JPH08129015A - 集積型ｓｐｍセンサ - Google Patents
集積型ｓｐｍセンサInfo
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- JPH08129015A JPH08129015A JP28857894A JP28857894A JPH08129015A JP H08129015 A JPH08129015 A JP H08129015A JP 28857894 A JP28857894 A JP 28857894A JP 28857894 A JP28857894 A JP 28857894A JP H08129015 A JPH08129015 A JP H08129015A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサを集積化したカンチレバーのねじれや
反りの発生を防止し、良好なＳＰＭ測定を可能にした集
積型ＳＰＭセンサを提供する。 【構成】 カンチレバー部１と、支持部２と、カンチレ
バー部１の自由端に設けられた探針３と、探針３の近傍
に設けたセンサ用の第１及び第２のコンタクトホール
４，５と、センサ用の第１及び第２の配線６，７とボン
ディングパッド部８，９とを備え、第１及び第２のコン
タクトホール４，５並びに第１及び第２の配線６，７
を、カンチレバー部１の自由端中心から支持部２に向か
って伸びる中心線10に対して対称になるように配設して
集積型ＳＰＭセンサを構成する。
反りの発生を防止し、良好なＳＰＭ測定を可能にした集
積型ＳＰＭセンサを提供する。 【構成】 カンチレバー部１と、支持部２と、カンチレ
バー部１の自由端に設けられた探針３と、探針３の近傍
に設けたセンサ用の第１及び第２のコンタクトホール
４，５と、センサ用の第１及び第２の配線６，７とボン
ディングパッド部８，９とを備え、第１及び第２のコン
タクトホール４，５並びに第１及び第２の配線６，７
を、カンチレバー部１の自由端中心から支持部２に向か
って伸びる中心線10に対して対称になるように配設して
集積型ＳＰＭセンサを構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、走査型プローブ顕微
鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）に用いられ
る集積型ＳＰＭセンサ及びその製造方法に関する。
鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）に用いられ
る集積型ＳＰＭセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】１９８０年代後半以降、エバネッセント
波を用いることにより回折限界を超える分解能を有する
光学顕微鏡が提案されている。この顕微鏡は、近視野顕
微鏡（ＳＮＯＭ：Scanning near field optical micros
cope）と呼ばれている。このＳＮＯＭは、エバネッセン
ト波が“波長より小さい寸法の領域に局在し、自由空間
を伝搬しない”という特性を利用したものである。
波を用いることにより回折限界を超える分解能を有する
光学顕微鏡が提案されている。この顕微鏡は、近視野顕
微鏡（ＳＮＯＭ：Scanning near field optical micros
cope）と呼ばれている。このＳＮＯＭは、エバネッセン
ト波が“波長より小さい寸法の領域に局在し、自由空間
を伝搬しない”という特性を利用したものである。
【０００３】ＳＮＯＭの測定原理は、まず、測定試料の
表面近傍に１波長程度以下の距離までプローブを近づけ
て、プローブ先端の微小開口を通過する光強度の地図を
作成することによって、測定試料に対する解像が成され
るものである。ＳＮＯＭとしてはいくつかの方式が提案
されているが、大別すると２つの方式が提案されてい
る。その一つはコレクション方式と呼ばれ、試料の下か
ら光を照射した時に、試料を透過し試料表面近傍に局在
したエバネッセント波を、プローブを介して検出しＳＮ
ＯＭ像とする方式である。他の方式は、微小開口を持っ
たプローブから試料に対して光を照射し、試料を透過し
た光を、試料下に設置された光検出器によって検出する
という、いわゆるエミッション方式と呼ばれる方式であ
る。この方式は、例えば特開平４−２９１３１０号（Ａ
Ｔ＆Ｔ；R. E. Betzig）に開示されている。
表面近傍に１波長程度以下の距離までプローブを近づけ
て、プローブ先端の微小開口を通過する光強度の地図を
作成することによって、測定試料に対する解像が成され
るものである。ＳＮＯＭとしてはいくつかの方式が提案
されているが、大別すると２つの方式が提案されてい
る。その一つはコレクション方式と呼ばれ、試料の下か
ら光を照射した時に、試料を透過し試料表面近傍に局在
したエバネッセント波を、プローブを介して検出しＳＮ
ＯＭ像とする方式である。他の方式は、微小開口を持っ
たプローブから試料に対して光を照射し、試料を透過し
た光を、試料下に設置された光検出器によって検出する
という、いわゆるエミッション方式と呼ばれる方式であ
る。この方式は、例えば特開平４−２９１３１０号（Ａ
Ｔ＆Ｔ；R. E. Betzig）に開示されている。
【０００４】更に、最近では、光ファイバーのブローブ
の代わりにカンチレバーを用いてＳＮＯＭ測定と原子間
力顕微鏡（ＡＦＭ）測定を同時に行う方法が、N. F. Va
n Hulst,らにより提案されている。このＳＮＯＭは、例
えば、N. F. Van Hulst, M.H. P. Moers, O. F. J. Noo
rdman, R. G. Track, F. B. Stegerink and B. Bolger
の論文“ Near-field optical microscope using a sil
icon-nitride probe "｛ Appl. Phys. Lett. 62, 461-4
63（1993）｝に開示されている。
の代わりにカンチレバーを用いてＳＮＯＭ測定と原子間
力顕微鏡（ＡＦＭ）測定を同時に行う方法が、N. F. Va
n Hulst,らにより提案されている。このＳＮＯＭは、例
えば、N. F. Van Hulst, M.H. P. Moers, O. F. J. Noo
rdman, R. G. Track, F. B. Stegerink and B. Bolger
の論文“ Near-field optical microscope using a sil
icon-nitride probe "｛ Appl. Phys. Lett. 62, 461-4
63（1993）｝に開示されている。
【０００５】なお、ここでＡＦＭとは、特開昭６２−１
３０３０２号（ＩＢＭ，Ｇ．ビニッヒ；サンプル表面の
像を形成する方法及び装置）に提案されている装置であ
り、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカンチレバ
ーを、試料に対向・近接させ、探針部の先端の原子と試
料原子との間に働く相互作用力により、変位するカンチ
レバーの動きを電気的あるいは光学的にとらえて測定し
つつ、試料をＸＹ方向に走査し、カンチレバーの探針部
との位置関係を相対的に変化させることによって、試料
の凹凸情報などを３次元的にとらえることができるよう
になっているものである。
３０３０２号（ＩＢＭ，Ｇ．ビニッヒ；サンプル表面の
像を形成する方法及び装置）に提案されている装置であ
り、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカンチレバ
ーを、試料に対向・近接させ、探針部の先端の原子と試
料原子との間に働く相互作用力により、変位するカンチ
レバーの動きを電気的あるいは光学的にとらえて測定し
つつ、試料をＸＹ方向に走査し、カンチレバーの探針部
との位置関係を相対的に変化させることによって、試料
の凹凸情報などを３次元的にとらえることができるよう
になっているものである。
【０００６】このＡＦＭにおいては、カンチレバーの変
位を測定する変位測定センサは、カンチレバーとは別途
に設けるのが一般的である。しかし最近では、カンチレ
バー自体に変位を測定できる機能を付加した集積型ＡＦ
Ｍセンサが、M.Tortonese らにより提案されている。こ
の集積型ＡＦＭセンサは、例えばM.Tortonese,H.Yamad
a, R.C.Barrett and C.F.Quate の論文“Atomic force
microscopy using a piezoresistive cantilever ”（T
ransducers and Sensors '91 ）や、ＰＣＴ出願ＷＯ９
２／１２３９８に開示されている。
位を測定する変位測定センサは、カンチレバーとは別途
に設けるのが一般的である。しかし最近では、カンチレ
バー自体に変位を測定できる機能を付加した集積型ＡＦ
Ｍセンサが、M.Tortonese らにより提案されている。こ
の集積型ＡＦＭセンサは、例えばM.Tortonese,H.Yamad
a, R.C.Barrett and C.F.Quate の論文“Atomic force
microscopy using a piezoresistive cantilever ”（T
ransducers and Sensors '91 ）や、ＰＣＴ出願ＷＯ９
２／１２３９８に開示されている。
【０００７】ここでカンチレバーの変位測定原理として
は、ピエゾ抵抗効果を利用している。すなわち探針先端
を測定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互作
用力によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カ
ンチレバー部には抵抗層が積層されていて、カンチレバ
ーの歪みに応じてその抵抗値が変化する。従って、抵抗
層に対して電極部より定電圧を加えておけば、カンチレ
バーの歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変化し、電
流の変化を検出することにより、カンチレバーの変位量
を知ることが出来る。
は、ピエゾ抵抗効果を利用している。すなわち探針先端
を測定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互作
用力によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カ
ンチレバー部には抵抗層が積層されていて、カンチレバ
ーの歪みに応じてその抵抗値が変化する。従って、抵抗
層に対して電極部より定電圧を加えておけば、カンチレ
バーの歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変化し、電
流の変化を検出することにより、カンチレバーの変位量
を知ることが出来る。
【０００８】このような集積型ＡＦＭセンサは、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cm程
度に限られるが、スタンドアロン型のＡＦＭは、このよ
うな試料の大きさの制限を取り除くことができるという
利点がある。
極めて簡単で小型であることから、カンチレバー側を走
査するいわゆるスタンドアロン型のＡＦＭを構成できる
ようになると期待されている。従来のＡＦＭでは試料を
ＸＹ方向に動かしてカンチレバー先端の探針との相対的
位置関係を変化させるため、試料の大きさが最大数cm程
度に限られるが、スタンドアロン型のＡＦＭは、このよ
うな試料の大きさの制限を取り除くことができるという
利点がある。
【０００９】次に、従来の集積型ＡＦＭセンサの構成例
を図６を参照して説明する。まず製造工程について説明
する。スタートウェハ100 として、図６の（Ａ）に示す
ように、シリコンウェハ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ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハを用意
する。次に、シリコン層114 の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11
6 を形成し、図６の（Ｄ）に図示した形状にパターニン
グした後、表面を酸化シリコン膜118 で覆う。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。
更に、シリコンウェハ112 の下側にレジスト層122 を形
成し、このレジスト層122 をパターニングし開口を形成
して、図６の（Ｂ）に示すような形状とする。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
り分離層112 までエッチングし、最後にフッ化水素水溶
液でカンチレバー部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
サが完成する。その側断面図を図６の（Ｃ）に、その上
面図を図６の（Ｄ）に示す。このようにして作製した集
積型ＡＦＭセンサにおいては、測定の際には、２つの電
極120 の間に数ボルト以下のＤＣ電圧を印加し、カンチ
レバー部124 の先端を試料に接近させる。カンチレバー
部124 の先端と試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、カンチレバー部
124 の変位が２つの電極120 の間に流れる電流信号とし
て得られる。
を図６を参照して説明する。まず製造工程について説明
する。スタートウェハ100 として、図６の（Ａ）に示す
ように、シリコンウェハ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ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハを用意
する。次に、シリコン層114 の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11
6 を形成し、図６の（Ｄ）に図示した形状にパターニン
グした後、表面を酸化シリコン膜118 で覆う。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。
更に、シリコンウェハ112 の下側にレジスト層122 を形
成し、このレジスト層122 をパターニングし開口を形成
して、図６の（Ｂ）に示すような形状とする。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
り分離層112 までエッチングし、最後にフッ化水素水溶
液でカンチレバー部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
サが完成する。その側断面図を図６の（Ｃ）に、その上
面図を図６の（Ｄ）に示す。このようにして作製した集
積型ＡＦＭセンサにおいては、測定の際には、２つの電
極120 の間に数ボルト以下のＤＣ電圧を印加し、カンチ
レバー部124 の先端を試料に接近させる。カンチレバー
部124 の先端と試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、カンチレバー部
124 の変位が２つの電極120 の間に流れる電流信号とし
て得られる。
【００１０】また、図７に図６の集積型ＡＦＭセンサを
用いて変位量測定を行うための回路を示す。ピエゾ抵抗
層を接続したカンチレバーの電極120 には、直流定電圧
電源126 と電流計測用のオペアンプ128 が接続されてい
る。例えば、直流定電圧電源126 の電位を＋５Ｖとすれ
ば、図７の上側のピエゾ抵抗層の一端に接続された電極
120 の電位は＋５Ｖに保たれる。下側のピエゾ抵抗層の
他端に接続された電極120 は、オペアンプ128 の非反転
入力端子（＋）がＧＮＤ電位に保たれていることから、
ＧＮＤ電位に保たれている。
用いて変位量測定を行うための回路を示す。ピエゾ抵抗
層を接続したカンチレバーの電極120 には、直流定電圧
電源126 と電流計測用のオペアンプ128 が接続されてい
る。例えば、直流定電圧電源126 の電位を＋５Ｖとすれ
ば、図７の上側のピエゾ抵抗層の一端に接続された電極
120 の電位は＋５Ｖに保たれる。下側のピエゾ抵抗層の
他端に接続された電極120 は、オペアンプ128 の非反転
入力端子（＋）がＧＮＤ電位に保たれていることから、
ＧＮＤ電位に保たれている。
【００１１】また更に、近年、カンチレバーのねじれ量
（ＬＦＭ信号）が検出できる機能を付加した集積型ＳＰ
Ｍセンサが提案されている。かかる機能をもつ集積型Ｓ
ＰＭセンサは、例えば特開平５−０６３５４７号に開示
されている。
（ＬＦＭ信号）が検出できる機能を付加した集積型ＳＰ
Ｍセンサが提案されている。かかる機能をもつ集積型Ｓ
ＰＭセンサは、例えば特開平５−０６３５４７号に開示
されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】前述したM.Tortonese
らにより提案されている集積型ＡＦＭセンサは、カンチ
レバーに歪みセンサを集積化したものであるが、同様に
歪みセンサだけでなく、光検出機能を持つセンサや温度
センサ、磁気センサ等を歪みセンサと共にカンチレバー
上に複合集積化することは容易に考えられ、またそのよ
うなセンサを用いることにより多種の物理情報を同時に
検出できる集積型ＳＰＭセンサを構築することができ
る。例えば、集積型ＡＦＭセンサに光センサを集積化す
ることにより、ＳＮＯＭ測定に利用することが可能とと
なる。このようなセンサとしては、例えばシリコンにて
形成されたカンチレバー上に光センサとしてＰＮフォト
ダイオードを集積化すること等が考えられる。
らにより提案されている集積型ＡＦＭセンサは、カンチ
レバーに歪みセンサを集積化したものであるが、同様に
歪みセンサだけでなく、光検出機能を持つセンサや温度
センサ、磁気センサ等を歪みセンサと共にカンチレバー
上に複合集積化することは容易に考えられ、またそのよ
うなセンサを用いることにより多種の物理情報を同時に
検出できる集積型ＳＰＭセンサを構築することができ
る。例えば、集積型ＡＦＭセンサに光センサを集積化す
ることにより、ＳＮＯＭ測定に利用することが可能とと
なる。このようなセンサとしては、例えばシリコンにて
形成されたカンチレバー上に光センサとしてＰＮフォト
ダイオードを集積化すること等が考えられる。
【００１３】しかしこのような各種センサをカンチレバ
ー上に複合集積化しようとすると、各センサへの電源供
給及び信号検出用配線、あるいは基板と前記配線とを電
気的に絶縁する絶縁膜等をカンチレバー上に形成する必
要が一般に生ずる。一方、カンチレバー上に異種材料膜
が形成されると膜応力によりカンチレバーが反ることは
よく知られているが、探針を有するカンチレバーを用い
てＳＰＭ測定する場合、カンチレバーの反りがあると探
針先端が試料に対して傾いてしまうため、測定分解能が
劣化してしまう。まして配線のように特定のパターンが
カンチレバー上に形成されると、カンチレバーは単純に
反るばかりでなくねじれが生じてしまう。ねじれの生じ
たカンチレバーでのＳＰＭ測定は極めて困難となる。
ー上に複合集積化しようとすると、各センサへの電源供
給及び信号検出用配線、あるいは基板と前記配線とを電
気的に絶縁する絶縁膜等をカンチレバー上に形成する必
要が一般に生ずる。一方、カンチレバー上に異種材料膜
が形成されると膜応力によりカンチレバーが反ることは
よく知られているが、探針を有するカンチレバーを用い
てＳＰＭ測定する場合、カンチレバーの反りがあると探
針先端が試料に対して傾いてしまうため、測定分解能が
劣化してしまう。まして配線のように特定のパターンが
カンチレバー上に形成されると、カンチレバーは単純に
反るばかりでなくねじれが生じてしまう。ねじれの生じ
たカンチレバーでのＳＰＭ測定は極めて困難となる。
【００１４】本発明は、このようにカンチレバー上にセ
ンサを集積化した集積型センサにおける上記問題点解消
するためになされたもので、請求項１，５記載の発明
は、センサを集積化したカンチレバーのねじれ発生を防
止し、良好なＳＰＭ測定を可能にした集積型ＳＰＭセン
サを提供することを目的とする。
ンサを集積化した集積型センサにおける上記問題点解消
するためになされたもので、請求項１，５記載の発明
は、センサを集積化したカンチレバーのねじれ発生を防
止し、良好なＳＰＭ測定を可能にした集積型ＳＰＭセン
サを提供することを目的とする。
【００１５】また、請求項２，５記載の発明は、センサ
を集積化したカンチレバーの反りの発生を防止し、ある
いはカンチレバーに発生するレバーの反りを緩和させ、
ＳＰＭ測定分解能の劣化を防止できるようにした集積型
ＳＰＭセンサを提供することを目的とする。また、請求
項３，５記載の発明は、センサを集積化したカンチレバ
ー形成後に発生したレバーの反りを緩和させ、ＳＰＭ測
定分解能の劣化を防止できるようにした集積型ＳＰＭセ
ンサを提供することを目的とする。また、請求項４，５
記載の発明は、センサを集積化したカンチレバーのねじ
れの発生を防止すると共に、カンチレバー形成後に発生
するレバーの反りを緩和させ、良好なＳＰＭ測定を可能
とする集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とす
る。
を集積化したカンチレバーの反りの発生を防止し、ある
いはカンチレバーに発生するレバーの反りを緩和させ、
ＳＰＭ測定分解能の劣化を防止できるようにした集積型
ＳＰＭセンサを提供することを目的とする。また、請求
項３，５記載の発明は、センサを集積化したカンチレバ
ー形成後に発生したレバーの反りを緩和させ、ＳＰＭ測
定分解能の劣化を防止できるようにした集積型ＳＰＭセ
ンサを提供することを目的とする。また、請求項４，５
記載の発明は、センサを集積化したカンチレバーのねじ
れの発生を防止すると共に、カンチレバー形成後に発生
するレバーの反りを緩和させ、良好なＳＰＭ測定を可能
とする集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、支持部より伸びた
カンチレバー上にセンサを設けた集積型ＳＰＭセンサに
おいて、前記センサへの電源供給及び信号検出用配線を
カンチレバー自由端中心から支持部に向かって伸びる中
心線に対して対称に配設するものである。
決するため、請求項１記載の発明は、支持部より伸びた
カンチレバー上にセンサを設けた集積型ＳＰＭセンサに
おいて、前記センサへの電源供給及び信号検出用配線を
カンチレバー自由端中心から支持部に向かって伸びる中
心線に対して対称に配設するものである。
【００１７】このように構成した集積型ＳＰＭセンサに
おいては、カンチレバーに加わる電源供給及び信号検出
用配線による応力は、前記中心線に対して対称となるた
め、カンチレバーのねじれの発生がなくなる。
おいては、カンチレバーに加わる電源供給及び信号検出
用配線による応力は、前記中心線に対して対称となるた
め、カンチレバーのねじれの発生がなくなる。
【００１８】また請求項２記載の発明は、支持部より伸
びたカンチレバー上にセンサを設けた集積型ＳＰＭセン
サにおいて、カンチレバーのセンサ形成面の反対側の面
に、センサの形成により生じるカンチレバーの反りを相
殺する膜を形成するものである。
びたカンチレバー上にセンサを設けた集積型ＳＰＭセン
サにおいて、カンチレバーのセンサ形成面の反対側の面
に、センサの形成により生じるカンチレバーの反りを相
殺する膜を形成するものである。
【００１９】このように構成した集積型ＳＰＭセンサに
おいては、カンチレバー上へのセンサの形成により生ず
るカンチレバーの反りは、カンチレバーの前記センサ形
成面とは反対面に形成した膜の応力により相殺され、カ
ンチレバーの反りをなくすことが可能となる。なお前記
膜の応力は、膜材質及び膜厚を選択して適宜設定され
る。
おいては、カンチレバー上へのセンサの形成により生ず
るカンチレバーの反りは、カンチレバーの前記センサ形
成面とは反対面に形成した膜の応力により相殺され、カ
ンチレバーの反りをなくすことが可能となる。なお前記
膜の応力は、膜材質及び膜厚を選択して適宜設定され
る。
【００２０】また請求項３記載の発明は、支持部より伸
びたカンチレバー上にセンサを設けた集積型ＳＰＭセン
サにおいて、前記カンチレバー上に、センサの形成によ
り生じるカンチレバーの反りを相殺する電歪効果素子を
設けるものである。このように構成した集積型ＳＰＭセ
ンサにおいて、センサの形成により生じるカンチレバー
の反りを相殺する電歪効果素子に電力を供給することに
より、カンチレバーの反りをなくすことが可能となる。
びたカンチレバー上にセンサを設けた集積型ＳＰＭセン
サにおいて、前記カンチレバー上に、センサの形成によ
り生じるカンチレバーの反りを相殺する電歪効果素子を
設けるものである。このように構成した集積型ＳＰＭセ
ンサにおいて、センサの形成により生じるカンチレバー
の反りを相殺する電歪効果素子に電力を供給することに
より、カンチレバーの反りをなくすことが可能となる。
【００２１】また請求項４記載の発明は、複数個の電歪
効果素子をカンチレバー自由端中心から支持部に向かっ
て伸びる中心線に対して対称に配設し、該複数個の電歪
効果素子それぞれに独立に電圧を印加できるように構成
するものである。このように構成した集積型ＳＰＭセン
サにおいては、前記請求項３記載の発明の作用に加え
て、カンチレバーのねじれをもなくすことが可能とな
る。
効果素子をカンチレバー自由端中心から支持部に向かっ
て伸びる中心線に対して対称に配設し、該複数個の電歪
効果素子それぞれに独立に電圧を印加できるように構成
するものである。このように構成した集積型ＳＰＭセン
サにおいては、前記請求項３記載の発明の作用に加え
て、カンチレバーのねじれをもなくすことが可能とな
る。
【００２２】また請求項５記載の発明は、上記請求項１
〜４のいずれか１項に記載の発明において、センサとし
て半導体光センサ及び歪みセンサを用いるものである。
このように構成した集積型ＳＰＭセンサにおいては、半
導体光センサ及び歪みセンサを設けた集積型ＳＰＭセン
サにおいて、請求項１〜４記載の発明の作用が得られ
る。
〜４のいずれか１項に記載の発明において、センサとし
て半導体光センサ及び歪みセンサを用いるものである。
このように構成した集積型ＳＰＭセンサにおいては、半
導体光センサ及び歪みセンサを設けた集積型ＳＰＭセン
サにおいて、請求項１〜４記載の発明の作用が得られ
る。
【００２３】
〔第１実施例〕次に実施例について説明する。図１は、
本発明に係る集積型ＳＰＭセンサの第１実施例を示す図
で、カンチレバー上面からみた模式図である。図におい
て１はカンチレバー部、２はカンチレバー部の一端に設
けられた支持部、３はカンチレバー部の自由端に設けら
れた探針、４は探針３の近傍に設けられたセンサ（図示
せず）用の第１のコンタクトホール、５は同じくセンサ
用の第２のコンタクトホール、６はセンサ用の第１の配
線、７はセンサ用の第２の配線、８，９は第１及び第２
配線のボンディングパッド部である。そして、上記セン
サ用の第１のコンタクトホール４と第２のコンタクトホ
ール５、並びに上記第１の配線６と第２の配線７とが、
カンチレバー部１の自由端中心から支持部２に向かって
伸びる中心線10に対して対称になるように配設して、集
積型ＳＰＭセンサ11を構成している。
本発明に係る集積型ＳＰＭセンサの第１実施例を示す図
で、カンチレバー上面からみた模式図である。図におい
て１はカンチレバー部、２はカンチレバー部の一端に設
けられた支持部、３はカンチレバー部の自由端に設けら
れた探針、４は探針３の近傍に設けられたセンサ（図示
せず）用の第１のコンタクトホール、５は同じくセンサ
用の第２のコンタクトホール、６はセンサ用の第１の配
線、７はセンサ用の第２の配線、８，９は第１及び第２
配線のボンディングパッド部である。そして、上記セン
サ用の第１のコンタクトホール４と第２のコンタクトホ
ール５、並びに上記第１の配線６と第２の配線７とが、
カンチレバー部１の自由端中心から支持部２に向かって
伸びる中心線10に対して対称になるように配設して、集
積型ＳＰＭセンサ11を構成している。
【００２４】また、カンチレバー部に配置されるセンサ
の構成によっては、図２に示すようにセンサ用の第１及
び第２のコンタクトホール４，５を上記中心線10に対し
て対称に配設することができない場合も多々生ずるが、
そのような場合には、図２に示すように、ダミー配線パ
ターン12を形成することにより、センサ用の第１及び第
２の配線６，７が中心線10に対して対称になるように配
設する。更に第３のコンタクトホール13及び第３の配線
14が図示のように形成される場合は、これに対応してダ
ミー配線パターン15を、中心線10に対して第３の配線14
と対称になるように形成すればよい。
の構成によっては、図２に示すようにセンサ用の第１及
び第２のコンタクトホール４，５を上記中心線10に対し
て対称に配設することができない場合も多々生ずるが、
そのような場合には、図２に示すように、ダミー配線パ
ターン12を形成することにより、センサ用の第１及び第
２の配線６，７が中心線10に対して対称になるように配
設する。更に第３のコンタクトホール13及び第３の配線
14が図示のように形成される場合は、これに対応してダ
ミー配線パターン15を、中心線10に対して第３の配線14
と対称になるように形成すればよい。
【００２５】このように構成した集積型ＳＰＭセンサに
おいては、センサ用配線による膜応力がカンチレバー部
１の前記中心線10に対して対称に働くため、カンチレバ
ー部１が膜応力によってねじれることはなくなる。な
お、図１及び図２においては、配線用ボンディングパッ
ド部８，９も前記中心線10に対して対称に配設したもの
を示したが、支持部２上の配線パターンの配置について
は、対称に配設する必要はなく、なんら制限はない。
おいては、センサ用配線による膜応力がカンチレバー部
１の前記中心線10に対して対称に働くため、カンチレバ
ー部１が膜応力によってねじれることはなくなる。な
お、図１及び図２においては、配線用ボンディングパッ
ド部８，９も前記中心線10に対して対称に配設したもの
を示したが、支持部２上の配線パターンの配置について
は、対称に配設する必要はなく、なんら制限はない。
【００２６】〔第２実施例〕次に第２実施例について説
明する。図３は本実施例の集積型ＳＰＭセンサ20の構成
を示す断面図である。図において、21はカンチレバー
部、22はカンチレバー部21の一端に設けられた支持部、
23はカンチレバー部21の自由端に設けられた探針部、24
は探針部23の近傍に形成された光センサ用の第１の不純
物拡散層、25は同じく光センサ用の第２の不純物拡散
層、26，27は光センサ用の第１及び第２のコンタクトホ
ール、28，29は光センサ用の第１及び第２の配線、30は
歪みセンサ用ピエゾ抵抗、31，32は歪みセンサ用の第１
及び第２のコンタクトホール、33，34は歪みセンサ用の
第１及び第２の配線、35はカンチレバー部21の裏面に形
成されたカンチレバー裏面膜である。
明する。図３は本実施例の集積型ＳＰＭセンサ20の構成
を示す断面図である。図において、21はカンチレバー
部、22はカンチレバー部21の一端に設けられた支持部、
23はカンチレバー部21の自由端に設けられた探針部、24
は探針部23の近傍に形成された光センサ用の第１の不純
物拡散層、25は同じく光センサ用の第２の不純物拡散
層、26，27は光センサ用の第１及び第２のコンタクトホ
ール、28，29は光センサ用の第１及び第２の配線、30は
歪みセンサ用ピエゾ抵抗、31，32は歪みセンサ用の第１
及び第２のコンタクトホール、33，34は歪みセンサ用の
第１及び第２の配線、35はカンチレバー部21の裏面に形
成されたカンチレバー裏面膜である。
【００２７】このように構成された第２実施例におい
て、カンチレバー裏面膜35の膜応力が、カンチレバー部
表面に形成したセンサ用配線あるいは絶縁膜等の膜応力
を相殺するように設定することにより、カンチレバー部
21の反りをなくすことが可能となる。
て、カンチレバー裏面膜35の膜応力が、カンチレバー部
表面に形成したセンサ用配線あるいは絶縁膜等の膜応力
を相殺するように設定することにより、カンチレバー部
21の反りをなくすことが可能となる。
【００２８】カンチレバー裏面膜35としては、金属、絶
縁膜、半導体膜、あるいはそれらの複合膜等いずれも使
用可能であり、使用する膜材料により形成膜厚を調整す
る。またカンチレバー裏面膜35の形成方法は、カンチレ
バー部21の完成後に蒸着法、スパッタ法等により形成し
てもよいし、あるいは予めカンチレバー部を形成するシ
リコン層下面に形成しておいてもよい。
縁膜、半導体膜、あるいはそれらの複合膜等いずれも使
用可能であり、使用する膜材料により形成膜厚を調整す
る。またカンチレバー裏面膜35の形成方法は、カンチレ
バー部21の完成後に蒸着法、スパッタ法等により形成し
てもよいし、あるいは予めカンチレバー部を形成するシ
リコン層下面に形成しておいてもよい。
【００２９】〔第３実施例〕次に第３実施例について説
明する。図４は本実施例の集積型ＳＰＭセンサ40の構成
を示す断面図である。図において、41はカンチレバー
部、42はカンチレバー部41の一端に設けられた支持部、
43はカンチレバー部41の自由端に設けられた探針部、44
は探針部43の近傍に形成された光センサ用の第１の不純
物拡散層、45は同じく光センサ用の第２の不純物拡散
層、46，47は光センサ用の第１及び第２のコンタクトホ
ール、48，49は光センサ用の第１及び第２の配線、50は
光センサ用の第１及び第２の配線48，49上に形成された
配線上絶縁膜、51は配線上絶縁膜50上に形成された電歪
効果膜、52，53は電歪効果膜用の配線である。
明する。図４は本実施例の集積型ＳＰＭセンサ40の構成
を示す断面図である。図において、41はカンチレバー
部、42はカンチレバー部41の一端に設けられた支持部、
43はカンチレバー部41の自由端に設けられた探針部、44
は探針部43の近傍に形成された光センサ用の第１の不純
物拡散層、45は同じく光センサ用の第２の不純物拡散
層、46，47は光センサ用の第１及び第２のコンタクトホ
ール、48，49は光センサ用の第１及び第２の配線、50は
光センサ用の第１及び第２の配線48，49上に形成された
配線上絶縁膜、51は配線上絶縁膜50上に形成された電歪
効果膜、52，53は電歪効果膜用の配線である。
【００３０】このように構成した集積型ＳＰＭセンサ40
において、センサ用配線等によりカンチレバー部41に反
りが発生しても、電歪効果膜51に電源54より電圧を印加
することにより、反りを矯正することができる。なお、
ここで言う電歪効果とは広義の意味で用いており、物性
論的に言う、歪みが印加電界の２乗に比例する電歪効果
のみならず、印加電界に比例する逆圧電効果も含むもの
とする。また電歪効果膜としてはＰＺＴ〔Pb（Zr，Ti）
Ｏ3 〕，ＰＬＺＴ〔（Pb，La）（Zr，Ti）Ｏ3〕，ＰＭ
Ｎ〔Pb（Mg1/3 ，Nb2/3 ）Ｏ3 〕，ＰＶＤＦ（ポリフッ
化ビニリデン）等が用いられる。
において、センサ用配線等によりカンチレバー部41に反
りが発生しても、電歪効果膜51に電源54より電圧を印加
することにより、反りを矯正することができる。なお、
ここで言う電歪効果とは広義の意味で用いており、物性
論的に言う、歪みが印加電界の２乗に比例する電歪効果
のみならず、印加電界に比例する逆圧電効果も含むもの
とする。また電歪効果膜としてはＰＺＴ〔Pb（Zr，Ti）
Ｏ3 〕，ＰＬＺＴ〔（Pb，La）（Zr，Ti）Ｏ3〕，ＰＭ
Ｎ〔Pb（Mg1/3 ，Nb2/3 ）Ｏ3 〕，ＰＶＤＦ（ポリフッ
化ビニリデン）等が用いられる。
【００３１】なお、電歪効果膜として逆圧電効果に基づ
く電歪素子を用いて集積型ＳＰＭセンサを構成した場合
には、電歪素子を歪みセンサとしてＡＦＭ測定を行うよ
うにしてもよい。
く電歪素子を用いて集積型ＳＰＭセンサを構成した場合
には、電歪素子を歪みセンサとしてＡＦＭ測定を行うよ
うにしてもよい。
【００３２】〔第４実施例〕次に第４実施例について説
明する。図５は本実施例のカンチレバー上面からみた模
式図である。この実施例の集積型ＳＰＭセンサ60は、電
歪効果膜64，65を、カンチレバー部61の自由端中心から
支持部62に向かって伸びる中心線72に対して対称に配設
し、それぞれ独立に電圧を印加できるように構成したも
のである。なお図において、63は探針、66，67，68，69
は電歪効果膜64，65用の配線、70，71はセンサ用ボンデ
ィングパッド部である。
明する。図５は本実施例のカンチレバー上面からみた模
式図である。この実施例の集積型ＳＰＭセンサ60は、電
歪効果膜64，65を、カンチレバー部61の自由端中心から
支持部62に向かって伸びる中心線72に対して対称に配設
し、それぞれ独立に電圧を印加できるように構成したも
のである。なお図において、63は探針、66，67，68，69
は電歪効果膜64，65用の配線、70，71はセンサ用ボンデ
ィングパッド部である。
【００３３】このように構成した集積型ＳＰＭセンサに
おいては、カンチレバー部に反りばかりでなくねじれも
生じている場合でも、複数個の電歪効果膜にそれぞれ独
立に電圧を印加することにより、カンチレバー部の反り
とねじれを相殺することが可能となる。
おいては、カンチレバー部に反りばかりでなくねじれも
生じている場合でも、複数個の電歪効果膜にそれぞれ独
立に電圧を印加することにより、カンチレバー部の反り
とねじれを相殺することが可能となる。
【００３４】なお、本実施例においても第３実施例と同
様に、電歪効果膜を歪みセンサとして使用し、ＡＦＭ測
定を行うようにしてもよい。また本実施例の場合、カン
チレバー部のねじれも検出可能となるため、ＬＦＭ（La
teral force microscope）としての使用も可能となる。
様に、電歪効果膜を歪みセンサとして使用し、ＡＦＭ測
定を行うようにしてもよい。また本実施例の場合、カン
チレバー部のねじれも検出可能となるため、ＬＦＭ（La
teral force microscope）としての使用も可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項１，５記載の発明によれば、カンチレバーに形成
されたセンサへの電源供給及び信号検出用配線の膜応力
に起因するカンチレバーのねじれの発生を防止し、良好
なＳＰＭ測定を可能にする。また請求項２，５記載の発
明によれば、カンチレバー表面に形成されたセンサの配
線等の膜応力に起因するカンチレバーの反りを低減し、
ＳＰＭ測定の分解能を向上させることができる。また請
求項３，５記載の発明によれば、カンチレバー表面に形
成されたセンサの配線等の膜応力に起因して発生したカ
ンチレバーの反りを矯正し、良好なＳＰＭ測定が可能と
なる。また請求項４，５記載の発明によれば、カンチレ
バー表面に形成されたセンサの配線等の膜応力に起因し
て発生したカンチレバーの反りやねじれを矯正し、良好
なＳＰＭ測定が可能となる。
請求項１，５記載の発明によれば、カンチレバーに形成
されたセンサへの電源供給及び信号検出用配線の膜応力
に起因するカンチレバーのねじれの発生を防止し、良好
なＳＰＭ測定を可能にする。また請求項２，５記載の発
明によれば、カンチレバー表面に形成されたセンサの配
線等の膜応力に起因するカンチレバーの反りを低減し、
ＳＰＭ測定の分解能を向上させることができる。また請
求項３，５記載の発明によれば、カンチレバー表面に形
成されたセンサの配線等の膜応力に起因して発生したカ
ンチレバーの反りを矯正し、良好なＳＰＭ測定が可能と
なる。また請求項４，５記載の発明によれば、カンチレ
バー表面に形成されたセンサの配線等の膜応力に起因し
て発生したカンチレバーの反りやねじれを矯正し、良好
なＳＰＭ測定が可能となる。
【図１】本発明に係る集積型ＳＰＭセンサの第１実施例
のカンチレバー上面からみた模式図である。
のカンチレバー上面からみた模式図である。
【図２】図１に示した第１実施例の変形例を示す模式図
である。
である。
【図３】本発明の第２実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施例のカンチレバー上面からみ
た模式図である。
た模式図である。
【図６】従来の集積型ＡＦＭセンサの製造工程を示す図
である。
である。
【図７】図６に示した集積型ＡＦＭセンサを用いて変位
量測定を行う回路を示す図である。
量測定を行う回路を示す図である。
１ カンチレバー部 ２ 支持部 ３ 探針 ４ センサ用の第１のコンタクトホール ５ センサ用の第２のコンタクトホール ６ センサ用の第１の配線 ７ センサ用の第２の配線 ８，９ ボンディングパッド 10 中心線 11 集積型ＳＰＭセンサ 12，15 ダミー配線パターン 13 第３のコンタクトホール 14 第３の配線 20 集積型ＳＰＭセンサ 21 カンチレバー部 22 支持部 23 探針部 24 光センサ用の第１の不純物拡散層 25 光センサ用の第２の不純物拡散層 26 光センサ用の第１のコンタクトホール 27 光センサ用の第２のコンタクトホール 28 光センサ用の第１の配線 29 光センサ用の第２の配線 30 歪みセンサ用ピエゾ抵抗 31 歪みセンサ用の第１のコンタクトホール 32 歪みセンサ用の第２のコンタクトホール 33 歪みセンサ用の第１の配線 34 歪みセンサ用の第２の配線 35 カンチレバー裏面膜 40 集積型ＳＰＭセンサ 41 カンチレバー部 42 支持部 43 探針部 44 光センサ用の第１の不純物拡散層 45 光センサ用の第２の不純物拡散層 46 光センサ用の第１のコンタクトホール 47 光センサ用の第２のコンタクトホール 48 光センサ用の第１の配線 49 光センサ用の第２の配線 50 配線上絶縁膜 51 電歪効果膜 52，53 電歪効果膜用の配線 54 電源 60 集積型ＳＰＭセンサ 61 カンチレバー部 62 支持部 63 探針 64、65 電歪効果膜 66〜69 電歪効果膜用の配線 70，71 センサ用ボンディングパッド 72 中心線
Claims (5)
- 【請求項１】 支持部より伸びたカンチレバー上にセン
サを設けた集積型ＳＰＭセンサにおいて、前記センサへ
の電源供給及び信号検出用配線をカンチレバー自由端中
心から支持部に向かって伸びる中心線に対して対称に配
設したことを特徴とする集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項２】 支持部より伸びたカンチレバー上にセン
サを設けた集積型ＳＰＭセンサにおいて、カンチレバー
のセンサ形成面の反対側の面に、センサの形成により生
じるカンチレバーの反りを相殺する膜を形成したことを
特徴とする集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項３】 支持部より伸びたカンチレバー上にセン
サを設けた集積型ＳＰＭセンサにおいて、前記カンチレ
バー上に、センサの形成により生じるカンチレバーの反
りを相殺する電歪効果素子を設けたことを特徴とする集
積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項４】 複数個の電歪効果素子がカンチレバー自
由端中心から支持部に向かって伸びる中心線に対して対
称に配設され、該複数個の電歪効果素子それぞれに独立
に電圧を印加できるように構成したことを特徴とする請
求項３記載の集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項５】 前記センサが半導体光センサ及び歪みセ
ンサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項に記載の集積型ＳＰＭセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28857894A JP3587572B2 (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 集積型ｓｐｍセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28857894A JP3587572B2 (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 集積型ｓｐｍセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08129015A true JPH08129015A (ja) | 1996-05-21 |
| JP3587572B2 JP3587572B2 (ja) | 2004-11-10 |
Family
ID=17732087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28857894A Expired - Fee Related JP3587572B2 (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 集積型ｓｐｍセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3587572B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205850A (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-16 | Seiko Instruments Inc | 電気化学測定装置 |
| US8821008B2 (en) | 2009-04-29 | 2014-09-02 | Waters Technologies Corporation | Simultaneous differential thermal analysis system |
-
1994
- 1994-10-31 JP JP28857894A patent/JP3587572B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205850A (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-16 | Seiko Instruments Inc | 電気化学測定装置 |
| JP4697709B2 (ja) * | 2006-02-01 | 2011-06-08 | セイコーインスツル株式会社 | 電気化学測定装置 |
| US8821008B2 (en) | 2009-04-29 | 2014-09-02 | Waters Technologies Corporation | Simultaneous differential thermal analysis system |
| US8926171B2 (en) | 2009-04-29 | 2015-01-06 | Waters Technologies Corporation | Simultaneous differential thermal analysis system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3587572B2 (ja) | 2004-11-10 |
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