JPH06201369A - 走査プローブ顕微鏡のマルチプローブヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料各部の表面を多角的に観察できる走査フ゜
ローフ゛顕微鏡のマルチフ゜ローフ゛ヘット゛の提供。 【構成】 マルチフ゜ローフ゛ヘット゛10は、シリコン基板11上に円周上
に配置されている6本のフ゜ローフ゛12〜17で構成され、駆動
回路18〜23が設けられており、配線も含めて、シリコン基板
11上に各フ゜ローフ゛12〜17とともに半導体プロセスを用いて
作製した。アーム24〜29の先端には、各々探針30〜35が設
けられている。各フ゜ローフ゛12〜17は点対称位置に設けられ
ているが、各々少しだけ回転することができ、試料を走
査するフ゜ローフ゛を取り替えて異なる方式で測定、同時にい
ろいろなホ゜イントを測定等、多角的に試料を観察できる。
各フ゜ローフ゛12〜17は、各々の周囲に設けた電極に電圧を印
加して静電的に回転駆動される。また、各アーム24〜29は
各々に形成したピエゾ素子により圧電駆動され、先端の
各探針30〜35の精密な位置決めを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエッチングやリ
ソグラフィなどの半導体プロセスによって作製されるマ
イクロアクチュエータに関し、特にその応用展開の１つ
として考えられる走査プローブ顕微鏡のマルチプローブ
ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）に代表
される走査プローブ顕微鏡は、分解能が高く原理的に測
定環境を選ばないことから、試料表面の微細形状の観察
手段として近年急速に普及してきている。

【０００３】中でもＳＴＭの進歩は著しく、探針やカン
チレバーをシリコン微細加工を用いて作製する研究も盛
んに行なわれている。これは、機構部を超小型化して装
置を小型化するとともに、機構部の共振周波数を高くす
ることで防振特性の向上をめざすものである。

【０００４】この探針やカンチレバーを総称してプロー
ブと呼ぶが、通常は別途配備したピエゾ素子により微小
駆動される。そのためプローブが小さくなっても機構部
全体はピエゾ素子の大きさで決定してしまう。

【０００５】そこで最近では、カンチレバー上に薄膜ピ
エゾ素子を作製し、カンチレバーそのものを微小変形さ
せることも研究されはじめており、既にいくつか研究成
果も発表されている。

【０００６】この従来の走査プローブ顕微鏡のプローブ
としては、例えば Akamineらの論文（"A planar Proces
s for Microfabrication of a Scanning TunnelingMicr
oscope", Sensors & Actuators, A21-23, pp.964-970,
1990. ）に示されている薄膜プローブが挙げられる。

【０００７】図２３はこの従来の薄膜プローブの構成を
示している。図２３において、１はシリコン基板、２は
カンチレバーであり、その先端には探針３が設けられて
いる。カンチレバー２の寸法は、８（厚み）×２００
（幅）×１０００（長さ）μｍである。

【０００８】カンチレバー２は、基本的に薄膜ピエゾ素
子４および５からなるバイモルフ構造である。薄膜ピエ
ゾ素子４の上には電極６ａ〜６ｃが設けられ、また、薄
膜ピエゾ素子５の下には電極６ａ、６ｂとほぼ同一形状
の電極７ａ、７ｂが設けられている。なお、薄膜ピエゾ
素子４、５の間にも電極８が設けられ、探針３は電極６
ｃ上に構成されている。

【０００９】各電極６ａ〜６ｃ、７ａ、７ｂ、８には、
図に示すようにそれぞれ配線がなされており、各パッド
を通して任意に電圧を印加することができる。

【００１０】図２４〜図２８は以下に説明するこの薄膜
プローブの作製工程（ａ）〜（ｅ）を示す図である。作
製にはエッチングやリソグラフィなどの一般的な半導体
プロセスが用いられる。以下、工程図にしたがって簡単
に作製方法を説明する。

【００１１】（ａ）図２４に示すように、シリコン基板
１に裏面より異方性エッチングを用いて５０〜７０μｍ
厚のメンブレン９を形成する。

【００１２】（ｂ）図２５に示すように、第１のＡｌ薄
膜を０．５μｍ厚だけ電子ビーム蒸着し、パターンニン
グを行なって、電極７ａ、７ｂ（図示せず）を形成す
る。

【００１３】（ｃ）図２６に示すように、電極７ａ、７
ｂの上に、ＰＥＣＶＤにより０．２μｍ厚の第１の窒化
膜と、反応性スパッタリングにより３μｍ厚の第１の酸
化亜鉛膜と、再び同様に０．２μｍ厚の第２の窒化膜と
を重ねることによって、薄膜ピエゾ素子５を形成する。
そして、窒化膜にはプラズマエッチングを、酸化亜鉛膜
にはウェットエッチングをそれぞれ用いてパターンニン
グを行なう。

【００１４】（ｄ）図２７に示すように、この薄膜ピエ
ゾ素子５の上に、（ｂ）と同様にして第２のＡｌ薄膜を
蒸着して電極８を形成し、その上に、（ｂ）と同様にし
てＰＥＣＶＤ及び反応性スパッタリングにより、第３の
窒化膜と第２の酸化亜鉛膜と第４の窒化膜とを重ねて薄
膜ピエゾ素子４を形成する。さらにその上に、（ｂ）と
同様にして第３のＡｌ膜を蒸着して電極６ａ〜６ｃ（６
ａ以外図示せず）を形成する。

【００１５】（ｅ）図２８に示すように、最後にメンブ
レン９をプラズマエッチングにより裏面から取り去っ
て、図２３に示すような構成が完成する。

【００１６】次に、この薄膜プローブの動作を図２９〜
図３２を用いて簡単に説明する。周知の如くピエゾ素子
は電界の方向に応じて伸長または収縮する性質を持つた
め、電極８を接地した状態に保持しておき、電極６ａ、
６ｂ、７ａ、７ｂに正負の電圧を適当に印加することに
より、薄膜ピエゾ素子４および５に与えられる電界を制
御してカンチレバー２を自由に変形させることができ
る。

【００１７】例えば図２９に示すように、電極６ａ、６
ｂ、７ａ、７ｂに同極性の電圧を印加し、薄膜ピエゾ素
子４と５に同じ方向の電界を与えると、カンチレバー２
全体がその長手方向（矢印Ｘ）に伸縮することになる。

【００１８】また、図３０〜図３２に斜線で示す（例え
ば右上がりの細かい斜線を正、右下がりの粗い斜線を
負）ように、各々の電極に正負の電圧を印加して薄膜ピ
エゾ素子４と５に与える電界を制御すれば、左右方向へ
の変形（図３０、矢印Ｙ）、上下方向への変形（図３
１、矢印Ｚ）、あるいはねじり（図３２、矢印Ｍ）とい
うように自由度の高い動きをカンチレバー２に与えるこ
とができる。

【００１９】以上のように電極６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ
に印加する電圧を制御することでカンチレバー２を自由
に伸縮、変形させ、しかもピエゾ素子がきわめて高い分
解能を持つことから、その先端の探針３を精密に駆動し
て、試料の走査をすることができる。

【００２０】この結果、半導体プロセスを用いてシリコ
ン基板上にピエゾ素子を積層した走査プローブ顕微鏡用
の薄膜プローブを構成できることになり、走査プローブ
顕微鏡の超小型化や高機能化に大きく貢献するものと期
待されている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、試料の異なる部分を測定するには薄膜
プローブ全体をシリコン基板１ごと移動するか、試料を
移動させる必要がある。またＳＴＭだけではなく例えば
ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）やＭＦＭ（磁気顕微鏡）とい
った他の方式の走査プローブ顕微鏡用の薄膜プローブを
用いて、同一試料の同一表面を多角的に観察することは
できないという課題を有していた。

【００２２】本発明はかかる点に鑑み、超小型化や量産
性に優れた半導体プロセスを用いて作製でき、移動可能
な複数の薄膜プローブを同時に使用して、試料を移動さ
せることなく、試料各部の表面を多角的に観察できる走
査プローブ顕微鏡のマルチプローブヘッドを提供するこ
とを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、先端に探針を形成し且つピエゾ素子を積層したアー
ム部と内側を基板上に支持されたリング部とからなり、
このリング部の外周に配した複数の電極に順次静電気的
に吸着されることで転動可能な複数のプローブを円周状
に配置したマルチプローブヘッドであって、複数のプロ
ーブが各々転動動作によって回転移動し、試料上の複数
の点においてピエゾ素子を駆動して探針が試料を走査す
ることを特徴とする走査プローブ顕微鏡のマルチプロー
ブヘッドである。

【００２４】

【作用】請求項１に記載の発明は、リング部の外周に配
した電極に選択的に電圧を印加してリング部を転動さ
せ、プローブ全体を回転移動させる。このときアーム部
の先端に設けた探針はほぼ直線状の軌跡を描きながら移
動する。したがって、試料上で探針が簡単に移動できる
ことになり、円周状に配置された複数のプローブを効率
よく取り替えたり、試料上で移動して複数の点を走査し
たりできる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００２６】図１は本発明の実施例における走査プロー
ブ顕微鏡のマルチプローブヘッドの構成を表わす平面図
であり、図２はその動作を説明する拡大平面図である。
大きさとしては、全体の外径で２〜３ｍｍという大変小
さなものである。

【００２７】図１に示すようにマルチプローブヘッド１
０は、シリコン基板１１上に６本のプローブ１２〜１７
が円周上に配置されている。各々のプローブ１２〜１７
には駆動回路１８〜２３が設けられており、配線も含め
て、シリコン基板１１上に各プローブ１２〜１７ととも
に半導体プロセスを用いて作製されている。

【００２８】１１ａはシリコン基板１１の中央部分に設
けられたキャビティであり、各プローブ１２〜１７のア
ーム２４〜２９の移動に支障が無いように構成されてい
る。また、各アーム２４〜２９の先端には各々探針３０
〜３５が設けられている。

【００２９】図に示すように、各プローブ１２〜１７は
点対称な位置に設けられているが、各々少しだけ回転す
ることができる。図ではプローブ１５だけが反時計方向
に約８度回転した状態を示しており、この結果、アーム
２７の先端に形成された探針３４がちょうどキャビティ
１１ａの中心点に存在している。この位置で探針３４に
よる試料（図示せず）の測定が可能である。他の探針３
０〜３３、３５は一点鎖線で示された円周上に位置して
おり測定待機状態にある。

【００３０】もちろん、各プローブ１２〜１７の全てに
ついて同様の操作が可能であり、プローブ１５を時計方
向に約８度回転させ、今度は例えばプローブ１３を反時
計方向に約８度回転して、アーム２５の先端の探針３２
を中心点に移動させ、試料の測定を行なうことができ
る。

【００３１】すなわち、プローブ１３をプローブ１５と
異なる方式のプローブ（例えばプローブ１３がＳＴＭ、
プローブ１５をＡＦＭ）として用意すれば、同一試料の
同一場所を多角的に観察することが可能になる。

【００３２】さて、この回転移動に関しては後に詳しく
説明するが、駆動回路１８〜２３によって各プローブ１
２〜１７の位置をかなり自由にコントロールできること
を示している。しかも、回転移動経路の途中の点でも位
置決めが可能であり、６本の探針３０〜３５を試料のい
ろいろな点に同時に移動させることもできる。

【００３３】図２にその様子を拡大して示すが、各アー
ム２４〜２９がその探針３０〜３５の位置を各々設定し
ており、この場合はたとえ全てのプローブ１２〜１７が
同じ方式であったとしても、きわめてダイナミックな観
察が可能になる。（図ではプローブ１４及び１５が図１
と同じ状態であり、プローブ１４、すなわちアーム２６
の先端に設けられた探針３３だけは依然として待機状態
である。）次に図３〜図５を用いて各プローブ１２〜１
７の構成を詳細に説明するが、各々のプローブは１２〜
１７はすべて同じ構成であるので、代表してプローブ１
２のみについて説明を行なう。

【００３４】図３はプローブ１２の構成を表わす平面図
である。また、図４は図３に示す切断線ＰＯＱに関する
Ｔ方向断面図であり、図５は同じく図３に示す切断線Ｒ
Ｓに関するＵ方向断面図である。

【００３５】図３〜図５に示したように、プローブ１２
は導電性を有する薄い板状の部材であり、鈎の手状に曲
がったアーム２４と一体的にリング３６が設けられてい
る。前記したようにプローブ１２はその全体が回転する
が、これはこのリング３６において静電的に回転駆動さ
れることによる。なお、アーム２４は後述するピエゾ素
子により圧電駆動される。

【００３６】まずリング３６周辺の構成を説明する。リ
ング３６の内周には幅が細く同一螺旋形状の３本の梁３
７ａ〜３７ｃが１２０度間隔で点対称に配置され、これ
らは一端をシリコン基板１１上に植立したアンカー３８
に固定されている。つまりプローブ１２は梁３７ａ〜３
７ｃによってアンカー３８に弾性支持されることにな
る。

【００３７】リング３６外周のシリコン基板１１上に
は、リング３６と僅かな間隙を開けて円周状に９個の電
極３９ａ〜３９ｉ（図４では３９ｅのみ呈示）が設けら
れている。各電極の内周は３９ａを除いて全て同一の円
弧形状をしている。ただし各電極は一定のピッチ角では
配置されていない。

【００３８】直線ＯＢ〜ＯＨは隣接する２つの電極の線
対称となる基準線を表わすが、そのピッチ角である∠Ａ
ＯＢ、∠ＢＯＣ、∠ＣＯＤ、∠ＤＯＥ、∠ＥＯＦ、∠Ｆ
ＯＧ、∠ＧＯＨは一定ではない。なお、電極３９ａ〜３
９ｉにはそれぞれ駆動回路１８から配線がなされてお
り、電圧印加手段（図示せず）より任意に選択して電圧
を印加することができる。

【００３９】プローブ１２は電極３９ａと対向する部分
に凹状の位置規制部４０を備えている。また電極３９ａ
もこの位置規制部４０と係合し、プローブ１２を案内す
るような凸形状を有する案内部４１を備えている。さら
に、電極３９ａ〜３９ｉの内周には絶縁膜４２ａ〜４２
ｉが設けられ、リング３６と直接電気的に接触しないよ
うになっている。

【００４０】また、アンカー３８とシリコン基板１１と
の間にはリング３６と略同一形状かつ導電性のシールド
層４３が設けられ、リング３６との間で常に電気的な導
通が得られるようになっている。なお、シリコン基板１
１の表面には絶縁層４８が形成されている。

【００４１】次にアーム２４周辺の構成を説明するが、
基本的な構成は従来例と等しい。すなわち、アーム２４
にはこれを上下から挟み込むように薄膜ピエゾ素子４４
および４５が設けられている。さらに、薄膜ピエゾ素子
４４の上には電極４６ａ〜４６ｃが設けられ、薄膜ピエ
ゾ素子４５の下には電極４６ａおよび４６ｂとほぼ同一
形状の電極４７ａおよび４７ｂが設けられている。ま
た、電極４６ｃ上には円錐状の探針３１が構成されてい
る。

【００４２】なお、電極４６ａ〜４６ｃ及び４７ａ〜４
７ｂには、図は省略するが電圧印加手段よりそれぞれ配
線がされており、任意に選択して電圧を印加することが
できるように構成されている。

【００４３】図６〜図１９は以下に説明するこのプロー
ブ１２の作製工程（ａ）〜（ｏ）を示す図である。作製
にはエッチングやリソグラフィなどの一般的な半導体プ
ロセスが用いられる。以下、工程図にしたがって簡単に
作製方法を説明する。

【００４４】（ａ）図６に示すように、シリコン基板１
１の表面に、熱成長させた１μｍ厚の酸化シリコン膜お
よびプラズマＣＶＤで堆積させた１μｍ厚の窒化シリコ
ン膜とを重ねることによって絶縁層４８を形成する。

【００４５】（ｂ）図７に示すように、この絶縁層４８
の上にリンを十分に拡散させた０．３５μｍ厚のＬＰＣ
ＶＤ多結晶シリコン薄膜からなる導電層を形成し、パタ
ーンニングを行なってシールド層４３とする。

【００４６】（ｃ）図８に示すように、犠牲層となる
２．２μｍ厚の酸化シリコン膜４９を堆積させる。

【００４７】（ｄ）図９に示すように、Ａｌを０．５μ
ｍ厚だけ電子ビーム蒸着し、パターンニングを行なっ
て、電極４７ａ、４７ｂ（図示せず）を形成する。

【００４８】（ｅ）図１０に示すように、電極４７ａ、
４７ｂの上に、プラズマＣＶＤにより０．２μｍ厚の窒
化膜と、反応性スパッタリングにより３μｍ厚の酸化亜
鉛膜と、再び同様に０．２μｍ厚の窒化膜とを重ねるこ
とによって、薄膜ピエゾ素子４５を形成する。そして、
窒化膜にはプラズマエッチングを、酸化亜鉛膜にはウェ
ットエッチングをそれぞれ用いてパターンニングを行な
う。

【００４９】（ｆ）図１１に示すように、犠牲層である
酸化シリコン膜４９に対して、電極固定部５０とアンカ
ー固定部５１のパターニングを行なう。

【００５０】（ｇ）図１２に示すように、リンを十分に
拡散させた２．５μｍ厚の多結晶シリコン層５２をＬＰ
ＣＶＤにより堆積させる。

【００５１】（ｈ）図１３に示すように、多結晶シリコ
ン層５２の上に、再びプラズマＣＶＤ及び反応性スパッ
タリングにより、０．２μｍ厚の窒化膜と３μｍ厚の酸
化亜鉛膜と０．２μｍ厚の窒化膜とを重ねて薄膜ピエゾ
素子４４を形成する。そして同様に、プラズマエッチン
グあるいはウェットエッチングを用いてパターンニング
を行なう。

【００５２】（ｉ）図１４に示すように、０．５μｍ厚
のＡｌ膜を形成し、パターンニングを行なって、電極４
６ａ〜４６ｃ（４６ｂは図示せず）とを形成する。

【００５３】（ｊ）図１５に示すように、電極４６ｃの
先端に、リフトオフ法によって円錐状の探針３１を形成
する。

【００５４】（ｋ）図１６に示すように、反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）を用いて、多結晶シリコン層５２
をパターンニングし、図３、図４に示すプローブ１２、
梁３７ａ〜３７ｃ、アンカー３８と電極３９ａ〜３９ｉ
（図示は３９ｅのみ）を形成する。このとき、アンカー
３８および電極３９ａ〜３９ｉはシリコン基板１１上に
固定される。マスクにはパターンニングされた熱酸化膜
を用いるため、この段階でプローブ１２や梁３７ａ〜３
７ｃ、および電極３９ａ〜３９ｉの厚みは２．２μｍ程
度になっている。また電極３９ａ〜３９ｉの内径は、後
の工程で形成される絶縁膜４２ａ〜４２ｉの分だけ大き
く設定されている。

【００５５】（ｌ）図１７に示すように、０．１μｍの
高温酸化膜とその上に０．３４μｍ厚の窒化シリコン層
を堆積させ、電極３９ａ〜３９ｉの内周に絶縁膜４２ａ
〜４２ｉ（図示は４２ｅのみ）を形成するように、ＲＩ
Ｅによりパターンニングする。この段階でリング３６と
電極３９ａ〜３９ｉとの設定クリアランスが得られるこ
とになる。

【００５６】（ｍ）図１８に示すように、犠牲層である
酸化シリコン膜４９を緩衝フッ酸（ＨＦ）で溶解し、プ
ローブ１２と梁３７ａ〜３７ｃとをシリコン基板１１か
らリリースする。このとき、ここでは特に詳述しない
が、薄膜ピエゾ素子４４および４５と絶縁膜４２ａ〜４
２ｉの周辺をあらかじめ被覆しておき、緩衝フッ酸によ
る溶解を未然に防止する。

【００５７】（ｎ）図１９に示すように、最後にアーム
２４の下のシリコン基板１１をエッチングしてキャビテ
ィ１１ａ形成することにより、図４に示すような構成が
完成する。

【００５８】次に、以上のように構成されたプローブ１
２の動作を図２０〜図２２を用いて説明する。

【００５９】まず、図２０に示すように、電極３９ａ、
３９ｂに同じ電圧を印加し励起すると、プローブ１２の
リング３６はこれら２つの電極３９、３９ｂに同時に静
電気的に吸引され、ＯＡ方向に絶縁膜４２ａ、４２ｂと
接触するまで移動する。

【００６０】このとき、プローブ１２の位置規制部４０
が電極３９ａに設けた案内部４１と当接し、また、リン
グ３６外周が電極３９ａ、３９ｂと密着することによ
り、プローブ１２は所定の位置に案内され初期化され
る。この結果、アーム２４の先端に設けられた探針３１
は、図に示した５３ａの位置、すなわち、図１及び図２
における測定待機状態（一点鎖線で示した円周上）の位
置に案内される。

【００６１】次に、図２１に示すように、電極３９ａの
励起を解除し電極３９ｂ、３９ｃに電圧を印加すると、
リング３６は新たに励起された２つの電極３９ｂ、３９
ｃに静電気的に吸引され、直線ＯＢに関して対称な位置
に転がりながら移動する。このとき、探針３１は図に示
した５３ｂの位置、すなわち、図１及び図２における測
定可能な状態（一点鎖線で示した円の内側）の位置に案
内される。

【００６２】このように励起する電極の組を１電極分だ
け順にずらしていくと、リング３６は励起された２つの
電極に順次吸引されながら矢印Ｊ方向に公転する。しか
し、リング３６は電極３９ａ〜３９ｉに対して転がり接
触しながら移動するため、その外周と電極３９ａ〜３９
ｉの内周との長さの差の分だけ自転することになる。そ
して、その自転方向は公転方向とは逆の矢印Ｋ方向とな
る。

【００６３】この動作はいわゆるウォブル駆動方式であ
り、公転に対して自転の回転数が非常に小さくなるた
め、減速されたのと同じ効果が得られ、自転に関する回
転トルクがその減速比に比例して大きくなるという特徴
がある。

【００６４】そして、図２２に示すように、最終的に電
極３９ｈ、３９ｉに電圧を印加すると、リング３６は直
線ＯＨに関して対称な位置まで移動する。このとき、探
針３１は図に示した５３ｈの位置、すなわち、図１及び
図２における測定可能な状態の中心位置（一点鎖線で示
した円の中心）まで案内される。このように、リング３
６の転動運動がアーム２４先端の略直線運動に効率よく
変換される。

【００６５】ここで、電極３９ｂ〜３９ｉが同一円弧形
状であるため、隣接する電極に同じ大きさの電圧を印加
すれば、リング３６はこの２つの電極のほぼ中心に静電
吸引されることになる。したがって、励起する電極の組
を１電極分だけずらすことにより、リング３６をステッ
プ状に回転駆動することができる。

【００６６】さらに、隣接する電極のピッチ角を変化さ
せ、リング３６の回転角を適宜変化させることで、アー
ム２４の先端を所定の方向（例えば図のＬ方向）に対し
て等ピッチで送ることも可能となる。このようにして、
探針３１を図２２に示す５３ａ（待機位置）〜５３ｈ
（中心位置）に、Ｌ方向に関して等ピッチで案内する確
実な位置決め機構を実現することができる。

【００６７】また、リング３６が電極３９ａ〜３９ｉと
転がり接触しながら回転駆動されるウォブル駆動方式で
あるため、摩擦の影響が極めて小さくなり、摩耗に伴う
特性劣化も少なく長寿命化が図れる。

【００６８】なお、リング３６は梁３７ａ〜３７ｃによ
りアンカー３８に弾性的に支持されているが、梁３７ａ
〜３７ｃが変形することで所定角度分だけ自転すること
ができる。図に示したように、梁３７ａ〜３７ｃの幅を
細くして剛性を下げ、形状を螺旋状として十分に長さを
確保すれば、これらの弾性変形は可能となる。

【００６９】この弾性的な付勢力を持つ梁３７ａ〜３７
ｃには、プローブ１２を常に安定した状態に保つ効果が
期待できる。すなわち、適度な付勢力による運動の安定
性と各電極３９ａ〜３９ｉへの通電を遮断した場合の元
の位置への復帰動作である。しかも、図４に示したよう
にプローブ１２とシリコン基板１１上のシールド層４３
との導通が梁３７ａ〜３７ｃを通じて確実に得られるた
め、プローブ１２とシールド層４３とが常時同電位に保
たれ、信頼性の高い駆動特性が得られるという利点も生
じる。

【００７０】このように、リング３６を所定の角度だけ
回転駆動してプローブ１２全体の位置決めを行なった
後、こんどは薄膜ピエゾ素子４４、４５を駆動してアー
ム２４先端の微細な位置決めを行なう。

【００７１】以下に再び図５を用いてその動作を簡単に
説明するが、この部分に関しては、構成もそうであった
ように基本的に従来例と同じである。

【００７２】すなわち、アーム２４を接地し、電極４６
ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂに印加する電圧を制御する
ことにより、薄膜ピエゾ素子４４、４５を自由に変形さ
せ、アーム２４の先端に設けた探針３１の位置決めを行
なう。

【００７３】例えば、薄膜ピエゾ素子４４、４５にそれ
ぞれ反対方向の電界を与えると、アーム２４は上下方向
にたわみ、探針３１をシリコン基板１１に垂直な方向に
対して高精度に位置決めすることができる。

【００７４】また、薄膜ピエゾ素子４４、４５に同方向
の電界を与えれば、アーム２４はその長手方向に伸縮
し、薄膜ピエゾ素子４４、４５の左右でそれぞれ反対方
向の電界を与えれば、アーム２４を左右に変形すること
ができるので、探針３１をシリコン基板１１と平行な平
面内において高精度に位置決めすることもできる。

【００７５】この結果、プローブ１２の位置決めを行な
うとともに、薄膜ピエゾ素子４４、４５による、探針３
１の任意の位置への微細な位置決めが可能になる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、超小型化や量産性に優れた半導体プロセスを用い
て作製でき、移動可能な複数の薄膜プローブを同時に使
用して、試料を移動させることなく、試料各部の表面を
多角的に観察できる走査プローブ顕微鏡のマルチプロー
ブヘッドを提供することできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の走査プローブ顕微鏡のマルチプローブ
ヘッドの一実施例の構成を示す平面図

【図２】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の動作
を説明する示す拡大平面図

【図３】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構成
要素であるプローブの構成を示す平面図

【図４】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構成
要素であるプローブの断面図

【図５】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構成
要素であるプローブの断面図

【図６】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構成
要素であるプローブの作製工程図

【図７】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構成
要素であるプローブの作製工程図

【図８】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構成
要素であるプローブの作製工程図

【図９】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構成
要素であるプローブの作製工程図

【図１０】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１１】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１２】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１３】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１４】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１５】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１６】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１７】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１８】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図１９】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例の構
成要素であるプローブの作製工程図

【図２０】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例のプ
ローブの動作説明図

【図２１】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例のプ
ローブの動作説明図

【図２２】本発明の走査プローブ顕微鏡の一実施例のプ
ローブの動作説明図

【図２３】従来の薄膜プローブの構成図

【図２４】従来例の薄膜プローブの作製工程図

【図２５】従来例の薄膜プローブの作製工程図

【図２６】従来例の薄膜プローブの作製工程図

【図２７】従来例の薄膜プローブの作製工程図

【図２８】従来例の薄膜プローブの作製工程図

【図２９】従来例の薄膜プローブの動作説明図

【図３０】従来例の薄膜プローブの動作説明図

【図３１】従来例の薄膜プローブの動作説明図

【図３２】従来例の薄膜プローブの動作説明図

【符号の説明】

１０ マルチプローブヘッド １２、１３、１４、１５、１６、１７ プローブ ２４、２５、２６、２７、２８、２９ アーム ３０、３１、３２、３３、３４、３５ 探針 ３６ リング ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ 梁 ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅ、３９ｆ、３
９ｇ、３９ｈ、３９ｉ、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４７
ａ、４７ｂ 電極 ４４、４５ 薄膜ピエゾ素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に探針を形成し且つピエゾ素子を積層
   したアーム部と内側を基板上に支持されたリング部とか
   らなり、このリング部の外周に配した複数の電極に順次
   静電気的に吸着されることで転動可能な複数のプローブ
   を円周状に配置したマルチプローブヘッドであって、前
   記複数のプローブが各々前記転動動作によって回転移動
   し、試料上の複数の点において前記ピエゾ素子を駆動し
   て前記探針が試料を走査することを特徴とする走査プロ
   ーブ顕微鏡のマルチプローブヘッド。
2. 【請求項２】リング部の内側に、点対称に配され基板上
   に固定端を有する同一螺旋形状の複数の梁を備えたこと
   を特徴とする請求項１記載の走査プローブ顕微鏡のマル
   チプローブヘッド。