JP2000266657A - Self excitation type cantilever - Google Patents

Self excitation type cantilever

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JP2000266657A
JP2000266657A JP11070924A JP7092499A JP2000266657A JP 2000266657 A JP2000266657 A JP 2000266657A JP 11070924 A JP11070924 A JP 11070924A JP 7092499 A JP7092499 A JP 7092499A JP 2000266657 A JP2000266657 A JP 2000266657A
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Japan
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cantilever
self
silicon
excited
resistance heating
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Application number
JP11070924A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Takahashi
寛 高橋
Nobuhiro Shimizu
信宏 清水
Tadashi Arai
正 新井
Yoshiharu Shirakawabe
喜春 白川部
Chiaki Yasumuro
千晃 安室
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make excitable a silicon cantilever main body without the need of preparing a piezoelectric body such as PZT or the like additionally to the silicon cantilever main body or a holder. SOLUTION: In the self excitation type cantilever 1, a metallic layer 7 with a coefficient of thermal expansion different from silicon is set immediately above a resistance heating unit 3 on a cantilever main body 2. The resistance heating unit 3 intermittently heats when a current is intermittently sent to the resistance heating unit 3, whereby a lever part 21 is excited because of a difference in coefficient of thermal expansion between silicon as a material of the lever part 21 and aluminum as a material of the metallic layer 7.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡により試料をダイナミック測定モードにて測定する
のに好適な自己励振型カンチレバーに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-excited cantilever suitable for measuring a sample in a dynamic measurement mode using a scanning probe microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡を用いて試料の表
面形状を測定する場合、カンチレバーを共振振動させる
などして試料表面に近づけることによって、カンチレバ
ー上の探針と試料表面との相互作用により、カンチレバ
ーの振動周波数が変化を起こす。この振動周波数または
その変化量が一定になるようにサーボ系でカンチレバー
のZ方向の位置(試料とカンチレバーとの間の距離)を
フィードバック制御することにより、試料表面の形状デ
ータを得るようにするダイナミック測定モードが従来か
ら広く採用されてきている。
2. Description of the Related Art When the surface shape of a sample is measured using a scanning probe microscope, the cantilever is caused to resonate and vibrate to approach the sample surface. The vibration frequency of the cantilever changes. The servo system feedback-controls the position of the cantilever in the Z direction (distance between the sample and the cantilever) so that the vibration frequency or the amount of change is constant, thereby obtaining shape data of the sample surface. The measurement mode has been widely adopted in the past.

【0003】したがって、ダイナミック測定モードで試
料の測定を行う場合、従来では、カンチレバーを励振さ
せるために、PZTなどの圧電体をカンチレバー本体に
物理的接触により結合させる構成、あるいはカンチレバ
ー自体にPZTなどの圧電体の薄膜を形成する構成等が
採用されている。
Therefore, when a sample is measured in the dynamic measurement mode, conventionally, in order to excite the cantilever, a piezoelectric body such as PZT is coupled to the cantilever body by physical contact, or a PZT or the like is attached to the cantilever itself. A configuration in which a piezoelectric thin film is formed is employed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、PZTなどの
圧電体をカンチレバー本体に結合させる構成では圧電体
とカンチレバーとの力学的結合状態によって振動の伝達
が不安定となる傾向を有する上、付加的に圧電体を設け
ることにより装置構成が複雑化してしまうという問題が
あった。
However, in a configuration in which a piezoelectric body such as PZT is coupled to the cantilever main body, the transmission of vibration tends to be unstable due to the mechanical coupling state between the piezoelectric body and the cantilever, and additional vibration is required. However, there is a problem that the configuration of the device becomes complicated by providing a piezoelectric body in the apparatus.

【0005】一方、カンチレバー自体にPZTなどの圧
電体などの薄膜を形成した構成の場合、カンチレバー上
に圧電体薄膜及び電極を形成すること自体が非常に困難
である上、充分な励振を行うためには圧電体の膜厚を厚
くする必要があるため、圧電体膜のひび割れが起こった
り、カンチレバー自身の硬さが硬くなり、サンプルや測
定条件によっては測定が不可能な状態となるという問題
があった。
On the other hand, in the case of a structure in which a thin film such as a piezoelectric material such as PZT is formed on the cantilever itself, it is very difficult to form a piezoelectric thin film and an electrode on the cantilever itself, and it is necessary to perform sufficient excitation. However, it is necessary to increase the thickness of the piezoelectric material, which causes cracks in the piezoelectric film and hardening of the cantilever itself, making it impossible to perform measurement depending on the sample and measurement conditions. there were.

【0006】本発明の目的は、したがって、従来技術に
おける上述の問題点を解決することができるようにし
た、自己励振型カンチレバーを提供することにある。
An object of the present invention is therefore to provide a self-excited cantilever which can solve the above-mentioned problems in the prior art.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明による自己励振型カンチレバーの特徴は、シリ
コンカンチレバー本体と、該シリコンカンチレバー本体
上に形成された抵抗発熱体と、該抵抗発熱体の直上に設
けられシリコンと異なる熱膨張係数を有する材料から成
る薄膜とを備えて成る点にある。
The self-excited cantilever according to the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized by a silicon cantilever main body, a resistance heating element formed on the silicon cantilever main body, and a resistance heating element. And a thin film made of a material having a different coefficient of thermal expansion from silicon, which is provided immediately above the silicon.

【0008】抵抗発熱体は、ホウ素、燐、砒素などの不
純物をシリコンカンチレバー本体にイオンインプラテー
ションなどによりドーピングして形成することができ
る。薄膜は、抵抗発熱体の直上に設けられるアルミニウ
ム等の金属層とすることができるが、必要に応じ、抵抗
発熱体と薄膜との間の電気的絶縁を確保するため、両者
間に例えば酸化膜を形成するようにする。
The resistance heating element can be formed by doping impurities such as boron, phosphorus and arsenic into the silicon cantilever body by ion implantation or the like. The thin film may be a metal layer such as aluminum provided directly above the resistance heating element, but if necessary, for example, an oxide film may be interposed between the resistance heating element and the thin film to ensure electrical insulation between the two. Is formed.

【0009】シリコンカンチレバー本体上に、抵抗発熱
体及びシリコンと異なる熱膨張係数を有する材料の薄膜
を上述の如く設ける構成によると、抵抗発熱体に電流を
流して発熱させると、シリコンカンチレバー本体と薄膜
とが同時に加熱され、両者の熱膨張係数の差に応じてシ
リコンカンチレバー本体がバイメタル効果により屈曲す
る。電流の供給を止めればシリコンカンチレバー本体は
元の状態に戻る。したがって、抵抗発熱体に加熱電流を
間歇的に流すことによりシリコンカンチレバー本体をそ
れに相応する周期で振動させることができる。
According to the configuration in which the resistive heating element and the thin film of a material having a different thermal expansion coefficient from silicon are provided on the silicon cantilever main body as described above, when the current flows through the resistive heating element to generate heat, the silicon cantilever main body and the thin film Are simultaneously heated, and the silicon cantilever body is bent by the bimetal effect according to the difference in the thermal expansion coefficient between the two. When the current supply is stopped, the silicon cantilever body returns to its original state. Therefore, by intermittently supplying a heating current to the resistance heating element, the silicon cantilever body can be vibrated at a cycle corresponding to the heating current.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0011】図1には、本発明による自己励振型カンチ
レバーの実施の形態の一例が示されている。図1に示し
た自己励振型カンチレバー1は、カンチレバーの撓み具
合を光学的に検知するようにした、所謂光りテコ検出方
式の走査型プローブ顕微鏡に用いられるカンチレバーと
して構成されている。
FIG. 1 shows an embodiment of a self-excited cantilever according to the present invention. The self-excited cantilever 1 shown in FIG. 1 is configured as a cantilever used for a so-called light lever detection type scanning probe microscope that optically detects the degree of bending of the cantilever.

【0012】自己励振型カンチレバー1は、後述するよ
うに、SOIウエハー等を用いたフォトリソグラフィー
によって製造することができるものであり、シリコンか
ら成るカンチレバー本体2を有している。カンチレバー
本体2それ自体の構成は従来のこの種のカンチレバーと
同じである。
As will be described later, the self-excited cantilever 1 can be manufactured by photolithography using an SOI wafer or the like, and has a cantilever body 2 made of silicon. The configuration of the cantilever body 2 itself is the same as that of a conventional cantilever of this type.

【0013】カンチレバー本体2のレバー部分21の表
面21Aには、抵抗発熱体3が形成されている。抵抗発
熱体3は、不純物をイオンインプラテーションなどによ
りレバー部分21にドーピングして一定幅の帯状の形態
で、蛇行するようにして形成され、これにより所定の長
さを確保して発熱体としての機能を果たすことができる
ようになっている。不純物としては、ホウ素、燐、砒素
等を用いることができる。
The resistance heating element 3 is formed on the surface 21A of the lever portion 21 of the cantilever body 2. The resistance heating element 3 is formed in a meandering manner in the form of a strip having a constant width by doping impurities into the lever portion 21 by ion implantation or the like, thereby securing a predetermined length and serving as a heating element. The function can be fulfilled. As the impurity, boron, phosphorus, arsenic, or the like can be used.

【0014】カンチレバー本体2の基部22上には、一
対の箔状の金属配線4、5が被着されており、金属配線
4、5の各一端4A、5Aが抵抗発熱体3の端部3A、
3Bと電気的に接続されている。金属配線4、5の各他
端4B、5Bは端子部となっており、他端4B、5Bを
介して抵抗発熱体3に加熱のための電流を外部から流す
ことができる構成となっている。
On the base 22 of the cantilever body 2, a pair of foil-shaped metal wirings 4, 5 are attached, and one end 4A, 5A of each of the metal wirings 4, 5 is connected to the end 3A of the resistance heating element 3. ,
3B is electrically connected. The other ends 4B and 5B of the metal wirings 4 and 5 are terminal portions, so that a current for heating can be supplied to the resistance heating element 3 from the outside through the other ends 4B and 5B. .

【0015】抵抗発熱体3の直上には、絶縁膜6を介し
て金属層7が被着されている。金属層7は、シリコンと
異なる熱膨張係数を有する金属材料であるアルミニウム
から成っている。しかし、金属層7の材料はこれに限定
されない。
A metal layer 7 is applied directly above the resistance heating element 3 via an insulating film 6. The metal layer 7 is made of aluminum, which is a metal material having a different coefficient of thermal expansion from silicon. However, the material of the metal layer 7 is not limited to this.

【0016】抵抗発熱体3に電流を流すことによって抵
抗発熱体3を発熱させ、これによりレバー部分21を加
熱すると、レバー部分21の材料であるシリコンと、金
属層7の材料であるアルミニウムとの間の熱膨張係数の
差によりバイメタル効果が働き、レバー部分21を反ら
せることができる。
When a current is applied to the resistance heating element 3 to cause the resistance heating element 3 to generate heat, thereby heating the lever portion 21, the silicon as the material of the lever portion 21 and the aluminum as the material of the metal layer 7 are mixed. The bimetal effect works due to the difference in the thermal expansion coefficient between them, and the lever portion 21 can be warped.

【0017】レバー部分21の反りの方向は、本実施の
形態の場合、加熱時に紙面の手前側である。符号8で示
されるのはカンチレバー本体2に一体に形成されている
ティップであり、抵抗発熱体3に通電されてレバー部分
21及び金属層7が加熱されるとティップ8が試料(図
示せず)に接近し、一方、抵抗発熱体3への通電を停止
するとティップ8が試料から離れることになる。
In the case of the present embodiment, the direction of the warpage of the lever portion 21 is on the near side of the drawing when heated. Reference numeral 8 denotes a tip formed integrally with the cantilever main body 2, and when the resistance heating element 3 is energized to heat the lever portion 21 and the metal layer 7, the tip 8 becomes a sample (not shown). When the power supply to the resistance heating element 3 is stopped, the tip 8 separates from the sample.

【0018】したがって、抵抗発熱体3への電流供給を
適宜の時間間隔でオン、オフすることにより、レバー部
分21をこれと同期して振動させることができる。加熱
のために抵抗発熱体3へ供給する電流は、直流、交流の
いずれでもよい。
Therefore, by turning on and off the current supply to the resistance heating element 3 at appropriate time intervals, the lever portion 21 can be vibrated in synchronization with this. The current supplied to the resistance heating element 3 for heating may be either DC or AC.

【0019】なお、金属層7の代わりに、シリコンと熱
膨張係数の異なる電気的絶縁性を有する材料の絶縁層を
用いれば、絶縁膜6の形成は不要であり、構成を簡単と
することができる。
If an insulating layer of an electrically insulating material having a different coefficient of thermal expansion from silicon is used instead of the metal layer 7, the formation of the insulating film 6 is unnecessary and the structure can be simplified. it can.

【0020】自己励振型カンチレバー1によれば、カン
チレバー本体やホルダーに付加的にPZTなどの圧電体
を用意する必要がなくなり、装置構成が簡略化でき、さ
らに力学的な結合の不安定さなどからくる測定の不安定
さを取り除くことができる。
According to the self-excited cantilever 1, it is not necessary to prepare a piezoelectric body such as PZT in addition to the cantilever main body and the holder, so that the device configuration can be simplified, and furthermore, the mechanical coupling is unstable. The instability of the coming measurement can be eliminated.

【0021】また、自己励振型カンチレバー1自身にP
ZTなどの圧電体膜を作製する必要もなくなるので、自
己励振型カンチレバー1を容易に作製することができ、
さらに自己励振型カンチレバー1の硬さも大きく変動し
ないため、測定するサンプルの種類や測定モードなども
限定することなく測定を行うことができる。
The self-excited cantilever 1 itself has P
Since there is no need to manufacture a piezoelectric film such as ZT, the self-excited cantilever 1 can be easily manufactured.
Further, since the hardness of the self-excited cantilever 1 does not largely change, the measurement can be performed without limiting the type of the sample to be measured and the measurement mode.

【0022】次に、図2を参照して、図1に示した自己
励振型カンチレバー1の製造方法の一実施形態を説明す
る。図2の(A)に示されるように、Si基盤11A、
埋め込み酸化膜11B、SOI層11Cが図示の如く積
層されて成るSOIウエハー11を用意し、SOI層1
1Cの表面を酸化させ、酸化膜12を形成する。
Next, an embodiment of a method of manufacturing the self-excited cantilever 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, a Si substrate 11A,
An SOI wafer 11 having a buried oxide film 11B and an SOI layer 11C laminated as shown in the figure is prepared.
The surface of 1C is oxidized to form oxide film 12.

【0023】次に、同図(B)に示されるように、酸化
膜12をフォトリソグラフィーによってパターニング
し、次工程のティップエッチング用のためのマスク12
Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, the oxide film 12 is patterned by photolithography, and a mask 12 for tip etching in the next step is formed.
Form A.

【0024】そして、リアクティブイオンエッチング
(RIE)等によりマスク12Aを用いてSOI層11
Cを等方的にエッチングし、SOI層11Cの一部を針
状に先鋭化した後、マスク12Aを除去し、ティップ8
を形成する(図2の(C))。
Then, the SOI layer 11 is formed by reactive ion etching (RIE) using the mask 12A.
C is isotropically etched to sharpen a part of the SOI layer 11C into a needle shape, and then the mask 12A is removed.
Is formed (FIG. 2C).

【0025】次いで、上述の如くして形成されたティッ
プ8を熱酸化などによって酸化することにより、ティッ
プ8を更に先鋭化する。符号14で示されるのは、酸化
膜である(図2の(D))。
Next, the tip 8 formed as described above is oxidized by thermal oxidation or the like to further sharpen the tip 8. Reference numeral 14 denotes an oxide film (FIG. 2D).

【0026】図2の(D)に示す状態において、ティッ
プ8に対応する酸化膜14の部分のみを残して、酸化膜
14の除去を行い、しかる後、フォトリソグラフィーを
用いてレバー形成用マスク(図示せず)をSOI層11
C上に形成し、リアクティブエッチング(RIE)など
を用いてSOI層11Cのエッチングを行い、レバー部
分21を形成する(図2の(E))。
In the state shown in FIG. 2D, the oxide film 14 is removed while leaving only the portion of the oxide film 14 corresponding to the tip 8, and thereafter, a lever forming mask (using photolithography) is used. SOI layer 11 (not shown)
Then, the SOI layer 11C is etched using reactive etching (RIE) or the like to form the lever portion 21 (FIG. 2E).

【0027】図2の(E)の工程で形成されたレバー部
分21に不純物としてホウ素をイオンインプラテーショ
ンによりドーピングし、これにより抵抗発熱体3をレバ
ー部分21に形成する(図2の(F))。
The lever portion 21 formed in the step of FIG. 2E is doped with boron as an impurity by ion implantation, thereby forming the resistance heating element 3 in the lever portion 21 (FIG. 2F). ).

【0028】しかる後、レバー部分21上の抵抗発熱体
3上に電気的絶縁膜としてシリコン酸化膜を化学的気相
成長法(CVD)により形成して絶縁膜6を設け、さら
に、絶縁膜6上にアルミニウム層を形成してパターニン
グを行い、金属層7を形成する(図2の(G))。
Thereafter, a silicon oxide film is formed as an electrical insulating film on the resistance heating element 3 on the lever portion 21 by chemical vapor deposition (CVD) to provide an insulating film 6. An aluminum layer is formed thereon and patterned to form a metal layer 7 (FIG. 2G).

【0029】このようにして、レバー部分21上に抵抗
発熱体3、絶縁膜6及び金属層7が形成されたならば、
SOIウエハー11の裏面からシリコンをエッチングす
ると共にSOIウエハー11の埋め込み酸化膜11Bを
除去し、カンチレバー本体2を分離させる。最後に、テ
ィップ8上の酸化膜14を除去することにより、図1に
示した自己励振型カンチレバー1が得られる(図2の
(H))。
When the resistance heating element 3, the insulating film 6, and the metal layer 7 are thus formed on the lever portion 21,
The silicon is etched from the back surface of the SOI wafer 11, the buried oxide film 11B of the SOI wafer 11 is removed, and the cantilever body 2 is separated. Finally, by removing the oxide film 14 on the tip 8, the self-excited cantilever 1 shown in FIG. 1 is obtained (FIG. 2 (H)).

【0030】以上、自己励振型カンチレバー1の製造方
法の一実施形態について説明したが、本発明による自己
励振型カンチレバー1はこの製造方法によってのみ得ら
れるものではなく、公知の他の製造プロセスを用いても
製造できるものであり、本発明による自己励振型カンチ
レバー1の製造方法を上記のプロセスにのみ限定する趣
旨ではない。
The embodiment of the method for manufacturing the self-excited cantilever 1 has been described above. However, the self-excited cantilever 1 according to the present invention is not obtained only by this manufacturing method, but uses another known manufacturing process. The present invention is not intended to limit the method of manufacturing the self-excited cantilever 1 according to the present invention to only the above-described process.

【0031】図3には、図1に示した自己励振型カンチ
レバー1を用いた走査型プローブ顕微鏡の装置構成の一
例が示されている。図3で、101は本体フレーム、1
02は試料、103は試料102をXYZ方向に移動さ
せるためのXYZスキャナーである。自己励振型カンチ
レバー1は、本体フレーム101のアーム部101Aに
適宜の手段で固定されており、自己励振型カンチレバー
1の抵抗発熱体3には、図示しない加熱用電源から、加
熱電流が所定の時間間隔tで間歇的に供給されている。
したがって、上記で説明したように、自己励振型カンチ
レバー1のレバー部分21は周期T(=2t)で振動
し、ティップ8が試料102の表面をタッピングする。
FIG. 3 shows an example of an apparatus configuration of a scanning probe microscope using the self-excited cantilever 1 shown in FIG. In FIG. 3, 101 is the main body frame, 1
Reference numeral 02 denotes a sample, and 103, an XYZ scanner for moving the sample 102 in the XYZ directions. The self-excited cantilever 1 is fixed to the arm portion 101A of the main body frame 101 by an appropriate means, and a heating current is supplied to a resistance heating element 3 of the self-excited cantilever 1 from a heating power supply (not shown) for a predetermined time. It is supplied intermittently at intervals t.
Therefore, as described above, the lever portion 21 of the self-excited cantilever 1 vibrates at a period T (= 2t), and the tip 8 taps the surface of the sample 102.

【0032】レバー部分21の撓み量は、レーザ光源1
04からのレーザ光線Lをレバー部分21の先端部にあ
て、この反射レーザ光線LRをフォトディテクター10
5により受光し、レバー部分21の瞬時位置を検出する
ことができる。この光りテコによるカンチレバーの位置
検出それ自体は公知の構成とすることができる。
The amount of deflection of the lever portion 21 depends on the laser light source 1.
04 is applied to the tip of the lever portion 21 and the reflected laser beam LR is applied to the photodetector 10.
5 allows the instantaneous position of the lever portion 21 to be detected. The detection of the position of the cantilever by the light lever itself can have a known configuration.

【0033】以上、本発明の一実施形態として、自己励
振光りテコカンチレバーについて説明したが、本発明
は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、例え
ば、自己検知型カンチレバーにも同様にして適用するこ
とができる。
As described above, as an embodiment of the present invention, a self-excited light lever cantilever has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment. Can be applied.

【0034】図4には、ピエゾ抵抗方式による自己検知
型のカンチレバーに本発明を適用して自己励振型とした
場合の実施の形態が示されている。自己励振自己検知型
カンチレバー31は、基本的には図1に示した自己励振
型カンチレバー1と同様の構成となっており、したがっ
て、自己励振自己検知型カンチレバー31の各部のうち
自己励振型カンチレバー1の各部に対応する部分には自
己励振型カンチレバー1の各部と同一の符号を付して説
明を省略する。
FIG. 4 shows an embodiment in which the present invention is applied to a self-excited cantilever of the piezoresistive type to apply a self-excited type. The self-excited self-detecting cantilever 31 has basically the same configuration as the self-exciting cantilever 1 shown in FIG. The same reference numerals as those of the self-excited cantilever 1 denote parts corresponding to the respective parts, and a description thereof will be omitted.

【0035】自己励振自己検知型カンチレバー31で
は、レバー部分21の撓み量を検知するためのピエゾ抵
抗体32がカンチレバー本体2の基部22付近に形成さ
れており、ピエゾ抵抗体32を外部と電気的に接続する
ための電極33、34が基部22上に形成されている点
でのみ自己励振型カンチレバー1と異なっている。
In the self-excited self-detecting cantilever 31, a piezoresistor 32 for detecting the amount of deflection of the lever portion 21 is formed near the base 22 of the cantilever body 2, and the piezoresistor 32 is electrically connected to the outside. The only difference from the self-excited cantilever 1 is that electrodes 33 and 34 for connecting to the cantilever 1 are formed on the base 22.

【0036】ピエゾ抵抗体32は、ホウ素系の不純物を
イオンインプラテーションなどでレバー部分21にドー
ピングすることによって形成することができ、電極3
3、34は金属配線4、5と同様の工程でアルミニウム
配線として基部22上に形成することができる。
The piezoresistor 32 can be formed by doping the lever portion 21 with a boron-based impurity by ion implantation or the like.
3 and 34 can be formed on the base 22 as aluminum wirings in the same process as the metal wirings 4 and 5.

【0037】自己励振自己検知型カンチレバー31にお
いては、このようにピエゾ抵抗体32がレバー部分21
の撓み量を検出するための素子として予め設けられてい
るので、自己励振自己検知型カンチレバー31を用いて
試料の測定を行う場合、電極33、34を介してピエゾ
抵抗体32を検出回路と電気的に接続し、レバー部分2
1の撓みによるピエゾ抵抗体32の電気的抵抗の変化か
らレバー部分21の撓み量を電気的に検出することがで
きる。
In the self-excited self-sensing cantilever 31, the piezoresistor 32 is thus connected to the lever portion 21.
When the sample is measured using the self-excited self-detection type cantilever 31, the piezoresistor 32 is electrically connected to the detection circuit via the electrodes 33 and 34 because the element is provided in advance as an element for detecting the amount of deflection of the piezoresistor. Connection, lever part 2
The amount of bending of the lever portion 21 can be electrically detected from the change in the electrical resistance of the piezoresistive body 32 due to the bending of (1).

【0038】図5には、図4に示した自己励振自己検知
型カンチレバー31の製造工程の一例を示す工程図が示
されている。図5に示す工程(A)〜(I)までのう
ち、(A)〜(F)までの工程は図2に示した工程
(A)〜(F)と同じである。
FIG. 5 is a process chart showing an example of a manufacturing process of the self-excited self-sensing cantilever 31 shown in FIG. Among the steps (A) to (I) shown in FIG. 5, the steps (A) to (F) are the same as the steps (A) to (F) shown in FIG.

【0039】したがって、ここでは、図5の(G)の工
程から説明する。発熱抵抗体3の形成後、さらに、不純
物としてホウ素をイオンインプラテーション等によりレ
バー部分21にドーピングし、ピエゾ抵抗体32をレバ
ー部分21上に形成する。
Therefore, here, description will be made from the step of FIG. After the formation of the heating resistor 3, the lever portion 21 is further doped with boron as an impurity by ion implantation or the like to form a piezoresistor 32 on the lever portion 21.

【0040】次に、図5の(H)の工程に移り、レバー
部分21上の抵抗発熱体3上に電気的絶縁膜としてシリ
コン酸化膜を化学的気相成長法(CVD)により形成し
て絶縁膜6を設け、さらに、絶縁膜6上にアルミニウム
層を形成してパターニングを行い、金属層7を形成す
る。さらに、このシリコン酸化膜を層間絶縁体として用
い、ピエゾ抵抗体32に対する配線33、34を金属層
7と同じくアルミニウム層として形成する。
5H, a silicon oxide film is formed as an electrical insulating film on the resistance heating element 3 on the lever portion 21 by chemical vapor deposition (CVD). An insulating film 6 is provided, and an aluminum layer is formed on the insulating film 6 and patterned to form a metal layer 7. Further, the silicon oxide film is used as an interlayer insulator, and wirings 33 and 34 for the piezoresistor 32 are formed as an aluminum layer like the metal layer 7.

【0041】このようにして、レバー部分21上に抵抗
発熱体3、絶縁膜6及び金属層7などが形成されたなら
ば、SOIウエハー11の裏面からシリコンをエッチン
グすると共にSOIウエハー11の埋め込み酸化膜11
Bを除去し、カンチレバー本体2を分離させる。最後
に、ティップ8上の酸化膜14を除去することにより、
図4に示した自己励振自己検知型カンチレバー31が得
られる(図5の(I))。
When the resistance heating element 3, the insulating film 6, the metal layer 7, and the like are formed on the lever portion 21 in this manner, silicon is etched from the back surface of the SOI wafer 11 and the buried oxidation of the SOI wafer 11 is performed. Membrane 11
B is removed, and the cantilever body 2 is separated. Finally, by removing the oxide film 14 on the tip 8,
The self-excited self-sensing cantilever 31 shown in FIG. 4 is obtained ((I) in FIG. 5).

【0042】図4に示した自己励振自己検知型カンチレ
バー31もまた、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー
として図3に示すのと同様の態様で使用することができ
るが、自己励振自己検知型カンチレバー31は自己検知
型であるから、レーザ光源104及びフォトディテクタ
ー105は不要となり、レバー部分21の撓み量はレバ
ー部分21に形成されたピエゾ抵抗体32を用いて検出
することができる。
The self-excited self-detecting cantilever 31 shown in FIG. 4 can also be used in the same manner as that shown in FIG. 3 as a cantilever of a scanning probe microscope. Since it is a self-detection type, the laser light source 104 and the photodetector 105 are not required, and the amount of bending of the lever portion 21 can be detected by using the piezoresistor 32 formed on the lever portion 21.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、シリコンカンチレバー
本体上に設けられた抵抗発熱体とシリコンと異なる熱膨
張係数を有する薄膜とによって、シリコンカンチレバー
本体と薄膜との間にバイメタル効果を生じさせ、これに
よりカンチレバー本体やホルダーに付加的にPZTなど
の圧電体を用意する必要なしに、シリコンカンチレバー
本体を励振させることができるので、装置構成が簡略化
でき、さらに力学的な結合の不安定さなどからくる測定
の不安定さを取り除くことができる。
According to the present invention, a bimetal effect is produced between the silicon cantilever body and the thin film by the resistive heating element provided on the silicon cantilever body and the thin film having a different thermal expansion coefficient from silicon. This makes it possible to excite the silicon cantilever body without having to prepare a piezoelectric body such as PZT in addition to the cantilever body or holder, thereby simplifying the device configuration and further causing instability of the mechanical coupling. Measurement instability can be eliminated.

【0044】また、シリコンカンチレバー本体自身にP
ZTなどの圧電体膜を作製する必要もなくなるので、カ
ンチレバーを容易に作製することができ、さらにカンチ
レバーの硬さも大きく変動しないため、測定するサンプ
ルの種類や測定モードなども限定することなく測定を行
うことができる。
The silicon cantilever body itself has a P
Since it is not necessary to manufacture a piezoelectric film such as ZT, the cantilever can be easily manufactured, and since the hardness of the cantilever does not greatly change, measurement can be performed without limiting the type of sample to be measured or the measurement mode. It can be carried out.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による自己励振型カンチレバーの実施の
形態の一例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of a self-excited cantilever according to the present invention.

【図2】図1に示した自己励振型カンチレバーの製造方
法の一実施形態を説明するための工程図。
FIG. 2 is a process chart for explaining one embodiment of a method for manufacturing the self-excited cantilever shown in FIG.

【図3】図1に示した自己励振型カンチレバーを用いた
走査型プローブ顕微鏡の装置構成の一例を示す概略構成
図。
3 is a schematic configuration diagram showing an example of a device configuration of a scanning probe microscope using the self-excited cantilever shown in FIG.

【図4】ピエゾ抵抗方式による自己検知型のカンチレバ
ーに、本発明を適用して自己励振型とした場合の実施の
形態を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a self-excitation type cantilever of a piezoresistive type to be a self-excitation type.

【図5】図4に示した自己励振自己検知型カンチレバー
の製造工程の一例を示す工程図。
FIG. 5 is a process chart showing an example of a manufacturing process of the self-excited self-sensing cantilever shown in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 自己励振型カンチレバー 2 カンチレバー本体 3 抵抗発熱体 4、5 金属配線 6 絶縁膜 7 金属層 8 ティップ 11 SOIウエハー 11A Si基板 11B 埋め込み酸化膜 11C SOI層 14 酸化膜 21 レバー部分 22 基部 31 自己励振自己検知型カンチレバー 32 ピエゾ抵抗体 33、34 電極 101 本体フレーム 102 試料 103 XYZスキャナー 104 レーザ光源 105 フォトディテクター Reference Signs List 1 self-excited cantilever 2 cantilever main body 3 resistance heating element 4, 5 metal wiring 6 insulating film 7 metal layer 8 tip 11 SOI wafer 11A Si substrate 11B buried oxide film 11C SOI layer 14 oxide film 21 lever portion 22 base 31 self-excited self Detection type cantilever 32 Piezoresistor 33, 34 Electrode 101 Body frame 102 Sample 103 XYZ scanner 104 Laser light source 105 Photodetector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 正 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 白川部 喜春 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 安室 千晃 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Fターム(参考) 2F069 AA54 AA57 AA60 DD25 DD26 DD27 GG02 GG06 GG07 GG39 GG52 GG62 HH04 JJ04 JJ25 LL03 MM04 MM11 MM23 MM32 PP02 QQ05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tadashi Arai 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi Inside Seiko Instruments Inc. (72) Inventor Yoshiharu Shirakawabe 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Inside Seiko Instruments Co., Ltd. (72) Inventor Chiaki Amuro 1-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba F-term inside Seiko Instruments Co., Ltd. JJ25 LL03 MM04 MM11 MM23 MM32 PP02 QQ05

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコンカンチレバー本体と、 該シリコンカンチレバー本体上に形成された抵抗発熱体
と、 該抵抗発熱体の直上に設けられシリコンと異なる熱膨張
係数を有する材料から成る薄膜とを備えて成ることを特
徴とする自己励振型カンチレバー。
1. A semiconductor device comprising: a silicon cantilever main body; a resistance heating element formed on the silicon cantilever main body; and a thin film made of a material having a thermal expansion coefficient different from that of silicon and provided immediately above the resistance heating element. A self-excited cantilever characterized by the following:
【請求項2】 前記抵抗発熱体が、前記シリコンカンチ
レバー本体に不純物をイオンインプラテーションにより
ドーピングして形成された請求項1記載の自己励振型カ
ンチレバー。
2. The self-excited cantilever according to claim 1, wherein said resistance heating element is formed by doping impurities into said silicon cantilever body by ion implantation.
【請求項3】 前記薄膜が前記抵抗発熱体の直上に電気
的絶縁膜を介して形成されている請求項1記載の自己励
振型カンチレバー。
3. The self-excited cantilever according to claim 1, wherein said thin film is formed immediately above said resistance heating element via an electrical insulating film.
【請求項4】 前記薄膜がアルミニウム等から成る金属
層である請求項3記載の自己励振型カンチレバー。
4. The self-excited cantilever according to claim 3, wherein said thin film is a metal layer made of aluminum or the like.
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