RU2121656C1 - Testing structure for calibration of scanning probing microscope - Google Patents

Testing structure for calibration of scanning probing microscope Download PDF

Info

Publication number
RU2121656C1
RU2121656C1 RU97107631A RU97107631A RU2121656C1 RU 2121656 C1 RU2121656 C1 RU 2121656C1 RU 97107631 A RU97107631 A RU 97107631A RU 97107631 A RU97107631 A RU 97107631A RU 2121656 C1 RU2121656 C1 RU 2121656C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microstructures
side surfaces
base
protruding
relief
Prior art date
Application number
RU97107631A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97107631A (en
Inventor
В.А. Быков
А.Н. Гологанов
Денис Владимирович Шабратов (н/н)
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "НТ-МДТ"
Закрытое акционерное общество "Силикон-МДТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "НТ-МДТ", Закрытое акционерное общество "Силикон-МДТ" filed Critical Закрытое акционерное общество "НТ-МДТ"
Priority to RU97107631A priority Critical patent/RU2121656C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2121656C1 publication Critical patent/RU2121656C1/en
Publication of RU97107631A publication Critical patent/RU97107631A/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Abstract

FIELD: microscopy. SUBSTANCE: testing structure is composed of base and protruding monocrystalline microstructures with specified geometric parameters arranged on it. Microstructures have horizontal upper surface. Side surfaces of microstructures have microrelief. Microstructures may have vertical side surfaces. In this case relief of side surfaces of microstructures has sawtooth shape with teeth in the form of isosceles triangles in section perpendicular to base. If side surfaces of microstructures have inclination then relief has sawtooth shape with triangular teeth. Protruding microstructures may be manufactured in the form of corrugations or columns arranged in regular order which upper surface has square or rectangular shape. Testing structure ensures determination of parameters of needle of probe of cantilever with scanning of side surfaces and effective calibration of microscope. EFFECT: improved authenticity of determined parameters. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии, а точнее к устройствам, обеспечивающим градуировку зондов сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ). The invention relates to the field of scanning tunneling and atomic force microscopy, and more specifically to devices for calibrating probes of scanning probe microscopes (SPM).

Известна тестовая структура [1], представляющая собой основание с расположенными на нем монокристаллическими выступающими микроструктурами. Микроструктуры имеют горизонтальную верхнюю грань и вертикальные боковые грани. Выполнены структуры в виде гофр. Данная структура позволяет градуировать зонды СЗМ для исследования микрообъектов (канавок, выступающих микроструктур) с плоскими вертикальными или имеющими положительный угол наклона стенками. Недостатком структуры является то, что она не позволяет градуировать СЗМ для исследования микрообъектов (канавок, выступающих микроструктур) с отрицательным углом наклона боковых стенок и микроструктур, имеющих боковые поверхности со сложным рельефом. Кроме того, имея плоские боковые стенки, структура не позволяет определить параметры иглы зонда кантилевера, например радиус кривизны острия иглы. A known test structure [1], which is a base with single crystal protruding microstructures located on it. Microstructures have a horizontal upper face and vertical side faces. Corrugated structures are made. This structure makes it possible to graduate SPM probes for studying microobjects (grooves, protruding microstructures) with flat vertical walls or having a positive angle of inclination. The disadvantage of the structure is that it does not allow graduation of the SPM for the study of microobjects (grooves, protruding microstructures) with a negative angle of inclination of the side walls and microstructures having side surfaces with a complex relief. In addition, having flat side walls, the structure does not allow to determine the parameters of the cantilever probe needle, for example, the radius of curvature of the needle tip.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату является тестовая структура [2], представляющая собой монокристаллическое кремниевое основание, в котором выполнены канавки с заданными геометрическими размерами (шириной, глубиной и углом наклона боковых стенок). Канавки имеют одинаковые плоские боковые поверхности и выполнены как с положительным, так и с отрицательным углом наклона стенок. Данная тестовая структура позволяет градуировать СЗМ для исследования микрообъектов, имеющих канавки или выступающие на поверхности микроструктуры с плоскими вертикальными или имеющими различный угол наклона стенками. Недостатком тестовой структуры является то, что она не позволяет с высокой точностью градуировать СЗМ для исследования микрообъектов, имеющих сложный рельеф боковых поверхностей. А включающая плоские боковые поверхности канавок тестовая структура не позволяет также определить параметры острия иглы зондов СЗМ. The closest to the claimed technical essence and the achieved result is the test structure [2], which is a single-crystal silicon base in which grooves are made with specified geometric dimensions (width, depth and angle of inclination of the side walls). The grooves have the same flat side surfaces and are made with both positive and negative angle of inclination of the walls. This test structure allows you to graduate SPM for the study of microobjects having grooves or protruding on the surface of the microstructure with flat vertical or with different angle of inclination of the walls. The disadvantage of the test structure is that it does not allow to accurately calibrate the SPM for the study of microobjects having a complex relief of the side surfaces. And the test structure, which includes flat lateral surfaces of the grooves, also does not allow determining the parameters of the tip of the probe tip of the SPM.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения параметров иглы зонда кантилевера при сканировании боковых поверхностей микроструктур и обеспечение эффективной градуировки СЗМ для исследования микрообъектов, имеющих боковые поверхности с развитым микрорельефом. The purpose of the invention is the ability to determine the parameters of the cantilever probe needle when scanning the lateral surfaces of the microstructures and to provide effective SPM calibration for studying microobjects having lateral surfaces with a developed microrelief.

Это достигается тем, что в качестве тестовой структуры для градуировки СЗМ используют тестовую структуру, состоящую из основания и расположенных на нем монокристаллических выступающих микроструктур, имеющих одинаковые противоположные боковые поверхности и горизонтальную верхнюю поверхность. Боковые поверхности микроструктур имеют рельеф с заданными геометрическими параметрами. Если микроструктуры имеют вертикально расположенные боковые поверхности, то их рельеф в перпендикулярном сечении к основанию имеет пилообразную форму с зубцами в виде равнобедренных треугольников. Если боковые поверхности микроструктур образуют с верхней поверхностью угол, отличный от 90o, то их рельеф в перпендикулярном сечении к основанию имеет пилообразную форму с треугольными зубцами. Выступающие микроструктуры могут быть выполнены в виде гофр (полосок). Выступающие микроструктуры также могут быть выполнены в виде столбиков, расположенных в регулярном порядке. При этом верхняя поверхность столбиков имеет квадратную или прямоугольную форму.This is achieved in that a test structure consisting of a base and single-crystal protruding microstructures located on it having identical opposite side surfaces and a horizontal upper surface is used as a test structure for SPM calibration. The lateral surfaces of the microstructures have a relief with specified geometric parameters. If the microstructures have vertically arranged side surfaces, then their relief in a perpendicular section to the base has a sawtooth shape with teeth in the form of isosceles triangles. If the lateral surfaces of the microstructures form an angle other than 90 ° with the upper surface, then their relief in a perpendicular section to the base has a sawtooth shape with triangular teeth. Protruding microstructures can be made in the form of corrugations (strips). Protruding microstructures can also be made in the form of columns arranged regularly. Moreover, the upper surface of the columns has a square or rectangular shape.

Технический эффект заключается в следующем. Так как микроструктуры выполнены на основании выступающими, имеют горизонтальную верхнюю поверхность и одинаковые противоположные боковые поверхности, имеющие микрорельеф с заданными геометрическими параметрами, это позволяет при сканировании боковых поверхностей микроструктур зондом СЗМ воспроизвести точное изображение их рельефных боковых поверхностей с заданными геометрическими параметрами, тем самым позволяет отградуировать СЗМ для эффективного исследования микрообъектов, имеющих сложный рельеф боковых поверхностей. Наличие горизонтальной верхней поверхности у микроструктур, разделяющей боковые их поверхности, позволяет упростить процесс градуировки СЗМ. Если микроструктуры имеют вертикальные боковые поверхности с микрорельефом пилообразной формы с зубцами в виде равнобедренных треугольников, то при сканировании их боковых поверхностей обеспечивается градуировка СЗМ для эффективного исследования микрообъектов, имеющих вертикальные стенки с микрорельефом (канавки, столбики и т. д. ). Если микроструктуры имеют положительно наклонные боковые поверхности с микрорельефом пилообразной формы с треугольными зубцами, то при сканировании их боковых поверхностей обеспечивается градуировка СЗМ для эффективного исследования микрообъектов, имеющих вертикальные или положительно наклонные боковые поверхности с микрорельефом. Если микроструктуры имеют боковые поверхности с отрицательным углом наклона и микрорельефом пилообразной формы с треугольными зубцами, то при сканировании их боковых поверхностей обеспечивается градуировка СЗМ для эффективного исследования микрообъектов, боковые поверхности которых имеют отрицательный угол наклона. Когда структуры выполнены в виде гофр, это упрощает поиск участка боковой поверхности микроструктуры для начала сканирования ее зондом СЗМ. Когда структуры выполнены в виде столбиков, верхняя поверхность которых имеет квадратную или прямоугольную форму, это позволяет провести градуировку СЗМ за одно сканирование боковой поверхности и углов верхней поверхности микроструктуры. В связи с тем, что боковые поверхности микроструктур имеют микрорельеф в виде треугольников, это позволяет при их сканировании обеспечить определение параметров иглы зонда СЗМ, например позволяет определить радиус кривизны острия иглы зонда. Перечисленные тестовые структуры являются одними из наиболее простых из числа структур, имеющих рельефную боковую поверхность с заданными геометрическими параметрами, которые возможно воспроизводимо изготовить с использованием технологии микроэлектроники (в частности с использованием кремниевой технологии и технологии анизотропного травления монокристаллов). The technical effect is as follows. Since the microstructures are protruding on the base and have a horizontal upper surface and identical opposite side surfaces having a microrelief with predetermined geometric parameters, this allows scanning the lateral surfaces of microstructures with an SPM probe to reproduce an exact image of their embossed side surfaces with specified geometric parameters, thereby allowing gradation SPM for effective research of microobjects having a complex relief of side surfaces. The presence of a horizontal upper surface of the microstructures separating their lateral surfaces makes it possible to simplify the SPM calibration process. If the microstructures have vertical lateral surfaces with a sawtooth micro-relief with teeth in the form of isosceles triangles, then scanning their lateral surfaces provides SPM graduation for the effective study of micro-objects having vertical walls with micro-relief (grooves, columns, etc.). If the microstructures have positively inclined lateral surfaces with a sawtooth-shaped microrelief with triangular teeth, then scanning their lateral surfaces provides SPM graduation for the effective study of microobjects having vertical or positively inclined lateral surfaces with a microrelief. If the microstructures have lateral surfaces with a negative angle of inclination and a sawtooth-shaped microrelief with triangular teeth, then scanning their side surfaces provides SPM graduation for the effective study of microobjects whose side surfaces have a negative angle of inclination. When the structures are made in the form of corrugations, this simplifies the search for a portion of the lateral surface of the microstructure to start scanning it with an SPM probe. When the structures are made in the form of columns, the upper surface of which has a square or rectangular shape, this allows the SPM to be calibrated in one scan of the side surface and the angles of the upper surface of the microstructure. Due to the fact that the lateral surfaces of the microstructures have a microrelief in the form of triangles, this makes it possible to determine the parameters of the SPM probe needle during their scanning, for example, it allows determining the radius of curvature of the tip of the probe needle. The listed test structures are one of the simplest among the structures having a relief side surface with specified geometric parameters, which can be reproducibly fabricated using microelectronics technology (in particular, using silicon technology and anisotropic etching technology for single crystals).

Тестовые структуры иллюстрируются фиг. 1 - 4). Test structures are illustrated in FIG. 14).

На фиг. 1 приведено трехмерное изображение тестовой структуры, микроструктуры которой выполнены в виде гофр, имеющие вертикальные боковые поверхности с микрорельефом пилообразной формы с зубцами в виде равнобедренных треугольников. In FIG. Figure 1 shows a three-dimensional image of a test structure, the microstructure of which is made in the form of corrugations, having vertical side surfaces with a sawtooth microrelief with teeth in the form of isosceles triangles.

На фиг. 2 приведено трехмерное изображение тестовой структуры, микроструктуры которой выполнены в виде гофр, имеющие положительно наклоненные боковые поверхности с микрорельефом пилообразной формы с треугольными зубцами. In FIG. Figure 2 shows a three-dimensional image of a test structure, the microstructure of which is made in the form of corrugations, having positively inclined lateral surfaces with a sawtooth microrelief with triangular teeth.

На фиг. 3 приведено трехмерное изображение тестовой структуры, микроструктуры которой выполнены в виде гофр, имеющие боковые поверхности с отрицательным углом наклона с микрорельефом пилообразной формы с треугольными зубцами. In FIG. Figure 3 shows a three-dimensional image of a test structure, the microstructure of which is made in the form of corrugations, having lateral surfaces with a negative angle of inclination with a sawtooth microrelief with triangular teeth.

На фиг. 4 приведено трехмерное изображение тестовой структуры, микроструктуры которой выполнены в виде столбиков, расположенных в шахматном порядке, и имеют вертикальные боковые поверхности с микрорельефом пилообразной формы с зубцами в виде равнобедренных треугольников. In FIG. Figure 4 shows a three-dimensional image of the test structure, the microstructure of which is made in the form of staggered columns and has vertical side surfaces with a sawtooth micro-relief with teeth in the form of isosceles triangles.

Примеры исполнения тестовой структуры. Examples of the execution of the test structure.

Пример 1. Тестовая структура состоит из основания 1 (см. на фиг. 1) и расположенных на нем выступающих монокристлалических микроструктур 2. Микроструктуры выполнены в виде гофр. Они имеют горизонтальную верхнюю поверхность 3 и вертикальные боковые поверхности 4. Боковые поверхности микроструктур имеют рельеф с заданными геометрическими параметрами. Рельеф боковых поверхностей в перпендикулярном сечении к основанию имеет пилообразную форму с зубцами в виде равнобедренных треугольников. Example 1. The test structure consists of a base 1 (see Fig. 1) and protruding single-crystal microstructures located on it 2. The microstructures are made in the form of corrugations. They have a horizontal upper surface 3 and vertical side surfaces 4. The lateral surfaces of the microstructures have a relief with predetermined geometric parameters. The relief of the side surfaces in a perpendicular section to the base has a sawtooth shape with teeth in the form of isosceles triangles.

Пример 2. Тестовая структура состоит из основания 1 (см. фиг. 2) и расположенных на нем выступающих монокристаллических микроструктур 2. Микроструктуры выполнены в виде гофр и имеют горизонтальную верхнюю поверхность 3. Боковые поверхности 4 микроструктур образуют с верхней поверхностью тупой угол. Рельеф боковых поверхностей микроструктур имеет пилообразную форму с треугольными зубцами. Example 2. The test structure consists of base 1 (see Fig. 2) and protruding single-crystal microstructures located on it 2. Microstructures are made in the form of corrugations and have a horizontal upper surface 3. The lateral surfaces of 4 microstructures form an obtuse angle with the upper surface. The relief of the lateral surfaces of the microstructures has a sawtooth shape with triangular teeth.

Пример 3. Тестовая структура состоит из основания 1 ( см. фиг. 3) и расположенных на нем выступающих монокристаллических микроструктур 2. Микроструктуры выполнены в виде гофр и имеют горизонтальную верхнюю поверхность 3. Боковые поверхности 4 микроструктур образуют с верхней поверхностью острый угол. Рельеф боковых поверхностей микроструктур имеет пилообразную форму с треугольными зубцами. Example 3. The test structure consists of a base 1 (see Fig. 3) and protruding single-crystal microstructures located on it 2. The microstructures are made in the form of corrugations and have a horizontal upper surface 3. The lateral surfaces of 4 microstructures form an acute angle with the upper surface. The relief of the lateral surfaces of the microstructures has a sawtooth shape with triangular teeth.

Пример 4. Тестовая структура состоит из основания 1 ( см. фиг. 4) и расположенных на нем выступающих монокристаллических микроструктур 2 . Микроструктуры выполнены в виде столбиков, расположенных в регулярном порядке. Столбики расположены в шахматном порядке. Столбики имеют горизонтальную верхнюю поверхность 3 и вертикальные боковые поверхности 4. Рельеф боковых поверхностей в перпендикулярном сечении к основанию имеет пилообразную форму с зубцами в виде равнобедренных треугольников. Example 4. The test structure consists of a base 1 (see Fig. 4) and protruding single-crystal microstructures 2 located on it. Microstructures are made in the form of columns arranged regularly. The columns are staggered. The columns have a horizontal upper surface 3 and vertical side surfaces 4. The relief of the side surfaces in a perpendicular section to the base has a sawtooth shape with teeth in the form of isosceles triangles.

Источники информации:
1. Патент ЕПВ N 0676614A1, кл. G 01 B 1/00, 1994.Sources of information:
1. Patent EPO N 0676614A1, CL G 01 B 1/00, 1994.

2. Патент США N 5382795, кл G 01 B 7/34, 1995. 2. US Patent N 5382795, CL G 01 B 7/34, 1995.

Claims (5)

1. Тестовая структура для градуировки сканирующего зондового микроскопа, состоящая из основания и расположенных на нем монокристаллических микроструктур, имеющих одинаковые противоположные боковые поверхности с заданными геометрическими параметрами, отличающаяся тем, что микроструктуры выполнены на основании выступающими, имеют горизонтальную верхнюю поверхность, а боковые поверхности микроструктур имеют микрорельеф. 1. Test structure for graduating a scanning probe microscope, consisting of a base and single-crystal microstructures located on it, having identical opposite side surfaces with predetermined geometric parameters, characterized in that the microstructures are protruding on the base, have a horizontal upper surface, and the side surfaces of the microstructures have microrelief. 2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что микроструктуры имеют вертикальные боковые поверхности, а рельеф боковых поверхностей микроструктур в перпендикулярном сечении к основанию имеет пилообразную форму с зубцами в виде равнобедренных треугольников. 2. The structure according to claim 1, characterized in that the microstructures have vertical side surfaces, and the relief of the side surfaces of the microstructures in a perpendicular section to the base has a sawtooth shape with teeth in the form of isosceles triangles. 3. Структура по п.1, отличающаяся тем, что боковые поверхности микроструктур образуют с верхней поверхностью угол, отличный от 90o, а рельеф боковых поверхностей в перпендикулярном сечении к основанию имеет пилообразную форму с треугольными зубцами.3. The structure according to claim 1, characterized in that the lateral surfaces of the microstructures form an angle other than 90 ° with the upper surface, and the relief of the lateral surfaces in a perpendicular section to the base has a sawtooth shape with triangular teeth. 4. Структура по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что выступающие микроструктуры выполнены в виде гофр. 4. The structure according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the protruding microstructure is made in the form of corrugations. 5. Структура по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что выступающие микроструктуры выполнены в виде столбиков, расположенных в регулярном порядке, верхняя поверхность которых имеет квадратную или прямоугольную форму. 5. The structure according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the protruding microstructures are made in the form of columns arranged in regular order, the upper surface of which has a square or rectangular shape.
RU97107631A 1997-05-08 1997-05-08 Testing structure for calibration of scanning probing microscope RU2121656C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97107631A RU2121656C1 (en) 1997-05-08 1997-05-08 Testing structure for calibration of scanning probing microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97107631A RU2121656C1 (en) 1997-05-08 1997-05-08 Testing structure for calibration of scanning probing microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2121656C1 true RU2121656C1 (en) 1998-11-10
RU97107631A RU97107631A (en) 1999-02-20

Family

ID=20192800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97107631A RU2121656C1 (en) 1997-05-08 1997-05-08 Testing structure for calibration of scanning probing microscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2121656C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101170287B1 (en) An apparatus and method for providing alignment of a probe, and a testing apparatus for testing electric properties on a specific location of a test sample
US5367165A (en) Cantilever chip for scanning probe microscope
US7788818B1 (en) Mesoscale hybrid calibration artifact
JP2008503734A6 (en) How to align the probe
EP1482297A4 (en) Scanning probe microscope and specimen surface structure measuring method
Clifford et al. Improved methods and uncertainty analysis in the calibration of the spring constant of an atomic force microscope cantilever using static experimental methods
US5500535A (en) Stress cell for a scanning probe microscope
Petronis et al. Microfabricated force-sensitive elastic substrates for investigation of mechanical cell–substrate interactions
RU2121656C1 (en) Testing structure for calibration of scanning probing microscope
JP2656536B2 (en) Probe and manufacturing method thereof
JP2006512589A (en) Cantilever sensor using piezoresistance coefficient in both vertical and horizontal directions
RU2320034C2 (en) Probe for scanning probe microscope and method for manufacturing it
JPH1090287A (en) Probe for interatomic force microscope and its manufacture
RU2121131C1 (en) Test structure for calibration of scanning probing microscope
CN101819217A (en) Method for inverting micro-nano planar periodic structure
Tortonese Force sensors for scanning probe microscopy
RU2121130C1 (en) Test structure for determination of form and geometrical dimensions of needle of scanning proving microscope
Yu et al. A scanning probe microscope for surface measurement in nano-scale
RU2335735C1 (en) Test structure for estimation of curvature radius of scanning probe microscopy cantilever needle-point
JP3510411B2 (en) Micro hardness measurement method
EP1640730A1 (en) A method for providing alignment of a probe
JP3834378B2 (en) Cantilever tip
Novikov et al. Direct measurement of the linewidth of relief element on AFM in nanometer range
CN1796050B (en) Tools for grinding samples of detection for electron microscope
JP2005201908A (en) Micro material testing apparatus