JPH09196940A - 微小熱電対付きカンチレバー - Google Patents
微小熱電対付きカンチレバーInfo
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- JPH09196940A JPH09196940A JP8006487A JP648796A JPH09196940A JP H09196940 A JPH09196940 A JP H09196940A JP 8006487 A JP8006487 A JP 8006487A JP 648796 A JP648796 A JP 648796A JP H09196940 A JPH09196940 A JP H09196940A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】試料表面の温度分布と凹凸の形状を分離して観
察する。 【解決手段】本発明の熱電対付きカンチレバーは、支持
体１と、接合穴３が設けられ前記支持体１に一端が支持
された可撓性プレート２と、該可撓性プレート２の一方
の主面に配置され前記接合穴３を覆い支持体１まで延在
された第１の金属膜４と、前記可撓性プレート２の他方
の主面に配置され前記接合穴３を覆い支持体１まで延在
された第２の金属膜５と、前記第１の金属膜４と前記第
２の金属膜５からなり熱電対をなす探針６が前記接合穴
３に配置されている。
察する。 【解決手段】本発明の熱電対付きカンチレバーは、支持
体１と、接合穴３が設けられ前記支持体１に一端が支持
された可撓性プレート２と、該可撓性プレート２の一方
の主面に配置され前記接合穴３を覆い支持体１まで延在
された第１の金属膜４と、前記可撓性プレート２の他方
の主面に配置され前記接合穴３を覆い支持体１まで延在
された第２の金属膜５と、前記第１の金属膜４と前記第
２の金属膜５からなり熱電対をなす探針６が前記接合穴
３に配置されている。
Description
【０００１】
【発明の属する利用分野】本発明は、走査型温度分布計
測装置（ＳＴＰ：Scanning Thermal Profiler)に用いる
カンチレバー及びその装置に関する。
測装置（ＳＴＰ：Scanning Thermal Profiler)に用いる
カンチレバー及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、走査型顕微鏡の進展に伴い、原
子、分子オーダーの分解能で、物質表面の形状、あるい
は物理化学的性質に起因したイメージを得ることが可能
となった。このような走査型顕微鏡において試料表面の
温度分布を計測する走査型温度分布計測装置（以下、Ｓ
ＴＰと言う）が提案されている（Appl.Phys.Lett.49(2
3),8 December 1986 P1587 〜1589) 。
子、分子オーダーの分解能で、物質表面の形状、あるい
は物理化学的性質に起因したイメージを得ることが可能
となった。このような走査型顕微鏡において試料表面の
温度分布を計測する走査型温度分布計測装置（以下、Ｓ
ＴＰと言う）が提案されている（Appl.Phys.Lett.49(2
3),8 December 1986 P1587 〜1589) 。
【０００３】図４は、従来のＳＴＰを示す概略構成図で
ある。この装置は、走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴ
Ｍと言う）の技術を応用したものであり、第１伝導体１
０１と、絶縁体１０２と、第２伝導体１０３と、熱電対
接合部１０４とを有する探針１００を用いている。この
探針１００は、試料表面の凹凸または温度を計測する計
測部である。尚、第１伝導体１０１と第２伝導体１０３
とで熱電対を構成するため、これらの伝導体は、それぞ
れ異なる種類の伝導体を用いている。また、絶縁体１０
２は、第１伝導体１０１と第２伝導体１０３との間に形
成されている。このため、第１伝導体１０１と第２伝導
体１０３とは、熱電対接合部１０４以外の部分で電気的
に接触しない構成になっている。
ある。この装置は、走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴ
Ｍと言う）の技術を応用したものであり、第１伝導体１
０１と、絶縁体１０２と、第２伝導体１０３と、熱電対
接合部１０４とを有する探針１００を用いている。この
探針１００は、試料表面の凹凸または温度を計測する計
測部である。尚、第１伝導体１０１と第２伝導体１０３
とで熱電対を構成するため、これらの伝導体は、それぞ
れ異なる種類の伝導体を用いている。また、絶縁体１０
２は、第１伝導体１０１と第２伝導体１０３との間に形
成されている。このため、第１伝導体１０１と第２伝導
体１０３とは、熱電対接合部１０４以外の部分で電気的
に接触しない構成になっている。
【０００４】次に、この装置の動作を説明する。探針１
００は、ピエゾ素子１０５によってＸＹＺ方向に移動さ
れる。また、試料１０６が有する熱は、探針１００の熱
電対接合部１０４によって計測される。探針１００は、
試料表面上をＸＹ方向に走査される。このとき、探針１
００は、計測する試料の熱が常に一定になるようにピエ
ゾ素子１０５でＺ軸方向（試料表面に対して略垂直な方
向）に移動される。そして、このとき探針１００のＺ軸
方向（試料表面に対して略垂直な方向）の変位が計測さ
れる。このことにより、試料１０６の凹凸の形状を計測
することが可能となる。また、探針１００をある一定の
高さに保った状態で探針１００をＸＹ方向に走査させる
と、試料１０６の温度分布を計測することができるので
ある。
００は、ピエゾ素子１０５によってＸＹＺ方向に移動さ
れる。また、試料１０６が有する熱は、探針１００の熱
電対接合部１０４によって計測される。探針１００は、
試料表面上をＸＹ方向に走査される。このとき、探針１
００は、計測する試料の熱が常に一定になるようにピエ
ゾ素子１０５でＺ軸方向（試料表面に対して略垂直な方
向）に移動される。そして、このとき探針１００のＺ軸
方向（試料表面に対して略垂直な方向）の変位が計測さ
れる。このことにより、試料１０６の凹凸の形状を計測
することが可能となる。また、探針１００をある一定の
高さに保った状態で探針１００をＸＹ方向に走査させる
と、試料１０６の温度分布を計測することができるので
ある。
【０００５】ＳＴＰのこの動作は、ＳＴＭと類似してい
る。ただし、ＳＴＭでは探針と試料との間に生じるトン
ネル電流を一定にしている点が異なる。
る。ただし、ＳＴＭでは探針と試料との間に生じるトン
ネル電流を一定にしている点が異なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＳＴＰでは、試料１０６に凹凸があると試料１０６の正
確な温度分布を計測することができないという問題点が
あった。即ち、従来の装置は、試料１０６の温度分布と
試料表面の凹凸の形状を分離して計測することができな
かったのである。
ＳＴＰでは、試料１０６に凹凸があると試料１０６の正
確な温度分布を計測することができないという問題点が
あった。即ち、従来の装置は、試料１０６の温度分布と
試料表面の凹凸の形状を分離して計測することができな
かったのである。
【０００７】本発明は、上記問題点を鑑みて成されたも
のであり、試料表面の温度分布と凹凸の形状を分離して
同時に計測することを可能にするチレバーを提供するこ
とを目的とする。
のであり、試料表面の温度分布と凹凸の形状を分離して
同時に計測することを可能にするチレバーを提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１に「支持
体と、接合穴が設けられ前記支持体に一端が支持た可撓
性プレートと、該可撓性プレートの一方の主面に配置さ
れ前記接合穴を覆い支持体まで延在された第１の金属膜
と、前記可撓性プレートの他方の主面に配置され前記接
合穴を覆い支持体まで延在された第２の金属膜と、前記
第１の金属膜と前記第２の金属膜からなり熱電対をなす
探針が前記接合穴に配置されたことを特徴とする微小熱
電対付きカンチレバー（請求項１）」を提供する。これ
により、試料表面の温度分布と凹凸の形状を分離して同
時に計測することが可能となる。
体と、接合穴が設けられ前記支持体に一端が支持た可撓
性プレートと、該可撓性プレートの一方の主面に配置さ
れ前記接合穴を覆い支持体まで延在された第１の金属膜
と、前記可撓性プレートの他方の主面に配置され前記接
合穴を覆い支持体まで延在された第２の金属膜と、前記
第１の金属膜と前記第２の金属膜からなり熱電対をなす
探針が前記接合穴に配置されたことを特徴とする微小熱
電対付きカンチレバー（請求項１）」を提供する。これ
により、試料表面の温度分布と凹凸の形状を分離して同
時に計測することが可能となる。
【０００９】また、温度分布の計測位置と凹凸の計測位
置は、試料表面の同じ位置であることが好ましい。即
ち、これらを計測する探針が可撓性プレートより突出し
ていることが好ましい。よって、本発明は、第２に「前
記探針は、前記可撓性プレートの一方の主面から突出し
てなることを特徴とする請求項１記載の微小熱電対付き
カンチレバー（請求項２）」を提供する。
置は、試料表面の同じ位置であることが好ましい。即
ち、これらを計測する探針が可撓性プレートより突出し
ていることが好ましい。よって、本発明は、第２に「前
記探針は、前記可撓性プレートの一方の主面から突出し
てなることを特徴とする請求項１記載の微小熱電対付き
カンチレバー（請求項２）」を提供する。
【００１０】また、温度分布を計測する探針は、その先
端が少なくとも鋭角であればさらに感度が向上する。よ
って、本発明は、第３に「前記探針は、先端が鋭角であ
ることを特徴とする請求項２記載の微小熱電対付きカン
チレバー（請求項３）」を提供する。本発明は、第４に
「前記支持体は、シリコン基板であることを特徴とする
請求項１から請求項３のいずれかに記載の微小熱電対付
きカンチレバー（請求項４）」を提供する。これによ
り、本発明の微小熱電対付きカンチレバーは、周知技術
であるシリコンプロセスにて製造されることが可能であ
り、安価な製造コストで大量にしかも容易に製造するこ
とが可能となる。
端が少なくとも鋭角であればさらに感度が向上する。よ
って、本発明は、第３に「前記探針は、先端が鋭角であ
ることを特徴とする請求項２記載の微小熱電対付きカン
チレバー（請求項３）」を提供する。本発明は、第４に
「前記支持体は、シリコン基板であることを特徴とする
請求項１から請求項３のいずれかに記載の微小熱電対付
きカンチレバー（請求項４）」を提供する。これによ
り、本発明の微小熱電対付きカンチレバーは、周知技術
であるシリコンプロセスにて製造されることが可能であ
り、安価な製造コストで大量にしかも容易に製造するこ
とが可能となる。
【００１１】本発明は、第５に「前記可撓性プレートに
は、金属薄膜からなるレーザ反射膜が配置されているこ
とを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載
の微小熱電対付きカンチレバー（請求項５）」を提供す
る。これにより、光てこ法を使用した試料表面の凹凸形
状の計測が可能となる。本発明は、第６に「請求項１か
ら請求項５のいずれかに記載された微小熱電対付きカン
チレバーにおいて、（可撓性プレートの長さ）／（可撓
性プレートの先端部から探針までの寸法）の比が１／１
００以下であることを特徴とする微小熱電対付きカンチ
レバー（請求項６）」を提供する。
は、金属薄膜からなるレーザ反射膜が配置されているこ
とを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載
の微小熱電対付きカンチレバー（請求項５）」を提供す
る。これにより、光てこ法を使用した試料表面の凹凸形
状の計測が可能となる。本発明は、第６に「請求項１か
ら請求項５のいずれかに記載された微小熱電対付きカン
チレバーにおいて、（可撓性プレートの長さ）／（可撓
性プレートの先端部から探針までの寸法）の比が１／１
００以下であることを特徴とする微小熱電対付きカンチ
レバー（請求項６）」を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、原子間力顕微鏡（以
下、ＡＦＭと言う）の技術を応用することにより、試料
表面の凹凸形状と試料表面の温度分布を分離して同時に
計測する事を可能としたカンチレバーである。ＡＦＭ
は、カンチレバーと、これを試料表面のＸＹ方向に走査
させる平行移動手段と、カンチレバーのＺ方向の撓みを
検出する撓み検出手段からなり、カンチレバーの撓みを
計測することにより試料表面の凹凸を計測する装置であ
る。
下、ＡＦＭと言う）の技術を応用することにより、試料
表面の凹凸形状と試料表面の温度分布を分離して同時に
計測する事を可能としたカンチレバーである。ＡＦＭ
は、カンチレバーと、これを試料表面のＸＹ方向に走査
させる平行移動手段と、カンチレバーのＺ方向の撓みを
検出する撓み検出手段からなり、カンチレバーの撓みを
計測することにより試料表面の凹凸を計測する装置であ
る。
【００１３】一般にカンチレバーは、シリコン基板等の
支持体と、これに一端が固定され窒化膜等からなる可撓
性プレートを有する。図１は、本発明の微小熱電対付き
カンチレバーを示す図であって、（ａ）はその概略斜視
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’部における概略断面図であ
る。本発明の熱電対付きカンチレバーは、熱電対をなす
探針６が可撓性プレート２に配置される。探針６は、第
１の金属膜４と第２の金属膜５からなる。なお、ここで
は合金も含めて金属と定義する。探針６は、可撓性プレ
ート２に設けられた接合穴３の領域に配置される。第１
の金属膜４は、可撓性プレート２の一方の主面に接合穴
３を覆うように配置される。このとき、第１の金属膜４
は接合穴３において可撓性プレート２から突出するよう
に配置される。第２の金属膜５は、可撓性プレート２の
他方の主面に接合穴３を覆うように配置される。このと
き、接合穴３には既に第１の金属膜４が突出して配置さ
れている。よって、第２の金属膜５は、第１の金属膜４
と接触し、且つ、接合して配置される。これにより、探
針６は熱電対をなし、試料表面の凹凸計測ばかりでなく
試料表面の温度分布を同時に計測することも可能とな
る。なお、試料表面の凹凸計測を不要とするなら、試料
表面のある一点の温度を計測することも可能である。
支持体と、これに一端が固定され窒化膜等からなる可撓
性プレートを有する。図１は、本発明の微小熱電対付き
カンチレバーを示す図であって、（ａ）はその概略斜視
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’部における概略断面図であ
る。本発明の熱電対付きカンチレバーは、熱電対をなす
探針６が可撓性プレート２に配置される。探針６は、第
１の金属膜４と第２の金属膜５からなる。なお、ここで
は合金も含めて金属と定義する。探針６は、可撓性プレ
ート２に設けられた接合穴３の領域に配置される。第１
の金属膜４は、可撓性プレート２の一方の主面に接合穴
３を覆うように配置される。このとき、第１の金属膜４
は接合穴３において可撓性プレート２から突出するよう
に配置される。第２の金属膜５は、可撓性プレート２の
他方の主面に接合穴３を覆うように配置される。このと
き、接合穴３には既に第１の金属膜４が突出して配置さ
れている。よって、第２の金属膜５は、第１の金属膜４
と接触し、且つ、接合して配置される。これにより、探
針６は熱電対をなし、試料表面の凹凸計測ばかりでなく
試料表面の温度分布を同時に計測することも可能とな
る。なお、試料表面の凹凸計測を不要とするなら、試料
表面のある一点の温度を計測することも可能である。
【００１４】第１の金属膜４及び第２の金属膜５は、可
撓性プレート２の各主面から支持体１まで延在して配置
される。このようにすれば、端子４ａを同時に形成させ
ることが可能である。熱電対をなす探針６は、可撓性プ
レート２上ならばどこにあっても構わない。しかし、レ
スポンスを悪化させないため、また、試料表面の凹凸計
測の感度を向上させるためには、可撓性プレートの長さ
／可撓性プレートの先端部から探針までの寸法の比を１
／１００以下にするのが好ましい。
撓性プレート２の各主面から支持体１まで延在して配置
される。このようにすれば、端子４ａを同時に形成させ
ることが可能である。熱電対をなす探針６は、可撓性プ
レート２上ならばどこにあっても構わない。しかし、レ
スポンスを悪化させないため、また、試料表面の凹凸計
測の感度を向上させるためには、可撓性プレートの長さ
／可撓性プレートの先端部から探針までの寸法の比を１
／１００以下にするのが好ましい。
【００１５】ところで、ＡＦＭにはコンタクトモード
と、ノンコンタクトモードの二つの計測モードがある。
本発明のカンチレバーは、いずれのモードにも適用でき
る。即ち、コンタクトモードのＡＦＭは、試料表面にカ
ンチレバーを接触させ、試料表面の凹凸により変化する
カンチレバーの撓みを検出することによって試料表面の
凹凸の形状を計測する装置である。本発明の微小熱電対
付きカンチレバーも試料表面に接触させ、ＸＹ方向に走
査すれば、試料表面の凹凸のみならず、試料表面の温度
分布を計測することが可能となる。
と、ノンコンタクトモードの二つの計測モードがある。
本発明のカンチレバーは、いずれのモードにも適用でき
る。即ち、コンタクトモードのＡＦＭは、試料表面にカ
ンチレバーを接触させ、試料表面の凹凸により変化する
カンチレバーの撓みを検出することによって試料表面の
凹凸の形状を計測する装置である。本発明の微小熱電対
付きカンチレバーも試料表面に接触させ、ＸＹ方向に走
査すれば、試料表面の凹凸のみならず、試料表面の温度
分布を計測することが可能となる。
【００１６】ノンコンタクトモードのＡＦＭは、カンチ
レバーを振動させる手段と、カンチレバーの振動周波数
を検出する手段がさらに設けられている。そして、この
装置は、カンチレバーと試料がある一定の距離を保った
状態で前記カンチレバーを振動させ、前記カンチレバー
と試料との距離の変動に応じて変化する前記カンチレバ
ーの振動周波数を検出することによって試料の凹凸の形
状を計測する。本発明の装置も、微小熱電対付きカンチ
レバーを振動させる手段と、振動周波数を検出する手段
をさらに設け、試料との距離をある一定の距離に保った
状態で熱電対付きカンチレバーを振動させ、このカンチ
レバーの振動周波数に相当する周波数の熱起電力を検出
すれば、試料の温度分布のみを独立に且つ正確に計測す
ることができる。また、当然ながら、試料表面の凹凸の
形状も同時に計測することができる。
レバーを振動させる手段と、カンチレバーの振動周波数
を検出する手段がさらに設けられている。そして、この
装置は、カンチレバーと試料がある一定の距離を保った
状態で前記カンチレバーを振動させ、前記カンチレバー
と試料との距離の変動に応じて変化する前記カンチレバ
ーの振動周波数を検出することによって試料の凹凸の形
状を計測する。本発明の装置も、微小熱電対付きカンチ
レバーを振動させる手段と、振動周波数を検出する手段
をさらに設け、試料との距離をある一定の距離に保った
状態で熱電対付きカンチレバーを振動させ、このカンチ
レバーの振動周波数に相当する周波数の熱起電力を検出
すれば、試料の温度分布のみを独立に且つ正確に計測す
ることができる。また、当然ながら、試料表面の凹凸の
形状も同時に計測することができる。
【００１７】一般に、カンチレバーの撓みの検出には光
てこ法が用いられる。これは、カンチレバーに照射され
反射されたレーザ光の位置を検出して、カンチレバーの
撓みを検出するものである。この場合、カンチレバーに
は、レーザをより高率に反射させるために、金属薄膜か
らなるレーザ反射膜７を配置させるのが好ましい。上記
のように、試料表面の凹凸の形状と試料の温度分布を同
時にかつ独立に計測すると計測領域を一致させるための
作業に時間が掛かるという欠点も無く、実際に計測して
いる領域が完全に同一であるため、試料表面の凹凸像と
温度分布像との対応づけ及び解析に手間が掛からない。
てこ法が用いられる。これは、カンチレバーに照射され
反射されたレーザ光の位置を検出して、カンチレバーの
撓みを検出するものである。この場合、カンチレバーに
は、レーザをより高率に反射させるために、金属薄膜か
らなるレーザ反射膜７を配置させるのが好ましい。上記
のように、試料表面の凹凸の形状と試料の温度分布を同
時にかつ独立に計測すると計測領域を一致させるための
作業に時間が掛かるという欠点も無く、実際に計測して
いる領域が完全に同一であるため、試料表面の凹凸像と
温度分布像との対応づけ及び解析に手間が掛からない。
【００１８】以上、本発明の走査型温度分布計測装置を
ＡＦＭと比較して説明した。しかし、本発明の装置は、
ＡＦＭへの適用に限られるものではない。例えば、ＳＴ
Ｍ等のように、カンチレバーにて計測可能である装置な
らば、適用可能である。
ＡＦＭと比較して説明した。しかし、本発明の装置は、
ＡＦＭへの適用に限られるものではない。例えば、ＳＴ
Ｍ等のように、カンチレバーにて計測可能である装置な
らば、適用可能である。
【００１９】
【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明する。しかし、本発明はこれに限るものではない。 （第１実施例）図２（ｅ）は、本発明の第１実施例によ
る微小熱電対付きカンチレバーの完成断面図である。シ
リコン窒化膜からなる可撓性プレート２の一端は、シリ
コン基板から形成された支持体１に固定されている。可
撓性プレートの長さは、２００μｍである。可撓性プレ
ートには、その先端から１０μｍのところに接合穴３が
設けられている。この接合穴３に探針６が配置される。
探針６は、第１の金属膜４と第２の金属膜５を接合して
なる熱電対であり、可撓性プレート２から突出して配置
される。その先端は、針の先のような形状である。
明する。しかし、本発明はこれに限るものではない。 （第１実施例）図２（ｅ）は、本発明の第１実施例によ
る微小熱電対付きカンチレバーの完成断面図である。シ
リコン窒化膜からなる可撓性プレート２の一端は、シリ
コン基板から形成された支持体１に固定されている。可
撓性プレートの長さは、２００μｍである。可撓性プレ
ートには、その先端から１０μｍのところに接合穴３が
設けられている。この接合穴３に探針６が配置される。
探針６は、第１の金属膜４と第２の金属膜５を接合して
なる熱電対であり、可撓性プレート２から突出して配置
される。その先端は、針の先のような形状である。
【００２０】本実施例においては、第１の金属膜４とし
てニクロム、第２の金属膜５としてチタンを配置させ
た。しかし、第１の金属と第２の金属は、これに限られ
るものではなく、金、白金、ニクロム、クロメル、アル
メル、白金ロジウム、ニッケル、チタン等、熱電対を成
しうる金属の組み合わせならなんでも構わない。第１の
金属膜４は、可撓性プレート２の一方の主面に接合穴を
覆うように配置される。また、第１の金属膜４は、支持
体１まで延在され端子４ａを有する。第２の金属膜５
は、可撓性プレート２の他方の主面に接合穴を覆うよう
に配置される。第２の金属膜も、支持体１まで延在して
配置される。
てニクロム、第２の金属膜５としてチタンを配置させ
た。しかし、第１の金属と第２の金属は、これに限られ
るものではなく、金、白金、ニクロム、クロメル、アル
メル、白金ロジウム、ニッケル、チタン等、熱電対を成
しうる金属の組み合わせならなんでも構わない。第１の
金属膜４は、可撓性プレート２の一方の主面に接合穴を
覆うように配置される。また、第１の金属膜４は、支持
体１まで延在され端子４ａを有する。第２の金属膜５
は、可撓性プレート２の他方の主面に接合穴を覆うよう
に配置される。第２の金属膜も、支持体１まで延在して
配置される。
【００２１】可撓性プレート２には、ニクロムからなる
レーザ反射膜７が配置される。これは、光てこ法によっ
て可撓性プレートの撓みを検出するために配置される。
もし、光てこ法に依らずにこの撓みを検出するなら、あ
るいは、反射光が十分な強度を有するならレーザ反射膜
７は配置されなくとも構わない。次に、図２（ａ）から
（ｄ）の工程断面図及び図２（ｅ）の完成断面図を引用
し第１実施例による微小熱電対付きカンチレバーの製造
方法を説明する。なお、図２の断面は、図１におけるＡ
−Ａ’に相当する。厚さが２５０μｍ、面方位が（１０
０）のＮ型シリコン基板１０に低圧気相成長法によりジ
クロルシランとアンモニアガスを原料としてシリコン窒
化膜２０を７００ｎｍ成膜した。シリコン窒化膜２０は
シリコン基板１０の両面に形成された。さらに、該基板
１０上の一方の主面に形成されたシリコン窒化膜２０を
フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により部
分的に除去し接合穴３を形成した。本実施例において形
成した接合穴３は、一辺が５μｍの正方形である。この
形状は、任意に設定されて構わない。しかしこの形状に
より、後に形成される探針の形状が定まる。探針は、可
撓性プレートからおよそ５μｍ乃至１０μｍ突出される
のが好ましい。このため、シリコン窒化膜３２を除去さ
せる形状（即ち接合穴３の形状）は、一辺が５から１０
μｍの四角形が好ましい。
レーザ反射膜７が配置される。これは、光てこ法によっ
て可撓性プレートの撓みを検出するために配置される。
もし、光てこ法に依らずにこの撓みを検出するなら、あ
るいは、反射光が十分な強度を有するならレーザ反射膜
７は配置されなくとも構わない。次に、図２（ａ）から
（ｄ）の工程断面図及び図２（ｅ）の完成断面図を引用
し第１実施例による微小熱電対付きカンチレバーの製造
方法を説明する。なお、図２の断面は、図１におけるＡ
−Ａ’に相当する。厚さが２５０μｍ、面方位が（１０
０）のＮ型シリコン基板１０に低圧気相成長法によりジ
クロルシランとアンモニアガスを原料としてシリコン窒
化膜２０を７００ｎｍ成膜した。シリコン窒化膜２０は
シリコン基板１０の両面に形成された。さらに、該基板
１０上の一方の主面に形成されたシリコン窒化膜２０を
フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により部
分的に除去し接合穴３を形成した。本実施例において形
成した接合穴３は、一辺が５μｍの正方形である。この
形状は、任意に設定されて構わない。しかしこの形状に
より、後に形成される探針の形状が定まる。探針は、可
撓性プレートからおよそ５μｍ乃至１０μｍ突出される
のが好ましい。このため、シリコン窒化膜３２を除去さ
せる形状（即ち接合穴３の形状）は、一辺が５から１０
μｍの四角形が好ましい。
【００２２】次に、シリコン基板１０を水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、シリコン窒化膜２０をマス
クとしてエッチングした。シリコン基板１０は、シリコ
ン単結晶で形成されている。シリコン単結晶は、水酸化
カリウム水溶液にて異方的にエッチングされる。即ち、
（１１１）面が露出されるとシリコン単結晶のエッチン
グは、停止される。これにより、接合穴３から露出され
たシリコンの部分は四方が（１１１）面で囲まれるよう
に四角錘状にエッチングされて凹溝３０が形成された
〔図２（ａ）〕。
（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、シリコン窒化膜２０をマス
クとしてエッチングした。シリコン基板１０は、シリコ
ン単結晶で形成されている。シリコン単結晶は、水酸化
カリウム水溶液にて異方的にエッチングされる。即ち、
（１１１）面が露出されるとシリコン単結晶のエッチン
グは、停止される。これにより、接合穴３から露出され
たシリコンの部分は四方が（１１１）面で囲まれるよう
に四角錘状にエッチングされて凹溝３０が形成された
〔図２（ａ）〕。
【００２３】次に、周知の技術である熱酸化法に従い、
露出したシリコン溝部分にシリコン酸化膜８を成長させ
た。一般に知られているように、シリコン酸化膜の成長
速度は平坦な部分では速く、角の部分では遅い。このた
め、該凹溝３０に成長されたシリコン酸化膜８の断面形
状は図２（ｂ）に図示したごとく、底部の厚みが極端に
薄くなった。
露出したシリコン溝部分にシリコン酸化膜８を成長させ
た。一般に知られているように、シリコン酸化膜の成長
速度は平坦な部分では速く、角の部分では遅い。このた
め、該凹溝３０に成長されたシリコン酸化膜８の断面形
状は図２（ｂ）に図示したごとく、底部の厚みが極端に
薄くなった。
【００２４】次に、図２（ｂ）に示したように、第１の
金属膜４としてニクロム膜をシリコン基板１０の一方の
主面に形成した。第１の金属膜４は、周知のリフトオフ
法に従い、接合穴３及び凹溝３０を覆うようにパターニ
ングされる。また、支持体予定部まで延在され、第１の
金属膜４の一部は、端子４ａ（図１参照）を成してい
る。さらに、このパターニングにおいて、レーザ反射膜
（図１参照）が同時に形成された。
金属膜４としてニクロム膜をシリコン基板１０の一方の
主面に形成した。第１の金属膜４は、周知のリフトオフ
法に従い、接合穴３及び凹溝３０を覆うようにパターニ
ングされる。また、支持体予定部まで延在され、第１の
金属膜４の一部は、端子４ａ（図１参照）を成してい
る。さらに、このパターニングにおいて、レーザ反射膜
（図１参照）が同時に形成された。
【００２５】次に、シリコン基板１０の一方の主面（第
１の金属膜４が配置されている側）に形成されたシリコ
ン窒化膜２０をカンチレバー形状にパターニングした。
次に、シリコン基板１０の他方の主面に形成されたシリ
コン窒化膜２０を支持体の形状にパターニングした。次
いで、シリコン基板１０を３３ｗｔ％の濃度で８０℃に
加熱された水酸化カリウム水溶液に浸漬させ、シリコン
基板１０をエッチングさせた。即ち、シリコン窒化膜２
０がマスクとして作用し、露出されているシリコン及び
露出されるシリコン酸化膜８が溶解した。これにより、
シリコン窒化膜２０による可撓性プレート２と、シリコ
ン基板１０による支持部１が形成された〔図２
（ｄ）〕。
１の金属膜４が配置されている側）に形成されたシリコ
ン窒化膜２０をカンチレバー形状にパターニングした。
次に、シリコン基板１０の他方の主面に形成されたシリ
コン窒化膜２０を支持体の形状にパターニングした。次
いで、シリコン基板１０を３３ｗｔ％の濃度で８０℃に
加熱された水酸化カリウム水溶液に浸漬させ、シリコン
基板１０をエッチングさせた。即ち、シリコン窒化膜２
０がマスクとして作用し、露出されているシリコン及び
露出されるシリコン酸化膜８が溶解した。これにより、
シリコン窒化膜２０による可撓性プレート２と、シリコ
ン基板１０による支持部１が形成された〔図２
（ｄ）〕。
【００２６】その後、第２の金属膜５としてチタン膜を
第１の金属が形成されている主面とは逆の主面（他方の
主面）に成膜した。第２の金属膜５は、パターニングさ
れることなく他方の面に全面に形成された。よって、第
２の金属膜５は、接合穴３を覆い、また、支持体１まで
延在されて配置された。これにより、第１の金属膜４と
第２の金属膜５を接合した熱電対からなる探針６が可撓
性プレート２から突出して配置される。その先端は、針
のような鋭い形状となる。以上により、本発明による微
小熱電対付きカンチレバーは完成した〔図２（ｅ）〕。
第１の金属が形成されている主面とは逆の主面（他方の
主面）に成膜した。第２の金属膜５は、パターニングさ
れることなく他方の面に全面に形成された。よって、第
２の金属膜５は、接合穴３を覆い、また、支持体１まで
延在されて配置された。これにより、第１の金属膜４と
第２の金属膜５を接合した熱電対からなる探針６が可撓
性プレート２から突出して配置される。その先端は、針
のような鋭い形状となる。以上により、本発明による微
小熱電対付きカンチレバーは完成した〔図２（ｅ）〕。
【００２７】ところで、一般に知られているように、熱
電対における温度計測は、熱電対の接合部（２つの伝導
体の接合されている部分）で行われる。従って、試料の
温度分布をより正確に計測するためには、第１実施例に
よるカンチレバーの熱電対に用いる２つの伝導体におい
て、図２のカンチレバーの下側に形成される伝導体（金
属膜５）は、膜厚が薄く、熱伝導率の高いものが好まし
い。
電対における温度計測は、熱電対の接合部（２つの伝導
体の接合されている部分）で行われる。従って、試料の
温度分布をより正確に計測するためには、第１実施例に
よるカンチレバーの熱電対に用いる２つの伝導体におい
て、図２のカンチレバーの下側に形成される伝導体（金
属膜５）は、膜厚が薄く、熱伝導率の高いものが好まし
い。
【００２８】また、探針の先端部は、試料の温度分布及
び試料表面の凹凸の形状を高分解能で計測する場合には
鋭いことが好ましい。また、２種類の金属膜４、５の材
料及び組み合わせは、温度計測を行う試料の温度に合わ
せて任意に選ぶことができる。 （第２実施例）図３（ｄ）は、本発明の第２実施例によ
る微小熱電対付きカンチレバーの完成断面図である。第
１実施例による微小熱電対付きカンチレバーとは探針６
の形状及び後述する製造方法が異なる。本実施例におけ
る微小熱電対付きカンチレバーの探針は、その先端の角
度がおよそ７０度で形成される。この角度は、シリコン
単結晶の（１１１）面が異方性エッチングにより交差す
る角度である。このような探針を配置させれば、試料表
面の凹凸形状および温度分布を分離して同時に計測でき
る。また、本実施例における微小熱電対付きカンチレバ
ーは、凹溝に熱酸化膜を形成させることなく製造され
る。このため、製造工程が簡略化され、製造コストはさ
らに低減させることができる。
び試料表面の凹凸の形状を高分解能で計測する場合には
鋭いことが好ましい。また、２種類の金属膜４、５の材
料及び組み合わせは、温度計測を行う試料の温度に合わ
せて任意に選ぶことができる。 （第２実施例）図３（ｄ）は、本発明の第２実施例によ
る微小熱電対付きカンチレバーの完成断面図である。第
１実施例による微小熱電対付きカンチレバーとは探針６
の形状及び後述する製造方法が異なる。本実施例におけ
る微小熱電対付きカンチレバーの探針は、その先端の角
度がおよそ７０度で形成される。この角度は、シリコン
単結晶の（１１１）面が異方性エッチングにより交差す
る角度である。このような探針を配置させれば、試料表
面の凹凸形状および温度分布を分離して同時に計測でき
る。また、本実施例における微小熱電対付きカンチレバ
ーは、凹溝に熱酸化膜を形成させることなく製造され
る。このため、製造工程が簡略化され、製造コストはさ
らに低減させることができる。
【００２９】以下、図３（ａ）から（ｃ）の工程断面図
及び図３（ｄ）の完成断面図を引用し第２実施例による
微小熱電対付きカンチレバーの製造方法を説明する。な
お、図２の断面は、図１におけるＡ−Ａ’に相当する。
厚さが２５０μｍ、面方位が（１００）のＮ型シリコン
基板１０に低圧気相成長法によりジクロルシランとアン
モニアガスを原料としてシリコン窒化膜２０を７００ｎ
ｍ成膜した。シリコン窒化膜２０はシリコン基板１０の
両面に形成された。さらに、該基板１０上の一方の主面
に形成されたシリコン窒化膜２０をフォトリソグラフィ
法及びドライエッチング法により部分的に除去し接合穴
３を形成した。本実施例において形成した接合穴３は、
一辺が１０μｍの正方形である。
及び図３（ｄ）の完成断面図を引用し第２実施例による
微小熱電対付きカンチレバーの製造方法を説明する。な
お、図２の断面は、図１におけるＡ−Ａ’に相当する。
厚さが２５０μｍ、面方位が（１００）のＮ型シリコン
基板１０に低圧気相成長法によりジクロルシランとアン
モニアガスを原料としてシリコン窒化膜２０を７００ｎ
ｍ成膜した。シリコン窒化膜２０はシリコン基板１０の
両面に形成された。さらに、該基板１０上の一方の主面
に形成されたシリコン窒化膜２０をフォトリソグラフィ
法及びドライエッチング法により部分的に除去し接合穴
３を形成した。本実施例において形成した接合穴３は、
一辺が１０μｍの正方形である。
【００３０】次に、シリコン基板１０を水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、シリコン窒化膜２０をマス
クとしてエッチングした。シリコン基板１０は、シリコ
ン単結晶で形成されている。シリコン単結晶は、水酸化
カリウム水溶液にて異方的にエッチングされる。即ち、
（１１１）面が露出されるとシリコン単結晶のエッチン
グは、停止される。これにより、接合穴３から露出され
たシリコンの部分は四方が（１１１）面で囲まれるよう
に四角錘状にエッチングされて凹溝３０が形成された
〔図３（ａ）〕。なお、シリコン単結晶において、（１
１１）面と（１１１）面の交差する角度は、およそ７０
度である。
（ＫＯＨ）水溶液に浸漬し、シリコン窒化膜２０をマス
クとしてエッチングした。シリコン基板１０は、シリコ
ン単結晶で形成されている。シリコン単結晶は、水酸化
カリウム水溶液にて異方的にエッチングされる。即ち、
（１１１）面が露出されるとシリコン単結晶のエッチン
グは、停止される。これにより、接合穴３から露出され
たシリコンの部分は四方が（１１１）面で囲まれるよう
に四角錘状にエッチングされて凹溝３０が形成された
〔図３（ａ）〕。なお、シリコン単結晶において、（１
１１）面と（１１１）面の交差する角度は、およそ７０
度である。
【００３１】次に、図３（ｂ）に示したように、第１の
金属膜４としてニクロム膜をシリコン基板１０の一方の
主面に形成した。第１の金属膜４は、周知のリフトオフ
法に従い、接合穴３及び凹溝３０を覆うようにパターニ
ングされる。また、支持体予定部まで延在され、第１の
金属膜４の一部は、端子４ａ（図１参照）を成してい
る。さらに、このパターニングにおいて、レーザ反射膜
（図１参照）が同時に形成された。
金属膜４としてニクロム膜をシリコン基板１０の一方の
主面に形成した。第１の金属膜４は、周知のリフトオフ
法に従い、接合穴３及び凹溝３０を覆うようにパターニ
ングされる。また、支持体予定部まで延在され、第１の
金属膜４の一部は、端子４ａ（図１参照）を成してい
る。さらに、このパターニングにおいて、レーザ反射膜
（図１参照）が同時に形成された。
【００３２】次に、シリコン基板１０の一方の主面（第
１の金属膜４が配置されている側）に形成されたシリコ
ン窒化膜２０をカンチレバー形状にパターニングした。
次に、シリコン基板１０の他方の主面に形成されたシリ
コン窒化膜２０を支持体の形状にパターニングした。次
いで、シリコン基板１０を３３ｗｔ％の濃度で８０℃に
加熱された水酸化カリウム水溶液に浸漬させ、シリコン
基板１０をエッチングさせた。即ち、シリコン窒化膜２
０がマスクとして作用し、露出されているシリコンが溶
解した。これにより、シリコン窒化膜２０による可撓性
プレート２と、シリコン基板１０による支持部１が形成
された〔図３（ｃ）〕。
１の金属膜４が配置されている側）に形成されたシリコ
ン窒化膜２０をカンチレバー形状にパターニングした。
次に、シリコン基板１０の他方の主面に形成されたシリ
コン窒化膜２０を支持体の形状にパターニングした。次
いで、シリコン基板１０を３３ｗｔ％の濃度で８０℃に
加熱された水酸化カリウム水溶液に浸漬させ、シリコン
基板１０をエッチングさせた。即ち、シリコン窒化膜２
０がマスクとして作用し、露出されているシリコンが溶
解した。これにより、シリコン窒化膜２０による可撓性
プレート２と、シリコン基板１０による支持部１が形成
された〔図３（ｃ）〕。
【００３３】その後、第２の金属膜５としてチタン膜を
第１の金属が形成されている主面とは逆の主面（他方の
主面）に成膜した。第２の金属膜５は、パターニングさ
れることなく他方の面に全面に形成された。よって、第
２の金属膜５は、接合穴３を覆い、また、支持体１まで
延在されて配置された。これにより、第１の金属膜４と
第２の金属膜５を接合した熱電対からなる探針６が可撓
性プレート２から突出して配置される。その先端は、
（１１１）面と（１１１）面の交差するおよそ７０度の
角度となる。以上により、本発明による微小熱電対付き
カンチレバーは完成した〔図３（ｄ）〕。
第１の金属が形成されている主面とは逆の主面（他方の
主面）に成膜した。第２の金属膜５は、パターニングさ
れることなく他方の面に全面に形成された。よって、第
２の金属膜５は、接合穴３を覆い、また、支持体１まで
延在されて配置された。これにより、第１の金属膜４と
第２の金属膜５を接合した熱電対からなる探針６が可撓
性プレート２から突出して配置される。その先端は、
（１１１）面と（１１１）面の交差するおよそ７０度の
角度となる。以上により、本発明による微小熱電対付き
カンチレバーは完成した〔図３（ｄ）〕。
【００３４】
【発明の効果】以上の通り、本発明による微小熱電対付
きカンチレバーは、試料表面の温度分布と凹凸の形状を
分離して同時に検出することが可能である。また、シリ
コン基板を支持体に使用すれば、シリコンプロセスを活
用できるので、安価な製造コストで大量にしかも容易に
製造できるという効果もある。
きカンチレバーは、試料表面の温度分布と凹凸の形状を
分離して同時に検出することが可能である。また、シリ
コン基板を支持体に使用すれば、シリコンプロセスを活
用できるので、安価な製造コストで大量にしかも容易に
製造できるという効果もある。
【図１】本発明の微小熱電対付きカンチレバーを示す図
であって、（ａ）はその概略斜視図、（ｂ）はそのＡ−
Ａ’部における概略断面図である。
であって、（ａ）はその概略斜視図、（ｂ）はそのＡ−
Ａ’部における概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による微小熱電対付きカン
チレバーを示す断面図であって、（ａ）から（ｄ）は工
程断面図、（ｅ）は完成断面図である。
チレバーを示す断面図であって、（ａ）から（ｄ）は工
程断面図、（ｅ）は完成断面図である。
【図３】本発明の第２実施例による微小熱電対付きカン
チレバーを示す断面図であって、（ａ）から（ｃ）は工
程断面図、（ｄ）は完成断面図である。
チレバーを示す断面図であって、（ａ）から（ｃ）は工
程断面図、（ｄ）は完成断面図である。
【図４】従来のＳＴＰを示す概略構成図である。
１・・・支持体 ２・・・可撓性プレート ３・・・接合穴 ４・・・第１の金属膜 ４ａ・・端子 ５・・・第２の金属膜 ６・・・探針 ７・・・レーザ反射膜 ８・・・熱酸化膜 １０・・・シリコン基板 ２０・・・シリコン窒化膜 ３０・・・凹溝 １００・・・探針 １０１・・・第１伝導体 １０２・・・絶縁体 １０３・・・第２伝導体 １０４・・・熱電対接合部 １０５・・・ピエゾ素子 １０６・・・試料 以上
Claims (6)
- 【請求項１】 支持体と、接合穴が設けられ前記支持体
に一端が支持された可撓性プレートと、該可撓性プレー
トの一方の主面に配置され前記接合穴を覆い支持体まで
延在された第１の金属膜と、前記可撓性プレートの他方
の主面に配置され前記接合穴を覆い支持体まで延在され
た第２の金属膜と、前記第１の金属膜と前記第２の金属
膜からなり熱電対をなす探針が前記接合穴に配置された
ことを特徴とする微小熱電対付きカンチレバー。 - 【請求項２】 前記探針は、前記可撓性プレートの一方
の主面から突出してなることを特徴とする請求項１記載
の微小熱電対付きカンチレバー。 - 【請求項３】 前記探針は、先端が鋭角であることを特
徴とする請求項２記載の微小熱電対付きカンチレバー。 - 【請求項４】 前記支持体は、シリコン基板であること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の
微小熱電対付きカンチレバー。 - 【請求項５】 前記可撓性プレートには、金属薄膜から
なるレーザ反射膜が配置されていることを特徴とする請
求項１から請求項４のいずれかに記載の微小熱電対付き
カンチレバー。 - 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれかに記載
された微小熱電対付きカンチレバーにおいて、（可撓性
プレートの長さ）／（可撓性プレートの先端部から探針
までの寸法）の比が１／１００以下であることを特徴と
する微小熱電対付きカンチレバー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8006487A JPH09196940A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 微小熱電対付きカンチレバー |
| US08/783,951 US5929438A (en) | 1994-08-12 | 1997-01-16 | Cantilever and measuring apparatus using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8006487A JPH09196940A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 微小熱電対付きカンチレバー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196940A true JPH09196940A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11639841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8006487A Pending JPH09196940A (ja) | 1994-08-12 | 1996-01-18 | 微小熱電対付きカンチレバー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09196940A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002243880A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Yoshikazu Nakayama | 発熱プローブ及び発熱プローブ装置 |
| KR100396760B1 (ko) * | 2001-04-20 | 2003-09-02 | 엘지전자 주식회사 | 원자력 현미경용 캔틸레버 및 그 제조방법 |
| WO2006028295A1 (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Okayama University | ワークの表面状態検出方法及び表面状態検出装置 |
| JP2008241683A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-10-09 | Seiko Instruments Inc | 顕微鏡用プローブ及び走査型プローブ顕微鏡 |
| US11480479B2 (en) * | 2019-02-04 | 2022-10-25 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Microscale thermocouple probe for intracellular temperature measurements |
-
1996
- 1996-01-18 JP JP8006487A patent/JPH09196940A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002243880A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Yoshikazu Nakayama | 発熱プローブ及び発熱プローブ装置 |
| KR100396760B1 (ko) * | 2001-04-20 | 2003-09-02 | 엘지전자 주식회사 | 원자력 현미경용 캔틸레버 및 그 제조방법 |
| WO2006028295A1 (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Okayama University | ワークの表面状態検出方法及び表面状態検出装置 |
| JPWO2006028295A1 (ja) * | 2004-09-10 | 2008-05-08 | 国立大学法人 岡山大学 | ワークの表面状態検出方法及び表面状態検出装置 |
| US7463994B2 (en) | 2004-09-10 | 2008-12-09 | Okayama University | Method and device for detecting surface state of work piece |
| JP2012021992A (ja) * | 2004-09-10 | 2012-02-02 | Okayama Univ | 熱電対接触式の表面粗さ測定方法及びワークの表面状態検出装置 |
| JP4882069B2 (ja) * | 2004-09-10 | 2012-02-22 | 国立大学法人 岡山大学 | ワークの表面状態検出方法及び表面状態検出装置 |
| JP2008241683A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-10-09 | Seiko Instruments Inc | 顕微鏡用プローブ及び走査型プローブ顕微鏡 |
| US11480479B2 (en) * | 2019-02-04 | 2022-10-25 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Microscale thermocouple probe for intracellular temperature measurements |
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