JPH10221350A - ラスタセンサ顕微鏡のセンサアレイ - Google Patents
ラスタセンサ顕微鏡のセンサアレイInfo
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- JPH10221350A JPH10221350A JP10006445A JP644598A JPH10221350A JP H10221350 A JPH10221350 A JP H10221350A JP 10006445 A JP10006445 A JP 10006445A JP 644598 A JP644598 A JP 644598A JP H10221350 A JPH10221350 A JP H10221350A
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は二次元的に配列されたラスタ顕微鏡
のセンサアレイを提供する。 【解決手段】 センサアレイは、それぞれが１本又は複
数本のバー（４ａ，５ａ）に設けられたセンサ先端（３
ｄ−３ｐ）を有する多数の個別センサを含む。個別セン
サは二次元格子の形態をとり、バーの方向が格子の方向
と０°や１８０°とは異なる角度を成すように配列され
ている。センサ先端（３ａ〜３ｐ）が形成する格子の並
進ベクトルに対してバーを適切に配列することにより、
互いに垂直な２つの方向における格子の間隔をバーの長
さより狭くすることができる。各々の個別センサの２本
のバー（４ａ，５ａ）は、センサアレイの中で個別セン
サが互いに入れ子構造で並ぶように、互いに対してＶ字
形で配列されているのが好ましい。
のセンサアレイを提供する。 【解決手段】 センサアレイは、それぞれが１本又は複
数本のバー（４ａ，５ａ）に設けられたセンサ先端（３
ｄ−３ｐ）を有する多数の個別センサを含む。個別セン
サは二次元格子の形態をとり、バーの方向が格子の方向
と０°や１８０°とは異なる角度を成すように配列され
ている。センサ先端（３ａ〜３ｐ）が形成する格子の並
進ベクトルに対してバーを適切に配列することにより、
互いに垂直な２つの方向における格子の間隔をバーの長
さより狭くすることができる。各々の個別センサの２本
のバー（４ａ，５ａ）は、センサアレイの中で個別セン
サが互いに入れ子構造で並ぶように、互いに対してＶ字
形で配列されているのが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査トンネル顕微
鏡、原子間力顕微鏡などのラスタセンサ顕微鏡のセンサ
アレイに関する。
鏡、原子間力顕微鏡などのラスタセンサ顕微鏡のセンサ
アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第５，０１５，８５０号から
は、ラスタセンサ顕微鏡、特に走査トンネル顕微鏡や原
子間力顕微鏡のセンサアレイが知られている。個々のセ
ンサは、長手方向に対し垂直に偏向自在である細いバー
と、バーの自由端部に配置されたセンサ先端とから構成
されている。それらの個別センサは二次元格子として配
列されており、バーの長手方向軸は二次元格子の１つの
格子方向と平行に整列されている。センサ先端の互いに
対する間隔は、１つの方向において、バーの長さより著
しく広くなっている。従って、この構造のために、アレ
イの少なくとも一方向で、センサ間隔をバーの長さより
狭くすることができない。
は、ラスタセンサ顕微鏡、特に走査トンネル顕微鏡や原
子間力顕微鏡のセンサアレイが知られている。個々のセ
ンサは、長手方向に対し垂直に偏向自在である細いバー
と、バーの自由端部に配置されたセンサ先端とから構成
されている。それらの個別センサは二次元格子として配
列されており、バーの長手方向軸は二次元格子の１つの
格子方向と平行に整列されている。センサ先端の互いに
対する間隔は、１つの方向において、バーの長さより著
しく広くなっている。従って、この構造のために、アレ
イの少なくとも一方向で、センサ間隔をバーの長さより
狭くすることができない。
【０００３】また、米国特許第５，３６０，９７８号か
ら知られているトンネル顕微鏡のセンサアレイの別の構
成においては、個別センサをそれぞれが多数の個別セン
サを含む複数の平行な列として配列している。ところ
が、この場合、センサ先端は個別のバーに装着されてい
ない。そのため、センサ先端と測定すべき被検体との間
隔がセンサ先端と被検体との間で相互作用する原子の力
に相応して調整されるような顕微鏡には、このようなセ
ンサアレイは適していない。
ら知られているトンネル顕微鏡のセンサアレイの別の構
成においては、個別センサをそれぞれが多数の個別セン
サを含む複数の平行な列として配列している。ところ
が、この場合、センサ先端は個別のバーに装着されてい
ない。そのため、センサ先端と測定すべき被検体との間
隔がセンサ先端と被検体との間で相互作用する原子の力
に相応して調整されるような顕微鏡には、このようなセ
ンサアレイは適していない。
【０００４】米国特許第５，５１７，２８０号からは、
近接場フォトリソグラフィ用の一次元直線センサアレイ
が知られている。この構造の場合、個々のセンサ先端は
偏向自在のバーに取り付けられている。各々のバーはバ
ーの長手方向と平行にアレイとして配列されている。こ
の特許の中には二次元センサアレイは記載されていな
い。
近接場フォトリソグラフィ用の一次元直線センサアレイ
が知られている。この構造の場合、個々のセンサ先端は
偏向自在のバーに取り付けられている。各々のバーはバ
ーの長手方向と平行にアレイとして配列されている。こ
の特許の中には二次元センサアレイは記載されていな
い。
【０００５】米国特許第５，４６１，９０７号には、そ
れぞれがＶ字形である二本バー構造から成る、原子間力
顕微鏡のための直線状構成が記載されている。２本バー
構造の１つは原子間力顕微鏡のセンサを有し、他の２つ
の構造は、それぞれ、顕微鏡観察のための被検体の微小
操作（移動及び切断）のための鋭いエッジをもつアダプ
タを有する。この特許にも、二次元センサアレイは記載
されていない。
れぞれがＶ字形である二本バー構造から成る、原子間力
顕微鏡のための直線状構成が記載されている。２本バー
構造の１つは原子間力顕微鏡のセンサを有し、他の２つ
の構造は、それぞれ、顕微鏡観察のための被検体の微小
操作（移動及び切断）のための鋭いエッジをもつアダプ
タを有する。この特許にも、二次元センサアレイは記載
されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、二次
元格子配列の１本又は複数本のバーを有する多数の個別
センサを含み且つ格子の互いに垂直な２つの方向におけ
るセンサ先端の間隔をバーの長さより狭くすることがで
きるようなラスタ顕微鏡のセンサアレイを提供すること
である。
元格子配列の１本又は複数本のバーを有する多数の個別
センサを含み且つ格子の互いに垂直な２つの方向におけ
るセンサ先端の間隔をバーの長さより狭くすることがで
きるようなラスタ顕微鏡のセンサアレイを提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によるセンサアレ
イは、互いに二次元格子の形態で配列されている多数の
個別センサを有する。各々の個別センサは、１本又は複
数本のバーに取り付けられた１つのセンサ先端を有す
る。バーの長手方向は格子の方向と、すなわち、格子の
１つの点を次に隣接する格子点へ移行させる数理格子ベ
クトルと０°又は１８０°とは異なる角度を成す。
イは、互いに二次元格子の形態で配列されている多数の
個別センサを有する。各々の個別センサは、１本又は複
数本のバーに取り付けられた１つのセンサ先端を有す
る。バーの長手方向は格子の方向と、すなわち、格子の
１つの点を次に隣接する格子点へ移行させる数理格子ベ
クトルと０°又は１８０°とは異なる角度を成す。
【０００８】個別センサのバーを格子の並進ベクトルに
対して互いに傾斜させて配置することにより、バーの長
さを隣接する格子点のラスタ間隔の複数倍にすることが
できる。結晶物理学の用語でいえば、これは、各々の個
別センサが占める単位セルの大きさは隣接する格子点の
ラスタ間隔より大きいということを意味する。
対して互いに傾斜させて配置することにより、バーの長
さを隣接する格子点のラスタ間隔の複数倍にすることが
できる。結晶物理学の用語でいえば、これは、各々の個
別センサが占める単位セルの大きさは隣接する格子点の
ラスタ間隔より大きいということを意味する。
【０００９】各々の個別センサは、互いにＶ字形を成し
て配置された２本のバーを有するのが好ましい。たとえ
ば、先に挙げた米国特許第５，４６１，９０７号から知
られている２本バー構造を使用すると、バーが１本だけ
の個別センサと比べて、個別センサのねじり強さは向上
する。
て配置された２本のバーを有するのが好ましい。たとえ
ば、先に挙げた米国特許第５，４６１，９０７号から知
られている２本バー構造を使用すると、バーが１本だけ
の個別センサと比べて、個別センサのねじり強さは向上
する。
【００１０】個別センサのバーはスペーサを介して共通
の支持体構造の上に配置されている。スペーサを介して
バーが受け入れられる支持体構造は、バーの平面と平行
に整列されているべきであろう。
の支持体構造の上に配置されている。スペーサを介して
バーが受け入れられる支持体構造は、バーの平面と平行
に整列されているべきであろう。
【００１１】センサ先端と走査される被検体との間の原
子間相互作用を検出し、この間隔を原子間相互作用の一
定値に合わせて調整するために、バーはその長手方向軸
に対し垂直に、また、バーの湾曲によって被検体先端の
方向へ偏向自在である。支持体構造と被検体との接触を
避けるために、個別センサのセンサ先端は、バーの最大
偏向時に生じるセンサ先端の最大変位より長くなってい
る。その代わりに又はそれに加えて、バーに製造工程に
より刻印された、センサ先端に向いた湾曲を設けること
も可能である。
子間相互作用を検出し、この間隔を原子間相互作用の一
定値に合わせて調整するために、バーはその長手方向軸
に対し垂直に、また、バーの湾曲によって被検体先端の
方向へ偏向自在である。支持体構造と被検体との接触を
避けるために、個別センサのセンサ先端は、バーの最大
偏向時に生じるセンサ先端の最大変位より長くなってい
る。その代わりに又はそれに加えて、バーに製造工程に
より刻印された、センサ先端に向いた湾曲を設けること
も可能である。
【００１２】支持体構造とバーは、個別センサごとに、
それぞれ１つの導電性電極をさらに有するのが好まし
い。それらの電極は、センサ先端のバーが偏向するとき
に容量が変化するコンデンサを形成する。この容量変化
をセンサ先端と、被検体との間隔調整と関係づけること
ができる。電極に印加される電圧の電界強度により、各
センサ先端と被検体との間隔を一定に保つための所期の
バー湾曲が得られるように、電極を含めたバーは同時に
調整要素としても作用する。
それぞれ１つの導電性電極をさらに有するのが好まし
い。それらの電極は、センサ先端のバーが偏向するとき
に容量が変化するコンデンサを形成する。この容量変化
をセンサ先端と、被検体との間隔調整と関係づけること
ができる。電極に印加される電圧の電界強度により、各
センサ先端と被検体との間隔を一定に保つための所期の
バー湾曲が得られるように、電極を含めたバーは同時に
調整要素としても作用する。
【００１３】本発明によるセンサアレイは、個別センサ
の容量変化を並行して、かつ互いに独立して測定し、さ
らに個別センサをセンサ先端の方向へ移動させるための
各個別センサのバーの所期の湾曲を発生させるための電
子制御回路を有するラスタセンサ顕微鏡に適用されるの
が好ましい。多数の個別センサを二次元アレイとして配
列することにより、センサの数に相当する数の、走査す
べき被検体の点で並行して像を記録することができる。
センサを１つしかもたないラスタセンサ顕微鏡と比較し
て、像記録時間はセンサ数の逆値に対応する係数だけ短
縮される。さらに別の有利な実施形態においては、セン
サ先端が光導体として構成されている。センサ先端が光
導体であるそのようなセンサアレイは、光学的近接場走
査顕微鏡に適用可能である。以下、図面に示す実施形態
に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
の容量変化を並行して、かつ互いに独立して測定し、さ
らに個別センサをセンサ先端の方向へ移動させるための
各個別センサのバーの所期の湾曲を発生させるための電
子制御回路を有するラスタセンサ顕微鏡に適用されるの
が好ましい。多数の個別センサを二次元アレイとして配
列することにより、センサの数に相当する数の、走査す
べき被検体の点で並行して像を記録することができる。
センサを１つしかもたないラスタセンサ顕微鏡と比較し
て、像記録時間はセンサ数の逆値に対応する係数だけ短
縮される。さらに別の有利な実施形態においては、セン
サ先端が光導体として構成されている。センサ先端が光
導体であるそのようなセンサアレイは、光学的近接場走
査顕微鏡に適用可能である。以下、図面に示す実施形態
に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図２及び図３に示すセンサアレイ
は支持体構造１と、この支持体構造上に配置された合わ
せて１６個の個別センサとから構成されている。センサ
は規則的な二次元格子の形態をとって配列されている。
１６個の個別センサのセンサ先端は図２では（３ａ〜３
ｐ）で示されている。次に、図１ａ及び図１ｂを参照し
て１６個の個別センサの構造をさらに詳細に説明する。
各個別センサは互いにＶ字形を成すように配置された２
本のバー４，５を有する。これらのバーの長手方向の長
さは約４０〜６０μｍである。バー４，５はスペーサ９
を介して支持体構造１の下面に取り付けられている。２
本のバー４，５により形成されるＶの先端、すなわち、
２本のバー４，５が互いに結合されている箇所で、セン
サ先端３はバー４，５に取り付けられている。図示した
実施形態では、センサ先端３は薄い金属被覆を外面に施
した透明な内部部材から構成されている。このような透
明センサ先端３は光学的近接場走査顕微鏡による観察に
は特に適している。支持体構造１に向いた側のセンサ先
端３の端部に光ビーム１０を入射させるために、支持体
構造１に孔２が設けられている。
は支持体構造１と、この支持体構造上に配置された合わ
せて１６個の個別センサとから構成されている。センサ
は規則的な二次元格子の形態をとって配列されている。
１６個の個別センサのセンサ先端は図２では（３ａ〜３
ｐ）で示されている。次に、図１ａ及び図１ｂを参照し
て１６個の個別センサの構造をさらに詳細に説明する。
各個別センサは互いにＶ字形を成すように配置された２
本のバー４，５を有する。これらのバーの長手方向の長
さは約４０〜６０μｍである。バー４，５はスペーサ９
を介して支持体構造１の下面に取り付けられている。２
本のバー４，５により形成されるＶの先端、すなわち、
２本のバー４，５が互いに結合されている箇所で、セン
サ先端３はバー４，５に取り付けられている。図示した
実施形態では、センサ先端３は薄い金属被覆を外面に施
した透明な内部部材から構成されている。このような透
明センサ先端３は光学的近接場走査顕微鏡による観察に
は特に適している。支持体構造１に向いた側のセンサ先
端３の端部に光ビーム１０を入射させるために、支持体
構造１に孔２が設けられている。
【００１５】支持体構造１は、センサ先端３に向いた面
に、導電性被覆膜７を有する。２本のバー５のうち一方
及び２本のバー４，５が互いに近接している領域にも、
別の導電性被覆膜６が設けられている。２つの導電性被
覆膜６，７の間隔はスペーサ９の厚さに相当し、約５か
ら１０μｍである。２つの導電性被覆膜６，７は、２本
のバー４，５が偏向、すなわち変位したときに容量の変
化を生じることによって、センサ先端３と被検体（図１
ｂには図示せず）との間隔の変化を表わすコンデンサを
構成する。被覆膜（６，７）に直流電圧が印加される
と、その印加電圧はバーの長手方向軸に対し垂直な方向
で湾曲を生じさせるので、被覆膜６，７により形成され
るコンデンサは、直流電圧の印加によって、同時に調整
素子としても作用することができる。
に、導電性被覆膜７を有する。２本のバー５のうち一方
及び２本のバー４，５が互いに近接している領域にも、
別の導電性被覆膜６が設けられている。２つの導電性被
覆膜６，７の間隔はスペーサ９の厚さに相当し、約５か
ら１０μｍである。２つの導電性被覆膜６，７は、２本
のバー４，５が偏向、すなわち変位したときに容量の変
化を生じることによって、センサ先端３と被検体（図１
ｂには図示せず）との間隔の変化を表わすコンデンサを
構成する。被覆膜（６，７）に直流電圧が印加される
と、その印加電圧はバーの長手方向軸に対し垂直な方向
で湾曲を生じさせるので、被覆膜６，７により形成され
るコンデンサは、直流電圧の印加によって、同時に調整
素子としても作用することができる。
【００１６】図２のセンサアレイにおいては、センサ先
端（３ａ〜３ｐ）を含む個別センサは、センサ先端（３
ａ〜３ｐ）の中心軸が規則的な二次元格子を形成するよ
うに、互いに対して配列されている。隣接するセンサ先
端（３ａ，３ｂ；３ａ，３ｅ）の中心軸の間隔は二次元
格子の２つの方向で同じであり、個別センサのバー（４
ａ，５ａ）の長さよりは短い。このようにコンパクトな
個別センサの配列を実現するために、個別センサは互い
に入れ子構造となるように配列されている。個別センサ
のこの入れ子構造の詳細については、図４を参照。図４
は、４つのセンサ先端（３ａ，３ｂ，３ｅ，３ｆ）と、
それらのセンサの２本ずつのバー（４ａ，５ａ；４ｂ，
５ｂ；４ｅ，５ｅ；４ｆ，５ｆ）のみを示す。センサ先
端（３ａ，３ｂ，３ｅ，３ｆ）は格子ベクトル（ａ→，
ｂ→）を有する規則的な格子を形成し、この格子ベクト
ルにより、格子点（センサ先端（３ａ，３ｂ，３ｅ，３
ｆ）の中心軸）は互いに変形する。格子点は結晶物理学
の用語の上では並進運動に関して同一の点である。格子
点は出発格子点から、格子ベクトル（ａ→，ｂ→）の整
数線形結合の方向への並進により、すなわち、 ｔ→＝ｍａ→＋ｎｂ→ のベクトルをもつ並進運動により得られる。式中、ｍ，
ｎは整数である。本発明によるセンサアレイにおいてセ
ンサ先端を密に配列するためには、バー（４ａ，５ａ；
４ｂ，５ｂ；４ｅ，５ｅ；４ｆ，５ｆ）は格子ベクトル
（ａ→，ｂ→）と０°から１８０°の偏向角（α，β）
を成すことが重要である。この場合、角度α，βは、個
別センサを十分に深い入れ子構造で配列でき、従って、
２つの互いに垂直な方向にセンサ先端の所望の間隔を実
現できるように選択されている。それにより、隣接する
センサ先端の間隔がバー（４ａ，５ａ；４ｂ，５ｂ；４
ｅ，５ｅ；４ｆ，５ｆ）の長さより短くなるように、個
別センサを互いに入れ子構造で配列することができる。
端（３ａ〜３ｐ）を含む個別センサは、センサ先端（３
ａ〜３ｐ）の中心軸が規則的な二次元格子を形成するよ
うに、互いに対して配列されている。隣接するセンサ先
端（３ａ，３ｂ；３ａ，３ｅ）の中心軸の間隔は二次元
格子の２つの方向で同じであり、個別センサのバー（４
ａ，５ａ）の長さよりは短い。このようにコンパクトな
個別センサの配列を実現するために、個別センサは互い
に入れ子構造となるように配列されている。個別センサ
のこの入れ子構造の詳細については、図４を参照。図４
は、４つのセンサ先端（３ａ，３ｂ，３ｅ，３ｆ）と、
それらのセンサの２本ずつのバー（４ａ，５ａ；４ｂ，
５ｂ；４ｅ，５ｅ；４ｆ，５ｆ）のみを示す。センサ先
端（３ａ，３ｂ，３ｅ，３ｆ）は格子ベクトル（ａ→，
ｂ→）を有する規則的な格子を形成し、この格子ベクト
ルにより、格子点（センサ先端（３ａ，３ｂ，３ｅ，３
ｆ）の中心軸）は互いに変形する。格子点は結晶物理学
の用語の上では並進運動に関して同一の点である。格子
点は出発格子点から、格子ベクトル（ａ→，ｂ→）の整
数線形結合の方向への並進により、すなわち、 ｔ→＝ｍａ→＋ｎｂ→ のベクトルをもつ並進運動により得られる。式中、ｍ，
ｎは整数である。本発明によるセンサアレイにおいてセ
ンサ先端を密に配列するためには、バー（４ａ，５ａ；
４ｂ，５ｂ；４ｅ，５ｅ；４ｆ，５ｆ）は格子ベクトル
（ａ→，ｂ→）と０°から１８０°の偏向角（α，β）
を成すことが重要である。この場合、角度α，βは、個
別センサを十分に深い入れ子構造で配列でき、従って、
２つの互いに垂直な方向にセンサ先端の所望の間隔を実
現できるように選択されている。それにより、隣接する
センサ先端の間隔がバー（４ａ，５ａ；４ｂ，５ｂ；４
ｅ，５ｅ；４ｆ，５ｆ）の長さより短くなるように、個
別センサを互いに入れ子構造で配列することができる。
【００１７】図２の４×４個の個別センサのセンサアレ
イは、それぞれ２×４個のセンサ先端を含む２つの同一
の領域で構成されている。第１の領域は８つのセンサ先
端（３ａ〜３ｈ）を含み、第２の領域は８つのセンサ先
端（３ｉ〜３ｐ）を含む。それぞれの領域の８個の個別
センサのバー４の導電性被覆膜は互いに接続されている
ので、それらの導電性被覆膜に対して、各領域で唯一つ
の接点８を設けるだけで良い。これに対し、支持体構造
１の下面にある導電性被覆膜は互いに電気的に絶縁され
ているので、８個の互いに独立したコンデンサが形成さ
れることになる。従って、各領域の８個の個別センサに
対応して、支持体構造１の下面の導電性被覆膜の接点
（７ａ〜７ｇ；７ｉ〜７ｐ）も８つ設けられている。
イは、それぞれ２×４個のセンサ先端を含む２つの同一
の領域で構成されている。第１の領域は８つのセンサ先
端（３ａ〜３ｈ）を含み、第２の領域は８つのセンサ先
端（３ｉ〜３ｐ）を含む。それぞれの領域の８個の個別
センサのバー４の導電性被覆膜は互いに接続されている
ので、それらの導電性被覆膜に対して、各領域で唯一つ
の接点８を設けるだけで良い。これに対し、支持体構造
１の下面にある導電性被覆膜は互いに電気的に絶縁され
ているので、８個の互いに独立したコンデンサが形成さ
れることになる。従って、各領域の８個の個別センサに
対応して、支持体構造１の下面の導電性被覆膜の接点
（７ａ〜７ｇ；７ｉ〜７ｐ）も８つ設けられている。
【００１８】ここで、各個別センサの２本のバーに導電
性被覆膜を設けることも可能であるという点を指摘して
おく。さらに、支持体構造１の下面の導電性被覆膜の接
触をその領域の個別センサの片方の面で部分的に行い、
残る導電性被覆膜の接触をその領域の個別センサの他方
の面で行うことを示唆する。
性被覆膜を設けることも可能であるという点を指摘して
おく。さらに、支持体構造１の下面の導電性被覆膜の接
触をその領域の個別センサの片方の面で部分的に行い、
残る導電性被覆膜の接触をその領域の個別センサの他方
の面で行うことを示唆する。
【００１９】それぞれ８個ずつの個別センサを含む別の
領域を追加することにより、１７個以上の個別センサを
含むセンサアレイも容易に実現できることは自明であ
る。すなわち、３×８個、４×８個等の個別センサを含
むセンサアレイが得られる。９個以上の個別センサを互
いに入れ子構造で配列すれば、各領域に９個以上の個別
センサを設けることも原理上は可能である。この場合、
各領域に２×６個、２×８個、２×１０個等の個別セン
サを設けることが考えられるであろう。互いに入れ子構
造にできる個別センサの最大数は、スペース上の制約か
ら実現しうる電気接触のための隣接する導体軌道の本数
によってのみ制限される。導体軌道でスペースの問題が
発生するようであれば、超小型電子技術において通常見
られるように、個別センサの任意の数を実現できるよう
に、導体軌道を異なる平面に通すこともできる。
領域を追加することにより、１７個以上の個別センサを
含むセンサアレイも容易に実現できることは自明であ
る。すなわち、３×８個、４×８個等の個別センサを含
むセンサアレイが得られる。９個以上の個別センサを互
いに入れ子構造で配列すれば、各領域に９個以上の個別
センサを設けることも原理上は可能である。この場合、
各領域に２×６個、２×８個、２×１０個等の個別セン
サを設けることが考えられるであろう。互いに入れ子構
造にできる個別センサの最大数は、スペース上の制約か
ら実現しうる電気接触のための隣接する導体軌道の本数
によってのみ制限される。導体軌道でスペースの問題が
発生するようであれば、超小型電子技術において通常見
られるように、個別センサの任意の数を実現できるよう
に、導体軌道を異なる平面に通すこともできる。
【００２０】本発明によるセンサアレイの製造は超小型
構造で慣例となっている方法によって実行可能である。
支持体構造としては、まず、約６０μｍの厚さのシリコ
ンウェハを使用することができる。第１の工程では、ウ
ェハの片方の面の縁部領域を異方性ウェットエッチング
によって除去して、中央隆起部分１１を形成する。エッ
チングで除去された縁部領域は、後に電気接触のための
ボンディング面として利用される。第２の工程では、隆
起領域と、エッチング領域の双方をＣＶＤ技術により厚
さ１μｍの窒化シリコンの絶縁層で被覆し、反対側の面
では、異方性エッチングにより、後に光が通過するため
の角錐形の孔２をシリコン基板１を貫通するように形成
する。
構造で慣例となっている方法によって実行可能である。
支持体構造としては、まず、約６０μｍの厚さのシリコ
ンウェハを使用することができる。第１の工程では、ウ
ェハの片方の面の縁部領域を異方性ウェットエッチング
によって除去して、中央隆起部分１１を形成する。エッ
チングで除去された縁部領域は、後に電気接触のための
ボンディング面として利用される。第２の工程では、隆
起領域と、エッチング領域の双方をＣＶＤ技術により厚
さ１μｍの窒化シリコンの絶縁層で被覆し、反対側の面
では、異方性エッチングにより、後に光が通過するため
の角錐形の孔２をシリコン基板１を貫通するように形成
する。
【００２１】第３の工程では、導電性被覆膜（７，７
ｉ，７ｊ）、接点面（８，７ａ〜７ｐ）及び必要な導電
軌道を形成するための厚さ０．２μｍの第１の電極層を
プラチナの噴霧によって形成する。続いて、窒化シリコ
ンのＣＶＤにより、後にバー（４，４ｉ〜４ｌ，５）を
受け入れる働きをする、５から１０μｍの厚さのスペー
サ（９，９ｉ〜９ｌ）を、既に設けられている導体軌道
と並んで形成する。このとき、スペーサ形成と電極層を
どの順序で塗布するかは重要ではない。
ｉ，７ｊ）、接点面（８，７ａ〜７ｐ）及び必要な導電
軌道を形成するための厚さ０．２μｍの第１の電極層を
プラチナの噴霧によって形成する。続いて、窒化シリコ
ンのＣＶＤにより、後にバー（４，４ｉ〜４ｌ，５）を
受け入れる働きをする、５から１０μｍの厚さのスペー
サ（９，９ｉ〜９ｌ）を、既に設けられている導体軌道
と並んで形成する。このとき、スペーサ形成と電極層を
どの順序で塗布するかは重要ではない。
【００２２】第４の工程では、酸化亜鉛の犠牲層を噴霧
により塗布する。この層の厚さは先に塗布した窒化シリ
コンスペーサに相当する。第５の工程では、窒化シリコ
ンのＣＶＤによりバー（４，４ｉ〜４ｌ，５）を形成す
る。この目的のために犠牲層の上に塗布される窒化シリ
コン層の厚さは約１μｍである。次に金の蒸着を行うこ
とにより、厚さ０．２μｍの第２の電極層（６ｉ〜６
ｌ）をバー（４ｉ〜４ｌ）の上に塗布する。この第２の
電極層によって、各々の個別センサの各々のバーへの導
電接続６が成立すると共に、形成される電極と、共通接
点８から出ている第１の電極層の導電軌道とのスペーサ
（９ｉ〜９ｌ）を介する接続が成立する。第７の工程で
は、センサ先端（３ｉ〜３ｌ）を形成する。この場合、
まず、センサ先端の場所に、約５から１０μｍの厚さの
窒化シリコン層をＣＶＤにより形成し、続いて、外側か
らアルミニウムを蒸着する。この窒化シリコンは後の光
学近接視野顕微鏡の観察時に光導体として作用する。
により塗布する。この層の厚さは先に塗布した窒化シリ
コンスペーサに相当する。第５の工程では、窒化シリコ
ンのＣＶＤによりバー（４，４ｉ〜４ｌ，５）を形成す
る。この目的のために犠牲層の上に塗布される窒化シリ
コン層の厚さは約１μｍである。次に金の蒸着を行うこ
とにより、厚さ０．２μｍの第２の電極層（６ｉ〜６
ｌ）をバー（４ｉ〜４ｌ）の上に塗布する。この第２の
電極層によって、各々の個別センサの各々のバーへの導
電接続６が成立すると共に、形成される電極と、共通接
点８から出ている第１の電極層の導電軌道とのスペーサ
（９ｉ〜９ｌ）を介する接続が成立する。第７の工程で
は、センサ先端（３ｉ〜３ｌ）を形成する。この場合、
まず、センサ先端の場所に、約５から１０μｍの厚さの
窒化シリコン層をＣＶＤにより形成し、続いて、外側か
らアルミニウムを蒸着する。この窒化シリコンは後の光
学近接視野顕微鏡の観察時に光導体として作用する。
【００２３】次に、光通過口として設けられている場所
で、イオンエッチングにより絶縁層を貫通する孔を形成
する。最終工程としては、犠牲層を除去するだけで良
い。この工程によってセンサアレイは完成し、続いて、
形成されている接点箇所（８，７ａ〜７ｐ）に接合する
だけで良い。この後は、たとえば、図５に概略的に示さ
れている光学的近接場走査顕微鏡にセンサアレイを挿入
することができる。
で、イオンエッチングにより絶縁層を貫通する孔を形成
する。最終工程としては、犠牲層を除去するだけで良
い。この工程によってセンサアレイは完成し、続いて、
形成されている接点箇所（８，７ａ〜７ｐ）に接合する
だけで良い。この後は、たとえば、図５に概略的に示さ
れている光学的近接場走査顕微鏡にセンサアレイを挿入
することができる。
【００２４】図５は、先に図２〜図４を参照して説明し
たセンサアレイを縮小して示す。図５においても、セン
サアレイの支持体構造は図中符号１によって示されてい
る。２２は光学的近接場走査顕微鏡による観察に不可欠
である光源、たとえば、レーザーである。光源２２から
発射した光は、まず、光ファイバ２３を経て本来の近接
場顕微鏡に入射する。光ファイバから射出した光はコリ
メータ２４によりコリメートされ、続くレンズアレイ２
５により集束される。レンズアレイ２５は、センサアレ
イ１が多数の個別センサを有するのと同様に、多数の個
別レンズを有する。従って、レンズアレイ２５の後方焦
点面には、個別センサの数に相当する数の焦点（２６ａ
〜２６ｄ）が存在する。１／５の縮小率を有する続く結
像光学系（２７，２８）により、レンズアレイ２５の焦
点（２６ａ〜２６ｄ）はセンサアレイのセンサ先端の後
側に縮小結像され、その結果、センサ先端に入射する。
センサ先端に入射した光はセンサ先端の反対の側から再
び射出し、周知のように、被検体２１と相互に作用し合
う。被検体２１を通過した光は続く拡大光学系２９によ
り３倍に拡大されて、センサアレイ１の各々の個別セン
サに対してそれぞれ独立したセンサ面を有する位置分解
検出器３０へ導かれ、そこで検出される。検出器３０の
出力信号はビデオカード３１で処理されて、ビデオ画像
となる。このビデオ画像は、その後モニタ３２に表示さ
れる。
たセンサアレイを縮小して示す。図５においても、セン
サアレイの支持体構造は図中符号１によって示されてい
る。２２は光学的近接場走査顕微鏡による観察に不可欠
である光源、たとえば、レーザーである。光源２２から
発射した光は、まず、光ファイバ２３を経て本来の近接
場顕微鏡に入射する。光ファイバから射出した光はコリ
メータ２４によりコリメートされ、続くレンズアレイ２
５により集束される。レンズアレイ２５は、センサアレ
イ１が多数の個別センサを有するのと同様に、多数の個
別レンズを有する。従って、レンズアレイ２５の後方焦
点面には、個別センサの数に相当する数の焦点（２６ａ
〜２６ｄ）が存在する。１／５の縮小率を有する続く結
像光学系（２７，２８）により、レンズアレイ２５の焦
点（２６ａ〜２６ｄ）はセンサアレイのセンサ先端の後
側に縮小結像され、その結果、センサ先端に入射する。
センサ先端に入射した光はセンサ先端の反対の側から再
び射出し、周知のように、被検体２１と相互に作用し合
う。被検体２１を通過した光は続く拡大光学系２９によ
り３倍に拡大されて、センサアレイ１の各々の個別セン
サに対してそれぞれ独立したセンサ面を有する位置分解
検出器３０へ導かれ、そこで検出される。検出器３０の
出力信号はビデオカード３１で処理されて、ビデオ画像
となる。このビデオ画像は、その後モニタ３２に表示さ
れる。
【００２５】さらに、センサアレイ１と、より厳密には
センサアレイ１の接点部分（６，７ａ〜７ｏ）と接続
し、個別センサのコンデンサの容量に基づいて個別セン
サのバーの偏向を互いに無関係に検出し、コンデンサに
印加される電圧を介して、個々のセンサ先端と被検体２
１の表面との間隔をそれぞれ一定の値に調整する電子制
御回路３３が設けられている。
センサアレイ１の接点部分（６，７ａ〜７ｏ）と接続
し、個別センサのコンデンサの容量に基づいて個別セン
サのバーの偏向を互いに無関係に検出し、コンデンサに
印加される電圧を介して、個々のセンサ先端と被検体２
１の表面との間隔をそれぞれ一定の値に調整する電子制
御回路３３が設けられている。
【００２６】図示した実施形態の代わりに、透過性でな
い被検体２１の場合に、光の検出を反射を利用して行う
こともできる。この場合、検出器３０はセンサアレイ２
５と同じ被検体２１の側に配置すべきであろう。図２〜
図４を参照して説明したセンサアレイでは、センサ先端
の間隔は１００μｍより短く、典型的には１０から３０
μｍである。バーのばね定数を十分に小さくし、センサ
先端と被検体との原子間相互作用の変化に基づいてバー
の偏向を十分な感度で測定できるように、バーの長さは
約４０μｍである。
い被検体２１の場合に、光の検出を反射を利用して行う
こともできる。この場合、検出器３０はセンサアレイ２
５と同じ被検体２１の側に配置すべきであろう。図２〜
図４を参照して説明したセンサアレイでは、センサ先端
の間隔は１００μｍより短く、典型的には１０から３０
μｍである。バーのばね定数を十分に小さくし、センサ
先端と被検体との原子間相互作用の変化に基づいてバー
の偏向を十分な感度で測定できるように、バーの長さは
約４０μｍである。
【図１】 本発明によるセンサアレイの個別センサのセ
ンサ先端を見た平面図（ａ）と図１ａの個別センサの切
断接点Ｉｂ−Ｉｂに沿った断面図（ｂ）。
ンサ先端を見た平面図（ａ）と図１ａの個別センサの切
断接点Ｉｂ−Ｉｂに沿った断面図（ｂ）。
【図２】 規則的な二次元格子として配列された１６個
の個別センサを含む本発明によるセンサアレイのセンサ
先端を見た平面図。
の個別センサを含む本発明によるセンサアレイのセンサ
先端を見た平面図。
【図３】 図２のセンサアレイの線IIｂ−IIｂに沿った
断面図。
断面図。
【図４】 図２を簡略化した部分拡大図。
【図５】 本発明によるセンサアレイを含むラスタセン
サ顕微鏡の一実施形態としての光学的近接場走査顕微鏡
の原理図。
サ顕微鏡の一実施形態としての光学的近接場走査顕微鏡
の原理図。
１…支持体構造、２…孔、３，３ａ〜３ｐ…センサ先
端、４，４ａ，４ｂ，４ｅ，４ｆ，５，５ａ，５ｂ，５
ｅ，５ｆ…バー、６，７，７ａ〜７ｐ…導電性被覆膜、
８…接点、９，９ｉ，９ｊ，９ｋ，９ｌ…スペーサ、３
３…電子制御回路。
端、４，４ａ，４ｂ，４ｅ，４ｆ，５，５ａ，５ｂ，５
ｅ，５ｆ…バー、６，７，７ａ〜７ｐ…導電性被覆膜、
８…接点、９，９ｉ，９ｊ，９ｋ，９ｌ…スペーサ、３
３…電子制御回路。
Claims (10)
- 【請求項１】 それぞれが１本又は複数のバー（４ａ，
４ｂ，４ｅ，４ｆ，５ａ，５ｂ，５ｅ，５ｆ）に設けら
れたセンサ先端（３ａ〜３ｐ）を有する多数の個別セン
サを含むラスタセンサ顕微鏡のセンサアレイにおいて、
個別センサは二次元格子の形態をとって配列されており
且つバー（４ａ，４ｂ，４ｅ，４ｆ，５ａ，５ｂ，５
ｅ，５ｆ）の方向は格子の２つの方向（ａ，ｂ）と０°
又は１８０°とは異なる角度を成すセンサアレイ。 - 【請求項２】 バー（４ａ，４ｂ，４ｅ，４ｆ，５ａ，
５ｂ，５ｅ，５ｆ）の長さは格子の格子間隔より長い請
求項１記載のセンサアレイ。 - 【請求項３】 バーはスペーサ（９ｉ，９ｊ．９ｋ，９
ｌ）を介して共通の支持体構造（１）の上に配置されて
いる請求項１又は２記載のセンサアレイ。 - 【請求項４】 支持体構造（１）はバー（４ａ，４ｂ，
４ｅ，４ｆ，５ａ，５ｂ，５ｅ，５ｆ）の平面と平行な
平面に配置されている請求項３記載のセンサアレイ。 - 【請求項５】 バー（４ａ，４ｂ，４ｅ，４ｆ，５ａ，
５ｂ，５ｅ，５ｆ）はバーの長手方向軸に対し垂直な方
向へ偏向自在であり且つセンサ先端（３ａ，３ｊ，３
ｋ，３ｌ）の長さは偏向の最大行程より長い請求項１か
ら４のいずれか１項に記載のセンサアレイ。 - 【請求項６】 バーはセンサ先端の方向に湾曲を有する
請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサアレイ。 - 【請求項７】 共通の支持体構造（１）とバーはそれぞ
れ導電性電極（６，７ａ〜７ｐ）を有する請求項３から
６のいずれか１項に記載のセンサアレイ。 - 【請求項８】 支持体構造はセンサ先端に対応する、光
を通過させるための孔（２）を有する請求項２記載のセ
ンサアレイ。 - 【請求項９】 請求項１から８のいずれか１項に記載の
センサアレイを有するラスタセンサ顕微鏡。 - 【請求項１０】 センサ先端の方向への個別センサの偏
向の変化を検出するために、個別センサの電極を並行し
て、互いに無関係に制御する電子制御回路（３３）が設
けられている請求項９記載のラスタセンサ顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19701701A DE19701701A1 (de) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | Sondenarray für ein Rastersondenmikroskop |
| DE19701701.0 | 1997-01-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10221350A true JPH10221350A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=7817763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10006445A Ceased JPH10221350A (ja) | 1997-01-21 | 1998-01-16 | ラスタセンサ顕微鏡のセンサアレイ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5986262A (ja) |
| EP (1) | EP0854350B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10221350A (ja) |
| DE (2) | DE19701701A1 (ja) |
| IL (1) | IL123009A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010508502A (ja) * | 2006-10-31 | 2010-03-18 | インフィニティシマ エルティーディー | 走査プローブ顕微鏡用プローブアセンブリ |
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|---|---|---|---|---|
| US6340957B1 (en) * | 1997-08-29 | 2002-01-22 | Xerox Corporation | Dynamically relocatable tileable displays |
| US6370487B1 (en) | 1998-04-23 | 2002-04-09 | Micron Technology, Inc. | Remote semiconductor microscopy |
| EP1192442A1 (en) * | 1999-06-05 | 2002-04-03 | Daewoo Electronics Co., Ltd | Atomic force microscope and driving method therefor |
| JP2001091441A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-04-06 | Japan Science & Technology Corp | ナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置 |
| DE10003693A1 (de) | 2000-01-28 | 2001-08-02 | Zeiss Carl | Abtastsystem mit auslenkbarer Tastspitze |
| US6941823B1 (en) * | 2001-11-07 | 2005-09-13 | Veeco Instruments Inc. | Apparatus and method to compensate for stress in a microcantilever |
| WO2003062135A1 (en) * | 2002-01-24 | 2003-07-31 | Cantion A/S | A sensor |
| JP4810251B2 (ja) * | 2006-02-16 | 2011-11-09 | キヤノン株式会社 | 原子間力顕微鏡 |
| KR20100015321A (ko) * | 2007-03-13 | 2010-02-12 | 나노잉크, 인크. | 검시창을 사용하는 나노리소그래피 |
| DE102010015966B4 (de) | 2010-03-15 | 2014-01-30 | Markus Hund | Quasi-in-situ-Rastersondenmikroskop (QIS-SPM) mit einer selbsttätig betriebenen Reaktionskammer und Verfahren zum Betrieb |
| US20180321276A1 (en) * | 2015-11-03 | 2018-11-08 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Metrology devices and methods for independently controlling a plurality of sensing probes |
| WO2017079374A1 (en) | 2015-11-03 | 2017-05-11 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Metrology devices for rapid specimen setup |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0298896A (ja) * | 1988-10-05 | 1990-04-11 | Olympus Optical Co Ltd | 記憶装置 |
| JPH02206043A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-15 | Olympus Optical Co Ltd | 記憶装置 |
| US5015850A (en) * | 1989-06-20 | 1991-05-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Microfabricated microscope assembly |
| EP0530427B1 (en) * | 1991-09-05 | 1995-11-08 | International Business Machines Corporation | Multiple STM-tip unit, method for manufacturing and application thereof in a direct access storage unit |
| JP3268797B2 (ja) * | 1991-10-09 | 2002-03-25 | オリンパス光学工業株式会社 | 光導入装置 |
| US5461907A (en) * | 1993-03-23 | 1995-10-31 | Regents Of The University Of California | Imaging, cutting, and collecting instrument and method |
| US5517280A (en) * | 1994-04-12 | 1996-05-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Photolithography system |
-
1997
- 1997-01-21 DE DE19701701A patent/DE19701701A1/de not_active Withdrawn
- 1997-12-20 DE DE59708187T patent/DE59708187D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-12-20 EP EP97122587A patent/EP0854350B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-01-16 JP JP10006445A patent/JPH10221350A/ja not_active Ceased
- 1998-01-20 IL IL12300998A patent/IL123009A/en not_active IP Right Cessation
- 1998-01-21 US US09/010,307 patent/US5986262A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2010508502A (ja) * | 2006-10-31 | 2010-03-18 | インフィニティシマ エルティーディー | 走査プローブ顕微鏡用プローブアセンブリ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE59708187D1 (de) | 2002-10-17 |
| IL123009A0 (en) | 1998-08-16 |
| US5986262A (en) | 1999-11-16 |
| EP0854350B1 (de) | 2002-09-11 |
| IL123009A (en) | 2001-12-23 |
| EP0854350A1 (de) | 1998-07-22 |
| DE19701701A1 (de) | 1998-07-23 |
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