JP2001272325A - 自己検知型プローブ用検出回路及び走査型プローブ装置 - Google Patents
自己検知型プローブ用検出回路及び走査型プローブ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定のダイナミックレンジ特性を損なうこと
なしにプローブの検出感度調節を可能とした検出回路を
提供すること。 【解決手段】 自己検知型プローブ２０の検出用歪ゲー
ジＧ１と参照用歪ゲージＧ２とを含んで構成された抵抗
ブリッジ回路２にバランス調整用の可変抵抗器３を挿入
接続し、抵抗ブリッジ回路２に直流電源４から正負一対
の直流電圧＋ＶＢ、−ＶＢをバイアス電圧として印加
し、抵抗ブリッジ回路２からの検出電圧Ｖ１と参照電圧
Ｖ２とを差動増幅器５で増幅して検出出力電圧Ｖ３を得
るようにした。
なしにプローブの検出感度調節を可能とした検出回路を
提供すること。 【解決手段】 自己検知型プローブ２０の検出用歪ゲー
ジＧ１と参照用歪ゲージＧ２とを含んで構成された抵抗
ブリッジ回路２にバランス調整用の可変抵抗器３を挿入
接続し、抵抗ブリッジ回路２に直流電源４から正負一対
の直流電圧＋ＶＢ、−ＶＢをバイアス電圧として印加
し、抵抗ブリッジ回路２からの検出電圧Ｖ１と参照電圧
Ｖ２とを差動増幅器５で増幅して検出出力電圧Ｖ３を得
るようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プローブのレバー
にピエゾ抵抗体の如き歪ゲージを設けた自己検知型プロ
ーブのための検出回路、及びこれを用いた走査型プロー
ブ装置に関する。
にピエゾ抵抗体の如き歪ゲージを設けた自己検知型プロ
ーブのための検出回路、及びこれを用いた走査型プロー
ブ装置に関する。
【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、先端部に探針を設
けたプローブ、あるいは探針なしのプローブを走査用プ
ローブとして用いている。この種のプローブを用いた測
定にあっては、一般に、カンチレバーの撓み量を電気的
に検出し、この検出結果に基づいて試料表面の形状等を
測定するようになっている。
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、先端部に探針を設
けたプローブ、あるいは探針なしのプローブを走査用プ
ローブとして用いている。この種のプローブを用いた測
定にあっては、一般に、カンチレバーの撓み量を電気的
に検出し、この検出結果に基づいて試料表面の形状等を
測定するようになっている。
【０００３】カンチレバーの撓み量を電気的に検出する
ため、カンチレバーにピエゾ抵抗体の如き歪ゲージを一
体に形成しておきカンチレバーの撓み量に応じた歪ゲー
ジの抵抗値をブリッジ回路を用いて電気的に検出する方
法が従来から広く用いられている。
ため、カンチレバーにピエゾ抵抗体の如き歪ゲージを一
体に形成しておきカンチレバーの撓み量に応じた歪ゲー
ジの抵抗値をブリッジ回路を用いて電気的に検出する方
法が従来から広く用いられている。
【０００４】図４には、そのような自己検知型プローブ
用検出回路の従来例が示されている。符号１０１で示さ
れる自己検知型プローブは、本体１０１Ａから一体に延
びるカンチレバー１０１Ｂの基部近辺にホウ素系の不純
物をイオンインプラテーションなどでドーピングして成
るピエゾ抵抗体が検出用歪ゲージ１０１Ｃとして形成さ
れると共に、本体１０１Ａにも同様の方法で参照用歪ゲ
ージ１０１Ｄが形成されている、従来型の自己検知型プ
ローブである。
用検出回路の従来例が示されている。符号１０１で示さ
れる自己検知型プローブは、本体１０１Ａから一体に延
びるカンチレバー１０１Ｂの基部近辺にホウ素系の不純
物をイオンインプラテーションなどでドーピングして成
るピエゾ抵抗体が検出用歪ゲージ１０１Ｃとして形成さ
れると共に、本体１０１Ａにも同様の方法で参照用歪ゲ
ージ１０１Ｄが形成されている、従来型の自己検知型プ
ローブである。
【０００５】符号１０２で示されるのは、検出用歪ゲー
ジ１０１Ｃ及び参照用歪ゲージ１０１Ｄを用いてカンチ
レバー１０１Ｂの撓み量に応じた検出出力電圧Ｖｏｕｔ
を得るための従来の検出回路である。検出回路１０２
は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２と検出用歪ゲージ１０１Ｃ及び参
照用歪ゲージ１０１Ｄとが図示の如くブリッジの各辺の
抵抗要素として接続され、バイアス用の直流電圧＋ＶＢ
がバランス調節用の可変抵抗器Ｒ３を介して印加されて
いるブリッジ回路１０３を備えている。ブリッジ回路１
０３の出力点ａ、ｂの電位は差動アンプ１０４の各入力
に印加され、検出用歪ゲージ１０１Ｃに生じる検出電圧
Ｖｄと参照用歪ゲージ１０１Ｄに生じる参照電圧Ｖｒと
の差分が差動アンプ１０４で増幅され、検出出力電圧Ｖ
ｏｕｔとして出力される構成となっている。
ジ１０１Ｃ及び参照用歪ゲージ１０１Ｄを用いてカンチ
レバー１０１Ｂの撓み量に応じた検出出力電圧Ｖｏｕｔ
を得るための従来の検出回路である。検出回路１０２
は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２と検出用歪ゲージ１０１Ｃ及び参
照用歪ゲージ１０１Ｄとが図示の如くブリッジの各辺の
抵抗要素として接続され、バイアス用の直流電圧＋ＶＢ
がバランス調節用の可変抵抗器Ｒ３を介して印加されて
いるブリッジ回路１０３を備えている。ブリッジ回路１
０３の出力点ａ、ｂの電位は差動アンプ１０４の各入力
に印加され、検出用歪ゲージ１０１Ｃに生じる検出電圧
Ｖｄと参照用歪ゲージ１０１Ｄに生じる参照電圧Ｖｒと
の差分が差動アンプ１０４で増幅され、検出出力電圧Ｖ
ｏｕｔとして出力される構成となっている。
【０００６】したがって、カンチレバー１０１Ｂが自由
な状態において検出用歪ゲージ１０１Ｃに生じる検出電
圧Ｖｄと参照用歪ゲージ１０１Ｄに生じる参照電圧Ｖｒ
とが同一レベルとなるように可変抵抗器Ｒ３を調節して
ブリッジ回路１０３のバランスをとっておけば、カンチ
レバー１０１Ｂが撓んだときその撓み量に応じて変化す
る検出電圧Ｖｄと参照電圧Ｖｒとの差分が差動アンプ１
０４において増幅され、カンチレバー１０１Ｂの撓み量
を示す電圧信号がドリフトやノイズのない状態で検出出
力電圧Ｖｏｕｔとして得られる。
な状態において検出用歪ゲージ１０１Ｃに生じる検出電
圧Ｖｄと参照用歪ゲージ１０１Ｄに生じる参照電圧Ｖｒ
とが同一レベルとなるように可変抵抗器Ｒ３を調節して
ブリッジ回路１０３のバランスをとっておけば、カンチ
レバー１０１Ｂが撓んだときその撓み量に応じて変化す
る検出電圧Ｖｄと参照電圧Ｖｒとの差分が差動アンプ１
０４において増幅され、カンチレバー１０１Ｂの撓み量
を示す電圧信号がドリフトやノイズのない状態で検出出
力電圧Ｖｏｕｔとして得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示した
従来構成の検出回路によると、ブリッジ回路１０３に印
加されるバイアス電圧＋ＶＢの値自体は一定であるた
め、プローブ製造上の誤差によりプローブのレバーの撓
み量とその時の検出用歪ゲージの抵抗値との間の特性に
ばらつきが生じた場合、これに因る検出感度ばらつきが
生じてしまい、プローブを交換した場合に再現性のある
計測ができないという問題点を有している。
従来構成の検出回路によると、ブリッジ回路１０３に印
加されるバイアス電圧＋ＶＢの値自体は一定であるた
め、プローブ製造上の誤差によりプローブのレバーの撓
み量とその時の検出用歪ゲージの抵抗値との間の特性に
ばらつきが生じた場合、これに因る検出感度ばらつきが
生じてしまい、プローブを交換した場合に再現性のある
計測ができないという問題点を有している。
【０００８】そして、このような感度ばらつきが生じる
と、カンチレバーの上下動（Ｚ）方向についての位置制
御を高精度にて行うことができないという不具合のほ
か、形態、ばね定数等のパラメータが異なるプローブを
用いようとする場合に検出感度の調節が困難となるとい
う不具合も生じることになる。
と、カンチレバーの上下動（Ｚ）方向についての位置制
御を高精度にて行うことができないという不具合のほ
か、形態、ばね定数等のパラメータが異なるプローブを
用いようとする場合に検出感度の調節が困難となるとい
う不具合も生じることになる。
【０００９】このような不具合に対処するためにバイア
ス電圧のレベルを変えて感度調節を行う方法が考えられ
るが、図４に示す従来の回路構成では、ブリッジ回路１
０３の入力点の一方がアースされているため、バイアス
電圧を変えて感度調節を行おうとするとダイナミックレ
ンジが小さくなり、凹凸の大きな試料の場合、測定を正
確に行えなくなるという別の問題点を生じることにな
る。
ス電圧のレベルを変えて感度調節を行う方法が考えられ
るが、図４に示す従来の回路構成では、ブリッジ回路１
０３の入力点の一方がアースされているため、バイアス
電圧を変えて感度調節を行おうとするとダイナミックレ
ンジが小さくなり、凹凸の大きな試料の場合、測定を正
確に行えなくなるという別の問題点を生じることにな
る。
【００１０】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自己検知型プ
ローブ用検出回路及びこれを用いた走査型プローブ装置
を提供することにある。
問題点を解決することができるようにした自己検知型プ
ローブ用検出回路及びこれを用いた走査型プローブ装置
を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、レバーの撓み量を検出するための
検出用歪ゲージと参照用歪ゲージとを備えた自己検知型
プローブ用検出回路において、前記検出用歪ゲージと前
記参照用歪ゲージとを隣接辺の各抵抗素子として接続し
て成る抵抗ブリッジ回路と、該抵抗ブリッジ回路のバラ
ンス調節のため該抵抗ブリッジ回路に挿入接続されたバ
ランス調節用抵抗素子と、前記抵抗ブリッジ回路に正負
一対の直流バイアス電圧を供給するための直流電源と、
前記抵抗ブリッジ回路から得られる一対の出力電圧を差
動増幅するための作動増幅手段とを備えた自己検知型プ
ローブ用検出回路が提案される。
め、本発明によれば、レバーの撓み量を検出するための
検出用歪ゲージと参照用歪ゲージとを備えた自己検知型
プローブ用検出回路において、前記検出用歪ゲージと前
記参照用歪ゲージとを隣接辺の各抵抗素子として接続し
て成る抵抗ブリッジ回路と、該抵抗ブリッジ回路のバラ
ンス調節のため該抵抗ブリッジ回路に挿入接続されたバ
ランス調節用抵抗素子と、前記抵抗ブリッジ回路に正負
一対の直流バイアス電圧を供給するための直流電源と、
前記抵抗ブリッジ回路から得られる一対の出力電圧を差
動増幅するための作動増幅手段とを備えた自己検知型プ
ローブ用検出回路が提案される。
【００１２】ブリッジ回路の各辺を構成する抵抗要素の
ばらつきによるブリッジ回路のバランスのずれはバラン
ス調節用の抵抗素子を調節することにより補正される。
また、自己検知型プローブの検出用歪ゲージの感度ばら
つきは直流バイアス電圧のレベルを調節することにより
補正することができる。この場合、正負一対の直流バイ
アス電圧を用いているので抵抗ブリッジ回路の一対の出
力電圧のレベルを零近辺に保持しつつ電圧レベルを調節
して検出感度を調整することが可能である。
ばらつきによるブリッジ回路のバランスのずれはバラン
ス調節用の抵抗素子を調節することにより補正される。
また、自己検知型プローブの検出用歪ゲージの感度ばら
つきは直流バイアス電圧のレベルを調節することにより
補正することができる。この場合、正負一対の直流バイ
アス電圧を用いているので抵抗ブリッジ回路の一対の出
力電圧のレベルを零近辺に保持しつつ電圧レベルを調節
して検出感度を調整することが可能である。
【００１３】この結果、ダイナミックレンジを小さくす
ることなしにブリッジ回路のバランス調節及び検出感度
の調節を容易に行うことができる。
ることなしにブリッジ回路のバランス調節及び検出感度
の調節を容易に行うことができる。
【００１４】バランス調節用抵抗素子は、前記抵抗ブリ
ッジ回路に直列に挿入接続された可変抵抗器とすること
もできる。この場合、可変抵抗器は、その一対の固定子
端子を抵抗ブリッジ回路に直列に接続し、その可動子端
子に正負いずれかの直流バイアス電圧を印加する構成と
することもできる。
ッジ回路に直列に挿入接続された可変抵抗器とすること
もできる。この場合、可変抵抗器は、その一対の固定子
端子を抵抗ブリッジ回路に直列に接続し、その可動子端
子に正負いずれかの直流バイアス電圧を印加する構成と
することもできる。
【００１５】前記検出用歪ゲージを前記レバーの撓み部
分にピエゾ抵抗体として形成し、前記参照用歪ゲージを
前記レバーを支持する本体部にピエゾ抵抗体として形成
するようにすることもできる。
分にピエゾ抵抗体として形成し、前記参照用歪ゲージを
前記レバーを支持する本体部にピエゾ抵抗体として形成
するようにすることもできる。
【００１６】本発明によれば、また、レバーの撓み量を
検出するための検出用歪ゲージと参照用歪ゲージとを備
えた自己検知型プローブを試料測定用プローブとして備
えて成る走査型プローブ装置において、前記レバーの撓
み量を電気的に検出するための検出回路が、前記検出用
歪ゲージと前記参照用歪ゲージとを隣接辺の各抵抗素子
として接続して成る抵抗ブリッジ回路と、 該抵抗ブリ
ッジ回路のバランス調節のため該抵抗ブリッジ回路に挿
入接続されたバランス調節用抵抗素子と、 前記抵抗ブ
リッジ回路に正負一対の直流バイアス電圧を供給するた
めの直流電源と、 前記抵抗ブリッジ回路から得られる
一対の出力電圧を差動増幅するための作動増幅手段とを
備えて成る走査型プローブ装置が提案される。
検出するための検出用歪ゲージと参照用歪ゲージとを備
えた自己検知型プローブを試料測定用プローブとして備
えて成る走査型プローブ装置において、前記レバーの撓
み量を電気的に検出するための検出回路が、前記検出用
歪ゲージと前記参照用歪ゲージとを隣接辺の各抵抗素子
として接続して成る抵抗ブリッジ回路と、 該抵抗ブリ
ッジ回路のバランス調節のため該抵抗ブリッジ回路に挿
入接続されたバランス調節用抵抗素子と、 前記抵抗ブ
リッジ回路に正負一対の直流バイアス電圧を供給するた
めの直流電源と、 前記抵抗ブリッジ回路から得られる
一対の出力電圧を差動増幅するための作動増幅手段とを
備えて成る走査型プローブ装置が提案される。
【００１７】
【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。
施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明による自己検知型プローブ用
検出回路の実施の形態の一例を示す回路図である。検出
回路１は、レバーの撓み量を検出するための検出用歪ゲ
ージＧ１と参照用歪ゲージＧ２とを備えた自己検知型プ
ローブの検出回路として構成されたものである。
検出回路の実施の形態の一例を示す回路図である。検出
回路１は、レバーの撓み量を検出するための検出用歪ゲ
ージＧ１と参照用歪ゲージＧ２とを備えた自己検知型プ
ローブの検出回路として構成されたものである。
【００１９】図２には、参照用歪ゲージＧ１と参照用歪
ゲージＧ２とが設けられている自己検知型プローブの一
例が示されている。自己検知型プローブ２０は、ＳＯＩ
ウエハー等を用いたフォトリソグラフィーにより製造す
ることができるものであり、ＳＯＩウエハーをエッチン
グして作られた支持部２１からレバー２２が一体に延設
されて成り、レバー２２の自由端部には探針２３が設け
られている。検出用歪ゲージＧ１は、レバー２２の撓み
量を検出することができるようレバー２２の基部近傍に
ホウ素等の不純物をイオンインプラテーションなどでド
ーピングして成るピエゾ抵抗体として形成されている。
また、支持部２１からは測定には直接関与しない参照用
の突片２４がレバー２２と並ぶようにして一体に延設さ
れており、この突片２４には検出用歪ゲージＧ１の形成
のための工程と同一の工程によって形成されたピエゾ抵
抗体が参照用歪ゲージＧ２として形成されている。
ゲージＧ２とが設けられている自己検知型プローブの一
例が示されている。自己検知型プローブ２０は、ＳＯＩ
ウエハー等を用いたフォトリソグラフィーにより製造す
ることができるものであり、ＳＯＩウエハーをエッチン
グして作られた支持部２１からレバー２２が一体に延設
されて成り、レバー２２の自由端部には探針２３が設け
られている。検出用歪ゲージＧ１は、レバー２２の撓み
量を検出することができるようレバー２２の基部近傍に
ホウ素等の不純物をイオンインプラテーションなどでド
ーピングして成るピエゾ抵抗体として形成されている。
また、支持部２１からは測定には直接関与しない参照用
の突片２４がレバー２２と並ぶようにして一体に延設さ
れており、この突片２４には検出用歪ゲージＧ１の形成
のための工程と同一の工程によって形成されたピエゾ抵
抗体が参照用歪ゲージＧ２として形成されている。
【００２０】検出用歪ゲージＧ１は配線パターンＰ１、
Ｐ２により端子Ｔ１、Ｔ２に接続され、参照用歪ゲージ
Ｇ２は配線パターンＰ３、Ｐ４により端子Ｔ３、Ｔ４に
接続されており、これらの端子Ｔ１〜Ｔ４を用いて検出
用歪ゲージＧ１及び参照用歪ゲージＧ２を検出回路１に
電気的に接続することができる公知の構成となってい
る。
Ｐ２により端子Ｔ１、Ｔ２に接続され、参照用歪ゲージ
Ｇ２は配線パターンＰ３、Ｐ４により端子Ｔ３、Ｔ４に
接続されており、これらの端子Ｔ１〜Ｔ４を用いて検出
用歪ゲージＧ１及び参照用歪ゲージＧ２を検出回路１に
電気的に接続することができる公知の構成となってい
る。
【００２１】図１に戻ると、検出回路１は抵抗ブリッジ
回路２を備えており、検出用歪ゲージＧ１と参照用歪ゲ
ージＧ２とがブリッジ回路２の隣接する辺の各抵抗素子
として接続されている。抵抗ブリッジ回路２の残りの２
辺には、参照用歪ゲージＧ１に相応した抵抗値の固定抵
抗器Ｒ１と参照用歪ゲージＧ２に相応した抵抗値の固定
抵抗器Ｒ２とが図示の如く接続されている。
回路２を備えており、検出用歪ゲージＧ１と参照用歪ゲ
ージＧ２とがブリッジ回路２の隣接する辺の各抵抗素子
として接続されている。抵抗ブリッジ回路２の残りの２
辺には、参照用歪ゲージＧ１に相応した抵抗値の固定抵
抗器Ｒ１と参照用歪ゲージＧ２に相応した抵抗値の固定
抵抗器Ｒ２とが図示の如く接続されている。
【００２２】そして、この抵抗ブリッジ回路２のバラン
ス調節を行うためのバランス調節用抵抗素子として可変
抵抗器３が抵抗ブリッジ回路２に挿入接続されている。
ス調節を行うためのバランス調節用抵抗素子として可変
抵抗器３が抵抗ブリッジ回路２に挿入接続されている。
【００２３】本実施の形態では、可変抵抗器３の固定子
端子３Ａ、３Ｂが固定抵抗器Ｒ１、Ｒ２の間に接続さ
れ、可変抵抗器３の可動子端子３Ｃが抵抗ブリッジ回路
２の一方の入力端子２Ａに接続されている。なお、抵抗
ブリッジ回路２他方の入力端子２Ｂは検出用歪ゲージＧ
１と参照用歪ゲージＧ２との接続点に接続されている。
端子３Ａ、３Ｂが固定抵抗器Ｒ１、Ｒ２の間に接続さ
れ、可変抵抗器３の可動子端子３Ｃが抵抗ブリッジ回路
２の一方の入力端子２Ａに接続されている。なお、抵抗
ブリッジ回路２他方の入力端子２Ｂは検出用歪ゲージＧ
１と参照用歪ゲージＧ２との接続点に接続されている。
【００２４】符号４で示されるのは、正負一対のバイア
ス直流電圧を抵抗ブリッジ回路２に供給するための直流
電源であり、正の直流電圧＋ＶＢは入力端子２Ａに印加
され、負の直流電圧−ＶＢは入力端子２Ｂに印加されて
いる。直流電源４は、正の直流電圧＋ＶＢの値及び負の
直流電圧−ＶＢの値を独立して任意に調節することがで
きるように構成されている。
ス直流電圧を抵抗ブリッジ回路２に供給するための直流
電源であり、正の直流電圧＋ＶＢは入力端子２Ａに印加
され、負の直流電圧−ＶＢは入力端子２Ｂに印加されて
いる。直流電源４は、正の直流電圧＋ＶＢの値及び負の
直流電圧−ＶＢの値を独立して任意に調節することがで
きるように構成されている。
【００２５】抵抗ブリッジ回路２には、一対の出力端子
２Ｃ、２Ｄが図示の如く設けられており、出力端子２Ｃ
からは検出用歪ゲージＧ１と固定抵抗Ｒ１との接続点に
生じた検出電圧Ｖ１が得られ、出力端子２Ｄからは参照
用歪ゲージＧ２と固定抵抗Ｒ２との接続点に生じた参照
電圧Ｖ２が得られるようになっている。
２Ｃ、２Ｄが図示の如く設けられており、出力端子２Ｃ
からは検出用歪ゲージＧ１と固定抵抗Ｒ１との接続点に
生じた検出電圧Ｖ１が得られ、出力端子２Ｄからは参照
用歪ゲージＧ２と固定抵抗Ｒ２との接続点に生じた参照
電圧Ｖ２が得られるようになっている。
【００２６】検出電圧Ｖ１及び参照電圧Ｖ２は差動増幅
器５に入力され、両入力電圧のレベル差に応じた電圧信
号が差動増幅器５から検出出力電圧Ｖ３として出力され
る構成となっている。
器５に入力され、両入力電圧のレベル差に応じた電圧信
号が差動増幅器５から検出出力電圧Ｖ３として出力され
る構成となっている。
【００２７】検出回路１は以上のように構成されている
ので、可変抵抗器３の可動子３Ｄの位置を調節して抵抗
ブリッジ回路２のバランスを取り、レバー２２が自由な
状態において検出電圧Ｖ１と参照電圧Ｖ２とが実質的に
同一のレベルとなるように調節した後、正の直流電圧＋
ＶＢの値と負の直流電圧−ＶＢの値とを調節して検出電
圧Ｖ１と参照電圧Ｖ２とがそれぞれ零レベルとなるよう
に調節することにより、レバー２２の撓み量に応じたレ
ベルの検出出力電圧Ｖ３が差動増幅器５から得られるよ
うにすることができる。
ので、可変抵抗器３の可動子３Ｄの位置を調節して抵抗
ブリッジ回路２のバランスを取り、レバー２２が自由な
状態において検出電圧Ｖ１と参照電圧Ｖ２とが実質的に
同一のレベルとなるように調節した後、正の直流電圧＋
ＶＢの値と負の直流電圧−ＶＢの値とを調節して検出電
圧Ｖ１と参照電圧Ｖ２とがそれぞれ零レベルとなるよう
に調節することにより、レバー２２の撓み量に応じたレ
ベルの検出出力電圧Ｖ３が差動増幅器５から得られるよ
うにすることができる。
【００２８】ここで、検出感度、すなわちレバー２２の
撓み量の微小変化に対する検出出力電圧Ｖ３のレベル変
化量は、入力端子２Ａ、２Ｂ間に印加する直流電圧のレ
ベルに依存することになる。図１に示した検出回路１
は、入力端子２Ａ、２Ｂに正負一対の直流電圧＋ＶＢ、
−ＶＢを印加しているので、正の直流電圧＋ＶＢと負の
直流電圧−ＶＢとの値を検出電圧Ｖ１、参照電圧Ｖ２が
共に零レベルに維持されるようにして所要の検出感度が
得られるようにすることが可能である。この結果、測定
のダイナミックレンジを小さくすることにした検出感度
の調節を行うことができる。したがって、自己検知型プ
ローブ２０の製造上のばらつきによりレバー２２の撓み
量と検出用歪ゲージＧ１の抵抗値の変化量との間の関係
で定まる自己検知型プローブ２０の感度特性にばらつき
が生じたとしても、ダイナミックレンジを小さくするこ
となしに検出感度を簡単に補正することができる。
撓み量の微小変化に対する検出出力電圧Ｖ３のレベル変
化量は、入力端子２Ａ、２Ｂ間に印加する直流電圧のレ
ベルに依存することになる。図１に示した検出回路１
は、入力端子２Ａ、２Ｂに正負一対の直流電圧＋ＶＢ、
−ＶＢを印加しているので、正の直流電圧＋ＶＢと負の
直流電圧−ＶＢとの値を検出電圧Ｖ１、参照電圧Ｖ２が
共に零レベルに維持されるようにして所要の検出感度が
得られるようにすることが可能である。この結果、測定
のダイナミックレンジを小さくすることにした検出感度
の調節を行うことができる。したがって、自己検知型プ
ローブ２０の製造上のばらつきによりレバー２２の撓み
量と検出用歪ゲージＧ１の抵抗値の変化量との間の関係
で定まる自己検知型プローブ２０の感度特性にばらつき
が生じたとしても、ダイナミックレンジを小さくするこ
となしに検出感度を簡単に補正することができる。
【００２９】図３には、図１に示した検出回路１を用い
た走査型プローブ装置の実施の形態の一例が示されてい
る。図３に示した走査型プローブ装置３０について説明
すると、３次元試料ステージ３１上には試料Ｓが載置さ
れ、試料Ｓの上方には図２に示した構成の自己検知型プ
ローブ２０が対向配置されている。
た走査型プローブ装置の実施の形態の一例が示されてい
る。図３に示した走査型プローブ装置３０について説明
すると、３次元試料ステージ３１上には試料Ｓが載置さ
れ、試料Ｓの上方には図２に示した構成の自己検知型プ
ローブ２０が対向配置されている。
【００３０】検出回路１は図１に示したように、自己検
知型プローブ２０に形成されている検出用歪ゲージＧ１
及び参照用歪ゲージＧ２（図２参照）を含んで成るもの
であり、レバー２２の撓み量に従う検出出力電圧Ｖ３を
出力する。検出出力電圧Ｖ３は制御部３２に入力され、
制御部３２は検出出力電圧Ｖ３のレベルが零に近づくよ
うにアクチュエータ駆動増幅器３３を制御する。また、
制御部３２の出力信号が輝度信号としてＣＲＴ３５へ出
力される。走査信号発生部３４は、試料ＳをＸＹ方向へ
走査させるための信号をアクチュエータ駆動増幅器３３
へ出力し、ＣＲＴ３５へはラスタ走査信号を出力する。
これにより走査型プローブ装置３０によって測定された
３次元像がＣＲＴ３５上に表示される。
知型プローブ２０に形成されている検出用歪ゲージＧ１
及び参照用歪ゲージＧ２（図２参照）を含んで成るもの
であり、レバー２２の撓み量に従う検出出力電圧Ｖ３を
出力する。検出出力電圧Ｖ３は制御部３２に入力され、
制御部３２は検出出力電圧Ｖ３のレベルが零に近づくよ
うにアクチュエータ駆動増幅器３３を制御する。また、
制御部３２の出力信号が輝度信号としてＣＲＴ３５へ出
力される。走査信号発生部３４は、試料ＳをＸＹ方向へ
走査させるための信号をアクチュエータ駆動増幅器３３
へ出力し、ＣＲＴ３５へはラスタ走査信号を出力する。
これにより走査型プローブ装置３０によって測定された
３次元像がＣＲＴ３５上に表示される。
【００３１】走査型プローブ装置３０は以上のように構
成されているので、検出感度の調節がダイナミックレン
ジ特性を損なうことなしに可能となり、プローブ製造上
の誤差により自己検知型プローブ２０のレバー２２の撓
み量とその時の検出用歪ゲージＧ１の抵抗値との間の特
性にばらつきが生じたとしてもこれを容易に補正するこ
とができ、自己検知型プローブ２０を交換した場合にも
再現性のある計測が行える。したがって、レバー２２の
上下動方向についての位置制御を高精度にて行うことも
できるようになるほか、形態、ばね定数等のパラメータ
が異なる自己検知型プローブを用いる場合にも検出感度
調整が容易に行える。
成されているので、検出感度の調節がダイナミックレン
ジ特性を損なうことなしに可能となり、プローブ製造上
の誤差により自己検知型プローブ２０のレバー２２の撓
み量とその時の検出用歪ゲージＧ１の抵抗値との間の特
性にばらつきが生じたとしてもこれを容易に補正するこ
とができ、自己検知型プローブ２０を交換した場合にも
再現性のある計測が行える。したがって、レバー２２の
上下動方向についての位置制御を高精度にて行うことも
できるようになるほか、形態、ばね定数等のパラメータ
が異なる自己検知型プローブを用いる場合にも検出感度
調整が容易に行える。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、ブリッジ
回路の各辺を構成する抵抗要素のばらつきによるブリッ
ジ回路のバランスのずれはバランス調節用の抵抗素子を
調節することにより補正できるのは勿論のこと、自己検
知型プローブの検出用歪ゲージの感度ばらつきは直流バ
イアス電圧のレベルを調節することにより補正すること
ができる。この場合、正負一対の直流バイアス電圧を用
いているので抵抗ブリッジ回路の一対の出力電圧のレベ
ルを零近辺に保持しつつ電圧レベルを調節して検出感度
を調整することが可能である。この結果、測定のダイナ
ミックレンジを小さくすることなしにブリッジ回路のバ
ランス調節及び検出感度の調節を容易に行うことができ
る。
回路の各辺を構成する抵抗要素のばらつきによるブリッ
ジ回路のバランスのずれはバランス調節用の抵抗素子を
調節することにより補正できるのは勿論のこと、自己検
知型プローブの検出用歪ゲージの感度ばらつきは直流バ
イアス電圧のレベルを調節することにより補正すること
ができる。この場合、正負一対の直流バイアス電圧を用
いているので抵抗ブリッジ回路の一対の出力電圧のレベ
ルを零近辺に保持しつつ電圧レベルを調節して検出感度
を調整することが可能である。この結果、測定のダイナ
ミックレンジを小さくすることなしにブリッジ回路のバ
ランス調節及び検出感度の調節を容易に行うことができ
る。
【００３３】このように検出感度の調節がダイナミック
レンジ特性を損なうことなしに可能となるので、プロー
ブ製造上の誤差によりプローブのレバーの撓み量とその
時の検出用歪ゲージの抵抗値との間の特性にばらつきが
生じたとしてもこれを容易に補正することができ、プロ
ーブを交換した場合にも再現性のある計測が行える。し
たがって、レバーの上下動方向についての位置制御を高
精度にて行うことができるようになるほか、形態、ばね
定数等のパラメータが異なるプローブを用いる場合にも
検出感度調整が容易に行える。
レンジ特性を損なうことなしに可能となるので、プロー
ブ製造上の誤差によりプローブのレバーの撓み量とその
時の検出用歪ゲージの抵抗値との間の特性にばらつきが
生じたとしてもこれを容易に補正することができ、プロ
ーブを交換した場合にも再現性のある計測が行える。し
たがって、レバーの上下動方向についての位置制御を高
精度にて行うことができるようになるほか、形態、ばね
定数等のパラメータが異なるプローブを用いる場合にも
検出感度調整が容易に行える。
【図１】本発明による自己検知型プローブ用検出回路の
実施の形態の一例を示す回路図。
実施の形態の一例を示す回路図。
【図２】参照用歪ゲージＧ１と参照用歪ゲージＧ２とが
設けられている自己検知型プローブの一例を示す斜視
図。
設けられている自己検知型プローブの一例を示す斜視
図。
【図３】図１に示した検出回路を用いた走査型プローブ
装置の実施の形態の一例を示す概略構成図。
装置の実施の形態の一例を示す概略構成図。
【図４】自己検知型プローブ用の従来の検出回路の一例
を示す回路図。
を示す回路図。
１ 検出回路 ２ 抵抗ブリッジ回路 ２Ａ、２Ｂ 入力端子 ２Ｃ、２Ｄ 出力端子 ３ 可変抵抗器 ３Ａ、３Ｂ 固定子端子 ３Ｃ 可動子端子 ３Ｄ 可動子 ４ 直流電源 ５ 差動増幅器 Ｇ１ 検出用歪ゲージ Ｇ２ 参照用歪ゲージ Ｒ１、Ｒ２ 固定抵抗器 Ｓ 試料 Ｖ１ 検出電圧 Ｖ２ 参照電圧 Ｖ３ 検出出力電圧 ＋ＶＢ 正の直流電圧 −ＶＢ 負の直流電圧
Claims (8)
- 【請求項１】 レバーの撓み量を検出するための検出用
歪ゲージと参照用歪ゲージとを備えた自己検知型プロー
ブ用検出回路において、 前記検出用歪ゲージと前記参照用歪ゲージとを隣接辺の
各抵抗素子として接続して成る抵抗ブリッジ回路と、 該抵抗ブリッジ回路のバランス調節のため該抵抗ブリッ
ジ回路に挿入接続されたバランス調節用抵抗素子と、 前記抵抗ブリッジ回路に正負一対の直流バイアス電圧を
供給するための直流電源と、 前記抵抗ブリッジ回路から得られる一対の出力電圧を差
動増幅するための作動増幅手段とを備えたことを特徴と
する自己検知型プローブ用検出回路。 - 【請求項２】 前記バランス調節用抵抗素子が前記抵抗
ブリッジ回路に直列に挿入接続された可変抵抗素子であ
る請求項１記載の自己検知型プローブ用検出回路。 - 【請求項３】 前記可変抵抗素子が一対の固定子端子と
可動子端子とを有し、前記一対の固定子端子が前記抵抗
ブリッジ回路に直列に挿入接続され、前記可動子端子に
正負いずれかの直流バイアス電圧が印加されるようにな
っている請求項２記載の自己検知型プローブ用検出回
路。 - 【請求項４】 前記検出用歪ゲージが前記レバーの撓み
部分にピエゾ抵抗体として形成され、前記参照用歪ゲー
ジが前記レバーを支持する本体部にピエゾ抵抗体として
形成されている請求項１、２又は３記載の自己検知型プ
ローブ用検出回路。 - 【請求項５】 レバーの撓み量を検出するための検出用
歪ゲージと参照用歪ゲージとを備えた自己検知型プロー
ブを試料測定用プローブとして備えて成る走査型プロー
ブ装置において、 前記レバーの撓み量を電気的に検出するための検出回路
が、前記検出用歪ゲージと前記参照用歪ゲージとを隣接
辺の各抵抗素子として接続して成る抵抗ブリッジ回路
と、該抵抗ブリッジ回路のバランス調節のため該抵抗ブ
リッジ回路に挿入接続されたバランス調節用抵抗素子
と、前記抵抗ブリッジ回路に正負一対の直流バイアス電
圧を供給するための直流電源と、前記抵抗ブリッジ回路
から得られる一対の出力電圧を差動増幅するための作動
増幅手段とを備えて成ることを特徴とする走査型プロー
ブ装置。 - 【請求項６】 前記バランス調節用抵抗素子が前記抵抗
ブリッジ回路に直列に挿入接続された可変抵抗素子であ
る請求項５記載の走査型プローブ装置。 - 【請求項７】 前記可変抵抗素子が一対の固定子端子と
可動子端子とを有し、前記一対の固定子端子が前記抵抗
ブリッジ回路に直列に挿入接続され、前記可動子端子に
正負いずれかの直流バイアス電圧が印加されるようにな
っている請求項６記載の走査型プローブ装置。 - 【請求項８】 前記検出用歪ゲージが前記レバーの撓み
部分にピエゾ抵抗体として形成され、前記参照用歪ゲー
ジが前記レバーを支持する本体部にピエゾ抵抗体として
形成されている請求項５、６又は７記載の走査型プロー
ブ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084923A JP2001272325A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 自己検知型プローブ用検出回路及び走査型プローブ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084923A JP2001272325A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 自己検知型プローブ用検出回路及び走査型プローブ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001272325A true JP2001272325A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18601332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000084923A Pending JP2001272325A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 自己検知型プローブ用検出回路及び走査型プローブ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001272325A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007532923A (ja) * | 2004-04-15 | 2007-11-15 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | マイクロメカニクスおよびナノメカニクス装置の金属薄膜ピエゾ抵抗変換および自己感知式ｓｐｍプローブへの応用 |
| US8350579B2 (en) | 2008-11-20 | 2013-01-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for optimizing wheatstone bridge robust in change in temperature |
| CN105277111A (zh) * | 2014-07-04 | 2016-01-27 | 北京强度环境研究所 | 星箭锁紧装置应变监测系统 |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000084923A patent/JP2001272325A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007532923A (ja) * | 2004-04-15 | 2007-11-15 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | マイクロメカニクスおよびナノメカニクス装置の金属薄膜ピエゾ抵抗変換および自己感知式ｓｐｍプローブへの応用 |
| US8350579B2 (en) | 2008-11-20 | 2013-01-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus for optimizing wheatstone bridge robust in change in temperature |
| CN105277111A (zh) * | 2014-07-04 | 2016-01-27 | 北京强度环境研究所 | 星箭锁紧装置应变监测系统 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040526 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080626 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080708 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081118 |