專利名稱：掃描型探針顯微鏡的探針形狀評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測定掃描型探針顯微鏡所使用的懸臂的探針曲率半徑的方法。
背景技術(shù)：
在掃描型探針顯微鏡中，由于探針的頂端形狀直接涉及與樣本的接觸狀態(tài)，因而為了把握樣本表面的形狀測定和物性測定的測定性能，必須預(yù)先測定探針的頂端形狀。另夕卜，實際上，與探針的頂端形狀本身相比，大多將探針頂端假定為半球形，利用其半徑或直徑來表現(xiàn)探針頂端的尖銳度。一直以來，作為測定探針的頂端形狀的方法，使用了基于電子顯微鏡的觀察和由掃描型探針顯微鏡測定尖銳的針狀的樣本(以下，稱為探針形狀檢測用樣本)的形狀而描繪出探針的頂端形狀的方法。后者的使用探針形狀檢測用樣本Sb的方法能夠在將懸臂設(shè)置于掃描型探針顯微鏡的狀態(tài)下測定，因而具有簡便而不需要其他的裝置的優(yōu)點，一般而言經(jīng)常被使用。例如，存在如下的兩種方法:如專利文獻(xiàn)I所記載，根據(jù)利用探針形狀檢測用樣本Sb來測定的探針2a的形狀，并根據(jù)探針2a的側(cè)面的角度和探針2a的頂端的曲面部分的寬度，計算探針頂端的半球形狀的半徑(一般而言，稱為曲率半徑)；以及，如非專利文獻(xiàn)I所記載，通過利用掃描型探針顯微鏡并利用探針形狀檢測用樣本Sb來測定探針2a的頂端形狀，從而如圖6所示，在探針形狀檢測用樣本Sb的尖銳的針狀突起頂端利用探針形狀檢測用樣本的針來測量探針的頂端形狀，求出從該探針2a的頂端形狀的頂部起的一定的距離處的剖面的直徑(圖8)，由此評價探針2a的頂端形狀。專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開2001-165844號公報；
非專利文獻(xiàn)I JIS R 1683利用原子力顯微鏡測定精細(xì)陶瓷薄膜的表面粗糙度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻(xiàn)I的探針形狀的評價方法中，探針2a的側(cè)面必須為直線狀，但實際的探針2a為微小的構(gòu)造物，因而側(cè)面不一定被制作成直線狀。因此，不能正確地求出側(cè)面和頂端的曲面部分的分界，難以利用該方法求出頂端的曲率半徑。另外，在非專利文獻(xiàn)I的探針形狀的評價方法中，以頂端的半球形狀的根基側(cè)也為大致相同的寬度的圓柱狀作為前提，將圓柱狀的部分的直徑作為頂端的半球形狀的直徑而評價。但是，因此，必須以利用上述的探針形狀檢測用樣本Sb能夠測定形狀的高度比曲率半徑更大且半球形狀的根基側(cè)部分為能夠近似為粗細(xì)一定的圓柱型的形狀作為前提條件。但是，對于探針形狀而言，隨著用途不同而具有各種的種類，意圖使探針的頂端的半球形狀變大的情況和探針的半球形狀的根基側(cè)部分不為圓柱而為漸縮形狀的情況也很多。對于這樣的特殊的形狀的探針，有時候不能適用非專利文獻(xiàn)I的方法。例如，如圖7所示，在探針的曲率半徑比探針形狀檢測用樣本Sb的凸?fàn)畈康母叨雀?，S卩比探針的能夠測定形狀的高度更大的情況下，測定探針的形狀的區(qū)域At處的探針形狀的徑跡如圖9所示，由探針形狀檢測用樣本只在頂端的半球形狀的一部分進(jìn)行。另外，在該情況下，如非專利文獻(xiàn)I所記載，即使求出從探針頂端形狀的頂部起的一定的距離處的剖面的直徑，也與探針的頂端的半球形狀的直徑不一致。因此，在本發(fā)明中，提供了一種即使在利用探針形狀檢測用樣本Sb能夠測定形狀的高度比探針頂端的曲率半徑更小的情況下，也評價曲率半徑大的探針2b的頂端形狀的方法。如上所述，在非專利文獻(xiàn)I的評價方法中，在利用探針形狀檢測用樣本Sb能夠測定形狀的高度比探針的曲率半徑更小的情況下，不能正確地評價探針頂端的半球形狀的直徑。因此，如圖2所示，求出已測定的從探針頂端的形狀的頂部起的多個距離(例如，圖中的IicTh4)處的剖面的半徑(例如，圖中的TtTr4)，將這些代入算式I中，算出將圖2所示的探針頂端形狀近似為圓時的曲率半徑Rtip。具體而言，由接近工序、掃描工序、數(shù)據(jù)取得工序、數(shù)據(jù)提取工序以及計算工序構(gòu)成，該接近工序使掃描型探針顯微鏡所具備的探針的頂端相對于相對配置的評價用試樣(探針形狀檢測用樣本)的表面而相對地接觸或接近至規(guī)定間隔，該掃描工序使作用于探針的頂端和評價用試樣的表面之間的物理量為一定并同時進(jìn)行規(guī)定的掃描，該數(shù)據(jù)取得工序取得評價用試樣的表面形狀，該數(shù)據(jù)提取工序?qū)τ谝匀〉玫臄?shù)據(jù)之中的從探針頂端下降的中心軸上的規(guī)定的高度(h)和該高度處的中心軸至測定的形狀的外緣的距離(r)作為一組的數(shù)據(jù)組，提取變更高度(h)后的2組以上，該計算工序利用該提取數(shù)據(jù)的高度(h)和距離(r)來計算將探針的頂端近似為球狀的情況下的曲率半徑(Rtip)。依照本發(fā)明所涉及的探針形狀評價方法，即使是探針的側(cè)面不為直線狀的探針，或者即使是探針的曲率半徑比能夠利用探針形狀檢測用樣本Sb來測定的高度更大的探針2b，也能夠測定探針的曲率半徑。


圖1是顯示用于本發(fā)明的探針形狀評價方法的掃描型探針顯微鏡的概要的圖。圖2是本發(fā)明的探針形狀評價方法所涉及的探針形狀的評價的概念圖。圖3是本發(fā)明的探針形狀評價方法所涉及的探針形狀的結(jié)果的一例的圖。圖4是本發(fā)明的探針形狀評價方法所涉及的探針形狀的結(jié)果的一例的圖。圖5是本發(fā)明的探針形狀評價方法所涉及的探針形狀的結(jié)果的一例的圖。圖6是利用探針形狀檢測用樣本來測定探針的形狀的說明圖。圖7是利用探針形狀檢測用樣本來測定曲率半徑大的探針的形狀的說明圖。圖8是現(xiàn)有的探針形狀評價方法所涉及的探針形狀的評價的概念圖。圖9是現(xiàn)有的探針形狀評價方法所涉及的探針形狀的評價的概念圖。
具體實施例方式首先，關(guān)于用于本發(fā)明的探針形狀評價方法的掃描型探針顯微鏡，使用圖1而說
明其一例。
在本發(fā)明的掃描型探針顯微鏡中，具備懸臂1、桿勵振裝置4以及懸臂位移檢測部5，該懸臂I具有探針2a，該探針2a配置成針尖朝向設(shè)置于試樣臺10上的被測定物Sa的表面，并且相對于該被測定物Sa的表面而能夠相對地進(jìn)行平行于被測定物Sa的表面的X、Y方向的掃描和垂直于該被測定物Sa的表面的Z方向的移動,該桿勵振裝置4能夠使該懸臂I振動，該懸臂位移檢測部5檢測懸臂I的位移。試樣臺10安裝于3維致動器9，并能夠使探針2和被測定物Sa的表面沿上述X、Y及Z方向相對地移動。在三維致動器9，連接有XY驅(qū)動機(jī)構(gòu)7和Z驅(qū)動機(jī)構(gòu)8，該XY驅(qū)動機(jī)構(gòu)7和Z驅(qū)動機(jī)構(gòu)8驅(qū)動3維致動器9而沿X、Y、Z方向掃描被測定物Sa的表面。另外，XY驅(qū)動機(jī)構(gòu)7和Z驅(qū)動機(jī)構(gòu)8連接至控制部6并被其控制。接著，按照測定順序，說明本發(fā)明所涉及的探針形狀評價方法的實施方式。在本發(fā)明所涉及的探針形狀評價方法中，首先，將具有欲測定探針形狀的曲率半徑大的探針2b的懸臂安裝于掃描型探針顯微鏡，在掃描型探針顯微鏡的樣本保持部，將擁有頂端的曲率半徑為IOnm以下的尖銳的針狀的構(gòu)造的探針形狀檢測用樣本Sb載置于晶片(wafer)上。接著，如圖7所示，使用欲評價探針形狀的曲率半徑大的探針2b而測定探針形狀檢測用樣本Sb的形狀。此時，存在于探針形狀檢測用樣本Sb的表面的針狀構(gòu)造的I根成為測定區(qū)域的中央附近，并且，以成為足以利用針狀構(gòu)造來測定曲率半徑大的探針2b的形狀的范圍的方式，預(yù)先設(shè)定測定區(qū)域。通過這樣地由掃描 型探針顯微鏡測定形狀，從而利用探針形狀檢測用樣本Sb來測定曲率半徑大的探針2b的頂端的半球形部分的頂端形狀。接著，根據(jù)這樣地測定的探針的頂端的半球形部分的形狀A(yù)，如圖2所示，將從頂部起的距離h處的探針頂端的半球形狀的剖面近似為圓形而在多個距離Iii處測定其半徑r。在此，半球形狀的半徑r的求出方法，通過將剖面的面積S代入算式2，從而求出擁有與剖面的面積相同的面積的圓的半徑，成為將剖面近似為圓時的半徑。在此，在算式2中，“S”為任意的位置處的剖面積，“r”為將剖面近似為圓時的半徑，“ ”為圓周率。接著，將這些從頂部起的距離Iii和各距離處的剖面的半徑&代入算式I中，算出將曲率半徑大的探針2b的頂端形狀近似為半球形時的半徑，將該半徑作為探針2b的曲率半徑。在此，在算式I中，“h”為從頂端起的距離，“r”為h處的剖面的半徑，“Rtip”為探針的曲率半徑。通過如上地算出探針2b的頂端的曲率半徑，從而能夠評價探針的形狀。(算式I)
Z^+&2
jr> — J^O_“0
J\t%> —3ft
M3
(算式2)
=n r -如
圖3使用探針形狀檢測用樣本Sb而測定探針頂端形狀，顯示了將其進(jìn)行3維顯示的探針形狀的測定結(jié)果A的數(shù)據(jù)。探針2的頂端以變凸的方式被顯示，將該突起部分的最高部作為探針2的頂端，在從該頂端沿垂直方向降低任意的距離的位置，沿水平方向?qū)⒃撏黄鹦螤钇是泻蟮钠拭嬗蓤D4顯示(在此，顯示了在10nm、30nm、60nm的位置進(jìn)行剖切后的剖面，但是剖切的位置為比探針2的曲率半徑更小的多個任意的位置)。圖4顯示了將圖3的探針形狀的測定結(jié)果A中的從頂端起的任意的高度(在圖中，
10、30、60nm)處的剖面形狀作為輪廓而顯示的圖。如此地,剖面形狀不必為圓形,但是通過從剖面的面積S求出相同面積的圓的半徑，從而求出將剖面近似為圓形時的圓的半徑。如果在圖表中顯示由這樣的方法測定的從頂端起的任意的多個距離和該位置處的剖面的半徑，則如圖5的點所示，由點線顯示利用算式I而將圖2的各點近似為圓的情況下的近似曲線。符號說明
1:懸臂
2、2a、2b:探針 3:桿部
4:桿勵振裝置
5:懸臂位移檢測部
6:控制部
7=XY驅(qū)動機(jī)構(gòu)
8:Z驅(qū)動機(jī)構(gòu)
9:3維致動器
10:試樣臺
I1:顯示部
Sa:被測定物(樣本)
Sb:探針形狀檢測用樣本 At:測定探針的形狀的區(qū)域 As:測定探針形狀測定用樣本的形狀的區(qū)域 A:探針形狀的測定結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種探針形狀評價方法，利用掃描型探針顯微鏡對探針的頂端形狀進(jìn)行形狀測定而進(jìn)行該探針的頂端的尖銳度的評價，其特征在于，包括: 接近工序，使所述掃描型探針顯微鏡所具備的所述探針的頂端相對于相對配置的評價用試樣的表面而相對地接觸或接近至規(guī)定間隔； 掃描工序，使作用于所述探針的頂端和所述評價用試樣的表面之間的物理量為一定并同時進(jìn)行規(guī)定的掃描； 數(shù)據(jù)取得工序，取得所述評價用的試樣的表面形狀； 數(shù)據(jù)提取工序，對于以所述取得的數(shù)據(jù)之中的從所述探針頂端下降的中心軸上的規(guī)定的高度(h)和該高度處的所述中心軸至測定的形狀的外緣的距離(r)作為一組的數(shù)據(jù)組，提取變更所述高度(h)后的2組以上；以及 計算工序，利用該提取數(shù)據(jù)的所述高度(h)和所述距離(r)來計算將所述探針的頂端近似為球狀的情況下的曲率半徑(Rtip)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針形狀評價方法，所述計算基于下式:
全文摘要
本發(fā)明涉及掃描型探針顯微鏡的探針形狀評價方法，用于在掃描型探針顯微鏡評價探針頂端形狀。利用擁有針狀構(gòu)造的探針形狀檢測樣本來測定探針頂端形狀，求出從頂端起的多個距離處的剖面的半徑，基于這些而算出將探針頂端形狀近似為圓時的曲率半徑。
文檔編號G01B21/20GK103196411SQ20131000880
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)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