JPH0835976A

JPH0835976A - 集積型ｓｐｍセンサーおよび変位検出回路

Info

Publication number: JPH0835976A
Application number: JP6169598A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Matsuyama; 克宏松山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】ピエゾ抵抗層の発熱に影響されることなく、正
確な変位量を検出できる集積型ＳＰＭセンサーを提供す
る。【構成】集積型ＳＰＭセンサーは支持部１４から延出し
たＵ字状のカンチレバー１２を有している。カンチレバ
ー１２は絶縁層２２を中心に上下に対称的な積層構造と
なっている。絶縁層２２の上下面にはそれぞれ同じ厚さ
のシリコン層２０とシリコン層２４が設けられている。
シリコン層２４の下面とシリコン層２０の上面にはそれ
ぞれ同じ厚さのピエゾ抵抗層２６と２８が形成されてい
る。ピエゾ抵抗層２６と２８は、たとえば、シリコン層
２４の下面とシリコン層２０の上面に所定の濃度でボロ
ンを打ち込むことにより形成される。ピエゾ抵抗層２６
の先端部の下面には探針３０が形成されている。探針３
０の先端部分を除いて、カンチレバー１２と支持部１４
の全体を覆う絶縁膜３２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
（SPM; Scanning Probe Microscope）において使用され
る集積型ＳＰＭセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビニッヒ（Binnig）とローラー（Rohre
r）らによって発明された走査型トンネル顕微鏡（STM;
Scanning Tunneling Microscope）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
し難い絶縁性の試料を原子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; Atomic
Force Microscope）が特開昭６２ー１３０３０２におい
て提案されている。

【０００３】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）を試料表面に近づけ、探針先端の原子と試料
表面の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または光学的にとらえて測定し
つつ、試料をＸＹ方向に走査するなどして、試料に対す
る探針部の位置を相対的に変化させる。これにより、カ
ンチレバーの動きに基づいて、試料表面の様々な位置に
おける高さ情報が得られ、この高さ情報を位置情報と合
わせて処理することで、試料の凹凸を表現した三次元像
等を構築することができる。

【０００４】ＡＦＭでは、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設けた集積型ＡＦＭセンサーが
トルトネーゼ（M.Tortonese）らにより提案されてい
る。この集積型ＡＦＭセンサーは、たとえば「M.Torton
ese, H.Yamada, R.C.Barrett and C.F.Quate, "Atomic
force microscopy usinga piezoresistive cantileve
r", Transducers and Sensors '91」やＰＣＴ出願ＷＯ
９２／１２３９８に開示されている。

【０００５】この集積型ＡＦＭセンサーは、測定原理に
圧電抵抗効果を利用しており、カンチレバー部には抵抗
層が設けられていて、この抵抗層には一定の電圧が印加
されている。探針先端が測定試料に近接すると、探針と
試料の間に働く相互作用によりカンチレバー部がたわ
み、カンチレバー部に歪みが生じ、この歪みの大きさに
応じて抵抗層の抵抗値が変化し、その結果として抵抗層
を流れる電流が変化する。つまり、抵抗層を流れる電流
はカンチレバーの歪み量に応じて変化する。したがっ
て、この集積型ＡＦＭセンサーでは、抵抗層を流れる電
流の変化を検出することにより、カンチレバー部の変位
量が求められる。

【０００６】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。これまでのＡＦＭでは、
試料をＸＹ方向に動かすことによって、カンチレバー先
端の探針の相対位置を変化させているため、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にはこのような制限がなく大きな試料も取り扱え
るという利点がある。

【０００７】次に集積型ＡＦＭセンサーについて図６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６（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、たと
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、図
６（Ｄ）の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
ジスト層をパターニングし開口を形成して図６（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６
（Ｃ）に、上面図を図６（Ｄ）に示す。

【０００８】この集積型ＡＦＭセンサーを用いて変位量
測定を行なうための回路を図７に示す。図７に示すよう
に、ピエゾ抵抗カンチレバーの端子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。たとえば、直流定電圧電源１２６の電位を
＋５Ｖとすれば、図の上側のピエゾ抵抗カンチレバーの
端子１２０の電位は＋５Ｖに保たれる。もう一方のピエ
ゾ抵抗カンチレバーの端子１２０は、オペアンプの非反
転入力端子（＋）がＧＮＤ電位に保たれていることか
ら、ＧＮＤ電位に保たれる。

【０００９】カンチレバー部１２４の先端が試料に接近
し、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の変位が二つの電極１２
０の間に流れる電流信号として得られる。

【００１０】また、最近ではカンチレバーのねじれ量
（ＬＦＭ信号）を検出する機能も備えた集積型ＳＰＭセ
ンサーが提案されている。このような集積型ＳＰＭセン
サーは例えば特開平５−６３５４７に開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の集積型ＳＰＭセ
ンサーにおいては、電流値の変化に基づいて、ピエゾ抵
抗層全体の歪みによる抵抗値の変化が求められる。予め
求められている抵抗値の変化とＺ方向の変位量の関係に
基づき、検出された抵抗値の変化からＺ方向の変位量が
求められる。

【００１２】測定中、ピエゾ抵抗層には常に電流が流さ
れる。このため、ピエゾ抵抗層の発する熱によって、例
えばこれを覆っている絶縁膜が膨張し、多層構造である
カンチレバーに歪みが生じる。従って、実際に検出され
る電流値は、カンチレバーのＺ方向の変位による歪みの
他に熱の影響による歪みを含んだものとなっている。こ
の結果、測定により得られる像は、実際の表面形状とは
異なったものとなるという問題を有している。

【００１３】また、上述の集積型ＳＰＭセンサーでは、
カンチレバーの変位すなわち反り量を検出することはで
きるが、カンチレバーの反る方向を検出することはでき
ない。すなわち、上述の集積型ＳＰＭセンサーは、斥力
による変位であるか、引力による変位であるかを判定す
る機能は有していない。本発明は、ピエゾ抵抗層の発熱
に影響されることなく、正確な変位量を検出できる集積
型ＳＰＭセンサーを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による集積型ＳＰ
Ｍセンサーは、支持部と、支持部から延びた柔軟なカン
チレバーとからなり、カンチレバーは中心の層に対して
同じ材料の層が上下に対称的に積層された積層構造体で
構成されており、積層構造体はカンチレバーの歪みに応
じて抵抗値が変化する同一形状の二つの抵抗層を含み、
抵抗層はカンチレバーの先端部において互いに一体化し
ている複数の帯状部を有している。

【００１５】本発明による変位検出回路は、上記の集積
型ＳＰＭセンサーのそれぞれの抵抗層の所定の二本の帯
状部の末端部の間に一定の電圧を印加する電圧印加手段
と、所定の二本の帯状部の末端部を介して抵抗層の内部
に流れる電流を測定する手段と、それぞれの抵抗層の互
いに対応した二本の帯状部の末端部を介して抵抗層の内
部を流れる電流の差を調べる電流差検出手段と、電流差
検出手段で得られる電流の差に基づいてカンチレバーの
変位を求める変位検出手段とを備えている。

【００１６】

【作用】上記の集積型ＳＰＭセンサーの上側の抵抗層の
二本の帯状部の末端部の間と、下側の抵抗層の二本の帯
状部の末端部の間には、同じ値の電圧が印加される。こ
れにより、上側の抵抗層と下側の抵抗層には同じ量の電
流が流れ、同じ量の熱が発せられる。カンチレバーは、
中心の層を基準として、その上側と下側で対称的な構造
となっているので、中心の層の上側と下側の膨張量は等
しい。このため、熱による膨張は、カンチレバーの変位
に影響を与えない。従って、抵抗層の発熱の影響を受け
ることなく、常に正確な変位が得られる。

【００１７】

【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。＜第一実施例＞第一実施例の集積型ＳＰＭセンサーを図
１と図２に示す。図１（Ａ）は集積型ＳＰＭセンサーの
斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線による
断面図、図２（Ａ）は集積型ＳＰＭセンサーの上面図、
図２（Ｂ）は集積型ＳＰＭセンサーの下面図である。

【００１８】本実施例の集積型ＳＰＭセンサーは、図１
（Ａ）に示すように、支持部１４から延出したＵ字状の
カンチレバー１２を有している。カンチレバー１２は、
図１（Ｂ）に示すように、絶縁層２２を中心にして、そ
の上下方向に対称的な積層構造となっている。絶縁層２
２の上下面には同じ厚さのシリコン層２０とシリコン層
２４がそれぞれ設けられている。シリコン層２４の下面
とシリコン層２０の上面には同じ厚さのピエゾ抵抗層２
６と２８がそれぞれ形成されている。ピエゾ抵抗層２６
と２８は、たとえば、シリコン層２４の下面とシリコン
層２０の上面に所定の濃度でボロンを打ち込むことによ
り形成される。ピエゾ抵抗層２６の先端部の下面には探
針３０が形成されている。探針３０の先端部分を除い
て、カンチレバー１２と支持部１４の全体を覆う絶縁膜
３２が設けられている。

【００１９】支持部１４の下面には、図２（Ｂ）に示す
ように、絶縁膜３２に開けたコンタクトホールを介して
ピエゾ抵抗層２６の端部に電気的に接触している電極３
４と３６が設けられている。同様に、支持部１４の上面
には、図２（Ａ）に示すように、絶縁膜３２に開けたコ
ンタクトホールを介してピエゾ抵抗層２８の端部に電気
的に接触している電極３８と４０が設けられている。コ
ンタクトホールは、コンタクトホール間のピエゾ抵抗層
２６と２８の抵抗値が互いに等しくなる位置すなわちピ
エゾ抵抗層２６と２８の先端からの長さが等しい位置に
形成されている。

【００２０】電極３４には正電圧源４２が接続されてお
り、電極３６には負電圧源４４が接続されている。電極
３６と負電圧源４４の間には電流計４６が設けられてい
る。また、電極３８には正電圧源４８が接続されてお
り、電極４０には負電圧源５０が接続されている。正電
圧源４２と正電圧源４８は、等しい正電位たとえば＋３
Ｖの電位をそれぞれ電極３４と３８に与える。同様に、
負電圧源４４と負電圧源５０は、等しい負電位たとえば
−３Ｖの電位をそれぞれ電極３６と４０に与える。

【００２１】測定の際に探針３０と試料の間に静電力が
発生しないようにすることを考慮すると、試料の電位は
通常は０であるから、探針３０の電位は０であることが
好ましい。従って、探針３０の電位が０となるように、
電極３４に与える正電位と電極３６に与える負電位は、
その絶対値が等しいことが好ましい。

【００２２】探針３０の変位量は、抵抗層２６に流れる
電流値と探針３０の変位量との関係を実験的に予め求め
ておき、この関係（特性）に基づき、電流計４６から出
力される電流値から求められる。

【００２３】測定の間、ピエゾ抵抗層２６とピエゾ抵抗
層２８には同じ値の電流が流れる。この結果、絶縁層２
２を基準として、その上側と下側とでは等しく膨張す
る。従って、絶縁膜３２やシリコン層２０と２４等の熱
による膨張は、上側と下側で相殺されるため、カンチレ
バー１２に歪みを生じさせない。従って、電流計４６か
ら出力される電流値（変位信号）は、熱による膨張の影
響を含んでいないものとなる。結果として、長時間にわ
たり安定に高分解能の測定が行なえるようになる。

【００２４】本実施例では、上側と下側のピエゾ抵抗層
に電位を与えるための正電圧電源と負電圧電源とがそれ
ぞれ別々に設けられているが、これらは共用してもよ
い。また、変位検出のための電流計４６を下側のピエゾ
抵抗層２６に設けたが、上側のピエゾ抵抗層２８に設け
てもよい。されに、カンチレバーの形状としてＵ字状の
ものをあげて説明したが、別の形状であってもよい。

【００２５】＜第二実施例＞第二実施例の集積型ＳＰＭ
センサーと変位検出回路を図３に示す。図中の集積型Ｓ
ＰＭセンサーは第一実施例で説明したものと同一であ
り、図３（Ａ）は集積型ＳＰＭセンサーの上面とその周
辺回路を示し、図３（Ｂ）は集積型ＳＰＭセンサーの下
面とその周辺回路を示している。

【００２６】電極３４には正電圧源４２が接続されてお
り、電極３６には負電圧源４４が接続されている。電極
３６と負電圧源４４の間には電流計４６が設けられてい
る。また、電極３８には正電圧源４８が接続されてお
り、電極４０には負電圧源５０が接続されている。電極
４０と負電圧源５０の間には電流計５２が設けられてい
る。正電圧源４２と正電圧源４８は、等しい正電位たと
えば＋３Ｖの電位をそれぞれ電極３４と３８に与える。
同様に、負電圧源４４と負電圧源５０は、等しい負電位
たとえば−３Ｖの電位をそれぞれ電極３６と４０に与え
る。

【００２７】測定の際に探針３０と試料の間に静電力が
発生しないようにすることを考慮すると、試料の電位は
通常は０であるから、探針３０の電位は０であることが
好ましい。従って、探針３０の電位が０となるように、
電極３４に与える正電位と電極３６に与える負電位は、
その絶対値が等しいことが好ましい。

【００２８】本実施例では、下側のピエゾ抵抗層２６を
流れる電流すなわち電流計４６で検出される電流をｉ1
、上側のピエゾ抵抗層２８を流れる電流すなわち電流
計５２で検出される電流をｉ2 とし、カンチレバー１２
の変位に対応した信号（変位信号Ｉs ）はｉ2 −ｉ1 で
得られる。変位信号Ｉs の正負と大きさを調べることに
より、変位量に加えて変位の方向も調べられる。以下、
その原理について図４を参照して説明する。

【００２９】図４（Ｂ）に示すように、探針３０の先端
が試料１８の表面から十分に離れている場合、カンチレ
バー１２には反りがなく、下側のピエゾ抵抗層２６に流
れる電流ｉ1 と上側のピエゾ抵抗層２８に流れる電流ｉ
2 は等しく、従って変位信号Ｉs ＝０である。

【００３０】探針３０が試料１８に近づき、探針先端と
試料表面の間に引力が発生すると、図４（Ａ）に示すよ
うに、カンチレバー１２は試料１８に近づく方向に反
る。このとき、下側のピエゾ抵抗層２６の方が上側のピ
エゾ抵抗層２８よりも歪み量が小さいので、下側のピエ
ゾ抵抗層２６に流れる電流ｉ1 の方が上側のピエゾ抵抗
層２８に流れる電流ｉ2 よりも小さくなる。従って、変
位信号Ｉs は正となり、その絶対値が変位量に対応した
ものとなる。

【００３１】探針３０が更に試料１８に近づき、今度は
探針先端と試料表面の間に斥力が発生すると、図４
（Ｃ）に示すように、カンチレバー１２は試料１８から
離れる方向に反る。このとき、下側のピエゾ抵抗層２６
の方が上側のピエゾ抵抗層２８よりも歪み量が大きいの
で、下側のピエゾ抵抗層２６に流れる電流ｉ1 の方が上
側のピエゾ抵抗層２８に流れる電流ｉ2 よりも大きくな
る。従って、変位信号Ｉsは負となり、その絶対値が変
位量に対応したものとなる。

【００３２】したがって、変位信号Ｉs の正負によりカ
ンチレバー１２の変位方向が分かり、変位信号Ｉs の大
きさ（絶対値）により、予め求めておいた変位信号Ｉs
と探針３０の変位量との関係に基づき、カンチレバー１
２の変位量が分かる。

【００３３】このように、本実施例では、上側と下側の
ピエゾ抵抗層の歪み量すなわち抵抗値の差に基づいて変
位信号を得ているため、カンチレバーの変位量に加えて
変位方向も求められる。また、ピエゾ抵抗層に流れる電
流に乗ったノイズは上側と下側の間で差をとった際に相
殺されるので、ノイズの影響が少なくなり、高い検出感
度が得られる。さらに、第一実施例と同様に、熱による
膨張が上側と下側で相殺されるので、熱に影響されるこ
となく安定に高分解能の測定を行なえる。

【００３４】本実施例では、変位信号Ｉs をＩs ＝ｉ2
−ｉ1 で定義したが、Ｉs ＝ｉ1 −ｉ2 と定義してもよ
い。この場合、変位信号Ｉs の正負とカンチレバーの変
位方向の関係は上記の説明とは逆になる。

【００３５】＜第三実施例＞第三実施例の集積型ＳＰＭ
センサーと変位検出回路を図５に示す。図５（Ａ）は集
積型ＳＰＭセンサーの上面とその周辺回路を示してお
り、図５（Ｂ）は集積型ＳＰＭセンサーの下面とその周
辺回路を示している。

【００３６】本実施例では、集積型ＳＰＭセンサーのカ
ンチレバー１２がＥ字状の形状をしている。その積層構
造すなわち断面構造は、第一実施例で説明した集積型Ｓ
ＰＭセンサーと全く同じである（図１（Ｂ）参照）。下
側のピエゾ抵抗層２６の三本の帯状部の末端部はそれぞ
れ電極６０，６２，６４に電気的に接続されている。両
側の電極６２と６４にはそれぞれ電流計６６と６８が接
続されている。中央の電極６０には正電位が与えられ、
両側の電極６２と６４には電流計６６と６８を介して負
電位が与えられる。電極６０に与えられる正電位と電極
６２と６４に与えられる負電位は、探針３０の電位が０
になるように、その絶対値が等しいことが好ましい。同
様に、上側のピエゾ抵抗層２８の三本の帯状部の末端部
はそれぞれ電極７０，７２，７４に電気的に接続されて
いる。両側の電極７２と７４にはそれぞれ電流計７６と
７８が接続されている。中央の電極７０には正電位が与
えられ、両側の電極７２と７４には電流計７６と７８を
介して負電位が与えられる。電極７０に与えられる正電
位は電極６０に与えられる電位に等しく、電極７２と７
４に与えられる負電位は電極６２と６４に与えられる電
位に等しく設定される。具体的に述べるならば、たとえ
ば、電極６０と電極７０に＋３Ｖの電位が与えられ、電
極６２と電極６４と電極７２と電極７４に−３Ｖの電位
が与えられる。

【００３７】電流計６６で検出される電流値をｉ1 、電
流計６８で検出される電流値をｉ2、電流計７６で検出
される電流値をｉ3 、電流計７８で検出される電流値を
ｉ4とすると、試料表面に垂直な方向におけるカンチレ
バー１２の変位を示す変位信号たとえばＡＦＭ信号は
（ｉ3 ＋ｉ4 ）−（ｉ1 ＋ｉ2 ）で与えられ、カンチレ
バー１２のねじれを示すねじれ信号たとえばＬＦＭ信号
は（ｉ3 −ｉ4 ）−（ｉ1 −ｉ2 ）で与えられる。この
ようにして得られる変位信号は、正負が変位の方向に対
応し、その絶対値が変位の量を示している。また、ねじ
れ信号は、正負がねじれの方向に対応し、その絶対値が
ねじれ量を示している。

【００３８】本実施例によれば、ピエゾ抵抗層の発熱に
影響されることなく、カンチレバーの変位の方向とその
大きさに加えて、カンチレバーのねじれの方向とその大
きさが正確に測定できる。変位信号とねじれ信号は、上
側と下側のピエゾ抵抗層に乗ったノイズが互いに相殺さ
れているので、感度の良いものとなっている。

【００３９】以上、実施例に沿って本発明について説明
したが、本発明は上述した実施例に限るものではなく、
発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々多くの変形
が可能である。

【００４０】ここで、本発明の要旨をまとめると以下の
ようになる。１．支持部と、支持部から延びた柔軟なカンチレバーと
からなり、カンチレバーは中心の層に対して同じ材料の
層が上下に対称的に積層された積層構造体で構成されて
おり、積層構造体はカンチレバーの歪みに応じて抵抗値
が変化する同一形状の二つの抵抗層を含み、抵抗層はカ
ンチレバーの先端部において互いに一体化している複数
の帯状部を有している、集積型ＳＰＭセンサー。

【００４１】２．前項１において、カンチレバーの先端
部に探針が設けられている、集積型ＳＰＭセンサー。３．前項１または前項２において、抵抗層が二本の帯状
部を有している、集積型ＳＰＭセンサー。

【００４２】４．前項１または前項２において、抵抗層
が三本の帯状部を有している、集積型ＳＰＭセンサー。５．前項１の集積型ＳＰＭセンサーのそれぞれの抵抗層
の所定の二本の帯状部の末端部の間に一定の電圧を印加
する電圧印加手段と、所定の二本の帯状部の末端部を介
して抵抗層の内部に流れる電流を測定する電流測定手段
と、電流測定手段で得られる電流値に基づいてカンチレ
バーの歪みを求める歪検出手段とを備えている変位検出
回路。

【００４３】６．前項３の集積型ＳＰＭセンサーのそれ
ぞれの抵抗層の二本の帯状部の末端部の間に一定の電圧
を印加する電圧印加手段と、二本の帯状部の末端部を介
して抵抗層の内部に流れる電流を測定する電流測定手段
と、電流測定手段で得られる電流値に基づいてカンチレ
バーの歪みを求める歪検出手段とを備えている変位検出
回路。

【００４４】７．前項６において、電流測定手段は、そ
れぞれの抵抗層の一方の帯状部の末端部に電気的に接続
された電流計を含んでいる、集積型ＳＰＭセンサー。８．前項６または前項７において、歪検出手段が、試料
表面に垂直な方向に関するカンチレバーの変位の方向と
量を検出する変位検出手段を有している、集積型ＳＰＭ
センサー。

【００４５】９．前項８において、変位検出手段は、そ
れぞれの抵抗層を流れる電流の電流値の差を求める手段
を有している、集積型ＳＰＭセンサー。１０．前項４の集積型ＳＰＭセンサーの抵抗層の中央の
帯状部の末端部と両側の帯状部の末端部との間にそれぞ
れ一定の電圧を印加する電圧印加手段と、中央の帯状部
の末端部と両側の帯状部の末端部を介して抵抗層の内部
に流れる電流を測定する電流測定手段と、電流測定手段
で得られた電流値に基づいてカンチレバーの歪みを求め
る歪検出手段とを備えている変位検出回路。

【００４６】１１．前項１０において、電流測定手段
は、それぞれの抵抗層の両側の帯状部の末端部に電気的
に接続された電流計を含んでいる、集積型ＳＰＭセンサ
ー。１２．前項１０または前項１１において、歪検出手段
が、試料表面に垂直な方向に関するカンチレバーの変位
の方向と量を求める変位検出手段と、カンチレバーの長
手軸周りのねじれの方向と量を求めるねじれ検出手段と
を有している、集積型ＳＰＭセンサー。

【００４７】１３．前項１２において、変位検出手段
は、一方の抵抗層の中央の帯状部の末端部と両側の帯状
部の末端部の間に流れる電流の電流値の和と、他方の抵
抗層の中央の帯状部の末端部と両側の帯状部の末端部の
間に流れる電流の電流値の和との差を求める手段を有
し、ねじれ検出手段は、一方の抵抗層の中央の帯状部の
末端部と両側の帯状部の末端部の間に流れる電流の電流
値の差と、他方の抵抗層の中央の帯状部の末端部と両側
の帯状部の末端部の間に流れる電流の電流値の差との差
を求める手段を有している、集積型ＳＰＭセンサー。

【００４８】

【発明の効果】本発明の集積型ＳＰＭセンサーによれ
ば、抵抗層の発熱に影響されることなく、カンチレバー
の変位が正確に測定できる。さらに本発明の変位検出回
路も組み合わせると、カンチレバーの変位の量に加えて
変位の方向も分かる変位信号が得られる。この変位信号
は、上側と下側の抵抗層に乗ったノイズが相殺されてい
るのでノイズが少なく、したがって検出感度の向上に大
きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の集積型ＳＰＭセンサーの斜視図と
側断面図である。

【図２】第一実施例の集積型ＳＰＭセンサーの上面図と
下面図である。

【図３】第二実施例の集積型ＳＰＭセンサーと変位検出
回路の構成を示す図である。

【図４】カンチレバーの変位の方向と変位信号の正負の
関係を説明する図である。

【図５】第三実施例の集積型ＳＰＭセンサーと変位検出
回路の構成を示す図である。

【図６】従来の集積型ＳＰＭセンサーの製造工程を説明
する図である。

【図７】従来の集積型ＳＰＭセンサーにおいて変位を測
定する回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

１２…カンチレバー、１４…支持部、２６，２８…ピエ
ゾ抵抗層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部と、支持部から延びた柔軟なカン
チレバーとからなり、カンチレバーは中心の層に対して
同じ材料の層が上下に対称的に積層された積層構造体で
構成されており、積層構造体はカンチレバーの歪みに応
じて抵抗値が変化する同一形状の二つの抵抗層を含み、
抵抗層はカンチレバーの先端部において互いに一体化し
ている複数の帯状部を有している、集積型ＳＰＭセンサ
ー。
【請求項２】請求項（１）に記載の集積型ＳＰＭセン
サーのそれぞれの抵抗層の所定の二本の帯状部の末端部
の間に一定の電圧を印加する電圧印加手段と、所定の二
本の帯状部の末端部を介して抵抗層の内部に流れる電流
を測定する電流測定手段と、電流測定手段で得られる電
流値に基づいてカンチレバーの歪みを求める歪検出手段
とを備えている変位検出回路。