JPH05157555A - 原子間力顕微鏡用プローブ - Google Patents

原子間力顕微鏡用プローブ

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JPH05157555A
JPH05157555A JP3324710A JP32471091A JPH05157555A JP H05157555 A JPH05157555 A JP H05157555A JP 3324710 A JP3324710 A JP 3324710A JP 32471091 A JP32471091 A JP 32471091A JP H05157555 A JPH05157555 A JP H05157555A
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JP
Japan
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plate
probe
main body
fulcrum
instruction
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Pending
Application number
JP3324710A
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English (en)
Inventor
Hajime Nakamura
肇 中村
Yoshihiko Suzuki
美彦 鈴木
Takashi Matsubara
隆 松原
Jun Iwasaki
純 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】長時間観察を中断させることなく、異なる曲げ
こわさのプローブで素速く測定を再開することのでき
る、測定の効率のよいプローブを提供する。 【構成】本体と、前記本体に一端を固定され、この一端
を支点とする可撓性のプレートと、前記プレートの他端
に立設された針状のチップとを有し、前記チップの受け
る原子間力を前記プレートの撓みのとして検出する原子
間力顕微鏡において、支点を変更する指示を受け付ける
指示受付部と、前記指示に応じて前記プレートの一端と
他端の間の少なくとも一箇所を前記本体に固定すること
により支点を変更する支点変更手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、試料表面の極めて微細
な構造を観察するための原子間力顕微鏡に用いられるプ
ローブ(測定端子)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の原子間力顕微鏡(AF
M)の概略構成図である。同顕微鏡用プローブは、針状
のチップ1とプレート部2と本体4からなる。図3は、
従来のプローブの先端部分の拡大図である。図2、図3
からわかるように、プレート2の一端は、本体4に固定
されており、プレート2の他端には三角錐状のチップ1
が立設されている。チップ1は円錐、四角錐などの形状
をとる場合もある。プローブは、z−駆動装置(図示せ
ず)に取り付けられたプローブホルダ(図示せず)によ
り保持されz軸方向に駆動可能である。
【0003】観察用の試料5は、xyz−走査系(ピエ
ゾ駆動型xyzステージ)7に装着されている。チップ
1先端をz−駆動装置により、試料5の表面のごく近距
離に接近させると、Pauliの排他律による斥力が試
料5の表面とチップ1の先端との間に作用し、プレート
部2にたわみが生じる。
【0004】このたわみの変位量を光学的手段を用いた
変位検出器で検出する。図2に示したのは、レーザ光1
2をプレート部2へ斜入射させて、その反射光の角度変
化をフォトディテクタ6で検出する方法の例である。こ
の検出した変位量が一定になるように、圧電素子等を利
用したz−駆動装置により、チップ1の先端の位置を制
御しながら、同時に、試料5をxyz−走査系によりx
y方向に走査することにより、試料表面の凹凸構造を原
子的スケールの分解能で知ることができる。
【0005】同顕微鏡を用いて観察できる試料は、金
属、生物、高分子など様々な材料であり、またそれらの
形態もバルク、薄膜、粘性の高いゲルなど多岐にわたっ
ている。これらの試料は、それぞれ適した曲げこわさを
持つプローブで測定する必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、原子間
力顕微鏡においては、試料によって曲げこわさ(fle
xural rigidity)の異なるプローブを用
意することが必要である。しかし、新規の試料では、ど
の程度の曲げこわさを持つプローブが測定に適している
かを測定前に知ることは難しく、とりあえず観察者の判
断でプローブを選択して装着し、測定をおこなっては、
現在装着しているプローブとの相対的な比較で適当と思
われるプローブに交換していた。
【0007】しかし、最適なプローブを1回のためし測
定で、見つけることは難しく、何度もプローブを交換す
ることも珍しくなかった。ところが、プローブを交換し
新たに試料をセットする作業は時間がかかり、特に真空
中や水中等の外気から遮断して観察を行っている場合に
は特に時間がかかるため、測定の効率が極端に低下して
しまうという問題があった。このように、長時間の中断
は、生体等ダメージを受けやすい試料に変質等の問題を
引き起こしやすく、また、プローブを交換することによ
り、試料表面の同一場所を観察することが難しくなるの
で、さらに観察効率を低化させてしまう。
【0008】本発明は、長時間観察を中断させることな
く、異なる曲げこわさのプローブで素速く測定を再開す
ることのできる、測定の効率のよいプローブを提供する
ことを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、本体と、前記本体に一端を固定され、こ
の一端を支点とする可撓性のプレートと、前記プレート
の他端に立設された針状のチップとを有し、前記チップ
の受ける原子間力を前記プレートの撓みのとして検出す
る原子間力顕微鏡用プローブに、支点を変更する指示を
受け付ける指示受付部と、前記指示に応じて前記プレー
トの一端と他端の間の少なくとも一箇所を前記本体に固
定することにより支点を変更する支点変更手段とを備え
た。
【0010】
【作用】プローブのプレートの曲げこわさは、プレート
の材質および形状によって決まる。本発明では、一端が
本体に固定され、この点を支点とするプレートを、測定
者の指示に応じて、プレートの一端と他端の間の別の箇
所で、本体にさらに固定する支点変更手段を備え、これ
により新たな支点を作る。このような支点変更手段を備
えることで、1つのプローブでありながら、プレートの
一端を支点とする状態と、プレートの途中を支点とする
状態とを測定者の指示で選択することが可能となる。し
たがって、プローブの先端に設けられた針状チップから
支点までの長さは、それぞれの状態によって異なる長さ
となり、異なる複数のプレートの曲げこわさを1つのプ
ローブで実現可能となる。
【0011】支点変更手段は、プレートの一端と他端の
間の少なくとも一箇所を前記本体に固定する。支点変更
手段が固定する点が1ヶ所である場合には、プレートの
端部と途中の1箇所とで、2つの支点を有し、プレート
は2つの曲げこわさを実現可能である。また、支点変更
手段が、複数点を固定可能である場合には、プレートの
端部と、途中の複数箇所の複数の支点を有し、プレート
は2つの曲げこわさを実現可能である。
【0012】このように支点を変更する指示を受け付け
る指示受付部と、支点変更手段を備えたことで、プロー
ブを交換することなく、曲げこわさを変えることができ
る。
【0013】
【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
【0014】図1(a)は本発明の一実施例のプローブ
の断面図、図1(b)は上面図である。本実施例のプロ
ーブは、酸化硅素あるいは窒化硅素の薄膜からなるプレ
ート2と、このプレート2の先端部に立設された針状の
チップ1を備えている。プレート2の一端2aは、シリ
コン単結晶の本体4に固定され、プレート2は固定部の
端部を支点14としている。プレートの針状チップが立
設されている面には、金属からなる電極3が設けられて
いる。また、本体4は、プレート2のチップ1が立設さ
れていない面側に、突出部4aを張り出している。前記
プレートの電極が形成されていない面は、支点14から
突出部4aの端部13にわたり、本体4との間に予め定
められた間隙15を形成している。電極の端部3aは、
突出部の端部13に対応するプレート上に位置するよう
に設けられている。実際の測定時には、針状チップ1の
先端が、試料側一般的には下方を向くように使用する。
金属の電極3は、薄くまた一部に配されているだけなの
で、プレート2の曲げこわさに影響を与えない。
【0015】図5において、プレート2の動作を説明す
る。図5のように、プローブ使用時には、本体4の一部
に電極4bを設け、この電極4bと電極3の端部3bと
の間に電源17を接続する。この場合電極3bと電極4
bは、顕微鏡の操作者の指示を受け付ける指示受付部と
して機能する。スイッチ16がオフすなわち電圧を印加
していないときには、図5(a)のように、プレート2
は、チップ1が受けた試料からの原子間力によって、1
4を支点としてたわむ。
【0016】操作者が、スイッチ16がオンすなわち電
源を印加すると、プレート2と本体4のそれぞれ間隙1
5を挟んで向き合う面には、反対の極性に静電荷が存在
するので、引き付け合い、プレート2は本体の突出部4
の端部13に接触する。したがって、プレートの支点は
13となり、プレートは13を支点として撓む。このよ
うに、電極3および本体4の突出部4aおよび電極4b
は、電圧を印加するか否かによって支点の位置を変更す
る支点変更手段を構成している。電極3b,4bに、電
圧をかけるのをやめれば、再び元の支点14になる。
【0017】このように支点の位置が変更されることに
より、プレートの支点からチップ1までの長さは変わ
り、プレートの曲げこわさも変更される。従って、プロ
ーブを交換することなく異なる曲げこわさのプローブに
よって、測定を行うことができる。
【0018】つぎに、図4を用いてプローブの製作プロ
セスを示す。まず、シリコン基板4にPSG(リンけい
酸ガラス)8を堆積させる(図4(a))。表側にレジ
スト9をコートし(b)、フォトリソによりパターンを
形成し(c)、このレジスト9のパターンをマスクとし
てエッチングし(d)、レジスト9を剥離し図1の間隙
部分となるPSG層8を形成する(e)。次に窒化硅素
膜、あるいは酸化硅素膜10を基板4の両面に堆積し
(f)、さらにアルミ等の金属11を表側に堆積させる
(g)。レジスト9をコートし(h)、フォトリソによ
りチップ1と電極3のパターンを形成し(i)、このレ
ジストパターンをマスクとしてエッチングする(j)。
レジストを剥離した後、もう一度レジスト9をコートし
(k)、フォトリソによりレバーのパターンを形成する
(l)。このパターンをマスクとしてプレート2となる
部分をCF4等のドライエッチングによって形成し、レ
ジストを剥離する(m)。さらに基板4の面にレジスト
9をコートし、バックエッチング用のパターンを形成す
る(n)。このパターンをマスクとしてエッチングを行
ないバックエッチングのマスクとする(o)。KOHあ
るいはEDP(エチレンジアミンとピロカテコールとの
水溶液)等の強アルカリ溶液を用いてシリコンウェハを
エッチングする(p)。最後にPSG8をエッチングし
て除去し、プレート2となる窒化珪素膜10を浮かせ、
さらに個々のプローブに分割する(q)。
【0019】つぎに本発明の別の実施例を図6を用いて
説明する。本実施例では、本体4に3つの突出部34、
35、36を設け、それぞれの位置に対応するプレート
2上に3つの電極31、32、33を設けた。上述の実
施例と同じように、電圧を印加しない場合の図5(a)
のように支点37であるが、それぞれの電極31、3
2、33に電圧を印加することにより、図5(b)、
(c)、(d)の様に支点は、突出部34、35、36
に変更される。このように、複数の変更可能な支点を設
けることにより、1つのプローブで、支点の数と同じ数
の曲げこわさを有するプレートとなる。
【0020】このように、本発明のプローブを用いるこ
とにより、プローブを交換することなく、支点の変更を
指示するのみで異なる曲げこわさのプレートで測定する
ことができる。支点の変更は静電荷の引き合う力で、素
速く行われるので、測定の効率を低下させることはな
い。また、特に真空中やガス中等の外気から遮断して観
察を行っている場合にも、外気に戻すことなくプローブ
の曲げこわさを変更できるので、従来と比較し、測定の
効率を上げることができる。したがって、試料に変質等
の問題を引き起こすことなく、また、チップの先端の位
置は、変わらないので、試料表面の同一場所を続けて観
察することができる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、操作者
の指示に応じて、プレート支点を変更することにより、
長時間観察を中断させることなく、異なる曲げこわさの
プローブで素速く測定を再開することのできる、測定の
効率のよいプローブを提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明による原子間力顕微鏡用プローブ
の一例の断面図、(b)上面図。
【図2】従来の原子間力顕微鏡の構成概略図。
【図3】図2のプレート2の拡大斜視図。
【図4】本発明のプローブの一例を製作するプロセスを
示す断面図。
【図5】図1に示したプローブの動作を示す断面図。
【図6】(a)〜(d)本発明の別の実施例を示す断面
図、(e)上面図。
【符号の説明】
1…針状チップ、2…プレート、3…電極、4…シリコ
ン本体、5…試料、6…フォトディテクタ、7…xyz
ステージ、8…PSG(リンけい酸ガラス)、9…レジ
スト、10…窒化硅素膜、11…アルミ、12…レーザ
ー光、13、14…支点、15…間隙、16…スイッ
チ、17…電源、31、32、33…電極、34、3
5、36…突出部および支点、37…支点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 純 東京都品川区西大井1丁目6番3号 株式 会社ニコン大井製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】本体と、前記本体に一端を固定され、この
    一端を支点とする可撓性のプレートと、前記プレートの
    他端に立設された針状のチップとを有し、前記チップの
    受ける原子間力を前記プレートの撓みとして検出する原
    子間力顕微鏡用プローブにおいて、 支点を変更する指示を受け付ける指示受付部と、前記指
    示に応じて前記プレートの一端と他端の間の少なくとも
    一箇所を前記本体に固定することにより支点を変更する
    支点変更手段とを有することを特徴とする原子間力顕微
    鏡用プローブ。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記支点変更手段は、
    極性の異なる静電荷の引き合う力により前記プレートを
    前記本体に固定することを特徴とする原子間力顕微鏡用
    プローブ。
  3. 【請求項3】請求項2において、前記プレートは絶縁体
    で構成し、少なくとも前記一箇所に対応するプレートの
    上面に第1の電極を設け、前記プレートの下面は前記固
    定された一端から前記本体の前記一箇所にわたり前記本
    体との間に予め定められた間隙を形成し、 前記本体は半導体で構成され、該半導体に第2電極を設
    け、前記第1および第2の電極間に電圧を印加すること
    により、前記間隙をはさむプレートと本体の対向部を接
    触させることを特徴とする原子間力顕微鏡用プローブ。
JP3324710A 1991-12-09 1991-12-09 原子間力顕微鏡用プローブ Pending JPH05157555A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018029151A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-15 Carl Zeiss Smt Gmbh Scanning probe microscope and method for examining a sample surface

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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