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길이 표준 소급성을 갖는 원자간력 현미경을 이용한 2차원 격자 시편 측정과 불확도 평가
Measurements of Two-dimensional Gratings Using a Metrological Atomic Force Microscope and Uncertainty Evaluation

김종안    (한국표준과학연구원 기반표준부 길이/시간그룹   ); 김재완    (한국표준과학연구원 기반표준부 길이/시간그룹   ); 강주식    (한국표준과학연구원 기반표준부 길이/시간그룹   ); 엄태봉    (한국표준과학연구원 기반표준부 길이/시간그룹  );
  • 초록

    The pitch and orthogonality of two-dimensional (2D) gratings have been measured by using a metrological atomic force microscope (MAFM) and measurement uncertainty has been analyzed. Gratings are typical standard artifacts for the calibration of precision microscopes. Since the magnification and orthogonality in two perpendicular axes of microscopes can be calibrated simultaneously using 2D gratings, it is important to certify the pitch and orthogonality of 2D gratings accurately for nano-metrology using precision microscopes. In the measurement of 2D gratings, the MAFM can be used effectively for its nanometric resolution and uncertainty, but a new measurement scheme was required to overcome some limitations of current MAFM such as nonnegligible thermal drift and slow scan speed. Two kinds of 2D gratings, each with the nominal pitch of 300 nm and 1000 nm, were measured using line scans for the pitch measurement of each direction. The expanded uncertainties (k = 2) of measured pitch values were less than 0.2 nm and 0.4 nm for each specimen, and those of measured orthogonality were less than 0.09 degree and 0.05 degree respectively. The experimental results measured using the MAFM and optical diffractometer were coincident with each other within the expanded uncertainty of the MAFM. As a future work, we also proposed another scheme for the measurements of 2D gratings to increase the accuracy of calculated peak positions.


  • 주제어

    길이 표준 소급성을 갖는 원자간력 현미경 .   나모메트롤로지 .   2차원 격자 시편 .   불확도 해석.  

  • 참고문헌 (11)

    1. Teague, E. C., 'Nanometrology,' Proc. AlP Conf. Scanned Probe Microscopy, Vol. 241, p. 371, 1991 
    2. Meli, F., Thalman, R. and Blattner, P., 'High precision pitch calibration of gratings using laser diffractometry,' 1st international conference and general meeting of the euspen society for precision engineering and nanometrology, pp. 252-255, 1999 
    3. Kim, J. A., Kim, J. W., Park, B. C., Eom, T. B. and Kang, C. S., 'Pitch measurement of one-dimensional gratings using a metrological atomic force microscope and uncertainty evaluation,' Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 22, No.4, pp. 84-91,2005     
    4. ISO, 'Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement,' ISO, 1993 
    5. Nakayama, Y., Okazaki, S. and Sugimoto, A., 'Proposal for a new submicron dimension reference for an e-beam metrology system,' Journal of Vacuum Science and Technology B, Vol. 6, Issue 6, pp. 1930-1933, 1988 
    6. Misumi, I., Gonda, S., Kurosawa, T. and Takamasu, K., 'Uncertainty in pitch measurements of onedimensional grating standards using a nanometrological atomic force microscope,' Meas. Sci. Technol., Vol. 14, No.4, pp. 463-471, 2003 
    7. Kim, J. A., Kim, J. W., Park, B. C., Eom, T. B. and Hong, J. W., 'Development of a metrological atomic force microscope for the length measurements of nanometer range,' Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 21, No. 11, pp. 75-82, 2004     
    8. Postek, M. T., Vladar, A. E., Jones, S. N. and Keery, W. J., 'Interlaboratory study on the lithographically produced scanning electron microscope magnification standard prototype,' Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol. 98, No.4, pp. 447-467, 1993 
    9. Meli, F. and Thalmann, R., 'Long-range AFM profiler used for accurate pitch measurements,' Meas. Sci. Technol., Vol. 9, No.7, pp. 1087-1092, 1998 
    10. Carneiro, K., 'The need for metrology in nanotechnology,' Danish Institute of Fundamental Merology, p. 2, 2001 
    11. Kim, J. A., Kim, J. w., Park, B. C., Kang, C. S. and Eom, T. B., 'Measurement of grating pitch standards using optical diffractometry and uncertainty analysis,' Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 23, No.8, pp. 72-79, 2004 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Maeng, Sae-Rom ; Jin, Jong-Han ; Buajarern, Jariya ; Kim, Jae-Wan ; Kim, Jong-Ahn ; Kang, Chu-Shik 2011. "Design and Fabrication of a Step Height Certified Reference Material for Multi-probe Inspection Instruments" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering, 28(3): 323~329     

 저자의 다른 논문

  • 김종안 (10)

    1. 2004 "나노미터 영역 길이 측정 위한 미터 소급성을 갖는 원자간력 현미경 개발" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering 21 (11): 75~82    
    2. 2005 "미터 소급성을 갖는 원자간력 현미경을 이용한 1차원 격자 피치 측정과 불확도 평가" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering 22 (4): 84~91    
    3. 2006 "광 회절계를 이용한 격자 피치 표준 시편의 측정 및 불확도 해석" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering 23 (8): 72~79    
    4. 2007 "정전용량형 변위 센서 신호 처리 회로 개발 및 성능 평가" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering 24 (9): 60~67    
  • 김재완 (21)

  • 강주식 (11)

  • 엄태봉 (19)

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