JP2955320B2 - カンチレバー微小変位センサー - Google Patents
カンチレバー微小変位センサーInfo
- Publication number
- JP2955320B2 JP2955320B2 JP6442190A JP6442190A JP2955320B2 JP 2955320 B2 JP2955320 B2 JP 2955320B2 JP 6442190 A JP6442190 A JP 6442190A JP 6442190 A JP6442190 A JP 6442190A JP 2955320 B2 JP2955320 B2 JP 2955320B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- displacement
- micro
- thin film
- detecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、PVD法やCVD法などで形成される薄膜の厚
さ測定に使用するカンチレバー微小変位センサーに関す
る。
さ測定に使用するカンチレバー微小変位センサーに関す
る。
（従来の技術） 従来、膜厚を測定する方法としては、薄膜の質量を測
定して膜厚を決める多重反射干渉法や水晶振動子法など
がある。
定して膜厚を決める多重反射干渉法や水晶振動子法など
がある。
多重反射干渉法について説明する。膜厚が知りたい基
板、即ち試料の近傍に膜厚測定用の基板を置いて薄膜を
形成すると、膜厚測定用の基板上にも試料と同じ厚さの
薄膜が形成される。薄膜を形成する際に、膜厚測定用の
基板の半分をマスクしておいて、膜厚測定用の基板上に
薄膜形成領域と非形成領域とを隣接させて形成する。薄
膜形成領域と非形成領域とが形成された膜厚測定用の基
板の全面に一様に高反射率の金属膜を形成する。この金
属膜が形成された膜厚測定用の基板の上に半透膜を角θ
だけ傾けて配置し、基板面に対してほぼ垂直に波長λの
単色光を照射すると、段差のある所で距離ｂだけずれた
直線の干渉縞が間隔ａだけおいて平行にできる。膜厚ｄ
即ち段差の高さは、次式から求まる。
板、即ち試料の近傍に膜厚測定用の基板を置いて薄膜を
形成すると、膜厚測定用の基板上にも試料と同じ厚さの
薄膜が形成される。薄膜を形成する際に、膜厚測定用の
基板の半分をマスクしておいて、膜厚測定用の基板上に
薄膜形成領域と非形成領域とを隣接させて形成する。薄
膜形成領域と非形成領域とが形成された膜厚測定用の基
板の全面に一様に高反射率の金属膜を形成する。この金
属膜が形成された膜厚測定用の基板の上に半透膜を角θ
だけ傾けて配置し、基板面に対してほぼ垂直に波長λの
単色光を照射すると、段差のある所で距離ｂだけずれた
直線の干渉縞が間隔ａだけおいて平行にできる。膜厚ｄ
即ち段差の高さは、次式から求まる。
ｄ＝（λ/2）・（b/a） 次に水晶振動子による膜厚測定について説明する。電
極を備える水晶振動子板上に薄膜を形成すると、水晶振
動子の固有振動数は薄膜の膜厚に比例して減少する。水
晶振動子法はこの性質を利用したもので、試料に薄膜を
形成する際に試料付近に配置した水晶振動子板の固有振
動数を測定することによって、水晶振動子上の膜厚は試
料上の膜厚と等しいとして、薄膜の膜厚が求まる。
極を備える水晶振動子板上に薄膜を形成すると、水晶振
動子の固有振動数は薄膜の膜厚に比例して減少する。水
晶振動子法はこの性質を利用したもので、試料に薄膜を
形成する際に試料付近に配置した水晶振動子板の固有振
動数を測定することによって、水晶振動子上の膜厚は試
料上の膜厚と等しいとして、薄膜の膜厚が求まる。
（発明が解決しようとする課題） 多重反射干渉法では、膜厚測定用の基板上に薄膜が形
成された後に於て測定が初めて可能となり、薄膜形成中
に膜厚をリアルタイムで測定することはできない。しか
も、薄膜が形成された膜厚測定用の基板の上に高反射率
の金属薄膜をさらに形成する必要があり、膜厚の測定に
非常に手間がかかる。また、20〜30Å程度の膜厚までは
精度よく測定できるが、それ以下の膜厚になると測定誤
差が非常に大きくなり、実質的には測定できない。
成された後に於て測定が初めて可能となり、薄膜形成中
に膜厚をリアルタイムで測定することはできない。しか
も、薄膜が形成された膜厚測定用の基板の上に高反射率
の金属薄膜をさらに形成する必要があり、膜厚の測定に
非常に手間がかかる。また、20〜30Å程度の膜厚までは
精度よく測定できるが、それ以下の膜厚になると測定誤
差が非常に大きくなり、実質的には測定できない。
一方、水晶振動子法では、薄膜を形成する最中（例え
ば蒸着中）に水晶振動子板の温度は必然的に上昇する。
水晶振動子板の電気振動の周波数は温度によって変化し
やすいため、蒸着中の温度上昇にともなって水晶振動子
板の周波数にずれが生じる。すなわち、水晶振動子法で
は温度変化が誤差原因になり、測定精度が悪い。
ば蒸着中）に水晶振動子板の温度は必然的に上昇する。
水晶振動子板の電気振動の周波数は温度によって変化し
やすいため、蒸着中の温度上昇にともなって水晶振動子
板の周波数にずれが生じる。すなわち、水晶振動子法で
は温度変化が誤差原因になり、測定精度が悪い。
この発明では、前述した問題点に鑑みてなされたもの
で、薄膜形成時の膜厚をリアルタイムで測定でき、しか
も非常に薄い薄膜の厚さも精度よく測定できる薄膜測定
装置に用いるカンチレバー微小変位センサーを提供する
ことを目的とする。
で、薄膜形成時の膜厚をリアルタイムで測定でき、しか
も非常に薄い薄膜の厚さも精度よく測定できる薄膜測定
装置に用いるカンチレバー微小変位センサーを提供する
ことを目的とする。
（課題を解決するための手段） この発明のカンチレバー微小変位センサーは、一端が
固定された微小形状の薄膜よりなるカンチレバーと、上
記カンチレバーの自由端面上に設けられた検出領域と、
上記カンチレバーの検出領域に形成される薄膜に起因す
るカンチレバーの変位を検出する微小変位検出手段と、
上記微小変位検出手段により検出されたカンチレバーの
微小変位から上記薄膜のカンチレバーへの作用量を算出
する演算手段とを備えたことを特徴とする。
固定された微小形状の薄膜よりなるカンチレバーと、上
記カンチレバーの自由端面上に設けられた検出領域と、
上記カンチレバーの検出領域に形成される薄膜に起因す
るカンチレバーの変位を検出する微小変位検出手段と、
上記微小変位検出手段により検出されたカンチレバーの
微小変位から上記薄膜のカンチレバーへの作用量を算出
する演算手段とを備えたことを特徴とする。
また、この発明のカンチレバー微小変位センサーは、
一端が圧電駆動体を介して固定された微小形状の薄膜よ
りなるカンチレバーと、上記カンチレバーの自由端面上
に設けられた検出領域と、上記カンチレバーの検出領域
に形成される薄膜に起因するカンチレバーの変位を検出
すると共に、これを補償する方向に上記圧電駆動体によ
りカンチレバーを駆動するサーボ制御手段と、上記サー
ボ制御手段のサーボ量を検出するサーボ量検出手段と、
上記検出されたサーボ量から上記物質のカンチレバーへ
の作用量を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
る。
一端が圧電駆動体を介して固定された微小形状の薄膜よ
りなるカンチレバーと、上記カンチレバーの自由端面上
に設けられた検出領域と、上記カンチレバーの検出領域
に形成される薄膜に起因するカンチレバーの変位を検出
すると共に、これを補償する方向に上記圧電駆動体によ
りカンチレバーを駆動するサーボ制御手段と、上記サー
ボ制御手段のサーボ量を検出するサーボ量検出手段と、
上記検出されたサーボ量から上記物質のカンチレバーへ
の作用量を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
る。
このようなカンチレバーは、例えば半導体回路装置に
使用されるシリコン基板に蒸着、異方性エッチング、等
方性エッチング等のマイクロファブリケーションを適用
して得られる厚さ数μｍのSiの薄膜で形成される。
使用されるシリコン基板に蒸着、異方性エッチング、等
方性エッチング等のマイクロファブリケーションを適用
して得られる厚さ数μｍのSiの薄膜で形成される。
カンチレバーの変位を検出する微小変位検出手段は、
例えば、カンチレバーの自由端部から延出する探針と、
この探針に直交する基準面と、探針と基準面との間にバ
イアス電圧を印加する電源と、探針と基準面との間に流
れるトンネル電流を検出する検出器とを備え、カンチレ
バーの変位は探針と基準面との間にトンネル電流の大き
さから求められる。
例えば、カンチレバーの自由端部から延出する探針と、
この探針に直交する基準面と、探針と基準面との間にバ
イアス電圧を印加する電源と、探針と基準面との間に流
れるトンネル電流を検出する検出器とを備え、カンチレ
バーの変位は探針と基準面との間にトンネル電流の大き
さから求められる。
さらに別の微小変位検出手段は、カンチレバーの自由
端部の上面に設けられた反射面と、この反射面に可干渉
性の光を照射し検出する光学系を有する干渉計とを備
え、反射面に照射される光学系の光路長の変化からカン
チレバーの変位を検出する。
端部の上面に設けられた反射面と、この反射面に可干渉
性の光を照射し検出する光学系を有する干渉計とを備
え、反射面に照射される光学系の光路長の変化からカン
チレバーの変位を検出する。
また、さらに別の微小変位検出手段は、カンチレバー
を所定の振動数（固有振動数）で振動させる励振手段
と、カンチレバーの固有振動数からのずれを検出する手
段とを備え、カンチレバーの実効質量の変化による固有
振動数からのずれから自由端部に形成された膜の質量が
求められる。
を所定の振動数（固有振動数）で振動させる励振手段
と、カンチレバーの固有振動数からのずれを検出する手
段とを備え、カンチレバーの実効質量の変化による固有
振動数からのずれから自由端部に形成された膜の質量が
求められる。
（作 用） この発明のカンチレバー微小変位センサーを用いた膜
厚測定装置は、試料の近傍に配置される。薄膜が形成さ
れる間、カンチレバーの自由端部の上面には、試料表面
に形成される薄膜と同じ厚さの薄膜が形成される。カン
チレバーは、その自由端部の上面に薄膜が形成される
と、その重量によって下方に変位する。この変位は、上
述したように、探針と基準面との間に流れるトンネル電
流、あるいは、カンチレバーの自由端部に光が照射され
る光学系の光路長の変化を検出することによって求めら
れる。または、カンチレバーの実効質量の変化、すなわ
ちカンチレバーの自由端部に形成された膜の質量が、カ
ンチレバーの振動数（詳細には固有振動数からずれた
量）から求められる。
厚測定装置は、試料の近傍に配置される。薄膜が形成さ
れる間、カンチレバーの自由端部の上面には、試料表面
に形成される薄膜と同じ厚さの薄膜が形成される。カン
チレバーは、その自由端部の上面に薄膜が形成される
と、その重量によって下方に変位する。この変位は、上
述したように、探針と基準面との間に流れるトンネル電
流、あるいは、カンチレバーの自由端部に光が照射され
る光学系の光路長の変化を検出することによって求めら
れる。または、カンチレバーの実効質量の変化、すなわ
ちカンチレバーの自由端部に形成された膜の質量が、カ
ンチレバーの振動数（詳細には固有振動数からずれた
量）から求められる。
上述の変位検出方法（または薄膜の質量の検出方法）
は、非常に高い感度を有するので、非常に薄い膜の厚さ
をも正確に測定することができる。
は、非常に高い感度を有するので、非常に薄い膜の厚さ
をも正確に測定することができる。
この発明を実施する際、測定精度を向上させるため
に、カンチレバーの上面の所定領域にのみ薄膜が形成さ
れるように、カンチレバーの上方に選択的に薄膜を形成
するための開口部を有するマスクを設けることで十分で
ある。
に、カンチレバーの上面の所定領域にのみ薄膜が形成さ
れるように、カンチレバーの上方に選択的に薄膜を形成
するための開口部を有するマスクを設けることで十分で
ある。
（実施例） この発明の実施例について、第１図及び第２図を参照
にしながら説明する。図に示すように、膜厚測定装置の
基体10と、カンチレバーを保持する保持部材を兼ねるハ
ウジング12と、ハウジング12の内壁から延出したカンチ
レバー14と、カンチレバー14の上面の所定領域に薄膜を
形成するためのマスクとして機能する開口部20を有する
上面部16とが一体的に形成されている。すなわち、この
実施例の膜厚測定装置は中空の箱体をなし、さらに箱体
内部で一側面から延出したカンチレバー14を有し、カン
チレバー14の先端部の上部に位置する箱体上面の領域に
開口部20が設けられている。カンチレバー14の先端部の
下面には探針18が設けられ、この探針18は基体10から10
Å離されて保持されている。これらの基体10と探針18は
図示しない電源に接続されていて、基体10と探針18との
間には1Vのバイアス電圧が印加されている。この結果、
基体10と探針18との間に1nAのトンネル電流が流れる。
さらに電源線の途中には、電流検出器が設けられてい
て、基体10と探針18との間に流れるトンネル電流の変化
が検出される。
にしながら説明する。図に示すように、膜厚測定装置の
基体10と、カンチレバーを保持する保持部材を兼ねるハ
ウジング12と、ハウジング12の内壁から延出したカンチ
レバー14と、カンチレバー14の上面の所定領域に薄膜を
形成するためのマスクとして機能する開口部20を有する
上面部16とが一体的に形成されている。すなわち、この
実施例の膜厚測定装置は中空の箱体をなし、さらに箱体
内部で一側面から延出したカンチレバー14を有し、カン
チレバー14の先端部の上部に位置する箱体上面の領域に
開口部20が設けられている。カンチレバー14の先端部の
下面には探針18が設けられ、この探針18は基体10から10
Å離されて保持されている。これらの基体10と探針18は
図示しない電源に接続されていて、基体10と探針18との
間には1Vのバイアス電圧が印加されている。この結果、
基体10と探針18との間に1nAのトンネル電流が流れる。
さらに電源線の途中には、電流検出器が設けられてい
て、基体10と探針18との間に流れるトンネル電流の変化
が検出される。
次に膜厚の測定動作について説明する。この膜厚測定
装置は、薄膜形成時にカンチレバー14の上面が試料の加
工面と同じ高さになるようにして試料の近傍に配置され
る。このため、薄膜形成時には開口部を通過した薄膜形
成材料がカンチレバー14の先端部の上面に堆積される。
カンチレバー14の先端部の所定領域に形成されたこの薄
膜の膜厚は、試料の加工面に形成される薄膜の膜厚に等
しい。開口部を通過した薄膜形成材料が堆積して、カン
チレバー14の先端部上面に薄膜が形成されると、堆積し
た薄膜の重量によってカンチレバー14が下方にたわみ、
探針18と基体10との間隔が狭くなる。この結果、探針18
と基体10との間を流れるトンネル電流の値は大きくな
る。このトンネル電流の変化を電流検出部で読みとるこ
とによって、その時点におけるカンチレバー14上に形成
された薄膜の膜厚、すなわち試料の加工面上に形成され
た薄膜の膜厚が測定される。
装置は、薄膜形成時にカンチレバー14の上面が試料の加
工面と同じ高さになるようにして試料の近傍に配置され
る。このため、薄膜形成時には開口部を通過した薄膜形
成材料がカンチレバー14の先端部の上面に堆積される。
カンチレバー14の先端部の所定領域に形成されたこの薄
膜の膜厚は、試料の加工面に形成される薄膜の膜厚に等
しい。開口部を通過した薄膜形成材料が堆積して、カン
チレバー14の先端部上面に薄膜が形成されると、堆積し
た薄膜の重量によってカンチレバー14が下方にたわみ、
探針18と基体10との間隔が狭くなる。この結果、探針18
と基体10との間を流れるトンネル電流の値は大きくな
る。このトンネル電流の変化を電流検出部で読みとるこ
とによって、その時点におけるカンチレバー14上に形成
された薄膜の膜厚、すなわち試料の加工面上に形成され
た薄膜の膜厚が測定される。
さらに詳しく数量的に説明する。カンチレバー14のた
わみ量ｗは、カンチレバー14のヤング率Ｅ、断面２次モ
ーメントＩ、カンチレバー14の先端部にかかる荷重ｐ、
カンチレバー14の長さｌから、 ｗ＝pl3/3EI で決まる。カンチレバー14の幅をｂ、厚さをｈとする
と、 Ｉ＝bh3/12 であるから、カンチレバー14のたわみ量ｗは、 ｗ＝（4/E）・（l/h）３・（p/b） となる。この実施例のカンチレバー14は、厚さｈ＝１μ
ｍ、幅ｂ＝0.1mm、長さｌ＝0.5mmのAlのカンチレバー14
である。このカンチレバー14上に幅ｂ＝0.1mm、長さａ
＝0.1mmの開口部を通過したクロムが10Å蒸着されたと
き、クロムの密度を7.20［g/cm3］、重力加速度を9.8
［m/sec2］とすると、Alのヤング率は7.03×1010［N/
m］であるから、カンチレバー14は、ｗ＝0.5Åだけ下方
にたわむ。この結果、基体10と探針18との間に流れるト
ンネル電流の値は3nAに変化する。基体10と探針18との
間に流れるトンネル電流の値は、基体10の表面と探針18
との距離に対応して変化するから、逆にトンネル電流の
値を検出することによりカンチレバー14上に蒸着された
クロムの荷重が求まる。当然、クロムは開口部の大きさ
で均一に蒸着されると考えられるから、クロムの荷重か
ら膜厚が求まる。
わみ量ｗは、カンチレバー14のヤング率Ｅ、断面２次モ
ーメントＩ、カンチレバー14の先端部にかかる荷重ｐ、
カンチレバー14の長さｌから、 ｗ＝pl3/3EI で決まる。カンチレバー14の幅をｂ、厚さをｈとする
と、 Ｉ＝bh3/12 であるから、カンチレバー14のたわみ量ｗは、 ｗ＝（4/E）・（l/h）３・（p/b） となる。この実施例のカンチレバー14は、厚さｈ＝１μ
ｍ、幅ｂ＝0.1mm、長さｌ＝0.5mmのAlのカンチレバー14
である。このカンチレバー14上に幅ｂ＝0.1mm、長さａ
＝0.1mmの開口部を通過したクロムが10Å蒸着されたと
き、クロムの密度を7.20［g/cm3］、重力加速度を9.8
［m/sec2］とすると、Alのヤング率は7.03×1010［N/
m］であるから、カンチレバー14は、ｗ＝0.5Åだけ下方
にたわむ。この結果、基体10と探針18との間に流れるト
ンネル電流の値は3nAに変化する。基体10と探針18との
間に流れるトンネル電流の値は、基体10の表面と探針18
との距離に対応して変化するから、逆にトンネル電流の
値を検出することによりカンチレバー14上に蒸着された
クロムの荷重が求まる。当然、クロムは開口部の大きさ
で均一に蒸着されると考えられるから、クロムの荷重か
ら膜厚が求まる。
第３図は、Si（1,0,0）基板22に薄膜カンチレバー部3
2及び圧電バイモルフ部34を形成する半導体プロセスを
説明する図である。Si基板22の上下面には例えば0.25μ
ｍ厚のSiO2層24が形成され、その上面に更に例えば0.5
μｍ厚のAl層26及び0.25μｍ厚のSiO2層24が積層され
る。このSiO2層24の所定の領域には、ZnO層28、SiO2層2
4、Al層26及びSiO2層24が順に２回づつ積層され、圧電
バイモルフ部34が形成される。一方、基板は、所定の厚
さになるまで異方性エッチングによって、所定の領域の
SiO2層24及びSi基板22が下面からエッチングされた後に
図中の線Ｂで切断され、厚さ数μｍ、長さ1000〜1500μ
ｍの薄膜カンチレバー部32が形成される。
2及び圧電バイモルフ部34を形成する半導体プロセスを
説明する図である。Si基板22の上下面には例えば0.25μ
ｍ厚のSiO2層24が形成され、その上面に更に例えば0.5
μｍ厚のAl層26及び0.25μｍ厚のSiO2層24が積層され
る。このSiO2層24の所定の領域には、ZnO層28、SiO2層2
4、Al層26及びSiO2層24が順に２回づつ積層され、圧電
バイモルフ部34が形成される。一方、基板は、所定の厚
さになるまで異方性エッチングによって、所定の領域の
SiO2層24及びSi基板22が下面からエッチングされた後に
図中の線Ｂで切断され、厚さ数μｍ、長さ1000〜1500μ
ｍの薄膜カンチレバー部32が形成される。
この発明によるカンチレバー微小変位センサーを用い
た他の膜厚測定装置の実施例が第４図に示される。カン
チレバー14は、カンチレバー14の固有振動数ω０にほぼ
等しい周波数を出力する励振回路41に接続されたバイモ
ルフ圧電体40を固定端の近傍に備えている。また、カン
チレバー14から所定の間隔をおいて平行に支持される電
極で形成された容量センサー42は、ヘテロダイン周波数
検知回路43に接続されている。また、ヘテロダイン周波
数検知回路43は、励振回路41（またはローカル発振器）
からの出力波の振動数ω０が入力される。
た他の膜厚測定装置の実施例が第４図に示される。カン
チレバー14は、カンチレバー14の固有振動数ω０にほぼ
等しい周波数を出力する励振回路41に接続されたバイモ
ルフ圧電体40を固定端の近傍に備えている。また、カン
チレバー14から所定の間隔をおいて平行に支持される電
極で形成された容量センサー42は、ヘテロダイン周波数
検知回路43に接続されている。また、ヘテロダイン周波
数検知回路43は、励振回路41（またはローカル発振器）
からの出力波の振動数ω０が入力される。
カンチレバー14には、例えば、周知のAFMに使用され
る10−12Nの力にも応答する安定した軽量な薄膜が使用
される。カンチレバー14の実効質量をm0、弾性係数をｋ
とすると、初期状態に於けるカンチレバー14の固有振動
数ω０は、 である。カンチレバー14の自由端部に蒸着物が堆積し
て、実効質量がm0からm0＋Δｍに変化すると、Δω＝ω
−ω０≒1/2・Δm/m0・ω０だけ固有振動数が増加す
る。カンチレバー14には、固有振動数500〜10,000Hzを
有するものが使用される。この固有振動数からのずれを
検出することによって、カンチレバー14に形成された薄
膜の質量を測定でき、これによって薄膜の厚さを求める
ことができる。
る10−12Nの力にも応答する安定した軽量な薄膜が使用
される。カンチレバー14の実効質量をm0、弾性係数をｋ
とすると、初期状態に於けるカンチレバー14の固有振動
数ω０は、 である。カンチレバー14の自由端部に蒸着物が堆積し
て、実効質量がm0からm0＋Δｍに変化すると、Δω＝ω
−ω０≒1/2・Δm/m0・ω０だけ固有振動数が増加す
る。カンチレバー14には、固有振動数500〜10,000Hzを
有するものが使用される。この固有振動数からのずれを
検出することによって、カンチレバー14に形成された薄
膜の質量を測定でき、これによって薄膜の厚さを求める
ことができる。
カンチレバーの変位の検出は、探針を用いて行うこと
もできる。すなわち、探針とカンチレバーとの間に所定
のバイアス電圧を印加するとともに、堆積によってカン
チレバーが変位する間、両者間に流れるトンネル電流の
値が一定になるように、カンチレバーの一端を支持する
圧電体をフィードバック制御し、フィードバック量を積
分した値から測定することもできる。
もできる。すなわち、探針とカンチレバーとの間に所定
のバイアス電圧を印加するとともに、堆積によってカン
チレバーが変位する間、両者間に流れるトンネル電流の
値が一定になるように、カンチレバーの一端を支持する
圧電体をフィードバック制御し、フィードバック量を積
分した値から測定することもできる。
または、原子プローブ顕微鏡の一種である磁気力顕微
鏡MFMの原理に基づいて、Niコートの施された探針と、
探針と対向する面（上面）に磁性物質がコーティングさ
れたカンチレバーとを使用し、カンチレバーの変位を探
針とカンチレバーとの間に作用する磁気力変化として検
出することもできる。
鏡MFMの原理に基づいて、Niコートの施された探針と、
探針と対向する面（上面）に磁性物質がコーティングさ
れたカンチレバーとを使用し、カンチレバーの変位を探
針とカンチレバーとの間に作用する磁気力変化として検
出することもできる。
第５図は、光を用いてカンチレバーの変位を検出する
別の実施例を示す。カンチレバー14は、分子線の照射さ
れる領域（即ち薄膜形成領域）および反射膜46を自由端
部に有し、他端は基板10に設けられた圧電体11によって
固定され、基板に対して水平に支持される。干渉縞の明
暗からカンチレバーの変位を検出するための干渉計に連
結された光ファイバー44の一端が反射膜46の上方に配置
され、変位を検出する光学系の検出光が反射膜46に垂直
に照射される。開口部20を通過した蒸着物がカンチレバ
ー14の自由端部に堆積すると、カンチレバー14はわん曲
しその自由端部は下方に変位する。検出光の光路長は、
カンチレバー14の先端部が変位した距離だけ増加し、こ
の増加分は干渉計によって測定される。結果的にカンチ
レバーの変位が測定される。
別の実施例を示す。カンチレバー14は、分子線の照射さ
れる領域（即ち薄膜形成領域）および反射膜46を自由端
部に有し、他端は基板10に設けられた圧電体11によって
固定され、基板に対して水平に支持される。干渉縞の明
暗からカンチレバーの変位を検出するための干渉計に連
結された光ファイバー44の一端が反射膜46の上方に配置
され、変位を検出する光学系の検出光が反射膜46に垂直
に照射される。開口部20を通過した蒸着物がカンチレバ
ー14の自由端部に堆積すると、カンチレバー14はわん曲
しその自由端部は下方に変位する。検出光の光路長は、
カンチレバー14の先端部が変位した距離だけ増加し、こ
の増加分は干渉計によって測定される。結果的にカンチ
レバーの変位が測定される。
この発明のカンチレバー微小変位センサーを用いた膜
厚測定装置によれば、薄膜形成中にトンネル電流を検出
することによって、現在形成中の薄膜の膜厚がリアルタ
イムで測定できる。しかも、カンチレバー検出器は、原
子プローブ顕微鏡で用いられる安定で高感度の素子を用
いて、検出して膜厚を測定するので測定精度が非常に高
く、原子または分子オーダーの非常に薄い薄膜の成膜制
御にも適用することが可能になる。さらに、この膜厚測
定装置は非常に小さく構成されるので、試料の周りに多
数配置でき、これによって広範囲の膜厚の分布がわかる
ようになる。
厚測定装置によれば、薄膜形成中にトンネル電流を検出
することによって、現在形成中の薄膜の膜厚がリアルタ
イムで測定できる。しかも、カンチレバー検出器は、原
子プローブ顕微鏡で用いられる安定で高感度の素子を用
いて、検出して膜厚を測定するので測定精度が非常に高
く、原子または分子オーダーの非常に薄い薄膜の成膜制
御にも適用することが可能になる。さらに、この膜厚測
定装置は非常に小さく構成されるので、試料の周りに多
数配置でき、これによって広範囲の膜厚の分布がわかる
ようになる。
（発明の効果） この発明によれば、薄膜形成中における薄膜の膜厚が
リアルタイムで測定できる膜厚測定装置が提供される。
しかも、測定精度が非常に高い。これにより、従来では
不可能であった原子，分子オーダーの非常に薄い膜の成
膜コントロールが可能になる。さらに、装置自体が非常
に小さく構成されるので、試料近傍に多数配置でき、広
範囲にわたる膜厚の分布が測定できるようになる。従っ
て、半導体プロセス等において重要な成膜技術の進歩に
大いに貢献する。
リアルタイムで測定できる膜厚測定装置が提供される。
しかも、測定精度が非常に高い。これにより、従来では
不可能であった原子，分子オーダーの非常に薄い膜の成
膜コントロールが可能になる。さらに、装置自体が非常
に小さく構成されるので、試料近傍に多数配置でき、広
範囲にわたる膜厚の分布が測定できるようになる。従っ
て、半導体プロセス等において重要な成膜技術の進歩に
大いに貢献する。
第１図はこの発明の膜厚測定装置の斜視図、 第２図は、第１図に示される膜厚測定装置のＡ−Ａ断面
図、 第３図は、Si基板に薄膜カンチレバー部及び圧電バイモ
ルフ部を形成する半導体プロセスを説明する図、 第４図は、この発明のカンチレバー微小変位センサーを
用いた他の膜厚測定装置を示す図、 第５図は、光を用いてカンチレバーの変位を検出する別
の実施例を示す図である。 （符号の説明） 10……基体、12……ハウジング、14……カンチレバー、
16……上面部、18……探針、20……開口部、40……バイ
モルフ圧電体、41……励振回路、43……周波数検知回
路、44……光ファイバー、45……干渉計、46……反射
膜。
図、 第３図は、Si基板に薄膜カンチレバー部及び圧電バイモ
ルフ部を形成する半導体プロセスを説明する図、 第４図は、この発明のカンチレバー微小変位センサーを
用いた他の膜厚測定装置を示す図、 第５図は、光を用いてカンチレバーの変位を検出する別
の実施例を示す図である。 （符号の説明） 10……基体、12……ハウジング、14……カンチレバー、
16……上面部、18……探針、20……開口部、40……バイ
モルフ圧電体、41……励振回路、43……周波数検知回
路、44……光ファイバー、45……干渉計、46……反射
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高瀬 つぎ子 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 苫米地 英夫 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 梶村 広 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32
Claims (10)
- 【請求項１】一端が固定された微小形状の薄膜よりなる
カンチレバーと、 上記カンチレバーの自由端面上に設けられた検出領域
と、 上記カンチレバーの検出領域に形成される薄膜に起因す
るカンチレバーの変位を検出する微小変位検出手段と、 上記微小変位検出手段により検出されたカンチレバーの
微小変位から上記薄膜のカンチレバーへの作用量を算出
する演算手段とを備えたことを特徴とするカンチレバー
微小変位センサー。 - 【請求項２】上記微小変位検出手段は、カンチレバーの
変位を、上記カンチレバーの自由端面に立設した導電性
探針とこの探針と対向して設けた導電性基準面との間に
バイアス電圧を印加したときに流れるトンネル電流の変
化から検出することを特徴とする請求項１に記載のカン
チレバー微小変位センサー。 - 【請求項３】上記微小変位検出手段は、カンチレバーを
カンチレバー自身の固有振動数で励振する励振振動源
と、上記カンチレバーに形成される薄膜により生じるカ
ンチレバーの固有振動数の変移量を検出する変移周波数
検知手段を有しており、カンチレバーの変移を、この固
有振動数の変移量から検出することを特徴とする請求項
１に記載のカンチレバー微小変位センサー。 - 【請求項４】上記微小変位検出手段は、上記カンチレバ
ー上に設けた反射面と、上記反射面に光源からの光を合
焦する照射光学系と、上記照射光の上記反射面からの反
射光の光路長の変化から上記照射光の焦点位置と反射面
との位置ずれを検出する合焦ずれ検出手段とを有してお
り、カンチレバーの変位を、この焦点位置のずれから検
出することを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー
微小変位センサー。 - 【請求項５】上記微小変位検出手段は、カンチレバーの
変位を、上記カンチレバーの固定端部に介在して設けた
圧電体の逆起電力から検出することを特徴とする請求項
１に記載のカンチレバー微小変位センサー。 - 【請求項６】一端が圧電駆動体を介して固定された微小
形状の薄膜よりなるカンチレバーと、 上記カンチレバーの自由端面上に設けられた検出領域
と、 上記カンチレバーの検出領域に形成される薄膜に起因す
るカンチレバーの変位を検出すると共に、これを補償す
る方向に上記圧電駆動体によりカンチレバーを駆動する
サーボ制御手段と、 上記サーボ制御手段のサーボ量を検出するサーボ量検出
手段と、 上記検出されたサーボ量から上記物質のカンチレバーへ
の作用量を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
るカンチレバー微小変位センサー。 - 【請求項７】上記サーボ制御手段は、上記カンチレバー
の自由端面に立設した導電性探針とこの探針と対向して
設けた導電性基準面との間にバイアス電圧を印加した時
に流れるトンネル電流を検出し、これを一定に保つサー
ボ制御を行うことを特徴とする請求項６に記載のカンチ
レバー微小変位センサー。 - 【請求項８】上記サーボ制御手段は、上記カンチレバー
上に設けた反射面と、上記反射面に光源からの光を合焦
する照射光学系と、上記照射光の上記反射面からの反射
光の光路長の変化から上記照射光の焦点位置と反射面と
の位置ずれを検出する焦点ずれ検出手段とを有してお
り、この焦点位置のずれをなくす、あるいは一定に保つ
サーボ制御を行うことを特徴とする請求項６に記載のカ
ンチレバー微小変位センサー。 - 【請求項９】上記検出領域は、上記カンチレバーを覆う
ごとく設けられたハウジングのカンチレバー先端部と対
応する壁部に設けられた開口によって規定されることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のカン
チレバー微小変位センサー。 - 【請求項１０】前記カンチレバーを構成する材料はシリ
コンを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
１項に記載のカンチレバー微小変位センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6442190A JP2955320B2 (ja) | 1989-03-17 | 1990-03-16 | カンチレバー微小変位センサー |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6556689 | 1989-03-17 | ||
| JP1-65566 | 1989-03-17 | ||
| JP6442190A JP2955320B2 (ja) | 1989-03-17 | 1990-03-16 | カンチレバー微小変位センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH039207A JPH039207A (ja) | 1991-01-17 |
| JP2955320B2 true JP2955320B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=26405536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6442190A Expired - Lifetime JP2955320B2 (ja) | 1989-03-17 | 1990-03-16 | カンチレバー微小変位センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2955320B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100657126B1 (ko) * | 1999-12-23 | 2006-12-15 | 주식회사 케이티 | 복권 기능을 갖는 선불카드 |
| JP5791431B2 (ja) * | 2011-08-30 | 2015-10-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 |
| CN106813565B (zh) * | 2017-03-14 | 2019-07-30 | 温州大学 | 轴向柱塞泵织构化滑靴副油膜厚度测试装置 |
| CN116972738B (zh) * | 2023-07-31 | 2024-04-16 | 无锡物联网创新中心有限公司 | Mems悬空薄膜结构悬空高度的检测方法 |
-
1990
- 1990-03-16 JP JP6442190A patent/JP2955320B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH039207A (ja) | 1991-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5079958A (en) | Sensor having a cantilever | |
| US7707873B2 (en) | Three-dimensional nanoscale metrology using FIRAT probe | |
| US7461543B2 (en) | Overlay measurement methods with firat based probe microscope | |
| US7441447B2 (en) | Methods of imaging in probe microscopy | |
| US7552625B2 (en) | Force sensing integrated readout and active tip based probe microscope systems | |
| US8220318B2 (en) | Fast microscale actuators for probe microscopy | |
| US7637149B2 (en) | Integrated displacement sensors for probe microscopy and force spectroscopy | |
| US20130278937A1 (en) | Integrated Displacement Sensors for Probe Microscopy and Force Spectroscopy | |
| EP0422548B1 (en) | Atomic force microscope | |
| US5420688A (en) | Interferometric fiber optic displacement sensor | |
| US5465611A (en) | Sensor head for use in atomic force microscopy and method for its production | |
| EP0440268B1 (en) | Atomic force sensor head with interferometric measurement of the properties of a data store | |
| US7916306B2 (en) | Optical device comprising a cantilever and method of fabrication and use thereof | |
| US20080011046A1 (en) | Displacement Method for Determining the Spring Constant of Scanning Probe Microscope Cantileers using MEMS Actuators | |
| Gotszalk et al. | Tip-based nano-manufacturing and-metrology | |
| JP2955320B2 (ja) | カンチレバー微小変位センサー | |
| US10302673B2 (en) | Miniaturized and compact probe for atomic force microscopy | |
| Sarioglu et al. | High-resolution nanomechanical mapping using interferometric-force-sensing AFM probes | |
| Jenkins et al. | Measurement of the modal shapes of inhomogeneous cantilevers using optical beam deflection | |
| JP2008241619A (ja) | カンチレバー、バイオセンサ、及びプローブ顕微鏡 | |
| US7395697B2 (en) | Force method for determining the spring constant of scanning probe microscope cantilevers using MEMS actuators | |
| Trolier-McKinstry et al. | Optical fibers with patterned ZnO/electrode coatings for flexural actuators | |
| Hammond | Atom interferometry--dispersive index of refraction and rotation induced phase shifts for matter-waves | |
| Huang et al. | Interferometry for piezoelectric materials and thin films | |
| Salehi-Khojin | Vibration analysis of piezoelectric microcantilever sensors |