JPH10142241A - カンチレバーの評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のカンチレバーを破壊することなく評価す
る。 【解決手段】カンチレバー１の固定端部１ａの一面側を
着脱自在に支持する支持部材１０と、この支持部材１０
に支持されたカンチレバー１の固定端部１ａの他面側に
当接自在に配置され、カンチレバー１の他面側に当接し
たとき、固定端部１ａを介してカンチレバー１を振動さ
せる加振部材６と、この加振部材６を前記他面側に当接
した状態でカンチレバー１の固定端部１ａを前記支持部
材１０とによって押圧して挟持する押圧部材２と、前記
カンチレバー１の自由端部１ｂに対向してカンチレバー
１の振動を検出し、変位信号を出力する検出手段４と、
前記加振部材６に加振信号を出力すると共に、前記検出
手段４からの変位信号が入力されカンチレバー１の固有
振動数を検出する周波数解析装置３とを有する。押圧部
材２に取り付けた加振部材６と、支持部材１０とによっ
て、カンチレバー１を挟持するため、着脱が簡単であ
り、カンチレバー１の交換時に破壊することがなくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡等
の走査型プロープ顕微鏡に用いるカンチレバーの固有振
動数を検出して、特性を評価する評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カンチレバーの所定の共振周波数ｆ₁ で
固有振動させながらカンチレバーを試料表面上に走査
し、この走査により得た表面情報から画像を形成するも
のとして走査型プローブ顕微鏡がある。特開昭６３−３
０９８０２号公報には、尖った先端部を有した片持ち針
を原子間力が発生可能な距離まで、試料表面に近づけた
状態で走査し、原子間力に影響されて生じる片持ち針の
振動の固有振動数からシフトを検出し、検出した振動数
のシフトを片持ち針の先端部と試料表面の距離を示す情
報として使用することにより、試料表面の像を形成し
て、測定することが記載されている。

【０００３】このような片持ち針が前記カンチレバーに
相当し、また、固有振動数として走査型プローブ顕微鏡
の測定時には、数十ＫＨｚから数百ＫＨｚまでの中で用
途により特定の共振周波数ｆ₁ が用いられる。ところが
共振周波数ｆ₁ は、多数個のカンチレバーをウエハーに
作製した場合、カンチレバーの製造上、各カンチレバー
毎に、あるいはカンチレバーを形成したウエハー毎にバ
ラツキが出やすい。このため、特定の共振周波数ｆ₁ を
有するカンチレバーのみを選別して使っているのが実情
である。

【０００４】このような特定の共振周波数ｆ₁ を有する
カンチレバーのみを選別する、即ち、各カンチレバーの
固有振動数を検出して共振周波数ｆ₁ と一致するか否か
を求める装置として、特開平６−２０１３１５号公報に
記載されている走査型プローブ顕微鏡装置を用いること
ができる。図８および図９は、この装置を用いてカンチ
レバーの固有走査振動数を検出して評価する方法を示
す。

【０００５】まず、図８に示すように、測定すべきカン
チレバー１３１を接着剤、粘着剤、粘着テープ等によっ
て実際の使用状態と略同じように加振圧電体１３２の下
面に固定する。次いで、振幅検出部１３６を介して、加
振圧電体１３２を可変周波数で駆動し、加振圧電体１３
２に貼り付けられているカンチレバー１３１を振動す
る。カンチレバー１３１の振動振幅の変位はカンチレバ
ー１３１の上部に構成されている変位検出器１３５で検
出され、振幅検出部１３６により処理され、振幅量とし
てコンピュータ１３３へ出力される。

【０００６】図９に示すカンチレバー１３１の振動特性
は、横軸に可変周波数、縦軸に振幅量をプロットし、順
次可変周波数を変化させた時の振幅量を表している。図
９よりカンチレバー１３１の特性、即ち特定の固有振動
数を求め、走査型プローブ顕微鏡の測定時に必要となる
カンチレバーの共振周波数ｆ₁ と一致しているか否かを
評価する。この評価の結果、共振周波数ｆ₁ と一致して
いるときは使用可能とし、不一致のときは使用不可とし
て選別していた。

【０００７】一方、このようにして選別された使用可能
なカンチレバーを加振圧電体に貼り付け固定とした状態
においてカンチレバーの尖った先端部と試料表面とを近
づけすぎた場合など、操作上のミス等によりカンチレバ
ーを破損することがあり、測定に先立って、カンチレバ
ーの交換が必要となる。しかしながら、交換すべき新た
なカンチレバーが所定の共振周波数ｆ₁ を有しているも
のであるか否かが不明であると、測定すべき試料を準備
した後には、新たなカンチレバーについての特性を評価
する必要があり、直ちに走査型プローブ顕微鏡による試
料の測定ができない。このため、カンチレバーの破損が
あっても、所定の共振周波数ｆ₁ を有するカンチレバー
に直ちに交換できるように多数個準備することが望まれ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来技
術による走査型プローブ顕微鏡を用い、予めカンチレバ
ーの特性を評価する場合には、カンチレバーを加振圧電
体に接着剤等で固定する必要がある。

【０００９】また多数個の良好なカンチレバーを準備す
るため、他数個のカンチレバーを評価する場合は、加振
圧電体の固定部位からカンチレバーを一旦剥がし、次段
のカンチレバーと取り替える事が必要であり、剥がした
カンチレバーは変形により使用出来ない状態になる場合
がある。また通常使われている半導体プロセスを使用し
て製作されたカンチレバーは、ウエハー上に複数形成さ
れており、ウエハー上に形成されたカンチレバーの各々
を評価するため、抜き取り評価としてウエハー上から１
個単位でカンチレバーを複数個切り出し、切り取った１
個ずつを加振圧電体に固定して、特性を評価し、全体の
評価につなげる検査があるが、この場合にも、剥がした
カンチレバーが変形するので使用できなくなっていた。
この為、全数検査、多量サンプルの抜き取り検査ができ
ず、検査効率が悪い。また振動量が加振圧電体およびカ
ンチレバーを保持している固定部分の振動特性に影響さ
れ、正確な評価ができないものとなっている。

【００１０】本発明は上記問題点を解決するものであ
り、請求項１，２の発明は、１個のカンチレバーまた
は、複数のカンチレバーを破壊せずに評価できるカンチ
レバーの評価装置を提供することを目的とする。

【００１１】請求項３の発明は、上記に加え、ウエハー
上に複数形成されたカンチレバーに対し、各々加振する
必要が無く、測定時の加振圧電体の脱着回数を減らし
て、複数個のカンチレバーを高速に評価できるカンチレ
バーの評価装置を提供することを目的とする。

【００１２】請求項４の発明は、ウエハーに複数形成さ
れたカンチレバー、あるいは複数のカンチレバーに対
し、さらに高精度でカンチレバーの評価ができるカンチ
レバーの評価装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、カン
チレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカ
ンチレバーの評価装置において、前記カンチレバーの固
定端部の一面側を着脱自在に支持する支持部材と、この
支持部材に支持されたカンチレバーの固定端部の他面側
に当接自在に配置され、カンチレバーの他面側に当接し
たとき、固定端部を介してカンチレバーを振動させる加
振部材と、この加振部材を前記他面側に当接した状態で
カンチレバーの固定端部を前記支持部材とによって押圧
して挟持する押圧部材と、前記カンチレバーの自由端部
に対向してカンチレバーの振動を検出し、変位信号を出
力する検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力する
と共に、前記検出手段からの変位信号が入力されカンチ
レバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、を有
することを特徴とする。

【００１４】この構造では、支持部材に固定端部が支持
されたカンチレバーに対し、加振部材が当接して振動さ
せ、この振動によって検出手段および周波数解析装置が
カンチレバーの固有振動数を検出する。カンチレバーの
固定は押圧部材に取り付けられた加振部材と、支持部材
とで固定端部を挟むことにより行われ、押圧部材の押圧
を解除するだけで支持部材へのカンチレバーの交換がで
き、カンチレバーが破壊されることがなくなる。

【００１５】請求項２の発明は、カンチレバーの固有振
動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価
装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれ
ぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハー
の前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部
材に支持されたウエハーの一面側であって、ウエハーの
少なくとも１個のカンチレバーの固定端部に当接自在に
配置され、固定端部に接したとき、固定端部を介してカ
ンチレバーを振動させる加振部材と、前記加振部材によ
って、振動するカンチレバーの自由端部に対向してカン
チレバーの振動を検出し、この変位信号を出力する検出
手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前
記検出手段からの変位信号が入力され、カンチレバーの
固有振動数を検出する周波数解析装置と、前記ウエハー
本体を支持する支持部材を介して、ウエハーに形成され
た各カンチレバーの固定端部および自由端部をそれぞれ
前記加振部材と検出手段の位置に移動させるステージ
と、を有することを特徴とする。

【００１６】この構造においては、ウエハー本体に複数
形成されたカンチレバーの固定端部に加振部材が当接し
て、支持部材にカンチレバーを固定する。従って、この
場合にも、加振部材のカンチレバーへの当接を解除する
だけで、ウエハーの交換ができ、カンチレバーを破壊す
ることがない。

【００１７】請求項３の発明は、カンチレバーの固有振
動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価
装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれ
ぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハー
の前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部
材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー
本体上に固定され、ウエハー本体を介して各カンチレバ
ーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動
するカンチレバーの少なくとも１つのカンチレバーの自
由端部に対向して、カンチレバーの振動を検出し、変位
信号を出力する検出手段と、前記加振部材に加振信号を
出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力さ
れ、カンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装
置と、前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、
ウエハーに形成された各カンチレバーの自由端部を前記
検出手段の位置に移動させるステージと、を有すること
を特徴とする。

【００１８】この構造では、加振部材がウエハー本体に
固定されており、加振部材の振動によってウエハー全体
が振動し、この振動によってウエハーに形成されている
すべてのカンチレバーが振動する。このため、加振部材
を個々のカンチレバーに望ませる必要がなくなり、評価
を迅速に行うことができる。

【００１９】請求項４の発明は、カンチレバーの固有振
動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価
装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれ
ぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハー
の前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部
材に支持されたウエハーのカンチレバーを振動させる加
振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバー
の固定端部に対向して固定端部の振動を検出し、変位信
号を出力する第１の検出手段と、前記加振部材によって
振動するカンチレバーの自由端部の振動を検出し、変位
信号を出力する第２の検出手段と、前記加振部材に加振
信号を出力すると共に、前記第１の検出手段からの変位
信号と第２の検出手段からの変位信号とが入力され、こ
れらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を
検出する周波数解析装置とを有することを特徴とする。

【００２０】この構造は、カンチレバーの固定端部の振
動および自由端部の振動の２つの振動情報によってカン
チレバーの固有振動数を検出するため、正確な検出が可
能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１はカンチレバーの１個単体の固有
振動数を検出して、その特性を評価するための評価装置
を示す。同図において、カンチレバー１はその固定端部
１ａが、支持部材としてのベース１０の支持部１０ａに
載置されると共に、その上側の面が下端に圧電素子６を
取り付けた押圧部材としてのバネ２によって押圧されて
いる。これによりカンチレバー１はベース１０と圧電素
子６との間に着脱自在に保持されている。

【００２２】図２（ａ）はウエハー５９を示し、ウエハ
ー本体６０と、ウエハー本体６０に形成された多数個の
カンチレバー１とを備えている。カンチレバー１はウエ
ハー本体６０上にマイクロファブリケーション、マイク
ロマシニングからなる半導体製作技術をベースにして、
微細形状に多数個を形成した後、このウエハー本体６０
より図２（ｂ）で示す点線位置で１個単位で切り出した
ものである。このカンチレバー１は図２（ｂ）で示す肉
薄の先端側が探針５を有する自由端部１ｂとなってい
る。なお固定端部１ａ下面の段差は製造上で形成される
ものである。前記ベース１０は、上述した支持部１０ａ
を上方に向けて突出した台座部１０ｂと、台座部１０ｂ
から上方に向けて立設した支柱部１０ｃと、支柱部１０
ｃから屈曲して水平方向に伸びた水平部１０ｄとを骨組
みの基本構造としている。このベース１０の水平部１０
ｄの下面にバネ２が配設され、これにより台座部１０か
ら突出する支持部１０ａに載置されたカンチレバー１の
固定端部１ａを圧電素子６を介して押圧しつつ挟持する
構成となっている。

【００２３】このように、保持されたカンチレバー１の
探針５の裏側には、自由端部１ｂから所定の間隔を有し
て、カンチレバー１の振動振幅を検出する変位センサー
４ａを有する検出部４が配設されている。この変位セン
サー４ａは周知の光てこ法、ナイフエッジ法又は、臨界
角検出法等の原理により作製されている。

【００２４】検出部４は、変位センサー４ａで測定され
たカンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅を変位信号
として、周波数解析装置としてのスペクトラムアナライ
ザー３に出力するように接続されている。スペクトラム
アナライザー３は、カンチレバー１を振動させるための
加振信号Ａを加振部材としての圧電素子６に出力する。
またスペクトラムアナライザー３はこのときの検出部４
からの変位信号Ｂを受け取り、カンチレバー１の振動振
幅および位相を計算する。この計算結果は表示部３ａで
表示される。

【００２５】この実施の形態では、ウエハー本体６０か
ら１個単位のカンチレバー１を図２（ｂ）の点線位置で
切り出す。次いで、カンチレバー１の固定端部１ａをベ
ース１０の台座部１０ｂから突出する支持部１０ａに載
置する。そして、固定端部１ａの反対側の面に対し、バ
ネ２で付勢された圧電素子６を当接させ、押圧力により
カンチレバー１を支持する。

【００２６】次いでスペクトラムアナライザー３から圧
電素子６に対し、周波数を順次変化させながら加振信号
Ａを印加する。この加振信号Ａによりカンチレバー１の
自由端部１ｂは周波数毎に対応した振動を行う。この周
波数ごとの振動を変位センサー４ａで測定し、かつ検出
部４において各周波数の振動振幅に対応した変位信号Ｂ
が得られる。この変位信号Ｂがスペクトラムアナライザ
ー３に出力されて、各周波数に対応した振動振幅が計算
される。そしてスペクトラムアナライザー３によって振
動状態の最大値が求められ、カンチレバー１の共振周波
数が求められ、この数値が表示部３ａに表示される。

【００２７】（実施の形態２）図４は実施の形態２を示
し、骨組みの構造が略コ字状のベース１０の台座部にス
テージ１２が固定されている。このステージ１２には、
上部に円錐状のゴム１１を配した支柱１８を少なくとも
３本立設し、各ゴム１１の錐頂部を介して少なくとも３
点で接することによりウエハー５９のウエハー本体６０
を保持する。ゴム１１は圧電素子６によるウエハー本体
６０の振動を減衰しないようにするためのものである。
ステージ１２は、クロスステージで構成することによ
り、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。

【００２８】ウエハー本体６０上には、図２に示すよう
に複数個のカンチレバー１が形成されている。カンチレ
バー１はマイクロファブリケーション、マイクロマシニ
ングとからなる半導体デバイス作成技術をベースに微細
形状に加工されている。このカンチレバー１はその接続
部がウエハー本体６０に連設するが、側面および先端側
はウエハー本体６０と分離されている。そして、カンチ
レバー１は先端側がさらに３角形状に肉抜きされ且つ肉
薄にされた自由端部１ｂと、自由端部１ｂよりも肉厚に
されて前記３角形状部分を支持する固定端部１ａとから
構成されている。なお、拡大図（ｂ）で示す点線位置で
ウエハー本体６０から切断されたカンチレバー１は、走
査型プローブ顕微鏡の加振圧電体に貼り付けられること
になる。

【００２９】カンチレバー１の自由端部１ｂは先端に探
針５を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍ
の窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又
はパイレックスからなる。カンチレバー１の固定端部１
ａ上部にはカンチレバーを振動させるための加振部材と
して、ゴム７に保持された圧電素子６が設けられてい
る。ゴム７は上下に移動可能なローラステージを有する
ステージ９に支えられて圧電素子６をＺ方向に可動可能
としている。

【００３０】ステージ９はベース１０の水平部１０ｄに
固定された取り付け板６１に取り付けられている。ファ
イバー１３は、カンチレバー１の自由端部１ｂの下部に
配置され、これによりカンチレバー１の自由端部１ｂの
振動振幅を測定する。このファイバー１３は、ファイバ
ーセンサ１４を介して振動振幅を振動信号Ｂとして出力
する。スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧
電素子６に出力し圧電素子６を振動させると共に、この
時の振動信号Ｂを入力するようにファイバーセンサ１４
に接続されており、振動振幅および位相を計算する、周
波数解析装置として機能する。また、このスペクトラム
アナライザー３は計算結果の表示部３ａを有している。

【００３１】この実施の形態では、ステージ１２は、ウ
エハー本体６０全体をＸ，Ｙ方向で移動させ、圧電素子
６をカンチレバー１の固定端部１ａ上部に位置決めする
ように操作する。ステージ９を下降し、圧電素子６をカ
ンチレバー１の固定端部１ａに押圧する。この時、ゴム
７は押圧する圧力がカンチレバー１に急激に作用しない
ようにする緩衝材の働きをする。

【００３２】圧電素子６はスペクトラムアナライザー３
の加振信号Ａにより加振され、この圧電素子６が接触し
ているカンチレバー１は、加振信号Ａの周波数で振動す
る。振動振幅は、カンチレバー１の自由端部１ｂ下部に
位置するファイバー１３により検出され、ファイバーセ
ンサ１４により電気信号としての振動信号Ｂとなる。カ
ンチレバー１の周波数特性を得るため、スペクトラムア
ナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させてカ
ンチレバー１を加振し、同時にカンチレバー１の自由端
部１ｂの振動信号Ｂの振幅および位相を順次検出し、こ
れを表示部３ａで表示する。

【００３３】またスペクトラムアナライザー３は、上記
周波数を順次変化させ振幅および位相を検出する方法と
は別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解
析する機能を有している。従ってランダム信号により圧
電素子６を加振し、振動信号Ｂをフーリエ解析しても同
様の結果が得られる。

【００３４】このような実施の形態では、ウエハー本体
６０にカンチレバー１が一体化している状態で、カンチ
レバー１の特性を評価できるので、従来のように加振圧
電体の固定部からの剥がし取りの工程が必要なくなる。
このため評価したカンチレバー１に対して変形を与える
ことなく、良好な特性を有する多数のカンチレバーを準
備することができる。よってウエハーのカンチレバーの
全数検査や多量の抜き取り検査を行うことができるとと
もに、振動量が加振圧電体およびカンチレバーを保持し
ている固定部位の振動特性に影響されない正確な評価が
できる。即ち、カンチレバーの固定端部を直接加振する
ため、高周波で加振でき、高い共振周波数を持ったカン
チレバーの評価が行える。

【００３５】（実施の形態３）図６は本発明の実施の形
態３を示す。ベース１０に固定されたステージ１２に
は、３箇所に均等配した円錐状のゴム１１が直接固定さ
れ、ゴム１１を介して３点で接することにより、図２に
示すウエハー５９のウエハー本体６０を保持する。な
お、ゴム１１は４個以上を均等配に保持してもよい。ス
テージ１２は、クロスローラステージ等で構成されてお
り、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。

【００３６】ウエハー５９には、図２に示すように複数
個のカンチレバー１が形成されている。これはマイクロ
ファブリケーション、マイクロマイニングからなる半導
体デバイス作成技術をベースに微細形状に加工される。

【００３７】カンチレバー１の自由端部１ｂは、先端に
探針５（図２参照）を設けた長さ５００〜２０００μ
ｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１
ａは、シリコン又はパイレックスからなる。

【００３８】ベース１０の水平部に取り付けられる変位
センサ５１はカンチレバー１の自由端部１ｂの上部に設
けられ、自由端部１ｂの振動振幅を検出し振動信号Ｂを
出力する。変位センサ５１は、光てこ法、ナイフエッジ
法又は臨界角検出法等を利用して作られた光変位センサ
で構成することができる。

【００３９】加振部材としての圧電素子５２は、カンチ
レバー１の基部であるウエハー本体６０上に取り付けら
れ、加振信号Ａに従い圧電素子５２を振動させる事によ
りウエハー本体６０全体が加振する。スペクトラムアナ
ライザー３は、加振信号Ａを圧電素子５２に出力して、
圧電素子５２を振動させると共に、この時の振動信号Ｂ
が入力されて振動振幅および位相を計算する。圧電素子
５２のウエハーへの取り付けは粘着剤による取り付け、
あるいは、実施の形態１で示したゴム７とステージ９に
よる取り付けが可能である。

【００４０】この実施の形態では、ステージ１２はウエ
ハー本体６０全体を移動させ、変位センサ５１をカンチ
レバー１の自由端部１ｂ上部に位置決めする。変位セン
サ５１から出射する検出光は、カンチレバー１の自由端
部に当てられ、圧電素子５２により振動させられるカン
チレバー１の自由端部１ｂにおける変位を検出してい
る。即ち、圧電素子５１は、スペクトラムアナライザー
３により出力される加振信号Ａにより振動させられる。
この振動は、ウエハー本体６０全体に伝わって、結果的
にカンチレバー１の自由端部１ｂを振動させる。このと
き、ゴム１１は、ウエハー本体６０の振動を減衰しない
ように機能する。カンチレバー１の自由端部１ｂの振動
振幅は、変位センサ５１により検出され、電気信号とし
ての振動信号Ｂを出力する。カンチレバー１の周波数特
性を得るために、スペクトラムアナライザー３は加振信
号Ａの周波数を順次変化させてウエハー本体６０を加振
し、同時にカンチレバー１の自由端部１ｂの振動信号Ｂ
の振幅および位相を順次検出し、表示部３ａで表示す
る。

【００４１】またスペクトラムアナライザー３は、上記
周波数を順次変化させ振幅および位相を検出する方法と
は別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解
析する機能を有している。従って、ランダム信号により
圧電素子５２を加振し、振動信号Ｂをフーリエ解析して
も同様の結果が得られる。

【００４２】この実施の形態では、ウエハー本体６０全
体を加振するため、各々個別に加振部を取付ける必要が
無く、装置構成が簡略化できると共に加振部を取り付け
る手順が一度で済むため測定時間が短縮できる。また加
振部材である圧電素子５２を比較的強固なウエハー本体
６０上に取り付けることにより、非常に壊れやすいカン
チレバー１への接触が必要無くなり、操作性が向上する
と共に、カンチレバーを安全に評価できる。

【００４３】（実施の形態４）図７は本発明の実施の形
態４を示す。ベース１０に固定されたステージ１２に
は、３箇所に均等に配した円錐状のゴム１１が直接固定
され、ゴム１１を介して３点で接することにより、図２
に示すウエハー５９のウエハー本体６０を保持してい
る。なお、ゴムは４個以上でウエハーを保持してもよ
い。ステージ１２は、クロスステージ等からなり、Ｘ，
Ｙ方向に移動可能である。

【００４４】ウエハー５９のウエハー本体６０上には、
図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されて
いる。これは、マイクロファブリケーション、マイクロ
シニングからなる半導体デバイス製作技術をベースに微
細形状に加工することができる。カンチレバー１の自由
端部１ｂは、先端に探針５を設けた長さ５００〜２００
０μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端
部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。

【００４５】ファイバーセンサ２３に接続されているフ
ァイバー２２の一端はカンチレバー１の自由端部１ｂの
上部に隙間を設けて配置され、これにより自由端部１ｂ
の振動振幅を測定するとともにファイバーセンサ２３よ
り振動信号Ｃを出力する。

【００４６】ファイバーセンサ２４に接続されているフ
ァイバー２１の一端はカンチレバー１の固定端部１ａの
上部に隙間を設けて配置し、固定端部１ａの振動振幅を
測定するとともに、ファイバーセンサ２４より振動信号
Ｄを出力する。圧電素子５２は、カンチレバー１の基部
を構成しているウエハー本体６０上に取り付けられ、振
動することによりウエハー本体６０全体を加振する。

【００４７】スペクトラムアナライザー３は、加振信号
Ａを圧電素子５２に印加して、圧電素子５２を振動させ
ると共に、この時の振動信号ＣおよびＤが入力されるこ
とによりカンチレバー１の振動振幅および位相を計算す
る。さらに、このスペクトラムアナライザー３は、両者
の振幅、位相を周波数軸上で差分し、カンチレバー１の
自由端部１ｂだけの振動特性を得る機能を有している。

【００４８】上記構成において、ステージ１２はウエハ
ー本体６０全体を移動させ、ファイバーセンサ２２の一
端およびファイバーセンサ２１の一端のそれぞれをカン
チレバー１の自由端部１ｂの上部および固定端部１ａの
上部に位置決めする。圧電素子５２は、加振信号Ａによ
り振動し、ウエハー本体６０全体にこの振動を伝え、結
果としてカンチレバー１を振動させる。この時ゴム１１
は、ウエハー本体６０の振動を減衰しないように機能す
る。

【００４９】カンチレバー１の自由端部１ｂの振動状態
は、圧電素子５２の振動特性およびその固定端部１ａお
よびウエハー本体６０およびこれを保持しているゴム１
１等の振動特性がカンチレバー１の自由端部１ｂの振動
特性に含まれている。カンチレバー１の自由端部１ｂの
振動特性だけを外乱より分離し検出するため、スペクト
ラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化さ
せて、カンチレバー１を加振すると同時に、固定端部１
ａの振動をファイバー２１で検出し、さらに振動を自由
端部１ｂの振動をファイバー２２で検出し、振幅、位相
情報を得る。両者の振幅、位相を周波数軸上でスペクト
ラムアナライザー３により差分することによりカンチレ
バー１の自由端部１ｂだけの振動特性を得ることができ
る。

【００５０】スペクトラムアナライザー３は、上記周波
数を順次変化させ接続および位相を検出する方法とは別
に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解析す
る機能を有している。従って、ランダム信号により圧電
素子５２を加振し、振動信号ＣおよびＤをフーリエ解析
しこれらの差を計算しても同様の結果が得られる。

【００５１】この実施の形態では、自由端部と固定端部
の振動を検出するためファイバー２１および２２を配置
したが、ファイバー２１の一端を自由端部および固定端
部にスライド移動させる機構を設けても良く、これによ
り１本のファイバーだけでも同様の効果が得られる。

【００５２】この実施の形態では、カンチレバー１の固
定端部の振動特性と自由端部の振動特性を同時に検出
し、差分を取るため、正確な評価ができる。またカンチ
レバー以外の振動特性を固定端部の信号でキャンセルで
きるため高精度で安定したカンチレバー評価が可能にな
る。

【００５３】なお、図７では、ウエハー本体６０に圧電
素子５２を粘着剤によって取り付けているが、実施の形
態１で示したように、ウエハー内の１個のカンチレバー
の固定端部に対して直接に圧電素子を接触させ且つこの
圧電素子をゴムを介してステージ１２により押圧し、ゴ
ム１１との間でウエハー本体６０あるいはカンチレバー
１を支持してもよい。

【００５４】なお、以上の実施の形態では、カンチレバ
ーあるいはウエハーは水平状態にしてゴムで支えている
が、これに限らず、垂直状態にして支えて実施すること
もできる。例えば図１に対しては、図３で示すように、
カンチレバー１を支持する支持部１０ａの形状を、カン
チレバーの固定端部１ａの一面側とカンチレバー１の後
端面とを支持するＬ字形の屈曲形状とすることにより、
他の構成をそのままして測定が可能となる。

【００５５】また図４に対しては、図５で示すように、
ステージ１２上に、ウエハー本体６０の外周側面を支持
するための支持用受け部材６２を追加する。この支持用
受け部材６２の底面６２ａによってウエハー５９の落下
を防止するとともに、各支柱１８のゴム１１に対して、
ウエハー５９を押圧し固定するように、支持用受け部材
６２の凹部内にバネ６３を配し、バネ６３に取り付けた
レバー６４を設けている。このレバー６４の進退操作に
よりバネ６３による付勢を解除し、ウエハー５９を着脱
自在にする。

【００５６】

【発明の効果】請求項１，２記載の発明によれば、カン
チレバーにを加振部材と支持部材とによって挟持して固
定するため、カンチレバーを破壊せずに評価できる。

【００５７】請求項３記載の発明によれば、複数個のカ
ンチレバーを同時に加振するため、カンチレバーに直接
接触せずに複数個のカンチレバーを高速に評価できる。

【００５８】請求項４記載の発明によれば、カンチレバ
ーの固定端部と自由端部の振動を検出して周波数解析し
た後、両者を差分する信号処理部を設けたことにより、
カンチレバーの振動特性を高精度に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の側面図である。

【図２】本発明のウエハーの斜視図、（ｂ）はカンチレ
バーの斜視図である。

【図３】実施の形態１の変形例の側面図である。

【図４】実施の形態２の側面図である。

【図５】実施の形態２の変形例の側面図である。

【図６】実施の形態３の側面図である。

【図７】実施の形態４の側面図である。

【図８】従来装置の側面図である。

【図９】カンチレバーの振動特性図である。

【符号の説明】 １ カンチレバー ２ バネ ３ スペクトラムアナライザー ４ 検出部 ５ 探針 ６ 圧電素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カンチレバーの固有振動数を検出し、そ
   の特性を評価するカンチレバーの評価装置において、 前記カンチレバーの固定端部の一面側を着脱自在に支持
   する支持部材と、 この支持部材に支持されたカンチレバーの固定端部の他
   面側に当接自在に配置され、カンチレバーの他面側に当
   接したとき、固定端部を介してカンチレバーを振動させ
   る加振部材と、 この加振部材を前記他面側に当接した状態でカンチレバ
   ーの固定端部を前記支持部材とによって押圧して挟持す
   る押圧部材と、 前記カンチレバーの自由端部に対向してカンチレバーの
   振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、 前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手
   段からの変位信号が入力されカンチレバーの固有振動数
   を検出する周波数解析装置と、 を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
2. 【請求項２】 カンチレバーの固有振動数を検出し、そ
   の特性を評価するカンチレバーの評価装置において、 多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本
   体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー
   本体を支持する支持部材と、 この支持部材に支持されたウエハーの一面側であって、
   ウエハーの少なくとも１個のカンチレバーの固定端部に
   当接自在に配置され、固定端部に接したとき、固定端部
   を介してカンチレバーを振動させる加振部材と、 前記加振部材によって、振動するカンチレバーの自由端
   部に対向してカンチレバーの振動を検出し、この変位信
   号を出力する検出手段と、 前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手
   段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動
   数を検出する周波数解析装置と、 前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハ
   ーに形成された各カンチレバーの固定端部および自由端
   部をそれぞれ前記加振部材と検出手段の位置に移動させ
   るステージと、 を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
3. 【請求項３】 カンチレバーの固有振動数を検出し、そ
   の特性を評価するカンチレバーの評価装置において、 多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本
   体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー
   本体を支持する支持部材と、 この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前
   記ウエハー本体上に固定され、ウエハー本体を介して各
   カンチレバーを振動させる加振部材と、 この加振部材によって振動するカンチレバーの少なくと
   も１つのカンチレバーの自由端部に対向して、カンチレ
   バーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、 前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手
   段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動
   数を検出する周波数解析装置と、 前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハ
   ーに形成された各カンチレバーの自由端部を前記検出手
   段の位置に移動させるステージと、 を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
4. 【請求項４】 カンチレバーの固有振動数を検出し、そ
   の特性を評価するカンチレバーの評価装置において、 多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本
   体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー
   本体を支持する支持部材と、 この支持部材に支持されたウエハーのカンチレバーを振
   動させる加振部材と、 この加振部材によって振動するカンチレバーの固定端部
   に対向して固定端部の振動を検出し、変位信号を出力す
   る第１の検出手段と、 前記加振部材によって振動するカンチレバーの自由端部
   の振動を検出し、変位信号を出力する第２の検出手段
   と、 前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の
   検出手段からの変位信号と第２の検出手段からの変位信
   号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレ
   バーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、 を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。