the wall surface is checked.

상기 벽면 유무의 체크는 해당 체크 지점에서 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향으로 1 스텝 전후진하여 탐침의 벽면 터치 유무로 판단할 수 있다.The presence / absence of the wall surface can be judged as the presence / absence of touching the wall surface of the probe by advancing or advancing by one step in four directions of + X, + Y, -X and -Y at the corresponding check point.

상기 탐침의 스텝 이동은 시계방향 및 반시계방향 중 어느 하나로 수행할 수 있다.The step movement of the probe may be performed in either a clockwise or counterclockwise direction.

상기 벽면 유무 체크 시에 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향에서 모두 벽면이 없는 경우에는 이전에 스캔하여 기록된 벽면 중 가장 가까운 벽면을 찾아가는 것일 수 있다.If there is no wall surface in all four directions of + X, + Y, -X, and -Y at the time of checking the presence or absence of the wall surface, it may be that the nearest wall surface among the previously scanned wall surfaces is searched.

상기 벽면 유무의 체크 후 다음 표에 의하여,After checking the existence of the wall surface, according to the following table,

탐침의 이동 방향을 결정하여 이동시킬 수 있다.The moving direction of the probe can be determined and moved.

상기 3차원 구조의 발견 지점으로 탐침이 복귀한 후 탐침을 Z방향으로 스텝 이동시킨 후 상기 과정 (Ⅱ)를 수행할 수 있다.After the probe returns to the discovery point of the three-dimensional structure, the probe may be moved stepwise in the Z direction, and then the process (II) may be performed.

본 발명에 따르면, AFM을 이용한 3차원 스캔 방법이 제공된다. 이는 반도체 소자 등과 같이 3차원 스택 구조를 가지는 대상물의 형상을 비파괴적으로 스캔할 수 있다. 특히, 스텝 이동 마다 4방향에서 벽면 유무를 체크하고 기록하고 그를 바탕으로 정해진 이동방향으로 스텝 이동을 함으로써 비아홀이나 돌출부 같은 3차원 구조의 형상을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 따른 알고리즘은 이전 진행 방향을 지속하여 이동하여 벽면을 찾고, 벽면을 잃어버렸을 경우에 이전 벽면의 위치 정보로부터 가장 가까운 벽면을 찾아가는 방식을 채택함으로써 다양한 형상에 대응할 수 있다. 이러한 본 발명의 스캔 방법은 기존의 방식보다 빠르고 정확하게 형상을 스캔할 수 있다.According to the present invention, a three-dimensional scanning method using AFM is provided. This can non-destructively scan the shape of an object having a three-dimensional stack structure such as a semiconductor device. Particularly, it is possible to precisely measure the shape of a three-dimensional structure such as a via hole or protrusion by checking the presence or absence of a wall in four directions for each step movement and moving the step in a predetermined moving direction based on the recorded wall. In addition, the algorithm according to the method of the present invention can cope with various shapes by adopting the method of searching for the wall surface by continuing to move in the previous traveling direction and searching for the wall surface closest to the position information of the previous wall surface when the wall surface is lost. The scan method of the present invention can scan a shape faster and more accurately than the conventional method.

도 1은 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에 채용될 수 있는 탐침에 대한 전자현미경 사진이다.
도 2의 (a), (b), 및 (c)는 본 발명을 이용한 비아홀 스캔 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에서 벽면의 유무를 체크하는 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 4 내지 7은 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에서 탐지된 벽면의 유형에 따라 탐침의 이동 방향을 결정하는 과정을 도시한 플로우 챠트이다.
도 8은 본 발명의 방법에 따른 알고리즘과 기존의 알고리즘을 이용하여 시행된 시뮬레이션 결과물을 각각 보여준다.
도 9는 본 발명의 스캔 방법에 따른 알고리즘을 이용한 홀부에 대한 스캔 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 10과 11은 본 발명의 스캔 방법에 따른 알고리즘을 이용한 돌출부에 대한 스캔 시뮬레이션 결과를 보여준다.
도 12 내지 도 18은 본 발명의 방법 따라 스캔된 AAO(Anodized Aluminum Oxide) 샘플의 이미지와 그 결과를 보여준다.FIG. 1 is an electron micrograph of a probe that can be employed in the three-dimensional scanning method using the AFM of the present invention.
2 (a), 2 (b) and 2 (c) are diagrams for explaining a via hole scanning method using the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a process for checking the presence of a wall in the 3D scanning method using the AFM of the present invention.
FIGS. 4 to 7 are flow charts illustrating a procedure for determining a moving direction of a probe according to the type of a wall surface detected in the 3D scanning method using the AFM of the present invention.
FIG. 8 shows the simulation results of the algorithm according to the present invention and the simulation results using the existing algorithm, respectively.
FIG. 9 shows scan simulation results for a hole portion using an algorithm according to the scanning method of the present invention.
10 and 11 show scan simulation results for protrusions using an algorithm according to the scanning method of the present invention.
FIGS. 12 to 18 show images of AAO (Anodized Aluminum Oxide) samples scanned according to the method of the present invention and the results thereof.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

먼저 간략히 설명하면, 본 발명은 3차원의 스택 구조를 가지는 반도체 소자의 형상을 스캔하는 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 AFM을 이용하여 비파괴적인 방식으로 반도체 고집적회로 소자가 가지는 깊은 비아홀이나 돌출구조와 같은 3차원 구조의 형상을 측정하여 기록하기에 적합한 새로운 알고리즘을 제시한다. 이를테면, 최초 3차원 구조의 벽면을 찾고 난 후, 해당 지점부터 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향에서 1 스텝 이동 범위 내 벽면 유무를 체크하고 XY면 상에서 정해진 방향으로 탐침을 스텝 이동시키면서 해당 3차원 구조를 스캔한다. 벽면에 터치될 때 캔틸리버 진동의 진폭의 변화가 발생하고 이를 통해 벽면 유무를 판단할 수 있다. 이러한 벽면 유무 체크는 스텝 이동마다 이루어지며, 그에 따라 탐침은 해당 3차원 구조의 벽면을 따라 이동하면서 형상을 스캔하게 된다. 본 발명은 또한 벽면 유무의 유형에 따라 정해진 탐침 이동 방향을 제시한다. 나아가, 4방향 모두에서 벽면이 발견되지 않을 경우, 즉 탐침의 진행방향을 잃어버렸을 경우에는 이전에 기록된 가장 가까운 벽면을 찾아가도록 한다. 해당 3차원 구조에 대한 하나의 XY 면상의 스캔이 완료되면 Z방향으로 스텝 이동하여 상술한 XY면상의 스캔을 반복한다. 이러한 본 발명의 방법은 일정한 속도로 움직이는 래스터 방식이 아닌, 시료의 형상에 따라서 진행할 방향을 결정하여 스캔이 이루어지는 벡터 방식을 포함하는 알고리즘을 채택한 스캔 방법이다.Briefly, the present invention provides a method of scanning the shape of a semiconductor device having a three-dimensional stack structure. In particular, the present invention proposes a new algorithm suitable for measuring and recording the shape of a three-dimensional structure such as a deep via hole or protruding structure of a semiconductor integrated circuit device in a non-destructive manner using AFM. For example, after finding the wall surface of the first three-dimensional structure, it is checked whether there is a wall in the one-step movement range in four directions + X, + Y, -X, and -Y from the corresponding point and the probe is moved in the predetermined direction on the XY plane And the corresponding three-dimensional structure is scanned while moving. When touching the wall surface, the amplitude of the vibration of the cantilever is changed, and the existence of the wall surface can be determined. The presence or absence of the wall surface is checked for each step movement so that the probe scans the shape while moving along the wall surface of the corresponding three-dimensional structure. The present invention also provides a defined probe travel direction according to the type of presence or absence of a wall. Further, if no wall is found in all four directions, that is, if the direction of the probe is lost, the nearest previously recorded wall surface is searched. When the scan on one XY plane is completed for the corresponding three-dimensional structure, the scan is moved in the Z direction and the scan on the XY plane is repeated. The method of the present invention is a scanning method employing an algorithm including a vector method in which scanning is performed by determining a direction to proceed according to the shape of a sample, not by a raster method of moving at a constant speed.

도 1은 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에 채용될 수 있는 탐침에 대한 전자현미경 사진이다.FIG. 1 is an electron micrograph of a probe that can be employed in the three-dimensional scanning method using the AFM of the present invention.

본 발명에서 이용되는 탐침은 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 텅스텐을 식각하여 만든 금속 탐침에 CNT를 부착한 상태에서 전자빔으로 용접하여 제조할 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, the probe used in the present invention can be manufactured by welding a CNT to a metal probe formed by etching tungsten and welding it with an electron beam.

본 발명에서는 먼저 3차원 벽면을 찾는 과정을 수행한다. 이는 예를 들어 비아홀이나 돌출기둥의 벽면이 최초로 탐지될 때까지 탐침을 이동시킨다. 탐침은 이동 시에 탐침 대상물의 표면과 근접한 상태에서 이동한다. 최초 벽면을 찾는 과정에서의 이동 역시 스텝 이동일 수 있고, 벽면이 나타날 때까지 직전 진행 방향으로 계속 진행할 수 있다.In the present invention, a process of finding a three-dimensional wall surface is performed first. This moves the probe, for example, until the wall of the via hole or protruding column is first detected. The probe moves in a state close to the surface of the probe object when the probe moves. Movement in the process of finding the initial wall surface can also be a step movement, and it can continue in the previous direction until the wall surface appears.

이렇게 직전 진행 방향을 계속 진행하는 경우는, 위에서 설명한 바와 같이 최초로 3차원 벽면을 찾기 위한 때나, Z방향의 이동한 후 또는 Z방향의 위치 변화가 있고 난 후 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향에서 벽면이 발견되지 않을 때 적용될 수 있다.In the case where the immediately preceding proceeding direction is continued, as described above, when the first three-dimensional wall surface is searched for, + X, + Y, -X and - It can be applied when no wall is found in four directions of Y.

도 2의 (a), (b), 및 (c)는 본 발명에 따른 비아홀 스캔 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.2 (a), 2 (b) and 2 (c) are diagrams for explaining the via hole scanning method according to the present invention.

비아홀의 경우 먼저 탐침을 바닥에 있어서 대략 중심 위치에 위치시킨 후 상부(Z축 방향)로 단계적으로 상승시키면 비아홀 벽면을 스캔할 수 있다. 물론 역으로 비아홀의 상부부터 -Z방향으로 높이를 단계적으로 낮춰가면서 스캔을 진행할 수도 있다.In the case of the via hole, the via hole wall surface can be scanned by first raising the probe in the upper (Z-axis direction) after positioning the probe at the substantially center position on the floor. As a matter of course, it is also possible to perform scanning while gradually lowering the height in the -Z direction from the top of the via hole.

바닥이 탐침에 터치되면, 해당 XY 면상에서 최초 벽면을 찾기 위한 이동을 수행한다. 예를 들어 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, +X 방향으로 1 스텝씩 이동시키며 벽면이 나타날 때까지 직전 진행 방향인 +X 방향의 스텝 이동을 계속한다. 이는 예를 들어, 도 3에 도시한 프로우챠트와 같은 과정을 적용할 수 있다.When the bottom is touched by the probe, movement is performed to find the initial wall surface on the XY plane. For example, as shown in FIG. 2 (c), the step moves in the + X direction by one step in the + X direction until the wall surface appears. For example, the same procedure as the flowchart shown in FIG. 3 can be applied.

도 3은 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에서 벽면의 유무를 체크하는 과정을 나타낸 플로우 챠트이다. 도 4 및 5는 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에서 탐지된 벽면의 유형에 따라 탐침의 이동 방향을 결정하는 과정을 도시한 플로우 챠트이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a process for checking the presence of a wall in the 3D scanning method using the AFM of the present invention. 4 and 5 are flow charts illustrating a procedure for determining a moving direction of a probe according to the type of a wall surface detected in the 3D scanning method using the AFM of the present invention.

먼저 도 3을 참조하여 벽면의 유무를 체크하는 과정을 설명한다. 벽면의 유무의 체크는 어느 지점에서 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향 각각에서 1 스텝 범위 이내에 벽면이 존재하는지 여부를 체크(탐지)하는 것이다.First, a process of checking the presence or absence of a wall surface will be described with reference to FIG. The check for presence of the wall is to check (detect) whether or not the wall exists within one step in each of the four directions of + X, + Y, -X, and -Y at any point.

따라서, +X, +Y, -X 및 -Y의 각각의 방향마다 1 스텝 전진 후 다시 후진하여 탐침이 벽면에 터치 되었는지 여부에 따라 해당 방향에 벽면이 있는지 여부를 체크하고, 그 결과를 각각 제1 변수(variable)에 저장한다. 전후진 동안 터치가 되면 진폭의 변화가 있으며, 이는 해당 방향에 벽면이 존재한다는 것을 의미한다.Therefore, it is checked whether or not there is a wall surface in the corresponding direction depending on whether the probe is touched on the wall surface, and the result is stored in the memory for each of the + X, + Y, -X, It is stored in one variable. There is a change in amplitude when touched during forward and backward, which means that a wall exists in the corresponding direction.

이렇게 4방향에 대하여 벽면이 있는지 여부를 탐지하여 그 지점에서 탐지된 벽면의 유형에 따라서 도 4 내지 6에 도시한 바와 같은 스텝 이동을 수행하고, 이동된 지점에서 또 다시 도 3에 도시된 바와 같은 벽면의 유무 체크 과정을 반복 수행한다.As a result, it is detected whether or not there is a wall surface in the four directions, step movement as shown in Figs. 4 to 6 is performed according to the type of the wall surface detected at that point, and at the moved point, The process of checking whether there is a wall is repeated.

구체적으로 설명하면, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 4010에서 제1변수를 읽어드린다.More specifically, as shown in FIGS. 4 to 6, first, the first variable is read in step 4010.

이어, 단계 4011a 내지 단계 4024a에서 탐지한 벽면 유형에 따라 단계 4011a 내지 단계 4024b로 진행하여 정해진 방향으로 1 스텝 이동한다. 탐지된 벽면의 유형에 따라 이동방향을 정함에 있어서, 바람직하게는 탐침 이동의 기본 방향은 예를 들어 돌출부에 대해서는 시계 방향을 따르고, 홀부에 대해서는 반시계방향을 따르는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Then, the flow advances from step 4011a to step 4024b according to the wall surface type detected in steps 4011a to 4024a, and moves one step in the determined direction. In determining the direction of movement according to the type of wall surface detected, preferably the basic direction of probe travel may be, for example, along the clockwise direction for the protrusions and counterclockwise for the hole portions, but is not limited thereto .

이를 테면, 단계 4011a과 같이 탐지된 벽면이 +X 방향에만 존재하는 1형일 경우에, 단계 4011b의 단계로 진행하여 +Y 방향으로 탐침을 1 스텝 이동하고, 이어 단계 4011c로 이동하여 그 위치 정보를 제2변수에 저장한 다음, 이동한 지점에서 도 3에 도시한 벽면 유무 체크 과정을 수행하고 그 결과를 제1변수에 저장한다(단계 4032).For example, if the wall surface detected in step 4011a is a 1-type wall existing only in the + X direction, the flow advances to step 4011b to move the probe in the + Y direction by one step, then to step 4011c, And then stores the result in the first variable (step 4032). The process then proceeds to step 4032. In step 4032,

탐지된 벽면이 +X 방향에만 존재하는 것이 아닐 경우, 단계 4012a로 진행하여 탐지된 벽면이 +Y 방향에만 존재(2형)하는지 여부를 판단한다. +Y 방향에만 벽면이 존재하는 경우, 단계 4012b로 진행하여 정해진 방향, 즉 -X 방향으로 탐침을 1 스텝 이동하고, 이어 단계 4012c로 진행하여 그 위치 정보를 제2변수에 저장한 다음, 이동한 지점에서 도 3에 도시한 벽면 유무 체크 과정을 수행하고, 그 결과를 제1변수에 저장한다(단계 4032).If the detected wall surface does not exist only in the + X direction, the process proceeds to step 4012a and determines whether the detected wall surface exists only in the + Y direction (type 2). If the wall exists only in the + Y direction, the flow advances to step 4012b to move the probe in the predetermined direction, that is, the -X direction by one step. Then, the flow advances to step 4012c to store the position information in the second variable, 3, and stores the result in the first variable (step 4032).

이와 같은 방식으로 탐지된 벽면이 1형 내지 14형 중 어느 유형에 속하는지에 따라 정해진 방향으로 탐침을 1 스텝 이동하고, 또한 그 위치에서 다시 도 3에 도시한 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향 각각에 벽면이 존재하는지를 체크하는 과정을 수행하고, 그 결과를 제1변수에 기록한다.The probe is moved by one step in a predetermined direction according to which type of the wall surface detected in this manner belongs to the type 1 to 14, and at that position, + X, + Y, -X and - Y in the four directions, and records the result in the first variable.

탐지된 벽면의 유형과 그에 따른 스텝 이동 진행 방향에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 1형은 +X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 +Y 방향이다. 2형은 +Y 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 -X 방향이다. 3형은 -X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 -Y 방향이다. 4형은 -Y 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 +X 방향이다. 5형은 +X와 +Y 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 -X 방향이다. 6형은 -X와 +X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 -Y 방향이다. 7형은 -X와 +Y 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 -Y 방향이다. 8형은 -Y와 -X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 +X 방향이다. 9형은 -Y와 +X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 +Y 방향이다. 10형은 -Y와 +Y 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 +X 방향이다. 11형은 -X, +Y 및 +X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 -Y 방향이다. 12형은 -Y, +Y, 및 +X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 -X 방향이다. 13형은 -Y, -X 및 +X 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 +Y 방향이다. 14형은 -Y, -X, 및 +Y 방향에만 벽면이 존재하며 이동방향은 +X 방향이다.The type of the detected wall surface and the step movement progression direction will be described with reference to the drawings. Type 1 has a wall surface in the + X direction only and a moving direction is the + Y direction. Type 2 has a wall surface only in the + Y direction, and the moving direction is the -X direction. In Type 3, the wall exists only in the -X direction, and the moving direction is the -Y direction. Type 4 has a wall only in the -Y direction and the moving direction is the + X direction. Type 5 has a wall surface only in the + X and + Y directions and the moving direction is the -X direction. In the case of the 6 type, the wall exists only in the -X and + X directions and the moving direction is the -Y direction. Type 7 has a wall surface only in the -X and + Y directions, and the moving direction is the -Y direction. In the case of the 8 type, the wall exists only in the -Y and -X directions, and the moving direction is the + X direction. Type 9 has a wall only in the -Y and + X directions and the moving direction is the + Y direction. 10 type has a wall surface only in the -Y and + Y directions and the moving direction is the + X direction. In Type 11, wall faces exist only in the -X, + Y, and + X directions, and the moving direction is the -Y direction. Type 12 has walls only in the -Y, + Y, and + X directions, and the moving direction is the -X direction. In the case of 13 type, the wall exists only in the -Y, -X, and + X directions, and the moving direction is the + Y direction. Type 14 has wall surfaces only in the -Y, -X, and + Y directions, and the moving direction is the + X direction.

탐지된 벽면의 유형은 상술한 바와 같이 1형 내지 14형을 포함할 수 있고, 각 유형에 대하여 탐침의 이동방향이 정해진다.The type of the detected wall surface may include 1 to 14 types as described above, and the direction of movement of the probe is determined for each type.

탐지된 벽면의 유형이 전혀 존재하지 않는 경우에 도 7에 도시된 단계 4025로 진행하여 저장된 이전 제2변수를 읽어 들인 후, 단계 4026a 내지 단계 4029a를 진행한다. 이 경우는 탐지된 벽면이 없을 경우이며, 소위 탐침이 길을 잃었다고 할 수 있다. 이때는 이전에 기록된 제2변수에서 가장 가까운 벽면을 찾아 가는 것이다.If there is no type of detected wall surface, the flow advances to step 4025 shown in FIG. 7 to read the previously stored second variable, and then proceeds from step 4026a to step 4029a. In this case, there is no detected wall, and so-called probe is lost. In this case, the closest wall surface is searched for in the second parameter recorded previously.

이를 위해서 도 7에 도시한 바와 같이 먼저 단계 4026a로 진행하여 이전에 +X 방향에 벽면이 존재하는지 여부를 판단하고, 존재할 경우 단계 4026b로 진행하여 +X 방향으로 탐침을 1 스텝 이동한다. For this purpose, as shown in FIG. 7, first, in step 4026a, it is determined whether a wall exists in the + X direction. If there is a wall in the + X direction, the flow advances to step 4026b to move the probe in the + X direction by one step.

이런 식으로 단계 4026a 내지 단계 4029a에서 이전 기록이 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향 중 어느 방향에 벽면이 있었는지를 파악한 후, 그와 연결된 다음 단계(단계 4026b 내지 단계 4029b) 중의 하나로 진행하여 직전에 벽면이 있던 방향으로 탐침을 1 스텝 이동한다. 이어, 단계 4032로 진행하여 도 3에 도시한 벽면 유무 체크 과정을 수행한다.In this manner, in steps 4026a to 4029a, it is determined which direction the previous recording has in the four directions of + X, + Y, -X, and -Y and then the next step (step 4026b to step 4029b) And moves the probe one step in the direction in which the wall surface was immediately before. Then, the process proceeds to step 4032 to perform the wall surface existence checking process shown in FIG.

만일, +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향 모두에 벽면이 없는 경우 단계 4030으로 진행하여 3차원 구조에 관한 해당 XY면에 대하여 완전한 스캔이 완료되었는지 여부를 판단한다. 이는 해당 3차원 구조의 벽면을 처음 발견한 지점으로 복귀하였을 때일 수 있다.If there are no walls in all four directions + X, + Y, -X, and -Y, the process proceeds to step 4030 to determine whether complete scanning has been completed for the corresponding XY plane for the three-dimensional structure. This may be the time when the wall surface of the corresponding three-dimensional structure is returned to the point where it is first found.

만일, 단계 4030에서 해당 XY면에 대하여 완전한 스캔이 완료되지 않았다고 판단되면, 단계 4032로 복귀하여 벽면 유무 체크 과정을 수행하게 된다. 해당 XY면에 대하여 완전한 스캔이 완료되었을 경우에는 단계 4031로 진행하여 +Z 방향으로 탐침을 1 스텝 이동하여 새로운 XY면에 대하여 스캔을 시작하게 된다.If it is determined in step 4030 that the complete scan for the corresponding XY plane is not completed, the process returns to step 4032 to perform the wall surface existence checking process. If complete scan has been completed for the XY plane, the process advances to step 4031 to move the probe in the + Z direction by one step to start scanning for a new XY plane.

도 8은 본 발명의 방법에 따른 알고리즘과 기존의 알고리즘을 이용하여 시행된 시뮬레이션 결과물을 보여준다. 도 8에서 좌측 상부가 기존 알고리즘을 이용한 결과물이고, 우측 상부가 본 발명의 방법에 따른 알고리즘을 이용한 결과물이다. 하부에 배치된 형상물에 대하여 위 2가지 알고리즘을 이용하여 스캔 시뮬레이션을 하였으며, 밝은 부위는 돌출부를 나타내고 어두운 부분은 홀부를 나타낸다.FIG. 8 shows simulation results of an algorithm according to the method of the present invention and an existing algorithm. In FIG. 8, the upper left part is the result using the existing algorithm, and the upper right part is the result using the algorithm according to the method of the present invention. For the objects placed at the bottom, scan simulation was performed using the above two algorithms. The bright part represents the protrusion and the dark part represents the hole part.

도 8에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 알고리즘을 이용한 테스트 결과물이 매우 정확하게 원형을 반영하였다.As can be seen from FIG. 8, the test result using the algorithm according to the present invention very accurately reflects the original shape.

본 발명에 따르면, 우선 4방향에 대하여 벽면의 유무를 체크하고 그 결과를 제1변수에 저장한다. 만일 벽면이 어느 방향에서 탐지되었다면, 탐침은 홀에 대해서는 반시계방향 그리고 돌출부에 대해서는 시계방향의 회전을 수행하도록 이동하게 될 수 있다. 각각의 스텝 이동은 제2변수에 저장된다. 탐침이 아무런 벽도 탐지하지 못한 경우, 제2변수로부터 이전 값을 읽어 들여서 이전 벽면(가장 가까운 벽면)이 있던 방향으로 탐침이 이동한다.According to the present invention, the presence or absence of a wall surface is first checked for four directions, and the result is stored in the first variable. If the wall surface is detected in either direction, the probe may be moved to perform a counterclockwise rotation for the hole and a clockwise rotation for the protrusion. Each step movement is stored in a second variable. If the probe fails to detect any wall, the probe moves to the direction of the previous wall (nearest wall surface) by reading the previous value from the second variable.

도 9는 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에 따른 알고리즘을 이용한 홀부에 대한 스캔 시뮬레이션 결과를 보여준다.FIG. 9 shows scan simulation results for a hole portion using an algorithm according to the three-dimensional scanning method using the AFM of the present invention.

도면에서 밝은 부분은 돌출부를 나타내고, 어두운 부분은 홀부를 나타낸다. 탐침이 중앙 부분에서 스캔을 시작하여 X축 방향으로 이동하여 벽면을 탐지한다. 일단 벽면이 탐지되고 나면, 홀의 둘레면을 따라 반시계방향으로 회전을 수행한다. 1회전이 완료되면, Z축 방향으로 1 스텝 이동한 후 다시 새로운 스캔을 위해 홀 둘레면을 따라 회전한다. 이러한 과정은 탐침이 홀부를 벗어날 때까지 계속된다.In the drawing, a bright portion represents a protrusion and a dark portion represents a hole portion. The probe starts scanning at the center and moves in the X-axis direction to detect the wall. Once the wall surface is detected, rotation is performed counterclockwise along the circumference of the hole. When one rotation is completed, it moves one step in the Z-axis direction and then rotates along the hole circumference for a new scan. This process continues until the probe leaves the hole.

도 10과 11은 본 발명의 스캔 방법에 따른 알고리즘을 이용하여 수행한 돌출부에 대한 스캔 시뮬레이션 결과를 보여준다. 도시한 바와 같이 돌출부에 대하여는 시계방향의 회전을 수행하면서 거의 완벽한 스캔 결과를 보여주었다.10 and 11 show scan simulation results for protrusions performed using an algorithm according to the scanning method of the present invention. As shown in the figure, the projections were rotated in a clockwise direction and showed almost complete scan results.

도 12는 본 발명의 방법 따라 스캔된 AAO(Anodized Aluminum Oxide) 샘플의 이미지와 그 결과를 보여준다. 샘플은 표면에 홀부와 돌출부를 가지는 것으로, 원으로 표시(밝은 부위)된 부위(돌출부)를 스캔 하기 위해, 스텝 사이즈를 x축과 y축 각각 20nm로 하였다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 돌출부 스캔을 위한 회전이 잘 완료되었음을 보여준다.12 shows an image of AAO (Anodized Aluminum Oxide) samples scanned according to the method of the present invention and the results thereof. The sample had a hole portion and a projection portion on the surface, and the step size was set to 20 nm for each of the x-axis and the y-axis in order to scan a portion (projection portion) indicated by a circle (bright region). As can be seen in the figure, the rotation for the protrusion scan is well completed.

도 13은 본 발명의 방법에 따라 스캔된 AAO 샘플의 이미지와 그 결과를 보여준다. 도 13에서는 2㎛ * 2㎛의 스캔 영역을 보여주며, 여기서는 3.8nm의 스텝 사이즈를 이용하여 돌출부를 스캔하였다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 도 13에서의 예가 보다 더 명확하고 세밀한 정보를 얻을 수 있다는 것을 보여준다.13 shows an image of the AAO sample scanned according to the method of the present invention and the result thereof. In Fig. 13, a scan area of 2 mu m * 2 mu m is shown. In this example, protrusions were scanned using a step size of 3.8 nm. As can be seen in the figure, the example in Fig. 13 shows that more clear and detailed information can be obtained.

도 14는 본 발명의 방법에 따라 스캔된 AAO 샘플의 이미지와 그 결과를 보여준다. 도 14에서는 홀부에 대한 2㎛ * 2㎛의 스캔 영역을 나타낸다. 홀에 탐침을 삽입시킨 후 진폭을 모니터링하면서 가능한 바닥에 근접하도록 하였다. 탐침이 바닥에 도달한 이후에 스캔 동작이 개시되었다. 우측도면에서 보여지는 바와 같이, 3.8nm에 이르는 작은 스텝 사이즈를 이용한 스캔을 통하여, 홀부의 내측 라인 프로파일을 확인할 수 있었다.14 shows an image of the AAO sample scanned according to the method of the present invention and the result thereof. In Fig. 14, a scan area of 2 mu m * 2 mu m with respect to the hole portion is shown. After inserting the probe into the hole, the amplitude was monitored to make it as close to the bottom as possible. The scan operation was initiated after the probe reached the bottom. As shown in the right figure, the inner line profile of the hole portion was confirmed by scanning using a small step size of 3.8 nm.

도 15과 도 16은 본 발명의 방법에 따라 스캔된 AAO 샘플의 이미지와 그 결과물로서, 3.8nm 스텝 사이즈를 이용하여 돌출부를 각각 다른 높이로 2회전 스캔한 것과 3회전 스캔한 것의 결과를 보여준다.FIGS. 15 and 16 illustrate the results of an AAO sample scanned in accordance with the method of the present invention and a result of two rotations and three rotations of the projections at different heights, using a 3.8 nm step size.

도 17은 도 15의 2회전 스캔의 결과물에 대한 측면도이다. 홀부에 탐침을 삽입하여 다른 높이로 내부 벽면을 따라 돌면서 2회전하여 얻어진 결과를 3차원으로 나타낸 도면이다.17 is a side view of the result of the two-rotation scan of FIG. 3 is a diagram showing the results obtained by inserting a probe in a hole portion and rotating two times while rotating along an inner wall surface at another height.

도 18은 본 발명의 AFM을 이용한 3차원 스캔 방법에 따라 비아홀의 내부 구조를 스캔한 결과를 보여준다. +Z 방향으로 1 스텝(1.316nm)씩 이동하였다. 0.01V의 스텝일 때 Z값은 -4.49 V에서 -4.38 V로 변경되었으며, 총 12회전의 스캔이 성공적으로 수행되었다.FIG. 18 shows a result of scanning the internal structure of a via hole according to the three-dimensional scanning method using the AFM of the present invention. And moved by one step (1.316 nm) in the + Z direction. At the step of 0.01V, the Z value was changed from -4.49 V to -4.38 V, and a total of 12 rotations were successfully performed.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

Claims

AFM을 이용한 3차원 스캔 방법으로서:
(Ⅰ) 3차원 구조의 벽면이 발견될 때까지 XY면 상에서 일방향으로 탐침을 이동시키는 과정; 및
(Ⅱ) 벽면이 발견되면 해당 3차원 구조의 벽면을 따라 탐침을 스텝 이동시키면서 형상을 스캔하는 과정;을 포함하고,
상기 스텝 이동마다 해당 지점에서 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향으로 1 스텝 전후진하여 탐침의 벽면 터치 유무로 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향에 대한 3차원 구조의 벽면 유무를 체크한 후, 체크된 3차원 구조의 벽면의 유형에 따라 XY면 상의 정해진 방향으로 탐침을 이동시키고, 상기 3차원 구조의 발견 지점으로 탐침이 복귀한 후 탐침을 Z방향으로 스텝 이동시킨 후 상기 과정 (Ⅱ)를 수행하는 것인, AFM을 이용한 3차원 스캔 방법.
As a three-dimensional scanning method using AFM:
(I) The process of moving the probe in one direction on the XY plane until the wall of the 3D structure is found; And
(II) scanning the shape while stepwise moving the probe along a wall surface of the three-dimensional structure when a wall surface is found,
In each of the above stepwise movements, it advances one step in the four directions of + X, + Y, -X, and -Y at the corresponding point and moves forward or backward in the directions of + 3, + Y, -X, and -Y Dimensional structure of the three-dimensional structure, and then moves the probe in a predetermined direction on the XY plane according to the type of the wall surface of the checked three-dimensional structure. After the probe returns to the detection point of the three-dimensional structure, And performing the step (II) after performing step movement.

청구항 1에 있어서,
상기 벽면 유무를 체크한 후 벽면이 없는 방향으로 상기 탐침을 스텝 이동시키는 것인, AFM을 이용한 3차원 스캔 방법.
The method according to claim 1,
And the probe is moved stepwise in the direction in which the wall surface does not exist after checking the presence or absence of the wall surface.

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청구항 2에 있어서,
상기 탐침의 스텝 이동은 시계방향 및 반시계방향 중 어느 하나로 수행하는 것인, AFM을 이용한 3차원 스캔 방법.
The method of claim 2,
Wherein the step movement of the probe is performed in one of a clockwise direction and a counterclockwise direction.

청구항 2에 있어서,
상기 벽면 유무 체크 시에 +X, +Y, -X 및 -Y의 4방향에서 모두 벽면이 없는 경우에는 이전에 스캔하여 기록된 벽면 중 가장 가까운 벽면을 찾아가는 것인, AFM을 이용한 3차원 스캔 방법.
The method of claim 2,
Dimensional scanning method using an AFM, wherein when no wall surface exists in all four directions of + X, + Y, -X, and -Y at the time of checking the existence of the wall surface, the closest wall surface among the previously scanned and recorded wall surfaces is searched .

청구항 2에 있어서,
상기 벽면 유무의 체크 후 다음 표에 의하여,

탐침의 이동 방향을 결정하여 이동시키는 것인, AFM을 이용한 3차원 스캔 방법.
The method of claim 2,
After checking the existence of the wall surface, according to the following table,

Wherein the moving direction of the probe is determined and moved.

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