JPH06109561A - Force detecting device - Google Patents

Force detecting device

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JPH06109561A
JPH06109561A JP25952292A JP25952292A JPH06109561A JP H06109561 A JPH06109561 A JP H06109561A JP 25952292 A JP25952292 A JP 25952292A JP 25952292 A JP25952292 A JP 25952292A JP H06109561 A JPH06109561 A JP H06109561A
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cantilever
conductive probe
detecting
probe
force
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Junichi Takahashi
淳一 高橋
Motomi Ozaki
元美 尾崎
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the action of a force except an interatomic force among atoms and to enhance the accuracy of measurement by attaching an electric detection means to a cantilever or a joist. CONSTITUTION:A cantilever 20 is deformed by an electrostatic force between an electrostatic charge on a surface of a specimen and a probe 21. The deformation quantity is detected by means of a piezo resistance 22 of an electric detection means provided at a foot part A to be taken outside via patterns 23 so that a force applied to the probe 21 is measured. The cantilever 20 is made of an insulator material and the probe 21 and the resister 22 are electrically insulated from each other so that a voltage of the probe 21 is not influenced by the change of a voltage of the resister 22. Therefore, the action of an electrostatic force except a force among atoms is not generated between the surface of the specimen and the probe 21, thereby improving the accuracy of measurement.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査型力顕微鏡や高分
解能な表面電位計に用いられる力検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force detection device used in a scanning force microscope or a high resolution surface electrometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来における力検出装置としては、力顕
微鏡等に応用された種々のものが発案されている。例え
ば、その第一の従来例として、「ATOMIC FORCE MICROSC
OPYUSING A PIEZORESISTIVE CANTILEVER」、 199
1、IEEEに開示されているものがある。これを、
今、図20及び図21に基づいて説明する。図20にお
いて、台座1の一端部にはU字形をした片持ち梁2が固
定されている。台座1は単結晶シリコン3の表面に酸化
シリコン膜4を形成してなっており、片持ち梁2は単結
晶シリコン3の表面にピエゾ抵抗体5を形成してなって
おり、そのピエゾ抵抗体5は金属配線6にて電気的に接
続されている。
2. Description of the Related Art As conventional force detecting devices, various devices applied to force microscopes have been proposed. For example, as the first conventional example, "ATOMIC FORCE MICROSC
"OPYUSING A PIEZORESISTIVE CANTILEVER", 199
1, some are disclosed in IEEE. this,
Now, description will be made with reference to FIGS. 20 and 21. In FIG. 20, a U-shaped cantilever 2 is fixed to one end of a pedestal 1. The pedestal 1 has a silicon oxide film 4 formed on the surface of the single crystal silicon 3, and the cantilever 2 has a piezoresistor 5 formed on the surface of the single crystal silicon 3. 5 are electrically connected by metal wiring 6.

【0003】このような構成において、片持ち梁2の全
体がU字形の抵抗体になっているため、この片持ち梁2
の先端に加わる力により生じる曲がり(歪)をピエゾ抵
抗体5の抵抗値から検出することができる。図21は、
ピエゾ抵抗体5と固定抵抗7とよりホイーストンブリッ
ジ回路を構成した様子を示すものであり、そのブリッジ
電圧の変化からピエゾ抵抗体5の抵抗変化を検出するこ
とができる。このような検出方法を用いて片持ち梁2の
先端に加わる力を測定することができるため、原子間力
を測定し、これにより顕微鏡像を得ることができる。
In such a structure, since the entire cantilever 2 is a U-shaped resistor, the cantilever 2
Bending (strain) caused by the force applied to the tip of the piezoresistor 5 can be detected from the resistance value of the piezoresistor 5. FIG. 21 shows
It shows a state in which a Wheatstone bridge circuit is composed of the piezoresistor 5 and the fixed resistor 7, and the resistance change of the piezoresistor 5 can be detected from the change of the bridge voltage. Since the force applied to the tip of the cantilever 2 can be measured by using such a detection method, the atomic force can be measured and a microscopic image can be obtained.

【0004】また、第二の従来例として、「Charge sto
rage in a nitride-oxide-silliconmedium by scanning
capacitance microscopy」、1991、.Appl.Phys.
に開示されているものがある。これを、今、図22に基
づいて説明する。圧電素子スキャナ8上には試料9が載
置されている。前記圧電素子スキャナ8はコントローラ
10により駆動制御がなされている。また、前記試料9
の上部には片持ち梁11の先端に取付けられた探針12
が接触している。片持ち梁11は固定端13から電気回
路14に接続されている。一方、探針12の上面には鏡
15が取付けられており、レーザ光源16からの光はそ
の鏡15に入射した後反射して受光素子(PSD)17
に検出され、アンプ18を介してコントローラ10に送
られる。
As a second conventional example, "Charge sto
rage in a nitride-oxide-sillicon medium by scanning
capacitance microscopy ", 1991 ,. Appl.Phys.
Are disclosed in. This will now be described with reference to FIG. A sample 9 is placed on the piezoelectric element scanner 8. The piezoelectric element scanner 8 is drive-controlled by a controller 10. In addition, the sample 9
The tip of the cantilever 11 is attached to the upper part of the probe 12
Are in contact. The cantilever 11 is connected to the electric circuit 14 from the fixed end 13. On the other hand, a mirror 15 is attached to the upper surface of the probe 12, and the light from the laser light source 16 is incident on the mirror 15 and then reflected to receive a light receiving element (PSD) 17.
Is detected by and is sent to the controller 10 via the amplifier 18.

【0005】このような構成において、片持ち梁11と
探針12とは導電性になっており、片持ち梁11の固定
端13から電気的接続をとり、探針12に所定の電圧が
印加される。これにより、片持ち梁11の曲がりはレー
ザ光源16と鏡15と受光素子17とにより構成される
「光てこ法」により検出して探針12に加わる力を求め
ることができ、これにより試料9の表面に存在する電荷
或いは表面電位を測定することができる。
In such a structure, the cantilever 11 and the probe 12 are electrically conductive, and the fixed end 13 of the cantilever 11 is electrically connected to apply a predetermined voltage to the probe 12. To be done. Accordingly, the bending of the cantilever 11 can be detected by the “optical lever method” configured by the laser light source 16, the mirror 15 and the light receiving element 17, and the force applied to the probe 12 can be obtained. The electric charge or the surface potential existing on the surface of the can be measured.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】第一の従来例の場合、
片持ち梁2の先端部分が探針になっており、しかも、そ
の片持ち梁2の全体がピエゾ抵抗になっている。この場
合、ピエゾ抵抗値の変化は、図21に示すような回路に
おいてa点とb点の電位差により求めることができる。
このためピエゾ抵抗体5の抵抗値が変化すれば、a点の
電位が変化し、これに伴ってピエゾ抵抗体5の各部分の
電位も変動し、これにより探針先端の電位も変動するこ
とになる。試料表面の電位が一定であるとすると、探針
先端の電位変動により試料と探針との両者間に働く静電
引力が変化し、これにより試料表面と探針先端間の「原
子間力以外の静電引力」という力が働くことになり、結
果としてその力が雑音となり、測定精度が低下する。
In the case of the first conventional example,
The tip of the cantilever 2 is a probe, and the entire cantilever 2 is piezoresistive. In this case, the change in the piezo resistance value can be obtained by the potential difference between the points a and b in the circuit as shown in FIG.
Therefore, if the resistance value of the piezoresistor 5 changes, the potential at the point a also changes, and accordingly, the potential of each part of the piezoresistor 5 also changes, which also changes the potential of the tip of the probe. become. Assuming that the potential of the sample surface is constant, the electrostatic attraction acting between the sample and the probe changes due to the potential fluctuation of the probe tip. A force called "electrostatic attraction of" acts, and as a result, the force becomes noise and the measurement accuracy decreases.

【0007】第二の従来例の場合、試料9の表面電荷と
探針12との間に生じる静電引力による片持ち梁11の
曲がりを検出し帯電分布を測定するため、例えば、感光
性試料表面を観察する場合、レーザ光の散乱光により試
料表面の状態が変化してしまい、結果として測定観察が
不可能となる。
In the case of the second conventional example, since the bending of the cantilever 11 due to the electrostatic attraction generated between the surface charge of the sample 9 and the probe 12 is detected to measure the charge distribution, for example, a photosensitive sample is used. When observing the surface, the state of the sample surface changes due to scattered light of the laser light, and as a result, measurement and observation become impossible.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、片持ち梁の先端若しくは両持ち梁の中心にある探針
に加わる力により生じる曲がりを電気的検出手段により
検出することにより、前記探針にある力を検出する力検
出装置において、前記電気的検出手段を前記片持ち梁若
しくは前記両持ち梁の梁の一部分に取付けた。
According to the first aspect of the present invention, the bending caused by the force applied to the probe at the tip of the cantilever or the center of the cantilever is detected by the electric detecting means, In the force detection device for detecting a force on the probe, the electrical detection means is attached to a part of the cantilever beam or the both-supported beam.

【0009】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、片持ち梁の先端若しくは両持ち梁の中心
にある探針を導電性に形成し、この導電性の探針に電圧
を印加するための電気的配線を前記片持ち梁若しくは前
記両持ち梁の梁上に形成した。
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the probe at the tip of the cantilever or at the center of the both cantilevers is made conductive, and a voltage is applied to the conductive probe. Electrical wiring for applying the voltage was formed on the cantilever beam or the both-supported beam.

【0010】請求項3記載の発明では、梁の先端に設け
られた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加する
ための電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的
検出手段とを有する片持ち梁の前記導電性探針に加わる
力を検出する力検出装置において、前記導電性探針への
前記電気的配線を有する片持ち梁と前記電気的検出手段
を有する片持ち梁とを梁先端の変位方向に対して垂直な
同一平面内で各々別個に設け、それら同一平面内で別個
に設けられた前記片持ち梁の先端を1つに結合した。
According to the third aspect of the present invention, the conductive probe provided at the tip of the beam, the electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and the electrical wire for detecting the bending of the beam. A force detecting device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever having a detecting means, comprising: a cantilever having the electrical wiring to the conductive probe and a piece having the electrical detecting means. The cantilever and the cantilever are separately provided in the same plane perpendicular to the displacement direction of the beam tip, and the tips of the cantilever provided separately in the same plane are combined into one.

【0011】請求項4記載の発明では、梁の先端に設け
られた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加する
ための電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的
検出手段とを有する片持ち梁の前記導電性探針に加わる
力を検出する力検出装置において、前記導電性探針への
前記電気的配線を有する片持ち梁と前記電気的検出手段
を有する片持ち梁とを梁先端の変位方向に対して垂直な
異なる平面に各々別個に設け、それら異なる平面で別個
に設けられた前記片持ち梁の先端を1つに結合した。
According to a fourth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the tip of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical wire for detecting the bending of the beam. A force detecting device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever having a detecting means, comprising: a cantilever having the electrical wiring to the conductive probe and a piece having the electrical detecting means. The cantilever and the cantilever are separately provided on different planes perpendicular to the displacement direction of the beam tip, and the tips of the cantilever separately provided on the different planes are combined into one.

【0012】請求項5記載の発明では、梁の中心に設け
られた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加する
ための電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的
検出手段とを有する両持ち梁の前記導電性探針に加わる
力を検出する力検出装置において、前記両持ち梁の一方
の固定端から前記導電性探針までの梁上に前記電気的配
線を有し、前記他方の固定端から前記導電性探針までの
梁上に電気的検出手段を有するようにした。
According to the fifth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical wire for detecting the bending of the beam. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a doubly supported beam having a detection means, the electrical wiring is provided on the beam from one fixed end of the doubly supported beam to the conductive probe. In addition, the electrical detection means is provided on the beam from the other fixed end to the conductive probe.

【0013】請求項6記載の発明では、梁の中心に設け
られた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加する
ための電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的
検出手段とを有する両持ち梁の前記導電性探針に加わる
力を検出する力検出装置において、前記導電性探針への
前記電気的配線を有する両持ち梁と前記電気的検出手段
を有する両持ち梁とを梁中心の変位方向に対して垂直な
異なる平面に各々別個に設け、それら異なる平面で別個
に設けられた前記両持ち梁の中心を1つに結合した。
According to a sixth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical wire for detecting the bending of the beam. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a doubly supported beam having a detection means, a doubly supported beam having the electrical wiring to the conductive probe and a device having the electrical detection means are provided. The cantilever and the cantilever are separately provided on different planes perpendicular to the displacement direction of the beam center, and the centers of the two cantilever beams that are separately provided on the different planes are combined into one.

【0014】請求項7記載の発明では、請求項2,3,
4,5又は6記載の発明において、片持ち梁若しくは両
持ち梁の曲がりを検出する電気的検出手段の周囲に電気
的シールド電極を配設した。
According to the invention of claim 7, claims 2, 3,
In the invention described in 4, 5, or 6, the electric shield electrode is arranged around the electric detection means for detecting the bending of the cantilever beam or the both-end beam.

【0015】請求項8記載の発明では、梁の先端若しく
は中心に設けられた導電性探針と、この導電性探針に電
圧を印加するための電気的配線と、前記梁の曲がりを検
出する電気的検出手段とを有する片持ち梁若しくは両持
ち梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置
において、前記導電性探針に印加する電圧と等しい電圧
を前記梁の曲がりを検出する電気的検出手段の基準電位
に設定した。
According to an eighth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the tip or center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and bending of the beam are detected. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever beam or a double-supported beam having an electrical detection means, the bending of the beam is detected by a voltage equal to the voltage applied to the conductive probe. It was set to the reference potential of the electrical detection means.

【0016】請求項9記載の発明では、梁の先端若しく
は中心に設けられた導電性探針と、この導電性探針に電
圧を印加するための電気的配線と、前記梁の曲がりを検
出する電気的検出手段とを有する片持ち梁若しくは両持
ち梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置
において、前記導電性探針に印加する電圧の低周波帯域
の電圧を前記梁の曲がりを検出する電気的検出手段の基
準電位に設定した。
In a ninth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the tip or center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and bending of the beam are detected. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever or a double-supported beam having an electrical detection means, a voltage in a low frequency band of a voltage applied to the conductive probe is It was set to the reference potential of the electrical detection means for detecting bending.

【0017】請求項10記載の発明では、請求項2,
3,4,5,6又は7記載の発明において、導電性探針
への電気的配線を有する片持ち梁若しくは両持ち梁にお
ける梁の剛性を、電気的検出手段を有する前記片持ち梁
若しくは両持ち梁における梁の剛性よりも小さく設定し
た。
According to the invention of claim 10, claim 2
In the invention described in 3, 4, 5, 6 or 7, the cantilever or the both-end cantilever having the electrical wiring to the conductive probe has the rigidity of the beam. It is set to be smaller than the rigidity of the cantilever.

【0018】[0018]

【作用】請求項1記載の発明においては、試料表面と探
針先端との間に原子間力以外の力が働くようなことがな
く従来よりも測定精度を向上させることが可能となる。
請求項2記載の発明においては、従来のような光テコ法
のような光学系を用いて梁の曲がりを検出しないため、
感光性試料の表面状態の観測や測定が可能となる。
According to the first aspect of the present invention, a force other than the atomic force does not act between the sample surface and the tip of the probe, and the measurement accuracy can be improved as compared with the conventional case.
In the invention of claim 2, since the bending of the beam is not detected by using the optical system such as the conventional optical lever method,
It is possible to observe and measure the surface state of the photosensitive sample.

【0019】請求項3記載の発明においては、探針への
電気的配線と電気的検出手段との距離が大きくなり、探
針と試料との両者間での放電が生じないため、測定が不
可能になるようなことをなくすことが可能となる。
According to the third aspect of the invention, the distance between the electrical wiring to the probe and the electrical detecting means becomes large, and no discharge occurs between the probe and the sample, so that the measurement is unsuccessful. It is possible to eliminate things that are possible.

【0020】請求項4記載の発明においては、梁の長さ
を長くすることなく、探針への電気的配線と電気的検出
手段との距離を大きくとることができ、これにより探針
と試料との両者間の放電を生じさせず測定が可能とな
り、かつ、片持ち梁作製時の梁の破損の確率を低く抑え
ることが可能となる。
In the invention according to claim 4, the distance between the electrical wiring to the probe and the electrical detection means can be increased without increasing the length of the beam, whereby the probe and the sample can be provided. It becomes possible to perform the measurement without causing discharge between the both and, and it is possible to suppress the probability of damage of the beam at the time of manufacturing the cantilever beam to be low.

【0021】請求項5記載の発明においては、探針への
電気的配線と電気的検出手段との距離が大きくなり、探
針と試料との両者間の放電を生じさせることなく測定が
可能となる。
According to the fifth aspect of the invention, the distance between the electrical wiring to the probe and the electrical detection means becomes large, and measurement can be performed without causing discharge between the probe and the sample. Become.

【0022】請求項6記載の発明においては、梁の長さ
を長くすることなく、探針への電気的配線と電気的検出
手段との距離を大きくすることができ、これにより探針
と試料との両者間の放電を生じさせることなく測定が可
能となり、かつ、片持ち梁作製時の梁の破損の確率を低
く抑えることが可能となる。
According to the sixth aspect of the invention, the distance between the electrical wiring to the probe and the electrical detection means can be increased without increasing the length of the beam. It becomes possible to perform the measurement without causing discharge between the two, and it is possible to suppress the probability of damage of the beam at the time of manufacturing the cantilever beam.

【0023】請求項7記載の発明においては、探針への
電気的配線から電気的検出手段への漏れ電流の流入を抑
制し、測定精度を向上させることが可能となる。
According to the seventh aspect of the invention, it is possible to suppress the inflow of leakage current from the electrical wiring to the probe to the electrical detection means, and improve the measurement accuracy.

【0024】請求項8記載の発明においては、探針への
電気的配線の電位と電気的検出手段との電位差を小さく
させることができ、これにより探針と試料との両者間の
放電を生じさせずに測定を行うことが可能となる。
According to the eighth aspect of the invention, the potential difference between the electrical wiring to the probe and the electrical detecting means can be made small, which causes discharge between the probe and the sample. It becomes possible to perform the measurement without performing the measurement.

【0025】請求項9記載の発明においては、寄生容量
を介した雑音電流の電気的検出手段への流入を減少さ
せ、測定精度を向上させることができ、かつ、探針への
電気配線の電位と電気的検出手段との電位差が小さくな
り、探針と試料との両者間の放電を生じさせずに測定が
可能となる。
According to the ninth aspect of the invention, the noise current flowing through the parasitic capacitance into the electrical detection means can be reduced, the measurement accuracy can be improved, and the potential of the electrical wiring to the probe can be improved. The potential difference between the probe and the electrical detection means becomes small, and measurement can be performed without causing discharge between the probe and the sample.

【0026】請求項10記載の発明においては、片持ち
梁又は両持ち梁全体の剛性が高くならず、複雑な共振状
態が生じないため、検出感度や測定精度を向上させるこ
とが可能となる。
According to the tenth aspect of the invention, the rigidity of the entire cantilever beam or the both-end beam is not increased and a complicated resonance state does not occur, so that the detection sensitivity and the measurement accuracy can be improved.

【0027】[0027]

【実施例】請求項1記載の発明の第一の実施例を図1に
基づいて説明する。シリコンからなる台座19には、絶
縁物である酸化シリコンからなる片持ち梁20が固定さ
れている。この片持ち梁20の先端部には下方に向けて
探針21が形成されている。また、片持ち梁20の梁の
一部分(ここでは、付け根部分)Aには、電気的検出手
段としての多結晶シリコンからなるピエゾ抵抗22が取
付けられている。このピエゾ抵抗22の両端部には、外
部との電気的接続をとるために、アルミニウム薄膜から
できた配線23が接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the invention described in claim 1 will be described with reference to FIG. A cantilever 20 made of silicon oxide, which is an insulator, is fixed to a pedestal 19 made of silicon. A probe 21 is formed downward at the tip of the cantilever 20. Further, a piezoresistor 22 made of polycrystalline silicon as an electrical detection means is attached to a part (here, a root part) A of the beam of the cantilever 20. Wirings 23 made of an aluminum thin film are connected to both ends of the piezoresistor 22 for electrical connection with the outside.

【0028】このような構成において、図示しない試料
の表面上の帯電電荷と探針21との間の静電引力により
片持ち梁20が変形し、その機械的な変形量を梁の付け
根部分Aに設けられたピエゾ抵抗22により電気的に検
出し、配線23を介して外部に取出し電気的出力として
得ることにより、探針21に加わる力を測定することが
できる。
In such a structure, the cantilever 20 is deformed by the electrostatic attraction between the charged charges on the surface of the sample (not shown) and the probe 21, and the mechanical deformation amount is determined by the base portion A of the beam. It is possible to measure the force applied to the probe 21 by electrically detecting it by the piezoresistor 22 provided in the, and taking it out to the outside through the wiring 23 and obtaining it as an electrical output.

【0029】本実施例の場合、片持ち梁20は絶縁物で
あり、探針21と付け根部分Aのピエゾ抵抗22とは電
気的に絶縁されているため、ピエゾ抵抗22の電位が変
化しても探針21の電位には全く影響を及ぼさない。従
って、このようなことから、従来で述べたような試料表
面と探針21との間に原子間力以外の静電引力が働くよ
うなことをなくし、従来よりも一段と測定精度を向上さ
せることができる。
In the case of the present embodiment, the cantilever 20 is an insulator, and the probe 21 and the piezoresistor 22 of the root portion A are electrically insulated, so that the potential of the piezoresistor 22 changes. Also has no effect on the potential of the probe 21. Therefore, from the above, it is possible to prevent the electrostatic attraction other than the interatomic force from acting between the sample surface and the probe 21 as described above, and to improve the measurement accuracy more than ever. You can

【0030】次に、請求項1記載の発明の第二の実施例
を図2に基づいて説明する。ここでは、片持ち梁20を
2本用い、先端部を1つに結合してV字形に形成したも
のである。2本の片持ち梁20の付け根部分Aには、ピ
エゾ抵抗22が取付けられている。
Next, a second embodiment of the invention according to claim 1 will be described with reference to FIG. Here, two cantilever beams 20 are used, and the tip portions are combined into one to form a V shape. A piezoresistor 22 is attached to the root portions A of the two cantilever beams 20.

【0031】この場合にも、探針21はピエゾ抵抗22
と絶縁されているため、試料表面と探針21との間に原
子間力以外の静電引力が働くようなことがなくなり、こ
れにより第一の実施例と同様に測定精度を一段と向上さ
せることができる。
Also in this case, the probe 21 has the piezoresistor 22.
Since it is insulated from the sample surface, electrostatic attraction force other than the atomic force does not act between the sample surface and the probe 21, thereby further improving the measurement accuracy as in the first embodiment. You can

【0032】次に、請求項1記載の発明の第三の実施例
を図3に基づいて説明する。ここでは、台座19と、片
持ち梁20と、探針21とをn型シリコンで一体化して
構成したものである。片持ち梁20の付け根部分Aに
は、不純物拡散により作製したp型シリコンのピエゾ抵
抗22が設けられている。この場合、n型シリコンの電
位は大地電位とし、p型シリコンであるピエゾ抵抗20
の電位は、大地電位よりも負になるように電気回路が構
成されている。これにより、n型シリコンの部分とピエ
ゾ抵抗20との界面のpn接合は逆バイアスとなり、両
者間は絶縁された形となる。従って、梁の変位によりピ
エゾ抵抗22の電位が変動しても探針21の電位はGN
Dのままとすることができるため、試料表面と探針21
との間に原子間力以外の静電引力が働くようなことがな
くなり、これにより従来よりも一段と測定精度を向上さ
せることができる。
Next, a third embodiment of the invention according to claim 1 will be described with reference to FIG. Here, the pedestal 19, the cantilever 20, and the probe 21 are integrated by n-type silicon. A piezoresistor 22 of p-type silicon produced by impurity diffusion is provided at the base portion A of the cantilever 20. In this case, the potential of the n-type silicon is set to the ground potential, and the piezoresistor 20 that is p-type silicon is used.
The electric circuit is configured so that the potential of is negative than the ground potential. As a result, the pn junction at the interface between the n-type silicon portion and the piezoresistor 20 is reverse biased, and the two are insulated from each other. Therefore, even if the potential of the piezoresistor 22 changes due to the displacement of the beam, the potential of the probe 21 is GN.
Since it can be left as D, the sample surface and the probe 21
The electrostatic attraction other than the interatomic force does not act between and, and thus the measurement accuracy can be further improved as compared with the conventional case.

【0033】次に、請求項1記載の発明の第四の実施例
を図4に基づいて説明する。台座19の中央部には両持
ち梁24が形成されている。この両持ち梁24の中央に
は探針21が設けられ、その両側の梁の付け根部分Aに
はピエゾ抵抗22が設けられている。この場合にも、第
一の実施例と同様に、探針21と付け根部分Aのピエゾ
抵抗22とは電気的に絶縁されているため、ピエゾ抵抗
22の電位が変化しても探針21の電位には全く影響を
及ぼさず、従来のような試料表面と探針21との間に原
子間力以外の静電引力が働くようなことがなくなり、測
定精度を一段と向上させることができる。
Next, a fourth embodiment of the invention according to claim 1 will be described with reference to FIG. A doubly supported beam 24 is formed at the center of the pedestal 19. A probe 21 is provided at the center of the doubly supported beam 24, and piezoresistors 22 are provided at the root portions A of the beams on both sides thereof. Also in this case, as in the first embodiment, the probe 21 and the piezoresistor 22 of the base portion A are electrically insulated, so that even if the potential of the piezoresistor 22 changes, The potential is not affected at all, and the electrostatic attraction other than the atomic force between the sample surface and the probe 21 unlike the conventional case does not act, and the measurement accuracy can be further improved.

【0034】次に、請求項1記載の発明の第五の実施例
を図23に基づいて説明する。台座19の中央部には両
持ち梁24が形成されている。この両持ち梁24の中央
には探針21が設けられ、その両側の梁の中央寄り(探
針近く)の部分Bにはピエゾ抵抗22が設けられてい
る。この場合にも、第一の実施例と同様に、探針21と
ピエゾ抵抗22とは電気的に絶縁されているため、ピエ
ゾ抵抗22の電位が変化しても探針21の電位には全く
影響を及ぼさず、従来のような試料表面と探針21との
間に原子間力以外の静電引力が働くようなことがなくな
り、測定精度を一段と向上させることができる。
Next, a fifth embodiment of the invention according to claim 1 will be described with reference to FIG. A doubly supported beam 24 is formed at the center of the pedestal 19. A probe 21 is provided at the center of the doubly supported beam 24, and a piezoresistor 22 is provided at a portion B near the center (near the probe) of the beams on both sides thereof. Also in this case, as in the first embodiment, the probe 21 and the piezoresistor 22 are electrically insulated from each other. Therefore, even if the potential of the piezoresistor 22 changes, the potential of the probe 21 does not change at all. There is no influence, and no electrostatic attraction other than the atomic force acts between the sample surface and the probe 21 as in the conventional case, and the measurement accuracy can be further improved.

【0035】次に、請求項2記載の発明の一実施例を図
5に基づいて説明する。なお、請求項1記載の発明と同
一部分についての説明は省略し、その同一部分について
は同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 2 will be described with reference to FIG. The description of the same parts as those in the first aspect of the present invention will be omitted, and the same reference numerals will be used for the same parts.

【0036】ここでは、片持ち梁20の先端の探針を導
電性(以下、導電性探針25と呼ぶ)に形成し、この導
電性探針25に電圧を印加するための電気的配線として
の配線26を接続したものである。このような構成によ
り、配線26を通じて導電性探針25に任意の電圧を印
加し、ピエゾ抵抗22の抵抗値変化から導電性探針25
と試料表面上の帯電電荷との間の静電引力により生じる
片持ち梁20の曲がりを検出することができ、これによ
り試料表面上の電荷を測定することができる。
Here, the probe at the tip of the cantilever 20 is made conductive (hereinafter referred to as the conductive probe 25) and used as electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe 25. The wiring 26 is connected. With such a configuration, an arbitrary voltage is applied to the conductive probe 25 through the wiring 26, and the conductive probe 25 changes from the resistance value change of the piezoresistor 22.
The bending of the cantilever 20 caused by the electrostatic attraction between the charge on the sample surface and the electrostatic charge on the sample surface can be detected, whereby the charge on the sample surface can be measured.

【0037】次に、請求項3記載の発明の一実施例を図
6〜図8に基づいて説明する。なお、請求項1,2記載
の発明と同一部分についての説明は省略し、その同一部
分については同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 3 will be described with reference to FIGS. The description of the same parts as those in the first and second aspects of the present invention is omitted, and the same parts are designated by the same reference numerals.

【0038】ここでは、3本の片持ち梁20a,20
b,20cを用いてV字形の梁構造としたものである。
すなわち、図6において、導電性探針25への配線26
を有する中央に設けられた1本の片持ち梁20cと、ピ
エゾ抵抗22a,22bをそれぞれ有する左右に設けら
れた2本の片持ち梁20a,20bとを梁先端の変位方
向Zに対して垂直な同一平面内で各々別個に設け、それ
ら同一平面内で別個に設けられた片持ち梁20a〜20
cの先端部を1つに結合した。このような構成とするこ
とにより、導電性探針25への配線26と、ピエゾ抵抗
22a,22bへの配線23a,23bとの間の距離を
前述した請求項2記載の実施例(図5(b))に比べて
一段と大きくとることができるため、それら配線間の電
位差が著しく大きくても両者間で放電を起こすようなこ
とがなくなり、これにより力検出の測定が不可能となる
ことを防ぐことができる。
Here, three cantilever beams 20a, 20
This is a V-shaped beam structure using b and 20c.
That is, in FIG. 6, the wiring 26 to the conductive probe 25 is provided.
One cantilever beam 20c provided at the center having two and two cantilever beams 20a and 20b provided at the left and right respectively having piezoresistors 22a and 22b are perpendicular to the displacement direction Z of the beam tip. Cantilevers 20a to 20 separately provided in the same plane and separately provided in the same plane
The tips of c were joined together. With such a configuration, the distance between the wiring 26 to the conductive probe 25 and the wirings 23a and 23b to the piezoresistors 22a and 22b is set to the above-described embodiment (FIG. Since it can be made much larger than in b)), even if the potential difference between these wirings is extremely large, there is no occurrence of discharge between the two, which prevents the measurement of force detection from becoming impossible. be able to.

【0039】具体例として、周知のPuschen曲線
より1気圧、乾燥空気の場合、1KVの電位差に対して
100μm以上の距離があれば、放電は生じない。この
ようなことから、図6の例では、距離Dを100μm以
上とし、距離Lを200μm以上にすればよく、このよ
うな片持ち梁はマイクロマシンニングにより作製するこ
とが可能である。
As a specific example, according to the well-known Puschen curve, in the case of 1 atmosphere and dry air, if there is a distance of 100 μm or more with respect to the potential difference of 1 KV, no discharge occurs. Therefore, in the example of FIG. 6, the distance D may be 100 μm or more and the distance L may be 200 μm or more, and such a cantilever can be manufactured by micromachining.

【0040】図7,図8は、変形例を示すものである。
図7では、中央の片持ち梁20cにピエゾ抵抗22を設
け、両側2本の片持ち梁20a,20bに配線26を設
けたものである。また、図8の例では、2本の片持ち梁
20a,20bのうち、片方の1本にピエゾ抵抗22を
設け、他方の1本に配線26を設けたものである。これ
らの場合にも、配線26と配線23との距離を十分に保
つことができるため、それら配線間で放電を起こすよう
なことがなくなり、これにより力検出の測定が不可能と
なることを防ぐことができる。
7 and 8 show a modification.
In FIG. 7, the piezoresistor 22 is provided on the central cantilever 20c, and the wiring 26 is provided on the two cantilevers 20a and 20b on both sides. Further, in the example of FIG. 8, one of the two cantilevers 20a and 20b is provided with the piezoresistor 22, and the other one is provided with the wiring 26. Even in these cases, since the distance between the wiring 26 and the wiring 23 can be sufficiently maintained, no discharge is generated between the wirings, and thus it becomes possible to prevent the force detection measurement from becoming impossible. be able to.

【0041】次に、請求項4記載の発明の一実施例を図
9に基づいて説明する。なお、請求項1〜3記載の発明
と同一部分についての説明は省略し、その同一部分につ
いては同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 4 will be described with reference to FIG. The description of the same parts as those in the first to third aspects of the present invention is omitted, and the same parts are designated by the same reference numerals.

【0042】ここでは、梁の端部に設けられた導電性探
針25への配線26を有する片持ち梁20aと、ピエゾ
抵抗22を有する片持ち梁20bとを梁先端の変位方向
Zに対して垂直な方向の異なる平面に各々別個に設け、
それら異なる平面で別個に設けられた片持ち梁20a,
20bの先端を1つに結合したものである。このよう
に、2本の片持ち梁20a,20bを台座27を介して
重ね合わせた構造としており、下方の片持ち梁20aに
は導電性探針25と配線26とが設けられ、上方の片持
ち梁20bにはピエゾ抵抗22と配線23とが設けられ
た形となっている。なお、下側の片持ち梁20aの一端
は、台座27と固定台28とにより固定支持されてい
る。
Here, a cantilever 20a having a wiring 26 to a conductive probe 25 provided at the end of the beam and a cantilever 20b having a piezoresistor 22 are arranged in the displacement direction Z of the beam tip. Provided separately on different planes in the vertical direction,
Cantilever 20a separately provided on the different planes,
The tip of 20b is connected to one. As described above, the two cantilever beams 20a and 20b are stacked on each other with the pedestal 27 interposed therebetween. The lower cantilever beam 20a is provided with the conductive probe 25 and the wiring 26, and the upper cantilever beam 20a is provided. The cantilever 20b is provided with a piezoresistor 22 and a wiring 23. It should be noted that one end of the lower cantilever 20a is fixedly supported by a pedestal 27 and a fixed base 28.

【0043】従って、このような縦型構造にすることに
より、導電性探針25への配線26と、ピエゾ抵抗22
への配線23との距離を大きくとることができるため、
これら配線間で放電が生じるようなことがなくなり測定
が不可能になることを防止することができる。しかも、
梁を縦方向に重ねて構成しているため、片持ち梁作製時
の梁の破損の確率を低く抑えることができる。また、こ
のような縦型構造においては横方向へのスペースの省略
を図ることができる。
Therefore, with such a vertical structure, the wiring 26 to the conductive probe 25 and the piezoresistor 22 are provided.
Since the distance from the wiring 23 to
It is possible to prevent discharge from occurring between these wirings and prevent measurement from becoming impossible. Moreover,
Since the beams are vertically stacked, the probability of damage to the beams during cantilever production can be kept low. Further, in such a vertical structure, it is possible to omit a space in the horizontal direction.

【0044】具体例として、厚さ100μmの厚みのS
iウェハからマイクロマシンニング技術により片持ち梁
20a,20bを作製した場合、距離Tが100μmと
なることにより距離Dは200μmとなる。今、1気
圧、1KV、乾燥空気の場合、放電を避けるためには1
00μm以上の距離が必要となるが、Dが200μmで
あることから放電を確実に防止させることができる。ま
た、片持ち梁20a,20bの長さLはDとは無関係に
設定できるため、作製工程中の破損の少ないL<300
μmの領域に設定することができる。
As a specific example, S having a thickness of 100 μm is used.
When the cantilevers 20a and 20b are manufactured from the i-wafer by the micromachining technique, the distance T becomes 100 μm, and the distance D becomes 200 μm. In the case of 1 atmosphere, 1 KV, and dry air, it is 1 to avoid discharge.
A distance of 00 μm or more is necessary, but since D is 200 μm, discharge can be reliably prevented. In addition, since the length L of the cantilevers 20a and 20b can be set independently of D, L <300 which causes less damage during the manufacturing process.
It can be set in the μm region.

【0045】次に、請求項5記載の発明の一実施例を図
10に基づいて説明する。なお、請求項1〜4記載の発
明と同一部分についての説明は省略し、その同一部分に
ついては同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 5 will be described with reference to FIG. The description of the same parts as those in the first to fourth aspects of the present invention is omitted, and the same parts are designated by the same reference numerals.

【0046】ここでは、両持ち梁24の中心部に導電性
探針25を取付け、この導電性探針25から一方の固定
端までの梁上に配線26を設け、その梁の他方の固定端
の付け根部分Aにピエゾ抵抗22を設けるようにしたも
のである。これにより、導電性探針25とピエゾ抵抗2
2への配線23との距離Dを一定に保つことができるた
め、両者間の放電を防止することが可能となる。具体例
として、距離L>200μmとすれば、D>100μm
とすることができるため、放電を十分防ぐことが可能と
なる。
Here, a conductive probe 25 is attached to the central portion of the doubly supported beam 24, a wiring 26 is provided on the beam from the conductive probe 25 to one fixed end, and the other fixed end of the beam is provided. A piezoresistor 22 is provided at the base portion A of the. As a result, the conductive probe 25 and the piezoresistor 2
Since the distance D from the wiring 23 to the wiring 2 can be kept constant, it is possible to prevent discharge between the two. As a specific example, if the distance L> 200 μm, D> 100 μm
Therefore, it is possible to sufficiently prevent the discharge.

【0047】次に、請求項6記載の発明の一実施例を図
11に基づいて説明する。なお、請求項1〜5記載の発
明と同一部分についての説明は省略し、その同一部分に
ついては同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 6 will be described with reference to FIG. The description of the same parts as those in the first to fifth aspects of the present invention will be omitted, and the same reference numerals will be used for the same parts.

【0048】ここでは、2本の両持ち梁24a,24b
を重ね合わせた構造としたものである。すなわち、中心
部に設けられた導電性梁25への配線26を有する両持
ち梁24aと、両端部にピエゾ抵抗22a,22bを有
する両持ち梁24bとを梁中心の変位方向Zに対して垂
直な方向の異なる平面に各々別個に設け、それら異なる
平面で別個に設けられた両持ち梁24a,24bの中心
部を台座27を介して1つに結合した。ピエゾ抵抗22
a,22bに接続された配線23a,23bは、固定台
上の外部接続のための電極パッドに接続されている。
Here, two double-supported beams 24a and 24b are provided.
It has a structure in which That is, a doubly supported beam 24a having a wiring 26 to the conductive beam 25 provided at the center and a doubly supported beam 24b having piezoresistors 22a and 22b at both ends are perpendicular to the displacement direction Z of the beam center. Are separately provided on different planes in different directions, and the central portions of the doubly supported beams 24a and 24b separately provided on the different planes are coupled to each other via the pedestal 27. Piezoresistor 22
The wirings 23a and 23b connected to a and 22b are connected to electrode pads for external connection on the fixed base.

【0049】このように下側の両持ち梁24aには導電
性探針25と配線26とが設けられ、上側の両持ち梁2
4bにはピエゾ抵抗22a,22bと配線23a,23
bとが設けられていることから、放電防止を確実に行う
ことができる。しかも、請求項4記載の発明と同様に梁
の長さL<300に設定することができるため、片持ち
梁作製時の梁の破損の確率を低く抑えることができる。
In this way, the lower supported beam 24a is provided with the conductive probe 25 and the wiring 26, and the upper supported beam 2 is provided.
4b includes piezoresistors 22a and 22b and wirings 23a and 23.
Since b and b are provided, it is possible to reliably prevent discharge. Moreover, since the length L of the beam can be set to <300 as in the fourth aspect of the invention, it is possible to suppress the probability of damage of the beam at the time of producing the cantilever beam to be low.

【0050】次に、請求項7記載の発明の一実施例を図
12に基づいて説明する。なお、請求項1〜6記載の発
明と同一部分についての説明は省略し、その同一部分に
ついては同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 7 will be described with reference to FIG. The description of the same parts as those in the first to sixth aspects of the present invention will be omitted, and the same reference numerals will be used for the same parts.

【0051】ここでは、片持ち梁20(又は、両持ち梁
でもよい)の梁の曲がりを検出するピエゾ抵抗22及び
その配線23の周囲を取り囲むようにして、電気的シー
ルド電極としてのシールド電極29を配設したものであ
る。このシールド電極29は、配線23,26と接続す
る電気回路の基準となるGNDに接続する。これによ
り、導電性探針25に接続された配線26からのもれ電
流をシールド電極29に流し、そのもれ電流がピエゾ抵
抗22と配線23とに流れ込むことを防ぐことができ
る。従って、このようなことから、もれ電流による測定
誤差をなくし測定程度の低下を防止させることができ
る。
Here, the piezoresistor 22 for detecting the bending of the cantilever beam 20 (or the both-supported beam may be used) and its wiring 23 are surrounded by the shield electrode 29 as an electric shield electrode. Is provided. The shield electrode 29 is connected to GND, which is a reference of an electric circuit connected to the wirings 23 and 26. This makes it possible to prevent leakage current from the wiring 26 connected to the conductive probe 25 from flowing into the shield electrode 29 and prevent the leakage current from flowing into the piezoresistor 22 and the wiring 23. Therefore, from the above, it is possible to prevent the measurement error due to the leakage current and prevent the deterioration of the measurement level.

【0052】次に、請求項8記載の発明の一実施例を図
13及び図14に基づいて説明する。なお、請求項1〜
7記載の発明と同一部分についての説明は省略し、その
同一部分については同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14. In addition, claim 1
The description of the same parts as those of the invention described in 7 is omitted, and the same reference numerals are used for the same parts.

【0053】本実施例の外部構成を示す図14は前述し
た請求項3記載の発明(図6参照)とほぼ同一である
が、ここでは図13に示すような内部回路の構成が異な
る。すなわち、ここでは、導電性探針25に印加する電
圧と等しい電圧Vtを、梁の曲がりを検出するピエゾ抵
抗R1,R2の基準電圧に設定したものである。以下、具
体的に説明する。
FIG. 14 showing the external structure of this embodiment is almost the same as the invention described in claim 3 (see FIG. 6), but the structure of the internal circuit as shown in FIG. 13 is different here. That is, here, the voltage Vt equal to the voltage applied to the conductive probe 25 is set as the reference voltage of the piezoresistors R 1 and R 2 for detecting the bending of the beam. The details will be described below.

【0054】図13において、ピエゾ抵抗R1,R2は、
固定抵抗R3,R4とホイーストンブリッジ回路を構成し
ている。このブリッジ回路に、導電性探針25への印加
電圧Vtを基準電位とした励起電圧Vbが印加される。
このVbの値は絶縁アンプ30の出力値であり、このア
ンプの出力側の基準電位がVtとなっているため、ブリ
ッジ印加電圧の基準電源VbsとVtとの和がVbの値と
なる。すなわち、Vb=Vt+Vbsがブリッジ回路のb
点に印加される。一方、ブリッジ回路のd点にはVtの
値が印加されるため、b,d両点間の差Vbsがブリッジ
回路の励起電圧となる。また、a,c点は、Vtを入力
側の基準電位とし出力側が大地電位を基準電位とした絶
縁アンプ31に接続されているため、a点とc点との電
位差の電圧がGNDに対して出力される。Vbsは通常1
0V以下の値で十分であり、また、導電性探針25の電
位はVtである。さらに、コントローラ33からのVc
がパワーアンプ32を介すことにより得られたVtの出
力値は、試料表面上の帯電電位と等しくされている。
In FIG. 13, piezoresistors R 1 and R 2 are
It forms a Wheatstone bridge circuit with fixed resistors R 3 and R 4 . An excitation voltage Vb with the voltage Vt applied to the conductive probe 25 as a reference potential is applied to this bridge circuit.
The value of Vb is the output value of the isolation amplifier 30, and since the reference potential on the output side of this amplifier is Vt, the sum of the reference power supply Vbs and Vt of the bridge applied voltage is the value of Vb. That is, Vb = Vt + Vbs is b of the bridge circuit.
Applied to a point. On the other hand, since the value of Vt is applied to the point d of the bridge circuit, the difference Vbs between the points b and d becomes the excitation voltage of the bridge circuit. Further, since the points a and c are connected to the isolation amplifier 31 in which Vt is the reference potential on the input side and the output side is the reference potential on the ground potential, the voltage of the potential difference between the points a and c with respect to GND. Is output. Vbs is usually 1
A value of 0 V or less is sufficient, and the potential of the conductive probe 25 is Vt. Furthermore, Vc from the controller 33
The output value of Vt obtained through the power amplifier 32 is equal to the charging potential on the sample surface.

【0055】このようなことから、たとえVtが1KV
以上になっても、導電性探針25及び配線26と、ピエ
ゾ抵抗R1,R2との間の電位差は10V以下となり、こ
れまでの実施例に比べて電位差を著しく小さくすること
ができる。従って、このように導電性探針25への配線
26とピエゾ抵抗R1,R2への配線23a,23bとの
間の電位差を小さくすることができるため、両者間の放
電を生じさせることなく測定を行うことができる。
From the above, even if Vt is 1 KV
Even in the above case, the potential difference between the conductive probe 25 and the wiring 26 and the piezoresistors R 1 and R 2 is 10 V or less, and the potential difference can be remarkably reduced as compared with the previous examples. Therefore, since the potential difference between the wiring 26 to the conductive probe 25 and the wirings 23a and 23b to the piezoresistors R 1 and R 2 can be reduced in this way, discharge does not occur between them. A measurement can be made.

【0056】次に、請求項9記載の発明の一実施例を図
15及び図16に基づいて説明する。なお、請求項1〜
8記載の発明と同一部分についての説明は省略し、その
同一部分については同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 9 will be described with reference to FIGS. 15 and 16. In addition, claim 1
The description of the same parts as those of the invention described in 8 is omitted, and the same reference numerals are used for the same parts.

【0057】図15は本装置の構成を示すものであり、
基本的な構成は前述した請求項8記載の図13の構成と
同一である。ここでは、導電性探針25に印加する電圧
の低周波帯域の電圧を、梁の曲がりを検出するピエゾ抵
抗R1,R2の基準電位に設定したものである。その低周
波帯域の電圧を発生させるために、ローパスフィルタ3
4を設けた。なお、本装置の外部構成は図14と同一な
ため省略した。以下、具体的に説明する。
FIG. 15 shows the structure of this apparatus.
The basic configuration is the same as the configuration of FIG. 13 described in claim 8 described above. Here, the voltage in the low frequency band of the voltage applied to the conductive probe 25 is set to the reference potential of the piezoresistors R 1 and R 2 for detecting the bending of the beam. In order to generate the voltage in the low frequency band, the low pass filter 3
4 is provided. The external configuration of this device is the same as that shown in FIG. The details will be described below.

【0058】コントローラ33からの出力Vcにローパ
スフィルタ34を通過した出力をパワーアンプ32aで
増幅した電圧Vsをブリッジ回路の基準電位とする。こ
れにより、Vtの高周波成分を除去した波形がVsとな
るため、Csを通したVbに流れ込む雑音電流を少なく
させることができ、測定誤差を少なくさせることができ
る。また、パワーアンプ32bを介した電圧Vtは、試
料表面上の帯電電位と等しくなるようにコントローラ3
3が制御しているのであるが、試料を導電性探針25に
対してスキャンした場合や、帯電している電荷分布の空
間周波数が高くなった場合には、表面電位Vsは図16
のP側領域のように周波数が高くなるに従って、その振
幅が小さくなっていく特性があり、これによりVtの高
周波成分を除去したVsとVtの電位差は高周波になる
ほど小さくなる。一方、図16のQ領域の低周波の場合
は、ローパスフィルタ34は低周波成分は除去しないた
めVsとVtとはほぼ同電位になり、これにより、Vt
の周波数に無関係にVsとVtの電位差は小さくなる。
従って、このようなことから、導電性探針25への配線
26と、ピエゾ抵抗R1,R2への配線23a,23bと
の間の電位差がなくなるため、それら配線間の放電を防
止させることができる。
The output Vc from the controller 33, which has passed through the low-pass filter 34, is amplified by the power amplifier 32a, and the voltage Vs is used as the reference potential of the bridge circuit. As a result, the waveform obtained by removing the high frequency component of Vt becomes Vs, so that the noise current flowing into Vb through Cs can be reduced, and the measurement error can be reduced. In addition, the voltage Vt via the power amplifier 32b is set to be equal to the charging potential on the surface of the sample by the controller 3
3 controls, the surface potential Vs is shown in FIG. 16 when the sample is scanned with respect to the conductive probe 25 or when the spatial frequency of the charged charge distribution becomes high.
As shown in the P-side region, the amplitude thereof has a characteristic of becoming smaller, and as a result, the potential difference between Vs and Vt from which the high frequency component of Vt is removed becomes smaller as the frequency becomes higher. On the other hand, in the case of the low frequency in the Q region of FIG. 16, the low-pass filter 34 does not remove the low-frequency component, so that Vs and Vt have substantially the same potential, which results in Vt.
The potential difference between Vs and Vt becomes small regardless of the frequency.
Therefore, because of this, there is no potential difference between the wiring 26 to the conductive probe 25 and the wirings 23a and 23b to the piezoresistors R 1 and R 2 , so that discharge between these wirings is prevented. You can

【0059】次に、請求項10記載の発明の一実施例を
図17〜図19に基づいて説明する。なお、請求項1〜
9記載の発明と同一部分についての説明は省略し、その
同一部分については同一符号を用いる。
Next, an embodiment of the invention described in claim 10 will be described with reference to FIGS. In addition, claim 1
The description of the same parts as those in the invention described in 9 is omitted, and the same reference numerals are used for the same parts.

【0060】ここでは、導電性探針への電気的配線を有
する片持ち梁若しくは両持ち梁における梁の剛性を、電
気的検出手段を有する前記片持ち梁若しくは両持ち梁に
おける梁の剛性よりも小さく設定した。具体的には、図
17(図6の構成とほぼ同じ)において、導電性探針2
5への配線26を有する片持ち梁20cにおける梁の剛
性を、ピエゾ抵抗22a,22bを有する片持ち梁20
a,20bにおける梁の剛性よりも小さく設定したもの
である。梁の剛性を変えるために、片持ち梁20cの梁
幅Wcを、片持ち梁20a,20bの梁幅Wa,Wbよ
りも小さく設定した。
Here, the rigidity of the cantilever beam or the both-end supported beam having electrical wiring to the conductive probe is higher than the rigidity of the cantilever beam or the both-end supported beam having the electrical detecting means. I set it small. Specifically, in FIG. 17 (almost the same as the configuration of FIG. 6), the conductive probe 2
The rigidity of the beam in the cantilever 20c having the wiring 26 to 5 is determined by the cantilever 20 having the piezoresistors 22a and 22b.
It is set to be smaller than the rigidity of the beams in a and 20b. In order to change the rigidity of the beam, the beam width Wc of the cantilever beam 20c is set smaller than the beam widths Wa and Wb of the cantilever beams 20a and 20b.

【0061】このように、片持ち梁20cの剛性を片持
ち梁20a,20bの剛性よりも小さくすることによ
り、梁全体のバネ定数が導電性探針25への配線26を
もつ片持ち梁20cがあることによって著しく高くなっ
てしまうことがなくなる。また、これにより、導電性探
針25への配線26を有する片持ち梁20cは、ピエゾ
抵抗22a,22bを有する片持ち梁20a,20bの
運動に追随することになるため、複雑な共振運動が発生
するようなことがない。従って、このように梁全体の剛
性が高くならず、複雑な共振状態が生じないため、検出
感度や測定精度を一段と向上させることができる。
By making the rigidity of the cantilever 20c smaller than the rigidity of the cantilevers 20a and 20b, the spring constant of the entire beam has the wiring 26 to the conductive probe 25. There is no need to raise it significantly. Further, as a result, the cantilever beam 20c having the wiring 26 to the conductive probe 25 follows the movement of the cantilever beams 20a and 20b having the piezoresistors 22a and 22b. It never happens. Therefore, since the rigidity of the entire beam is not increased and a complicated resonance state does not occur, the detection sensitivity and the measurement accuracy can be further improved.

【0062】図18、図19は、変形例を示すものであ
る。図18(図7の構成とほぼ同じ)では、導電性探針
25への配線26を有する両側2本の片持ち梁20a,
20bの梁幅Wa,Wbを、ピエゾ抵抗22を有する片
持ち梁20cの梁幅Wcよりも小さくすることにより、
片持ち梁20a,20bの剛性を片持ち梁20cの剛性
よりも小さくしている。また、図19(図9の構成とほ
ぼ同じ)では、ピエゾ抵抗22を有する片持ち梁20b
の梁厚tb を、導電性探針25への配線26を有する片
持ち梁20aの梁厚ta よりも厚く形成することによ
り、片持ち梁20aの剛性を片持ち梁20bの剛性より
も小さくしている。従って、これらの場合にも、梁全体
の剛性が高くならず、複雑な共振状態が生じないため、
検出感度や測定精度を一段と向上させることができる。
18 and 19 show a modification. In FIG. 18 (substantially the same as the configuration of FIG. 7), two cantilever beams 20a on both sides having a wiring 26 to a conductive probe 25,
By making the beam widths Wa and Wb of 20b smaller than the beam width Wc of the cantilever beam 20c having the piezoresistor 22,
The rigidity of the cantilevers 20a and 20b is made smaller than the rigidity of the cantilever 20c. Further, in FIG. 19 (almost the same as the configuration of FIG. 9), a cantilever 20b having a piezoresistor 22 is provided.
A beam thickness t b, by forming thicker than beam thickness t a of the cantilever 20a having a wiring 26 to the conductive probe 25, than the stiffness of the stiffness of the cantilever 20a cantilever 20b I'm making it small. Therefore, even in these cases, the rigidity of the entire beam is not increased, and a complicated resonance state does not occur,
The detection sensitivity and measurement accuracy can be further improved.

【0063】[0063]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、片持ち梁の先端
若しくは両持ち梁の中心にある探針に加わる力により生
じる曲がりを電気的検出手段により検出することによ
り、前記探針に加わる力を検出する力検出装置におい
て、前記電気的検出手段を前記片持ち梁若しくは前記両
持ち梁の梁の一部分に取付けたので、試料表面と探針先
端との間に原子間力以外の力が働くようなことがなくな
り、従来よりも測定精度を向上させることができるもの
である。
According to the first aspect of the invention, the bending caused by the force applied to the probe at the tip of the cantilever or the center of the cantilever is applied to the probe by detecting the bending caused by the electric detection means. In the force detection device for detecting a force, since the electrical detection means is attached to a part of the beam of the cantilever or the both-supported beam, a force other than the atomic force is applied between the sample surface and the tip of the probe. Since it does not work, the measurement accuracy can be improved more than ever before.

【0064】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、片持ち梁の先端若しくは両持ち梁の中心に
ある探針を導電性に形成し、この導電性の探針に電圧を
印加するための電気的配線を前記片持ち梁若しくは前記
両持ち梁の梁上に形成したので、従来のような光テコ法
のような光学系を用いて梁の曲がりを検出せず、感光性
試料の表面状態の観測や測定を行うことができるもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the probe at the tip of the cantilever or at the center of the double-supported beam is made conductive, and a voltage is applied to the conductive probe. Since the electrical wiring for applying the voltage is formed on the beam of the cantilever beam or the both-supported beam, the bending of the beam is not detected by using the optical system such as the conventional optical lever method, and the photosensitivity is improved. The surface condition of the sample can be observed and measured.

【0065】請求項3記載の発明は、梁の先端に設けら
れた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加するた
めの電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的検
出手段とを有する片持ち梁の前記導電性探針に加わる力
を検出する力検出装置において、前記導電性探針への前
記電気的配線を有する片持ち梁と前記電気的検出手段を
有する片持ち梁とを梁先端の変位方向に対して垂直な同
一平面内で各々別個に設け、それら同一平面内で別個に
設けられた前記片持ち梁の先端を1つに結合したので、
探針への電気的配線と電気的検出手段との距離が大きく
なり、探針と試料との両者間での放電が生じるようなこ
とがなくなり、これにより測定を確実に行うことができ
るものである。
According to a third aspect of the present invention, a conductive probe provided at the tip of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical wire for detecting the bending of the beam. A force detecting device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever having a detecting means, comprising: a cantilever having the electrical wiring to the conductive probe and a piece having the electrical detecting means. Since the cantilever and the cantilever are separately provided in the same plane perpendicular to the displacement direction of the beam tip, and the tips of the cantilever provided separately in the same plane are combined into one,
The distance between the electrical wiring to the probe and the electrical detection means becomes large, and the discharge between the probe and the sample does not occur, so that the measurement can be performed reliably. is there.

【0066】請求項4記載の発明は、梁の先端に設けら
れた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加するた
めの電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的検
出手段とを有する片持ち梁の前記導電性探針に加わる力
を検出する力検出装置において、前記導電性探針への前
記電気的配線を有する片持ち梁と前記電気的検出手段を
有する片持ち梁とを梁先端の変位方向に対して垂直な異
なる平面に各々別個に設け、それら異なる平面で別個に
設けられた前記片持ち梁の先端を1つに結合したので、
梁の長さを長くすることなく、探針への電気的配線と電
気的検出手段との距離を大きくとることができ、これに
より探針と試料との両者間の放電を生じさせず測定を確
実に行うことができ、しかも、片持ち梁作製時の梁の破
損の確率を低く抑えることができるものである。
According to a fourth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the tip of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical wire for detecting the bending of the beam. A force detecting device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever having a detecting means, comprising: a cantilever having the electrical wiring to the conductive probe and a piece having the electrical detecting means. Since the cantilever and the cantilever are separately provided in different planes perpendicular to the displacement direction of the beam tip, and the tips of the cantilever provided separately in the different planes are combined into one,
It is possible to increase the distance between the electrical wiring to the probe and the electrical detection means without increasing the length of the beam, which allows measurement without causing discharge between the probe and the sample. This can be surely performed, and the probability of beam damage during cantilever production can be suppressed to a low level.

【0067】請求項5記載の発明は、梁の中心に設けら
れた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加するた
めの電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的検
出手段とを有する両持ち梁の前記導電性探針に加わる力
を検出する力検出装置において、前記両持ち梁の一方の
固定端から前記導電性探針までの梁上に前記電気的配線
を有し、前記他方の固定端から前記導電性探針までの梁
上に電気的検出手段を有するようにしたので、探針への
電気的配線と電気的検出手段との距離が大きくなり、探
針と試料との両者間の放電を生じさせることがなくな
り、これにより測定を確実に行うことができるものであ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical wire for detecting bending of the beam are provided. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a doubly supported beam having a detection means, the electrical wiring is provided on the beam from one fixed end of the doubly supported beam to the conductive probe. Since the electric detection means is provided on the beam from the other fixed end to the conductive probe, the distance between the electric wiring to the probe and the electric detection means increases, The discharge between the needle and the sample is not generated, and the measurement can be reliably performed.

【0068】請求項6記載の発明は、梁の中心に設けら
れた導電性探針と、この導電性探針に電圧を印加するた
めの電気的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的検
出手段とを有する両持ち梁の前記導電性探針に加わる力
を検出する力検出装置において、前記導電性探針への前
記電気的配線を有する両持ち梁と前記電気的検出手段を
有する両持ち梁とを梁中心の変位方向に対して垂直な異
なる平面に各々別個に設け、それら異なる平面で別個に
設けられた前記両持ち梁の中心を1つに結合したので、
梁の長さを長くすることなく、探針への電気的配線と電
気的検出手段との距離を大きくすることができ、これに
より探針と試料との両者間の放電を生じさせることがな
くなり測定を確実に行うことができる、しかも、片持ち
梁作製時の梁の破損の確率を低く抑えることができるも
のである。
According to a sixth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical wire for detecting the bending of the beam. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a doubly supported beam having a detection means, a doubly supported beam having the electrical wiring to the conductive probe and a device having the electrical detection means are provided. Since the cantilever and the cantilever are separately provided on different planes perpendicular to the displacement direction of the beam center, and the centers of the doubly supported beams separately provided on the different planes are combined into one,
It is possible to increase the distance between the electrical wiring to the probe and the electrical detection means without increasing the length of the beam, thereby preventing the discharge between the probe and the sample. The measurement can be performed reliably, and the probability of damage to the beam during cantilever production can be suppressed to a low level.

【0069】請求項7記載の発明は、請求項2,3,
4,5又は6記載の発明において、片持ち梁若しくは両
持ち梁の曲がりを検出する電気的検出手段の周囲に電気
的シールド電極を配設したので、探針への電気的配線か
ら電気的検出手段への漏れ電流の流入を抑制し、測定精
度を向上させることができるものである。
The invention described in claim 7 is,
In the invention described in 4, 5, or 6, since the electric shield electrode is arranged around the electric detection means for detecting the bending of the cantilever beam or the both-end beam, the electric detection is performed from the electric wiring to the probe. It is possible to suppress the inflow of leakage current into the means and improve the measurement accuracy.

【0070】請求項8記載の発明は、梁の先端若しくは
中心に設けられた導電性探針と、この導電性探針に電圧
を印加するための電気的配線と、前記梁の曲がりを検出
する電気的検出手段とを有する片持ち梁若しくは両持ち
梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置に
おいて、前記導電性探針に印加する電圧と等しい電圧を
前記梁の曲がりを検出する電気的検出手段の基準電位に
設定したので、探針への電気的配線の電位と電気的検出
手段との電位差を小さくさせることができ、これにより
探針と試料との両者間の放電が生じるようなことがなく
なり測定を確実に行うことができるものである。
According to an eighth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the tip or center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and bending of the beam are detected. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever beam or a double-supported beam having an electrical detection means, the bending of the beam is detected by a voltage equal to the voltage applied to the conductive probe. Since it is set to the reference potential of the electrical detection means, the potential difference between the electrical wiring to the probe and the electrical detection means can be made small, which can prevent the discharge between the probe and the sample. It is possible to reliably perform the measurement without causing the occurrence.

【0071】請求項9記載の発明は、梁の先端若しくは
中心に設けられた導電性探針と、この導電性探針に電圧
を印加するための電気的配線と、前記梁の曲がりを検出
する電気的検出手段とを有する片持ち梁若しくは両持ち
梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置に
おいて、前記導電性探針に印加する電圧の低周波帯域の
電圧を前記梁の曲がりを検出する電気的検出手段の基準
電位に設定したので、寄生容量を介した雑音電流の電気
的検出手段への流入を減少させ、測定精度を向上させる
ことができ、しかも、探針への電気配線の電位と電気的
検出手段との電位差が小さくなるため、探針と試料との
両者間の放電が生じるようなことがなくなり測定を確実
に行うことができるものである。
According to a ninth aspect of the present invention, a conductive probe provided at the tip or the center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and bending of the beam are detected. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever or a double-supported beam having an electrical detection means, a voltage in a low frequency band of a voltage applied to the conductive probe is Since it is set to the reference potential of the electrical detection means for detecting the bend, it is possible to reduce the inflow of noise current into the electrical detection means through the parasitic capacitance and improve the measurement accuracy. Since the potential difference between the electric wire and the electric detection means becomes small, the discharge between the probe and the sample does not occur, and the measurement can be performed reliably.

【0072】請求項10記載の発明は、請求項2,3,
4,5,6又は7記載の発明において、導電性探針への
電気的配線を有する片持ち梁若しくは両持ち梁における
梁の剛性を、電気的検出手段を有する前記片持ち梁若し
くは両持ち梁における梁の剛性よりも小さく設定したの
で、片持ち梁又は両持ち梁全体の剛性が高くならず、複
雑な共振状態が生じるようなことがなく、検出感度や測
定精度を向上させることができるものである。
The invention described in claim 10 is,
In the invention described in 4, 5, 6 or 7, the cantilever beam or the both-end beam having an electric detecting means for measuring the rigidity of the beam in the cantilever beam or the both-end beam having electrical wiring to the conductive probe. Since it is set to be smaller than the rigidity of the beam in, the rigidity of the entire cantilever beam or both-end supported beam does not become high, a complicated resonance state does not occur, and detection sensitivity and measurement accuracy can be improved. Is.

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

【図1】(a)は請求項1記載の発明の第一の実施例で
ある力検出装置の構成を示す断面図、(b)は上面図で
ある。
FIG. 1 (a) is a sectional view showing the configuration of a force detection device according to a first embodiment of the invention described in claim 1, and FIG. 1 (b) is a top view.

【図2】請求項1記載の発明の第二の実施例を示す平面
図である。
FIG. 2 is a plan view showing a second embodiment of the invention according to claim 1;

【図3】請求項1記載の発明の第三の実施例を示す断面
図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the invention according to claim 1.

【図4】(a)は請求項1記載の発明の第四の実施例を
示す断面図、(b)は底面図である。
4A is a sectional view showing a fourth embodiment of the invention as set forth in claim 1, and FIG. 4B is a bottom view.

【図5】(a)は請求項2記載の発明の一実施例を示す
断面図、(b)は上面図である。
5A is a sectional view showing an embodiment of the invention described in claim 2, and FIG. 5B is a top view.

【図6】(a)は請求項3記載の発明の一実施例を示す
断面図、(b)は上面図である。
6A is a sectional view showing an embodiment of the invention described in claim 3, and FIG. 6B is a top view.

【図7】請求項3記載の発明の他の例を示す平面図であ
る。
FIG. 7 is a plan view showing another example of the invention according to claim 3;

【図8】請求項3記載の発明の他の例を示す平面図であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing another example of the invention according to claim 3;

【図9】(a)は請求項4記載の発明の一実施例を示す
上面図、(b)は断面図、(c)は底面図である。
9A is a top view showing an embodiment of the invention described in claim 4, FIG. 9B is a sectional view, and FIG. 9C is a bottom view.

【図10】(a)は請求項5記載の発明の一実施例を示
す側面図、(b)は底面図である。
10A is a side view showing an embodiment of the invention described in claim 5, and FIG. 10B is a bottom view.

【図11】(a)は請求項6記載の発明の一実施例を示
す上面図、(b)は断面図、(c)は底面図である。
11A is a top view showing an embodiment of the invention described in claim 6, FIG. 11B is a sectional view, and FIG. 11C is a bottom view.

【図12】請求項7記載の発明の一実施例である平面図
である。
FIG. 12 is a plan view showing an embodiment of the invention as set forth in claim 7;

【図13】請求項8記載の発明の一実施例である回路構
成図である。
FIG. 13 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the invention as set forth in claim 8;

【図14】力検出装置の構成を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing the configuration of a force detection device.

【図15】請求項9記載の発明の一実施例である回路構
成図である。
FIG. 15 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the invention as set forth in claim 9;

【図16】振幅特性を示す特性図である。FIG. 16 is a characteristic diagram showing amplitude characteristics.

【図17】請求項10記載の発明の一実施例を示す平面
図である。
FIG. 17 is a plan view showing an embodiment of the invention as set forth in claim 10;

【図18】請求項10記載の発明の他の例を示す平面図
である。
FIG. 18 is a plan view showing another example of the invention according to claim 10;

【図19】請求項10記載の発明の他の例を示す断面図
である。
FIG. 19 is a sectional view showing another example of the invention according to claim 10;

【図20】(a)は第一の従来例を示す断面図、(b)
は上面図である。
20A is a sectional view showing a first conventional example, FIG.
Is a top view.

【図21】回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram.

【図22】第二の従来例を示す構成図である。FIG. 22 is a configuration diagram showing a second conventional example.

【図23】(a)は請求項1記載の発明の第五の実施例
を示す断面図、(b)は底面図である。
23 (a) is a sectional view showing a fifth embodiment of the invention as set forth in claim 1, and FIG. 23 (b) is a bottom view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 片持ち梁 21 探針 22 電気的検出手段 24 両持ち梁 25 導電性探針 26 電気的配線 29 電気的シールド電極 20 cantilever 21 probe 22 electrical detection means 24 doubly supported beam 25 conductive probe 26 electrical wiring 29 electrical shield electrode

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 片持ち梁の先端若しくは両持ち梁の中心
にある探針に加わる力により生じる曲がりを電気的検出
手段により検出することにより、前記探針に加わる力を
検出する力検出装置において、前記電気的検出手段を前
記片持ち梁若しくは前記両持ち梁の梁の一部分に取付け
たことを特徴とする力検出装置。
1. A force detection device for detecting the force applied to the probe by detecting the bending caused by the force applied to the probe at the tip of the cantilever or the center of the cantilever with an electrical detection means. A force detecting device, wherein the electrical detecting means is attached to a part of the cantilever beam or the beam of the both-end supporting beam.
【請求項2】 片持ち梁の先端若しくは両持ち梁の中心
にある探針を導電性に形成し、この導電性の探針に電圧
を印加するための電気的配線を前記片持ち梁若しくは前
記両持ち梁の梁上に形成したことを特徴とする請求項1
記載の力検出装置。
2. A probe at the tip of the cantilever or at the center of the cantilever is made conductive, and electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe is provided at the cantilever or the The double-supported beam is formed on the beam.
The force detection device described.
【請求項3】 梁の先端に設けられた導電性探針と、こ
の導電性探針に電圧を印加するための電気的配線と、前
記梁の曲がりを検出する電気的検出手段とを有する片持
ち梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置
において、前記導電性探針への前記電気的配線を有する
片持ち梁と前記電気的検出手段を有する片持ち梁とを梁
先端の変位方向に対して垂直な同一平面内で各々別個に
設け、それら同一平面内で別個に設けられた前記片持ち
梁の先端を1つに結合したことを特徴とする力検出装
置。
3. A piece having a conductive probe provided at the tip of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and electrical detection means for detecting bending of the beam. In a force detecting device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever, a cantilever having the electrical wiring to the conductive probe and a cantilever having the electrical detecting means are provided at the tip of the beam. The force detecting device is characterized in that the cantilever beams are separately provided in the same plane perpendicular to the displacement direction, and the tips of the cantilever beams provided separately in the same plane are combined into one.
【請求項4】 梁の先端に設けられた導電性探針と、こ
の導電性探針に電圧を印加するための電気的配線と、前
記梁の曲がりを検出する電気的検出手段とを有する片持
ち梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置
において、前記導電性探針への前記電気的配線を有する
片持ち梁と前記電気的検出手段を有する片持ち梁とを梁
先端の変位方向に対して垂直な異なる平面に各々別個に
設け、それら異なる平面で別個に設けられた前記片持ち
梁の先端を1つに結合したことを特徴とする力検出装
置。
4. A piece having a conductive probe provided at the tip of a beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and an electrical detection means for detecting bending of the beam. In a force detecting device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever, a cantilever having the electrical wiring to the conductive probe and a cantilever having the electrical detecting means are provided at the tip of the beam. Of the cantilever provided separately on different planes perpendicular to the displacement direction, and the tip ends of the cantilever beams provided separately on the different planes are combined into one.
【請求項5】 梁の中心に設けられた導電性探針と、こ
の導電性探針に電圧を印加するための電気的配線と、前
記梁の曲がりを検出する電気的検出手段とを有する両持
ち梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置
において、前記両持ち梁の一方の固定端から前記導電性
探針までの梁上に前記電気的配線を有し、前記他方の固
定端から前記導電性探針までの梁上に電気的検出手段を
有するようにしたことを特徴とする力検出装置。
5. A conductive probe provided in the center of a beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and electrical detection means for detecting bending of the beam. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever, the electric wiring is provided on the beam from one fixed end of the both-supported beams to the conductive probe, and the other of the two is supported. A force detecting device having an electric detecting means on a beam from a fixed end to the conductive probe.
【請求項6】 梁の中心に設けられた導電性探針と、こ
の導電性探針に電圧を印加するための電気的配線と、前
記梁の曲がりを検出する電気的検出手段とを有する両持
ち梁の前記導電性探針に加わる力を検出する力検出装置
において、前記導電性探針への前記電気的配線を有する
両持ち梁と前記電気的検出手段を有する両持ち梁とを梁
中心の変位方向に対して垂直な異なる平面に各々別個に
設け、それら異なる平面で別個に設けられた前記両持ち
梁の中心を1つに結合したことを特徴とする力検出装
置。
6. A conductive probe provided in the center of a beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and electrical detection means for detecting bending of the beam. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever, a doubly supported beam having the electrical wiring to the conductive probe and a doubly supported beam having the electrical detection means are centered on the beam. The force detection device is characterized in that it is separately provided on different planes perpendicular to the displacement direction of the above, and the centers of the two doubly supported beams that are provided separately on the different planes are combined into one.
【請求項7】 片持ち梁若しくは両持ち梁の曲がりを検
出する電気的検出手段の周囲に電気的シールド電極を配
設したことを特徴とする請求項2,3,4,5又は6記
載の力検出装置。
7. The electric shield electrode is arranged around an electric detection means for detecting the bending of the cantilever beam or the both-end supported beam, according to claim 2, 3, 4, 5 or 6. Force detection device.
【請求項8】 梁の先端若しくは中心に設けられた導電
性探針と、この導電性探針に電圧を印加するための電気
的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的検出手段と
を有する片持ち梁若しくは両持ち梁の前記導電性探針に
加わる力を検出する力検出装置において、前記導電性探
針に印加する電圧と等しい電圧を前記梁の曲がりを検出
する電気的検出手段の基準電位に設定したことを特徴と
する力検出装置。
8. A conductive probe provided at the tip or the center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and electrical detection means for detecting the bending of the beam. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever or a doubly supported beam, a voltage equal to the voltage applied to the conductive probe is detected by an electrical detection means for detecting the bending of the beam. A force detection device characterized by being set to a reference potential.
【請求項9】 梁の先端若しくは中心に設けられた導電
性探針と、この導電性探針に電圧を印加するための電気
的配線と、前記梁の曲がりを検出する電気的検出手段と
を有する片持ち梁若しくは両持ち梁の前記導電性探針に
加わる力を検出する力検出装置において、前記導電性探
針に印加する電圧の低周波帯域の電圧を前記梁の曲がり
を検出する電気的検出手段の基準電位に設定したことを
特徴とする力検出装置。
9. A conductive probe provided at the tip or the center of the beam, electrical wiring for applying a voltage to the conductive probe, and electrical detection means for detecting bending of the beam. In a force detection device for detecting a force applied to the conductive probe of a cantilever or a doubly supported beam, a voltage in a low frequency band of a voltage applied to the conductive probe is electrically detected to detect bending of the beam. A force detection device characterized by being set to a reference potential of detection means.
【請求項10】 導電性探針への電気的配線を有する片
持ち梁若しくは両持ち梁における梁の剛性を、電気的検
出手段を有する前記片持ち梁若しくは両持ち梁における
梁の剛性よりも小さく設定したことを特徴とする請求項
2,3,4,5,6又は7記載の力検出装置。
10. The rigidity of a cantilever beam or a double-supported beam having electrical wiring to a conductive probe is smaller than the rigidity of the beam of the cantilever beam or the double-supported beam having an electrical detection means. The force detection device according to claim 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the force detection device is set.
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