JP4080933B2 - Probe position correction method - Google Patents
Probe position correction method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4080933B2 JP4080933B2 JP2003099183A JP2003099183A JP4080933B2 JP 4080933 B2 JP4080933 B2 JP 4080933B2 JP 2003099183 A JP2003099183 A JP 2003099183A JP 2003099183 A JP2003099183 A JP 2003099183A JP 4080933 B2 JP4080933 B2 JP 4080933B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- cross
- scanning
- sectional shape
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡のプローブ位置を補正するプローブ位置補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は従来の走査型プローブ顕微鏡(SPM)の一つである原子間力顕微鏡(AFM)の概略図であり、カンチレバー901、カンチレバーのたわみ検出器902、XYZトランスレータ903、試料904、試料ステージ905、コントローラ906、コンピュータ907からなる。
【0003】
AFMにはXYZトランスレータでカンチレバーを走査するカンチレバースキャン方式と、試料を走査する試料スキャン方式がある。図9はXYZトランスレータ903でカンチレバー901を走査するカンチレバースキャン方式である。
【0004】
従来のAFMにおいては、XYZトランスレータ903の下端に取り付けられたカンチレバー901の先端にある先鋭化されたプローブを、試料ステージ905上の試料904へ接触させ、XYZトランスレータ903で試料をX−Y面内に走査する。このとき、カンチレバーのたわみをたわみ検出器902でモニターし一定のたわみになるようにコントローラ906がフィードバック制御を行いXYZトランスレータ903でカンチレバー901のZ方向の位置を調節する。試料表面上の各位置での調節量をコンピュータ907で画面上にマッピングすることによって試料表面の微細な構造を観察することができる。
【0005】
また、SPMの分野において、検出探針と試料表面間を高精度に位置決めしながら試料表面を高精度に走査する微動機構が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。ここで、SPMは図10に示すように、チューブ型圧電体1006の内側と外側に電極1008および1007を形成したものを用いている。図10の(a)はXY走査用トランスレータ、(b)はZ方向の位置制御用トランスレータである。図10の(a)において、外側電極1007は4分割されている。それぞれ向かい合う外側電極1007に符号の異なる電圧を印加すると圧電体1006は湾曲し、これによってXY面内の走査を行う。図10の(b)において、外側電極1007は内側電極1008と同様に圧電体1006全体を覆っている。外側電極1007と内側電極1008に電圧を印加すると圧電体1006はZ方向に伸縮する。これにより、カンチレバーと試料間の距離を調節する。
【0006】
実際には、図10の(a)に示した構成でXYZすべての機能を実現することも可能であり、XY用電極、Z用電極を分離する場合でも、1本のチューブ型圧電体にXYZの電極を形成したものと、XY用電極を形成した圧電体と、Z用電極を形成した圧電体を連結したものとがある。
【0007】
【特許文献1】
特開平2−81487号公報(第2−3頁、第1図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題について、チューブ型圧電体を例として、図11、図12および13に基づいて説明する。
【0009】
図11(a)はチューブ型のZトランスレータの概略図であり、図11の(b)はその断面図である。図11において、カンチレバー1101、外側電極1102、内側電極1103、チューブ型圧電体1104である。チューブ型圧電体1104は、円柱型の圧電体の中心を機械加工でくりぬいて作製する。このため、機械加工時の精度不足により穴の中心位置がずれ、図11(b)に示すように圧電体の厚さに偏りが生じる。その結果、電圧に対する伸縮量が異なるため、圧電体1104は、まっすぐに伸縮せず、図12に示すように湾曲する。図12では、X方向に厚さの偏りがある場合を示している。図12において、外側電極1202、内側電極1203、圧電体1204、電圧印加しない場合のカンチレバーのZ方向の位置1205、電圧印加しない場合のカンチレバーのX方向の位置1207、電圧印加により伸張した場合のカンチレバーのZ方向の位置1206、電圧印加により伸張した場合のカンチレバーのX方向の位置1208を示している。
【0010】
Zトランスレータを駆動する場合、内側電極1203と外側電極1202に電圧を印加するが、圧電体が薄い側では電場が強くなるため伸張量が大きく、厚い側では電場が弱くなるため伸張量が小さくなる。その結果、図12に示すようにカンチレバー1201がZ方向にΔz変位するのにともなって、X方向の変位Δxも生じてしまう。Z方向に変位ΔzとX方向の変位Δxとの比Δx/Δzが大きいと特に、試料の断面計測において誤差が大きくなってしまう。
【0011】
図13は凹凸パターンを持った試料の断面の概略図であり、実際のパターン形状1301、図11および図12に示したチューブ型圧電体による計測結果から得られる形状1302を示す。図に示すように、圧電体がX方向に湾曲しながらZ方向に伸縮するため断面形状を正確に計測することができない。
【0012】
以上発明が解決しようとする課題についてチューブ型圧電体を例として説明を行ったが、チューブ型圧電体に限らず、走査型プローブ顕微鏡に搭載されるすべてのスキャナに同様の課題が生じる。そして、本発明は、プローブがZ方向に移動するのにともなって生じるXY面内のプローブの移動による誤差を補正し、高精度な観察像を得るためのプローブ位置補正方法を提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決する本発明の第1の態様は、試料表面を、試料表面にほぼ平行な第一の走査軸と、試料表面にほぼ平行かつ第一の走査軸に垂直な第二の走査軸からなる平面内を微少なプローブでラスタ走査をすると同時に、試料表面の凹凸に沿うようにプローブを第一の走査軸および第二の走査軸双方に垂直な第三の走査軸方向に、相対的に移動させることによって試料表面の微小な構造を観察する走査型プローブ顕微鏡のプローブ位置を補正するプローブ位置補正方法であり、第三の走査軸方向へのプローブの移動にともなって生じるプローブの平面の面内方向への移動量を測定する段階と、移動量を測定する段階において得られた移動量に基づきプローブ位置を補正する段階を含むことを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0014】
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、変位計測器によって移動量を測定することを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0015】
また、本発明の第3の態様は、第1の態様において、移動量を測定する段階が、断面形状が既知の凹凸パターンを有する試料を測定し観察像を得る段階と、観察像から得られる平面に対して垂直な断面像を得る段階と、断面像と凹凸パターンの断面形状とを比較する段階からなることを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0016】
また、本発明の第4の態様は、第3の態様において、断面像と断面形状とを比較する段階が、断面像から断面形状を表す関数を求める段階と、関数と凹凸パターンの断面形状を表す関数とを比較する段階からなることを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0017】
また、本発明の第5の態様は、第3の態様において、断面像と断面形状とを比較する段階が、断面像から側壁角度を求める段階と、側壁角度と凹凸パターンの側壁角度を比較する段階からなることを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0018】
また、本発明の第6の態様は、第3の態様において、断面像と断面形状とを比較する段階は、断面像および凹凸パターンの断面形状の同一の高さにおける傾きを比較することを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0019】
また、本発明の第7の態様は、第3の態様において、前記断面像と前記断面形状とを比較する段階は,前記断面像および前記凹凸パターンの断面形状の同一の高さにおける任意の基準点からの距離を比較することを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0020】
また、本発明の第8の態様は、第2の態様において、前記変位計測手段は、光学的変化、電気的変化、磁気的変化、力学的変化の少なくとも一つを利用した変位センサーであることを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0021】
また、本発明の第9の態様は、第1の態様において、プローブ位置を補正する段階で、移動量に基づいて、試料の観察像を構成する画素の座標を補正することを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0022】
また、本発明の第10の態様は、第1の態様において、プローブ位置を補正する段階で、観察像を得るとともに移動量を補正するように、第一の走査軸方向および第二の走査軸方向へプローブを移動させることを特徴とするプローブ位置補正方法にある。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、試料表面に対しほぼ平行かつ互いに垂直な座標軸をX軸およびY軸とし、その双方に対し垂直な座標軸をZ軸とする。
【0024】
図1は、本発明に関わる位置補正方法のフローチャートである。まず、プローブがZ軸方向へ相対的に移動する際に、プローブの軌跡が完全には直線でないために生じる、XY平面内の移動量を測定する。次に測定されたプローブのXY面内方向の移動量に基づきプローブ位置を補正する。これによってプローブのXY面内方向への移動による影響を取り除いた高精度な観察像を得ることができる。
【0025】
次に移動量を測定する段階について説明する。まず、XY面内の移動量を測定する段階において、その移動量の測定は、変位計測器による直接測定と、試料を測定することによって移動量を求める間接測定がある。直接測定においては、変位計測器は光干渉方式、静電容量方式等、その方式によらず用いることができる。
【0026】
図2は、プローブのXY方向への移動量を測定する段階における間接測定方式のフローチャートである。まず、走査型プローブ顕微鏡によって断面形状が既知のパターンを有する試料の観察像を取得する。
【0027】
次に、観察像から断面像を得る。図3は、観察像の断面形状と凹凸パターンの断面形状を示している。301は凹凸パターンの断面形状、302は凹凸パターンの観察像から得た断面形状である。いずれもX軸方向の断面形状である。図3に示したように、断面形状を比較することで移動量Δxを求めることができる。
【0028】
次に、断面形状を比較する段階について説明する。図4はX方向の断面を示している。401は断面形状が既知の凹凸パターンの断面形状、402は凹凸パターンの観察像から得られた断面形状である。断面形状402を表す関数g(x)を求め、断面形状401を表す関数f(x)と比較する。これによって、任意の高さでの移動量Δxを容易に求めることができる。
【0029】
図5は凹凸パターンおよびその観察像のX方向の断面を示しており、501は凹凸パターンの断面形状、502は観察像から得た断面形状である。凹凸パターンは断面形状が既知であり、側壁角度がαである。このように、側壁角度が既知の凹凸パターンを測定し、観察像から得られる側壁角度βと凹凸パターンの側壁角度αとを比較することによって移動量Δxを求めることができる。ここで、側壁角度が既知の試料例として、シリコンの異方性エッチングによって形成された、側壁角度約55度のパターンがある。
【0030】
図6は凹凸パターンおよびその観察像のX方向の断面を示しており、601は凹凸パターンの断面形状、602は観察像から得た断面形状である。図に示すように断面形状601および602において、同一の高さzにおける傾きΔx1/ΔzおよびΔx2/Δzを比較することによりプローブの移動量Δxを求めることができる。
【0031】
図7は凹凸パターンおよびその観察像のX方向の断面を示しており、701は凹凸パターンの断面形状、702は観察像から得た断面形状である。703は高さzの断面形状701上の点であり、704は観察像を構成する画素である。画素704は断面形状701上の点703に対応し、その座標は(x1、z)となるはずであるが、プローブがZ方向の移動に伴ってXY面内に移動するために、画素704の座標は(x2、z)となる。ここで、すでに述べた方法で求めた移動量Δxに基づいて補正を行うと画素704の正しい座標を得ることができ、画素704をサンプリングした時のプローブの位置を補正することができる。ここでは、説明のため一つの画素について述べたが、観察像を構成する全ての画素に対して補正を行うことは言うまでもない。
【0032】
図8はXY走査用チューブアクチュエータとZ駆動用チューブアクチュエータを組み合わせたスキャナを示している。801はXY走査用チューブアクチュエータ、802はZ駆動用チューブアクチュエータ、803はX走査用電極、804はY走査用電極、805はチューブ型圧電体、806は共通電極、807はZ駆動用電極、808はカンチレバー、809はプローブである。Z駆動用チューブアクチュエータ802の伸張に伴ってプローブの変位Δxが生じるが、すでに述べたような方法でΔxを求め、XY走査用チューブアクチュエータを制御して、プローブを反対方向へΔx移動させる。これによって、プローブの位置を補正することができる。ここでは、チューブ型アクチュエータを例に説明を行ったが、アクチュエータはこれに限らず、XYZ、3つの軸を持ったすべてのアクチュエータに対しても同等の効果がある。
【0033】
また、Z駆動用アクチュエータとしてアクチュエータ801と同じアクチュエータを用いて、電極803および804に印加する電圧を制御することで変位Δxを補正することができる。ここで、アクチュエータ801の電極は4分割となっているが電極が2つ以上あれば、変位Δxの補正は可能である。
【0034】
以上、本実施の形態においては、説明のため、プロ−ブの位置補正について主に、X軸方向に関して述べたが、Y軸方向に関しても同様に行う。また、これによって、移動量だけでなく移動方向も求めることができる。
【0035】
また、凹凸パターンは側壁の角度がプローブの側壁と試料表面とのなす角より小さく、プローブの先端以外が試料表面に接触しないようなものが望ましい。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プローブのZ軸方向の移動に伴って生じるXY面内のプローブの移動によるプローブの位置ずれを補正することができる。
【0037】
また、本発明によれば、変位計測器によって、プローブの移動量を測定することにより、高精度にプローブの位置を補正することができる。
【0038】
また、本発明によれば、断面形状が既知の凹凸パターンを有する試料を測定してえられる観察像から試料平面に対して垂直な断面像を生成し、凹凸パターンの断面形状とを比較することによってプローブの移動量を求めることができ、このようにすることで、変位センサー等の外部装置を用いることなく、簡便にプローブの移動量を測定することができる。
【0039】
また、本発明によれば、断面像と断面形状とを比較する段階において、断面像から断面形状を表す関数を求める段階と、関数と、凹凸パターンの断面形状を表す関数とを比較することで、プローブのZ方向の移動量に対するプローブのXY面内の移動量の詳細な変化を求めることができる。
【0040】
また、本発明によれば、観察像から得られた断面像における側壁角度を測定し、凹凸パターンの側壁角度とを比較することで、容易にプローブのXY面内の移動量を求めることができる。
【0041】
また、本発明によれば、観察像から得られた断面像と凹凸パターンの断面形状の同一の高さにおける傾きを比較することで、側壁が平面でない凹凸パターンを用いても、簡単にプローブのXY面内の移動量を求めることができる。
【0042】
また、本発明によれば、すでに述べたような方法で求めたプローブのXY面内の移動量に基づいて観察像を構成する画素の座標を補正する。このようにすることで、容易にプローブの位置補正を行うことができ、試料に対して正確な観察像を得ることができる。
【0043】
また、本発明によれば、観察像を得ると同時にプローブのXY面内の移動を補正するようにプローブを移動させることで、リアルタイムでプローブの位置補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わるプローブ位置補正方法のフローチャートである。
【図2】本発明に関わるプローブのXY面内の移動量測定のフローチャートである。
【図3】本発明に関わるプローブのXY面内の移動量測定に関する説明図である。
【図4】本発明に関わるプローブのXY面内の移動量測定に関する説明図である。
【図5】本発明に関わるプローブのXY面内の移動量測定に関する説明図である。
【図6】本発明に関わるプローブのXY面内の移動量測定に関する説明図である。
【図7】本発明に関わるプローブの位置補正方法に関する説明図である。
【図8】本発明に関わるプローブの位置補正方法に関する説明図である。
【図9】図9は、従来の走査型プローブ顕微鏡の一つである原子間力顕微鏡の概略図である。
【図10】図10は、チューブ型のXYZトランスレータを示す模式図である。
【図11】図11は、チューブ型のZトランスレータを示す模式図である。
【図12】図12は、X方向に厚さの偏りがあるチューブ型のZトランスレータを示す模式図である。
【図13】図13は、凹凸パターンを持った試料の断面を示す概略図である。
【符号の説明】
301 凹凸パターンの断面形状
302 観察像から得られる断面形状
401 凹凸パターンの断面形状
402 観察像から得られる断面形状
501 凹凸パターンの断面形状
502 観察像から得られる断面形状
601 凹凸パターンの断面形状
602 観察像から得られる断面形状
701 凹凸パターンの断面形状
702 観察像から得られる断面形状
703 凹凸パターン上の高さzの点
704 観察像を構成する画素
801 XY走査用チューブ型アクチュエータ
802 Z駆動用チューブ型アクチュエータ
803 X走査用電極
804 Y走査用電極
805 チューブ型圧電体
806 共通電極
807 Z駆動用電極
808 カンチレバー
809 プローブ
901 カンチレバー
902 たわみ検出器
903 XYZトランスレータ
904 試料
905 試料代
906 コントローラ
907 コンピュータ
1006 チューブ型圧電体
1007 電極
1008 電極
1101 カンチレバー
1102 外側電極
1103 内側電極
1104 チューブ型圧電体
1201 カンチレバー
1202 外側電極
1203 内側電極
1204 チューブ型圧電体
1205 電圧印加しない場合のカンチレバーのZ方向の位置
1206 電圧印加により伸張した場合のカンチレバーのZ方向の位置
1207 電圧印加しない場合のカンチレバーのX方向の位置
1208 電圧印加により伸張した場合のカンチレバーのX方向の位置
1301 凹凸パターンの断面形状
1302 計測結果から得られる断面形状[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a probe position correction how to correct the probe position of the scanning probe microscope.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 is a schematic diagram of an atomic force microscope (AFM), which is one of conventional scanning probe microscopes (SPM), and
[0003]
The AFM includes a cantilever scan system that scans a cantilever with an XYZ translator and a sample scan system that scans a sample. FIG. 9 shows a cantilever scanning method in which the XYZ
[0004]
In the conventional AFM, the sharpened probe at the tip of the
[0005]
In the field of SPM, a fine movement mechanism is disclosed that scans a sample surface with high accuracy while positioning the detection probe and the sample surface with high accuracy (see, for example, Patent Document 1). Here, as shown in FIG. 10, the SPM uses a tube-type
[0006]
Actually, it is possible to realize all the functions of XYZ with the configuration shown in FIG. 10A, and even when the XY electrode and the Z electrode are separated, one tube type piezoelectric body is combined with XYZ. There are a type in which the electrode is formed, a piezoelectric body in which the XY electrode is formed, and a piezoelectric body in which the Z electrode is formed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2-81487 (page 2-3, FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention will be described with reference to FIGS. 11, 12 and 13 by taking a tube type piezoelectric body as an example.
[0009]
FIG. 11A is a schematic view of a tube-type Z translator, and FIG. 11B is a sectional view thereof. In FIG. 11, a
[0010]
When driving the Z translator, a voltage is applied to the
[0011]
FIG. 13 is a schematic view of a cross section of a sample having a concavo-convex pattern, showing an
[0012]
The problem to be solved by the present invention has been described by taking the tube-type piezoelectric body as an example, but the same problem arises not only in the tube-type piezoelectric body but also in all scanners mounted on the scanning probe microscope. It is another object of the present invention to provide a probe position correction method for correcting an error caused by the movement of the probe in the XY plane that occurs when the probe moves in the Z direction and obtaining a highly accurate observation image. It is what.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The first aspect of the present invention that solves the above-described problems includes a first scanning axis that is substantially parallel to the sample surface and a second surface that is substantially parallel to the sample surface and perpendicular to the first scanning axis. A raster scan is performed with a fine probe in the plane consisting of the scan axis of the sample, and at the same time, the probe is moved in the direction of the third scan axis perpendicular to both the first scan axis and the second scan axis so as to follow the unevenness of the sample surface. a probe position correcting how to correct the probe position of the scanning probe microscope for observing a minute structure of the sample surface by relatively moving, in accordance with the movement of the probe to a third scan axis What is claimed is: 1. A probe position correcting method comprising: measuring a moving amount of a probe in a plane direction in a plane; and correcting a probe position based on the moving amount obtained in the moving amount measuring step. is there
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the probe position correcting method according to the first aspect, wherein the movement amount is measured by a displacement measuring instrument.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the step of measuring the amount of movement is obtained from the step of measuring a sample having a concavo-convex pattern with a known cross-sectional shape to obtain an observation image, and the observation image. The probe position correcting method includes a step of obtaining a cross-sectional image perpendicular to the plane and a step of comparing the cross-sectional image and the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the step of comparing the cross-sectional image and the cross-sectional shape is a step of obtaining a function representing the cross-sectional shape from the cross-sectional image, and the cross-sectional shape of the function and the concavo-convex pattern is The probe position correcting method is characterized by comprising a step of comparing with a function to be expressed.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect, the step of comparing the cross-sectional image with the cross-sectional shape is a step of obtaining the side wall angle from the cross-sectional image, and the side wall angle is compared with the side wall angle of the concavo-convex pattern. The probe position correction method is characterized by comprising steps.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, in the third aspect, the step of comparing the cross-sectional image and the cross-sectional shape compares slopes at the same height of the cross-sectional image and the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern. The probe position correction method is as follows.
[0019]
Further, according to a seventh aspect of the present invention, in the third aspect, the step of comparing the cross-sectional image and the cross-sectional shape is an arbitrary reference at the same height of the cross-sectional image and the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern. The probe position correction method is characterized by comparing distances from points.
[0020]
According to an eighth aspect of the present invention, in the second aspect, the displacement measuring means is a displacement sensor using at least one of an optical change, an electrical change, a magnetic change, and a mechanical change. The probe position correction method is characterized by the following.
[0021]
According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect, in the step of correcting the probe position, the coordinates of the pixels constituting the observation image of the sample are corrected based on the movement amount. There is a position correction method.
[0022]
According to a tenth aspect of the present invention, in the first aspect, at the stage of correcting the probe position, the first scanning axis direction and the second scanning axis are set such that an observation image is obtained and the movement amount is corrected. A probe position correcting method is characterized in that the probe is moved in the direction.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the coordinate axes substantially parallel to the sample surface and perpendicular to each other are defined as the X axis and the Y axis, and the coordinate axes perpendicular to both are defined as the Z axis.
[0024]
FIG. 1 is a flowchart of a position correction method according to the present invention. First, when the probe moves relatively in the Z-axis direction, the amount of movement in the XY plane that occurs because the probe trajectory is not completely a straight line is measured. Next, the probe position is corrected based on the measured movement amount of the probe in the XY plane direction. As a result, it is possible to obtain a highly accurate observation image that eliminates the influence of the movement of the probe in the XY plane direction.
[0025]
Next, the step of measuring the movement amount will be described. First, in the stage of measuring the amount of movement in the XY plane, there are two types of measurement of the amount of movement: direct measurement by a displacement measuring instrument and indirect measurement in which the amount of movement is obtained by measuring a sample. In the direct measurement, the displacement measuring instrument can be used regardless of the method such as an optical interference method or a capacitance method.
[0026]
FIG. 2 is a flowchart of the indirect measurement method at the stage of measuring the amount of movement of the probe in the XY direction. First, an observation image of a sample having a pattern with a known cross-sectional shape is acquired by a scanning probe microscope.
[0027]
Next, a cross-sectional image is obtained from the observed image. FIG. 3 shows the cross-sectional shape of the observation image and the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern. 301 is a cross-sectional shape of the concavo-convex pattern, and 302 is a cross-sectional shape obtained from an observation image of the concavo-convex pattern. Both have a cross-sectional shape in the X-axis direction. As shown in FIG. 3, the movement amount Δx can be obtained by comparing the cross-sectional shapes.
[0028]
Next, the step of comparing cross-sectional shapes will be described. FIG. 4 shows a cross section in the X direction. 401 is a cross-sectional shape of a concavo-convex pattern having a known cross-sectional shape, and 402 is a cross-sectional shape obtained from an observation image of the concavo-convex pattern. A function g (x) representing the
[0029]
FIG. 5 shows a cross-section in the X direction of the concavo-convex pattern and its observation image, where 501 is the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern, and 502 is the cross-sectional shape obtained from the observation image. The concavo-convex pattern has a known cross-sectional shape and the side wall angle is α. As described above, the movement amount Δx can be obtained by measuring the concave / convex pattern having a known side wall angle and comparing the side wall angle β obtained from the observed image with the side wall angle α of the concave / convex pattern. Here, as an example of a sample whose sidewall angle is known, there is a pattern having a sidewall angle of about 55 degrees formed by anisotropic etching of silicon.
[0030]
FIG. 6 shows a cross-section in the X direction of the concavo-convex pattern and its observation image, 601 is the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern, and 602 is the cross-sectional shape obtained from the observation image. As shown in the drawing, in the
[0031]
FIG. 7 shows a cross section in the X direction of the concavo-convex pattern and its observation image, where 701 is the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern and 702 is the cross-sectional shape obtained from the observation image.
[0032]
FIG. 8 shows a scanner combining an XY scanning tube actuator and a Z driving tube actuator. 801 is an XY scanning tube actuator, 802 is a Z driving tube actuator, 803 is an X scanning electrode, 804 is a Y scanning electrode, 805 is a tube-type piezoelectric body, 806 is a common electrode, 807 is a Z driving electrode, 808 Is a cantilever, and 809 is a probe. As the Z
[0033]
Further, by using the same actuator as the
[0034]
As described above, in the present embodiment, for the purpose of explanation, the probe position correction has been described mainly with respect to the X-axis direction, but the same applies to the Y-axis direction. In addition, not only the moving amount but also the moving direction can be obtained.
[0035]
Further, it is desirable that the concave / convex pattern has a side wall angle smaller than the angle formed by the side wall of the probe and the sample surface, and the tip of the probe is not in contact with the sample surface.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to correct the positional deviation of the probe due to the movement of the probe in the XY plane caused by the movement of the probe in the Z-axis direction.
[0037]
Further, according to the present invention, the position of the probe can be corrected with high accuracy by measuring the amount of movement of the probe by the displacement measuring instrument.
[0038]
Further, according to the present invention, a cross-sectional image perpendicular to the sample plane is generated from an observation image obtained by measuring a sample having a concavo-convex pattern with a known cross-sectional shape, and the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern is compared. Thus, the amount of movement of the probe can be obtained, and in this way, the amount of movement of the probe can be easily measured without using an external device such as a displacement sensor.
[0039]
Further, according to the present invention, in the step of comparing the cross-sectional image and the cross-sectional shape, the step of obtaining the function representing the cross-sectional shape from the cross-sectional image, and the function and the function representing the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern are compared. A detailed change in the amount of movement of the probe in the XY plane with respect to the amount of movement of the probe in the Z direction can be obtained.
[0040]
Further, according to the present invention, the amount of movement of the probe in the XY plane can be easily obtained by measuring the side wall angle in the cross-sectional image obtained from the observation image and comparing the side wall angle with the concave-convex pattern. .
[0041]
Further, according to the present invention, by comparing the cross-sectional image obtained from the observed image and the inclination of the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern at the same height, even if the concavo-convex pattern having a non-planar side wall is used, The amount of movement in the XY plane can be obtained.
[0042]
Further, according to the present invention, the coordinates of the pixels constituting the observation image are corrected based on the movement amount of the probe in the XY plane obtained by the method as described above. By doing so, the position of the probe can be easily corrected, and an accurate observation image can be obtained for the sample.
[0043]
Further, according to the present invention, the position of the probe can be corrected in real time by moving the probe so as to correct the movement of the probe in the XY plane at the same time as obtaining an observation image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of a probe position correcting method according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for measuring the amount of movement of the probe in the XY plane according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram related to measurement of the amount of movement in the XY plane of a probe according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram relating to measurement of the amount of movement of the probe according to the present invention in the XY plane.
FIG. 5 is an explanatory diagram related to measurement of the amount of movement of the probe according to the present invention in the XY plane.
FIG. 6 is an explanatory diagram relating to measurement of the amount of movement of the probe according to the present invention in the XY plane.
FIG. 7 is an explanatory diagram relating to a probe position correcting method according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram relating to a probe position correcting method according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of an atomic force microscope which is one of conventional scanning probe microscopes.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a tube-type XYZ translator.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a tube-type Z translator.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a tube-type Z translator having a thickness deviation in the X direction.
FIG. 13 is a schematic view showing a cross section of a sample having a concavo-convex pattern.
[Explanation of symbols]
301 Cross-sectional shape of
Claims (18)
前記走査型プローブ顕微鏡は、
前記第三の走査軸方向に沿って配置された筒状の第一電極と、前記第一電極の外側に配置された筒状の第二電極と、前記第一電極と前記第二電極とにより狭持され、前記第一電極と前記第二電極とに電圧が印加されることにより前記第三の走査軸方向に前記プローブを移動する圧電体とを備える第三軸駆動部であり、前記平面において前記第一電極と前記 第二電極との距離のそれぞれが異なる大きさを有する前記第三軸駆動部と、
前記第一の走査軸方向及び前記第二の走査軸方向に前記プローブを移動する他軸駆動部とを備えており、
前記プローブの前記第三の走査軸方向の移動にともなって生じる前記プローブの前記平面内の移動量を測定する段階と、
前記移動量に基づき前記プローブ位置を補正する段階とを含み、
前記移動量を測定する段階は、断面形状が既知の凹凸パターンを有する試料を測定し観察像を得る段階と、前記観察像から得られる前記平面に対して垂直な断面像を得る段階と、前記断面像と前記凹凸パターンの断面形状とを比較する段階とを含むことを特徴とするプローブ位置補正方法。Raster scanning is performed with a probe in a plane consisting of a first scanning axis substantially parallel to the sample surface and a second scanning axis substantially parallel to the sample surface and perpendicular to the first scanning axis. Scan for observing a minute structure on the sample surface by moving the probe relatively in the direction of the third scan axis perpendicular to both the first scan axis and the second scan axis so as to follow the unevenness. Is a probe position correction method for correcting the probe position of a scanning probe microscope,
The scanning probe microscope is
A cylindrical first electrode arranged along the third scanning axis direction, a cylindrical second electrode arranged outside the first electrode, and the first electrode and the second electrode A third axis driving unit comprising a piezoelectric body that is sandwiched and moves the probe in the third scanning axis direction by applying a voltage to the first electrode and the second electrode; In the third shaft drive unit, each of the distance between the first electrode and the second electrode has a different size,
An other-axis drive unit that moves the probe in the first scanning axis direction and the second scanning axis direction,
Measuring the amount of movement of the probe in the plane that occurs as the probe moves in the third scanning axis direction;
Correcting the probe position based on the amount of movement,
The step of measuring the amount of movement includes a step of measuring a sample having a concavo-convex pattern with a known cross-sectional shape to obtain an observation image, a step of obtaining a cross-sectional image perpendicular to the plane obtained from the observation image, A probe position correcting method comprising: comparing a cross-sectional image with a cross-sectional shape of the concavo-convex pattern.
前記走査型プローブ顕微鏡は、
前記第三の走査軸方向に沿って配置された筒状の第一電極と、前記第一電極の外側に配置された筒状の第二電極と、前記第一電極と前記第二電極とにより狭持され、前記第一電極と前記第二電極とに電圧が印加されることにより前記第三の走査軸方向に前記プローブを移動する圧電体とを備える第三軸駆動部であり、前記平面において前記第一電極と前記第二電極との距離のそれぞれが異なる大きさを有する前記第三軸駆動部と、
前記第一の走査軸方向及び前記第二の走査軸方向に前記プローブを移動する他軸駆動部とを備えており、
前記走査型プローブ顕微鏡は、前記プローブの前記第三の走査軸方向の移動にともなって生じる前記プローブの前記平面内の移動量を測定し、前記移動量に基づき前記プローブ位置を補正し、
前記走査型プローブ顕微鏡は、断面形状が既知の凹凸パターンを有する試料を測定し観察像を取得し、前記観察像から得られる前記平面に対して垂直な断面像を取得し、前記断面像と前記凹凸パターンの断面形状とを比較することにより、前記移動量を測定することを特徴とすることを特徴とするプローブ位置補正装置。Raster scanning is performed with a probe in a plane consisting of a first scanning axis substantially parallel to the sample surface and a second scanning axis substantially parallel to the sample surface and perpendicular to the first scanning axis. Scan for observing a minute structure on the sample surface by moving the probe relatively in the direction of the third scan axis perpendicular to both the first scan axis and the second scan axis so as to follow the unevenness. Is a probe position correction device for correcting the probe position of a scanning probe microscope,
The scanning probe microscope is
A cylindrical first electrode arranged along the third scanning axis direction, a cylindrical second electrode arranged outside the first electrode, and the first electrode and the second electrode A third axis driving unit comprising a piezoelectric body that is sandwiched and moves the probe in the third scanning axis direction by applying a voltage to the first electrode and the second electrode; In the third shaft drive unit, the distance between the first electrode and the second electrode in each having a different size,
An other-axis drive unit that moves the probe in the first scanning axis direction and the second scanning axis direction,
The scanning probe microscope measures the amount of movement of the probe in the plane caused by the movement of the probe in the third scanning axis direction, corrects the probe position based on the amount of movement,
The scanning probe microscope measures a sample having a concavo-convex pattern with a known cross-sectional shape to obtain an observation image, obtains a cross-sectional image perpendicular to the plane obtained from the observation image, and obtains the cross-sectional image and the cross-sectional image The probe position correcting apparatus characterized in that the amount of movement is measured by comparing the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003099183A JP4080933B2 (en) | 2002-04-04 | 2003-04-02 | Probe position correction method |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002102866 | 2002-04-04 | ||
JP2003099183A JP4080933B2 (en) | 2002-04-04 | 2003-04-02 | Probe position correction method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004004026A JP2004004026A (en) | 2004-01-08 |
JP2004004026A5 JP2004004026A5 (en) | 2006-03-02 |
JP4080933B2 true JP4080933B2 (en) | 2008-04-23 |
Family
ID=30446654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003099183A Expired - Fee Related JP4080933B2 (en) | 2002-04-04 | 2003-04-02 | Probe position correction method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4080933B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006118916A (en) * | 2004-10-20 | 2006-05-11 | Sii Nanotechnology Inc | Surface information measuring instrument, and surface information measuring method |
-
2003
- 2003-04-02 JP JP2003099183A patent/JP4080933B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004004026A (en) | 2004-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106796246B (en) | Precision probe deployment in an automated scanning probe microscope system | |
US9134340B2 (en) | Method of investigating a sample surface | |
US7333191B2 (en) | Scanning probe microscope and measurement method using the same | |
JP6135820B2 (en) | Scanning probe microscope | |
US20130081159A1 (en) | Advanced atomic force microscopy scanning for obtaining a true shape | |
US9052340B2 (en) | Probe assembly for a scanning probe microscope | |
CN110082568B (en) | Scanning electrochemical microscope and correction method thereof | |
US8141168B2 (en) | Scanning probe microscope and a method to measure relative-position between probes | |
JP5121619B2 (en) | Probe microscope probe alignment method and probe microscope operated by the method | |
JP4080933B2 (en) | Probe position correction method | |
Dai et al. | Measurement of micro-roughness using a metrological large range scanning force microscope | |
US20100017920A1 (en) | Scanning probe microscope with tilted sample stage | |
KR101468061B1 (en) | Control method of scanner and scanner device using thereof | |
KR101738257B1 (en) | Probe alignment measurement method for probe rotary type atomic force microscope | |
JPH04212001A (en) | Scanning tunnel microscope | |
US6405584B1 (en) | Probe for scanning probe microscopy and related methods | |
TW202020458A (en) | High speed atomic force profilometry of large areas | |
JP3892184B2 (en) | Scanning probe microscope | |
JP2011209076A (en) | Scanning probe microscope and scanning method thereof | |
KR20170123410A (en) | Topography signal and option signal acquisition apparatus, method and atomic force microscope having the same | |
JP2006118916A (en) | Surface information measuring instrument, and surface information measuring method | |
JP4448508B2 (en) | Scanning probe microscope | |
JPH0989913A (en) | Scanning probe microscope | |
JP2024520387A (en) | AFM imaging with creep correction | |
JP2010038856A (en) | Scanning probe microscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040304 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060106 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060106 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070830 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070904 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071031 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071127 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080111 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080205 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080207 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4080933 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20091108 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215 Year of fee payment: 3 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120215 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130215 Year of fee payment: 5 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |