JP2900945B2 - Atomic probe microscope and cantilever unit used therein - Google Patents

Atomic probe microscope and cantilever unit used therein

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JP2900945B2
JP2900945B2 JP4729690A JP4729690A JP2900945B2 JP 2900945 B2 JP2900945 B2 JP 2900945B2 JP 4729690 A JP4729690 A JP 4729690A JP 4729690 A JP4729690 A JP 4729690A JP 2900945 B2 JP2900945 B2 JP 2900945B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、アトミックプローブ顕微鏡等に用いられ
るカンチレバーユニットに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cantilever unit used for an atomic probe microscope or the like.

「従来の技術」 走査トンネル顕微鏡(STM;Scanning Tunneling Micro
scope)は、BinningとRohrerらによりSTMが発明されて
から(G.Binning,H.Rohrer and E.Weibel:Surface Stud
ies by Scanning Tunneling Microscope.Phys.Rev.Let
t.,49(1982)57)、原子オーダーの表面の凹凸を観察
できる顕微鏡として、各方面での利用が進んでいる。
"Conventional technology" Scanning Tunneling Micro (STM)
scope) since the invention of STM by Binning and Rohrer et al. (G. Binning, H. Rohrer and E. Weibel: Surface Stud
ies by Scanning Tunneling Microscope.Phys.Rev.Let
t., 49 (1982) 57), and its use as a microscope capable of observing surface irregularities on the order of atoms has been promoted in various fields.

代表的なSTMの構成としては例えば、探針及びその探
針をXY方向に走査する機構を持ち、探針をXY方向に走査
しながら探針と試料間に流れるトンネル電流を検知し、
試料の二次元像を得るものが提案されている。
As a typical STM configuration, for example, has a probe and a mechanism to scan the probe in the XY direction, while detecting the tunnel current flowing between the probe and the sample while scanning the probe in the XY direction,
One that obtains a two-dimensional image of a sample has been proposed.

しかしながらSTMは、トンネル電流を検知するため、
観察可能な試料としては導電性のものに限られてしま
い、絶縁性の試料は観察することができなかった。
However, STM detects tunnel current,
Observable samples were limited to conductive samples, and insulating samples could not be observed.

これに対し原子オーダーの精度で絶縁性試料を観察す
ることのできる顕微鏡として原子間力顕微鏡(AFM;Atom
ic Force Microscope)が提案されている(特開昭62−1
30302号:IBM、G.ビニッヒ、サンプル表面の像を形成す
る方法及び装置)。第10図にその特許明細書中に記載さ
れているAFMの一例を示す。AFMの構造はSTMに類似して
いる。鋭い突起部分(第一の探針)を先端に持つカンチ
レバーを、試料に対向・近接しておくと、探針の先端の
原子と試料原子との間に相互作用が働く。この際、探針
をXY方向に走査して両者の位置関係を相対的に変化させ
れば、試料の凹凸にしたがってカンチレバーが変位す
る。このカンチレバーの変位を、カンチレバーに対して
試料と反対側に配置された第二の探針を持つSTM機構を
用いて測定することにより、STMでは計れなかった絶縁
性の試料も間接的に測定することができる。
On the other hand, an atomic force microscope (AFM; Atom) is a microscope that can observe insulating samples with atomic order accuracy.
ic Force Microscope) has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 62-1).
30302: IBM, G. Vinich, Method and apparatus for imaging a sample surface). FIG. 10 shows an example of the AFM described in the patent specification. The structure of AFM is similar to STM. When a cantilever having a sharp protruding portion (first probe) at the tip is opposed to and close to the sample, an interaction acts between atoms at the tip of the probe and sample atoms. At this time, if the positional relationship between the two is relatively changed by scanning the probe in the XY direction, the cantilever is displaced according to the unevenness of the sample. By measuring the displacement of the cantilever using an STM mechanism with a second probe located on the opposite side of the sample with respect to the cantilever, indirect measurement of insulating samples that could not be measured by STM be able to.

更に、T.R.Albrechtらは、シリコンの異方性エッチン
グを利用して作製したAFM用のカンチレバー(マイクロ
カンチレバー)について報告している(T.R.Albrecht
C.F.Quate:Atomic resolution Imaging of a nonconduc
tor by atomic force microscopy.J.Appl.Pys,62(198
7)2599)。このマイクロカンチレバーは、その作製に
半導体IC作製プロセスを用いているため、μmの高精度
で非常に再現性の良いカンチレバーとすることができる
特徴を有している。しかし、STMやAFMの様なアトミック
プローブ顕微鏡においては、試料と探針とが極めて接近
しているため、試料と探針の接触などにより探針が変形
してしまったり、探針を保持しているカンチレバーが折
れたりする不都合が生じる。従って、探針を交換しなが
ら装置を使用していくことが基本となる。その時、再現
性の良いデータを取るためには、交換される探針の形状
が揃っていることが重要である。
Further, TRAlbrecht et al. Report a cantilever for AFM (micro cantilever) fabricated using anisotropic etching of silicon (TRAlbrecht).
CFQuate: Atomic resolution Imaging of a nonconduc
tor by atomic force microscopy.J.Appl.Pys, 62 (198
7) 2599). Since the microcantilever uses a semiconductor IC fabrication process for its fabrication, it has a feature that it can be a highly accurate cantilever with a high precision of μm. However, in an atomic probe microscope such as STM or AFM, the sample is very close to the probe, and the probe may be deformed due to contact between the sample and the probe, or the probe may be held. The inconvenience that the cantilever is broken may occur. Therefore, it is fundamental to use the device while exchanging the probe. At that time, in order to obtain data with good reproducibility, it is important that the probe tips to be replaced have the same shape.

さらに、AFMで測定したデータの精度は、このカンチ
レバー自身の精度だけでなく、このカンチレバーが第2
の探針などのカンチレバー変位測定系に対し、いかに正
確な位置に取り付けられるかということにも影響され
る。例えば、カンチレバー先端の探針と試料との間に働
く力によってカンチレバーが変位するのを、カンチレバ
ー先端(試料と反対側)に第二の探針を位置してカンチ
レバーの変位をとらえるのと、カンチレバーの中央(カ
ンチレバー固定端側)に第二の探針を位置してカンチレ
バーの変位をとらえるのとでは、後者のほうがカンチレ
バー変位が約半分になって測定されることになる。この
ため、AFM用カンチレバーが交換を前提として使用され
ることを考慮すると、いかに再現性よく元の位置に新し
いカンチレバーを取り付けられるかが、AFMでとった画
像のS/Nを決めることとなる。
Furthermore, the accuracy of the data measured by AFM is not only the accuracy of the cantilever itself, but also the accuracy of the cantilever.
It is also affected by how accurate it can be attached to a cantilever displacement measuring system such as a probe. For example, when the cantilever is displaced by the force acting between the probe at the tip of the cantilever and the sample, the displacement of the cantilever is detected by positioning the second probe at the tip of the cantilever (the side opposite to the sample), When the second probe is positioned at the center (the fixed end side of the cantilever) to capture the displacement of the cantilever, the latter is measured with the cantilever displacement reduced to about half. For this reason, considering that the AFM cantilever is used on the premise of replacement, the S / N of an image taken by the AFM is determined by how reproducibly the new cantilever can be attached to the original position.

「発明が解決しようとする課題」 上記従来技術では、以下に述べる欠点がある。[Problem to be Solved by the Invention] The above-described conventional technology has the following disadvantages.

カンチレバーの交換作業が簡単で、その位置決め精度
が高いということは、他の多くの装置に共通して必要な
ことであり、装置の使い勝手を決めている。
The fact that the cantilever is easily replaced and its positioning accuracy is high is a common requirement for many other devices, and determines the usability of the device.

しかし、そのような手段については特に提案はされて
いない。
However, no particular proposal has been made for such means.

この発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、
交換後のカンチレバーを高い精度で位置決め可能なアト
ミックプローブ顕微鏡及びこれに用いられるカンチレバ
ーユニットを提供することを目的とする。また、上記カ
ンチレバーの交換は簡単に行えることが好ましい。
The present invention has been made in view of such circumstances,
It is an object of the present invention to provide an atomic probe microscope capable of positioning a replaced cantilever with high accuracy and a cantilever unit used for the same. It is preferable that the cantilever can be easily replaced.

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するために、本発明の第1の態様のア
トミックプローブ顕微鏡は、試料と探針部との間に生じ
る物理量を検出するアトミックプローブ顕微鏡であっ
て、前記探針部を備えるレバー部分及び第1の位置決め
部を有するカンチレバーと、第2の位置決め部を有する
レバー台座と、前記物理量に基づく前記カンチレバーの
変位を光学的に測定する光学変位測定系とを具備し、前
記第1の位置決め部と前記第2の位置決め部とが接する
ことで、前記カンチレバーが前記レバー台座に位置決め
されることを特徴とする。
"Means for Solving the Problems" In order to solve the above problems, an atomic probe microscope according to a first aspect of the present invention is an atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe section. A cantilever having a lever portion and a first positioning portion having the probe portion, a lever pedestal having a second positioning portion, and an optical displacement measurement system for optically measuring the displacement of the cantilever based on the physical quantity. Wherein the cantilever is positioned on the lever pedestal when the first positioning portion and the second positioning portion are in contact with each other.

また、本発明の第2の態様のアトミックプローブ顕微
鏡は、試料と探針部との間に生じる物理量を検出するア
トミックプローブ顕微鏡であって、前記探針部を備える
レバー部分及び第1の位置決め部を有するカンチレバー
と、第2の位置決め部を有するレバー台座と、前記カン
チレバーを振動させるための変調手段とを具備し、前記
第1の位置決め部と前記第2の位置決め部とが接するこ
とで、前記カンチレバーが前記レバー台座に位置決めさ
れることを特徴とする。
An atomic probe microscope according to a second aspect of the present invention is an atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, wherein a lever portion including the probe and a first positioning portion are provided. A cantilever having a, a lever pedestal having a second positioning portion, and a modulating means for vibrating the cantilever, wherein the first positioning portion and the second positioning portion contact each other, A cantilever is positioned on the lever base.

また、本発明の第3の態様のアトミックプローブ顕微
鏡は、試料と探針部との間に生じる物理量を検出するア
トミックプローブ顕微鏡であって、前記探針部を備える
レバー部分及び位置決め用の凸部を有するカンチレバー
と、位置決め用の凸部を有するレバー台座とから構成さ
れるカンチレバーユニットを備え、前記凹部と前記凸部
とが接することで前記カンチレバーは前記レバー台座に
位置決めされ、また、前記カンチレバーユニットはアト
ミックプローブ顕微鏡本体に対して着脱可能であること
を特徴とする。
An atomic probe microscope according to a third aspect of the present invention is an atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, wherein the lever includes the probe and the convex for positioning. A cantilever having a cantilever and a lever pedestal having a convex portion for positioning, the cantilever is positioned on the lever pedestal by contacting the concave portion and the convex portion, and the cantilever unit Is detachable from the atomic probe microscope main body.

また、本発明の第4の態様のアトミックプローブ顕微
鏡は、試料と探針部との間に生じる物理量を検出するア
トミックプローブ顕微鏡であって、前記探針部を備える
レバー部分及び位置決め用の凸部を有するカンチレバー
と、位置決め用の凹部を有するレバー台座とから構成さ
れるカンチレバーユニットを備え、前記凸部と前記凹部
とが接することで前記カンチレバーは前記レバー台座に
位置決めされ、また、前記カンチレバーユニットはアト
ミックプローブ顕微鏡本体に対して着脱可能であること
を特徴とする。
An atomic probe microscope according to a fourth aspect of the present invention is an atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, wherein a lever portion including the probe and a convex for positioning are provided. A cantilever having a cantilever and a lever pedestal having a positioning concave portion, and the cantilever is positioned on the lever pedestal when the convex portion and the concave portion are in contact with each other, and the cantilever unit is It is characterized by being detachable from the atomic probe microscope main body.

また、本発明の第5の態様のアトミックプローブ顕微
鏡は、試料と探針部との間に生じる物理量を検出するア
トミックプローブ顕微鏡であって、前記探針部を備える
レバー部分及び第1の位置決め部を有するカンチレバー
と、第2の位置決め部を有するレバー台座と、前記物理
量に基づく前記カンチレバーの変位を光学的に測定する
光学変位測定系とを具備し、前記第1の位置決め部と前
記第2の位置決め部とを対向させることにより、前記カ
ンチレバーが前記レバー台座に位置決めされることを特
徴とする。
An atomic probe microscope according to a fifth aspect of the present invention is an atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, wherein a lever portion including the probe and a first positioning portion are provided. And a lever pedestal having a second positioning portion, and an optical displacement measuring system for optically measuring the displacement of the cantilever based on the physical quantity, wherein the first positioning portion and the second The cantilever is positioned on the lever base by facing the positioning portion.

また、本発明の第6の態様のアトミックプローブ顕微
鏡は、試料と探針部との間に生じる物理量を検出するア
トミックプローブ顕微鏡であって、前記探針部を備える
レバー部分及び第1の位置決め部を有するカンチレバー
と、第2の位置決め部を有するレバー台座と、前記カン
チレバーを振動させるための変調手段とを具備し、前記
第1の位置決め部と前記第2の位置決め部とを対向させ
ることにより、前記カンチレバーが前記レバー台座に位
置決めされることを特徴とする。
An atomic probe microscope according to a sixth aspect of the present invention is an atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, wherein the lever includes the probe and the first positioning unit. A cantilever having a, a lever pedestal having a second positioning portion, and a modulation means for vibrating the cantilever, by making the first positioning portion and the second positioning portion face each other, The cantilever is positioned on the lever base.

また、本発明のカンチレバーユニットは、探針部を備
えるレバー部分を有するカンチレバーと、前記カンチレ
バーを支持するレバー台座と、前記レバー台座を支持す
るチップ台座とを備え、前記レバー台座及び前記チップ
台座は各々位置決め部を有し、これら位置決め部が互い
に接することで、前記レバー台座が前記チップ台座に位
置決めされることを特徴とする。
Further, the cantilever unit of the present invention includes a cantilever having a lever portion having a probe portion, a lever pedestal supporting the cantilever, and a chip pedestal supporting the lever pedestal, wherein the lever pedestal and the chip pedestal are Each has a positioning part, and when these positioning parts contact each other, the lever pedestal is positioned on the chip pedestal.

「作用」 上記手段を講じたことにより、本発明の第1、第2の
態様では、第1の位置決め部と第2の位置決め部とが接
することによりカンチレバーがレバー台座に取り付けら
れる。
[Operation] By taking the above-described means, in the first and second aspects of the present invention, the cantilever is attached to the lever pedestal by the first positioning portion and the second positioning portion being in contact with each other.

また、本発明の第3、第4の態様では、凹部と凸部が
接することにより、カンチレバーがレバー台座に取り付
けられる。また、カンチレバー及びレバー台座から構成
されるカンチレバーユニットを顕微鏡本体から着脱し、
カンチレバーの交換を行う。
In the third and fourth aspects of the present invention, the cantilever is attached to the lever pedestal by the contact between the concave portion and the convex portion. In addition, the cantilever unit consisting of the cantilever and the lever base is attached to and detached from the microscope body,
Replace the cantilever.

また、本発明の第5、第6の態様では、第1の位置決
め部と第2の位置決め部とを対向させることにより、カ
ンチレバーがレバー台座に取り付けられる。
In the fifth and sixth aspects of the present invention, the cantilever is attached to the lever pedestal by causing the first positioning portion and the second positioning portion to face each other.

また、本発明の第7の態様では、レバー台座とチップ
台座に各々設けられた位置決め部が接することにより、
カンチレバーを支持するレバー台座がチップ台座に取り
付けられる。
According to the seventh aspect of the present invention, the positioning portions provided on the lever pedestal and the chip pedestal are in contact with each other,
A lever pedestal supporting the cantilever is attached to the chip pedestal.

「実施例」 以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて具体的
に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明の実施例に係るマイクロカンチレバ
ーを取り付けたAFMの構成図である。このAFMは、AFM鏡
体101の一部であるカンチレバー側サポートアーム102の
先に、変調用圧電素子104及びマイクロカンチレバーな
どが取り付けてあり、XYZ方向に微小変位可能なチュー
ブスキャナー114を動作させ、その上に取り付けた試料1
12を走査する。試料の凹凸に応じて変位するマイクロカ
ンチレバーの動きを光ファイバー113を含む光学的変位
測定系により捉えて、データ処理する。そして、試料の
凹凸像を反映したトポグラフィックな情報を鳥瞰図等の
形でCRT上に出力表示することを可能にしている。な
お、図中では光ファイバー113以外の光学的変位測定
系、チューブスキャナー114やマイクロカンチレバー変
調用圧電素子の駆動回路、さらには、マイクロカンチレ
バーの変位とチューブスキャナーの動作とから、試料の
凹凸像を構成するための処理装置などは省略してある。
また、装置の各部分の大きさは、説明のため、拡大縮小
率を変え強調して描いてある。
FIG. 1 is a configuration diagram of an AFM equipped with a microcantilever according to an embodiment of the present invention. This AFM has a modulation piezoelectric element 104 and a microcantilever attached to the tip of a cantilever-side support arm 102 which is a part of an AFM mirror 101, and operates a tube scanner 114 capable of minute displacement in the XYZ directions. Sample 1 mounted on it
Scan 12 The movement of the microcantilever that is displaced in accordance with the unevenness of the sample is captured by an optical displacement measurement system including the optical fiber 113, and data processing is performed. Then, it is possible to output and display topographical information reflecting the uneven image of the sample on a CRT in the form of a bird's-eye view or the like. In the figure, an optical displacement measurement system other than the optical fiber 113, the drive circuit of the tube scanner 114 and the piezoelectric element for microcantilever modulation, and the unevenness image of the sample are composed of the displacement of the microcantilever and the operation of the tube scanner. A processing device for performing the processing is omitted.
In addition, the size of each part of the apparatus is drawn by changing the enlargement / reduction ratio for the sake of explanation.

従来技術においては、シリコンウェハーを微細加工し
て作成したマイクロカンチレバーを用いると、シリコン
ウェハー自体非常に薄いので割れてしまう可能性があ
り、ねじ止めをすることができない。そこで接着剤等を
用いたり、板ばねを用いてその板ばね圧によりマイクロ
カンチレバーを押さえ付けて、マイクロカンチレバーを
直接カンチレバーサポートアームなどに取り付けてい
た。
In the prior art, if a microcantilever made by finely processing a silicon wafer is used, the silicon wafer itself may be broken because it is very thin, and cannot be screwed. Therefore, the micro-cantilever is pressed down by the use of an adhesive or the like and the leaf spring pressure using a leaf spring, and the micro-cantilever is directly attached to the cantilever support arm or the like.

本発明の実施例では、まず、マイクロカンチレバー11
1をレバー台座109に接着し、レバー台座109をチップ台
座108にねじ110を用いてねじ止めしている。この結果、
マイクロカンチレバーの交換を簡単にすることができ
る。
In the embodiment of the present invention, first, the micro cantilever 11
1 is bonded to the lever pedestal 109, and the lever pedestal 109 is screwed to the chip pedestal 108 using a screw 110. As a result,
Replacement of the microcantilever can be simplified.

第2図は本発明の第1の実施例に係るマイクロカンチ
レバーを示す図であり、第3図はそのマイクロカンチレ
バーをレバー台座に取り付けた様子を示す図である。第
3図に示すように、マイクロカンチレバー111は、レバ
ー台座109に取り付けて一つのチップとし、レバー台座
に開けた穴303を利用してチップ台座(例えば第1図の
符号108)に取り付けるようになっている。
FIG. 2 is a view showing a micro cantilever according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a state where the micro cantilever is mounted on a lever base. As shown in FIG. 3, the micro cantilever 111 is attached to the lever pedestal 109 to form one chip, and is attached to a chip pedestal (for example, reference numeral 108 in FIG. 1) by using a hole 303 formed in the lever pedestal. Has become.

本発明ではさらに、交換後も再現性良く元の位置にマ
イクロカンチレバーを取り付けることが可能な機構を提
供することを目的としている。このため、上述したよう
にレバー台座を用いてマイクロカンチレバーの交換を簡
単にした場合は、マイクロカンチレバーとレバー台座の
位置関係、および、レバー台座とチップ台座の位置関係
をそれぞれいかに正確に取り付けるかということか課題
となる。このため本発明においては、マイクロカンチレ
バーを作製するとき用いる異方性エッチングなどのシリ
コンの微細加工プロセスを利用して、マイクロカンチレ
バーの取り付け精度も確保している。すなわち、マイク
ロカンチレバーのレバー取り付け部分にも、リソグラフ
ィ技術によって達成される極めて高い作製精度を導入す
ることにより、高い位置合わせ精度を確保している。
Another object of the present invention is to provide a mechanism capable of attaching the microcantilever to the original position with good reproducibility even after replacement. For this reason, when the replacement of the microcantilever is simplified by using the lever pedestal as described above, the positional relationship between the microcantilever and the lever pedestal, and the positional relationship between the lever pedestal and the chip pedestal, are each accurately determined. That is a challenge. For this reason, in the present invention, the mounting accuracy of the microcantilever is ensured by utilizing a silicon microfabrication process such as anisotropic etching used when producing the microcantilever. That is, high alignment accuracy is ensured by introducing extremely high manufacturing accuracy achieved by lithography technology to the lever mounting portion of the microcantilever.

第2図に示した本発明の第1の実施例に係るマイクロ
カンチレバーは、面204、面205及び面206が、カンチレ
バーの先端部202を作製するときのフォトリソグラフの
露光プロセスで同時に露光され、後にエッチングにより
作製された面であり、これらの面とマイクロカンチレバ
ー111との位置関係はフォトリソグラフの精度レベルの
極めて高い精度が達成されている。この様なマイクロカ
ンチレバーを第3図に示すレバー台座109に取り付ける
とき、レバー台座109にマイクロカンチレバーの当て付
け面304を作成しておき、面204と面211とで形成される
陵を当て付けて接着すれば、レバー台座側の当て付け面
304に対するカンチレバーの先端部202の位置を、極めて
高い精度で決定することが可能となる。
The microcantilever according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 has the surfaces 204, 205 and 206 simultaneously exposed in a photolithographic exposure process when manufacturing the tip 202 of the cantilever, The surfaces formed later by etching, and the positional relationship between these surfaces and the microcantilever 111 achieves an extremely high level of accuracy in photolithography. When such a micro cantilever is attached to the lever pedestal 109 shown in FIG. 3, a contact surface 304 of the micro cantilever is created on the lever pedestal 109, and a ridge formed by the surface 204 and the surface 211 is applied. If glued, the contact surface on the lever pedestal side
The position of the tip 202 of the cantilever with respect to 304 can be determined with extremely high accuracy.

更に、そのようにして作製したレバー台座をチップ台
座に正確に取り付けるために、第1図においては同様に
当て付け面117をチップ台座側に作製して、レバー台座1
09を当て付けた後、ねじ110によりレバー台座を固定し
ている。この様にすれば、第3図の当て付け面304と305
の距離を正確に決めておけば、マイクロカンチレバー先
端とチップ台座の当て付け面117との関係は常に一定と
なって、非常に高い精度で位置決めを行うことができ
る。しかも、当て付けという非常に簡単な工程で良いた
め、マイクロカンチレバーとレバー台座の接着、あるい
はレバー台座のチップ台座のねじ止め等、極めて簡単に
行うことが可能である。
Further, in order to accurately attach the lever pedestal thus manufactured to the chip pedestal, in FIG. 1, a contact surface 117 is similarly formed on the chip pedestal side, and the lever pedestal 1
After attaching 09, the lever pedestal is fixed with the screw 110. In this way, the contact surfaces 304 and 305 in FIG.
Is accurately determined, the relationship between the tip of the microcantilever and the contact surface 117 of the chip pedestal is always constant, and positioning can be performed with extremely high accuracy. In addition, since a very simple process of applying is sufficient, bonding of the micro cantilever and the lever pedestal or screwing of the chip pedestal of the lever pedestal can be performed extremely easily.

第5図及び第6図には、第2及び第3の実施例とし
て、やはりエッチングを利用して作製した当て付け面を
持つマイクロカンチレバーの他の例を示す。なお、使用
するシリコンウェハーを(100)面がでているものと
し、KOHなどでウエット異方性エッチングした場合は、
第2図の正面図や側面図に示すように、(111)面が出
るように角度にしておよそ54度でエッチングが進むこと
になるが、第5図から第8図の中では、その様な細かな
部分を省略してあることもある。また、以下においては
当て付け部分の陵を当て付け面あるいは当て付け部分と
呼んでいる。
FIGS. 5 and 6 show another example of a micro cantilever having a contact surface also manufactured by etching as the second and third embodiments. If the silicon wafer to be used has a (100) surface and wet anisotropic etching with KOH, etc.,
As shown in the front view and side view of FIG. 2, the etching proceeds at an angle of about 54 degrees so that the (111) plane comes out. In FIGS. In some cases, details are omitted. In the following, the ridge of the contact portion is referred to as a contact surface or a contact portion.

第5図に示すマイクロカンチレバーは、第3図の例に
おいてマイクロカンチレバーの横方向の位置決め精度
が、縦方向の位置決め精度に対して劣っていた点を更に
改良したものである。図示したように、当て付け面50
3、504、505を作製してある。そして、各々の当て付け
面を合わせることにより横方向のずれを無くして、高い
マイクロカンチレバー取り付け精度を実現している。こ
の場合、面503から505はダイシングソウなどを用いては
作製できないので、シリコンウェハーの異方性エッチン
グにより作製する。使用するシリコンウェハーの面方向
を(100)として、(111)面方向と他の方向とのエッチ
ング速度の違いを利用して、それらの面を作製する。第
2図のマイクロカンチレバーでは、212と213の2つの角
が直角とならないようにエッチングされて、横方向の位
置決め精度が劣っていたのに対し、このようにチップの
内側をえぐるように溝を作製すると、その様な他の方向
のエッチングは無視することができ、とくに精度の良い
当て付け面を構成することができる。
The micro cantilever shown in FIG. 5 is a further improvement in that the horizontal positioning accuracy of the micro cantilever in the example of FIG. 3 is inferior to the vertical positioning accuracy. As shown, the contact surface 50
3, 504 and 505 are manufactured. Then, by aligning the respective contact surfaces, lateral displacement is eliminated, and high mounting accuracy of the micro cantilever is realized. In this case, since the surfaces 503 to 505 cannot be manufactured using a dicing saw or the like, they are manufactured by anisotropic etching of a silicon wafer. Assuming that the plane direction of the silicon wafer to be used is (100), those planes are manufactured by utilizing the difference in etching rate between the (111) plane direction and other directions. In the microcantilever of FIG. 2, the two corners of 212 and 213 were etched so as not to be a right angle, and the positioning accuracy in the lateral direction was inferior. In this manner, grooves were formed so as to go inside the chip. When fabricated, such etching in other directions can be neglected, and a particularly accurate contact surface can be formed.

第6図の例は、当て付け面を面603と604の2面とし
て、マイクロカンチレバー111の大きさを小さくした例
である。マイクロカンチレバーのサイズを小さくすれ
ば、同じ大きさのシリコンウェハーからより多くのマイ
クロカンチレバーを取り出すことが可能になって、マイ
クロカンチレバーのコストを下げることができる。ま
た、マイクロカンチレバーを小さくすることができれ
ば、その取り付けに関係するAFM装置の各部分を小さく
することが可能になる。そうすると、例えば、第1図の
AFM装置のようにカンチレバー変調用の圧電素子104をつ
けてカンチレバーを加振して測定するような場合、加振
部分の重量が減ることになるので、できるだけ振動ノイ
ズを押さえて測定を行うこの種の装置には非常に好まし
いものである。
The example of FIG. 6 is an example in which the size of the microcantilever 111 is reduced by setting the contact surfaces to two surfaces 603 and 604. If the size of the microcantilever is reduced, more microcantilevers can be taken out from a silicon wafer of the same size, and the cost of the microcantilever can be reduced. Also, if the micro cantilever can be made smaller, it becomes possible to make each part of the AFM device related to its mounting smaller. Then, for example, in FIG.
When the cantilever is oscillated with the piezoelectric element 104 for modulation, as in an AFM device, and the cantilever is vibrated for measurement, the weight of the vibrating part is reduced. It is highly preferred for the device described above.

第7図は、本発明の第4の実施例に係り、ファイバー
705、706を介して高い位置決め精度を達成する方法を示
す。先と同様に当て付けを基本に精度を出す方法であ
る。カンチレバー部分202を持つマイクロカンチレバー1
11のカンチレバー部分である面の裏側に、やはりエッチ
ング技術を利用して溝703、704を作製してある。それら
の溝とカンチレバーは、リソグラフィの非常に高い精度
で位置決めされている。この溝に光ファイバーなどで作
製した位置決め用棒705、706を落とし込む。位置決め用
棒は、エッチングで作製されたV字溝の内面に当て付け
られて正確に位置決めされる。ただし、位置決め用棒
は、マイクロカンチレバー111とレバー台座109とを正確
に位置決めするため、マイクロカンチレバーに埋め込ま
れるのではなく、僅かに表面に着き出して接着される。
レバー台座109のマイクロカンチレバーを取り付ける側
には、位置決め用の溝707、708が切ってある。そして、
マイクロカンチレバーに接着された位置決め棒がこの溝
に合わされることにより、マイクロカンチレバーのカン
チレバー部分202の先端とレバー台座が正確に位置決め
される。このように作製されたチップは、交換時も位置
再現性を確保することが可能となる。
FIG. 7 shows a fiber according to a fourth embodiment of the present invention.
A method for achieving high positioning accuracy via 705, 706 is shown. This is a method of increasing accuracy based on the application as in the previous case. Micro cantilever 1 with cantilever part 202
Grooves 703 and 704 are also formed on the back side of the surface which is the cantilever portion 11 by using the etching technique. The grooves and cantilevers are positioned with very high lithographic accuracy. Positioning rods 705 and 706 made of an optical fiber or the like are dropped into these grooves. The positioning rod is applied to the inner surface of the V-shaped groove formed by etching, and is accurately positioned. However, in order to accurately position the micro cantilever 111 and the lever pedestal 109, the positioning rod is not embedded in the micro cantilever but slightly sticks to the surface and adheres.
Positioning grooves 707 and 708 are cut on the side of the lever pedestal 109 on which the microcantilever is mounted. And
By aligning the positioning rod adhered to the micro cantilever with the groove, the tip of the cantilever portion 202 of the micro cantilever and the lever base are accurately positioned. The chip manufactured in this way can ensure the position reproducibility even at the time of replacement.

また、レバー台座109とチップ台座108の位置決めに
も、前述したものと同様な当て付け面711、712、713、7
14および715を作製し、レバー台座に穴330を開け、チッ
プ台座にねじ穴716を形成してねじ110でねじ止めしてい
る。よって、極めて簡単にチップの交換が可能になって
いる。
Also, for positioning the lever pedestal 109 and the chip pedestal 108, the same abutment surfaces 711, 712, 713, 7
14 and 715 are prepared, a hole 330 is formed in the lever pedestal, a screw hole 716 is formed in the chip pedestal, and screwed with a screw 110. Therefore, the chip can be replaced very easily.

第8図は、本発明の第5の実施例に係り、第7図にお
いて位置決め棒を用いて位置決めガイドを作製したのに
対し、シリコンの異方性エッチングを利用して十字の位
置決め用ガイドを作製した例である。ファイバーなどを
使用するよりも部品点数を少なくすることが可能でコス
トを低減させることが可能である。
FIG. 8 relates to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 7, a positioning guide is manufactured using a positioning rod, whereas a cross positioning guide is formed using anisotropic etching of silicon. This is an example of fabrication. It is possible to reduce the number of parts and to reduce the cost as compared with using a fiber or the like.

第9図は、本発明のカンチレバー111をレバー台座109
に複数枚取り付けた例を示している。この機構は、レバ
ー台座109ごとマイクロカンチレバーを交換することを
可能にしている。さらに、レボルバー機構を取り入れ、
回転によるマイクロカンチレバーの交換を可能にして、
貼り付けたマイクロカンチレバーの枚数分については、
レバー台座を取り替える必要を無くしてさらに使い易く
している。本発明のマイクロカンチレバーは、例えばこ
の様な機構にも適応することが可能である。
FIG. 9 shows that the cantilever 111 of the present invention is
2 shows an example in which a plurality of sheets are attached. This mechanism makes it possible to replace the microcantilever with the lever base 109. Furthermore, we adopt revolver mechanism,
Enables replacement of micro cantilevers by rotation,
For the number of pasted micro cantilevers,
Eliminating the need to replace the lever pedestal makes it easier to use. The microcantilever of the present invention can be adapted to such a mechanism, for example.

本発明のマイクロカンチレバーは、代表的にはシリコ
ンなどの単結晶材料あるいはその化合物、感光性ガラ
ス、金属箔等から作製される。中でもシリコンは、半導
体ICの材料として最も使用されている材料であり、高い
レベルの製造プロセスが確立されていることから本発明
においてとくに好ましく用いられる。また、酸化シリコ
ンや窒化シリコンなどもシリコンの化合物として同様に
好ましく用いられる。なお、請求項12において使用され
ている出発材とは、この場合、ある材料に対してエッチ
ング、コーティング、蒸着・堆積等、半導体プロセスに
おける作製技術を及ぼし、ある形状の部品などを作成す
るときの基になる材料をいう。
The microcantilever of the present invention is typically made of a single crystal material such as silicon or a compound thereof, photosensitive glass, metal foil, or the like. Among them, silicon is the most widely used material for semiconductor ICs, and is particularly preferably used in the present invention because a high-level manufacturing process has been established. Similarly, silicon oxide, silicon nitride, and the like are also preferably used as a compound of silicon. In this case, the starting material used in claim 12 refers to a case in which a certain material is subjected to a manufacturing technique in a semiconductor process, such as etching, coating, vapor deposition / deposition, and a part having a certain shape. Refers to the underlying material.

本発明のマイクロカンチレバーの当て付け面を作成す
る方法としては、ダイシングソウやレーザーカッターな
どの装置を使用してマイクロカンチレバーの切り出し面
を当て付け面といて作成する方法もある。ただ、マイク
ロカンチレバーのカンチレバー部分の作製には、リソグ
ラフィー技術を利用して作製したほうが、作製可能なマ
イクロカンチレバーの形状を自由に選べるため、カンチ
レバー部分を作製する技術としては好ましく用いられ
る。さらに、リソグラフィー技術により当て付け面部分
も同時に作製してしまうことは、作製工程数を減らしコ
ストを削減する意味から好ましい。またそれ以上に、リ
ソグラフィー技術の極めて高い位置合わせレベルでマイ
クロカンチレバーのカンチレバー部分と当て付け面との
位置合わせ可能とする観点からも、リソグラフィー技術
は本発明のマイクロカンチレバーの作製方法として好ま
しく用いられる。例えば、リソグラフィー技術の一つで
るフォトリソグラフィー技術を利用して本発明のマイク
ロカンチレバーを作製するとき、同一のパターンマスク
の露光によりカンチレバー部分と当て付け面が焼き付け
られ、両者の最終的な位置が決定されるようにすれば、
μmオーダーの一制度でマイクロカンチレバーを作製で
きるので、とくに好ましく用いられる。
As a method of forming the contact surface of the microcantilever of the present invention, there is a method of forming the cut surface of the microcantilever as the contact surface using a device such as a dicing saw or a laser cutter. However, when manufacturing the cantilever portion of the microcantilever, it is preferable to use a lithography technology to manufacture the cantilever portion because the shape of the microcantilever that can be manufactured can be freely selected. Furthermore, it is preferable to simultaneously form the contact surface portion by lithography from the viewpoint of reducing the number of manufacturing steps and reducing costs. In addition, from the viewpoint that the position of the cantilever portion of the microcantilever and the contact surface can be aligned at an extremely high alignment level of the lithography technology, the lithography technology is preferably used as the method for manufacturing the microcantilever of the present invention. For example, when manufacturing the micro cantilever of the present invention using photolithography technology, which is one of the lithography technologies, the cantilever portion and the contact surface are printed by exposure of the same pattern mask, and the final positions of both are determined. If you do
The microcantilever can be manufactured in one system of the order of μm, so that it is particularly preferably used.

リソグラフィー技術を用いてシリコンウェハーよりマ
イクロカンチレバーを作製する場合、表面と裏面の両方
からエッチングを行い、シリコンウェハーを抜くときに
は、表面と裏面のマスクパターンのアライメントをしっ
かり行うことで、カンチレバー部分と当て付け面との高
い位置合わせ精度を得ることが可能である。また、フォ
トリソグラフィー以外、例えば電子ビーム露光を用いた
リソグラフィー等も本発明のマイクロカンチレバーを作
製するのに適している。
When making micro cantilevers from silicon wafers using lithography technology, etching is performed from both the front and back surfaces, and when removing the silicon wafer, the mask pattern on the front and back surfaces is aligned firmly so that it can be applied to the cantilevers. It is possible to obtain high alignment accuracy with the surface. In addition to photolithography, for example, lithography using electron beam exposure is also suitable for producing the microcantilever of the present invention.

レバー台座やチップ台座は、金属やガラス、セラミッ
クス、プラスチックスなどが用いられる。特に、アトミ
ックプローブ顕微鏡が原子オーダーのサイズを問題にす
る装置であって、小さな部品の熱膨張もデータに影響を
与える可能性があることから、材料的には剛性が高く、
熱膨張係数の小さな材料が選択される。また、シリコン
などの単結晶材料も使用可能であるのはもちろんであ
る。
The lever pedestal and the chip pedestal are made of metal, glass, ceramics, plastics or the like. In particular, the atomic probe microscope is a device that matters the size of the atomic order, and the thermal expansion of small parts can also affect the data, so the material is highly rigid,
A material having a small coefficient of thermal expansion is selected. Also, a single crystal material such as silicon can be used.

これらの台座の加工は、台座にマイクロカンチレバー
同様当て付け面が作製され、この当て付け面を精度良く
作製することが重要であることから、リソグラフィー技
術を用いて作製することが好ましい。しかし、金属など
は既に数値制御加工機(NC機)により10μm以下の精度
を出せるようになっているので、NC機による加工など従
来の機械部品の加工法もリソグラフィー技術と同様に本
発明においては好ましく用いられる。
In the processing of these pedestals, an abutment surface is formed on the pedestal in the same manner as the microcantilever, and it is important to manufacture the abutment surface with high accuracy. Therefore, it is preferable to manufacture the pedestal using lithography technology. However, for metals and the like, numerical precision processing machines (NC machines) have already been able to achieve an accuracy of 10 μm or less, so conventional machine parts such as machining with NC machines are also used in the present invention in the same manner as lithography technology. It is preferably used.

以下に本発明に係るマイクロカンチレバーの作製方法
について説明する。
Hereinafter, a method for producing the microcantilever according to the present invention will be described.

(1) 面方位(100)、厚さ400μmのシリコンウェハ
ーの両面に熱酸化のプロセスで、1.5μmの酸化シリコ
ン膜を形成し、レジスト塗工、露光、KOHによるウェッ
ト異方性エッチングのフォトリソグラフィープロセスを
経て、第4図に示すように一枚のシリコンウェハー401
上に複数のマイクロカンチレバーチップ(402から406)
を作製した。図中斜線部分は異方性エッチングにより裏
面まで貫通している。そして最終的にウェハーから取り
出した状態のマイクロカンチレバーは第2図に示してあ
る。各マイクロカンチレバーのおおよその大きさは、5m
m×5mmである。また、カンチレバー部分のサイズとして
は、カンチレバーの先端からその付け根までが200μ
m、付け根部分の幅を120μmとした。第4図のよう
に、例えば402のマイクロカンチレバーは、シリコンウ
ェハーに対して408の部分でつながっている。この様子
は、第2図の正面図に表すようになっている。すなわ
ち、第4図の408は、第2図の溝210に対応し、この部分
からはエッチングが進まないようにして、表面からのみ
エッチングが進んでいる。シリコンウェハーはこの様な
溝があると、その位置より簡単に折ってマイクロカンチ
レバーを切り離すことが可能である。第2図では、折っ
て切り離すシリコンウェハー部分を点線によって209で
表してある。
(1) A 1.5-μm silicon oxide film is formed on both sides of a silicon wafer with a plane orientation of (100) and a thickness of 400 μm by thermal oxidation, resist coating, exposure, and photolithography of wet anisotropic etching with KOH. Through the process, as shown in FIG. 4, one silicon wafer 401
Multiple microcantilever tips on top (402-406)
Was prepared. The hatched portion in the figure penetrates to the back surface by anisotropic etching. The micro cantilever finally removed from the wafer is shown in FIG. The approximate size of each micro cantilever is 5m
m × 5 mm. The size of the cantilever is 200μ from the tip of the cantilever to its root.
m, and the width of the root portion was 120 μm. As shown in FIG. 4, for example, a micro cantilever 402 is connected to a silicon wafer at a portion 408. This is shown in the front view of FIG. That is, 408 in FIG. 4 corresponds to the groove 210 in FIG. 2, and etching proceeds only from the surface while etching does not proceed from this portion. When such a groove is formed in the silicon wafer, the micro cantilever can be cut off easily from the position of the groove. In FIG. 2, the portion of the silicon wafer to be cut off is indicated by a dotted line at 209.

切り離しの前に、AFM装置に組み込んだとき、カンチ
レバーの変位を光学的な変位計を使用して測定するた
め、プローブ光の反射率を上げるために、クロムと金を
それぞれ10nm,200nm成膜した。なお、成膜によってマイ
クロカンチレバーが反らないように、シリコンウェハー
を回転させながら両面蒸着を行った。切り離したマイク
ロカンチレバーは、第4図のマイクロカンチレバーの面
407あるいは第2図の面204、211に相当する面がエッチ
ングによりきれいな面が正確に出ていた。
Before detachment, when incorporated into an AFM device, the displacement of the cantilever was measured using an optical displacement meter, and in order to increase the reflectivity of the probe light, chromium and gold were deposited at 10 nm and 200 nm, respectively. . The two-sided deposition was performed while rotating the silicon wafer so that the microcantilever was not warped by the film formation. The separated microcantilever is the surface of the microcantilever in Fig. 4.
The surface corresponding to the surface 407 or the surfaces 204 and 211 in FIG. 2 was accurately etched to obtain a clean surface.

(2) この様に作製したマイクロカンチレバーを、ス
ーパーインバー(商品名、住友金属製)をNC機で加工し
て作製したレバー台座に取り付けてチップを作製した。
拡大投影機によって寸法精度を測定したところ、加工機
の精度である10μmの精度が実現されていた。
(2) The microcantilever manufactured in this manner was mounted on a lever pedestal manufactured by processing Super Invar (trade name, manufactured by Sumitomo Metal) using an NC machine to manufacture a chip.
When the dimensional accuracy was measured by the magnifying projector, an accuracy of 10 μm, which is the accuracy of the processing machine, was realized.

さらにそのチップをスーパーインバーで作製したチッ
プ台座に当て付け位置決めした後、ねじで固定しAFM装
置に取り付けた。そして、チップの交換のため、他の作
製したチップに取り付け直したところ極めて簡単に交換
操作が行えると共に、位置再現性良く取り付けを行うこ
とができた。
Furthermore, the chip was placed on a chip pedestal made by Super Invar, positioned, fixed with screws, and attached to an AFM device. Then, when the chip was replaced with another chip for replacement, the replacement operation could be performed very easily, and the chip could be mounted with good positional reproducibility.

以上いくつかの実施例で述べたように、マイクロカン
チレバーにリソグラフィー技術などを用いて当て付け面
を作製し、その当て付け面をレバー台座に接着して、マ
イクロカンチレバーとレバー台座とを一体として構成し
ている。従ってマイクロカンチレバー交換時には、レバ
ー台座ごと交換することができ、マイクロカンチレバー
の交換を極めて簡単にすることができる。さらにリソグ
ラフィー技術などを用いてマイクロカンチレバーを作製
したことにより、精度の高い位置決めができ、正確に再
現性よく元の位置にカンチレバーを取り付ける事ができ
る。
As described in the above several embodiments, a contact surface is formed on the micro cantilever using lithography technology or the like, and the contact surface is adhered to the lever pedestal, and the micro cantilever and the lever pedestal are integrally formed. doing. Therefore, when replacing the microcantilever, the entire lever pedestal can be replaced, and the replacement of the microcantilever can be extremely simplified. Further, by manufacturing the micro cantilever using lithography technology or the like, highly accurate positioning can be performed, and the cantilever can be accurately and reproducibly attached to the original position.

この様にして作られたカンチレバーは、磁力顕微鏡
(Mgnetic Force Microscope)等の他のForce Microsco
peあるいは、STMも含めたほとんどのアトミックプロー
ブ顕微鏡への応用が可能である。
The cantilever made in this way is compatible with other Force Microsco such as a magnetic force microscope (Mgnetic Force Microscope).
It can be applied to most atomic probe microscopes including pe or STM.

STMについて言えば、例えば第1図のAFM装置で剛性の
低いマイクロカンチレバーを用い、それが試料に応じて
変位するのを光ファイバーを含む光学的変位計で捕えら
れて動作させているが、剛性の高い導電性処理の施した
マイクロカンチレバーを使用すれば、マイクロカンチレ
バーと試料との間に流れるトンネル電流をとらえてSTM
の動作をさせることも可能であり、本発明のマイクロカ
ンチレバーはその様なSTMに取り付けるときも、非常に
簡単に取り付けを行うことができる。
As for STM, for example, a micro cantilever with low rigidity is used in the AFM apparatus of FIG. 1, and its displacement according to the sample is captured by an optical displacement meter including an optical fiber and operated. Using a micro-cantilever treated with high conductivity, the STM can capture the tunnel current flowing between the micro-cantilever and the sample.
The micro-cantilever of the present invention can be mounted very easily even when mounted on such an STM.

さらに、T.R.Albrechtらが発表(T.R.Albrecht,S.Aka
mine,M.J.Zdeblick and C.F.Quate:Microfabrication o
f Integrated Scanning Tunneling Microscope,4th Int
ernational Conferennce on Scanning Tunneling Micro
scopy/Spectroscopy(Jury 9−14,1989)S10−2番の講
演)しているアクチュエータとしての機能を負荷した新
しいカンチレバータイプのSTM(マイクロSTM)などにも
本発明は適用可能であり、交換を簡単にすると共に、交
換前後でデータの再現性を確保することが可能になる。
In addition, TRAlbrecht and others announced (TRAlbrecht, S.Aka
mine, MJZdeblick and CFQuate: Microfabrication o
f Integrated Scanning Tunneling Microscope, 4th Int
ernational Conferennce on Scanning Tunneling Micro
The present invention can be applied to a new cantilever type STM (micro STM) loaded with the function as an actuator which performs scopy / Spectroscopy (Jury 9-14, 1989) S10-2). In addition to simplicity, it is possible to ensure data reproducibility before and after replacement.

「発明の効果」 本発明のアトミックプローブ顕微鏡及びこれに用いら
れるカンチレバーユニットによれば、カンチレバーを交
換する場合に、交換後のカンチレバーが高い精度で位置
決めされる。
[Effects of the Invention] According to the atomic probe microscope of the present invention and the cantilever unit used therein, when replacing the cantilever, the cantilever after the replacement is positioned with high accuracy.

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

第1図は本発明のマイクロカンチレバーを原子間力顕微
鏡に取り付けた状態を示す図、 第2図は本発明のマイクロカンチレバーの第1の実施例
を示す図であり、第2A図は平面図、第2B図は正面図、第
2C図は側面図、 第3図は第2図に示すマイクロカンチレバーをレバー台
座へ取り付ける状態を示す図、 第4図はシリコンウェハーから第2図に示すマイクロカ
ンチレバーをエッチングした状態を示す図、 第5図はマイクロカンチレバーの第2の実施例であり、
これをレバー台座へ取り付ける状態を示す図、 第6図はマイクロカンチレバーの第3の実施例であり、
これをレバー台座へ取り付ける状態を示す図、 第7図は第4の実施例であるマイクロカンチレバーと、
レバー台座と、チップ台座とを取り付ける状態を示す
図、 第8図はマイクロカンチレバーの第5の実施例を示す
図、 第9A図および第9B図は、本発明のカンチレバーをレバー
台座に複数枚取り付けた状態を示す図であり、第9A図は
正面図、第9B図は底面図、 そして、 第10図は従来の原子間力顕微鏡を示す図である。 108……チップ台座,109……レバー台座,110……ねじ,11
1……マイクロカンチレバー,202……カンチレバー部
分。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which a microcantilever of the present invention is attached to an atomic force microscope, FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of a microcantilever of the present invention, FIG. 2A is a plan view, Figure 2B is a front view,
2C is a side view, FIG. 3 is a view showing a state in which the microcantilever shown in FIG. 2 is attached to the lever base, FIG. 4 is a view showing a state in which the microcantilever shown in FIG. 2 is etched from a silicon wafer, FIG. 5 shows a second embodiment of the microcantilever,
FIG. 6 shows a state in which this is attached to a lever pedestal. FIG. 6 shows a third embodiment of a micro cantilever.
FIG. 7 shows a state in which this is attached to a lever base. FIG. 7 shows a micro cantilever according to a fourth embodiment;
FIG. 8 shows a state in which a lever pedestal and a chip pedestal are attached. FIG. 8 shows a fifth embodiment of the microcantilever. FIGS. 9A and 9B show a plurality of cantilevers of the present invention attached to the lever pedestal. 9A is a front view, FIG. 9B is a bottom view, and FIG. 10 is a view showing a conventional atomic force microscope. 108 …… Chip pedestal, 109 …… Lever pedestal, 110 …… Screw, 11
1… Micro cantilever, 202… Cantilever part.

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】試料と探針部との間に生じる物理量を検出
するアトミックプローブ顕微鏡であって、 前記探針部を備えるレバー部分及び第1の位置決め部を
有するカンチレバーと、 第2の位置決め部を有するレバー台座と、 前記物理量に基づく前記カンチレバーの変位を光学的に
測定する光学変位測定系とを具備し、 前記第1の位置決め部と前記第2の位置決め部とが接す
ることで、前記カンチレバーが前記レバー台座に位置決
めされることを特徴とするアトミックプローブ顕微鏡。
1. An atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, comprising: a cantilever having a lever portion provided with the probe portion and a first positioning portion; and a second positioning portion. A lever pedestal having an optical displacement measurement system for optically measuring the displacement of the cantilever based on the physical quantity, wherein the first positioning portion and the second positioning portion are brought into contact with each other, whereby the cantilever is provided. Is positioned on the lever base.
【請求項2】試料と探針部との間に生じる物理量を検出
するアトミックプローブ顕微鏡であって、 前記探針部を備えるレバー部分及び第1の位置決め部を
有するカンチレバーと、 第2の位置決め部を有するレバー台座と、 前記カンチレバーを振動させるための変調手段とを具備
し、 前記第1の位置決め部と前記第2の位置決め部とが接す
ることで、前記カンチレバーが前記レバー台座に位置決
めされることを特徴とするアトミックプローブ顕微鏡。
2. An atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, comprising: a cantilever having a lever portion having the probe portion and a first positioning portion; and a second positioning portion. And a modulating means for vibrating the cantilever, wherein the cantilever is positioned on the lever pedestal by contacting the first positioning portion and the second positioning portion. Atomic probe microscope characterized by the above-mentioned.
【請求項3】前記変調手段は圧電素子からなることを特
徴とする請求項2に記載のアトミックプローブ顕微鏡。
3. The atomic probe microscope according to claim 2, wherein said modulating means comprises a piezoelectric element.
【請求項4】前記変調手段は、前記レバー台座を振動さ
せ、このレバー台座の振動を用いて、前記カンチレバー
を振動させることを特徴とする請求項2に記載のアトミ
ックプローブ顕微鏡。
4. The atomic probe microscope according to claim 2, wherein the modulating means vibrates the lever pedestal, and vibrates the cantilever using the vibration of the lever pedestal.
【請求項5】前記物理量は、前記カンチレバーの振動を
光学的に測定する光学変位測定系により検出されること
を特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載されたア
トミックプローブ顕微鏡。
5. The atomic probe microscope according to claim 2, wherein the physical quantity is detected by an optical displacement measuring system that optically measures the vibration of the cantilever.
【請求項6】前記第1、第2の位置決め部は、一方が凸
部であるときの他方が凹部であることを特徴とする請求
項1乃至5のいずれかに記載されたアトミックプローブ
顕微鏡。
6. The atomic probe microscope according to claim 1, wherein one of the first and second positioning portions is a convex portion while the other is a concave portion.
【請求項7】前記第1の位置決め部は異なる2つの面に
より形成される当て付け部としての陵であり、前記第2
の位置決め部は1つの面からなる当て付け面であり、前
記陵と面とが接することで、前記カンチレバーが位置決
めされることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに
記載されたアトミックプローブ顕微鏡。
7. The first positioning portion is a ridge as a contact portion formed by two different surfaces, and the second positioning portion is a ridge formed by two different surfaces.
The atomic probe according to any one of claims 1 to 5, wherein the positioning portion is a contact surface formed of one surface, and the cantilever is positioned when the ridge and the surface are in contact with each other. microscope.
【請求項8】前記第1、第2の位置決め部は互いに対向
する同数の当て付け部を有し、対向する全ての当て付け
部が接することで、前記カンチレバーが前記レバー台座
に位置決めされることを特徴とする請求項1乃至5のい
ずれかに記載されたアトミックプローブ顕微鏡。
8. The cantilever is positioned on the lever pedestal when the first and second positioning portions have the same number of abutting portions facing each other, and all of the abutting portions come into contact with each other. The atomic probe microscope according to any one of claims 1 to 5, wherein:
【請求項9】前記レバー台座は、アトミックプローブ顕
微鏡本体に対して着脱可能であることを特徴とする請求
項1乃至8のいずれかに記載されたアトミックプローブ
顕微鏡。
9. The atomic probe microscope according to claim 1, wherein said lever pedestal is detachable from an atomic probe microscope main body.
【請求項10】更に、前記レバー台座を支持するチップ
台座を備えており、前記レバー台座は第3の位置決め部
を有し、前記チップ台座は第4の位置決め部を有し、前
記第3、第4の位置決め部が接することで、前記レバー
台座が前記チップ台座に位置決めされることを特徴とす
る請求項1乃至8のいずれかに記載されたアトミックプ
ローブ顕微鏡。
10. The apparatus according to claim 10, further comprising a chip pedestal supporting said lever pedestal, said lever pedestal having a third positioning part, said chip pedestal having a fourth positioning part, and The atomic probe microscope according to any one of claims 1 to 8, wherein the lever pedestal is positioned on the chip pedestal by contacting a fourth positioning portion.
【請求項11】前記カンチレバーユニットの第1、第2
の位置決め部のうち少なくとも第1の位置決め部は、リ
ソグラフィー技術により作製されることを特徴とする請
求項1乃至10のいずれかに記載されたアトミックプロー
ブ顕微鏡。
11. The first and second cantilever units.
The atomic probe microscope according to any one of claims 1 to 10, wherein at least the first positioning portion of the positioning portions is manufactured by a lithography technique.
【請求項12】前記カンチレバーは、結晶材料を出発材
として作成されることを特徴とする請求項1乃至11のい
ずれかに記載されたアトミックプローブ顕微鏡。
12. The atomic probe microscope according to claim 1, wherein the cantilever is formed using a crystalline material as a starting material.
【請求項13】試料と探針部との間に生じる物理量を検
出するアトミックプローブ顕微鏡であって、 前記探針部を備えるレバー部分及び位置決め用の凹部を
有するカンチレバーと、 位置決め用の凸部を有するレバー台座とから構成される
カンチレバーユニットを備え、 前記凹部と前記凸部とが接することで前記カンチレバー
は前記レバー台座に位置決めされ、また、前記カンチレ
バーユニットはアトミックプローブ顕微鏡本体に対して
着脱可能であることを特徴とするアトミックプローブ顕
微鏡。
13. An atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, comprising: a cantilever having a lever portion provided with the probe portion and a concave portion for positioning; and a convex portion for positioning. A lever pedestal having a cantilever unit, wherein the cantilever is positioned on the lever pedestal when the concave portion and the convex portion are in contact with each other, and the cantilever unit is detachable from the atomic probe microscope main body. An atomic probe microscope characterized by the following.
【請求項14】試料と探針部との間に生じる物理量を検
出するアトミックプローブ顕微鏡であって、 前記探針部を備えるレバー部分及び位置決め用の凸部を
有するカンチレバーと、 位置決め用の凹部を有するレバー台座とから構成される
カンチレバーユニットを備え、 前記凸部と前記凹部とが接することで前記カンチレバー
は前記レバー台座に位置決めされ、また、前記カンチレ
バーユニットはアトミックプローブ顕微鏡本体に対して
着脱可能であることを特徴とするアトミックプローブ顕
微鏡。
14. An atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, comprising: a cantilever having a lever portion provided with the probe portion and a convex portion for positioning; and a concave portion for positioning. A lever pedestal having a cantilever unit, wherein the cantilever is positioned on the lever pedestal by contacting the convex portion and the concave portion, and the cantilever unit is detachable from the atomic probe microscope main body. An atomic probe microscope characterized by the following.
【請求項15】前記物理量は、前記カンチレバーの変位
を光学的に測定する光学変位測定系により検出されるこ
とを特徴とする請求項13又は14に記載されたアトミック
プローブ顕微鏡。
15. The atomic probe microscope according to claim 13, wherein the physical quantity is detected by an optical displacement measuring system that optically measures the displacement of the cantilever.
【請求項16】試料と探針部との間に生じる物理量を検
出するアトミックプローブ顕微鏡であって、 前記探針部を備えるレバー部分及び第1の位置決め部を
有するカンチレバーと、 第2の位置決め部を有するレバー台座と、 前記物理量に基づく前記カンチレバーの変位を光学的に
測定する光学変位測定系とを具備し、 前記第1の位置決め部と前記第2の位置決め部とを対向
させることにより、前記カンチレバーが前記レバー台座
に位置決めされることを特徴とするアトミックプローブ
顕微鏡。
16. An atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, comprising: a cantilever having a lever portion provided with the probe and a first positioning portion; and a second positioning portion. A lever pedestal having an optical displacement measurement system for optically measuring the displacement of the cantilever based on the physical quantity, wherein the first positioning portion and the second positioning portion face each other, An atomic probe microscope, wherein a cantilever is positioned on the lever base.
【請求項17】試料と探針部との間に生じる物理量を検
出するアトミックプローブ顕微鏡であって、 前記探針部を備えるレバー部分及び第1の位置決め部を
有するカンチレバーと、 第2の位置決め部を有するレバー台座と、 前記カンチレバーを振動させるための変調手段とを具備
し、 前記第1の位置決め部と前記第2の位置決め部とを対向
させることにより、前記カンチレバーが前記レバー台座
に位置決めされることを特徴とするアトミックプローブ
顕微鏡。
17. An atomic probe microscope for detecting a physical quantity generated between a sample and a probe, comprising: a cantilever having a lever portion provided with the probe and a first positioning portion; and a second positioning portion. And a modulating means for vibrating the cantilever. The cantilever is positioned on the lever pedestal by causing the first positioning portion and the second positioning portion to face each other. An atomic probe microscope characterized in that:
【請求項18】探針部を備えるレバー部分を有するカン
チレバーと、 前記カンチレバーを支持するレバー台座と、 前記レバー台座を支持するチップ台座とを備え、 前記レバー台座及び前記チップ台座は各々位置決め部を
有し、これら位置決め部が互いに接することで、前記レ
バー台座が前記チップ台座に位置決めされることを特徴
とするカンチレバーユニット。
18. A cantilever having a lever portion having a probe portion, a lever pedestal for supporting the cantilever, and a chip pedestal for supporting the lever pedestal, wherein the lever pedestal and the chip pedestal each have a positioning part. The cantilever unit, wherein the lever pedestal is positioned on the chip pedestal when the positioning portions contact each other.
【請求項19】前記カンチレバーと前記レバー台座に
は、各々位置決め部が設けられ、これら位置決め部が互
いに接することで、前記カンチレバーが前記レバー台座
に位置決めされることを特徴とする請求項18に記載のカ
ンチレバーユニット。
19. The cantilever and the lever pedestal are each provided with a positioning portion, and when the positioning portions contact each other, the cantilever is positioned on the lever pedestal. Cantilever unit.
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