JP3188022B2 - 集積型ａｆｍセンサー駆動回路 - Google Patents
集積型ａｆｍセンサー駆動回路Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子力間力顕微鏡に用
いる集積型ＡＦＭセンサー駆動回路に関する。
いる集積型ＡＦＭセンサー駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】BinnigやRohrer等によって発明された走
査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ；
査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ；
【０００３】Scanning Tunneling Microscope ）は、試
料を原子サイズオーダーの分解能で観察できる装置とし
てよく知られている。ところが、ＳＴＭが観察できる試
料は導電性のものに限られている。
料を原子サイズオーダーの分解能で観察できる装置とし
てよく知られている。ところが、ＳＴＭが観察できる試
料は導電性のものに限られている。
【０００４】そこでＳＴＭにおけるサーボ技術を始めと
する要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し難かっ
た絶縁性の試料を原子サイズオーダーの精度で観察する
ことのできる顕微鏡として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が
提案された。このＡＦＭは、例えば、特開昭６２−１３
０３０２号公報（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）に開示されている。
する要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し難かっ
た絶縁性の試料を原子サイズオーダーの精度で観察する
ことのできる顕微鏡として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が
提案された。このＡＦＭは、例えば、特開昭６２−１３
０３０２号公報（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）に開示されている。
【０００５】ＡＦＭの構造はＳＴＭに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。ＡＦ
Ｍでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカンチ
レバーを、試料に対向・近接してあり、探針の先端の原
子と試料原子との間に働く相互作用力により、変位する
カンチレバーの動きを電気的あるいは光学的にとらえて
測定しつつ、試料をＸＹ方向に走査し、カンチレバーの
探針部との位置関係を相対的に変化させることによっ
て、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダで三次元的
にとらえることができる。
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。ＡＦ
Ｍでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカンチ
レバーを、試料に対向・近接してあり、探針の先端の原
子と試料原子との間に働く相互作用力により、変位する
カンチレバーの動きを電気的あるいは光学的にとらえて
測定しつつ、試料をＸＹ方向に走査し、カンチレバーの
探針部との位置関係を相対的に変化させることによっ
て、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダで三次元的
にとらえることができる。
【０００６】ところで、ＡＦＭにおいては、カンチレバ
ーの変位を測定する変位測定センサーは、カンチレバー
とは別途に設けるのが一般的である。しかし最近では、
カンチレバー自体に変位を測定できる機能を付加した集
積型ＡＦＭセンサーが
ーの変位を測定する変位測定センサーは、カンチレバー
とは別途に設けるのが一般的である。しかし最近では、
カンチレバー自体に変位を測定できる機能を付加した集
積型ＡＦＭセンサーが
【０００７】M.Tortonese らにより提案されている。こ
の集積型ＡＦＭセンサーは、例えば、M.Tortonese,H.Ya
mada,R.C.Barrett and C.F.Quate:Transducers and Sen
sors'91:Atomic force microscopy using a piezoresis
tive cantilever やＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２３９８等
に開示されている。
の集積型ＡＦＭセンサーは、例えば、M.Tortonese,H.Ya
mada,R.C.Barrett and C.F.Quate:Transducers and Sen
sors'91:Atomic force microscopy using a piezoresis
tive cantilever やＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２３９８等
に開示されている。
【０００８】集積型ＡＦＭセンサーの測定原理としては
圧電抵抗効果を利用している。すなわち、探針先端を測
定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互作用力
によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カンチ
レバー部には抵抗層が積層されていて、カンチレバーの
歪みに応じてその抵抗値が変化する。従って、抵抗層に
対して電極部より定電圧を加えておけば、カンチレバー
の歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変化し、電流の
変化を検出することにより、カンチレバーの変位量を知
ることが出来る。
圧電抵抗効果を利用している。すなわち、探針先端を測
定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互作用力
によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カンチ
レバー部には抵抗層が積層されていて、カンチレバーの
歪みに応じてその抵抗値が変化する。従って、抵抗層に
対して電極部より定電圧を加えておけば、カンチレバー
の歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変化し、電流の
変化を検出することにより、カンチレバーの変位量を知
ることが出来る。
【０００９】この様な集積型ＡＦＭセンサーは、構成が
極めて簡単で小型であることから、カンチレバー側を走
査するいわゆるスタンドアロン型のＡＦＭを構成できる
ようになると期待されている。従来のＡＦＭでは試料を
ＸＹ方向に動かしてカンチレバー先端の探針との相対的
位置関係を変化させるため、装置の共振周波数などの関
係より試料の大きさが最大数ｃｍ程度に限られるが、ス
タンドアロン型のＡＦＭは、このような試料の大きさの
制限を取り除くことができると言う利点がある。
極めて簡単で小型であることから、カンチレバー側を走
査するいわゆるスタンドアロン型のＡＦＭを構成できる
ようになると期待されている。従来のＡＦＭでは試料を
ＸＹ方向に動かしてカンチレバー先端の探針との相対的
位置関係を変化させるため、装置の共振周波数などの関
係より試料の大きさが最大数ｃｍ程度に限られるが、ス
タンドアロン型のＡＦＭは、このような試料の大きさの
制限を取り除くことができると言う利点がある。
【００１０】以下に、上記した集積型ＡＦＭセンサーの
製造方法について説明する。スタートウェハー１００と
して、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハー１１
０の上に酸化シリコンの分離層１１２を介してシリコン
層１１４を設けたもの、例ええば貼り合わせウェハーを
用意する。このシリコン層１１４の極表面にイオンイン
プランテーションによりボロン（Ｂ）を打ち込んでピエ
ゾ抵抗層１１６を形成し、図４（ｄ）に図示した形状に
パターニングした後、表面を酸化シリコン膜１１８で覆
う。
製造方法について説明する。スタートウェハー１００と
して、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハー１１
０の上に酸化シリコンの分離層１１２を介してシリコン
層１１４を設けたもの、例ええば貼り合わせウェハーを
用意する。このシリコン層１１４の極表面にイオンイン
プランテーションによりボロン（Ｂ）を打ち込んでピエ
ゾ抵抗層１１６を形成し、図４（ｄ）に図示した形状に
パターニングした後、表面を酸化シリコン膜１１８で覆
う。
【００１１】そしてカンチレバーの固定端側にボンディ
ング用の穴をあけ、アルミニウムをスパッタリングして
電極１２０を形成する。さらに、シリコンウェハー１１
０の下側にレジスト層１２２を形成し、このレジスト層
に湿式異方性エッチングにより開口を形成して図４
（ｂ）を得る。
ング用の穴をあけ、アルミニウムをスパッタリングして
電極１２０を形成する。さらに、シリコンウェハー１１
０の下側にレジスト層１２２を形成し、このレジスト層
に湿式異方性エッチングにより開口を形成して図４
（ｂ）を得る。
【００１２】続いて、オーミックコンタクトをとるため
の熱処理をした後、レジスト層１２２をマスクとしてフ
ッ酸により分離層１１２までエッチングしてカンチレバ
ー部１２４を形成して集積型ＡＦＭセンサーが完成す
る。その側断面図を図４（ｃ）に、その上面図を図４
（ｄ）に示す。
の熱処理をした後、レジスト層１２２をマスクとしてフ
ッ酸により分離層１１２までエッチングしてカンチレバ
ー部１２４を形成して集積型ＡＦＭセンサーが完成す
る。その側断面図を図４（ｃ）に、その上面図を図４
（ｄ）に示す。
【００１３】このようにして作製した集積型ＡＦＭセン
サーでは、測定の際に、２つの電極１２０の間に数ボル
ト以下のＤＣ電圧を印加し、カンチレバー部１２４の先
端を試料に接近させる。カンチレバー部１２４の先端と
試表面の原子間に相互作用力が働くと、カンチレバー部
１２４が変位する。これに応じてピエゾ抵抗層１１６の
抵抗値が変化するため、カンチレバー部１２４の変位が
２つの電極１２０の間に流れる電流信号として得られ
る。
サーでは、測定の際に、２つの電極１２０の間に数ボル
ト以下のＤＣ電圧を印加し、カンチレバー部１２４の先
端を試料に接近させる。カンチレバー部１２４の先端と
試表面の原子間に相互作用力が働くと、カンチレバー部
１２４が変位する。これに応じてピエゾ抵抗層１１６の
抵抗値が変化するため、カンチレバー部１２４の変位が
２つの電極１２０の間に流れる電流信号として得られ
る。
【００１４】図５は上記した集積型ＡＦＭセンサーを用
いて変位量測定を行う回路を示す。ピエゾ抵抗カンチレ
バーの端子１２０には、直流定電圧電源３０２と電流計
測用のオペアンプ３０３が接続されている。例えば、直
流定電圧電源３０２の電位を＋５Ｖとすれば、同図の上
側のピエゾ抵抗カンチレバーの端子１２０の電位は＋５
Ｖに保たれる。もう一方のピエゾ抵抗カンチレバーの端
子１２０は、オペアンプの非反転入力端子（＋）がＧＮ
Ｄ電位に保たれていることから、ＧＮＤ電位に保たれ
る。
いて変位量測定を行う回路を示す。ピエゾ抵抗カンチレ
バーの端子１２０には、直流定電圧電源３０２と電流計
測用のオペアンプ３０３が接続されている。例えば、直
流定電圧電源３０２の電位を＋５Ｖとすれば、同図の上
側のピエゾ抵抗カンチレバーの端子１２０の電位は＋５
Ｖに保たれる。もう一方のピエゾ抵抗カンチレバーの端
子１２０は、オペアンプの非反転入力端子（＋）がＧＮ
Ｄ電位に保たれていることから、ＧＮＤ電位に保たれ
る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置においては、集積型ＡＦＭセンサーを駆動するとき
には、直流電圧をピエゾ抵抗層に印加しており、例え
ば、集積型ＡＦＭセンサーのピエゾ抵抗層の両端を０Ｖ
（ＧＮＤ）と＋５Ｖに保ってピエゾ抵抗層に流れる電流
を検知したとき、ピエゾ抵抗層のほぼ中心に位置する探
針部あるいはその周辺の電位は＋２．５Ｖになる。
装置においては、集積型ＡＦＭセンサーを駆動するとき
には、直流電圧をピエゾ抵抗層に印加しており、例え
ば、集積型ＡＦＭセンサーのピエゾ抵抗層の両端を０Ｖ
（ＧＮＤ）と＋５Ｖに保ってピエゾ抵抗層に流れる電流
を検知したとき、ピエゾ抵抗層のほぼ中心に位置する探
針部あるいはその周辺の電位は＋２．５Ｖになる。
【００１６】一方、探針に相対する測定試料あるいは試
料台の電位は一般に０Ｖに設定されるので、従来の構成
では、測定中、探針と測定試料間には静電引力が働く。
この静電力は、探針と測定試料間に働く極めて小さな力
を検知しようとするＡＦＭ測定においては、無視できな
い外乱力となる。そしてその結果、ＡＦＭによる高分解
能測定が阻害される。
料台の電位は一般に０Ｖに設定されるので、従来の構成
では、測定中、探針と測定試料間には静電引力が働く。
この静電力は、探針と測定試料間に働く極めて小さな力
を検知しようとするＡＦＭ測定においては、無視できな
い外乱力となる。そしてその結果、ＡＦＭによる高分解
能測定が阻害される。
【００１７】本発明の集積型ＡＦＭセンサー駆動回路は
このような課題に着目してなされたものであり、その目
的とするところは、ＡＦＭ測定中、探針周辺の測定試料
あるいは測定試料台に対する電位差をほぼ零に保持する
ことによって、探針と測定試料間に測定対象以外の力が
発生するのを防止できる集積型ＡＦＭセンサー駆動回路
を提供することにある。
このような課題に着目してなされたものであり、その目
的とするところは、ＡＦＭ測定中、探針周辺の測定試料
あるいは測定試料台に対する電位差をほぼ零に保持する
ことによって、探針と測定試料間に測定対象以外の力が
発生するのを防止できる集積型ＡＦＭセンサー駆動回路
を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、支持部より伸びたカンチレバーの表面
に、該カンチレバーの歪みに応じて抵抗値の変化する抵
抗層と、上記カンチレバーの自由端側であって、カンチ
レバーに対して上記支持部とは反対側の面に配設された
探針とを具備する集積型ＡＦＭセンサー駆動回路におい
て、ＡＦＭ測定中は、探針周辺の測定試料あるいは測定
試料台に対する電位差がほぼ零となるように集積型ＡＦ
Ｍセンサーに電圧を印加する電圧調整手段をさらに具備
する。
めに、本発明は、支持部より伸びたカンチレバーの表面
に、該カンチレバーの歪みに応じて抵抗値の変化する抵
抗層と、上記カンチレバーの自由端側であって、カンチ
レバーに対して上記支持部とは反対側の面に配設された
探針とを具備する集積型ＡＦＭセンサー駆動回路におい
て、ＡＦＭ測定中は、探針周辺の測定試料あるいは測定
試料台に対する電位差がほぼ零となるように集積型ＡＦ
Ｍセンサーに電圧を印加する電圧調整手段をさらに具備
する。
【００１９】
【作用】すなわち、本発明の集積型ＡＦＭセンサー駆動
回路においては、ＡＦＭ測定中、探針周辺の測定試料あ
るいは測定試料台に対する電位差がほぼ零となるような
駆動電圧を集積型ＡＦＭセンサーに印加する。
回路においては、ＡＦＭ測定中、探針周辺の測定試料あ
るいは測定試料台に対する電位差がほぼ零となるような
駆動電圧を集積型ＡＦＭセンサーに印加する。
【００２０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例に係る
集積型ＡＦＭセンサー駆動回路を説明する。図１は第１
実施例に係る集積型ＡＦＭセンサー駆動回路の構成図で
ある。
集積型ＡＦＭセンサー駆動回路を説明する。図１は第１
実施例に係る集積型ＡＦＭセンサー駆動回路の構成図で
ある。
【００２１】本実施例の集積型ＡＦＭセンサー駆動回路
１００は、図に示すように、所定の電圧を印加すべく、
集積型ＡＦＭセンサーのピエゾ抵抗カンチレバー（ピエ
ゾ抵抗層）１０１端に接続されている。
１００は、図に示すように、所定の電圧を印加すべく、
集積型ＡＦＭセンサーのピエゾ抵抗カンチレバー（ピエ
ゾ抵抗層）１０１端に接続されている。
【００２２】ピエゾ抵抗カンチレバー１０１に流れる電
流ｉは電流電圧変換を行うオペアンプＵ２で検出された
後、オペアンプＵ１により増幅され、以後、ＡＦＭ装置
において通常の変位センサーからの変位信号出力として
扱われる。
流ｉは電流電圧変換を行うオペアンプＵ２で検出された
後、オペアンプＵ１により増幅され、以後、ＡＦＭ装置
において通常の変位センサーからの変位信号出力として
扱われる。
【００２３】直流定電圧電源Ｕ７の直流電圧は、電位差
調整用のオペアンプＵ４及び可変抵抗Ｒ１と、オフセッ
ト電圧調整用のオペアンプＵ５及び可変抵抗Ｒ２と、ゲ
インが１倍のオペアンプＵ３を介して、ピエゾ抵抗カン
チレバー１０１の両端子Ａ，Ｂに印加される。
調整用のオペアンプＵ４及び可変抵抗Ｒ１と、オフセッ
ト電圧調整用のオペアンプＵ５及び可変抵抗Ｒ２と、ゲ
インが１倍のオペアンプＵ３を介して、ピエゾ抵抗カン
チレバー１０１の両端子Ａ，Ｂに印加される。
【００２４】例えば、低電圧電源Ｕ７の電源電圧が＋３
Ｖのとき、オフセット電圧を１．５Ｖとなるようにオフ
セット電圧調整用の可変抵抗Ｒ２を調整すると、ピエゾ
抵抗カンチレバー１０１の両端子Ａ，Ｂにはそれぞれ＋
１．５Ｖと−１．５Ｖが印加され、探針１０２周辺は０
Ｖに保たれる。
Ｖのとき、オフセット電圧を１．５Ｖとなるようにオフ
セット電圧調整用の可変抵抗Ｒ２を調整すると、ピエゾ
抵抗カンチレバー１０１の両端子Ａ，Ｂにはそれぞれ＋
１．５Ｖと−１．５Ｖが印加され、探針１０２周辺は０
Ｖに保たれる。
【００２５】その結果、チューブスキャナ１０４の試料
台部分に置かれた測定試料１０３の電位をＧＮＤ電位に
した場合、探針１０２と測定試料１０３の間に静電引力
は働かず、高分解能のＡＦＭ測定が可能となる。以下に
本発明の第２実施例を説明する。第１実施例ではピエゾ
抵抗カンチレバー１０１に印加される電圧が直流電圧の
場合について説明したが、第２実施例では交番電圧を印
加する。
台部分に置かれた測定試料１０３の電位をＧＮＤ電位に
した場合、探針１０２と測定試料１０３の間に静電引力
は働かず、高分解能のＡＦＭ測定が可能となる。以下に
本発明の第２実施例を説明する。第１実施例ではピエゾ
抵抗カンチレバー１０１に印加される電圧が直流電圧の
場合について説明したが、第２実施例では交番電圧を印
加する。
【００２６】すなわち、第２実施例では、図２に示すよ
うに、直流定電圧電源Ｕ７を交流電圧が出力される交流
電圧源Ｕ８に交換した。また、端子Ｃより得られる出力
信号をロックイン検出回路を通し、高精度の微弱信号検
出ができるような構成とした。
うに、直流定電圧電源Ｕ７を交流電圧が出力される交流
電圧源Ｕ８に交換した。また、端子Ｃより得られる出力
信号をロックイン検出回路を通し、高精度の微弱信号検
出ができるような構成とした。
【００２７】第２実施例では、両端子Ａ，Ｂに位相が１
８０°異なる電位が加わるので探針１０２周辺の電位は
常に０Ｖであり、探針１０２と測定試料１０３間に静電
引力が働かないため、高精度のＡＦＭ測定ができる。以
下に第３実施例として、図１に示す集積型ＡＦＭセンサ
ー駆動回路１００のオフセット電圧調整回路を使う例に
ついて説明する。
８０°異なる電位が加わるので探針１０２周辺の電位は
常に０Ｖであり、探針１０２と測定試料１０３間に静電
引力が働かないため、高精度のＡＦＭ測定ができる。以
下に第３実施例として、図１に示す集積型ＡＦＭセンサ
ー駆動回路１００のオフセット電圧調整回路を使う例に
ついて説明する。
【００２８】第３実施例の集積型ＡＦＭセンサー駆動回
路１００では、オフセット電圧調整用可変抵抗Ｒ２を、
第１実施例において設定したＧＮＤ電位から持ち上げる
ことによって、ピエゾ抵抗カンチレバー１０１の両端子
Ａ，Ｂにオフセット電圧を印加することができる。例え
ば、直流定電圧電源Ｕ７の電圧を＋３Ｖとし、オフセッ
ト電圧調整用可変抵抗Ｒ２をＧＮＤ電位より＋１Ｖとし
た場合、ピエゾ抵抗カンチレバー１０１の両端子Ａ，Ｂ
には＋４Ｖと−２Ｖが印加される。その結果、探針１０
２周辺の電位は＋１Ｖにオフセットされる。
路１００では、オフセット電圧調整用可変抵抗Ｒ２を、
第１実施例において設定したＧＮＤ電位から持ち上げる
ことによって、ピエゾ抵抗カンチレバー１０１の両端子
Ａ，Ｂにオフセット電圧を印加することができる。例え
ば、直流定電圧電源Ｕ７の電圧を＋３Ｖとし、オフセッ
ト電圧調整用可変抵抗Ｒ２をＧＮＤ電位より＋１Ｖとし
た場合、ピエゾ抵抗カンチレバー１０１の両端子Ａ，Ｂ
には＋４Ｖと−２Ｖが印加される。その結果、探針１０
２周辺の電位は＋１Ｖにオフセットされる。
【００２９】第３実施例の構成は、測定試料１０３が、
例えば電気２重層を形成するようなものであった場合に
有効である。チューブスキャナ１０４の試料台部分をＧ
ＮＤ電位に落して、そのような測定試料１０３を置いて
も、試料面に極めて近接した位置に探針１０２を配置し
て測定を行うＡＦＭなどの走査型プローブ顕微鏡おいて
は電気２重層に起因する電位の影響を受けやすいからで
ある。したがって、第３実施例においては、それを補償
する目的でオフセット機能を付加してある。
例えば電気２重層を形成するようなものであった場合に
有効である。チューブスキャナ１０４の試料台部分をＧ
ＮＤ電位に落して、そのような測定試料１０３を置いて
も、試料面に極めて近接した位置に探針１０２を配置し
て測定を行うＡＦＭなどの走査型プローブ顕微鏡おいて
は電気２重層に起因する電位の影響を受けやすいからで
ある。したがって、第３実施例においては、それを補償
する目的でオフセット機能を付加してある。
【００３０】図３は本発明の第４実施例を示す構成図で
ある。同図において、オペアンプ２００のプラス側入力
端子に所定の電圧Ｖo を印加する。オペアンプ２００の
出力端子とマイナス側入力端子はそれぞれピエゾ抵抗カ
ンチレバー１０１の両端に接続されている。さらにオペ
アンプ２００のマイナス側入力端子には抵抗値Ｒo を有
する抵抗が接続されている。この抵抗値Ｒo はピエゾ抵
抗カンチレバー１０１のピエゾ抵抗の略中央値（ピエゾ
抵抗がねじれやたわみによってＲL からＲU まで変化す
るとすれば、Ｒo ＝（ＲL ＋ＲU ）／２となる）に設定
される。このような構成において、オペアンプ２００の
マイナス側入力端子に所定の電圧Ｖo の３倍の電圧を印
加すれば、オペアンプ２００の出力電圧はＶout ＝Ｖ0
（１−２Ｒ／Ｒo ）となる。ここでＲはピエゾ抵抗カン
チレバー１０１の抵抗値を表わす。
ある。同図において、オペアンプ２００のプラス側入力
端子に所定の電圧Ｖo を印加する。オペアンプ２００の
出力端子とマイナス側入力端子はそれぞれピエゾ抵抗カ
ンチレバー１０１の両端に接続されている。さらにオペ
アンプ２００のマイナス側入力端子には抵抗値Ｒo を有
する抵抗が接続されている。この抵抗値Ｒo はピエゾ抵
抗カンチレバー１０１のピエゾ抵抗の略中央値（ピエゾ
抵抗がねじれやたわみによってＲL からＲU まで変化す
るとすれば、Ｒo ＝（ＲL ＋ＲU ）／２となる）に設定
される。このような構成において、オペアンプ２００の
マイナス側入力端子に所定の電圧Ｖo の３倍の電圧を印
加すれば、オペアンプ２００の出力電圧はＶout ＝Ｖ0
（１−２Ｒ／Ｒo ）となる。ここでＲはピエゾ抵抗カン
チレバー１０１の抵抗値を表わす。
【００３１】これより、Ｒ＝Ｒo のときにはＶout ＝−
Ｖo となりピエゾ抵抗カンチレバー１０１のＢ端子には
電圧−Ｖo が印加される。一方、Ａ端子はオペアンプ２
００の入力がイマジナリーショートの関係になっている
ので、電圧Ｖo が印加される。従って、この状態では探
針１０２はほぼ０ボルトの電位になっている。
Ｖo となりピエゾ抵抗カンチレバー１０１のＢ端子には
電圧−Ｖo が印加される。一方、Ａ端子はオペアンプ２
００の入力がイマジナリーショートの関係になっている
ので、電圧Ｖo が印加される。従って、この状態では探
針１０２はほぼ０ボルトの電位になっている。
【００３２】また、ピエゾ抵抗カンチレバー１０１の抵
抗値がＲo からずれたときには探針１０２の電位は０ボ
ルトからずれることになるが、このずれは非常に小さい
ので、実用上は無視し得る。したがって、オペアンプ２
００の出力端子からは、−Ｖo ボルトを中心にピエゾ抵
抗カンチレバー１０１の抵抗値の変化に応じた電圧が出
力される。第４実施例においては、このように非常に簡
単な構成で、探針１０２を零電位に保ったまま高分解能
の測定を行なうことができる。
抗値がＲo からずれたときには探針１０２の電位は０ボ
ルトからずれることになるが、このずれは非常に小さい
ので、実用上は無視し得る。したがって、オペアンプ２
００の出力端子からは、−Ｖo ボルトを中心にピエゾ抵
抗カンチレバー１０１の抵抗値の変化に応じた電圧が出
力される。第４実施例においては、このように非常に簡
単な構成で、探針１０２を零電位に保ったまま高分解能
の測定を行なうことができる。
【００３３】なお、上記した図４の集積型ＡＦＭセンサ
ーでは、探針として機能する先端部は酸化シリコンであ
り、探針部とピエゾ抵抗層が電位的に絶縁されている
が、各々０Ｖに保たれているピエゾ抵抗層と測定試料の
間に探針部が位置しているので、本発明の駆動回路は有
効に作用する。
ーでは、探針として機能する先端部は酸化シリコンであ
り、探針部とピエゾ抵抗層が電位的に絶縁されている
が、各々０Ｖに保たれているピエゾ抵抗層と測定試料の
間に探針部が位置しているので、本発明の駆動回路は有
効に作用する。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ＡＦ
Ｍ測定中、探針周辺の測定試料あるいは測定試料台に対
する電位差をほぼ零に保持するので、探針と測定試料間
に測定対象以外の力が発生するのを防ぐことができ、高
分解能の集積型ＡＦＭセンサー出力を得ることができ
る。
Ｍ測定中、探針周辺の測定試料あるいは測定試料台に対
する電位差をほぼ零に保持するので、探針と測定試料間
に測定対象以外の力が発生するのを防ぐことができ、高
分解能の集積型ＡＦＭセンサー出力を得ることができ
る。
【図１】第１実施例に係る集積型ＡＦＭセンサー駆動回
路の構成図である。
路の構成図である。
【図２】第２実施例に係る集積型ＡＦＭセンサー駆動回
路の構成図である。
路の構成図である。
【図３】第４実施例に係る集積型ＡＦＭセンサー駆動回
路の構成図である。
路の構成図である。
【図４】従来の集積型ＡＦＭセンサーの製造工程を説明
するための図である。
するための図である。
【図５】変位量測定を行うための回路を示す図である。
１０１…ピエゾ抵抗カンチレバー、１０２…探針、１０
３…測定試料、１０４…チューブスキャナ、Ｕ１〜Ｕ６
…オペアンプ、Ｕ７…直流定電圧電源、Ｕ８…交流電圧
源、Ｒ１，Ｒ２…抵抗。
３…測定試料、１０４…チューブスキャナ、Ｕ１〜Ｕ６
…オペアンプ、Ｕ７…直流定電圧電源、Ｕ８…交流電圧
源、Ｒ１，Ｒ２…抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−366702（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−72504（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 7/00 - 7/34 102 G01N 13/10 - 13/24
Claims (6)
- 【請求項１】 支持部より伸びたカンチレバーの表面
に、前記カンチレバーの歪みに応じて抵抗値の変化する
抵抗層と、前記 カンチレバーの自由端側であって、カンチレバーに
対して前記支持部とは反対側の面に配設された探針とを
具備した集積型AFMセンサー駆動回路において、 AFM測定中は、探針周辺の測定試料あるいは測定試料台
に対する電位差がほぼ零となるように集積型AFMセンサ
ーに電圧を印加する電圧調整手段をさらに具備したこと
を特徴とする集積型AFMセンサー駆動回路。 - 【請求項２】 ピエゾ抵抗層の両端子に極性の異なる同
じ絶対値の電圧を印加することを特徴とする請求項１に
記載の集積型AFMセンサー駆動回路。 - 【請求項３】 前記ピエゾ抵抗層の両端子に印加する電
圧は直流電圧であることを特徴とする請求項１または２
に記載の集積型AFMセンサー駆動回路。 - 【請求項４】 前記ピエゾ抵抗層の両端子に印加する電
圧は交番電圧であることを特徴とする請求項１または２
に記載の集積型AFMセンサー駆動回路。 - 【請求項５】 前記集積型AFMセンサー駆動回路は、オ
ペアンプのプラス側入力端子に所定の電圧V0を印加し、
出力端子とマイナス入力端子はピエゾ抵抗層の両端に接
続され、さらに、オペアンプのマイナス側入力端子には
抵抗値R0を有する抵抗が接続され、この抵抗値R0はピエ
ゾ抵抗の略中央値に設定されることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載の集積型AFMセンサー駆動
回路。 - 【請求項６】 支持部より伸びたカンチレバーの表面
に、前記カンチレバーの歪みに応じて抵抗値の変化する
抵抗層と、 前記カンチレバーの自由端側であって、カンチレバーに
対して前記支持部とは反対側の面に配設された探針とを
具備した集積型AFMセンサー駆動回路において、 AFM測定中は、探針周辺の測定試料あるいは測定試料台
に対する電位差が所定の値になるように集積型AFMセン
サーに電圧を印加するオフセット電圧調整手段をさらに
具備したことを特徴とする集積型AFMセンサー駆動回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06513593A JP3188022B2 (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 集積型ａｆｍセンサー駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06513593A JP3188022B2 (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 集積型ａｆｍセンサー駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273159A JPH06273159A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3188022B2 true JP3188022B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=13278140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06513593A Expired - Fee Related JP3188022B2 (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 集積型ａｆｍセンサー駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3188022B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111024988B (zh) * | 2019-12-12 | 2021-07-13 | 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 | 应用于afm-sem混合显微镜系统的prc及其制造方法 |
-
1993
- 1993-03-24 JP JP06513593A patent/JP3188022B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06273159A (ja) | 1994-09-30 |
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