JPH10282129A - 半導体歪センサおよびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
半導体歪センサおよびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡Info
- Publication number
- JPH10282129A JPH10282129A JP9092637A JP9263797A JPH10282129A JP H10282129 A JPH10282129 A JP H10282129A JP 9092637 A JP9092637 A JP 9092637A JP 9263797 A JP9263797 A JP 9263797A JP H10282129 A JPH10282129 A JP H10282129A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- probe
- scanning probe
- sample
- free end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 23
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 6
- 229910007277 Si3 N4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 カンチレバーの撓み部分にＭＩＭ構造または
ＭＩＳ構造を形成し、カンチレバーの撓み量をＭＩＭ構
造またはＭＩＳ構造部分でのダイオード特性の変化とし
て検出する。 【解決手段】 カンチレバー１００はＳｉ基板１０によ
って構成され、その表面には、不純物が高濃度でドーピ
ングされた高濃度半導体層２０が形成されている。高濃
度半導体層２０の表面には、絶縁膜３０としてのＳｉ3
Ｎ4膜が形成され、絶縁膜３０の表面には、電極を兼ね
た金属膜４０として、例えばＡｌ膜が形成されている。
カンチレバー１００の自由端１００ａには、ＡＦＭ用の
探針５０が設けられている。
ＭＩＳ構造を形成し、カンチレバーの撓み量をＭＩＭ構
造またはＭＩＳ構造部分でのダイオード特性の変化とし
て検出する。 【解決手段】 カンチレバー１００はＳｉ基板１０によ
って構成され、その表面には、不純物が高濃度でドーピ
ングされた高濃度半導体層２０が形成されている。高濃
度半導体層２０の表面には、絶縁膜３０としてのＳｉ3
Ｎ4膜が形成され、絶縁膜３０の表面には、電極を兼ね
た金属膜４０として、例えばＡｌ膜が形成されている。
カンチレバー１００の自由端１００ａには、ＡＦＭ用の
探針５０が設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カンチレバーおよ
びこれを用いた走査プローブ顕微鏡に係り、特に、走査
型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ : Atomic Force Microscop
e）に代表される走査プローブ顕微鏡に好適なカンチレ
バーおよびこれを用いた走査プローブ顕微鏡に関する。
さらに具体的にいえば、撓み部分に金属／絶縁物／金属
のＭＩＭ積層構造あるいは金属／絶縁物／半導体のＭＩ
Ｓ積層構造を備えたカンチレバーおよびこれを用いた走
査プローブ顕微鏡に関する。
びこれを用いた走査プローブ顕微鏡に係り、特に、走査
型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ : Atomic Force Microscop
e）に代表される走査プローブ顕微鏡に好適なカンチレ
バーおよびこれを用いた走査プローブ顕微鏡に関する。
さらに具体的にいえば、撓み部分に金属／絶縁物／金属
のＭＩＭ積層構造あるいは金属／絶縁物／半導体のＭＩ
Ｓ積層構造を備えたカンチレバーおよびこれを用いた走
査プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
では、探針がカンチレバーの自由端に取り付けられ、試
料表面の凹凸に応じて探針が上下動する際に生ずるカン
チレバーの撓み量は、光学インターフェロメトリや光学
偏光技術によって検出されていた。しかしながら、これ
らの光学的な検出方法では構成が複雑化して調整も難し
いという問題があった。一方、近年になって撓み量や加
速度を検出するセンサとして、小型、軽量であり、撓み
量を電気信号として直接出力し得る特徴を持った半導体
歪センサが広く用いられるようになり、これがＡＦＭの
カンチレバーにも採用されるようになってきた。
では、探針がカンチレバーの自由端に取り付けられ、試
料表面の凹凸に応じて探針が上下動する際に生ずるカン
チレバーの撓み量は、光学インターフェロメトリや光学
偏光技術によって検出されていた。しかしながら、これ
らの光学的な検出方法では構成が複雑化して調整も難し
いという問題があった。一方、近年になって撓み量や加
速度を検出するセンサとして、小型、軽量であり、撓み
量を電気信号として直接出力し得る特徴を持った半導体
歪センサが広く用いられるようになり、これがＡＦＭの
カンチレバーにも採用されるようになってきた。
【０００３】このようなカンチレバー型半導体歪センサ
は、例えば半導体基板の一部を「コの字」形に選択蝕刻
して形成された自由端を有する片持ばりアーム部と、片
持ばりアーム部１の固定端近傍（根元）に形成されたゲ
ージ部とによって構成され、ゲージ部は、自由端の撓み
量に応じて当該部分に生じる応力歪を検出し、これを電
気信号に変換して出力する。
は、例えば半導体基板の一部を「コの字」形に選択蝕刻
して形成された自由端を有する片持ばりアーム部と、片
持ばりアーム部１の固定端近傍（根元）に形成されたゲ
ージ部とによって構成され、ゲージ部は、自由端の撓み
量に応じて当該部分に生じる応力歪を検出し、これを電
気信号に変換して出力する。
【０００４】従来の半導体歪センサでは、例えば特開平
５−１９６４５８号公報に記載されているように、ゲー
ジ部３がピエゾ抵抗体で構成されていた。ピエゾ抵抗体
は応力が加わると電気抵抗が変化することから、撓み量
の検出は、ピエゾ抵抗体の抵抗変化をホイートストンブ
リッジ等の抵抗ブリッジ回路で測定することによって行
われていた。
５−１９６４５８号公報に記載されているように、ゲー
ジ部３がピエゾ抵抗体で構成されていた。ピエゾ抵抗体
は応力が加わると電気抵抗が変化することから、撓み量
の検出は、ピエゾ抵抗体の抵抗変化をホイートストンブ
リッジ等の抵抗ブリッジ回路で測定することによって行
われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、カン
チレバーの撓み量をピエゾ抵抗体に加わる応力歪として
検出しようとすると、ピエゾ抵抗体では歪量に対する抵
抗変化率、換言すれば電圧あるいは電流変化率が小さ
く、かつ測定感度が低いので、その検出のためには複雑
な抵抗ブリッジ回路が必要になるのみならず、抵抗ブリ
ッジを構成する各抵抗体の調整を極めて正確に行わなけ
ればならないという問題があった。 本発明の目的は、
上記した従来技術の問題点を解決し、カンチレバーの撓
み量を簡単な構成で、かつ大きな信号変化として出力す
る半導体歪センサおよびこれを用いた走査プローブ顕微
鏡を提供することにある。
チレバーの撓み量をピエゾ抵抗体に加わる応力歪として
検出しようとすると、ピエゾ抵抗体では歪量に対する抵
抗変化率、換言すれば電圧あるいは電流変化率が小さ
く、かつ測定感度が低いので、その検出のためには複雑
な抵抗ブリッジ回路が必要になるのみならず、抵抗ブリ
ッジを構成する各抵抗体の調整を極めて正確に行わなけ
ればならないという問題があった。 本発明の目的は、
上記した従来技術の問題点を解決し、カンチレバーの撓
み量を簡単な構成で、かつ大きな信号変化として出力す
る半導体歪センサおよびこれを用いた走査プローブ顕微
鏡を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、自由端の変位によって応力歪が生
じるカンチレバーの梁部に金属層／絶縁層／金属層（Ｍ
ＩＭ構造）あるいは金属層／絶縁層／半導体層（ＭＩＳ
構造）を積層した点に特徴がある。さらに、本発明で
は、ＭＩＭ構造またはＭＩＳ構造を有するカンチレバー
を走査プローブ顕微鏡のカンチレバーとして採用すると
共に、走査プローブの撓み量に応じて変化するＭＩＳ構
造の金属膜−高濃度半導体層間（またはＭＩＭ構造の第
１および第２の金属膜間）の電圧、電流および容量の少
なくとも一つを検出する検出手段と、検出結果に応じて
カンチレバーの撓み量を判定する判定手段と、前記判定
結果に基づいて、試料表面と探針との間隙を予定値に保
つための制御信号を発生する制御手段と、制御信号に基
づいて観察像信号を発生する手段と、制御信号に応答し
て探針を試料に対して相対的にＺ方向へ微動させるＺ方
向微動手段とを設けた点に特徴がある。
ために、本発明では、自由端の変位によって応力歪が生
じるカンチレバーの梁部に金属層／絶縁層／金属層（Ｍ
ＩＭ構造）あるいは金属層／絶縁層／半導体層（ＭＩＳ
構造）を積層した点に特徴がある。さらに、本発明で
は、ＭＩＭ構造またはＭＩＳ構造を有するカンチレバー
を走査プローブ顕微鏡のカンチレバーとして採用すると
共に、走査プローブの撓み量に応じて変化するＭＩＳ構
造の金属膜−高濃度半導体層間（またはＭＩＭ構造の第
１および第２の金属膜間）の電圧、電流および容量の少
なくとも一つを検出する検出手段と、検出結果に応じて
カンチレバーの撓み量を判定する判定手段と、前記判定
結果に基づいて、試料表面と探針との間隙を予定値に保
つための制御信号を発生する制御手段と、制御信号に基
づいて観察像信号を発生する手段と、制御信号に応答し
て探針を試料に対して相対的にＺ方向へ微動させるＺ方
向微動手段とを設けた点に特徴がある。
【０００７】図７、８は、それぞれＭＩＳ（またはＭＩ
Ｍ）構造の電流Ｉ−電圧Ｖ特性および電流Ｉ（または、
電圧Ｖ、容量Ｃ）−歪量特性を、ピエゾ抵抗体のそれと
比較して示した図であり、ＭＩＳ（またはＭＩＭ）構造
では、印加電圧を変化させた場合の電流変化率や、歪量
に対する電流Ｉ、電圧Ｖ、容量Ｃの変化率が、ピエゾ素
子の場合よりも著しく大きくなる。したがって、カンチ
レバーの撓み部分にＭＩＳ（またはＭＩＭ）構造を形成
して電流、電圧あるいは容量の変化量を検出すれば、歪
量の検出感度が向上し、ホイートストンブリッジ等の精
密なブリッジ回路を用いる事なく、カンチレバーの撓み
量を正確に測定できるようになる。
Ｍ）構造の電流Ｉ−電圧Ｖ特性および電流Ｉ（または、
電圧Ｖ、容量Ｃ）−歪量特性を、ピエゾ抵抗体のそれと
比較して示した図であり、ＭＩＳ（またはＭＩＭ）構造
では、印加電圧を変化させた場合の電流変化率や、歪量
に対する電流Ｉ、電圧Ｖ、容量Ｃの変化率が、ピエゾ素
子の場合よりも著しく大きくなる。したがって、カンチ
レバーの撓み部分にＭＩＳ（またはＭＩＭ）構造を形成
して電流、電圧あるいは容量の変化量を検出すれば、歪
量の検出感度が向上し、ホイートストンブリッジ等の精
密なブリッジ回路を用いる事なく、カンチレバーの撓み
量を正確に測定できるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態であるカ
ンチレバー型半導体歪センサの主要部の平面図であり、
図２は、図１のＡ−Ｂ線での断面図であり、図９は、支
持部を含むカンチレバー型半導体歪センサ全体の平面図
［同図(a) ］および側面図［同図(b) ］である。
細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態であるカ
ンチレバー型半導体歪センサの主要部の平面図であり、
図２は、図１のＡ−Ｂ線での断面図であり、図９は、支
持部を含むカンチレバー型半導体歪センサ全体の平面図
［同図(a) ］および側面図［同図(b) ］である。
【０００９】本実施形態のカンチレバー１００はＳｉ基
板１０によって構成され、その表面には、不純物が高濃
度でドーピングされた高濃度半導体層２０が形成されて
いる。また、高濃度半導体層２０の表面には、絶縁膜３
０としてのＳｉ3Ｎ4膜が形成され、さらに絶縁膜３０の
表面には、リード電極を兼ねた金属膜４０として、例え
ばＡｌ膜が形成されている。前記金属膜４０、絶縁膜３
０、および高濃度半導体層２０はＭＩＳ構造を構成して
いる。
板１０によって構成され、その表面には、不純物が高濃
度でドーピングされた高濃度半導体層２０が形成されて
いる。また、高濃度半導体層２０の表面には、絶縁膜３
０としてのＳｉ3Ｎ4膜が形成され、さらに絶縁膜３０の
表面には、リード電極を兼ねた金属膜４０として、例え
ばＡｌ膜が形成されている。前記金属膜４０、絶縁膜３
０、および高濃度半導体層２０はＭＩＳ構造を構成して
いる。
【００１０】カンチレバー１００の自由端１００ａには
ＡＦＭ用の探針５０が設けられ、固定端１０１ｂは、図
９に示したように支持部９０によって片持ち梁式に支持
されている。前記高濃度半導体層２０および金属膜４０
は電極９１を介して検出回路（図示せず）と電気的に接
続される。図３は、上記したＭＩＳ構造のカンチレバー
１００を走査プローブとして採用した走査型プローブ顕
微鏡の構成を示したブロック図である。３次元試料ステ
ージ５５上には試料５２が載置され、試料５２の上方に
は、上記した構成のカンチレバー１００の探針５０が対
向して配置されている。測定部７１は、カンチレバー１
００の梁部に形成されたＭＩＳ構造の高濃度半導体層２
０−金属膜４０間にバイアス電圧を印加すると共に、そ
の際に流れる電流値を検出する。電流値に関する検出結
果は電圧レベルに変換され、撓み量信号Ｓ１として比較
器７５の非反転入力端子（＋）に入力される。
ＡＦＭ用の探針５０が設けられ、固定端１０１ｂは、図
９に示したように支持部９０によって片持ち梁式に支持
されている。前記高濃度半導体層２０および金属膜４０
は電極９１を介して検出回路（図示せず）と電気的に接
続される。図３は、上記したＭＩＳ構造のカンチレバー
１００を走査プローブとして採用した走査型プローブ顕
微鏡の構成を示したブロック図である。３次元試料ステ
ージ５５上には試料５２が載置され、試料５２の上方に
は、上記した構成のカンチレバー１００の探針５０が対
向して配置されている。測定部７１は、カンチレバー１
００の梁部に形成されたＭＩＳ構造の高濃度半導体層２
０−金属膜４０間にバイアス電圧を印加すると共に、そ
の際に流れる電流値を検出する。電流値に関する検出結
果は電圧レベルに変換され、撓み量信号Ｓ１として比較
器７５の非反転入力端子（＋）に入力される。
【００１１】比較器７５の反転入力端子（−）には、例
えば撓み量が０の時に差動増幅器７５の出力が０になる
ように、カンチレバー１００の撓み量に関する基準値Ａ
が基準値発生部７９から入力されている。比較器７５か
ら出力される誤差信号Ｓ２は比例積分（ＰＩ）制御部７
６に入力され、誤差信号Ｓ２およびその積分値を合成し
た信号が、観察像信号を兼ねた制御信号Ｓ３としてアク
チュエータ駆動増幅器７０および観察像信号増幅器７７
に入力される。観察像信号増幅器７７は制御信号Ｓ３を
増幅し、これを観察像信号Ｓ５として画像表示装置（例
えば、ＣＲＴ）８０へ供給する。走査信号発生部７８
は、試料５２をＸＹ方向へ微動させるための微動信号を
アクチュエータ駆動増幅器７０へ供給する。
えば撓み量が０の時に差動増幅器７５の出力が０になる
ように、カンチレバー１００の撓み量に関する基準値Ａ
が基準値発生部７９から入力されている。比較器７５か
ら出力される誤差信号Ｓ２は比例積分（ＰＩ）制御部７
６に入力され、誤差信号Ｓ２およびその積分値を合成し
た信号が、観察像信号を兼ねた制御信号Ｓ３としてアク
チュエータ駆動増幅器７０および観察像信号増幅器７７
に入力される。観察像信号増幅器７７は制御信号Ｓ３を
増幅し、これを観察像信号Ｓ５として画像表示装置（例
えば、ＣＲＴ）８０へ供給する。走査信号発生部７８
は、試料５２をＸＹ方向へ微動させるための微動信号を
アクチュエータ駆動増幅器７０へ供給する。
【００１２】図４は、応力歪によってＭＩＳ構造のダイ
オード特性が変化する様子を示した図であり、同図(a)
は順バイアス時、同図(b) は逆バイアス時の特性を示し
ている。ＭＩＳ構造のダイオード特性は、応力歪が生じ
ると実線で示した関数関係から破線で示した関数関係へ
と変化する。すなわち、順バイアスでは、ＭＩＳ構造に
応力歪が生じると順方向電流の流れ始める印加電圧が低
下すると共に、印加電圧に対する順方向電流Ｉの割合が
増加する。また、逆バイアス時には、応力歪が生じると
ブレーク電圧が低下してリーク電流が増加する。
オード特性が変化する様子を示した図であり、同図(a)
は順バイアス時、同図(b) は逆バイアス時の特性を示し
ている。ＭＩＳ構造のダイオード特性は、応力歪が生じ
ると実線で示した関数関係から破線で示した関数関係へ
と変化する。すなわち、順バイアスでは、ＭＩＳ構造に
応力歪が生じると順方向電流の流れ始める印加電圧が低
下すると共に、印加電圧に対する順方向電流Ｉの割合が
増加する。また、逆バイアス時には、応力歪が生じると
ブレーク電圧が低下してリーク電流が増加する。
【００１３】したがって、測定部７１が例えば順方向に
バイアス電圧Ｖ１を印加するときに、基準値発生部７９
からは、バイアス電圧Ｖ１において応力歪みが生じてい
ない状態での順方向電流を代表する基準電圧レベルＡを
出力するようにすれば、比較器７５から出力される誤差
信号Ｓ２はカンチレバー１００の撓み量を代表する信号
となり、撓み量に応じたフィードバック制御が可能にな
る。 図５は、本発明の第２実施形態であるカンチレバ
ーの平面図であり、図６は図５のＡ−Ｂ線での断面図で
ある。各図において、前記と同一の符号は同一または同
等部分を表している。
バイアス電圧Ｖ１を印加するときに、基準値発生部７９
からは、バイアス電圧Ｖ１において応力歪みが生じてい
ない状態での順方向電流を代表する基準電圧レベルＡを
出力するようにすれば、比較器７５から出力される誤差
信号Ｓ２はカンチレバー１００の撓み量を代表する信号
となり、撓み量に応じたフィードバック制御が可能にな
る。 図５は、本発明の第２実施形態であるカンチレバ
ーの平面図であり、図６は図５のＡ−Ｂ線での断面図で
ある。各図において、前記と同一の符号は同一または同
等部分を表している。
【００１４】本実施形態のカンチレバー２００は、Ｕ字
状の片持ばりアーム部２００ａおよび支持部２００ｂに
よって構成され、アーム部２００ａの先端（自由端）２
００ｃにはＡＦＭ用の探針５０が設けられている。本実
施形態のカンチレバー２００はＳｉ基板１０によって構
成され、片持ばりアーム部２００ａの一方および他方の
梁部には、前記と同様に高濃度半導体層２０、絶縁膜３
０および金属膜４０からなるＭＩＳ構造が形成されてい
る。
状の片持ばりアーム部２００ａおよび支持部２００ｂに
よって構成され、アーム部２００ａの先端（自由端）２
００ｃにはＡＦＭ用の探針５０が設けられている。本実
施形態のカンチレバー２００はＳｉ基板１０によって構
成され、片持ばりアーム部２００ａの一方および他方の
梁部には、前記と同様に高濃度半導体層２０、絶縁膜３
０および金属膜４０からなるＭＩＳ構造が形成されてい
る。
【００１５】本実施形態でも、探針５０が試料表面で走
査されると、カンチレバー２００の片持ばりアーム部２
００ａは支持部２００ｂを支点として試料の表面形状に
応じて撓むため、アーム部２００ａの梁部に形成された
ＭＩＳ構造に応力歪が生じ、その部分でのダイオード特
性が変化する。このように、応力歪は支持部２００ｂの
端部に集中するので、ＭＩＳ構造は支持部２００ｂの端
部と重なる領域に形成することが望ましく、このような
配置によればダイオード特性の変化率も大きくなる。
また、本実施形態によれば、Ｕ字状アーム部２００の一
方の梁部の撓み量と他方の梁部の撓み量とを比較するこ
とによって、Ｚ軸方向に関する撓み量のみならず、捩じ
れ量も検出できるようになる。
査されると、カンチレバー２００の片持ばりアーム部２
００ａは支持部２００ｂを支点として試料の表面形状に
応じて撓むため、アーム部２００ａの梁部に形成された
ＭＩＳ構造に応力歪が生じ、その部分でのダイオード特
性が変化する。このように、応力歪は支持部２００ｂの
端部に集中するので、ＭＩＳ構造は支持部２００ｂの端
部と重なる領域に形成することが望ましく、このような
配置によればダイオード特性の変化率も大きくなる。
また、本実施形態によれば、Ｕ字状アーム部２００の一
方の梁部の撓み量と他方の梁部の撓み量とを比較するこ
とによって、Ｚ軸方向に関する撓み量のみならず、捩じ
れ量も検出できるようになる。
【００１６】なお、上記した実施形態では、ＭＩＳ構造
の金属／半導体間に定電圧を印加し、応力歪みによって
変化する電流に基づいて撓み量を求めるものとして説明
したが、この金属／半導体間に定電流を流し、応力歪み
によって変化する電圧に基づいて撓み量を求めても良い
し、あるいは金属／半導体間に蓄積される電荷の用量に
基づいて撓み量を求めても良い。
の金属／半導体間に定電圧を印加し、応力歪みによって
変化する電流に基づいて撓み量を求めるものとして説明
したが、この金属／半導体間に定電流を流し、応力歪み
によって変化する電圧に基づいて撓み量を求めても良い
し、あるいは金属／半導体間に蓄積される電荷の用量に
基づいて撓み量を求めても良い。
【００１７】さらに、上記した実施形態ではＭＩＳ構造
を例にして本発明を説明したが、ＭＩＭ構造も同様に適
用することができる。
を例にして本発明を説明したが、ＭＩＭ構造も同様に適
用することができる。
【００１８】
【発明の効果】上記したように、本発明では歪量に応じ
て電気的特性が敏感に変化するＭＩＳ構造あるいはＭＩ
Ｍ構造をカンチレバーの梁部に設け、カンチレバーの撓
み量を各構造部分での電気的特性の変化として検出でき
るようにしたので、カンチレバーの撓み量に対する感度
が向上するのみならず、後段に接続される検知回路の構
成を簡単化できるようになる。
て電気的特性が敏感に変化するＭＩＳ構造あるいはＭＩ
Ｍ構造をカンチレバーの梁部に設け、カンチレバーの撓
み量を各構造部分での電気的特性の変化として検出でき
るようにしたので、カンチレバーの撓み量に対する感度
が向上するのみならず、後段に接続される検知回路の構
成を簡単化できるようになる。
【図１】本発明の第１実施形態であるカンチレバーの平
面図である。
面図である。
【図２】図１のＡ−Ｂ線での断面図である。
【図３】本発明を適用した走査プローブ顕微鏡のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】ＭＩＳ、ＭＩＭのダイオード特性を示した図で
ある。
ある。
【図５】本発明の第２実施形態であるカンチレバーの平
面図である。
面図である。
【図６】図１のＡ−Ｂ線での断面図である。
【図７】ＭＩＭのＩ−Ｖ特性をピエゾ抵抗体と比較した
図である。
図である。
【図８】ＭＩＭのＩ−歪量特性をピエゾ抵抗体と比較し
た図である。
た図である。
【図９】カンチレバー型半導体歪センサの平面図および
側面図である。
側面図である。
１０ Ｓｉ基板 ２０ 高濃度半導体層 ３０ 絶縁膜 ４０ 金属膜 ５０ 探針 １００ カンチレバー
Claims (5)
- 【請求項１】 自由端および固定端を有するカンチレバ
ーと、 前記自由端の変位によって応力歪が生じるカンチレバー
梁部に形成された高濃度半導体層と、 前記高濃度半導
体層の表面に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜の表面に形成された金属膜とを具備したこと
を特徴とする半導体歪センサ。 - 【請求項２】 前記カンチレバーは半導体であり、前記
高濃度半導体層は前記カンチレバーの表面に不純物を高
濃度にドーピングして形成されたことを特徴とする請求
項１に記載の半導体歪センサ。 - 【請求項３】 自由端および固定端を有するカンチレバ
ーと、 前記自由端の変位によって応力歪が生じるカンチレバー
梁部に形成された第１の金属膜と、 前記第１の金属膜
の表面に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜の表面に形成された第２の金属膜とを具備し
たことを特徴とする半導体歪センサ。 - 【請求項４】 試料表面に探針を近接させ、両者の間隙
が予定値に保たれるように、探針および試料の少なくと
も一方をＺ方向へ微動させながら、探針を試料表面でＸ
Ｙ方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡において、 前記請求項１または２に記載の半導体歪センサの自由端
に探針を設けて構成された走査プローブと、 前記走査プローブの撓み量に応じて変化する前記金属膜
−高濃度半導体層間の電圧、電流および容量の少なくと
も一つを検出する検出手段と、 前記検出結果に応じてカンチレバーの撓み量を判定する
判定手段と、 前記判定結果に基づいて、試料表面と探針との間隙を予
定値に保つための制御信号を発生する制御手段と、 前記制御信号に基づいて観察像信号を発生する手段と、 前記制御信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
Ｚ方向へ微動させるＺ方向微動手段とを具備したことを
特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項５】 試料表面に探針を近接させ、両者の間隙
が予定値に保たれるように、探針および試料の少なくと
も一方をＺ方向へ微動させながら、探針を試料表面でＸ
Ｙ方向に走査させる走査型プローブ顕微鏡において、 前記請求項３に記載の半導体歪センサの自由端に探針を
設けて構成された走査プローブと、 前記走査プローブ
の撓み量に応じて変化する前記第１および第２金属膜間
の電圧、電流および容量の少なくとも一つを検出する検
出手段と、 前記検出結果に応じてカンチレバーの撓み量を判定する
判定手段と、 前記判定結果に基づいて、試料表面と探針との間隙を予
定値に保つための制御信号を発生する制御手段と、 前記制御信号に基づいて観察像信号を発生する手段と、 前記制御信号に応答して、探針を試料に対して相対的に
Ｚ方向へ微動させるＺ方向微動手段とを具備したことを
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 |
|---|---|---|---|
| JP9092637A JPH10282129A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 半導体歪センサおよびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9092637A JPH10282129A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 半導体歪センサおよびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10282129A true JPH10282129A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=14059971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9092637A Pending JPH10282129A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 半導体歪センサおよびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10282129A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006123239A1 (en) * | 2005-05-19 | 2006-11-23 | University Of Basel | Displacement sensor, its use, and method for making such a sensor |
| JP2007532923A (ja) * | 2004-04-15 | 2007-11-15 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | マイクロメカニクスおよびナノメカニクス装置の金属薄膜ピエゾ抵抗変換および自己感知式ｓｐｍプローブへの応用 |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP9092637A patent/JPH10282129A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007532923A (ja) * | 2004-04-15 | 2007-11-15 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | マイクロメカニクスおよびナノメカニクス装置の金属薄膜ピエゾ抵抗変換および自己感知式ｓｐｍプローブへの応用 |
| WO2006123239A1 (en) * | 2005-05-19 | 2006-11-23 | University Of Basel | Displacement sensor, its use, and method for making such a sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5386720A (en) | Integrated AFM sensor | |
| EP0619872B1 (en) | Piezoresistive cantilever for atomic force microscopy | |
| US5210410A (en) | Scanning probe microscope having scan correction | |
| US7041963B2 (en) | Height calibration of scanning probe microscope actuators | |
| EP0599582B1 (en) | Scanning apparatus linearization and calibration system | |
| JP2000065718A (ja) | 走査型プロ―ブ顕微鏡（ｓｐｍ）プロ―ブ及びｓｐｍ装置 | |
| US6211540B1 (en) | Semiconductor strain sensor and scanning probe microscope using the semiconductor strain sensor | |
| JP5164743B2 (ja) | カンチレバー、カンチレバーシステム及びプローブ顕微鏡並びに吸着質量センサ | |
| US6388252B1 (en) | Self-detecting type of SPM probe and SPM device | |
| US5092163A (en) | Precision small scale force sensor | |
| EP0802394B1 (en) | Semiconductor distortion sensors with pn junction, scanning probe microscope | |
| JPH09304409A (ja) | 力変位センサ付カンチレバー | |
| JP3270141B2 (ja) | 力検出装置 | |
| JPH10282129A (ja) | 半導体歪センサおよびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP3768639B2 (ja) | カンチレバー型プローブ及び該プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH11326350A (ja) | カンチレバー型プローブ、それによって構成したマルチ化プローブおよび走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP2001108605A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法、並びに走査型プローブ顕微鏡及び表面電荷測定顕微鏡 | |
| JP4185089B2 (ja) | 自己検知型ｓｐｍプローブ | |
| JPH06258072A (ja) | 圧電体薄膜評価装置、原子間力顕微鏡 | |
| JP3433782B2 (ja) | 走査プローブ顕微鏡およびその半導体歪センサならびにその製造方法 | |
| EP0905475A1 (en) | Semiconductor strain sensor, method of manufacturing the sensor, and scanning probe microscope | |
| JP3188022B2 (ja) | 集積型ａｆｍセンサー駆動回路 | |
| JP3114902B2 (ja) | 走査型トンネル顕微鏡を用いた高分解能・高精度測定装置 | |
| JPH07325092A (ja) | 集積型ｓｐｍセンサーおよびその温度測定回路 | |
| JP2024520387A (ja) | クリープ補正を備えるａｆｍイメージング |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20031224 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040302 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040413 |