悬臂的弹簧常数确定方法及采用该方法的扫描型探针显微镜的制作方法

专利名称:悬臂的弹簧常数确定方法及采用该方法的扫描型探针显微镜的制作方法
悬臂的弹簧常数确定方法及采用该方法的扫描型探针显微技术领域：
[0001]本发明涉及确定悬臂(cantilever)的弹簧常数的方法及采用该方法的扫描型探针显微镜(以后省略为SPM)，尤其涉及通过硅加工制作的悬臂。
背景技术：
[0002]例如，在SPM中，为测量在样品和悬臂的探针之间作用的力，需要测量悬臂的弹簧常数。特别是和样品表面垂直的方向的悬臂的挠曲的弹簧常数，对测量样品的接触位置上的负荷很重要。[0003]然而，确定该弹簧常数并非易事，人们讨论并提案建议有各种用于测量悬臂的弹簧常数的方法。[0004]例如，如果是SPM，则存在作为SPM具备的机构，基于来自悬臂的位移检测机构的输出而检测悬臂的热起伏，通过从该热起伏和弹簧常数的既定关系计算出弹簧常数的另外的方案而求的方法(专利文献I )。此外，存在将成为测量对象的板簧状构件所具备的探针与具有已知的弹簧常数的标准试料相接触，使该板簧状构件在之前的与标准试料表面大致垂直的方向上相对该标准试料做相对移动，从此时的板簧状构件的位移的变化，得到该板簧状构件的弹簧常数的方法(专利文献2)。这些需要检测热起伏的方案、标准试料，而不是直接求弹簧常数。[0005]与此相对，作为简单且直接地求弹簧常数的方法，有使用从形成悬臂的原料的杨氏模量E和悬臂的外形尺寸而计算的一般的力学计算的方法。该方法将悬臂作为长方体形状的悬臂梁，使用显微镜等测量长度L、宽度W、厚度t的尺寸，根据数学式I计算出悬臂的弹簧常数K。此时，因为是从和悬臂相关的信息求弹簧常数，所以不需要其他的方案，更能够高精度地进行尺寸测量，从而具有得到的弹簧常数精度也高的优点。[0006][数学式I]
权利要求
1.一种悬臂的弹簧常数的确定方法，该悬臂相对硅衬底，将一端作为自由端，另一端将所述硅衬底作为基台以悬臂梁的状态联结，在由于硅加工中的各向异性蚀刻而其剖面形状被制作为梯形形状的所述自由端侧的和所述基台的联结面相反侧的面上具有探针，其特征在于包含下列エ序 基于所述硅衬底的面指数、对其进行各向异性蚀刻后出现的面的面指数，取得该蚀刻面和所述硅衬底表面所成的角度(Θ)的エ序； 分别测量所述悬臂的梯形形状剖面的上底的长度(a)及下底的长度(b)的エ序； 測量所述悬臂从所述基台伸出的臂部之中从所述基台的端部到所述探针的顶端部的铅垂位置为止的长度方向的长度(L)的エ序； 从所述上底的长度(a)、所述下底的长度(b)以及所述角度(Θ )，将所述上底和所述下底的铅垂距离作为所述悬臂的厚度(t)取得的エ序； 从所述上底的长度(a)、所述下底的长度(b)、所述长度方向的长度(L)以及所述悬臂的厚度(t)、所述硅衬底的原料的杨氏模量(E)，算得并确定所述悬臂的弹簧常数的エ序。
2.如权利要求
I所述的悬臂的弹簧常数确定方法，其中， 取得所述悬臂的厚度(t)的エ序通过几何学解析以计算而算得。
3.如权利要求
I所述的悬臂的弹簧常数确定方法，其中， 所述角度(Θ )，采用在所述硅衬底表面为(100)面时，和由于所述各向异性蚀刻而出现的面(111)面所成的角度54. 7°。
4.如权利要求
I所述的悬臂的弹簧常数确定方法，其中， 既定部位的长度的測量使用光学显微镜进行吋， 从所述探针侧，以所述悬臂的平面方向和观察平面成为平行的方式从观察方向照射照射光，并且使用该光学显微镜进行观察，通过其全貌确定所述长度方向的长度(L)，此外通过观察像的明暗位置确定由于所述蚀刻而出现的面，进行所述上底的长度(a)及所述下底的长度(b)的测量。
5.一种扫描型探针显微镜，采用了根据权利要求
广4的任意一项所述的悬臂的弹簧常数确定方法。
专利摘要
本发明涉及悬臂的弹簧常数确定方法及采用该方法的扫描型探针显微镜。由于扫描型探针显微镜等使用的硅加工中的各向异性蚀刻而剖面形状为梯形形状的悬臂中，不用直接测量厚度而确定悬臂的弹簧常数。从剖面的梯形的上底和下底的长度及由于各向异性蚀刻而出现的面的几何学规则性确定悬臂的厚度，由这些和悬臂的长度及杨氏模量确定悬臂的弹簧常数。
文档编号G01Q30/00GKCN102981022SQ201210326780
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月6日
发明者渡边将史, 百田洋海 申请人:精工电子纳米科技有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan