懸臂的彈簧常數確定方法及采用該方法的掃描型探針顯微鏡的制作方法

專利名稱:懸臂的彈簧常數確定方法及采用該方法的掃描型探針顯微鏡的制作方法
懸臂的彈簧常數確定方法及采用該方法的掃描型探針顯微技術領域：
[0001]本發明涉及確定懸臂(cantilever)的彈簧常數的方法及采用該方法的掃描型探針顯微鏡(以后省略為SPM)，尤其涉及通過硅加工制作的懸臂。
背景技術：
[0002]例如，在SPM中，為測量在樣品和懸臂的探針之間作用的力，需要測量懸臂的彈簧常數。特別是和樣品表面垂直的方向的懸臂的撓曲的彈簧常數，對測量樣品的接觸位置上的負荷很重要。[0003]然而，確定該彈簧常數并非易事，人們討論并提案建議有各種用于測量懸臂的彈簧常數的方法。[0004]例如，如果是SPM，則存在作為SPM具備的機構，基于來自懸臂的位移檢測機構的輸出而檢測懸臂的熱起伏，通過從該熱起伏和彈簧常數的既定關系計算出彈簧常數的另外的方案而求的方法(專利文獻I )。此外，存在將成為測量對象的板簧狀構件所具備的探針與具有已知的彈簧常數的標準試料相接觸，使該板簧狀構件在之前的與標準試料表面大致垂直的方向上相對該標準試料做相對移動，從此時的板簧狀構件的位移的變化，得到該板簧狀構件的彈簧常數的方法(專利文獻2)。這些需要檢測熱起伏的方案、標準試料，而不是直接求彈簧常數。[0005]與此相對，作為簡單且直接地求彈簧常數的方法，有使用從形成懸臂的原料的楊氏模量E和懸臂的外形尺寸而計算的一般的力學計算的方法。該方法將懸臂作為長方體形狀的懸臂梁，使用顯微鏡等測量長度L、寬度W、厚度t的尺寸，根據數學式I計算出懸臂的彈簧常數K。此時，因為是從和懸臂相關的信息求彈簧常數，所以不需要其他的方案，更能夠高精度地進行尺寸測量，從而具有得到的彈簧常數精度也高的優點。[0006][數學式I]
權利要求
1.一種懸臂的彈簧常數的確定方法，該懸臂相對硅襯底，將一端作為自由端，另一端將所述硅襯底作為基臺以懸臂梁的狀態聯結，在由于硅加工中的各向異性蝕刻而其剖面形狀被制作為梯形形狀的所述自由端側的和所述基臺的聯結面相反側的面上具有探針，其特征在于包含下列エ序 基于所述硅襯底的面指數、對其進行各向異性蝕刻后出現的面的面指數，取得該蝕刻面和所述硅襯底表面所成的角度(Θ)的エ序； 分別測量所述懸臂的梯形形狀剖面的上底的長度(a)及下底的長度(b)的エ序； 測量所述懸臂從所述基臺伸出的臂部之中從所述基臺的端部到所述探針的頂端部的鉛垂位置為止的長度方向的長度(L)的エ序； 從所述上底的長度(a)、所述下底的長度(b)以及所述角度(Θ )，將所述上底和所述下底的鉛垂距離作為所述懸臂的厚度(t)取得的エ序； 從所述上底的長度(a)、所述下底的長度(b)、所述長度方向的長度(L)以及所述懸臂的厚度(t)、所述硅襯底的原料的楊氏模量(E)，算得并確定所述懸臂的彈簧常數的エ序。
2.如權利要求
I所述的懸臂的彈簧常數確定方法，其中， 取得所述懸臂的厚度(t)的エ序通過幾何學解析以計算而算得。
3.如權利要求
I所述的懸臂的彈簧常數確定方法，其中， 所述角度(Θ )，采用在所述硅襯底表面為(100)面時，和由于所述各向異性蝕刻而出現的面(111)面所成的角度54. 7°。
4.如權利要求
I所述的懸臂的彈簧常數確定方法，其中， 既定部位的長度的測量使用光學顯微鏡進行吋， 從所述探針側，以所述懸臂的平面方向和觀察平面成為平行的方式從觀察方向照射照射光，并且使用該光學顯微鏡進行觀察，通過其全貌確定所述長度方向的長度(L)，此外通過觀察像的明暗位置確定由于所述蝕刻而出現的面，進行所述上底的長度(a)及所述下底的長度(b)的測量。
5.一種掃描型探針顯微鏡，采用了根據權利要求
廣4的任意一項所述的懸臂的彈簧常數確定方法。
專利摘要
本發明涉及懸臂的彈簧常數確定方法及采用該方法的掃描型探針顯微鏡。由于掃描型探針顯微鏡等使用的硅加工中的各向異性蝕刻而剖面形狀為梯形形狀的懸臂中，不用直接測量厚度而確定懸臂的彈簧常數。從剖面的梯形的上底和下底的長度及由于各向異性蝕刻而出現的面的幾何學規則性確定懸臂的厚度，由這些和懸臂的長度及楊氏模量確定懸臂的彈簧常數。
文檔編號G01Q30/00GKCN102981022SQ201210326780
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月6日
發明者渡邊將史, 百田洋海 申請人:精工電子納米科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan