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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Raster-Sonden-Mikroskopie.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Evaluieren
einer Form eines Teils einer Sonde eines Raster-Sonden-Mikroskops
(SPM), wie zum Beispiel ein Raster-Tunnel-Mikroskop (ST) und eine Raster-Kraft-Mikroskop
(AFP), und ein Standard-Spezimen zum evaluieren derselben. Im speziellen
bezieht sie sich auf ein Standard-Spezimen und auf ein Verfahren
zum Evaluieren einer Form einer Sonde.
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Wie
in 1 dargestellt verfolgt
ein Raster-Sondenmikroskop eine Fläche, um einen Bild auszubilden,
indem der Abstand zwischen einer Sonde (Sonde oder Spitze) und einer
Probe konstant gesteuert wird. Derzeit wird ein Abstand zwischen
der Sonde und einem am nächsten
liegenden Teil des Spezimen kontrolliert, so dass er konstant ist.
Daher fallen in manchen Fällen,
wenn die Sonde groß ist, Kurven
(Linie aus Punkten; erfasste Bilddaten) des nächsten Teils des Spezimen und
einem Ende der Spitze der Sonde nicht notwendigerweise zusammen.
Demgemäß beeinflusst
die Größe und Form der
Sonde das Auflösungsvermögen und
den Form-Messfehler stark.
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Weiter
kann sich eine Sonde in ihrer Form verändern oder abnutzen, was zu
einer Verschlechterung des Auflösungsvermögens während des
Gebrauchs führt.
Um derzeit die Form der Sonde seinerzeit zu messen, wird die Sonde
einmal von einer Vorrichtung entfernt und anschließend mit
einem Elektronenmikroskop betrachtet; oder ein Spezimen mit einer
speziellen Form (Schneiden-Kante oder Vorsprung), das ausschließlich hierfür präpariert
wird und Spitzen-Charakterisierer
genannt wird, wird mit einem Kraftmikroskop betrachtet. Das zuerst
genannte benötigt
viel Arbeit, um den Zustand der Sonde für jede Messung zu messen, und
das Letztere hat eine Schwierigkeit, den Spitzen-Charakterisierer
zur Verfügung
zu stellen, der eine Messgenauigkeit von 10 nm oder weniger garantiert.
(Siehe z.B. Patent-Dokumente JP-A-2001-208669 und Patentdokument 2: JP-A.-2004-264039.)
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Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt eine Verbesserung für zumindest
manche der oben genannten Probleme zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe
wird durch das Standard-Spezimen
gemäß unabhängigem Anspruch
1, und durch das Verfahren zum Evaluieren einer Form einer Sonde
gemäß unabhängigen Anspruch
8 gelöst.
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Weitere
Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung gehen aus
den abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Obwohl
das Raster-Sondenmikroskop ein hohes Auflösungsvermögen (einige Nanometer oder weniger)
hat, ist es schwierig, die Auflösung
und deren Fehler zu garantieren. Weiterhin legt infolge der Größe und Asymmetrie
einer Sonde ein Artefakt (Verzeichnung einer Messeform und Asymmetrie) vor.
Wenn die Form einer verwendeten Sonde (Spitze Sonde) gemessen werden
kann, kann das Auflösungsvermögen und
der Messfehler spezifiziert werden, und die wahre Form kann durch
eine Bildverarbeitung nach Berücksichtigung
der Sondenform extrahiert werden. Um die Aufgabe zu erzielen wird
eine Sondenform gemessen, in dem eine Struktur zum Evaluieren einer
Sondenform verwendet wird.
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Konventionell
kann als ein Spitzen-Charakterisierer, der gemäß einer so genannten Halbleiter Mikro-Bearbeitungstechnologien
präpariert
wird, nur ein Spitzen-Charakterisierer mit einer Größe von mehreren
10 nm erstellt werden. Obwohl er durch das Verwenden eines fokussierten
Ionenstrahls für Miniaturisierung
bearbeitet werden kann, kann seine Form und Größe nicht garantiert werden.
Wenn ein Spitzen-Charakterisierungs-Spezimen mit einer Form von
10 nm oder weniger und einer garantierten Größe bereitgestellt werden kann,
kann eine Sondenform mit einer Genauigkeit in einer Nanometer-Größenordnung
vor und nach der Messung durch das Verwenden eines Rasterkraft-Mikroskops
gemessen werden.
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Gleichzeitig
kann die Verlässlichkeit
(Genauigkeit, Fehler, und Ähnliches)
von gemessenen Bilddaten bereitgestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Folgende.
- (1) Ein Standard-Spezimen zum Evaluieren einer Form einer Sonde
eines Sondenmikroskops, das einen Mehrschicht-Film, der einem selektiven Ätzen unterworfen
ist, beinhaltet, das Spezimen hat eine Linienweite und einen Linienabstand,
der durch eine Dicke der Schicht definiert ist und eine Linienhöhe, die
durch einen Umfang des Ätzens definiert
ist.
- (2) Das Standard-Spezimen gemäß (1), das eine Schneiden-Struktur
mit einer garantierten minimalen Weite hat.
- (3) Das Standard-Spezimen gemäß (2), wobei die garantierte
minimale Weite der Schneiden-Struktur 1 bis 50 nm ist.
- (4) Das Standard-Spezimen gemäß (1), welches eine kammartige
Struktur hat.
- (5) das Standard-Spezimen gemäß (3), wobei die kammartige
Struktur eine Struktur mit zwei oder mehr unterschiedlichen Linienweiten
und/oder Linienabständen
von 1 bis 500 nm ist.
- (6) Das Standard-Spezimen gemäß (1), welches eine Schneiden-Struktur
mit einer garantierten minimalen Weite und einer kammartige Struktur
in Kombination hat.
- (7) Das Standard-Spezimen gemäß (6), wobei die garantierte
minimale Weite der Schneiden-Struktur 1 bis 50 nm ist.
- (8) Das Standard-Spezimen gemäß (6), wobei die kammartige
Struktur eine Struktur mit zwei oder mehr unterschiedlichen Linienweiten
und/oder Linienabständen
von 1 bis 500 nm ist
- (9) Ein Standard-Spezimen zum Evaluieren einer Form einer Sonde
eines Sondenmikroskops, das zwei oder mehr der Standard-Spezimen
gemäß (2) beinhaltet,
die aneinander laminiert sind.
- (10) Ein Standard-Spezimen zum Evaluieren einer Form einer Sonde
eines Sondenmikroskops, das zwei oder mehr der Standard-Spezimen
gemäß (4) beinhaltet,
die aneinander laminiert sind.
- (11) Ein Standard-Spezimen zum Evaluieren einer Form einer Sonde
eines von Mikroskops, das zwei oder mehr der Standard-Spezimen gemäß (6) beinhaltet,
die aneinander laminiert sind.
- (12) Ein Verfahren zum Evaluieren einer Form einer Sonde eines
Sondenmikroskops, das das Messen eines Standard-Spezimen mit dem
Sondenmikroskop beinhaltet, wobei das Standard-Spezimen einen Mehrschicht-Film beinhaltet,
der einem selektiven Ätzen
unterworfen ist, das Spezimen hat eine Linieweite und einen Linienabstand,
der durch eine Dicke der Schicht definiert ist, und eine Linienhöhe, die
durch einen Umfang des Ätzens
definiert ist.
- (13) Das Verfahren gemäß (12),
wobei das Standard-Spezimen eine Schneiden-Struktur mit einer garantierten
minimalen Weite hat.
- (14) Das Verfahren gemäß (13),
wobei die garantierte minimale Weite der Schneiden-Struktur 1 bis 50
nm ist.
- (15) Das Verfahren gemäß (12),
wobei das Standard-Spezimen eine kammartige Struktur hat.
- (16) Das Verfahren gemäß (15),
wobei die kammartige Struktur eine Struktur mit zwei oder mehr unterschiedlichen
Linienweiten und/oder Linienabständen
von 1 bis 500 nm ist.
- (17) Das Verfahren gemäß (12),
wobei das Standard-Spezimen eine Schneiden-Struktur mit einer garantierten
minimalen Weite und eine kammartige Struktur in Kombination hat.
- (18) Das Verfahren gemäß (17),
wobei die garantierte minimale Weite der Schneiden-Struktur 1 bis 50
nm ist.
- (19) Das Verfahren gemäß (17),
wobei die kammartige Struktur eine Struktur mit zwei oder mehr unterschiedlichen
Linienweiten und/oder Linienabständen
von 1 bis 500 nm ist.
- (20) Das Verfahren gemäß (13),
wobei zwei oder mehr der Spezimen aneinander laminiert sind.
- (21) Das Verfahren gemäß (15),
wobei zwei oder mehr der Spezimen aneinander laminiert sind.
- (22) Das Verfahren gemäß (17),
wobei zwei oder mehr der Spezimen aneinander laminiert sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Mikrostruktur präpariert werden, die nicht durch eine
Präpäration gemäß einem
lithografischen Verfahren realisiert werden kann, und eine minimale Größe kann
garantiert werden. Weiter ist es notwendig jedes Spezimen getrennt
zu präparieren
wenn ein fokussierter Ionenstrahl für die Präparation verwendet wird. Im
Gegenteil ist es gemäß dem Verfahren, das
eine Mehrfach-Schicht verwendet, möglich, dasselbe Spezimen in
großen
Stückzahlen
zu produzieren.
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Im
Vergleich zu einem Verfahren, bei dem eine Sondenform mit einem
Elektronenmikroskop gemessen wird, können Formen der Sonde vor und nach
der Messung gemäß der vorliegenden
Erfindung gewonnen werden, solange nur ein Rasterkraftmikroskop
vorhanden ist, das für
die Beobachtung verwendet wird. Weiterhin kann eine Genauigkeit
im Nanometerbereich realisiert werden. Demgemäß kann von einem praktischen
Gesichtspunkt aus eine Form-Evaluierung im Vergleich zu einem Elektronenmikroskop
in einer kurzen Zeitspanne durchgeführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Standard-Spezimen
zum Evaluieren einer Form einer Sonde eines Sonden-Mikroskops, das
einen Mehrfach-Schicht-Film enthält,
der einem selektiven Ätzen
unterworfen ist, und eine Linienweite und einen Linienabstand hat,
der durch eine Dicke der Schicht definiert ist, und eine Linienhöhe hat,
die durch einen Umfang des Ätzens
definiert ist; und ein Verfahren zum Evaluieren einer Sondenform
eines Sonden-Mikroskops,
das das Standard-Spezimen verwendet.
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Die
Erfindung ist auch auf Vorrichtungen gerichtet, die geeignet sind,
die offenbarten Verfahren durchzuführen, und Vorrichtungsteile
zum Durchführen
jedes beschriebenen Verfahrensschritts beinhalten. Diese Verfahrensschritte
können
durch Hardware-Komponenten, einen Computer, der durch geeignete
Software programmiert ist, durch eine Kombination der beiden, oder
auf jegliche andere Weise durchgeführt werden. Weiterhin ist die
Erfindung auch auf Verfahren gerichtet, mit denen die beschriebenen
Teile bedient oder verwendet werden. Sie enthält Verfahrensschritte zum Durchführen der
Funktionen der Geräte
oder zum Herstellen der Teile des Geräts.
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Die
Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der
Ausführungsbeispiele der
Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden
werden, wobei:
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1 ist
ein begreifendes beschreibendes Diagramm eines Raster-Sondenmikroskops.
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2 ist
ein Beispiel einer Seitenansicht eines Standard-Spezimen zum Messen
einer Form einer Sonde.
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3 ist
ein beschreibendes Diagramm für die
Erstellung eines Standard-Spezimen.
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4 ist
ein AFM Bild einer Schneide mit einer Größe von 10 nm.
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5 ist ein Diagramm, das ein Evaluierungsverfahren
einer gesamten Form einer Sonde zeigt.
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6 ist ein AFM Bild einer Sonden-Evaluierungsstruktur.
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7 ist
ein Diagramm, das eine erzielte Form eines Spitzen-Endes einer Sonde
zeigt.
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8 ist
der Diagramm, das eine gesamte erzielte Struktur einer Sonde zeigt.
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9 ist
ein Diagramm, das einen Vorteil einer kammartigen Struktur beschreibt.
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Das
Folgende beschreibt die vorliegende Erfindung im Detail.
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Um
eine Sonde im Nanometer Bereich zu evaluieren, ist ein Messgerät eines
Auflösungsvermögens mit
einer Größe notwendig,
die gleich oder kleiner als die Sonde ist. Es wird ein Standard-Spezimen,
das eine Größe der minimalen
Struktur zum Messen einer Sondenform von 100 nm oder weniger (typischerweise
10 nm, wie in 2 dargestellt) hat, mit einem
für die
Messung verwendeten Sondenmikroskop gemessen, und das Auflösungsvermögen wird
von somit erhalten Bilddaten extrahiert.
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Wie
in 3 gezeigt, wird ein Mehrfachschicht-Film mit zwei
oder mehr Arten von Schichten oder eine Übergitter-Struktur, gefolgt
von selektivem Ätzen
deren Ebene, um eine konvex-konkave-Struktur auszubilden, erstellt,
um wie oben erwähnt
ein Spezimen zum Messen einer Sondenform zu erstellen. Indem nur
eine Art von Material gemäß dem selektiven Ätzen zurückbleibt,
kann ein Vorsprung oder eine Ausbuchtung, die mit einer Dicke eines
geätzten Teils
des Mehr-Schicht-Films oder des Übergitters korrespondiert,
ausgebildet werden. Gemäß des Verfahrens
wird eine kammartige Struktur oder eine Schneiden-Struktur erstellt
und dabei wird ein Spezimen zum Evaluieren einer Sonde erstellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird garantiert, dass die Schneiden-Struktur eine minimale Breite
von 1 bis 50 nm hat.
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Weiter
versteht man hierin unter einer "kammartigen
Struktur" eine Struktur
mit zwei oder mehr unterschiedlichen Linienweiten und/oder Linienabständen von
1 bis 500 nm.
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Ein
Mehrschicht-Film, der verwendet wird, um ein Standard-Spezimen zum
Messen einer Sondenform zu erstellen, wird auf eine solche Art und Weise
erstellt, dass eine Übergitter-Struktur erstellt wird,
indem eine Mehr-Schicht Herstellungstechnik verwendet wird, die
in der Lage ist, eine Dicke mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern
oder weniger zu kontrollieren, gefolgt von selektivem Ätzen einer
Seitenfläche.
Wenn das CVD Verfahren oder MBE Verfahren verwendet wird um die
Mehrschicht-Film zu erstellen kann, ein Standard-Struktur im Nanometerbereich mit Molekularschicht-Einheiten kontrolliert
werden. Diesbezüglich
sind Linienweiten und Linienabstände
des Standard-Spezimen gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Dicke der Mehrfach-Schicht definiert und dessen
Linienhöhe sind
durch den Ätz-Umfang
definiert. Die Maßangabe des
Standard-Spezimen gemäß der vorliegenden
Erfindung kann mit einer Genauigkeit von weniger als 10 nm reguliert
werden.
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Als
ein typisches Beispiel wird eine Übergitter-Struktur aus GaAs
und InGaP durch das MOCVD Verfahren erstellt und eine Dicke der
InGaP Schicht wird kontrolliert, um mit einer Dimension eines Vorsprungs
zu korrespondieren. Eine Ebene wird poliert und anschließend wird
die GaAs Schicht mit einer Lösung
von Schwefelsäure
und Wasserstoffperoxyd geätzt,
wobei eine vorbestimmte Struktur erstellt wird (3).
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Eine
Kombination aus Silizium und einem Siliziumoxid Film kann auch als
ein Mehrfach-Schicht-Film verwendet werden.
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Zwei
oder mehr Standard-Spezimen der vorliegenden Erfindung können verwendet
werden, indem diese aneinander laminiert werden. Diesbezüglich können dieselben
oder andere Arten von Spezimen in Kombination verwendet werden.
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Im
Anschluss wird die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme
auf Beispiele beschrieben.
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Beispiel 1
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Ein
in 2 dargestellter Spitzencharakterisierer, der eine
periodische Struktur von 60, 20 und 10 nm Linienweite und einen
Vorsprung von 10 nm (Schneide) hat, wurde entworfen und erstellt.
Indem ein in GaAs Wafer verwendet wurde, wurde eine Übergitter
Struktur erstellt. Eine Übergitter-
Struktur aus GaAs/InGaP wurde durch das MOCVD Verfahren oder MBE
Verfahren erstellt und mit einer Lösung von Schwefelsäure und
Wasserstoffperoxyd selektiv geätzt,
wodurch eine entworfene Struktur mit einer Genauigkeit von 2 nm
oder weniger erstellt wurde. Die Weite und Länge der Sonde kann gemessen
werden, indem eine erstellte periodische Struktur verwendet wird.
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Wie
in 4 dargestellt, wurde eine Schneiden-Kante mit
einer Größe von 10
nm (Krümmungsradius:
5 nm) erstellt, die geeignet ist, um eine Form eines Spitzen-Endes
der Sonde mit dem Nanometer-Auflösungsvermögen zu messen.
Gemäß der somit
erstellten Nanostruktur wird eine Schneiden-Struktur verwendet,
um einen Spitzen-Ende-Teil wie in 5A zumessen,
und ein Durchmesser und eine Länge
eines peripheren Teils der Sonde werden aus einem Profil eines AFM
Bildes an einer kammartige Struktur wie in 5B dargestellt
gemessen. Indem diese Messungen kombiniert werden, kann die gesamte
Form der Sonde evaluiert werden.
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6A zeigt ein AFM Bild eines Sonden-Evaluierungs-Spezimen
mit einer in 2 dargestellte Struktur, das
mit einem Rasterkraftmikroskop betrachtet wird. Das entsprechende
Linienprofil ist in 6B dargestellt.
Von einem eingekreist Teil C des Grafen erhielt man die Form des
Spitzen-Endes der Sonde, wie in 7 dargestellt,
indem das Verfahren von 5A verwendet
wurde. Da die Tiefen mit der die Sonde in 60, 20 und 10 nm kammartige Strukturen
eindrang, als 25, 12 und 5 nm respektive abgelesen wurden, wurde
die Form der Sonde auch gemäß dieses
Verfahrens evaluiert. Als Resultat erhielt man eine in 8 dargestellte
Form.
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Bei
einem gewöhnlichen
Rasterkraft-Mikroskop generieren infolge einer Ansprechgeschwindigkeit
einer Sondensteuerung Anstiegs- und Abfall-Steigungen eine Zeitverzögerung,
wie in 9 dargestellt. Gemäß dem Verfahren, das eine kammartige
Struktur verwendet, können
selbst in diesem Fall eine Weite (W), eine Länge (L) und eine Position eines
Peaks (P) ohne jegliche durch die Antwortcharakteristik einer Vorrichtung
hervorgerufene Beeinflussung gemessen werden.
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Eine
GaAs Schicht oder eine InGaP Schicht ist dotiert, um ihr die elektrische
Leitfähigkeit
zu verleihen, und es dabei zu ermöglichen, in einem Tunnelmikroskop
oder einem Sondenmikroskop verwendet zu werden, wobei ein Maß an Elektrizität verwendet
wird, um eine Sonde zu kontrollieren. Gemäß dem Sonden-Evaluierungsverfahren,
bei dem eine kammartige Struktur und ein Schneiden-Kanten-Verfahren
in Kombination verwendet wird, evaluiert die Schneiden-Struktur
ein Spitzen-Ende der Sonde, die kammartige Struktur evaluiert eine äußere Form
der Sonde, und dann kann die gesamte Form der Sonde bestimmt werden.
In diesem Fall kann ein Bereich der kammartigen Struktur als mehrere
100 nm erstellt werden.
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Bei
dem vorbereiteten Beispiel wurden zwei Substrate laminiert. Wenn
zwei oder mehr Arten von Substraten mit unterschiedlichen Arten
von Strukturen laminiert werden, kann jedoch eine Sondenevaluierungs-Struktur
mit einer komplizierteren Kombination oder eine Sonde erstellt werden,
die erstellt wird, in dem Strukturen mit unterschiedlicher Weite
kombiniert werden.
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Gemäß dem obigen
Spitzen-Charakterisierer werden mehrere Arten von periodischen Strukturen
untersucht, ob die jeweiligen Linien mit einem Rasterkraft-Mikroskop
aufgelöst
werden können
oder nicht, und dabei kann eine Sonde mit einem erforderlichen Auflösungsvermögen leicht
selektiert werden. Indem beobachtet wird, welche Linieweite aufgelöst wird,
kann eine visuelle Beurteilung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann
eine Beurteilung durchgeführt
werden, indem beobachtet wird, welche Linienweite von 60, 20 und
10 nm von 6A aufgelöst wird.
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Wenn
eine kammartige Struktur verwendet wird, kann eine Weite und eine
Länge einer
Sonde erhalten werden, die kaum von dem Nachführfehler infolge der Reaktion
der Einheit abhängen.
Steigungen wie z.B. S1 und S2 in 9 werden
durch die Reaktion der Einheit beeinflusst. Da die Weite (W), die
Länge (L)
und die Peak-Position P (x, y) weniger beeinflusst werden, kann
jedoch eine äußere Form einer
Sonde, die weniger durch die Reaktion der Einheit beeinflusst ist,
gemessen werden.
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Mit
einem in der Messung verwendeten Sondenmikroskop und dessen Sonde
kann das Auflösungsvermögen gemessen
werden. Weiter kann der Sondenverschleiß entsprechend der Zahl der
Messungen und das Ausmaß des
Verschleißes
(Auflösungsvermögen) untersucht
werden.
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Indem
eine gemessene Form einer Sonde verwendet wird kann ein Profil korrigiert
werden, der Fehler der Formmessung kann spezifiziert werden, und
eine Form-Korrektur kann angewendet werden.
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Wenn
ein Mehrschicht-Film aus GaAs/InGaP oder Silizium und Siliziumoxid
verwendet wird, kann eine zeitliche Veränderung eines Spezimen unterdrückt werden,
indem für
die Seitenfläche
ein Material verwendet wird, das schwerer oxidiert (InGaP oder Siliziumoxid
Film). Gemäß einer
Notwendigkeit kann ein hydrophiles oder hydrophobes Material auf
einer Flächenseite
angeordnet werden. Entsprechend dem obigen Spitzen-Charakterisierer
kann, indem mehrere Arten von periodischen Strukturen mit einem
Rasterkraft-Mikroskop betrachtet werden, um eine Weite (W in 9)
der kammartigen Struktur und eine Tiefe (L in 9),
in die eine Sonde eindringt, zu messen, eine Sonde mit einem für eine Messung
notwenigen Längenverhältnis ermittelt
werden.
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Während die
vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf deren spezifische
Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist es für
einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedenartige Veränderung
und Modifikationen durchgeführt
werden können,
ohne von deren Umfang abzuweisen.
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Diese
Anmeldungen basiert auf der japanischen Patentanmeldungsnummer 2005-236156,
eingereicht am 16. August 3005, deren gesamter Inhalt hiermit unter
Bezugnahme eingeschlossen ist.