JP2006126190A - 自己検知型ｓｐｍプローブ - Google Patents
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Abstract
【課題】 カンチレバーの撓み量および捩れ量をより正確に検出することのできる自己検知型ＳＰＭプローブを提供する。
【解決手段】 先鋭化された探針１２を先端に設けたレバー部と、レバー部を支持する支持部と、レバー部と前記支持部とを連結する屈曲部と、ピエゾ抵抗体１１２をＵ字状に設けた自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、レバー部に位置するピエゾ抵抗体の一部に、ピエゾ抵抗体と電気的に接続した低抵抗層１１６を形成するようにした。
【選択図】 図１２
【解決手段】 先鋭化された探針１２を先端に設けたレバー部と、レバー部を支持する支持部と、レバー部と前記支持部とを連結する屈曲部と、ピエゾ抵抗体１１２をＵ字状に設けた自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、レバー部に位置するピエゾ抵抗体の一部に、ピエゾ抵抗体と電気的に接続した低抵抗層１１６を形成するようにした。
【選択図】 図１２
Description
本発明は、半導体基板表面にピエゾ抵抗体の設けられたカンチレバーを用いた自己検知型ＳＰＭプローブに関する。
現在、試料表面におけるナノメートルオーダの微小な領域を観察するための顕微鏡の１つとして、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が用いられている。
その中でも、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、走査プローブとして、先端部に探針を設けたカンチレバーを使用しており、そのカンチレバーの探針を試料表面に沿って走査し、試料表面と探針との間に発生する原子間力（引力または斥力）をカンチレバーの撓み量として検出することにより、試料表面の形状測定を達成している。
その中でも、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、走査プローブとして、先端部に探針を設けたカンチレバーを使用しており、そのカンチレバーの探針を試料表面に沿って走査し、試料表面と探針との間に発生する原子間力（引力または斥力）をカンチレバーの撓み量として検出することにより、試料表面の形状測定を達成している。
カンチレバーの撓み量は、一般に、カンチレバーにレーザ光を照射して、その反射角の変化を計測することにより検出される。
ここで、この方式に用いられるカンチレバーを特に光てこ式カンチレバーと称する。
しかしながら、この光てこ式カンチレバーを使用する際には、カンチレバーに向けて照射するレーザ光の照射角度と、カンチレバーからの反射光を検出するフォトダイオードの位置等の微調整が必要であり、特に、頻繁に行われるカンチレバーの交換の際に、その微調整を繰り返し行わなければならないという煩雑さが伴っていた。
ここで、この方式に用いられるカンチレバーを特に光てこ式カンチレバーと称する。
しかしながら、この光てこ式カンチレバーを使用する際には、カンチレバーに向けて照射するレーザ光の照射角度と、カンチレバーからの反射光を検出するフォトダイオードの位置等の微調整が必要であり、特に、頻繁に行われるカンチレバーの交換の際に、その微調整を繰り返し行わなければならないという煩雑さが伴っていた。
そこで、カンチレバーにピエゾ抵抗体を形成し、その抵抗値の変動を計測することによってカンチレバーの撓み量を検出する自己検知型ＳＰＭプローブが注目されている。
従来の自己検知型ＳＰＭプローブの構成を図１７および図１８に示す。図１８は図１７のＣ−Ｃ' 線における断面図である。図１７に示すように、自己検知型ＳＰＭプローブ２００は、先端に探針（図示せず）を設けたカンチレバー２０２と、参照抵抗値を計測するためのリファレンス２０４とから構成されている。
これらのカンチレバー２０２およびリファレンス２０４は、その表面にそれぞれＵ字状のピエゾ抵抗体２０８および２１０を形成している。
ここでは、ピエゾ抵抗体２０８および２１０は、ｎ型のシリコン基板２０６の表面に、それぞれＵ字状にｐ型の不純物イオンを選択的に注入することにより、ｐ＋のピエゾ抵抗体として形成されている。
これらのカンチレバー２０２およびリファレンス２０４は、その表面にそれぞれＵ字状のピエゾ抵抗体２０８および２１０を形成している。
ここでは、ピエゾ抵抗体２０８および２１０は、ｎ型のシリコン基板２０６の表面に、それぞれＵ字状にｐ型の不純物イオンを選択的に注入することにより、ｐ＋のピエゾ抵抗体として形成されている。
さらに、シリコン基板２０６の表面には、図１８に示すように、カンチレバー２０２のメタルコンタクト部と、リファレンス２０４のメタルコンタクト部とを除いて表面を保護するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）２１２が形成される。
そして、各メタルコンタクト部には、コンタクト用のアルミニウム電極（Ａｌ）２１４、２１６、２１８および２２０がそれぞれ埋め込まれる。
ここでは、ｎ型のシリコン基板２０６の表面に、ｐ型の不純物イオンを注入してｐ＋のピエゾ抵抗体２０８および２１０を形成したが、逆に、ｐ型のシリコン基板を用いた場合は、基板表面にｎ型の不純物イオンを注入してｎ＋のピエゾ抵抗体が形成される。
そして、各メタルコンタクト部には、コンタクト用のアルミニウム電極（Ａｌ）２１４、２１６、２１８および２２０がそれぞれ埋め込まれる。
ここでは、ｎ型のシリコン基板２０６の表面に、ｐ型の不純物イオンを注入してｐ＋のピエゾ抵抗体２０８および２１０を形成したが、逆に、ｐ型のシリコン基板を用いた場合は、基板表面にｎ型の不純物イオンを注入してｎ＋のピエゾ抵抗体が形成される。
このような従来の自己検知型ＳＰＭプローブ２００による試料表面の観察は、まず、先端部に探針が設けられたカンチレバー２０２を試料表面に沿って走査すすることにより行う。
その際に発生する試料表面と探針との間の原子間力（引力または斥力）が、カンチレバー２０２を撓ませ、この撓みは、カンチレバー２０２上に形成されたピエゾ抵抗体２０８の抵抗値を変動させる。
この抵抗値がカンチレバー２０２の撓み量として検出される。
ピエゾ抵抗体２０８の抵抗値の変動は、上記メタルコンタクト部のアルミニウム電極２１４および２１６を介して、信号処理部（図示せず）に導かれ、試料表面を表す信号として画像化される。
その際に発生する試料表面と探針との間の原子間力（引力または斥力）が、カンチレバー２０２を撓ませ、この撓みは、カンチレバー２０２上に形成されたピエゾ抵抗体２０８の抵抗値を変動させる。
この抵抗値がカンチレバー２０２の撓み量として検出される。
ピエゾ抵抗体２０８の抵抗値の変動は、上記メタルコンタクト部のアルミニウム電極２１４および２１６を介して、信号処理部（図示せず）に導かれ、試料表面を表す信号として画像化される。
また、上記動作と並行して、リファレンス２０４においても抵抗値の測定が行われる。
これは、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値が、温度条件等の撓み以外の条件によって変動するため、その不要な変動情報をカンチレバー２０２において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。特に、ここでは、ホイーストン・ブリッジを用いた温度補償が実現される。
これは、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値が、温度条件等の撓み以外の条件によって変動するため、その不要な変動情報をカンチレバー２０２において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。特に、ここでは、ホイーストン・ブリッジを用いた温度補償が実現される。
以上に説明したように、自己検知型ＳＰＭプローブを原子間力顕微鏡に用いた場合には、プローブ自体にカンチレバーの撓み量を検出する検出器すなわちピエゾ抵抗体が形成されているので、カンチレバーの交換の際に、検出器の位置調整といった煩雑な作業を必要とせず、試料の観察に迅速に取り掛かることが可能である。
ＳＰＭプローブとして光てこ式カンチレバーを使用する場合、レーザビームの反射光を検出するフォトダイオードを２ラ２の４分割にすることで、試料表面に垂直な方向（Ｚ方向）の力に対するカンチレバーの変位量すなわち撓み量を検出できるだけでなく、水平方向、特にカンチレバー長手方向に直交した方向（Ｘ方向）の力に対するカンチレバーの変位量を検出することができる。
このＸ方向の力に対する変位は、実際には、カンチレバーの捩れによってもたらされ、カンチレバー先端の探針と試料表面との間においてカンチレバーの走査の際に生じる摩擦力等を起因とする。
このＸ方向の力に対する変位は、実際には、カンチレバーの捩れによってもたらされ、カンチレバー先端の探針と試料表面との間においてカンチレバーの走査の際に生じる摩擦力等を起因とする。
しかしながら、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにあっては、図１７に示すように、カンチレバーに形成された１組のピエゾ抵抗体から検出される抵抗値の変動を検出しており、抵抗値の変動がカンチレバーの撓みによるものか、捩れによるものかを明確に区別することはできなかった。
すなわち、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおいては、カンチレバー先端の探針と試料表面との間において生じる水平方向の力に対するカンチレバーの変位量すなわち捩れ量を検出することはできなかった。
そこで、ピエゾ抵抗体カンチレバーは、支持部からＵ字状のレバー部を突出させた構成としており、そのＵ字を形成するレバー部と、支持部とを連結する２つの連結部すなわちカンチレバーの屈曲部において、その表面にそれぞれＵ字状のピエゾ抵抗体を形成している。（例えば、特許文献１、２を参照。）
２つのＵ字状のピエゾ抵抗体は、一端を互いに接続してクランド電位が与えられており、他端をそれぞれ増幅器に接続している。
２つのＵ字状のピエゾ抵抗体は、一端を互いに接続してクランド電位が与えられており、他端をそれぞれ増幅器に接続している。
それら２つの増幅器から得られる信号は加算器および減算器に入力され、それぞれカンチレバーの垂直方向の変位を示す信号および水平方向の変位を示す信号として出力される。
すなわち、カンチレバーの垂直方向の変位を示す信号によってカンチレバーの撓みを検出し、カンチレバーの水平方向の変位を示す信号によってカンチレバーの捩れを検出しており、カンチレバーの探針と試料表面との間に生じる原子間力のみならず、カンチレバー走査時に生じる摩擦力の計測をも達成している。
特開平０５−１９６４５８号公報
米国特許第５３４５８１５号明細書
すなわち、カンチレバーの垂直方向の変位を示す信号によってカンチレバーの撓みを検出し、カンチレバーの水平方向の変位を示す信号によってカンチレバーの捩れを検出しており、カンチレバーの探針と試料表面との間に生じる原子間力のみならず、カンチレバー走査時に生じる摩擦力の計測をも達成している。
上述したようなカンチレバーの捩れの検出は、２つの屈曲部にそれぞれ形成されたピエゾ抵抗体の抵抗値の差分によって達成されるので、２つの屈曲部間の変位差が顕著にかつ正確に現れるためには、それら屈曲部をより細くすることが好ましい。
しかしながら、従来のピエゾ抵抗体カンチレバーによれば、屈曲部の表面にピエゾ抵抗体をＵ字状に形成しているので、屈曲部を比較的大きく形成する必要があった。
また、それぞれ屈曲部上のピエゾ抵抗体は、屈曲部の長手方向において２つの直線状のピエゾ抵抗体を連結した形としてＵ字状を形成しているので、屈曲部自体の捩れによりＵ字状のピエゾ抵抗体の直線部分間での抵抗値変化として一部が相殺されてしまい、２つのＵ字状のピエゾ抵抗体間における正確な抵抗値差を得ることはできなかった。
また、それぞれ屈曲部上のピエゾ抵抗体は、屈曲部の長手方向において２つの直線状のピエゾ抵抗体を連結した形としてＵ字状を形成しているので、屈曲部自体の捩れによりＵ字状のピエゾ抵抗体の直線部分間での抵抗値変化として一部が相殺されてしまい、２つのＵ字状のピエゾ抵抗体間における正確な抵抗値差を得ることはできなかった。
本発明は、かかる従来技術の有する不都合に鑑みてなされたもので、カンチレバーの撓み量および捩れ量をより正確に検出することのできる自己検知型ＳＰＭプローブを提供することを目的としている。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１の発明に係る自己検知型ＳＰＭプローブは、先鋭化された探針を先端に設けたレバー部と、該レバー部を支持する支持部と、前記レバー部と前記支持部とを連結する屈曲部とからカンチレバーを構成し、このカンチレバー上にピエゾ抵抗体を設けた自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、前記ピエゾ抵抗体は、直線状に独立して形成されることを特徴とする。
また、請求項１の発明に係る自己検知型ＳＰＭプローブは、先鋭化された探針を先端に設けたレバー部と、該レバー部を支持する支持部と、前記レバー部と前記支持部とを連結する屈曲部とからカンチレバーを構成し、このカンチレバー上にピエゾ抵抗体をＵ字状に設けた自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、前記屈曲部および前記支持部上に絶縁層を形成するとともに、前記レバー部に位置する前記ピエゾ抵抗体の一部に、当該ピエゾ抵抗体と電気的に接続した低抵抗層を形成したことを特徴とする。
この請求項１の発明によれば、レバー部と支持部とを連結する屈曲部上に、ピエゾ抵抗体を、レバー部から支持部に亘ってＵ字状に形成し、且つレバー部に位置するピエゾ抵抗体の一部に低抵抗層を設けているので、屈曲部上に配置される直線部分のピエゾ抵抗体の数が増加してより顕著な捩れ量変化を高精度に検出することができるとともに、ピエゾ抵抗体上の低抵抗層の存在により、電流損失の少ない、より実質的なピエゾ抵抗体の抵抗値の検出が可能になる。
また、請求項２の発明に係る自己検知型ＳＰＭプローブは、請求項５の発明において、前記ピエゾ抵抗体の前記支持部に位置する両端からそれぞれ電極配線を取り出したことを特徴とする。
この請求項２の発明によれば、ピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために、ピエゾ抵抗体の両端から電極配線が導かれているので、屈曲部におけるピエゾ抵抗体の抵抗値変化を読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバーの撓み量を検出するための信号処理部への接続を容易にする。
また、請求項３の発明に係る自己検知型ＳＰＭプローブは、請求項１〜２のいずれか１つの発明において、前記ピエゾ抵抗体は、前記屈曲部上に複数個形成されることを特徴とする。
この請求項３の発明によれば、複数個形成したピエゾ抵抗体間における抵抗値の差を計測することにより、屈曲部の捩れ量を検出することができる。
また、請求項４の発明に係る自己検知型ＳＰＭプローブは、請求項１〜３のいずれか１つの発明において、前記屈曲部を少なくとも２つ設け、各屈曲部上に前記ピエゾ抵抗体または前記第１の導電層を形成したことを特徴とする。
この請求項４の発明によれば、屈曲部を複数設けることにより、各屈曲部にレバーの撓みまたは捩れによる応力を集中させることができる。
さらに、各屈曲部上に前記ピエゾ抵抗体または前記第１の導電層を形成することで、ピエゾ抵抗体間における抵抗値の差を計測することにより、屈曲部の捩れ量をより高精度に検出することができる。
さらに、各屈曲部上に前記ピエゾ抵抗体または前記第１の導電層を形成することで、ピエゾ抵抗体間における抵抗値の差を計測することにより、屈曲部の捩れ量をより高精度に検出することができる。
本発明によれば、カンチレバーのレバー部と支持部とを連結する屈曲部上に、レバー部から支持部に亘ってピエゾ抵抗体を直線状に且つ独立して形成しているので、屈曲部の撓みや捩れを起因とする実質的なピエゾ抵抗体の抵抗値変化のみを取り出すことができるという効果を奏する。
また、本発明によれば、ピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために、ピエゾ抵抗体の両端から電極配線が導かれているので、屈曲部におけるピエゾ抵抗体の抵抗値変化を読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバーの撓み量を検出するための信号処理部への接続を容易にするという効果を奏する。
また、本発明によれば、ピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために、配線となる導電層が、下層に絶縁層を配した状態で、ピエゾ抵抗体の両端からピエゾ抵抗体にそれぞれ電気的に接続され、且つカンチレバーの支持部におけるピエゾ抵抗体の形成されていない部分へと導かれている。
すなわち、屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を支持部上に導かれた２つの導電層から読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバーの撓み量を検出するための信号処理部への接続を容易にする。
さらに、その導電層をピエゾ抵抗体上に形成しているので、屈曲部の領域を有効に利用でき、細く形成することが可能となって、屈曲部の撓みをより顕著に検出することができるという効果を奏する。
すなわち、屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を支持部上に導かれた２つの導電層から読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバーの撓み量を検出するための信号処理部への接続を容易にする。
さらに、その導電層をピエゾ抵抗体上に形成しているので、屈曲部の領域を有効に利用でき、細く形成することが可能となって、屈曲部の撓みをより顕著に検出することができるという効果を奏する。
また、本発明によれば、ピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために、配線となる導電層が、下層に絶縁層を配した状態で、ピエゾ抵抗体の両端からピエゾ抵抗体にそれぞれ電気的に接続され、且つカンチレバーの支持部におけるピエゾ抵抗体の形成されていない部分へと導かれている。
すなわち、屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を支持部上に導かれた２つの導電層から読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバーの撓み量を検出するための信号処理部への接続を容易にしている。
さらに、導電層の面積を大きくして抵抗率を低減させることができ、それにより屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を高精度に読み出すことができるという効果を奏する。
すなわち、屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を支持部上に導かれた２つの導電層から読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバーの撓み量を検出するための信号処理部への接続を容易にしている。
さらに、導電層の面積を大きくして抵抗率を低減させることができ、それにより屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を高精度に読み出すことができるという効果を奏する。
また、本発明によれば、レバー部と支持部とを連結する屈曲部上に、ピエゾ抵抗体を、レバー部から支持部に亘ってＵ字状に形成し、且つレバー部に位置するピエゾ抵抗体の一部に低抵抗層を設けているので、屈曲部上に配置される直線部分のピエゾ抵抗体の数が増加してより顕著な捩れ量変化を高精度に検出することができるとともに、ピエゾ抵抗体上の低抵抗層の存在により、電流損失の少ない、より実質的なピエゾ抵抗体の抵抗値の検出が可能になるという効果を奏する。
また、本発明によれば、ピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために、ピエゾ抵抗体の両端から電極配線が導かれているので、屈曲部におけるピエゾ抵抗体の抵抗値変化を読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバーの撓み量を検出するための信号処理部への接続を容易にするという効果を奏する。
また、本発明によれば、複数個形成したピエゾ抵抗体間における抵抗値の差を計測することにより、屈曲部の捩れ量を検出することができるという効果を奏する。
また、本発明によれば、屈曲部を複数設けることにより、各屈曲部にレバーの撓みまたは捩れによる応力を集中させることができる。
さらに、各屈曲部上に前記ピエゾ抵抗体または前記第１の導電層を形成することで、ピエゾ抵抗体間における抵抗値の差を計測することにより、屈曲部の捩れ量をより高精度に検出することができるという効果を奏する。
さらに、各屈曲部上に前記ピエゾ抵抗体または前記第１の導電層を形成することで、ピエゾ抵抗体間における抵抗値の差を計測することにより、屈曲部の捩れ量をより高精度に検出することができるという効果を奏する。
以下に、本発明に係る自己検知型ＳＰＭプローブの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）図１は、実施の形態１に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１０の平面図である。図１において、自己検知型ＳＰＭプローブ１０は、先端に探針１２を設けたレバー部と、支持部とを２つの屈曲部によって連結された構成となっている。２つの屈曲部上には、それぞれピエゾ抵抗体２２，２４が形成されている。ピエゾ抵抗体２２，２４は、特に屈曲部上において、レバー部の一部から支持部の一部に至って形成されている。
さらに、ピエゾ抵抗体２２，２４上および支持部上には、絶縁層が形成されている。
なお、図１においては、図を簡略化して理解を容易にするため、絶縁層を図示していない。
また、これら２つの屈曲部とピエゾ抵抗体２２，２４は、カンチレバー２０２の長手方向に探針１２を通過する線を中心軸として、両対称に形成される。
さらに、ピエゾ抵抗体２２，２４上および支持部上には、絶縁層が形成されている。
なお、図１においては、図を簡略化して理解を容易にするため、絶縁層を図示していない。
また、これら２つの屈曲部とピエゾ抵抗体２２，２４は、カンチレバー２０２の長手方向に探針１２を通過する線を中心軸として、両対称に形成される。
絶縁層上においては、配線となる導電層２６，２８が、ピエゾ抵抗体２２，２４のレバー部に位置する部分から屈曲部とピエゾ抵抗体２２，２４の支持部に位置する部分とを介し、カンチレバーの支持部においてピエゾ抵抗体２２，２４の形成されていない部分にまでそれぞれ形成されている。導電層２６のレバー部に位置する一端と、下層のピエゾ抵抗体２２とは、メタルコンタクト部４２において電気的に接続される。
同様に、導電層２８のレバー部に位置する一端と、下層のピエゾ抵抗体２４とは、メタルコンタクト部４４において電気的に接続される。
同様に、導電層２８のレバー部に位置する一端と、下層のピエゾ抵抗体２４とは、メタルコンタクト部４４において電気的に接続される。
さらに、絶縁層上において、配線となる導電層３２，３４が、ピエゾ抵抗体２２，２４の支持部に位置する部分から、支持部においてピエゾ抵抗体２２，２４の形成されていない部分に至ってそれぞれ形成されている。導電層３２のピエゾ抵抗体２２に位置する一端と、下層のピエゾ抵抗体２２とは、メタルコンタクト部３６において電気的に接続される。同様に、導電層３４のピエゾ抵抗体２４に位置する一端と、下層のピエゾ抵抗体２４とは、メタルコンタクト部３８において電気的に接続される。
つぎに、図２は、図１のＡ−Ａ'線における断面図を示しており、カンチレバー２０２は、図２に示すように、シリコンから成る半導体基板１５上に埋め込み酸化層（ＳｉＯ2）１４を形成し、さらにその上にシリコン層１６を熱的に貼り合わせたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）技術を用いることによって形成される。
このＳＯＩ技術によって、ピエゾ抵抗体２２，２４間は、絶縁度の高い素子分離が果たされる。
このＳＯＩ技術によって、ピエゾ抵抗体２２，２４間は、絶縁度の高い素子分離が果たされる。
上記したカンチレバー２０２の支持部は、図２に示すように、酸化層１４を表面に形成した半導体基板１５を基体とし、さらに酸化層１４上には、シリコン層１６が形成されている。
このシリコン層１６中にピエゾ抵抗体２２，２４が形成され、図２においては、メタルコンタクト部３６，３８が、ピエゾ抵抗体２２，２４にそれぞれ接続されて示されている。
このシリコン層１６中にピエゾ抵抗体２２，２４が形成され、図２においては、メタルコンタクト部３６，３８が、ピエゾ抵抗体２２，２４にそれぞれ接続されて示されている。
また、図３は、図１のＢ−Ｂ'線における断面図を示しており、上記したカンチレバー２０２のレバー部は、図３に示すように、２つの屈曲部を介して支持部と連結したシリコン層１６を基体とし、ピエゾ抵抗体２２，２４もまた、支持部と同様にシリコン層１６中に形成されている。
図３においては、メタルコンタクト部４２，４４が、ピエゾ抵抗体２２，２４にそれぞれ接続されて示されている。
さらに、シリコン層１６とピエゾ抵抗体２２，２４から成る層は、メタルコンタクト部３６，３８，４２および４４を除く表面に酸化層１７を形成している。
なお、この酸化層１７が、上述した絶縁層に相当する。
よって、この酸化層１７上に、上述した配線となる導電層２６，２８が形成される。
なお、この酸化層１７が、上述した絶縁層に相当する。
よって、この酸化層１７上に、上述した配線となる導電層２６，２８が形成される。
従って、ピエゾ抵抗体２２に接続されたメタルコンタクト部３６，４２を両端子とすることにより、ピエゾ抵抗体２２においてカンチレバー２０２の屈曲部に位置する部分の抵抗値を読み取ることができる。
さらに、カンチレバー２０２のレバー部に位置するメタルコンタクト部４２から配線される導電層２６は、ピエゾ抵抗体２２の表面に形成された絶縁層１７上に配置され、かつカンチレバー２０２のレバー部から屈曲部を介して支持部へと導かれている。
すなわち、導電層２６は、一端をレバー部に位置し、他端をカンチレバー２０２の支持部においてピエゾ抵抗体２２の形成されていない部分に位置している。
さらに、カンチレバー２０２のレバー部に位置するメタルコンタクト部４２から配線される導電層２６は、ピエゾ抵抗体２２の表面に形成された絶縁層１７上に配置され、かつカンチレバー２０２のレバー部から屈曲部を介して支持部へと導かれている。
すなわち、導電層２６は、一端をレバー部に位置し、他端をカンチレバー２０２の支持部においてピエゾ抵抗体２２の形成されていない部分に位置している。
また、メタルコンタクト部３６から配線される導電層３２は、両端ともにカンチレバー２０２の支持部に配置され、一端をピエゾ抵抗体２２の形成されている部分に位置し、他端をピエゾ抵抗体２２の形成されていない部分に位置している。
従って、ピエゾ抵抗体２２に接続されたメタルコンタクト部３６，４２は、それぞれ導電層３２，２６によって、カンチレバー２０２の支持部においてピエゾ抵抗体２２の形成されていない部分にまで導かれ、その導かれた端部においてピエゾ抵抗体２２の屈曲部に位置する部分の抵抗値を読み出すことができる。
このように、２つの屈曲部の一方において、その長手方向に沿って形成されたピエゾ抵抗体２２の抵抗値の計測が達成される。
また、他方の屈曲部においても、ピエゾ抵抗体２４、導電層３４，２８およびメタルコンタクト部３８，４４は、一方の屈曲部におけるピエゾ抵抗体２２、導電層３２，２６およびメタルコンタクト部３６，４２にそれぞれ対称的に配置される。
よって、他方の屈曲部においても、その長手方向に沿って形成されたピエゾ抵抗体２４の抵抗値の計測が達成される。
また、他方の屈曲部においても、ピエゾ抵抗体２４、導電層３４，２８およびメタルコンタクト部３８，４４は、一方の屈曲部におけるピエゾ抵抗体２２、導電層３２，２６およびメタルコンタクト部３６，４２にそれぞれ対称的に配置される。
よって、他方の屈曲部においても、その長手方向に沿って形成されたピエゾ抵抗体２４の抵抗値の計測が達成される。
つぎに、図１に示したカンチレバー２０２の形成工程を図４および図５を参照しつつ説明する。
なお、図４および図５では、図１のカンチレバー２０２のピエゾ抵抗体２４を形成する工程断面を示している。
なお、図４および図５では、図１のカンチレバー２０２のピエゾ抵抗体２４を形成する工程断面を示している。
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板から成る半導体基板１５上に埋め込み酸化層１４を形成し、さらにその埋め込み酸化層１４上にｎ型のＳＯＩシリコン層１６を熱的に貼り合わせたサンドイッチ構造のＳＯＩ基板を形成する。
そして、そのＳＯＩ基板の表面側と裏面側とを熱酸化することにより、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１９および１３を形成し、シリコン酸化膜１９上に、さらにエッチングマスクとなるフォトレジスタ膜２１をパターニングする。
そして、そのＳＯＩ基板の表面側と裏面側とを熱酸化することにより、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１９および１３を形成し、シリコン酸化膜１９上に、さらにエッチングマスクとなるフォトレジスタ膜２１をパターニングする。
つぎに、フォトレジスト膜２１をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてシリコン酸化膜１９を溶液エッチングすることにより、図４（ｂ）に示すように、探針を形成するためのマスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１９をパターニングする。
続いて、パターニングされたシリコン酸化膜１９をマスクとして、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、図４（ｃ）に示すように、マスク１９の下に先鋭化した探針１２が形成する。
続いて、パターニングされたシリコン酸化膜１９をマスクとして、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、図４（ｃ）に示すように、マスク１９の下に先鋭化した探針１２が形成する。
さらに、図４（ｄ）に示すように、半導体基板１６表面にピエゾ抵抗体を形成する領域を開口させてフォトレジスト膜２３を形成し、その開口部分にイオン注入を行ってｐ＋ピエゾ抵抗領域すなわちピエゾ抵抗体２４を形成する。
つぎに、フォトレジスト膜２３を除去するとともに、図５（ｅ）に示すように、カンチレバー形状のフォトレジスト膜２５をＳＯＩシリコン層１６上に形成する。
フォトレジスト膜２５をマスクとしてＲＩＥによりＳＯＩシリコン層１６を、埋め込み酸化層１４に達するまでエッチングし、カンチレバーの端部を形成する。
フォトレジスト膜２５をマスクとしてＲＩＥによりＳＯＩシリコン層１６を、埋め込み酸化層１４に達するまでエッチングし、カンチレバーの端部を形成する。
そして、図５（ｆ）に示すように、フォトレジスト膜２５を除去するとともに、裏面側のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１３の下にエッチングマスクとなるフォトレジスト膜２７を形成する。
フォトレジスト膜２７をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いたバックエッチングを行い、シリコン酸化膜１３をパターニング形成する。
フォトレジスト膜２７をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いたバックエッチングを行い、シリコン酸化膜１３をパターニング形成する。
さらに、図５（ｇ）に示すように、ＳＯＩシリコン層１６のピエゾ抵抗体２４の両端部および探針１２以外の部分をシリコン酸化膜１７で被覆して表面を保護するとともに、シリコン酸化膜１７の被覆されていないピエゾ抵抗体２４の両端部にアルミニウム（Ａｌ）等の金属を埋め込んでメタルコンタクト部４４，３８を形成する。
さらに、ここで、メタルコンタクト部４４，３８から配線される導電層２８，３４が形成される（図示せず）。
さらに、ここで、メタルコンタクト部４４，３８から配線される導電層２８，３４が形成される（図示せず）。
さらに、図５（ｈ）に示すように、図５（ｇ）においてパターニング形成したシリコン酸化膜１３をマスクとして４０％の水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ＋Ｈ2Ｏ）を用いてバックエッチングを行うことにより、半導体基板１５と埋め込み酸化層１４が部分的に除去され、ピエゾ抵抗体２４を備えたＳＯＩシリコン層１６から成るＳＰＭプローブ１０が形成される。
なお、ここでは、ｎ型のシリコン層１６にｐ＋イオンを注入してｐ＋のピエゾ抵抗体２４を形成したが、逆に、ｐ型のシリコン層を用いた場合は、基板にｎ＋イオンを注入してｎ＋のピエゾ抵抗体が形成される。
以上に説明した実施の形態１において、さらに、従来の自己検知型ＳＰＭプローブと同様に、図１７のリファレンス２０４に相当する参照用カンチレバーを支持部に設けてもよい。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ１０と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ１０の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ１０において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ１０と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ１０の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ１０において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
また、自己検知型ＳＰＭプローブ１０において形成される屈曲部は、３つ以上でもよく、それら屈曲部毎に、またはそれら屈曲部のうちの少なくとも２つに、上述したピエゾ抵抗体を形成してもよい。
その場合、ピエゾ抵抗体は、レバー部の捩れが検出されるように、探針を通りかつカンチレバーの長手方向に沿った直線を中心軸として、屈曲部に、対称的に形成されるのが好ましい。
その場合、ピエゾ抵抗体は、レバー部の捩れが検出されるように、探針を通りかつカンチレバーの長手方向に沿った直線を中心軸として、屈曲部に、対称的に形成されるのが好ましい。
さらに、図６に示す自己検知型ＳＰＭプローブ５０のように、レバー部と支持部とを連結する屈曲部を１つにして、その屈曲部上にピエゾ抵抗体の形成領域および導電層を設けてもよい。
以上説明したように、実施の形態１によれば、カンチレバー２０２のレバー部と支持部とが２つの屈曲部によって連結され、ピエゾ抵抗体を、それら屈曲部上にレバー部から支持部に亘って直線状に形成しているので、屈曲部をピエゾ抵抗体形成領域として有効に利用でき、細く形成することが可能となる。
そのため、２つのピエゾ抵抗体間において、カンチレバー２０２の捩れにより生じる両屈曲部の変位差を示す抵抗値差が、顕著にかつ正確に現れる。
そのため、２つのピエゾ抵抗体間において、カンチレバー２０２の捩れにより生じる両屈曲部の変位差を示す抵抗値差が、顕著にかつ正確に現れる。
さらに、それぞれのピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために、ピエゾ抵抗体の両端からピエゾ抵抗体にそれぞれ電気的に接続したメタルコンタクト部を形成して、両メタルコンタクト部から、カンチレバー２０２の支持部におけるピエゾ抵抗体の形成されていない部分へと、配線となる導電層が、下層に酸化層を配した状態で導かれている。
すなわち、屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を、支持部上に導かれた２つの導電層から読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバー２０２の撓み量および捩れ量を検出する信号処理部への接続を容易にしている。
なお、この場合の信号処理部は、従来の光てこ型カンチレバーおよび４分割フォトダイオードを使用したＡＦＭにおける信号処理と同様な演算処理によって、カンチレバーの探針と試料表面との摩擦力を導出するものである。
すなわち、屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を、支持部上に導かれた２つの導電層から読み出すことができ、それら抵抗値変化からカンチレバー２０２の撓み量および捩れ量を検出する信号処理部への接続を容易にしている。
なお、この場合の信号処理部は、従来の光てこ型カンチレバーおよび４分割フォトダイオードを使用したＡＦＭにおける信号処理と同様な演算処理によって、カンチレバーの探針と試料表面との摩擦力を導出するものである。
（実施の形態２）つぎに、実施の形態２にかかる自己検知型ＳＰＭプローブについて説明する。
図７は、実施の形態２に係る自己検知型ＳＰＭプローブ６０の平面図である。
自己検知型ＳＰＭプローブ６０は、レバー部に位置したピエゾ抵抗体２２および２４のメタルコンタクト部４２および４４から屈曲部を介して支持部へと導かれる導電層３２および３４が、ピエゾ抵抗体２２および２４上に形成されていない点で、実施の形態１に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１０とは異なる。
図７は、実施の形態２に係る自己検知型ＳＰＭプローブ６０の平面図である。
自己検知型ＳＰＭプローブ６０は、レバー部に位置したピエゾ抵抗体２２および２４のメタルコンタクト部４２および４４から屈曲部を介して支持部へと導かれる導電層３２および３４が、ピエゾ抵抗体２２および２４上に形成されていない点で、実施の形態１に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１０とは異なる。
図７において、自己検知型ＳＰＭプローブ６０は、先端に探針１２を設けたレバー部と、支持部とを２つの屈曲部によって連結された構成となっている。
２つの屈曲部上には、図１と同様に、それぞれピエゾ抵抗体２２および２４がレバー部から支持部に至って直線状に形成されている。
また、ＳＯＩシリコン層１６とピエゾ抵抗体２２および２４の表面には、絶縁層（図示せず）が形成されている。
２つの屈曲部上には、図１と同様に、それぞれピエゾ抵抗体２２および２４がレバー部から支持部に至って直線状に形成されている。
また、ＳＯＩシリコン層１６とピエゾ抵抗体２２および２４の表面には、絶縁層（図示せず）が形成されている。
配線となる導電層３２は、メタルコンタクト部４２との電気的接続を果たすために、その一部のみをピエゾ抵抗体２２上に形成し、その他の部分を、ピエゾ抵抗体２２の形成されていない領域に形成して、レバー部から支持部に至って導かれている。
すなわち、ピエゾ抵抗体２２の配置された一方の屈曲部上においては、ピエゾ抵抗体２２と導電層３２の２つの領域が、それぞれ個別に存在する。
配線となる導電層３４もまた同様に、メタルコンタクト部４４との電気的接続を果たすために、その一部のみをピエゾ抵抗体２４上に形成し、その他の部分を、ピエゾ抵抗体２４の形成されていない領域に形成して、レバー部から支持部に至って導かれている。
すなわち、ピエゾ抵抗体２４の配置された他方の屈曲部上においては、ピエゾ抵抗体２４と導電層３４の２つの領域が、それぞれ個別に存在する。
すなわち、ピエゾ抵抗体２２の配置された一方の屈曲部上においては、ピエゾ抵抗体２２と導電層３２の２つの領域が、それぞれ個別に存在する。
配線となる導電層３４もまた同様に、メタルコンタクト部４４との電気的接続を果たすために、その一部のみをピエゾ抵抗体２４上に形成し、その他の部分を、ピエゾ抵抗体２４の形成されていない領域に形成して、レバー部から支持部に至って導かれている。
すなわち、ピエゾ抵抗体２４の配置された他方の屈曲部上においては、ピエゾ抵抗体２４と導電層３４の２つの領域が、それぞれ個別に存在する。
ピエゾ抵抗体２２の他方のメタルコンタクト部３６との電気的接続を果たす導電層２６は、支持部においてピエゾ抵抗体２２の形成されていない領域まで導かれる。
また、同様に、ピエゾ抵抗体２４の他方のメタルコンタクト部３８との電気的接続を果たす導電層２８は、支持部においてピエゾ抵抗体２４の形成されていない領域まで導かれる。
また、同様に、ピエゾ抵抗体２４の他方のメタルコンタクト部３８との電気的接続を果たす導電層２８は、支持部においてピエゾ抵抗体２４の形成されていない領域まで導かれる。
従って、導電層２６および３２によって、一方の屈曲部上のピエゾ抵抗体２２の抵抗値を読み出すことができ、導電層２８および３４によって、他方の屈曲部上のピエゾ抵抗体２４の抵抗値を読み出すことができる。
図７に示した自己検知型ＳＰＭプローブ６０の形成工程は、前述した説明した図４および図５と同様であるため、ここではその説明を省略する。
なお、自己検知型ＳＰＭプローブ６０において形成される屈曲部は、３つ以上でもよく、それら屈曲部毎に、またはそれら屈曲部のうちの少なくとも２つに、上述したピエゾ抵抗体を形成してもよい。
その場合、ピエゾ抵抗体は、レバー部の捩れが検出されるように、探針を通りかつカンチレバーの長手方向に沿った直線を中心軸として、屈曲部に、対称的に形成されるのが好ましい。
その場合、ピエゾ抵抗体は、レバー部の捩れが検出されるように、探針を通りかつカンチレバーの長手方向に沿った直線を中心軸として、屈曲部に、対称的に形成されるのが好ましい。
また、自己検知型ＳＰＭプローブ６０においては、ピエゾ抵抗体２２および導電層３２を一方の屈曲部上に配置し、ピエゾ抵抗体２４および導電層３４を他方の屈曲部上に配置したが、図８に示す自己検知型ＳＰＭプローブ７０のように、屈曲部を４つ設け、各ピエゾ抵抗体と各導電層とを屈曲部上に１つずつ割り当てて配置させてもよい。
さらに、図９に示す自己検知型ＳＰＭプローブ８０のように、レバー部と支持部とを連結する屈曲部を１つにして、その屈曲部上にピエゾ抵抗体の形成領域および導電層を設けてもよい。
以上に説明した実施の形態２において、さらに、従来の自己検知型ＳＰＭプローブと同様に、図１７のリファレンス２０４に相当する参照用カンチレバーを支持部に設けてもよい。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ６０（または７０、８０）と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ６０（または７０、８０）の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ６０（または７０、８０）において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ６０（または７０、８０）と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ６０（または７０、８０）の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ６０（または７０、８０）において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
以上説明したように、実施の形態２によれば、自己検知型ＳＰＭプローブ６０（または７０、８０）のレバー部と支持部とを連結する屈曲部上に、ピエゾ抵抗体を、レバー部から支持部に亘って直線状に形成し、且つそれぞれのピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために配線となる導電層の一方を、レバー部に位置するピエゾ抵抗体と電気的に接続し、レバー部から支持部へと導かれるように、ピエゾ抵抗体とは別領域の屈曲部上に形成しているので、その導電層のために屈曲部の領域を有効に利用することができる。
すなわち、導電層の面積を大きくして抵抗率を低減させることができ、それにより屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を高精度に読み出すことができる。
すなわち、導電層の面積を大きくして抵抗率を低減させることができ、それにより屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を高精度に読み出すことができる。
（実施の形態３）つぎに、実施の形態３にかかる自己検知型ＳＰＭプローブについて説明する。
図１０は、実施の形態３に係る自己検知型ＳＰＭプローブ９０の平面図である。
自己検知型ＳＰＭプローブ９０は、レバー部に位置したピエゾ抵抗体２２および２４のメタルコンタクト部４２および４４から屈曲部を介して支持部へと導かれる導電層が、ピエゾ抵抗体２２および２４上に形成されず、且つその導電層を共通にしている点で、実施の形態１に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１０とは異なる。
図１０は、実施の形態３に係る自己検知型ＳＰＭプローブ９０の平面図である。
自己検知型ＳＰＭプローブ９０は、レバー部に位置したピエゾ抵抗体２２および２４のメタルコンタクト部４２および４４から屈曲部を介して支持部へと導かれる導電層が、ピエゾ抵抗体２２および２４上に形成されず、且つその導電層を共通にしている点で、実施の形態１に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１０とは異なる。
図１０において、自己検知型ＳＰＭプローブ９０は、先端に探針１２を設けたレバー部と、支持部とを３つの屈曲部によって連結された構成となっている。
３つの屈曲部のうち両端の２つの屈曲部上には、図１と同様に、それぞれピエゾ抵抗体２２および２４が、レバー部から支持部に至って直線状に形成されている。
また、ＳＯＩシリコン層１６とピエゾ抵抗体２２および２４の表面には、絶縁層（図示せず）が形成されている。
３つの屈曲部のうち両端の２つの屈曲部上には、図１と同様に、それぞれピエゾ抵抗体２２および２４が、レバー部から支持部に至って直線状に形成されている。
また、ＳＯＩシリコン層１６とピエゾ抵抗体２２および２４の表面には、絶縁層（図示せず）が形成されている。
配線となる導電層３０は、メタルコンタクト部４２および４４との電気的接続を果たすために、その一部のみをピエゾ抵抗体２２上に形成し、その他の部分を、ピエゾ抵抗体２２の形成されていない領域に形成し、中央の屈曲部上を、レバー部から支持部に至ってＴ字状に形成されている。
すなわち、ピエゾ抵抗体２２および２４のレバー部に位置する端部は、導電層３０によって共通に電気的に接続され、支持部側へと電気的に配線されている。
すなわち、ピエゾ抵抗体２２および２４のレバー部に位置する端部は、導電層３０によって共通に電気的に接続され、支持部側へと電気的に配線されている。
ピエゾ抵抗体２２の他方のメタルコンタクト部３６との電気的接続を果たす導電層２６は、支持部においてピエゾ抵抗体２２の形成されていない領域まで導かれる。
また、同様に、ピエゾ抵抗体２４の他方のメタルコンタクト部３８との電気的接続を果たす導電層２８は、支持部においてピエゾ抵抗体２４の形成されていない領域まで導かれる。
また、同様に、ピエゾ抵抗体２４の他方のメタルコンタクト部３８との電気的接続を果たす導電層２８は、支持部においてピエゾ抵抗体２４の形成されていない領域まで導かれる。
従って、導電層２６および３０によって、一方の屈曲部上のピエゾ抵抗体２２の抵抗値を読み出すことができ、導電層２８および３０によって、他方の屈曲部上のピエゾ抵抗体２４の抵抗値を読み出すことができる。
図１０に示した自己検知型ＳＰＭプローブ９０の形成工程は、前述した説明した図４および図５と同様であるため、ここではその説明を省略する。
なお、自己検知型ＳＰＭプローブ９０においては、ピエゾ抵抗体２２、２４および導電層３０を、それぞれ個別の屈曲部上に配置したが、図１１に示す自己検知型ＳＰＭプローブ１００のように、レバー部と支持部とを連結する屈曲部を１つにして、その屈曲部上にピエゾ抵抗体の形成領域および導電層を設けてもよい。
図１０に示した自己検知型ＳＰＭプローブ９０の形成工程は、前述した説明した図４および図５と同様であるため、ここではその説明を省略する。
なお、自己検知型ＳＰＭプローブ９０においては、ピエゾ抵抗体２２、２４および導電層３０を、それぞれ個別の屈曲部上に配置したが、図１１に示す自己検知型ＳＰＭプローブ１００のように、レバー部と支持部とを連結する屈曲部を１つにして、その屈曲部上にピエゾ抵抗体の形成領域および導電層を設けてもよい。
以上に説明した実施の形態３において、さらに、従来の自己検知型ＳＰＭプローブと同様に、図１７のリファレンス２０４に相当する参照用カンチレバーを支持部に設けてもよい。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ９０（または１００）と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ９０（または１００）の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ９０（または１００）において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ９０（または１００）と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ９０（または１００）の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ９０（または１００）において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
以上説明したように、実施の形態３によれば、自己検知型ＳＰＭプローブ９０（または１００）のレバー部と支持部とを連結する屈曲部上に、ピエゾ抵抗体を、レバー部から支持部に亘って直線状に形成し、且つそれぞれのピエゾ抵抗体の抵抗値を読み出すために配線となる導電層の一方を、レバー部に位置するピエゾ抵抗体と電気的に接続し、レバー部から支持部へと導かれるように、ピエゾ抵抗体とは別領域の屈曲部上に形成しているので、その導電層のために屈曲部の領域を有効に利用することができる。
すなわち、導電層の面積を大きくして抵抗率を低減させることができ、それにより屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を高精度に読み出すことができる。
さらに、１つの導電層を共通にして使用しているので、屈曲部上に配置される導電層の数を減少させることができ、これにより屈曲部の幅を狭くできるため、より顕著にレバーの撓み量を検出することができる。
すなわち、導電層の面積を大きくして抵抗率を低減させることができ、それにより屈曲部のピエゾ抵抗体の抵抗値変化を高精度に読み出すことができる。
さらに、１つの導電層を共通にして使用しているので、屈曲部上に配置される導電層の数を減少させることができ、これにより屈曲部の幅を狭くできるため、より顕著にレバーの撓み量を検出することができる。
（実施の形態４）つぎに、実施の形態４にかかる自己検知型ＳＰＭプローブについて説明する。
図１２は、実施の形態４に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１１０の平面図である。
自己検知型ＳＰＭプローブ１１０は、１つの屈曲部上に、支持部−レバー部−支持部に亘ってＵ字状のピエゾ抵抗体が形成され、且つ各ピエゾ抵抗体のレバー部に位置する部分の一部に、低抵抗層を設けている点で、実施の形態１に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１０とは異なる。
図１２は、実施の形態４に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１１０の平面図である。
自己検知型ＳＰＭプローブ１１０は、１つの屈曲部上に、支持部−レバー部−支持部に亘ってＵ字状のピエゾ抵抗体が形成され、且つ各ピエゾ抵抗体のレバー部に位置する部分の一部に、低抵抗層を設けている点で、実施の形態１に係る自己検知型ＳＰＭプローブ１０とは異なる。
図１２において、自己検知型ＳＰＭプローブ１１０は、先端に探針１２を設けたレバー部と、支持部とを２つの屈曲部によって連結された構成となっている。
２つの屈曲部上には、それぞれピエゾ抵抗体１１２および１１４が、支持部−レバー部−支持部に亘ってＵ字状に形成されている。
また、ＳＯＩシリコン層１６とピエゾ抵抗体１１２および１１４の表面には、絶縁層（図示せず）が形成されている。
２つの屈曲部上には、それぞれピエゾ抵抗体１１２および１１４が、支持部−レバー部−支持部に亘ってＵ字状に形成されている。
また、ＳＯＩシリコン層１６とピエゾ抵抗体１１２および１１４の表面には、絶縁層（図示せず）が形成されている。
ピエゾ抵抗体１１２のレバー部に位置する部分、特に、レバー部の長手方向に対して垂直な方向の部分に、低抵抗層１１６が形成されている。
低抵抗層１１６は、メタルコンタクト部１１３および１１５によって、下層のピエゾ抵抗体１１２との電気的接続を果たし、後述する導電層３２および３４と同材料の金属であることが好ましい。
レバー部において捩れ量を検出するのに、レバー部の長手方向に対して垂直な方向のピエゾ抵抗体領域は意味をもたず、むしろ高抵抗領域として機能する。
低抵抗層１１６は、その部分に流れる電流を迂回させるために機能し、より捩れ量の実質的な検出を可能にする。
低抵抗層１１６は、メタルコンタクト部１１３および１１５によって、下層のピエゾ抵抗体１１２との電気的接続を果たし、後述する導電層３２および３４と同材料の金属であることが好ましい。
レバー部において捩れ量を検出するのに、レバー部の長手方向に対して垂直な方向のピエゾ抵抗体領域は意味をもたず、むしろ高抵抗領域として機能する。
低抵抗層１１６は、その部分に流れる電流を迂回させるために機能し、より捩れ量の実質的な検出を可能にする。
ピエゾ抵抗体１１４のレバー部に位置する部分もまた、ピエゾ抵抗体１１２と同様に、低抵抗層１１８が形成されている。
低抵抗層１１８は、メタルコンタクト部１１７および１１９によって、下層のピエゾ抵抗体１１４との電気的接続を果たしている。
低抵抗層１１８は、メタルコンタクト部１１７および１１９によって、下層のピエゾ抵抗体１１４との電気的接続を果たしている。
そして、導電層２６および３２は、それぞれピエゾ抵抗体１１２の端部に位置するメタルコンタクト部３６および４２との電気的接続を果たし、支持部においてピエゾ抵抗体１１２の形成されていない領域まで導かれる。
また、同様に、導電層２８および３４は、それぞれピエゾ抵抗体１１４の端部に位置するメタルコンタクト部３８および４４との電気的接続を果たし、支持部においてピエゾ抵抗体１１４の形成されていない領域まで導かれる。
また、同様に、導電層２８および３４は、それぞれピエゾ抵抗体１１４の端部に位置するメタルコンタクト部３８および４４との電気的接続を果たし、支持部においてピエゾ抵抗体１１４の形成されていない領域まで導かれる。
従って、導電層２６および３２によって、一方の屈曲部上のピエゾ抵抗体１１２の抵抗値を読み出すことができ、導電層２８および３４によって、他方の屈曲部上のピエゾ抵抗体１１４の抵抗値を読み出すことができる。
図１２に示した自己検知型ＳＰＭプローブ１１０の形成工程は、前述した説明した図４および図５と同様であるため、ここではその説明を省略する。
なお、自己検知型ＳＰＭプローブ１１０において形成される屈曲部は、３つ以上でもよく、それら屈曲部毎に、またはそれら屈曲部のうちの少なくとも２つに、上述したピエゾ抵抗体を形成してもよい。
その場合、ピエゾ抵抗体は、レバー部の捩れが検出されるように、探針を通りかつカンチレバーの長手方向に沿った直線を中心軸として、屈曲部に、対称的に形成されるのが好ましい。
その場合、ピエゾ抵抗体は、レバー部の捩れが検出されるように、探針を通りかつカンチレバーの長手方向に沿った直線を中心軸として、屈曲部に、対称的に形成されるのが好ましい。
また、自己検知型ＳＰＭプローブ１１０においては、ピエゾ抵抗体１１２を一方の屈曲部上に配置し、ピエゾ抵抗体１１４を他方の屈曲部上に配置したが、図１３に示す自己検知型ＳＰＭプローブ１２０のように、屈曲部を４つ設け、レバー部から支持部に亘る各ピエゾ抵抗体の直線部分を屈曲部上に１つずつ割り当てて配置させてもよい。
さらに、図１４に示す自己検知型ＳＰＭプローブ１３０のように、レバー部と支持部とを連結する屈曲部を１つにして、その屈曲部上にピエゾ抵抗体の形成領域および導電層を設けてもよい。
以上に説明した実施の形態４において、さらに、従来の自己検知型ＳＰＭプローブと同様に、図１７のリファレンス２０４に相当する参照用カンチレバーを支持部に設けてもよい。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ１１０（または１２０、１３０）と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ１１０（または１２０、１３０）の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ１１０（または１２０、１３０）において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
その場合、参照用カンチレバーは、探針１２を取り除いたこと以外は自己検知型ＳＰＭプローブ１１０（または１２０、１３０）と同様な構成であり、自己検知型ＳＰＭプローブ１１０（または１２０、１３０）の動作と並行して、その参照用カンチレバー上のピエゾ抵抗体における抵抗値の測定が行われる。
これは、従来の自己検知型ＳＰＭプローブにおけるリファレンスと同様に、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値の不要な変動情報を自己検知型ＳＰＭプローブ１１０（または１２０、１３０）において測定される抵抗値の変動から取り除くための参照抵抗値を提供するものである。
以上説明したように、実施の形態４によれば、自己検知型ＳＰＭプローブ１１０（または１２０、１３０）のレバー部と支持部とを連結する屈曲部上に、ピエゾ抵抗体を、レバー部から支持部に亘ってＵ字状に形成し、且つレバー部に位置するピエゾ抵抗体の一部に低抵抗層を設け、屈曲部上に配置される直線部分のピエゾ抵抗体の数を増加しているので、より顕著な捩れ量変化を高精度に検出することができる。
さらに、ピエゾ抵抗体上の低抵抗層の存在により、電流損失の少ない、より実質的なピエゾ抵抗体の抵抗値の検出が可能になる。
さらに、ピエゾ抵抗体上の低抵抗層の存在により、電流損失の少ない、より実質的なピエゾ抵抗体の抵抗値の検出が可能になる。
（実施の形態５）自己検知型ＳＰＭプローブとして用いられるカンチレバーは、実施の形態１において説明した作成工程によって最終的に、円形状をした単結晶の薄片すなわちウェハ上にマトリクス状に複数個並置された状態で得られる。
よって、カンチレバーは、一般に、ウェハ上から個別に取り出した状態で使用される。
しかしながら、例えば使用されるカンチレバーが不良であった場合に、そのカンチレバーがウェハ上のどの位置に形成されていたかを知る術がなかった。
よって、カンチレバーは、一般に、ウェハ上から個別に取り出した状態で使用される。
しかしながら、例えば使用されるカンチレバーが不良であった場合に、そのカンチレバーがウェハ上のどの位置に形成されていたかを知る術がなかった。
そこで、実施の形態５に係る自己検知型ＳＰＭプローブは、その自己検知型ＳＰＭプローブとして用いられるカンチレバーが作成されたウェハ上において、その作成された位置を特定するための識別マークを付している。
図１５は、実施の形態１〜４のいずれか１つに係るカンチレバーまたは自己検知型ＳＰＭプローブが、シリコンウェハ１５０上のカンチレバー形成領域１５１においてマトリクス状に複数形成された状態を示す。
ここで、カンチレバー形成領域１５１は、円形状のシリコンウェハ１５０内に収まる領域であり、特に、個々のカンチレバーが方形状の領域で仕切られて、複数個収められている。
図１５は、実施の形態１〜４のいずれか１つに係るカンチレバーまたは自己検知型ＳＰＭプローブが、シリコンウェハ１５０上のカンチレバー形成領域１５１においてマトリクス状に複数形成された状態を示す。
ここで、カンチレバー形成領域１５１は、円形状のシリコンウェハ１５０内に収まる領域であり、特に、個々のカンチレバーが方形状の領域で仕切られて、複数個収められている。
この複数のカンチレバーに対して、それぞれ個別に識別マークを与える。
例えば、図１５に示すように、カンチレバー形成領域１５１において、マトリクスの要素区域すなわち各カンチレバーの方形領域の長軸方向に沿って配置される最大の数（図１５の場合は、８）と短軸方向に沿って配置される最大の数（図１５の場合は、１６）をそれぞれ縦と横にした仮想マトリクス（図１５の場合は、８ラ１６）を考える。
さらに、この仮想マトリクスの縦軸に沿った要素区域に対して、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，．．．と記号を付す。
同様に、横軸に沿った要素区域に対して、それぞれ０１，０２，０３，．．．と番号を付す。
これにより、仮想マトリクス内の要素区域が記号と番号によって特定でき、これを識別マークとする。
例えば、カンチレバー１５２は、Ｆ−０６の要素区域として表すことができる。
この場合、カンチレバー形成領域１５１に含まれない要素区域（例えば、Ａ−０１〜Ａ−０５）には、実際には、カンチレバーは形成されないが、識別マークからウェハ上の位置を特定するには、このように、方形状のマトリクスを想定した方が直感的に判り易い。
なお、識別マークとして使用する符号は、マトリクス内において位置が特定できる記号または番号であれば何でも良い。
例えば、図１５に示すように、カンチレバー形成領域１５１において、マトリクスの要素区域すなわち各カンチレバーの方形領域の長軸方向に沿って配置される最大の数（図１５の場合は、８）と短軸方向に沿って配置される最大の数（図１５の場合は、１６）をそれぞれ縦と横にした仮想マトリクス（図１５の場合は、８ラ１６）を考える。
さらに、この仮想マトリクスの縦軸に沿った要素区域に対して、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，．．．と記号を付す。
同様に、横軸に沿った要素区域に対して、それぞれ０１，０２，０３，．．．と番号を付す。
これにより、仮想マトリクス内の要素区域が記号と番号によって特定でき、これを識別マークとする。
例えば、カンチレバー１５２は、Ｆ−０６の要素区域として表すことができる。
この場合、カンチレバー形成領域１５１に含まれない要素区域（例えば、Ａ−０１〜Ａ−０５）には、実際には、カンチレバーは形成されないが、識別マークからウェハ上の位置を特定するには、このように、方形状のマトリクスを想定した方が直感的に判り易い。
なお、識別マークとして使用する符号は、マトリクス内において位置が特定できる記号または番号であれば何でも良い。
図１６は、実施の形態１〜４のいずれか１つに係る自己検知型ＳＰＭプローブの支持部上に、上記したように決定された識別マーク１６１または１６２を形成した自己検知型SPMプローブ１０を示している。
これら識別マークは、実施の形態１において説明されたカンチレバーの作成工程の１つとして、例えば、図５（ｇ）に示す工程においてメタルコンタクト部４４，３８および導電層２８，３４（図示していない）と同時に、アルミニウム（Ａｌ）等で形成する。
これら識別マークは、実施の形態１において説明されたカンチレバーの作成工程の１つとして、例えば、図５（ｇ）に示す工程においてメタルコンタクト部４４，３８および導電層２８，３４（図示していない）と同時に、アルミニウム（Ａｌ）等で形成する。
以上説明したように、実施の形態５によれば、カンチレバー上に識別マークを付すことで、その識別マークからカンチレバーの形成されたウェハ上の位置を特定できる。
よって、特に不良なカンチレバーに対して、ウェハ上における不良カンチレバー位置分布を得ることができ、さらには、その不良カンチレバー位置分布によって不良要因を特定し、その要因を取り除くように、カンチレバー作成工程を再現性高く、良質な工程となるように改善することができる。
よって、特に不良なカンチレバーに対して、ウェハ上における不良カンチレバー位置分布を得ることができ、さらには、その不良カンチレバー位置分布によって不良要因を特定し、その要因を取り除くように、カンチレバー作成工程を再現性高く、良質な工程となるように改善することができる。
１０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０ 自己検知型ＳＰＭプローブ
１２ 探針
１４，１７ 酸化層
１５，１６ シリコン層
２２，２４，１１２，１１４ ピエゾ抵抗体
２６，２８，３２，３４ 導電層
３６，３８，４２，４４，１１３，１１５，１１７，１１９ メタルコンタクト部
１１６，１１８ 低抵抗層
１５２、２０２ カンチレバー
１２ 探針
１４，１７ 酸化層
１５，１６ シリコン層
２２，２４，１１２，１１４ ピエゾ抵抗体
２６，２８，３２，３４ 導電層
３６，３８，４２，４４，１１３，１１５，１１７，１１９ メタルコンタクト部
１１６，１１８ 低抵抗層
１５２、２０２ カンチレバー
Claims (4)
- 先鋭化された探針を先端に設けたレバー部と、該レバー部を支持する支持部と、前記レバー部と前記支持部とを連結する屈曲部とからカンチレバーを構成し、このカンチレバー上にピエゾ抵抗体をＵ字状に設けた自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、
前記レバー部に位置する前記ピエゾ抵抗体の一部に、該ピエゾ抵抗体と電気的に接続した低抵抗層を形成したことを特徴とする自己検知型ＳＰＭプローブ。 - 前記ピエゾ抵抗体の前記支持部に位置する両端からそれぞれ電極配線を設けたことを特徴とする請求項１に記載の自己検知型ＳＰＭプローブ。
- 前記ピエゾ抵抗体は、前記屈曲部上に複数個形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の自己検知型ＳＰＭプローブ。
- 前記屈曲部を少なくとも２つ設け、前記各屈曲部上に前記ピエゾ抵抗体または前記電極配線を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の自己検知型ＳＰＭプローブ。
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