JP2000266659A - Cantilever for scanning probe microscope - Google Patents

Cantilever for scanning probe microscope

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JP2000266659A
JP2000266659A JP11070926A JP7092699A JP2000266659A JP 2000266659 A JP2000266659 A JP 2000266659A JP 11070926 A JP11070926 A JP 11070926A JP 7092699 A JP7092699 A JP 7092699A JP 2000266659 A JP2000266659 A JP 2000266659A
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JP
Japan
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cantilever
tip
self
sample
scanning probe
Prior art date
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Application number
JP11070926A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Chiaki Yasumuro
千晃 安室
Nobuhiro Shimizu
信宏 清水
Hiroshi Takahashi
寛 高橋
Yoshiharu Shirakawabe
喜春 白川部
Tadashi Arai
正 新井
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make easily manufacturable a cantilever and to make accurately measurable the surface shape of a sample with recesses and projections having aspect ratios by sharpening the free end of a cantilever body. SOLUTION: First, a mask 120 for etching a cantilever is formed on an SOI layer 110C, the SOI layer 110C is subjected to isotropic etching, its exposed part is etched in a taper shape, and then the mask 120 is eliminated. Then, the reverse side of the SOI wafer 110 is subjected to patterning, silicon is etched from the reverse side, a burial oxide film 110B of the SOI wafer 110 is eliminated, and a lever body 3 and a base part 2 are formed, thus obtaining the cantilever 1. As a result, since no additional tip is owned, a manufacturing process can be simplified and various kinds of restrictions cannot be given to a later process. Also, an angle for mounting the cantilever to a device can be set to an angle vertical to the sample or an angle close to it.

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、付加的なティップ
を持たない走査型プローブ顕微鏡用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 cantilever for a scanning probe microscope having no additional tip.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子オーダの微小領域の表面形状または
物理量の変位等を解明するために従来から用いられてい
る走査型プローブ顕微鏡にあっては、先端部にティップ
を設けたプローブを走査プローブとして利用している。
この種のプローブは、一般的にカンチレバー形状で製作
されており、カンチレバー本体の自由端部に円錐又は四
角錐などの形状をしたティップを固着したものが従来か
ら利用されている。このように構成されたプローブで試
料表面を走査すると、走査の際に試料表面とティップと
の間で発生する原子間力に基づく引力または斥力により
カンチレバーに撓みが生じるので、この撓み量を適宜の
手段で検出することによって試料表面の形状等の測定を
行うことができる。
2. Description of the Related Art In a scanning probe microscope conventionally used for elucidating a surface shape or a displacement of a physical quantity of a minute region in an atomic order, a probe provided with a tip at a tip portion is used as a scanning probe. We are using.
This type of probe is generally manufactured in a cantilever shape, and a probe in which a tip having a shape such as a cone or a quadrangular pyramid is fixed to a free end of a cantilever body has been conventionally used. When scanning the sample surface with the probe configured as described above, the cantilever bends due to an attractive force or a repulsive force based on an atomic force generated between the sample surface and the tip at the time of scanning. By detecting by means, the shape of the sample surface and the like can be measured.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のカンチレバーは、カンチレバー本体とは別にティッ
プを作製しなければならないが、ティップは通常円錐又
は四角錐などの形をしており、立体的加工が必要である
から、その製作に多大の手間を要する。その上、ティッ
プの形状の制御やその取り付け時のレバーに対する位置
合わせの精度などが求められ、またティップを保護する
ためのプロセスが必要となり、プロセスが複雑になると
いう問題があった。
In the above-mentioned conventional cantilever, a tip must be manufactured separately from the cantilever body. However, the tip is usually in the shape of a cone or a quadrangular pyramid, so that a three-dimensional processing is required. Requires a great deal of trouble in its production. In addition, it is required to control the shape of the tip and to adjust the position of the tip with respect to the lever when the tip is mounted. Further, a process for protecting the tip is required, and the process is complicated.

【0004】この問題を解決するため、ティップをカン
チレバーと一体に作るようにした技術も開示されている
が(米国特許第5,444,244号)、この技術によ
ると、シリコン材料を用いてカンチレバーの上に数ミク
ロンオーダーの高さでティップを一体に作るため、この
ティップが後工程のプロセスに種々の制約を与え、自由
なパターニングを阻害するのでカンチレバーの製作が却
って難しくなってしまうという別の問題を生じている。
In order to solve this problem, a technique has been disclosed in which a tip is formed integrally with a cantilever (US Pat. No. 5,444,244). However, according to this technique, a cantilever is formed using a silicon material. In order to make the tip in a few microns order above the surface, this tip imposes various restrictions on the post-process and inhibits free patterning, making it more difficult to manufacture the cantilever. Has a problem.

【0005】また、従来型のカンチレバーの場合、アプ
ローチ角は十数度が望ましいとされているが、ティップ
の高さよりアスペクト比の高い凹凸などの表面形状を持
つ試料の測定の場合には、ティップ先端が試料との相互
作用力を受ける前にレバーが試料と接触してしまい、正
確な表面形状を得ることが難しいという別の問題点も有
している。すなわち、図14の(A)、(B)に示すよ
うに、ティップ211を備えたカンチレバー210で試
料200の表面にある凸部201の形状を測定する場
合、カンチレバー210が矢印方向に移動して、同図
(B)に示されるようにティップ211が凸部201を
乗り越えたとき、ティップ211の前面211Aは凸部
201の角部201Aをなぞりながら降下するため、測
定結果は点線Sで示すように凸部201を台形形状と誤
測定してしまうことになる。
In the case of the conventional cantilever, it is considered that the approach angle is desirably tens of degrees. However, in the case of measuring a sample having a surface shape such as unevenness having an aspect ratio higher than the tip height, the tip angle is required. There is another problem that the lever comes into contact with the sample before the tip receives the interaction force with the sample, and it is difficult to obtain an accurate surface shape. That is, as shown in FIGS. 14A and 14B, when measuring the shape of the convex portion 201 on the surface of the sample 200 with the cantilever 210 having the tip 211, the cantilever 210 moves in the direction of the arrow. As shown in FIG. 3B, when the tip 211 gets over the convex portion 201, the front surface 211A of the tip 211 descends while tracing the corner 201A of the convex portion 201, and the measurement result is indicated by a dotted line S. In other words, the convex portion 201 is erroneously measured as a trapezoidal shape.

【0006】本発明の目的は、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、走査型プロ
ーブ顕微鏡用カンチレバーを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a cantilever for a scanning probe microscope 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、本発明は、カンチレバー本体の自由端を鋭く尖ら
せ、付加的なティップを持たないカンチレバーを形成す
るようにしたものである。このカンチレバーを試料表面
に対して、15度以上90度までの任意の角度で設置
し、このカンチレバーの自由端の鋭く尖らせた部分と試
料との相互作用力によるカンチレバー本体の撓みを検出
することにより試料表面形状を得ることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is to sharpen the free end of the cantilever body to form a cantilever without an additional tip. The cantilever is installed at an arbitrary angle of 15 to 90 degrees with respect to the sample surface, and the bending of the cantilever body due to the interaction force between the sharply pointed portion of the free end of the cantilever and the sample is detected. Can obtain a sample surface shape.

【0008】本発明によるカンチレバーは、カンチレバ
ー本体の先端を尖らせることにより、ティップの働きを
させるようにしたので、カンチレバー本体に別途ティッ
プを取り付けるようにした従来技術に比べ、製造が容易
である。また、カンチレバー本体の先端を尖らせるだけ
であるから、カンチレバーの製造のための後のプロセス
に制約を与えることがない。
Since the tip of the cantilever according to the present invention functions as a tip by sharpening the tip of the cantilever body, it is easier to manufacture than the prior art in which a tip is separately attached to the cantilever body. Further, since only the tip of the cantilever main body is sharpened, there is no restriction on a subsequent process for manufacturing the cantilever.

【0009】カンチレバー本体の先端を尖らせる工程
は、SOIウエハーを用いてカンチレバー本体を作る際
に、リアクティブイオンエッチング(RIE)などを用
いてシリコンの等方性エッチングを行うことにより容易
に実現することができる。
[0009] The step of sharpening the tip of the cantilever body is easily realized by performing isotropic etching of silicon using reactive ion etching (RIE) when manufacturing the cantilever body using an SOI wafer. be able to.

【0010】また、カンチレバーは、光りテコ方式のも
の、あるいはピエゾ抵抗方式による自己検知型のものの
いずれにも適用することができる。本発明によるカンチ
レバーは、その先端を試料表面に接触させるので、カン
チレバーのアプローチ角を90度とすることも可能であ
り、この点において歪センサを内蔵している自己検知型
のカンチレバーに特に好適である。
Further, the cantilever can be applied to either a shining lever type or a self-sensing type using a piezoresistive type. Since the tip of the cantilever according to the present invention is brought into contact with the sample surface, the approach angle of the cantilever can be set to 90 degrees. In this regard, the cantilever is particularly suitable for a self-detecting cantilever incorporating a strain sensor. is there.

【0011】また、カンチレバーのアプローチ角を90
度近くにとることが可能となるため、試料表面の凹凸が
急峻な場合でも、そのプロファイルを正確に測定できる
という利点を有している。
Further, the approach angle of the cantilever is set to 90.
Since it is possible to obtain a profile close to the standard, there is an advantage that the profile can be measured accurately even when the unevenness of the sample surface is steep.

【0012】[0012]

【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.

【0013】図1は、本発明によるカンチレバーの実施
の形態を示す図である。図1のカンチレバー1は、光り
テコ方式に用いるためのものであり、基部2からレバー
本体3が一体に延設されて成っている。レバー本体3の
自由端部3Aの形状はペン先状であり、レバー本体3の
表面はレバー本体3の軸線に平行な面となっており、一
方、レバー本体3の裏面3Aaはテーパー付けされてい
る。この結果、自由端部3Aの先端3Abは極めて鋭く
尖っており、この先端3Abが試料(図示せず)の表面
に接触する構成となっている。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a cantilever according to the present invention. The cantilever 1 shown in FIG. 1 is for use in a shiny lever system, and is formed by integrally extending a lever body 3 from a base 2. The shape of the free end 3A of the lever body 3 is a pen point, and the surface of the lever body 3 is a surface parallel to the axis of the lever body 3, while the back surface 3Aa of the lever body 3 is tapered. I have. As a result, the tip 3Ab of the free end 3A is extremely sharp and sharp, and the tip 3Ab comes into contact with the surface of the sample (not shown).

【0014】図2には、図1に示したカンチレバー1の
製造工程を説明するための工程図が示されている。図2
を参照してカンチレバー1の製造工程について説明す
る。先ず、図2の(A)に示されるように、シリコン基
板110A、埋め込み酸化膜110B、SOI層110
Cが図示の如く積層されて成るSOIウエハー110を
用意し、SOI層110C上にカンチレバーエッチング
用マスク120を形成する。
FIG. 2 is a process chart for explaining a manufacturing process of the cantilever 1 shown in FIG. FIG.
The manufacturing process of the cantilever 1 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, a silicon substrate 110A, a buried oxide film 110B, and an SOI layer 110 are formed.
An SOI wafer 110 in which C is stacked as shown is prepared, and a mask 120 for cantilever etching is formed on the SOI layer 110C.

【0015】次に、同図(B)に示されるように、カン
チレバーエッチング用マスク120を用いてSOI層1
10Cをリアクティブイオンエッチング(RIE)を用
いて等方性エッチングし、SOI層110Cの露出部分
110Caをテーパー状にエッチングした後、カンチレ
バーエッチング用マスク120を除去する。この結果、
SOI層110C上にレバー本体3の裏面3Aaに相当
する部分が形成される(図1参照)。
Next, as shown in FIG. 1B, an SOI layer 1 is formed using a cantilever etching mask 120.
10C is isotropically etched using reactive ion etching (RIE), and the exposed portion 110Ca of the SOI layer 110C is etched in a tapered shape, and then the cantilever etching mask 120 is removed. As a result,
A portion corresponding to the back surface 3Aa of the lever main body 3 is formed on the SOI layer 110C (see FIG. 1).

【0016】しかる後、同図の(C)に示されるよう
に、SOIウエハー110の裏面をパターニングし、裏
面からシリコンをエッチングし、SOIウエハー110
の埋め込み酸化膜110Bを除去し、レバー本体3及び
基部2を形成し、図1に示したカンチレバー1が得られ
る。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, the back surface of the SOI wafer 110 is patterned, silicon is etched from the back surface, and the SOI wafer 110 is etched.
The buried oxide film 110B is removed to form the lever body 3 and the base 2, and the cantilever 1 shown in FIG. 1 is obtained.

【0017】次に、図3を参照して、図1に示したカン
チレバー1を用いた試料表面の形状測定について説明す
る。図3は、試料表面100に、垂直な側面101A、
101B、及び水平な上面101Cを有する凸部101
があり、カンチレバー1でこの凸部101の形状を測定
する場合の例である。
Next, the measurement of the shape of the sample surface using the cantilever 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a side surface 101A perpendicular to the sample surface 100,
101B and a convex portion 101 having a horizontal upper surface 101C.
This is an example in which the shape of the convex portion 101 is measured by the cantilever 1.

【0018】カンチレバー1を略垂直状態とする。この
場合のアプローチ角は略90度となっている。カンチレ
バー1の先端3Abが試料表面100に接触する状態で
カンチレバー1を矢印X方向に試料と相対移動させる
と、図3の(A)に示されるように、先ずカンチレバー
1の裏面3Aaが凸部101と接触する。すると、カン
チレバー1に対するZ軸方向のサーボ動作によりカンチ
レバー1が上方に逃げ、その後、同図の(B)に示され
るように、先端3Abが凸部101の上面101Cをな
ぞるようにして矢印X方向に進み、凸部101の角部1
01Dに至ると、カンチレバー1はサーボ動作により先
端3Abが試料表面100に接するまで下方に降り、同
図(C)の状態となる。この後、先端3Abが試料表面
100に接触しつつ矢印X方向に移動する。
The cantilever 1 is set to a substantially vertical state. The approach angle in this case is approximately 90 degrees. When the cantilever 1 is relatively moved with respect to the sample in the direction of the arrow X in a state where the tip 3Ab of the cantilever 1 is in contact with the sample surface 100, first, as shown in FIG. Contact with. Then, the cantilever 1 escapes upward by the servo operation in the Z-axis direction with respect to the cantilever 1, and thereafter, as shown in FIG. To the corner 1 of the projection 101
When the cantilever 1 reaches 01D, the cantilever 1 descends by the servo operation until the tip 3Ab comes into contact with the sample surface 100, and the state shown in FIG. Thereafter, the tip 3Ab moves in the arrow X direction while contacting the sample surface 100.

【0019】この結果、カンチレバー1の先端3Abは
点線Rで示される軌跡を描くことになり、これが測定結
果として得られる。
As a result, the tip 3Ab of the cantilever 1 draws a locus indicated by a dotted line R, which is obtained as a measurement result.

【0020】しかし、厳密に言うと、カンチレバー1の
裏面3Aaが凸部101の角部101Eにあたった後
(図3の(A)参照)、カンチレバー1は、裏面3Aa
と角部101Eとの接触を保ちつつ上昇するので、その
ときの先端3Abの軌跡は図3に示すようにはならず、
図3の(C)に2点鎖線で示すように傾斜したものとな
り、凸部101のプロファイルとは若干異なることにな
る。
However, strictly speaking, after the back surface 3Aa of the cantilever 1 hits the corner 101E of the convex portion 101 (see FIG. 3A), the cantilever 1 is moved to the back surface 3Aa.
3 while maintaining contact with the corner portion 101E, the trajectory of the tip 3Ab at that time does not become as shown in FIG.
3C is inclined as shown by the two-dot chain line, and the profile of the convex portion 101 is slightly different.

【0021】図4は、この誤差を避けるための測定方法
を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a measuring method for avoiding this error.

【0022】先ず、図4の(A)に示されるように、カ
ンチレバー1によって試料表面100を矢印X方向に走
査して第1回目の軌跡データR1を得る。軌跡データR
1は凸部101の垂直な側面101A側において若干傾
斜した状態となっている。
First, as shown in FIG. 4A, the sample surface 100 is scanned in the direction of arrow X by the cantilever 1 to obtain the first trajectory data R1. Track data R
Reference numeral 1 denotes a state in which the protrusion 101 is slightly inclined on the vertical side surface 101A side.

【0023】次に、図4の(B)に示されるように、カ
ンチレバー1の向きを180ー反転させ、矢印Xとは1
80ー方向の異なる矢印Y方向にカンチレバー1を走査
させて第2回目の軌跡データR2を得る。軌跡データR
2では凸部101の垂直な側面101B側において傾斜
のついた軌跡となっている。
Next, as shown in FIG. 4B, the direction of the cantilever 1 is inverted by 180 °, and
The second track data R2 is obtained by scanning the cantilever 1 in the arrow Y direction different from the 80-direction. Track data R
In No. 2, the trajectory is inclined on the vertical side surface 101B side of the convex portion 101.

【0024】このようにして得られた軌跡データR1と
軌跡データR2とを用いて比較処理を行うことにより、
凸部101の垂直な側面101A及び101Bがそれぞ
れ垂直であることが判るので、図4の(C)に示される
ように、凸部101の形状に見合った正しい軌跡R12
が得られる。
By performing a comparison process using the trajectory data R1 and the trajectory data R2 thus obtained,
Since the vertical side surfaces 101A and 101B of the convex portion 101 are found to be vertical, respectively, a correct trajectory R12 matching the shape of the convex portion 101 is obtained as shown in FIG.
Is obtained.

【0025】以上、本発明の実施の形態の一例として、
光りテコ方式に用いる場合のカンチレバーの場合を説明
してきた。しかし、本発明によるカンチレバーは、光り
テコ方式の走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに限定
されるものではなく、自己検知型のカンチレバーの場合
にも広く適用することができるものである。
As described above, as an example of the embodiment of the present invention,
The case of the cantilever used in the shiny lever method has been described. However, the cantilever according to the present invention is not limited to the cantilever of the scanning probe microscope of the shining lever type, but can be widely applied to the case of a self-detecting cantilever.

【0026】図5には、本発明による自己検知型のカン
チレバーが示されている。図5に示されているのは、ピ
エゾ抵抗方式による自己検知型カンチレバー11であ
り、その基本構成は、図1に示したカンチレバー1と同
様である。したがって、図5において、図1の各部に対
応する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略
する。図5において、符号12で示されるのはレバー本
体3の撓み量を電気的に検出することができるようにす
るためのピエゾ抵抗体であり、ピエゾ抵抗体12の端部
12A、12Bには、金属配線13、14が電気的に接
続されている。なお、金属配線13、14は、基部2上
に形成されている層間絶縁層15の上に形成されてお
り、金属配線13、14を介してピエゾ抵抗体12が外
部からの回路と接続できる構成となっている。
FIG. 5 shows a self-sensing cantilever according to the present invention. FIG. 5 shows a self-sensing cantilever 11 of the piezoresistive type, and its basic configuration is the same as that of the cantilever 1 shown in FIG. Therefore, in FIG. 5, portions corresponding to the respective portions in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 5, reference numeral 12 denotes a piezoresistor for enabling the amount of deflection of the lever body 3 to be electrically detected, and ends 12A and 12B of the piezoresistor 12 include Metal wirings 13 and 14 are electrically connected. The metal wirings 13 and 14 are formed on an interlayer insulating layer 15 formed on the base 2, and the piezoresistor 12 can be connected to an external circuit via the metal wirings 13 and 14. It has become.

【0027】図6は、ピエゾ抵抗方式による自己検知型
カンチレバーの他の実施形態を示すものである。図6に
示した自己検知型カンチレバー21は、レバー本体3の
基部付近に窓22があけられており、レバー本体3がよ
り撓みやすい構成とされている点でのみ図5に示した自
己検知型カンチレバー11と相違している。したがっ
て、自己検知型カンチレバー21の各部のうち、自己検
知型カンチレバー11の各部に対応する部分には同一の
符号を付してこれらの説明を省略する。
FIG. 6 shows another embodiment of a self-sensing cantilever using a piezoresistive method. The self-detecting cantilever 21 shown in FIG. 6 is provided with a window 22 near the base of the lever main body 3, and the self-detecting cantilever 21 shown in FIG. This is different from the cantilever 11. Therefore, among the parts of the self-detecting cantilever 21, the parts corresponding to the parts of the self-detecting cantilever 11 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

【0028】次に、図7を参照して、図5に示した自己
検知型カンチレバー11の製造方法の一例について説明
する。先ず、図7の(A)、(B)に示されているよう
に、図2の(A)、(B)と同様の工程で裏面3Aaを
有するレバー本体3を形成する。
Next, an example of a method for manufacturing the self-sensing cantilever 11 shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIGS. 7A and 7B, the lever body 3 having the back surface 3Aa is formed in the same process as in FIGS. 2A and 2B.

【0029】図7の(C)の工程では、レバー本体3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、これによりピエゾ抵抗体12をレバー本
体3に形成する。そして、同図(D)に示される工程に
おいて、絶縁膜15を基部2上に形成し、絶縁膜15に
窓あけを行ってピエゾ抵抗体12の端部12A、12B
に金属配線13、14を行う。これにより、金属配線1
3、14がピエゾ抵抗体12の端部12A、12Bにそ
れぞれ電気的に接続される(図5参照)。
In the step of FIG. 7C, the lever body 3 is doped with boron as an impurity by ion implantation, thereby forming the piezoresistor 12 on the lever body 3. Then, in a step shown in FIG. 4D, an insulating film 15 is formed on the base 2, and a window is formed in the insulating film 15 so that the ends 12 A, 12 B
Next, metal wirings 13 and 14 are performed. Thereby, the metal wiring 1
3 and 14 are electrically connected to ends 12A and 12B of the piezoresistor 12, respectively (see FIG. 5).

【0030】図7の(E)の工程では、SOIウエハー
110の裏面をパターニングし、裏面からシリコンをエ
ッチングし、SOIウエハー110の埋め込み酸化膜1
10Bを除去し、レバー本体3及び基部2を形成する。
7E, the back surface of the SOI wafer 110 is patterned, silicon is etched from the back surface, and the buried oxide film 1 of the SOI wafer 110 is etched.
10B is removed to form the lever body 3 and the base 2.

【0031】図8には、本発明による別の自己検知型の
カンチレバーが示されている。図8に示されているの
は、ピエゾ圧電体方式による自己検知型カンチレバー3
1であり、その基本構成は、図5に示した自己検知型カ
ンチレバー11と同様である。したがって、図8におい
て、図5の各部に対応する部分には同一の符号を付して
それらの説明を省略する。図8において、符号32で示
されるのはレバー本体3の撓み量を電気的に検出するこ
とができるようにするためのピエゾ圧電体であり、ピエ
ゾ圧電体32の端部32A、32Bには、金属配線3
3、34が電気的に接続されている。なお、金属配線3
3、34は、基部2上に形成されている層間絶縁層35
の上に形成されており、金属配線33、34を介してピ
エゾ圧電体32が外部回路と接続できる構成となってい
る。この実施形態によれば、レバー本体3の撓み量に応
じてピエゾ圧電体32が歪み、これに応じた電圧出力が
金属配線33、34間から得られる。
FIG. 8 shows another self-sensing cantilever according to the present invention. FIG. 8 shows a self-sensing cantilever 3 using a piezoelectric material.
The basic configuration is the same as that of the self-sensing cantilever 11 shown in FIG. Therefore, in FIG. 8, the portions corresponding to the respective portions in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 8, reference numeral 32 denotes a piezo-electric body for enabling the amount of deflection of the lever main body 3 to be electrically detected, and ends 32A and 32B of the piezo-piezo body 32 include: Metal wiring 3
3, 34 are electrically connected. The metal wiring 3
3 and 34 are interlayer insulating layers 35 formed on the base 2.
And the piezoelectric piezoelectric body 32 can be connected to an external circuit via the metal wirings 33 and 34. According to this embodiment, the piezoelectric body 32 is distorted in accordance with the amount of bending of the lever body 3, and a voltage output corresponding to this is obtained between the metal wires 33 and 34.

【0032】図9は、ピエゾ圧電体方式による自己検知
型カンチレバーの他の実施形態を示すものである。図9
に示した自己検知型カンチレバー41は、レバー本体3
の基部付近に窓42があけられており、レバー本体3が
より撓みやすい構成とされている点でのみ図8に示した
自己検知型カンチレバー31と相違している。したがっ
て、自己検知型カンチレバー41の各部のうち、自己検
知型カンチレバー31の各部に対応する部分には同一の
符号を付してこれらの説明を省略する。
FIG. 9 shows another embodiment of a self-detecting cantilever of the piezoelectric type. FIG.
The self-detecting cantilever 41 shown in FIG.
8 differs from the self-detecting cantilever 31 shown in FIG. 8 only in that a window 42 is opened in the vicinity of the base and the lever body 3 is configured to be more easily bent. Therefore, of the respective portions of the self-detecting cantilever 41, portions corresponding to the respective portions of the self-detecting cantilever 31 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0033】次に、図10を参照して、図8に示した自
己検知型カンチレバー31の製造方法の一例について説
明する。先ず、図10の(A)、(B)に示されている
ようにして、裏面3Aaを有するレバー本体3を形成す
る。これは、図2の(A)、(B)と同様の工程であ
る。
Next, an example of a method for manufacturing the self-sensing cantilever 31 shown in FIG. 8 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIGS. 10A and 10B, the lever body 3 having the back surface 3Aa is formed. This is the same step as FIGS. 2A and 2B.

【0034】図10の(C)の工程では、上述の如くし
て形成されたレバー本体3上に化学的気相成長法(CV
D)によって圧電体膜を形成することにより、ピエゾ圧
電体32を形成する。
In the step shown in FIG. 10C, a chemical vapor deposition (CV) process is performed on the lever body 3 formed as described above.
By forming the piezoelectric film by D), the piezoelectric piezoelectric body 32 is formed.

【0035】次の図10の(D)に示す工程では、レバ
ー本体3上に、層間絶縁層としての酸化シリコン膜35
を化学的気相成長法によって形成した後、パターニング
を行い、金属配線33、34を形成する。
In the next step shown in FIG. 10D, a silicon oxide film 35 as an interlayer insulating layer is formed on the lever body 3.
Is formed by a chemical vapor deposition method, followed by patterning to form metal wirings 33 and 34.

【0036】最後に、図10の(E)の工程では、SO
Iウエハー110の裏面をパターニングし、裏面からシ
リコンをエッチングし、SOIウエハー110の埋め込
み酸化膜110Bを除去し、レバー本体3及び基部2を
形成する。
Finally, in the step of FIG.
The back surface of the I wafer 110 is patterned, silicon is etched from the back surface, the buried oxide film 110B of the SOI wafer 110 is removed, and the lever body 3 and the base 2 are formed.

【0037】図11には、本発明によるさらに別の自己
検知型のカンチレバーが示されている。図11に示され
ているのは、PN接合方式による自己検知型カンチレバ
ー51であり、その基本構成は、図5に示した自己検知
型カンチレバー11と同様である。したがって、図11
において、図5の各部に対応する部分には同一の符号を
付してそれらの説明を省略する。図11において、符号
52で示されるのはレバー本体3の撓み量を電気的に検
出することができるようにするためのPN接合体であ
り、PN接合体52の端部52A、52Bには、金属配
線53、54が電気的に接続されている。なお、金属配
線53、54は、基部2上に形成されている層間絶縁層
55の上に形成されており、金属配線53、54を介し
てPN接合体52が外部回路と接続できる構成となって
いる。
FIG. 11 shows yet another self-sensing cantilever according to the present invention. FIG. 11 shows a self-detecting cantilever 51 of the PN junction type, and its basic configuration is the same as that of the self-detecting cantilever 11 shown in FIG. Therefore, FIG.
In FIG. 5, portions corresponding to the respective portions in FIG. In FIG. 11, reference numeral 52 denotes a PN junction for enabling the amount of deflection of the lever body 3 to be electrically detected, and ends 52A and 52B of the PN junction 52 include Metal wirings 53 and 54 are electrically connected. The metal wirings 53 and 54 are formed on an interlayer insulating layer 55 formed on the base 2 so that the PN junction 52 can be connected to an external circuit via the metal wirings 53 and 54. ing.

【0038】図12は、PN接合方式による自己検知型
カンチレバーの他の実施形態を示すものである。図12
に示した自己検知型カンチレバー61は、レバー本体3
の基部付近に窓62があけられており、レバー本体3が
より撓みやすい構成とされている点でのみ図11に示し
た自己検知型カンチレバー51と相違している。したが
って、自己検知型カンチレバー61の各部のうち、自己
検知型カンチレバー51の各部に対応する部分には同一
の符号を付してこれらの説明を省略する。
FIG. 12 shows another embodiment of a self-sensing cantilever of the PN junction type. FIG.
The self-detecting cantilever 61 shown in FIG.
11 is different from the self-detecting cantilever 51 shown in FIG. 11 only in that a window 62 is opened in the vicinity of the base and the lever body 3 is configured to be more easily bent. Therefore, of the respective portions of the self-detecting cantilever 61, portions corresponding to the respective portions of the self-detecting cantilever 51 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0039】次に、図13を参照して、図5に示した自
己検知型カンチレバー11の製造方法の一例について説
明する。先ず、図13の(A)、(B)に示されている
ようにして、裏面3Aaを有するレバー本体3を形成す
る。これは、図2の(A)、(B)と同様の工程であ
る。
Next, an example of a method for manufacturing the self-sensing cantilever 11 shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIGS. 13A and 13B, the lever main body 3 having the back surface 3Aa is formed. This is the same step as FIGS. 2A and 2B.

【0040】図13の(C)の工程では、上述の如くし
て形成されたレバー本体3上にP型不純物(例えば燐)
とN型不純物(例えばホウ素)をイオンインプラテーシ
ョンでドーピングし、PN接合体52を形成する。
In the step of FIG. 13C, a P-type impurity (for example, phosphorus) is deposited on the lever body 3 formed as described above.
And an N-type impurity (for example, boron) are doped by ion implantation to form a PN junction 52.

【0041】次の図13の(D)に示す工程では、レバ
ー本体3上に、層間絶縁層としての酸化シリコン膜55
を化学的気相成長法によって形成した後、パターニング
を行い、金属配線53、54を形成する。
In the next step shown in FIG. 13D, a silicon oxide film 55 as an interlayer insulating layer is formed on the lever body 3.
Is formed by chemical vapor deposition, and then patterned to form metal wirings 53 and 54.

【0042】最後に、図13の(E)の工程では、SO
Iウエハー110の裏面をパターニングし、裏面からシ
リコンをエッチングし、SOIウエハー110の埋め込
み酸化膜110Bを除去し、レバー本体3及び基部2を
形成する。
Finally, in the step of FIG.
The back surface of the I wafer 110 is patterned, silicon is etched from the back surface, the buried oxide film 110B of the SOI wafer 110 is removed, and the lever body 3 and the base 2 are formed.

【0043】このようにして得られたカンチレバー1、
11、21、31、41、51、61は、図3及び図4
に示したように、略垂直にして用いてもよいが、勿論ア
プローチ各を例えば15〜90度の範囲で適宜に設定し
て、ティップ付の従来のプローブと同様にして使用する
ことができる。
The cantilever 1 thus obtained,
11, 21, 31, 41, 51, and 61 correspond to FIGS.
As described above, the probe may be used substantially vertically, but it is needless to say that each approach can be appropriately set within a range of, for example, 15 to 90 degrees and used in the same manner as a conventional probe with a tip.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、カンチレバーの自由端
が鋭く尖った形状を持ち、付加的なティップを持たない
カンチレバーが得られる。カンチレバーにティップを設
けていないので、ティップを保護するためのプロセスを
省略でき、製作プロセスを簡略化できる。また、ティッ
プを設ける必要がないので、後工程のプロセスに種々の
制約を与えることがなく、自由なパターニングが可能と
なるのでカンチレバーの製作を制約なしに種々の形状と
することができ、また、種々の付加的要素を加えること
が簡単にできる。
According to the present invention, it is possible to obtain a cantilever having a sharp pointed free end and no additional tip. Since no tip is provided on the cantilever, a process for protecting the tip can be omitted, and the manufacturing process can be simplified. Also, since there is no need to provide a tip, various patterns can be freely formed without imposing various restrictions on a process in a later step, and cantilever production can be made into various shapes without restrictions, and Various additional elements can easily be added.

【0045】また、カンチレバー自身にレバーの撓みを
検出することのできる自己検知型カンチレバーを用いる
ことで、カンチレバーを装置に取り付ける角度を試料に
対して垂直またはそれに近い任意の角度に設定すること
ができる。これによって、従来のカンチレバーでは測定
が困難であったアスペクト比のある凹凸を有する試料の
表面形状を測定することができる。
Further, by using a self-sensing cantilever capable of detecting the bending of the cantilever itself, the angle at which the cantilever is attached to the apparatus can be set to an angle perpendicular to or close to the sample. . This makes it possible to measure the surface shape of a sample having irregularities with an aspect ratio, which has been difficult to measure with a conventional cantilever.

【0046】さらに、上述した角度で取り付けたカンチ
レバーで試料表面を走査した後、カンチレバーまたは試
料をZ軸を中心に180度回転させ、もう一度走査する
ことにより、より正確な表面形状を得ることが可能であ
る。
Further, after scanning the sample surface with the cantilever attached at the above-mentioned angle, the cantilever or the sample is rotated 180 degrees around the Z axis, and scanning is performed again to obtain a more accurate surface shape. It is.

【0047】このほか、ティップを全く必要としないの
で、ティップの製作工程が不要となり、コストダウンを
図ることができる。また、ティップの形状の制御やレバ
ーに対する位置合わせ精度の問題もなくなり、製造プロ
セスを極めて簡素化することができ、大幅なコストダウ
ンを期待することができる。
In addition, since no tip is required, the step of manufacturing the tip becomes unnecessary and the cost can be reduced. In addition, there is no problem in controlling the shape of the tip or in the accuracy of alignment with the lever, so that the manufacturing process can be extremely simplified, and a significant cost reduction can be expected.

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

【図1】本発明によるカンチレバーの実施の形態を示す
図で、(A)は正面図、(B)は右側面図。
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a cantilever according to the present invention, wherein (A) is a front view and (B) is a right side view.

【図2】図1に示したカンチレバーの製造工程の一例を
説明するための工程図。
FIG. 2 is a process chart for explaining an example of a manufacturing process of the cantilever shown in FIG.

【図3】図1に示したカンチレバーを用いた試料表面の
形状測定について説明するための説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram for describing shape measurement of a sample surface using the cantilever shown in FIG. 1;

【図4】図1に示したカンチレバーを用いて試料表面の
形状をより正確に測定する方法を説明するための説明
図。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method for more accurately measuring the shape of the sample surface using the cantilever shown in FIG. 1;

【図5】本発明によるピエゾ抵抗方式の自己検知型のカ
ンチレバーの実施の形態を示す図で、(A)は正面図、
(B)は左側面図。
FIG. 5 is a view showing an embodiment of a piezoresistive self-sensing cantilever according to the present invention, wherein (A) is a front view,
(B) is a left side view.

【図6】図5に示したカンチレバーの変形例を示す図
で、(A)は正面図、(B)は左側面図。
6A and 6B are views showing a modified example of the cantilever shown in FIG. 5, wherein FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a left side view.

【図7】図5に示した自己検知型カンチレバーの製造方
法の一例を説明するための製造工程図。
FIG. 7 is a manufacturing process diagram for explaining an example of a method of manufacturing the self-sensing cantilever shown in FIG.

【図8】本発明によるピエゾ圧電体方式の自己検知型の
カンチレバーの実施の形態を示す図で、(A)は正面
図、(B)は左側面図。
8A and 8B are views showing a piezo piezoelectric type self-detecting cantilever according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 8A is a front view and FIG. 8B is a left side view.

【図9】図8に示したカンチレバーの変形例を示す図
で、(A)は正面図、(B)は左側面図。
9A and 9B are views showing a modified example of the cantilever shown in FIG. 8, in which FIG. 9A is a front view, and FIG. 9B is a left side view.

【図10】図8に示した自己検知型カンチレバーの製造
方法の一例について説明するための工程図。
FIG. 10 is a process chart for explaining an example of a method of manufacturing the self-sensing cantilever shown in FIG. 8;

【図11】本発明によるPN接合方式の自己検知型のカ
ンチレバーの実施の形態を示す図で、(A)は正面図、
(B)は左側面図。
FIG. 11 is a view showing an embodiment of a PN junction type self-sensing cantilever according to the present invention, wherein (A) is a front view,
(B) is a left side view.

【図12】図11に示したカンチレバーの変形例を示す
図で、(A)は正面図、(B)は左側面図。
12A and 12B are views showing a modified example of the cantilever shown in FIG. 11, wherein FIG. 12A is a front view and FIG. 12B is a left side view.

【図13】図11に示した自己検知型カンチレバーの製
造方法の一例について説明するための工程図。
FIG. 13 is a process chart for explaining an example of a method for manufacturing the self-sensing cantilever shown in FIG.

【図14】従来のティップ付カンチレバーによる試料測
定の説明のための図。
FIG. 14 is a view for explaining sample measurement using a conventional cantilever with a tip.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カンチレバー 2 基部 3 レバー本体 3A 自由端部 3Aa 裏面 3Ab 先端 110 SOIウエハー 110A シリコン基板 110B 埋め込み酸化膜 110C SOI層 120 カンチレバーエッチング用マスク Reference Signs List 1 cantilever 2 base 3 lever body 3A free end 3Aa back surface 3Ab tip 110 SOI wafer 110A silicon substrate 110B buried oxide film 110C SOI layer 120 cantilever etching mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 寛 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 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 Fターム(参考) 2F069 AA54 AA57 AA60 DD25 DD26 GG02 GG06 GG39 GG52 GG62 HH04 JJ04 JJ25 LL03 MM04 MM11 MM23 MM32 PP02 QQ05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Takahashi 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Inside Seiko Instruments Inc. (72) Yoshiharu Shirakawabe 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Within Seiko Instruments Inc. (72) Inventor Tadashi Arai 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba F-term within Seiko Instruments Inc. MM04 MM11 MM23 MM32 PP02 QQ05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーに
おいて、カンチレバー本体の自由端を鋭く尖らせて試料
との接触部を形成したことを特徴とする走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバー。
1. A cantilever for a scanning probe microscope, wherein a free end of a cantilever body is sharpened sharply to form a contact portion with a sample.
【請求項2】 前記カンチレバー本体の歪みを検出する
ための検出素子を前記カンチレバー本体に設けた請求項
1記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
2. The cantilever for a scanning probe microscope according to claim 1, wherein a detecting element for detecting distortion of the cantilever main body is provided on the cantilever main body.
【請求項3】 前記検出素子がピエゾ抵抗体である請求
項2記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
3. The cantilever for a scanning probe microscope according to claim 2, wherein said detection element is a piezoresistor.
【請求項4】 前記検出素子がピエゾ圧電体である請求
項2記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
4. The cantilever for a scanning probe microscope according to claim 2, wherein said detecting element is a piezoelectric material.
【請求項5】 前記検出素子がPN接合体である請求項
2記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
5. The cantilever for a scanning probe microscope according to claim 2, wherein the detection element is a PN junction.
【請求項6】 前記自由端がペン先状に尖っている請求
項1記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
6. The cantilever for a scanning probe microscope according to claim 1, wherein the free end is pointed like a pen point.
【請求項7】 前記自由端の一方の面がカンチレバー本
体の軸線に平行な面であり、他方の面がテーパー付けら
れていることにより前記自由端の先端が鋭く尖っている
請求項6記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
7. The free end according to claim 6, wherein one surface of the free end is a surface parallel to the axis of the cantilever body, and the other end is tapered so that the free end is sharply pointed. Cantilever for scanning probe microscope.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005096360A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-13 M2N Inc. Probe for a scanning probe microscope and method for fabricating same
JP2007120966A (en) * 2005-10-25 2007-05-17 Seiko Instruments Inc Measuring probe and manufacturing method of measuring probe
JP2007120965A (en) * 2005-10-25 2007-05-17 Seiko Instruments Inc Measuring probe and manufacturing method of measuring probe
JP2009300440A (en) * 2008-06-11 2009-12-24 Imec Cost-effective method for manufacturing diamond tip for ultrahigh-resolution electrical measuring, and device obtained by it
JP2010271187A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Denso Corp Cantilever for shape measurement, and method for manufacturing the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005096360A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-13 M2N Inc. Probe for a scanning probe microscope and method for fabricating same
JP2007120966A (en) * 2005-10-25 2007-05-17 Seiko Instruments Inc Measuring probe and manufacturing method of measuring probe
JP2007120965A (en) * 2005-10-25 2007-05-17 Seiko Instruments Inc Measuring probe and manufacturing method of measuring probe
JP4614280B2 (en) * 2005-10-25 2011-01-19 セイコーインスツル株式会社 Measuring probe and measuring probe manufacturing method
JP4661523B2 (en) * 2005-10-25 2011-03-30 セイコーインスツル株式会社 Measuring probe and measuring probe manufacturing method
JP2009300440A (en) * 2008-06-11 2009-12-24 Imec Cost-effective method for manufacturing diamond tip for ultrahigh-resolution electrical measuring, and device obtained by it
EP2133883B1 (en) * 2008-06-11 2020-01-22 IMEC vzw Method for cost-efficient manufacturing diamond tips for ultra-high resolution electrical measurements
JP2010271187A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Denso Corp Cantilever for shape measurement, and method for manufacturing the same

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