JPH10274659A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH10274659A JPH10274659A JP8109597A JP8109597A JPH10274659A JP H10274659 A JPH10274659 A JP H10274659A JP 8109597 A JP8109597 A JP 8109597A JP 8109597 A JP8109597 A JP 8109597A JP H10274659 A JPH10274659 A JP H10274659A
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- probe
- optical waveguide
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- displacement
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料周りの構成が空間的に制限されず、しか
も周囲環境の経時的変化による影響を受けない走査型プ
ローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 探針１ａが試料表面の原子から、引力あ
るいは斥力を受けてカンチレバー部１ｂが撓むと、光弾
性効果により、カンチレバー部１ｂに形成された光導波
路２ａにはその応力に応じた屈折率変化が生じ、また、
この屈折率変化により、カンチレバー部１ｂに形成され
た光導波路２ａを通る光にはその屈折率に応じた位相変
化を生じる。チップ外部の光源から光導波路２ｃを通じ
て光導波路２ａに入射した光が、カンチレバー部１ｂの
撓みによって位相変化を起こすと、その位相変化を、台
座部１ｃに形成した光導波路２ｄを通じてチップ外部の
検出器へと伝達して検出すれば、その検出値からカンチ
レバー部１ｂの撓みつまり探針１ａの変位を知ることが
できる。
も周囲環境の経時的変化による影響を受けない走査型プ
ローブ顕微鏡を提供する。 【解決手段】 探針１ａが試料表面の原子から、引力あ
るいは斥力を受けてカンチレバー部１ｂが撓むと、光弾
性効果により、カンチレバー部１ｂに形成された光導波
路２ａにはその応力に応じた屈折率変化が生じ、また、
この屈折率変化により、カンチレバー部１ｂに形成され
た光導波路２ａを通る光にはその屈折率に応じた位相変
化を生じる。チップ外部の光源から光導波路２ｃを通じ
て光導波路２ａに入射した光が、カンチレバー部１ｂの
撓みによって位相変化を起こすと、その位相変化を、台
座部１ｃに形成した光導波路２ｄを通じてチップ外部の
検出器へと伝達して検出すれば、その検出値からカンチ
レバー部１ｂの撓みつまり探針１ａの変位を知ることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は探針と試料を２次元
方向に相対的に移動する移動機構を有し、その移動過程
で前記探針の変位を検出して試料表面状態を測定する走
査型プローブ顕微鏡に関する。
方向に相対的に移動する移動機構を有し、その移動過程
で前記探針の変位を検出して試料表面状態を測定する走
査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来技術】図８は、従来の走査型プローブ顕微鏡の一
形態であるＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の全体概略構成図
である。このＡＦＭは、先端に曲率半径が小さい探針１
ａ’を備えたカンチレバーＬ’と、このカンチレバー
Ｌ’にレーザ光を照射する半導体レーザとその反射光を
検知するフォトダイオードからなる光学系Ｄ’を構成す
る変位検出器２２’を有するいわゆる光てこ方式を採用
した顕微鏡であり、この探針１ａ’を試料Ｓ’の表面に
近づけた場合に、試料Ｓ’と探針１ａ’との間に働く力
により生じるカンチレバーＬ’の撓みから探針１ａ’の
位置情報を変位検出器２２’によって検出する。そし
て、外部に設けた位置制御回路２３’及び走査制御回路
２４’によって、探針１ａ’を試料Ｓ’表面に沿って走
査し、ステージに対する探針１ａ’の位置情報を検知す
ることで、試料Ｓ’の三次元的な表面情報を得ることを
可能とする。
形態であるＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の全体概略構成図
である。このＡＦＭは、先端に曲率半径が小さい探針１
ａ’を備えたカンチレバーＬ’と、このカンチレバー
Ｌ’にレーザ光を照射する半導体レーザとその反射光を
検知するフォトダイオードからなる光学系Ｄ’を構成す
る変位検出器２２’を有するいわゆる光てこ方式を採用
した顕微鏡であり、この探針１ａ’を試料Ｓ’の表面に
近づけた場合に、試料Ｓ’と探針１ａ’との間に働く力
により生じるカンチレバーＬ’の撓みから探針１ａ’の
位置情報を変位検出器２２’によって検出する。そし
て、外部に設けた位置制御回路２３’及び走査制御回路
２４’によって、探針１ａ’を試料Ｓ’表面に沿って走
査し、ステージに対する探針１ａ’の位置情報を検知す
ることで、試料Ｓ’の三次元的な表面情報を得ることを
可能とする。
【０００３】また、この種の顕微鏡では、上記した光て
こ方式の他に、カンチレバーと変位検出系とを一体化す
る方式、例えばシリコン製のカンチレバー内部にピエゾ
抵抗素子を形成し、その抵抗変化を検知することでカン
チレバーの変位を検出する構成のものが提案されている
（International Conference on Solidstate Sensorsan
d Actuators, Tech. dig. pp448-451）。
こ方式の他に、カンチレバーと変位検出系とを一体化す
る方式、例えばシリコン製のカンチレバー内部にピエゾ
抵抗素子を形成し、その抵抗変化を検知することでカン
チレバーの変位を検出する構成のものが提案されている
（International Conference on Solidstate Sensorsan
d Actuators, Tech. dig. pp448-451）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示した
従来の走査型プローブ顕微鏡では、半導体レーザ及びフ
ォトダイオードを含む光学系Ｄ’からなる変位検出器２
２’を、カンチレバーＬ’や試料Ｓ’の近傍に設置する
必要があり、例えば高真空中で測定を行う等の場合は、
光学系Ｄ’も真空層内に配置する必要があるため、光学
系Ｄ’の存在により試料周りの構成が制限を受けるとい
う問題がある。
従来の走査型プローブ顕微鏡では、半導体レーザ及びフ
ォトダイオードを含む光学系Ｄ’からなる変位検出器２
２’を、カンチレバーＬ’や試料Ｓ’の近傍に設置する
必要があり、例えば高真空中で測定を行う等の場合は、
光学系Ｄ’も真空層内に配置する必要があるため、光学
系Ｄ’の存在により試料周りの構成が制限を受けるとい
う問題がある。
【０００５】また、変位検出器２２’として光学系Ｄ’
を用いた場合には、精密な光軸調整が必要となるため、
カンチレバーを交換するたびに煩雑な光軸合わせを要
し、取扱が複雑になるという問題も生じる。
を用いた場合には、精密な光軸調整が必要となるため、
カンチレバーを交換するたびに煩雑な光軸合わせを要
し、取扱が複雑になるという問題も生じる。
【０００６】一方、カンチレバー部にピエゾ抵抗素子を
有するカンチレバーを使用した場合、試料周辺構成の制
限は受けないが、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が測定環境
（例えば湿度など）の影響で変動するため、周囲環境の
経時的変化に応じて測定誤差が発生する。また、カンチ
レバーの材料がシリコンなどの半導体に限定されるとい
う問題もある。
有するカンチレバーを使用した場合、試料周辺構成の制
限は受けないが、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が測定環境
（例えば湿度など）の影響で変動するため、周囲環境の
経時的変化に応じて測定誤差が発生する。また、カンチ
レバーの材料がシリコンなどの半導体に限定されるとい
う問題もある。
【０００７】本発明はかかる実情に鑑みて創案されたも
ので、試料周りの構成が空間的に制限されず、しかも周
囲環境の経時的変化による影響を受けない走査型プロー
ブ顕微鏡を提供することを目的とする。
ので、試料周りの構成が空間的に制限されず、しかも周
囲環境の経時的変化による影響を受けない走査型プロー
ブ顕微鏡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】上記の目的を達成するた
め、本発明は、探針と試料を２次元方向に相対的に移動
させ、その移動過程で前記探針の変位を検出して前記試
料の表面状態を測定する走査型プローブ顕微鏡であっ
て、カンチレバー部とこれを支持する台座部からなり、
前記カンチレバー部の自由端に前記探針が形成されたカ
ンチレバーチップと、前記台座部からカンチレバー部に
かけて形成され、前記台座部に入力端と出力端を有する
光導波路とを有し、前記光導波路の入力端から入力され
出力端から出力される光の位相変化から前記探針の変位
を検出するよう構成したことを特徴とする。
め、本発明は、探針と試料を２次元方向に相対的に移動
させ、その移動過程で前記探針の変位を検出して前記試
料の表面状態を測定する走査型プローブ顕微鏡であっ
て、カンチレバー部とこれを支持する台座部からなり、
前記カンチレバー部の自由端に前記探針が形成されたカ
ンチレバーチップと、前記台座部からカンチレバー部に
かけて形成され、前記台座部に入力端と出力端を有する
光導波路とを有し、前記光導波路の入力端から入力され
出力端から出力される光の位相変化から前記探針の変位
を検出するよう構成したことを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、探針と試料を２次元方向
に相対的に移動させ、その移動過程で前記探針の変位を
検出して前記試料の表面状態を測定する走査型プローブ
顕微鏡であって、カンチレバー部とこれを支持する台座
部からなり、前記カンチレバー部の自由端に前記探針が
形成されたカンチレバーチップと、前記台座部からカン
チレバー部にかけて形成され、前記台座部に入力端と出
力端を有し、前記台座部で短絡された光導波路とを有
し、前記光導波路の前記台座部からカンチレバー部にか
けて形成された光導波路を介して出力される光と、前記
短絡された光導波路を介して出力される光の位相差から
前記探針の変位を検出するよう構成したことを特徴とす
る。
に相対的に移動させ、その移動過程で前記探針の変位を
検出して前記試料の表面状態を測定する走査型プローブ
顕微鏡であって、カンチレバー部とこれを支持する台座
部からなり、前記カンチレバー部の自由端に前記探針が
形成されたカンチレバーチップと、前記台座部からカン
チレバー部にかけて形成され、前記台座部に入力端と出
力端を有し、前記台座部で短絡された光導波路とを有
し、前記光導波路の前記台座部からカンチレバー部にか
けて形成された光導波路を介して出力される光と、前記
短絡された光導波路を介して出力される光の位相差から
前記探針の変位を検出するよう構成したことを特徴とす
る。
【００１０】さらに、本発明は、探針と試料を２次元方
向に相対的に移動させ、その移動過程で前記探針の変位
を検出して前記試料の表面状態を測定する走査型プロー
ブ顕微鏡であって、カンチレバー部とこれを支持する台
座部からなり、前記カンチレバー部の自由端に前記探針
が形成されたカンチレバーチップと、前記台座部からカ
ンチレバー部にかけて形成された第１の光導波路と、前
記台座部に形成され前記第１の光導波路と共通の入力端
と出力端を有する第２の光導波路を有し、前記第１の光
導波路を介して出力される光と、前記第２の光導波路を
介して出力される光の位相差から前記探針の変位を検出
するよう構成したことを特徴とする。
向に相対的に移動させ、その移動過程で前記探針の変位
を検出して前記試料の表面状態を測定する走査型プロー
ブ顕微鏡であって、カンチレバー部とこれを支持する台
座部からなり、前記カンチレバー部の自由端に前記探針
が形成されたカンチレバーチップと、前記台座部からカ
ンチレバー部にかけて形成された第１の光導波路と、前
記台座部に形成され前記第１の光導波路と共通の入力端
と出力端を有する第２の光導波路を有し、前記第１の光
導波路を介して出力される光と、前記第２の光導波路を
介して出力される光の位相差から前記探針の変位を検出
するよう構成したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を、図１〜図
７に基づいて説明する。
７に基づいて説明する。
【００１２】まず、図１は、本発明の一実施形態である
ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の概略図であり、当該ＡＦＭ
は、同図において、曲率半径の小さい探針１ａを先端に
備えたカンチレバーＬと、このカンチレバーＬにレーザ
光を供給する光源２１と、その戻り光を検知し、カンチ
レバーＬを通過することにより生じた位相変化から前記
探針１ａの変位量を測定する変位検出器２２を有する。
ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の概略図であり、当該ＡＦＭ
は、同図において、曲率半径の小さい探針１ａを先端に
備えたカンチレバーＬと、このカンチレバーＬにレーザ
光を供給する光源２１と、その戻り光を検知し、カンチ
レバーＬを通過することにより生じた位相変化から前記
探針１ａの変位量を測定する変位検出器２２を有する。
【００１３】そして、外部に設けた位置制御回路２３、
及び走査制御回路２４によって、探針１ａを試料表面に
沿って相対的に走査し、ステージに対する探針１ａの位
置情報を検知することで、試料の三次元的な情報を得る
ことができる。
及び走査制御回路２４によって、探針１ａを試料表面に
沿って相対的に走査し、ステージに対する探針１ａの位
置情報を検知することで、試料の三次元的な情報を得る
ことができる。
【００１４】ここで、図２は、カンチレバーＬの側断面
図であり、図３は、カンチレバーＬの平面図である。同
図に示すように、カンチレバーＬは、カンチレバー部１
ｂとこれを支持する台座部１ｃから構成され、カンチレ
バー部１ｂの自由端に探針１ａが形成されている。カン
チレバー部１ｂは探針１ａと試料Ｓ間で生じる力に応じ
て撓むよう構成されており、台座部１ｃは撓みが生じな
い剛性を有するよう構成されている。
図であり、図３は、カンチレバーＬの平面図である。同
図に示すように、カンチレバーＬは、カンチレバー部１
ｂとこれを支持する台座部１ｃから構成され、カンチレ
バー部１ｂの自由端に探針１ａが形成されている。カン
チレバー部１ｂは探針１ａと試料Ｓ間で生じる力に応じ
て撓むよう構成されており、台座部１ｃは撓みが生じな
い剛性を有するよう構成されている。
【００１５】カンチレバー部１ｂ及び台座部１ｃにはそ
れぞれファイバ干渉計を構成する光導波路２が形成され
ており、さらにカンチレバーＬの台座部１ｃには、図４
に示す断面形状のＶ溝１ｄが形成されている。
れぞれファイバ干渉計を構成する光導波路２が形成され
ており、さらにカンチレバーＬの台座部１ｃには、図４
に示す断面形状のＶ溝１ｄが形成されている。
【００１６】光導波路２は、図３に示されるように、台
座部１ｃにループ状に形成された光導波路２ｃ，２ｂ，
２ｄと、台座部１ｃで光導波路２ｃ，２ｄを短絡する光
導波路２ａからなり、それぞれ端部に光の入力端２ｃ’
と出力端２ｄ’を有する。
座部１ｃにループ状に形成された光導波路２ｃ，２ｂ，
２ｄと、台座部１ｃで光導波路２ｃ，２ｄを短絡する光
導波路２ａからなり、それぞれ端部に光の入力端２ｃ’
と出力端２ｄ’を有する。
【００１７】また、図２及び図２のＡ−Ａ’断面である
図４に示される、台座部１ｃに形成されたＶ溝１ｄは、
光ファイバＦ1 ，Ｆ2 を置いた状態で、光ファイバＦ1
，Ｆ2 の光軸が光導波路２の光軸に一致する形状寸法
に形成されている。
図４に示される、台座部１ｃに形成されたＶ溝１ｄは、
光ファイバＦ1 ，Ｆ2 を置いた状態で、光ファイバＦ1
，Ｆ2 の光軸が光導波路２の光軸に一致する形状寸法
に形成されている。
【００１８】そして、光ファイバＦ1 ，Ｆ2 の一端をカ
ンチレバーＬに配置し、この光ファイバＦ1 ，Ｆ2 の他
端に図１で示した光源２１及び変位検出器２２を接続す
ることで、光源２２から照射された光は、光ファイバＦ
1 を通じて、光導波路２ｃに導かれ、光導波路２ｃ，２
ｂ，及び２ｄと、光導波路２ｃ，２ａ，及び２ｄそれぞ
れを通過した光は、光ファイバＦ2 を通じて変位検出器
２２に検知されるよう構成されている。
ンチレバーＬに配置し、この光ファイバＦ1 ，Ｆ2 の他
端に図１で示した光源２１及び変位検出器２２を接続す
ることで、光源２２から照射された光は、光ファイバＦ
1 を通じて、光導波路２ｃに導かれ、光導波路２ｃ，２
ｂ，及び２ｄと、光導波路２ｃ，２ａ，及び２ｄそれぞ
れを通過した光は、光ファイバＦ2 を通じて変位検出器
２２に検知されるよう構成されている。
【００１９】以上の構成において、カンチレバー部１ｂ
の撓がない場合は、光導波路２ｃ，２ｂ，及び２ｄと、
光導波路２ｃ，２ａ，及び２ｄそれぞれを通過した光
は、ある一定の位相差を保った状態で変位検出器２２に
より検知される。これに対して、カンチレバー部１ｂに
撓みがある場合、光導波路２ｂを通る光は、撓みがない
場合と同じ位相（図３．Ｄ1 ）で変位検出器２２に伝え
られるのに対し、光導波路２ａを通る光は、カンチレバ
ー部１ｂの撓み量に応じた屈折率の変化が生じる。この
ため、光導波路２ａを通る光は位相が変化し（図３．Ｄ
2 ）、変位検出器２２に伝えられる位相差（図３．Ｄ3
）はカンチレバー部１ｂの撓み量に応じた変化を示す
こととなる。
の撓がない場合は、光導波路２ｃ，２ｂ，及び２ｄと、
光導波路２ｃ，２ａ，及び２ｄそれぞれを通過した光
は、ある一定の位相差を保った状態で変位検出器２２に
より検知される。これに対して、カンチレバー部１ｂに
撓みがある場合、光導波路２ｂを通る光は、撓みがない
場合と同じ位相（図３．Ｄ1 ）で変位検出器２２に伝え
られるのに対し、光導波路２ａを通る光は、カンチレバ
ー部１ｂの撓み量に応じた屈折率の変化が生じる。この
ため、光導波路２ａを通る光は位相が変化し（図３．Ｄ
2 ）、変位検出器２２に伝えられる位相差（図３．Ｄ3
）はカンチレバー部１ｂの撓み量に応じた変化を示す
こととなる。
【００２０】したがって、変位検出器で計測された位相
差は、カンチレバー部１ｂの撓みつまり、探針１ａの変
位を示す情報となり、この計測値から、試料表面の凹凸
状態を知ることが出来る。
差は、カンチレバー部１ｂの撓みつまり、探針１ａの変
位を示す情報となり、この計測値から、試料表面の凹凸
状態を知ることが出来る。
【００２１】なお、試料表面の凹凸は、検知される光の
位相差と試料表面の凹凸量を示す実際の値との関係を規
定するキャリブレーションカーブ等に基づき変位検出器
２２において算出され、不図示の表示手段などに表示さ
れる。
位相差と試料表面の凹凸量を示す実際の値との関係を規
定するキャリブレーションカーブ等に基づき変位検出器
２２において算出され、不図示の表示手段などに表示さ
れる。
【００２２】また、かかるキャリブレーションカーブ
は、例えば、本発明にかかるカンチレバーＬを図８に示
す光てこ方式の原子間力顕微鏡に取り付け、同顕微鏡の
変位出力をモニタしながら既知の変位を与え、そのとき
の位相変化量を検知することで得ることができる。
は、例えば、本発明にかかるカンチレバーＬを図８に示
す光てこ方式の原子間力顕微鏡に取り付け、同顕微鏡の
変位出力をモニタしながら既知の変位を与え、そのとき
の位相変化量を検知することで得ることができる。
【００２３】以上の実施形態では、変位検出器２２に接
合した光ファイバＦ1 ，Ｆ2 を、カンチレバーＬに形成
したＶ溝１ｄに載置するだけで、光学調整を簡単に行う
ことが出来るので、従来の光てこ方式では、カンチレバ
ーＬを交換するたびに必要であった煩雑な検出系の光軸
あわせが不要となる。
合した光ファイバＦ1 ，Ｆ2 を、カンチレバーＬに形成
したＶ溝１ｄに載置するだけで、光学調整を簡単に行う
ことが出来るので、従来の光てこ方式では、カンチレバ
ーＬを交換するたびに必要であった煩雑な検出系の光軸
あわせが不要となる。
【００２４】また、光ファイバＦ1 ，Ｆ2 を使用して、
カンチレバーＬと、外部に設けた光源２１及び変位検出
器２２との接続を行うので、光源２１及び変位検出器２
２をカンチレバーＬの近傍に設置する必要がなく、これ
により試料Ｓ周辺の構成が空間的な制限を受けることが
なくなる。このため、ステージあるいはカンチレバー部
の移動量を大きくとれるので、大面積試料の測定を容易
に行うことができる。さらにカンチレバー周辺のスペー
スを有効利用してマニピュレータなどの他の機能を付加
させることも容易となる。
カンチレバーＬと、外部に設けた光源２１及び変位検出
器２２との接続を行うので、光源２１及び変位検出器２
２をカンチレバーＬの近傍に設置する必要がなく、これ
により試料Ｓ周辺の構成が空間的な制限を受けることが
なくなる。このため、ステージあるいはカンチレバー部
の移動量を大きくとれるので、大面積試料の測定を容易
に行うことができる。さらにカンチレバー周辺のスペー
スを有効利用してマニピュレータなどの他の機能を付加
させることも容易となる。
【００２５】次に、図２及び図３の構造のカンチレバー
Ｌを製造する手順を、以下、図５に示す製造工程（１）
〜（５）を参照して説明する。
Ｌを製造する手順を、以下、図５に示す製造工程（１）
〜（５）を参照して説明する。
【００２６】製造工程（１） まず、図５（１）に示されるＳＯＩウエハ１１（Silico
n on Insulator，シリコンの中に酸化膜層１１ａがある
ウエハ）を材料とする。
n on Insulator，シリコンの中に酸化膜層１１ａがある
ウエハ）を材料とする。
【００２７】製造工程（２） ウエハ１１の表面（探針１ａ形成面）に酸化膜１２を形
成し（不図示）、これをフォトリソグラフィ技術を用い
てパターニングし、このパターニング後の酸化膜１２を
マスクとしてウエハ１１のエッチングを行って探針１ａ
を形成する。ここでは、ドライエッチング（ＲＩＥ，反
応性イオンエッチング）を用いるが、ＫＯＨなどを用い
たウエットエッチングであってもよいし、あるいはこれ
らの組み合わせでもよい。
成し（不図示）、これをフォトリソグラフィ技術を用い
てパターニングし、このパターニング後の酸化膜１２を
マスクとしてウエハ１１のエッチングを行って探針１ａ
を形成する。ここでは、ドライエッチング（ＲＩＥ，反
応性イオンエッチング）を用いるが、ＫＯＨなどを用い
たウエットエッチングであってもよいし、あるいはこれ
らの組み合わせでもよい。
【００２８】これにより、エッチング後のウエハは図５
（２）に示される形状の探針１ａにマスクとして形成さ
れた酸化膜１２の一部が残された状態となる。
（２）に示される形状の探針１ａにマスクとして形成さ
れた酸化膜１２の一部が残された状態となる。
【００２９】なお、酸化膜１２の形成過程において、ウ
エハ１１の裏面にも酸化膜１４が形成されることとな
る。
エハ１１の裏面にも酸化膜１４が形成されることとな
る。
【００３０】製造工程（３） 図５（２）において、探針１ａ上に残った酸化膜１２を
除去した後、ウエハ１１の表面に酸化膜１３を形成し、
これをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
し、このパターニング後の酸化膜１３をマスクとしてウ
エハ１１の異方性エッチングを行うことで、図５（３）
に示されるように、Ｖ溝１ｄを形成する。 製造工程（４） Ｖ溝１ｄが形成されると、次に、フォトリソグラフィ技
術を用いて、光導波路２を形成する部分をパターニング
し、酸化膜１３のエッチングを行うことにより、図５
（４）に示されるＳｉＯ2 光導波路２を形成する。ここ
では酸化膜のエッチングにＢＨＦ（バッファードフッ
酸）等を用いたウェットエッチングを使用するが、ドラ
イエッチングを用いてもよい。
除去した後、ウエハ１１の表面に酸化膜１３を形成し、
これをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
し、このパターニング後の酸化膜１３をマスクとしてウ
エハ１１の異方性エッチングを行うことで、図５（３）
に示されるように、Ｖ溝１ｄを形成する。 製造工程（４） Ｖ溝１ｄが形成されると、次に、フォトリソグラフィ技
術を用いて、光導波路２を形成する部分をパターニング
し、酸化膜１３のエッチングを行うことにより、図５
（４）に示されるＳｉＯ2 光導波路２を形成する。ここ
では酸化膜のエッチングにＢＨＦ（バッファードフッ
酸）等を用いたウェットエッチングを使用するが、ドラ
イエッチングを用いてもよい。
【００３１】製造工程（５） 光導波路２を形成した後、レジスト（不図示）をウエハ
１１の表面全面に塗布し、フォトリソグラフィ技術を用
いてレジストのパターニングを行い、レジストをマスク
としてドライエッチングによりウエハ１１の表面側のシ
リコンをエッチングし、表面のカンチレバー形状を得
る。
１１の表面全面に塗布し、フォトリソグラフィ技術を用
いてレジストのパターニングを行い、レジストをマスク
としてドライエッチングによりウエハ１１の表面側のシ
リコンをエッチングし、表面のカンチレバー形状を得
る。
【００３２】さらに、ウエハ１１の裏面側において、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて、酸化膜１２および酸化
膜１３の形成の際に裏面側に形成された酸化膜１４をパ
ターニングし、このパターニング後の酸化膜１４をマス
クとしてウエハ１１のエッチングを行い、カンチレバー
Ｌを形成する。
ォトリソグラフィ技術を用いて、酸化膜１２および酸化
膜１３の形成の際に裏面側に形成された酸化膜１４をパ
ターニングし、このパターニング後の酸化膜１４をマス
クとしてウエハ１１のエッチングを行い、カンチレバー
Ｌを形成する。
【００３３】以上の工程で図２及び図３に示した、カン
チレバー部１ｂと台座部１ｃに、光の伝達を行うための
光導波路２が形成された構造のカンチレバーＬが完成す
る。以上の実施形態では、ＳＯＩウエハを材料として用
いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ｐ型基板
上にｎ型層をエピタキシャル成長させたウエハ、あるい
はｐ型基板の表面層にｎ型層を拡散によって形成したウ
エハをチップ製作用の材料として用いてもよい。この場
合、図５（５）に示す製造工程（５）におけるシリコン
エッチングの際に、電気化学的なエッチングストップ技
術（IEEE,Transactions on Electron Devices vol.36,N
o.4,1989）を用いてカンチレバー部を形成する。
チレバー部１ｂと台座部１ｃに、光の伝達を行うための
光導波路２が形成された構造のカンチレバーＬが完成す
る。以上の実施形態では、ＳＯＩウエハを材料として用
いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ｐ型基板
上にｎ型層をエピタキシャル成長させたウエハ、あるい
はｐ型基板の表面層にｎ型層を拡散によって形成したウ
エハをチップ製作用の材料として用いてもよい。この場
合、図５（５）に示す製造工程（５）におけるシリコン
エッチングの際に、電気化学的なエッチングストップ技
術（IEEE,Transactions on Electron Devices vol.36,N
o.4,1989）を用いてカンチレバー部を形成する。
【００３４】なお、カンチレバーチップの材料は、シリ
コンに限定されず、他の半導体材料あるいはシリコン窒
化膜またはシリコン酸化膜などの絶縁材料、光伝送の分
野で一般に用いられる他の材料、さらには金属などの各
種材料であってもよい。
コンに限定されず、他の半導体材料あるいはシリコン窒
化膜またはシリコン酸化膜などの絶縁材料、光伝送の分
野で一般に用いられる他の材料、さらには金属などの各
種材料であってもよい。
【００３５】以上の実施形態では、酸化によって形成し
た光導波路と光源・検出器とをＶ溝を用いて光ファイバ
で接続しているが、本発明はこれに限られることなく、
酸化膜によって形成する光導波路をチップ端面まで延ば
して、その光導波路端面に光ファイバを直接接続すると
いった形態、あるいはチップ端面から空間伝送によって
光源・検出器と接続するといった形態を採ることも可能
である。
た光導波路と光源・検出器とをＶ溝を用いて光ファイバ
で接続しているが、本発明はこれに限られることなく、
酸化膜によって形成する光導波路をチップ端面まで延ば
して、その光導波路端面に光ファイバを直接接続すると
いった形態、あるいはチップ端面から空間伝送によって
光源・検出器と接続するといった形態を採ることも可能
である。
【００３６】以上の実施形態では、カンチレバーチップ
に形成する光導波路の材料にシリコン酸化膜を用いてい
るが、これに限られず、光伝送の分野で一般に用いられ
る他の材料であってもよい。また、他の光導波路の作成
方法としては、例えばPVD, CVDなどの技術が上げられ
る。
に形成する光導波路の材料にシリコン酸化膜を用いてい
るが、これに限られず、光伝送の分野で一般に用いられ
る他の材料であってもよい。また、他の光導波路の作成
方法としては、例えばPVD, CVDなどの技術が上げられ
る。
【００３７】以上の実施形態では、カンチレバーチップ
に形成する干渉計として、光導波路２ａ、２ｂを通る光
の位相差を見るマッハツェンダ干渉計の構成を使用して
いるが、例えば、カンチレバー部１ｂを通らずに検出器
に入っている光がカンチレバーチップ自体を通らずに直
接検出器に入る構成や、検出器自体が参照光の機能を持
つ構成、あるいは検出器自体が位相変化を直接検出する
機能を持つ構成を採用すれば、図６に示されるように、
図３で光導波路２ｂを有さない単純なループ状の光導波
路２’を形成した構成のカンチレバーチップを用いるこ
とができる。
に形成する干渉計として、光導波路２ａ、２ｂを通る光
の位相差を見るマッハツェンダ干渉計の構成を使用して
いるが、例えば、カンチレバー部１ｂを通らずに検出器
に入っている光がカンチレバーチップ自体を通らずに直
接検出器に入る構成や、検出器自体が参照光の機能を持
つ構成、あるいは検出器自体が位相変化を直接検出する
機能を持つ構成を採用すれば、図６に示されるように、
図３で光導波路２ｂを有さない単純なループ状の光導波
路２’を形成した構成のカンチレバーチップを用いるこ
とができる。
【００３８】また、他の方式のファイバ干渉計、例え
ば、リング干渉計やファブリペロー干渉計を形成したカ
ンチレバーチップであってもかまわない。
ば、リング干渉計やファブリペロー干渉計を形成したカ
ンチレバーチップであってもかまわない。
【００３９】以上の実施形態では、カンチレバーに撓み
が発生したときに位相変化を起こす光導波路２ｃ，２
ａ，及び２ｄの全長と、位相変化を起こさない光導波路
２ｃ，２ｂ，及び２ｄの全長は異なっているが、図７に
示されるように、カンチレバーの撓みがない場合に種々
の波長に対し同位相となる２つの光導波路２ｅ及び２ｆ
の長さをそれぞれ等しくしたカンチレバーチップを用い
ることができる。かかる場合、撓みがゼロの時同位相と
なり、撓み量の大きさに合わせて位相の変化が生じるた
め、全体の構成が簡略化できると共に、周波数を選ばな
いため光源の選択が自由となる。
が発生したときに位相変化を起こす光導波路２ｃ，２
ａ，及び２ｄの全長と、位相変化を起こさない光導波路
２ｃ，２ｂ，及び２ｄの全長は異なっているが、図７に
示されるように、カンチレバーの撓みがない場合に種々
の波長に対し同位相となる２つの光導波路２ｅ及び２ｆ
の長さをそれぞれ等しくしたカンチレバーチップを用い
ることができる。かかる場合、撓みがゼロの時同位相と
なり、撓み量の大きさに合わせて位相の変化が生じるた
め、全体の構成が簡略化できると共に、周波数を選ばな
いため光源の選択が自由となる。
【００４０】
【発明の効果】本発明の走査型プローブ顕微鏡によれ
ば、カンチレバーチップ上に光導波路を作製し、この光
導波路によって光源・検出器への光の伝達、および光フ
ァイバ干渉計を構成しており、この干渉計を利用して探
針の変位を検出するように構成しているため、光源・検
出器等はカンチレバーチップの光導波路に対してのみ位
置決めすればよいので、その光軸あわせが簡単となる。
ば、カンチレバーチップ上に光導波路を作製し、この光
導波路によって光源・検出器への光の伝達、および光フ
ァイバ干渉計を構成しており、この干渉計を利用して探
針の変位を検出するように構成しているため、光源・検
出器等はカンチレバーチップの光導波路に対してのみ位
置決めすればよいので、その光軸あわせが簡単となる。
【００４１】また、カンチレバー部にピエゾ抵抗を形成
したカンチレバーチップを使用する場合に比べて、湿度
等の影響を受け難く安定した試料観察が可能となり、し
かもカンチレバーに形成するものが探針、および光導波
路のみであり、ピエゾ抵抗の形成等が不要であるため、
カンチレバー部の材料がシリコン等の半導体に限られ
ず、絶縁物、光学材料、金属などの他の材料を使用でき
るといった利点がある。なお、本発明の走査型プローブ
顕微鏡において、カンチレバーチップに形成した光導波
路と外部に設けた光源・検出器との接続に光ファイバを
使用すれば、光源・検出器をカンチレバーチップから離
れた位置に配置することが可能となり、これにより試料
周辺の構成の自由度が広がる結果、大面積の試料の測定
や、マニピュレータなどの他の機能の付加を容易に達成
できる。
したカンチレバーチップを使用する場合に比べて、湿度
等の影響を受け難く安定した試料観察が可能となり、し
かもカンチレバーに形成するものが探針、および光導波
路のみであり、ピエゾ抵抗の形成等が不要であるため、
カンチレバー部の材料がシリコン等の半導体に限られ
ず、絶縁物、光学材料、金属などの他の材料を使用でき
るといった利点がある。なお、本発明の走査型プローブ
顕微鏡において、カンチレバーチップに形成した光導波
路と外部に設けた光源・検出器との接続に光ファイバを
使用すれば、光源・検出器をカンチレバーチップから離
れた位置に配置することが可能となり、これにより試料
周辺の構成の自由度が広がる結果、大面積の試料の測定
や、マニピュレータなどの他の機能の付加を容易に達成
できる。
【図１】本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）の全体概略図である。
Ｍ）の全体概略図である。
【図２】本発明にかかるカンチレバーチップの縦断面図
である。
である。
【図３】本発明にかかるカンチレバーチップの平面図で
ある。
ある。
【図４】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】カンチレバーチップの製造方法を説明する図で
ある。
ある。
【図６】本発明の実施の形態に用いるカンチレバーチッ
プの変形例を示す図である。
プの変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に用いるカンチレバーチッ
プの更に別の変形例を示す図である。
プの更に別の変形例を示す図である。
【図８】従来の走査型プローブ顕微鏡（ＡＦＭ）の全体
概略図である。
概略図である。
１ カンチレバーチップ １ａ 探針 １ｂ カンチレバー部 １ｃ 台座部 １ｄ Ｖ溝 ２ 光導波路 ２ａ 光導波路２の分岐部から結合部までの部分で、
カンチレバー部１ｂを通るもの ２ｂ 光導波路２の分岐部から結合部までの部分で、
カンチレバー部１ｂを通らないもの ２ｃ 光導波路２の分岐部以前の部分 ２ｄ 光導波路２の結合部以降の部分 Ｆ1,Ｆ2 光ファイバ
カンチレバー部１ｂを通るもの ２ｂ 光導波路２の分岐部から結合部までの部分で、
カンチレバー部１ｂを通らないもの ２ｃ 光導波路２の分岐部以前の部分 ２ｄ 光導波路２の結合部以降の部分 Ｆ1,Ｆ2 光ファイバ
Claims (3)
- 【請求項１】 探針と試料を２次元方向に相対的に移動
させ、その移動過程で前記探針の変位を検出して前記試
料の表面状態を測定する走査型プローブ顕微鏡におい
て、 カンチレバー部とこれを支持する台座部からなり、前記
カンチレバー部の自由端に前記探針が形成されたカンチ
レバーチップと、 前記台座部からカンチレバー部にかけて形成され、前記
台座部に入力端と出力端を有する光導波路とを有し、 前記光導波路の入力端から入力され出力端から出力され
る光の位相変化から前記探針の変位を検出するよう構成
したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 探針と試料を２次元方向に相対的に移動
させ、その移動過程で前記探針の変位を検出して前記試
料の表面状態を測定する走査型プローブ顕微鏡におい
て、 カンチレバー部とこれを支持する台座部からなり、前記
カンチレバー部の自由端に前記探針が形成されたカンチ
レバーチップと、 前記台座部からカンチレバー部にかけて形成され、前記
台座部に入力端と出力端を有し、前記台座部で短絡され
た光導波路とを有し、 前記光導波路の前記台座部からカンチレバー部にかけて
形成された光導波路を介して出力される光と、前記短絡
された光導波路を介して出力される光の位相差から前記
探針の変位を検出するよう構成したことを特徴とする走
査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 探針と試料を２次元方向に相対的に移動
させ、その移動過程で前記探針の変位を検出して前記試
料の表面状態を測定する走査型プローブ顕微鏡におい
て、 カンチレバー部とこれを支持する台座部からなり、前記
カンチレバー部の自由端に前記探針が形成されたカンチ
レバーチップと、 前記台座部からカンチレバー部にかけて形成された第１
の光導波路と、前記台座部に形成され前記第１の光導波
路と共通の入力端と出力端を有する第２の光導波路を有
し、 前記第１の光導波路を介して出力される光と、前記第２
の光導波路を介して出力される光の位相差から前記探針
の変位を検出するよう構成したことを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8109597A JPH10274659A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8109597A JPH10274659A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10274659A true JPH10274659A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=13736841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8109597A Pending JPH10274659A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10274659A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2493585A (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | Ibm | Scanning probe microscopy cantilever comprising an electromagnetic sensor |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP8109597A patent/JPH10274659A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2493585A (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | Ibm | Scanning probe microscopy cantilever comprising an electromagnetic sensor |
| GB2493585B (en) * | 2011-08-11 | 2013-08-14 | Ibm | Scanning probe microscopy cantilever comprising an electromagnetic sensor |
| US8875311B2 (en) | 2011-08-11 | 2014-10-28 | International Business Machines Corporation | Scanning probe microscopy cantilever comprising an electromagnetic sensor |
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