JPH07146301A - 集積型ｓｐｍセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カンチレバーの先端周辺部の面積の小さい集積
型ＳＰＭセンサーを提供する。 【構成】カンチレバー部１２４は、その先端が三角に尖
ったほぼ短冊形状をしており、シリコン層からなるレバ
ー構造体部１１４、ピエゾ抵抗部１１６、絶縁層１１
８、電極部１２０が積層された構造となっている。ピエ
ゾ抵抗部の先端部には探針部１１９が形成されている。
絶縁層１１８は、探針部１１９の周辺の一部を除くピエ
ゾ抵抗部１１６の全体、およびレバー構造体部１１４の
先端の側面を覆っている。電極部１２０は、絶縁層１１
８の全面および探針部１１９を覆っており、コンタクト
部１２３を介してピエゾ抵抗部１１６と電気的に接続さ
れている。このカンチレバー部１２４は、上下面に絶縁
層１１２と１１１を有するシリコン基板１１０で形成さ
れた支持部に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子間力顕微鏡に用い
る集積型ＡＦＭセンサーひいては走査型プローブ顕微鏡
一般に使用できる集積型ＳＰＭセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性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走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ；Scanning Tunneling Microscope ）がビニッヒ（G.
Binnig ）やローラー（H. Rohrer ）らによって発明さ
れた。ＳＴＭでは、観察できる試料は導電性のものに限
られている。

【０００３】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；At
omic Force Microscope ）が提案された。このＡＦＭ
は、例えば特開昭６２−１３０３０２（IBM, G. Binni
g, 「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。

【０００４】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、カンチレバーの自由端に設けた鋭い突起部分
（探針部）を試料の近傍に配置し、探針先端と試料表面
の原子間に働く相互作用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方向に移動させてカンチレバーの探針部との相
対的な位置関係を変化させ、つまりＸＹ走査を行ない、
探針部と試料の位置関係およびカンチレバーの動きに基
づいて、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダーで三
次元的にとらえている。

【０００５】ＡＦＭにおいて、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
自体に変位を測定する機能を付加した集積型ＡＦＭセン
サーが M. Tortonese らにより提案されている。その一
例が、例えば「Transducers and Sensors '91, M. Tort
onese, H. Yamada, R. C. Barret and C. F. Quate, "A
tomic force microscope using a piezoresistive cant
ilever" 」やＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２３９８に開示さ
れている。

【０００６】集積型ＡＦＭセンサーでは、測定原理に圧
電抵抗効果を利用している。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くと、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する。この電流の変化を
検出することによって、カンチレバーの変位量を知るこ
とができる。

【０００７】このような集積型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、試料の大きさが最大数ｃ
ｍ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約を取り除くことができると
いう利点がある。

【０００８】次に集積型ＡＦＭセンサーについて図１６
を参照して説明する。まず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１６（ａ）に示すよ
うに、シリコンウェハー１１０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
えば貼り合わせウェハーを用意する。このシリコン層１
１４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、こ
れを図１６（ｄ）に示す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。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１１２の下側にレジスト層１２２を形
成し、このレジスト層をパターンニングして開口を形成
して図１６（ｂ）となる。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
スクとして湿式異方性エッチングによりシリコンウェハ
ー１１０を分離層１１２までエッチングし、最後にフッ
酸でカンチレバー部１２４下部の分離層１１２をエッチ
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１６（ｃ）に、
その上面図を図１６（ｄ）に示す。

【０００９】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、二つの電極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
試料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１２４の変位が
二つの電極１２０の間に流れる電流信号として得られ
る。

【００１０】ＡＦＭの測定方法としては、コンタクトモ
ードとノンコンタクトモードがある。コンタクトモード
ではカンチレバーの特性である機械的Ｑ値はほとんど問
題にされない。しかし、ノンコンタクトモードにおける
カンチレバーのＱ値は、変位計測の感度を決定するため
極めて重要な特性の一つであると言える。このノンコン
タクトモードはカンチレバーを振動させておき試料が接
近するとその共振周波数が変化し、この変化を振幅の変
化量あるいは共振周波数のシフト量で検出する方法であ
る。この測定において分解能はＱ値に依存し、Ｑ値が高
いほど分解能も高くなる。したがって、高Ｑ値のカンチ
レバーが望まれている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、 M. To
rtonese らの集積型ＡＦＭセンサーにおいては、カンチ
レバーをＵ字形状にしているため、いくつかの点でその
性能に制限が加わり、十分な変位測定特性が得られてい
ない。その問題点を以下に述べる。

【００１２】第一に、カンチレバーの先端周辺部分の面
積が広いため、空気抵抗の影響が大きく、カンチレバー
の機械的Ｑ値を高くできない。このため、ノンコンタク
トモードによるＡＦＭ測定に適していない。

【００１３】第二に、カンチレバーの先端周辺部分の面
積が広いため、光学顕微鏡視野内においてカンチレバー
の占める割合が大きく、光学顕微鏡で位置決めを行なお
うとした際に、視野中あるいはテレビモニター画面中の
半分以上をカンチレバーが隠してしまうため、位置決め
が難しいものとなっている。

【００１４】第三に、試料を測定する際、試料は接地電
位に保たれるが、探針部の電位が接地電位でないため、
探針部と試料の間に電位差が生じ、両者間に静電引力が
働く。このため、針圧が設定値より大きくなってしま
い、ＡＦＭ測定を行なった際に、試料の表面形状を正確
に測定できない。また、必ずしも静電ノイズ等の電気ノ
イズの影響を受け難い構造ではなく、それらのノイズに
よるＳ／Ｎの低下を招いている。

【００１５】第四に、カンチレバーの変位を検出するた
め、ピエゾ抵抗層に電流を流しているので、ピエゾ抵抗
層が発熱し、その熱はカンチレバーの変位検出特性に影
響を及ぼす。しかし、これに対する対策は特に施されて
いない。

【００１６】第五に、カンチレバーの変位の校正に対し
て、具体的な校正法が提案されていない。このため、校
正を行なうに適した構造に対して配慮されていない。本
発明は、カンチレバーの先端周辺部の面積の小さい集積
型ＳＰＭセンサーを提供することを目的とする。

【００１７】また本発明は、探針が静電引力を受けるこ
とがなく、また電気ノイズに対する耐性にも優れた集積
型ＳＰＭセンサーを提供することを目的とする。さらに
本発明は、ピエゾ抵抗層の発熱の放熱に優れる集積型Ｓ
ＰＭセンサーを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、広く走査型プ
ローブ顕微鏡に用いられる、変位検出機能を備えた集積
型ＳＰＭセンサーであって、ほぼ短冊形状のカンチレバ
ーと、カンチレバーの先端部に形成された探針と、カン
チレバーの先端部まで帯状に延びたピエゾ抵抗体と、ピ
エゾ抵抗体の両端に電気的に接続された二つの電極とを
備えている。

【００１９】一方の電極が、カンチレバーの探針側が形
成されている面のほぼ全体を覆っているとなおよい。他
方の電極が、カンチレバーの探針が形成されている面の
反対側の面のほぼ全体を覆っているとさらによい。

【００２０】

【作用】

一．カンチレバーはほぼ短冊形状となっており、そこに
帯状のピエゾ抵抗層が先端部まで延びている。従って、
カンチレバーは従来例に比べて細く作られる。 １．このため、先端周辺部分の面積は小さくなるので、
空気抵抗が少なくなり、カンチレバーのＱ値は高くな
る。

【００２１】２．また、光学顕微鏡で位置決めを行なう
場合、視野中またはテレビモニター画面中の試料を覆い
隠す面積が少なくなるので、位置決めが容易に行なえる
ようになる。これは、高倍率で光学顕微鏡観察する際に
その効果が特に顕著である。

【００２２】二．ピエゾ抵抗層の両端すなわち先端部と
基端部には別の電極が電気的に接続されている。一方の
電極は、カンチレバーの探針側の面のほぼ全体を覆うよ
うに形成されている。

【００２３】１．本発明の集積型ＳＰＭセンサーを原子
間力顕微鏡に用いる場合のようにトンネル電流を検出す
る必要のない場合、カンチレバーの探針側の面を覆って
いる電極が探針を覆っているとなおよい。カンチレバー
の探針側の面を覆っている電極は、測定の際に接地さ
れ、接地電位に保たれる。この結果、探針の周辺部分あ
るいは探針自体が接地電位に保たれる。従って、試料表
面と探針との間に静電引力が生じなくなり、ＡＦＭ測定
において、針圧設定あるいはフォース設定を極めて小さ
く設定した高分解能測定が行なえるようになる。また、
この電極は、静電ノイズ等の電気ノイズを遮断するガー
ド電極としても機能するので、検出信号のＳ／Ｎが向上
し、高分解能測定が行なえるようになる。

【００２４】２．従来の集積型ＡＦＭセンサーでは、カ
ンチレバーの表面はシリコンや酸化シリコン等といった
放熱効率の悪い材料であった。これに対して、本発明の
集積型ＳＰＭセンサーでは、カンチレバーの表面に放熱
効率に優れる金属材料からなる電極が形成されている。
従って、従来に比べて、放熱特性が高く、熱の影響を受
け難い。

【００２５】三．ピエゾ抵抗層に接続されている他方の
電極は、カンチレバーの探針側の反対側の面を覆うよう
に形成されている。 １．前述した理由から、さらに放熱特性が高くなる。

【００２６】２．カンチレバーの背面（探針の裏面）の
光の反射率が高くなる。従って、従来のＡＦＭで用いら
れているカンチレバーの変位測定用の光変位検出器との
組み合わせが可能になり、光変位検出器の出力に対し
て、本発明の集積型ＳＰＭセンサーの変位感度の校正を
行なうこともできるようになる。

【００２７】

【実施例】本発明の第一実施例の集積型ＳＰＭセンサー
について図１ないし図６を用いて説明する。本実施例の
集積型ＳＰＭセンサーは、その上面図の図１から分かる
ように、先端が三角に尖ったほぼ短冊形状のカンチレバ
ー部１２４を有している。カンチレバー部１２４は、そ
の先端部に探針部１１９が形成されており、その上面全
体は支持部側から延びる電極部１２０で覆われている。

【００２８】カンチレバー部１２４は、その縦断面すな
わち図１のII−II断面を示す図２から分かるように、シ
リコン層からなるレバー構造体部１１４、ピエゾ抵抗部
１１６、絶縁層１１８、電極部１２０が積層された構造
となっている。ピエゾ抵抗部１１６はシリコン層１１４
の表面にボロン（Ｂ）をイオンインプランテーションす
ることにより形成される。このとき探針部１１９も一緒
に形成される。絶縁層１１８は、探針部１１９の周辺の
一部を除くピエゾ抵抗部１１６の全体、およびレバー構
造体部１１４の先端の側面を覆っている。電極部１２０
は、絶縁層１１８の全面および探針部１１９を覆ってお
り、コンタクト部１２３を介してピエゾ抵抗部１１６と
電気的に接続されている。このカンチレバー部１２４
は、上下面に絶縁層１１２と１１１を有するシリコン基
板１１０で形成された支持部に固定されている。

【００２９】またカンチレバー部１２４は、その横断面
すなわち図１の III−III 断面を示す図３から分かるよ
うに、レバー構造体部１１４上にピエゾ抵抗部１１６が
形成され、このピエゾ抵抗部１１６の上に絶縁層１１８
が形成されている。絶縁層１１８は、レバー構造体部１
１４の側面まで形成されている。絶縁層１１８の上に電
極部１２０が形成されている。

【００３０】カンチレバー部１２４を保持している支持
部は、その断面つまり図１のIV−IV断面を示す図４から
分かるように、上下面に絶縁層１１２と１１１を設けた
シリコン基板１１０を基礎とし、その上にレバー構造体
１１４とピエゾ抵抗部１１６が積層されている。ピエゾ
抵抗部１１６の一部の領域の上には電極部１２１が形成
されている。ピエゾ抵抗部１１６の残りの領域の上には
絶縁層１１８が形成されており、その上に電極部１２０
が形成されている。

【００３１】続いて、その製造方法について図５と図６
を参照しつつ説明する。なお、この説明において探針を
作製する工程は省略してある。スタートウェハー１００
として、シリコン基板１１０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
ば貼り合わせウェハーを用意する。このスタートウェハ
ー１００の上下面すなわちシリコン基板１１０の下面と
シリコン層１１４の上面とに酸化膜１１１を形成し、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
形成する（図５（ａ））。シリコン層１１４とピエゾ抵
抗層１１６を、図６（ｂ）の形状にパターニングした
後、表面全体を酸化シリコン膜１１８で覆う（図５
（ｂ））。そしてカンチレバーの固定端側と自由端側に
ボンディング用の穴をあけ、金属をスパッタリングして
電極１２０と１２１を形成する（図５（ｃ））。その
後、オーミックコンタクトをとるための熱処理をする。
続いて、電極１２０と１２１を保護するためにその表面
をポリイミド１１３で覆い、酸化膜１１１をマスクとし
て湿式異方性エッチングにより分離層１１２までエッチ
ングし、続いてフッ酸で露出した分離層１１２をエッチ
ングして、カンチレバー部１２４を形成する（図５
（ｄ））。最後に、ポリイミド１１３を除去して集積型
ＳＰＭセンサーが完成する（図６（ａ））。その上面図
を図６（ｂ）に示す。

【００３２】測定の際、電極部１２０と１２１の間に
は、カンチレバー部１２４のＺ方向の反り量（変位量）
を検出するために所定の電位が与えられ、その反り量は
電流計により抵抗部１１６に流れる電流の変化として検
知される。電極部１２０と１２１の間に印加する電位差
は、探針位置において試料あるいは試料台との間の電位
差が０Ｖとなるように設定される。例えば、試料表面電
位が接地電位の場合、電極部１２０は接地電位に、電極
部１２１には所定の電位Ｖに保たれる。

【００３３】本実施例では、抵抗部１１６をほぼ短冊形
状に形成し、それに電極層を積層した構造の集積型ＳＰ
Ｍセンサーとすることにより、レバー部、特にその先端
部分の面積を小さくでき、空気抵抗を減少させることが
できる。すなわち、従来の集積型ＡＦＭセンサーではレ
バー部が二本形成されているのに対し、本発明の集積型
ＳＰＭセンサーではレバー部は一本で形成されているた
め、空気抵抗を減少させることができる。この結果、カ
ンチレバーの機械的Ｑ値をより高くすることが可能にな
る。

【００３４】また、光学顕微鏡で位置決めを行なう場
合、レバー部の面積が小さいことにより、視野中または
テレビモニター画面中の試料を本発明の集積型ＳＰＭセ
ンサーで覆い隠す面積が少なくなり、位置決めが非常に
容易に行なえるようになる。特に高倍率で光学顕微鏡観
察した場合により効果的である。

【００３５】さらに、レバー部表面に形成した電極層を
接地電位にすることにより、探針付近の電位を接地電位
とすることができ、接地電位に保たれた試料表面と集積
型ＳＰＭセンサーの探針との間に働く静電引力を取り除
くことができる。このためＡＦＭ測定において、針圧設
定あるいはフォース設定を極めて小さく設定した高分解
能測定が可能になる。また、電極層はガード電極として
も機能し、静電ノイズなどの電気ノイズに対して強くな
り、検出される信号のＳ／Ｎが向上して、やはりＡＦＭ
測定における高分解能測定が可能になる。

【００３６】そのほか、積層構造としたことにより、レ
バー部の表面を金属を中心とした電極材料で覆うことか
ら、シリコンまたは酸化シリコンで表面を覆われた従来
に比べて放熱特性が高いものとなる。その結果、熱によ
る影響を減少できる。

【００３７】次に本発明の第二実施例の集積型ＳＰＭセ
ンサーについて図７ないし図１１を参照して説明する。
本実施例の集積型ＳＰＭセンサーは、その上面図の図７
から分かるように、先端が三角に尖ったほぼ短冊形状の
カンチレバー部２２４を有している。カンチレバー部２
２４は、その先端部に探針部２１９が形成されており、
その上面全体が先端部を除いて支持部側から延びる電極
部２２０で覆われている。

【００３８】カンチレバー部２２４は、その縦断面すな
わち図７のVIII−VIII断面を示す図８から分かるよう
に、シリコン層からなるレバー構造体部２１４の上にピ
エゾ抵抗部２１６、絶縁層２１８、電極部２２０が積層
されていて、レバー構造体部２１４の下に電極部２２１
が設けられている。ピエゾ抵抗部２１６は、先端部を除
くレバー構造体部２１４の上面全体に形成されている。
このピエゾ抵抗部２１６は、シリコン層２１４の表面に
ボロン（Ｂ）を選択的にイオンインプランテーションし
て形成される。レバー構造体部２１４の先端部には探針
部２１９が形成されている。ピエゾ抵抗部２１６の上に
は、支持部側の一部の領域を除いて、絶縁層２１８が形
成されている。露出しているピエゾ抵抗部２１６と絶縁
層２１８の上面全体に電極部２２０が形成されている。
このカンチレバー部２２４は、上下面に絶縁層２１２と
２１１を有するシリコン基板２１０で形成された支持部
に固定されている。電極部２２４１は、先端部を除いて
レバー構造体部２１４の下面を覆っており、その端部は
支持部すなわちシリコン基板２１０と酸化膜２１１をも
覆っている。電極部２２１は、レバー構造体部２１４の
先端部に設けた開口であるコンタクト部２２３において
ピエゾ抵抗部２１６に接続している。

【００３９】またカンチレバー部２２４は、その横断面
すなわち図７のIX−IX断面を示す図９から分かるよう
に、レバー構造体部２１４の上面にピエゾ抵抗部２１６
が形成され、このピエゾ抵抗部２１６の上に絶縁層２１
８が形成されている。絶縁層２１８は、レバー構造体部
２１４の側面まで形成されている。絶縁層２１８の上に
電極部２２０が形成されている。また、レバー構造体部
２１４の下面に電極部２２１が形成されている。

【００４０】カンチレバー部２２４を保持している支持
部は、その断面つまり図７の X−X断面を示す図１０か
ら分かるように、シリコン基板２１０の上面に絶縁層２
１２、レバー構造体２１４、ピエゾ抵抗部２１６、電極
部２２０が積層されている。またシリコン基板２１０の
下面に絶縁層２１１と電極部２２１が設けられている。

【００４１】本実施例の集積型ＳＰＭセンサーは、図５
と図６に示した製造工程に準じて作られる。測定時、電
極部２２０と２２１の間に所定の電位差が印加され、カ
ンチレバーのＺ方向の変位は、その量に応じて変化する
ピエゾ抵抗部を流れる電流の変化として検出される。

【００４２】本実施例では、カンチレバー部２１４は、
ほぼ短冊形状の抵抗部２１６に電極部を積層した構造と
なっており、カンチレバー部とくに先端部分の面積が狭
く、その空気抵抗は小さなものとなっている。この結
果、カンチレバーの機械的Ｑ値がより高いものとなる。

【００４３】また、カンチレバー部の面積が小さいの
で、光学顕微鏡で位置決めを行なう際に、視野中または
テレビモニター画面中の試料を覆い隠す部分の面積が少
なくなり、位置決めが非常に容易になる。これは高倍率
で光学顕微鏡観察した場合に特に有益である。

【００４４】さらに、カンチレバー部の下面に反射率の
高い電極、例えばアルミニウム電極が形成されているの
で、その面の光の反射率は高いものとなる。それによ
り、従来のＡＦＭで使用しているカンチレバー変位測定
用の光変位検出器との組み合わせが可能になり、光変位
検出器の出力に対して、本発明の集積型ＳＰＭセンサー
の変位感度の校正を行なうことも可能になる。

【００４５】そのほか、積層構造としたことにより、カ
ンチレバー部の表面が電極で覆われているので、その放
熱特性は良好なものとなっており、熱による影響を受け
難いものとなっている。

【００４６】その結果、高分解能のＡＦＭ測定が可能と
なる。図７の集積型ＳＰＭセンサーを用いて変位量測定
を行なうための回路を図１１に示す。電極部２２１には
直流定電圧電源２０２が接続され、電極部２２０には電
流計測定用のオペアンプ２０３が接続されている。例え
ば、直流定電圧電源２０２の電位を＋３Ｖとすれば、電
極部２２１の電位は＋３Ｖに保たれる。他方の電極部２
２０は、オペアンプの非反転入力端子（＋）が接地電位
に保たれていることから、接地電位に保たれる。

【００４７】続いて、本発明の第三実施例の集積型ＳＰ
Ｍセンサーについて図１２ないし図１５を参照して説明
する。本実施例は、二系統のピエゾ抵抗部を有している
点以外は、第一実施例と同じである。

【００４８】集積型ＳＰＭセンサーは、その上面図の図
１２から分かるように、先端が三角に尖ったほぼ短冊形
状のカンチレバー部３２４を有している。カンチレバー
部３２４は、その先端部に探針部３１９が形成されてお
り、その上面全体が先端部を除いて支持部側から延びる
電極部３２０で覆われている。

【００４９】カンチレバー部３２４は、その縦断面すな
わち図１２のXIII−XIII断面を示す図１３から分かるよ
うに、シリコン層からなるレバー構造体部３１４の上に
ピエゾ抵抗部３１６、絶縁層３１８、電極部３２１が積
層されている。ピエゾ抵抗部３１６は、探針部３１９の
手前まで延びている。このピエゾ抵抗部３１６は、シリ
コン層３１４の表面にボロン（Ｂ）を選択的にイオンイ
ンプランテーションして形成される。ピエゾ抵抗部３１
６の上には絶縁層３１８が形成されていて、その上に電
極部３２１が形成されている。電極部３２１は、絶縁層
３１８に設けた開口からなるコンタクト部３２３におい
てピエゾ抵抗部３１６に接続されている。このカンチレ
バー部３２４は、上下面に絶縁層３１２と３１１を有す
るシリコン基板３１０で形成された支持部に固定されて
いる。

【００５０】カンチレバー部３２４には、カンチレバー
部３２４の先端部の横断面すなわち図１２の XIV−XIV
断面を示す図１４から分かるように、二本のピエゾ抵抗
部３１６と３１７が設けられている。ピエゾ抵抗部３１
６の上には絶縁層３１８が形成されている。絶縁層３１
８はレバー構造体部１４の側面まで形成されている。絶
縁層３１８の上には電極部３２１が形成されていて、コ
ンタクト部３２３と３２５において二本の抵抗部３１６
と３１７にそれぞれ電気的に接続されている。

【００５１】図１２のXV−XV断面を示す図１５から分か
るように、上下面に絶縁層３１２と３１１を有するシリ
コン基板３１０の支持部の上に、レバー構造体部３１４
が形成されている。レバー構造体部３１４の上には中央
で分離されている二本のピエゾ抵抗部３１６と３１７が
形成されている。ピエゾ抵抗部３１６と３１７の上に
は、その両側においてそれぞれ電極部３２０と３２２が
形成されており、中央部には両者にまたがる絶縁層３１
８が形成されている。絶縁層３１８の上には電極部３２
１が形成されている。

【００５２】本実施例の集積型ＳＰＭセンサーは、図５
と図６に示した工程に準じて作製される。測定時、電極
部３２０、３２２と電極部３２１の間の所定の電位差を
印加する。これにより、カンチレバーのＺ方向の変位
を、その変位量に応じて変化するピエゾ抵抗部を流れる
電流の変化として検出できる。

【００５３】本実施例では、抵抗部を二系統備えている
ので、カンチレバー部のねじれも検出することができ
る。カンチレバーのねじれを検出する場合は、電極部３
２１を接地電位にとり、二つの電極部に３２０と３２２
を共に数ボルトの電位に保つ。カンチレバーのねじれ
は、その結果、カンチレバーのねじれ量の見積りがで
き、高分解能のＡＦＭ測定が可能となる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、カンチレバーが細く作
られているので、カンチレバーのＱ値は高いものとな
り、ノンコンタクトモードに適用できる集積型ＳＰＭセ
ンサーが提供される。さらに、光学顕微鏡の視野を遮る
面積が少ないので、位置決めが容易に行なえるようにな
る。

【００５５】また、カンチレバーの探針側の面を覆う電
極が設けられているので、これを試料と同じ電位に保つ
ことにより、探針と試料の間に静電力が発生することが
なくなり、検出信号がより正確なものとなる。また、こ
の電極が電気ノイズを遮断するので、検出信号のＳ／Ｎ
が向上する。さらに、電極がカンチレバーの表面にある
ため放熱特性が向上するので、熱に対する耐性が高ま
る。

【００５６】さらに、カンチレバーの探針側の反対側の
面を覆う電極が設けられているので、従来の光変位検出
器が使用できるようになり、本発明の集積型ＳＰＭセン
サーの変位感度の校正を行なうこともできるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の集積型ＳＰＭセンサーの
上面図である。

【図２】図１の集積型ＳＰＭセンサーのII−II断面図で
ある。

【図３】図１の集積型ＳＰＭセンサーの III−III 断面
図である。

【図４】図１の集積型ＳＰＭセンサーのIV−IV断面図で
ある。

【図５】図１に示した集積型ＳＰＭセンサーの製造方法
を説明するための、その製造工程を示した図である。

【図６】図１の集積型ＳＰＭセンサーの製造方法を説明
する、図５に続く工程を示した図である。

【図７】本発明の第二実施例の集積型ＳＰＭセンサーの
上面図である。

【図８】図７の集積型ＳＰＭセンサーのVIII−VIII断面
図である。

【図９】図７の集積型ＳＰＭセンサーのIX−IX断面図で
ある。

【図１０】図７の集積型ＳＰＭセンサーの X−X 断面図
である。

【図１１】図７に示した集積型ＳＰＭセンサーの駆動電
流検出回路を示す図である。

【図１２】本発明の第三実施例の集積型ＳＰＭセンサー
の上面図である。

【図１３】図１２の集積型ＳＰＭセンサーのXIII−XIII
断面図である。

【図１４】図１２の集積型ＳＰＭセンサーの XIV−XIV
断面図である。

【図１５】図１２の集積型ＳＰＭセンサーのXV−XV断面
図である。

【図１６】従来の集積型ＡＦＭセンサーの製造方法を説
明するための、その製造工程を示した図である。

【符号の説明】

１１６…ピエゾ抵抗部、１１９…探針、１２０、１２１
…電極部、１２４…カンチレバー部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査型プローブ顕微鏡に用いられる、変
   位検出機能を備えた集積型ＳＰＭセンサーであって、 ほぼ短冊形状のカンチレバーと、 カンチレバーの先端部に形成された探針と、 カンチレバーの先端部まで帯状に延びたピエゾ抵抗体
   と、 ピエゾ抵抗体に電気的に接続された二つの電極とを備え
   ている集積型ＳＰＭセンサー。
2. 【請求項２】 一方の電極が、カンチレバーの探針が形
   成されている面のほぼ全体を覆っている請求項１に記載
   の集積型ＳＰＭセンサー。
3. 【請求項３】 他方の電極が、カンチレバーの探針が形
   成されている面の反対側の面のほぼ全体を覆っている請
   求項２に記載の集積型ＳＰＭカンチレバー。