JPH10282130A - プローブとそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
プローブとそれを用いた走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH10282130A JPH10282130A JP9099665A JP9966597A JPH10282130A JP H10282130 A JPH10282130 A JP H10282130A JP 9099665 A JP9099665 A JP 9099665A JP 9966597 A JP9966597 A JP 9966597A JP H10282130 A JPH10282130 A JP H10282130A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/04—Self-detecting probes, i.e. wherein the probe itself generates a signal representative of its position, e.g. piezoelectric gauge
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/873—Tip holder
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、たわみ変位を正確に計測でき、検出
感度か高く、小型化が可能なプローブと、それを用いた
走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的としてい
る。 【解決手段】本発明のプローブは、支持ブロックに設け
られた２つの梁によって、回転可能に支持されている薄
膜平板を有するプローブであって、該梁に設けられたピ
エゾ抵抗体と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための
電気的接続を行う電極を備え、前記ピエゾ抵抗体の抵抗
が前記梁のねじり回転に応じて変化するように構成され
ていることを特徴とするものであり、本発明の走査型プ
ローブ顕微鏡は、上記した本発明のプローブを用いて構
成したことを特徴とするものである。
感度か高く、小型化が可能なプローブと、それを用いた
走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的としてい
る。 【解決手段】本発明のプローブは、支持ブロックに設け
られた２つの梁によって、回転可能に支持されている薄
膜平板を有するプローブであって、該梁に設けられたピ
エゾ抵抗体と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための
電気的接続を行う電極を備え、前記ピエゾ抵抗体の抵抗
が前記梁のねじり回転に応じて変化するように構成され
ていることを特徴とするものであり、本発明の走査型プ
ローブ顕微鏡は、上記した本発明のプローブを用いて構
成したことを特徴とするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プローブとそれを
用いた走査型プローブ顕微鏡に関する。
用いた走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、導体の表面原子の電子構造を直接
観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下、「ＳＴＭ」と
いう）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，５７（１９８
３））単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解能で
測定ができるようになって以来、走査型プローブ顕微鏡
（以下、「ＳＰＭ」という）が材料の微細構造評価の分
野でさかんに研究されるようになってきた。ＳＰＭとし
ては、微小探針を有するプローブを評価する試料に近接
させることにより得られるトンネル電流、原子間力、磁
気力、光等を用いて表面の構造を検出する走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気
力顕微鏡（ＭＦＭ）、近視野光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）等
がある。これらＳＰＭの中でＡＦＭは、薄膜の片持ち梁
（薄膜カンチレバー）と該薄膜カンチレバーの先端につ
けた探針からなるプローブを用いて、探針と物質の表面
に働く斥力、引力による薄膜カンチレバーの変位を検知
し物質表面の形状を測定する。このために、導体、絶縁
体を問わず試料の表面形状観察手段として研究が進めら
れており、その応用範囲も広い。
観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下、「ＳＴＭ」と
いう）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，５７（１９８
３））単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解能で
測定ができるようになって以来、走査型プローブ顕微鏡
（以下、「ＳＰＭ」という）が材料の微細構造評価の分
野でさかんに研究されるようになってきた。ＳＰＭとし
ては、微小探針を有するプローブを評価する試料に近接
させることにより得られるトンネル電流、原子間力、磁
気力、光等を用いて表面の構造を検出する走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気
力顕微鏡（ＭＦＭ）、近視野光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）等
がある。これらＳＰＭの中でＡＦＭは、薄膜の片持ち梁
（薄膜カンチレバー）と該薄膜カンチレバーの先端につ
けた探針からなるプローブを用いて、探針と物質の表面
に働く斥力、引力による薄膜カンチレバーの変位を検知
し物質表面の形状を測定する。このために、導体、絶縁
体を問わず試料の表面形状観察手段として研究が進めら
れており、その応用範囲も広い。
【０００３】もっとも一般的なＡＦＭの検出方法は、試
料から受ける力による薄膜カンチレバーの変位を光路の
変化とし２分割ポジション・センシティブ・ディテクタ
（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃ
ｔｏｒ：ＰＳＤ）により検出する光テコ方式である。薄
膜カンチレバーを用いるプローブでは、薄膜カンチレバ
ーと試料との間は、垂直な方向の力のみならず、水平な
方向の力（摩擦力）も同時に受け、２分割ＰＳＤの検出
信号からでは正確な試料表面の３次元形状観察を行うこ
とができない。このために光テコ方式では、この２分割
ＰＳＤを４分割ＰＳＤに変更し、カンチレバーの変位を
試料面と垂直な方向の力による変位（たわみ変位）と平
行な方法の力による変位（ねじり変位）に分離して観察
し、たわみ変位の検出信号にて高精度に試料表面の３次
元形状観察を行っている。試料面と垂直な方向の力によ
るプローブの変位を検出する方法として、プローブの形
状を、薄膜カンチレバーから、２つのねじり梁（トーシ
ョンバー）により回転支持される薄膜平板部からなるト
ーション型プローブに変更する方法がある。トーション
型プローブでは、変位方向がトーションバーのねじり回
転が主たる変位方向となる為、基本的にねじり変位の影
響を受けにくい構造となっている。
料から受ける力による薄膜カンチレバーの変位を光路の
変化とし２分割ポジション・センシティブ・ディテクタ
（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃ
ｔｏｒ：ＰＳＤ）により検出する光テコ方式である。薄
膜カンチレバーを用いるプローブでは、薄膜カンチレバ
ーと試料との間は、垂直な方向の力のみならず、水平な
方向の力（摩擦力）も同時に受け、２分割ＰＳＤの検出
信号からでは正確な試料表面の３次元形状観察を行うこ
とができない。このために光テコ方式では、この２分割
ＰＳＤを４分割ＰＳＤに変更し、カンチレバーの変位を
試料面と垂直な方向の力による変位（たわみ変位）と平
行な方法の力による変位（ねじり変位）に分離して観察
し、たわみ変位の検出信号にて高精度に試料表面の３次
元形状観察を行っている。試料面と垂直な方向の力によ
るプローブの変位を検出する方法として、プローブの形
状を、薄膜カンチレバーから、２つのねじり梁（トーシ
ョンバー）により回転支持される薄膜平板部からなるト
ーション型プローブに変更する方法がある。トーション
型プローブでは、変位方向がトーションバーのねじり回
転が主たる変位方向となる為、基本的にねじり変位の影
響を受けにくい構造となっている。
【０００４】他の変位検出方法としては、レバーと電極
との間の電気容量を検出することによりレバーのたわみ
を測定する方法がある（Ｊ．Ｂｒｕｇｇｅｒ，ｅｔ ａ
ｔ．，“Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ＡＦＭ ｍｉｃｒｏ
ｌｅｖｅｒ ｗｉｔｈ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｉｎｔｅｇ
ｒａｔｅｄ ｓｅｎｓｏｒ／ａｃｔｕａｔｏｒ ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎｓ”，Ｔｈｅ ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−
Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏ
ｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’９３），ｐ１０４４
（１９９３））。容量検出方法はレバー形状を選ばず、
トーション型プローブの変位を検出することも可能であ
り（Ｊ．Ｂａｙ，ｅｔ ａｌ．，“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈ
ｉｎｅｄＡＦＭ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｗｉｔｈ ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｒｅ
ａｄ−ｏｕｔ”，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒ
ｏｅｎｇ．，５（１９９５）ｐｐ１６１−１６５）、光
テコ方式における光源、光路、ポジション・センシティ
ブ・ディテクタ等の光学系がいらなくなり、光軸あわせ
や試料サイズから生じる空間的制約を回避できる。ま
た、マイクロマシーニングにて作製できるために、半導
体集積回路プロセスとの適合性も良く、ワン・チップ上
に複数の変位検出センサを集積することも可能となる。
但し、この方法にて十分な検出感度を得るには、レバー
と検出用電極間の距離を極力狭くし、電極面積を大きく
する必要があり、さらに、レバー及び検出回路の寄生容
量を極力低減していくことが必要である。一般的に、外
乱振動ノイズヘの応答を抑え、走査速度を早くするには
レバー共振周波数は高い程好ましい。しかしながら、レ
バー及び検出用電極面積を大きくすることは、レバーの
共振周波数を低く抑えることとなり、変位検出方式では
検出感度、ＳＮ比共に小型化は不利となる。容量検出方
式と同様に、空間的制約を回避できる方式として、ピエ
ゾ抵抗体を薄膜カンチレバーに形成し薄膜カンチレバー
の変位を直接ピエゾ抵抗体の抵抗変化として読み出すピ
エゾ抵抗方式があり、これを利用したピエゾ抵抗ＡＦＭ
が提案されている（Ｍ．Ｔｏｒｔｏｎｅｓｅ ｅｔ ａ
ｌ．，“Ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ
ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ”，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’
９１，ｐｐ４４８−４５１（１９９１））。ピエゾ抵抗
ＡＦＭは検出感度が高く、オングストローム・オーダー
の分解能を得ることが可能である。
との間の電気容量を検出することによりレバーのたわみ
を測定する方法がある（Ｊ．Ｂｒｕｇｇｅｒ，ｅｔ ａ
ｔ．，“Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ＡＦＭ ｍｉｃｒｏ
ｌｅｖｅｒ ｗｉｔｈ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｉｎｔｅｇ
ｒａｔｅｄ ｓｅｎｓｏｒ／ａｃｔｕａｔｏｒ ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎｓ”，Ｔｈｅ ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−
Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏ
ｒｓ（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’９３），ｐ１０４４
（１９９３））。容量検出方法はレバー形状を選ばず、
トーション型プローブの変位を検出することも可能であ
り（Ｊ．Ｂａｙ，ｅｔ ａｌ．，“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈ
ｉｎｅｄＡＦＭ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｗｉｔｈ ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｒｅ
ａｄ−ｏｕｔ”，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒ
ｏｅｎｇ．，５（１９９５）ｐｐ１６１−１６５）、光
テコ方式における光源、光路、ポジション・センシティ
ブ・ディテクタ等の光学系がいらなくなり、光軸あわせ
や試料サイズから生じる空間的制約を回避できる。ま
た、マイクロマシーニングにて作製できるために、半導
体集積回路プロセスとの適合性も良く、ワン・チップ上
に複数の変位検出センサを集積することも可能となる。
但し、この方法にて十分な検出感度を得るには、レバー
と検出用電極間の距離を極力狭くし、電極面積を大きく
する必要があり、さらに、レバー及び検出回路の寄生容
量を極力低減していくことが必要である。一般的に、外
乱振動ノイズヘの応答を抑え、走査速度を早くするには
レバー共振周波数は高い程好ましい。しかしながら、レ
バー及び検出用電極面積を大きくすることは、レバーの
共振周波数を低く抑えることとなり、変位検出方式では
検出感度、ＳＮ比共に小型化は不利となる。容量検出方
式と同様に、空間的制約を回避できる方式として、ピエ
ゾ抵抗体を薄膜カンチレバーに形成し薄膜カンチレバー
の変位を直接ピエゾ抵抗体の抵抗変化として読み出すピ
エゾ抵抗方式があり、これを利用したピエゾ抵抗ＡＦＭ
が提案されている（Ｍ．Ｔｏｒｔｏｎｅｓｅ ｅｔ ａ
ｌ．，“Ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ
ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ”，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’
９１，ｐｐ４４８−４５１（１９９１））。ピエゾ抵抗
ＡＦＭは検出感度が高く、オングストローム・オーダー
の分解能を得ることが可能である。
【０００５】ピエゾ抵抗ＡＦＭに用いるピエゾ抵抗カン
チレバーの作製方法を図１０を用いて以下に説明する。
スタート材料として、シリコンウエハ５０２上に二酸化
シリコンの分離層５０３を介してシリコン層５０４が設
けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）ウエハを用意し（図１０（ａ））、ＳＯＩの裏
面に二酸化シリコン膜５０５を形成する。次にシリコン
層の表面にイオン注入法によりボロンを注入しピエゾ抵
抗層５０６を形成し、フォトリソグラフィプロセスとエ
ッチングによりシリコン層をカンチレバー５２０形状に
パターニングし、裏面の二酸化シリコン膜５０５につい
てもパターニングし開口部５０７を形成する。この後、
カンチレバー表面に二酸化シリコン薄膜５０８を形成
し、さらにコンタクトホール５０９を形成し、ピエゾ抵
抗層の抵抗変化を検出する為のＡｌ電極５１０を形成す
る（図１０（ｂ））。ウエハの表面にポリイミド層をス
ピン塗布し硬化させた後にウエハ裏面の開口部からＥＤ
Ｐ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ，ｄｉａｍｉｎｅ，ｐｙｒｏｃａ
ｔｈｅｃｏｌ）水溶液を用いて結晶異方性エッチングを
行い、支持部材５１１を形成し、最後に裏面より分離層
５０３を除去し、ポリイミド層を除去して（図１０
（ｃ））、図１１に示す上面図となるピエゾ抵抗カンチ
レバーを作製する。ピエゾ抵抗カンチレバーは、図に示
したように半導体集積回路プロセスにより作製できるた
め作製再現性に優れており、これによりワン・チップ上
に複数の変位検出センサを集積したカンチレバーを提供
することが可能となる。また、ピエゾ抵抗方式は、容量
検出方式に比べて、カンチレバーの小型化に対する制約
が小さく、１０ｋＨｚ以上の共振周波数を有するカンチ
レバーにて光テコ方式と同様の検出感度を得ることも可
能である。
チレバーの作製方法を図１０を用いて以下に説明する。
スタート材料として、シリコンウエハ５０２上に二酸化
シリコンの分離層５０３を介してシリコン層５０４が設
けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）ウエハを用意し（図１０（ａ））、ＳＯＩの裏
面に二酸化シリコン膜５０５を形成する。次にシリコン
層の表面にイオン注入法によりボロンを注入しピエゾ抵
抗層５０６を形成し、フォトリソグラフィプロセスとエ
ッチングによりシリコン層をカンチレバー５２０形状に
パターニングし、裏面の二酸化シリコン膜５０５につい
てもパターニングし開口部５０７を形成する。この後、
カンチレバー表面に二酸化シリコン薄膜５０８を形成
し、さらにコンタクトホール５０９を形成し、ピエゾ抵
抗層の抵抗変化を検出する為のＡｌ電極５１０を形成す
る（図１０（ｂ））。ウエハの表面にポリイミド層をス
ピン塗布し硬化させた後にウエハ裏面の開口部からＥＤ
Ｐ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ，ｄｉａｍｉｎｅ，ｐｙｒｏｃａ
ｔｈｅｃｏｌ）水溶液を用いて結晶異方性エッチングを
行い、支持部材５１１を形成し、最後に裏面より分離層
５０３を除去し、ポリイミド層を除去して（図１０
（ｃ））、図１１に示す上面図となるピエゾ抵抗カンチ
レバーを作製する。ピエゾ抵抗カンチレバーは、図に示
したように半導体集積回路プロセスにより作製できるた
め作製再現性に優れており、これによりワン・チップ上
に複数の変位検出センサを集積したカンチレバーを提供
することが可能となる。また、ピエゾ抵抗方式は、容量
検出方式に比べて、カンチレバーの小型化に対する制約
が小さく、１０ｋＨｚ以上の共振周波数を有するカンチ
レバーにて光テコ方式と同様の検出感度を得ることも可
能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ピエゾ抵抗ＡＦＭでは薄膜カンチレバーを用いているた
めに、カンチレバーにて試料表面を走査し表面観察を行
った場合、検出するピエゾ抵抗の抵抗変化の信号にカン
チレバーのたわみ変位とねじり変位の抵抗変化が重畳さ
れてくることになる。すなはち、ピエゾ抵抗カンチレバ
ーではたわみ変位とねじり変位を分離して測定すること
ができず、試料表面の正確な形状を得ることができない
という問題点がある。
ピエゾ抵抗ＡＦＭでは薄膜カンチレバーを用いているた
めに、カンチレバーにて試料表面を走査し表面観察を行
った場合、検出するピエゾ抵抗の抵抗変化の信号にカン
チレバーのたわみ変位とねじり変位の抵抗変化が重畳さ
れてくることになる。すなはち、ピエゾ抵抗カンチレバ
ーではたわみ変位とねじり変位を分離して測定すること
ができず、試料表面の正確な形状を得ることができない
という問題点がある。
【０００７】そこで本発明は、上記した従来のピエゾ抵
抗ＡＦＭの課題を解決し、たわみ変位を正確に計測で
き、検出感度が高く、小型化が可能なプローブと、それ
を用いた走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的と
するものである。
抗ＡＦＭの課題を解決し、たわみ変位を正確に計測で
き、検出感度が高く、小型化が可能なプローブと、それ
を用いた走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的と
するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、プローブと、それを用いた走査型プローブ
顕微鏡を、つぎの（１）〜（１２）のように構成したこ
とを特徴とするものである 。 （１）本発明のプローブは、支持ブロックに設けられた
２つの梁（トーションバー）によって、回転可能に支持
されている薄膜平板を有するプローブ、いわゆるトーシ
ョン型プローブであって、該梁に設けられたピエゾ抵抗
体と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接
続を行う電極を備え、前記ピエゾ抵抗体の抵抗が前記梁
のねじり回転に応じて変化するように構成されているこ
とを特徴としている。 （２）また、本発明のプローブは、前記ピエゾ抵抗体
が、前記梁の表面に形成されていることを特徴としてい
る。 （３）また、本発明のプローブは、前記ピエゾ抵抗体
が、前記梁の幅外周に形成されていることを特徴として
いる。 （４）また、本発明のプローブは、前記ピエゾ抵抗体
が、前記梁の膜厚方向に渡り一様に埋め込まれているこ
とを特徴としている。 （５）また、本発明のプローブは、前記梁の膜厚が、前
記薄膜平板に比して薄いことを特徴としている。 （６）また、本発明のプローブは、前記支持ブロック
が、前記梁を支持する薄膜支持部を有することを特徴と
している。 （７）また、本発明のプローブは、前記梁の膜厚が、前
記薄膜支持部に比して薄いことを特徴としている。 （８）また、本発明のプローブは、前記薄膜平板の自由
端に、微小探針が形成されていることを特徴としてい
る。 （９）また、本発明のプローブは、前記微小探針が、導
電性材料よりなることを特徴としている。 （１０）また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、プロ
ーブを備え、走査手段により該プローブと試料支持機構
を相対的に走査する走査型プローブ顕微鏡であって、本
発明の上記（１）〜（８）のいずれかのプローブにより
構成され、検出手段によって前記走査手段の走査により
発生するピエゾ抵抗体の抵抗変化に相当する信号を検出
することを特徴としている。 （１１）また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、プロ
ーブと、該プローブに形成された探針と試料との距離を
調節する手段と、該探針と該試料間に電圧を印加する手
段と、該探針と該試料間に流れる電流を検出する手段と
を備えた走査型プローブ顕微鏡であって、前記プローブ
が本発明の上記（９）のプローブにより構成され、検出
手段によって前記ピエゾ抵抗体の抵抗変化に相当する信
号を検出することを特徴としている。
決するため、プローブと、それを用いた走査型プローブ
顕微鏡を、つぎの（１）〜（１２）のように構成したこ
とを特徴とするものである 。 （１）本発明のプローブは、支持ブロックに設けられた
２つの梁（トーションバー）によって、回転可能に支持
されている薄膜平板を有するプローブ、いわゆるトーシ
ョン型プローブであって、該梁に設けられたピエゾ抵抗
体と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接
続を行う電極を備え、前記ピエゾ抵抗体の抵抗が前記梁
のねじり回転に応じて変化するように構成されているこ
とを特徴としている。 （２）また、本発明のプローブは、前記ピエゾ抵抗体
が、前記梁の表面に形成されていることを特徴としてい
る。 （３）また、本発明のプローブは、前記ピエゾ抵抗体
が、前記梁の幅外周に形成されていることを特徴として
いる。 （４）また、本発明のプローブは、前記ピエゾ抵抗体
が、前記梁の膜厚方向に渡り一様に埋め込まれているこ
とを特徴としている。 （５）また、本発明のプローブは、前記梁の膜厚が、前
記薄膜平板に比して薄いことを特徴としている。 （６）また、本発明のプローブは、前記支持ブロック
が、前記梁を支持する薄膜支持部を有することを特徴と
している。 （７）また、本発明のプローブは、前記梁の膜厚が、前
記薄膜支持部に比して薄いことを特徴としている。 （８）また、本発明のプローブは、前記薄膜平板の自由
端に、微小探針が形成されていることを特徴としてい
る。 （９）また、本発明のプローブは、前記微小探針が、導
電性材料よりなることを特徴としている。 （１０）また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、プロ
ーブを備え、走査手段により該プローブと試料支持機構
を相対的に走査する走査型プローブ顕微鏡であって、本
発明の上記（１）〜（８）のいずれかのプローブにより
構成され、検出手段によって前記走査手段の走査により
発生するピエゾ抵抗体の抵抗変化に相当する信号を検出
することを特徴としている。 （１１）また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、プロ
ーブと、該プローブに形成された探針と試料との距離を
調節する手段と、該探針と該試料間に電圧を印加する手
段と、該探針と該試料間に流れる電流を検出する手段と
を備えた走査型プローブ顕微鏡であって、前記プローブ
が本発明の上記（９）のプローブにより構成され、検出
手段によって前記ピエゾ抵抗体の抵抗変化に相当する信
号を検出することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、上記のように構成され
ているため、梁部がねじり回転した際、ピエゾ抵抗体の
抵抗値の変化を検出することで梁のねじり変位を検出
し、これにより薄膜平板の上下変位を計測することがで
きる。本発明においては、薄膜平板を支持ブロックに設
けられた２つの梁（トーションバー）によって、回転可
能に支持してなるトーション型プローブとすることによ
って、トーションバーのねじり回転が主たる変位方向と
なり、上記プローブにより試料表面を走査する際に問題
となるカンチレバーで発生したねじり変位による影響を
受けにくくすることができ、試料面と垂直な方向の力を
正確に検出することが可能となる。また、ピエゾ抵抗に
て変位を検出するために、小型化に有利なプローブを得
ることができる。また、ピエゾ抵抗体をトーションバー
の表面に形成することにより、ピエゾ抵抗体をねじり回
転軸から離れた位置に形成して、トーションバーのねじ
り変位によるピエゾ抵抗体の抵抗変化を検出することが
可能となる。また、ピエゾ抵抗の抵抗変化を、ねじりに
対してより有効に利用するためには、ピエゾ抵抗体はね
じり回転軸から離れている程好ましい。このため、ピエ
ゾ抵抗体はトーションバーの幅外周の側壁近傍に形成さ
れていることが好ましく、これにより検出感度をあげる
ことが可能となる。さらに、この場合にピエゾ抵抗体を
トーションバーの膜厚方向に一様に埋め込み、略均一と
なる抵抗率を有するように形成することにより、過度な
力でプローブを試料に押し当てた際に生じるトーション
バーの撓みによる抵抗変化を無視できるようになる。ま
た、上記トーションバーを支持するために、支持ブロッ
クに薄膜支持部を設けることにより、薄膜平板とトーシ
ョンバーを支持ブロック端面から支持ブロックと平行に
梁状に突出させることができる。また、本発明において
は、上記プローブを用いて試料表面の正確な形状を得る
ことの可能な走査型プローブ顕微鏡を構成することがで
き、また、探針と試料の間に電圧を印加する手段と、探
針と試料の間に流れる電流を検出する手段とを備えた構
成を採ることにより、試料表面の形状測定と共に試料の
導電性を検出することが可能な走査型プローブ顕微鏡の
一つであるＡＦＭ／ＳＴＭ（ａｎ ａｔｏｍｉｃ ｆｏ
ｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗ
ｉｔｈ ａｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を実現することが可能となる。
ているため、梁部がねじり回転した際、ピエゾ抵抗体の
抵抗値の変化を検出することで梁のねじり変位を検出
し、これにより薄膜平板の上下変位を計測することがで
きる。本発明においては、薄膜平板を支持ブロックに設
けられた２つの梁（トーションバー）によって、回転可
能に支持してなるトーション型プローブとすることによ
って、トーションバーのねじり回転が主たる変位方向と
なり、上記プローブにより試料表面を走査する際に問題
となるカンチレバーで発生したねじり変位による影響を
受けにくくすることができ、試料面と垂直な方向の力を
正確に検出することが可能となる。また、ピエゾ抵抗に
て変位を検出するために、小型化に有利なプローブを得
ることができる。また、ピエゾ抵抗体をトーションバー
の表面に形成することにより、ピエゾ抵抗体をねじり回
転軸から離れた位置に形成して、トーションバーのねじ
り変位によるピエゾ抵抗体の抵抗変化を検出することが
可能となる。また、ピエゾ抵抗の抵抗変化を、ねじりに
対してより有効に利用するためには、ピエゾ抵抗体はね
じり回転軸から離れている程好ましい。このため、ピエ
ゾ抵抗体はトーションバーの幅外周の側壁近傍に形成さ
れていることが好ましく、これにより検出感度をあげる
ことが可能となる。さらに、この場合にピエゾ抵抗体を
トーションバーの膜厚方向に一様に埋め込み、略均一と
なる抵抗率を有するように形成することにより、過度な
力でプローブを試料に押し当てた際に生じるトーション
バーの撓みによる抵抗変化を無視できるようになる。ま
た、上記トーションバーを支持するために、支持ブロッ
クに薄膜支持部を設けることにより、薄膜平板とトーシ
ョンバーを支持ブロック端面から支持ブロックと平行に
梁状に突出させることができる。また、本発明において
は、上記プローブを用いて試料表面の正確な形状を得る
ことの可能な走査型プローブ顕微鏡を構成することがで
き、また、探針と試料の間に電圧を印加する手段と、探
針と試料の間に流れる電流を検出する手段とを備えた構
成を採ることにより、試料表面の形状測定と共に試料の
導電性を検出することが可能な走査型プローブ顕微鏡の
一つであるＡＦＭ／ＳＴＭ（ａｎ ａｔｏｍｉｃ ｆｏ
ｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗ
ｉｔｈ ａｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を実現することが可能となる。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］図１に、本発明の実施例１におけるプロー
ブの上面図、及びＡ−Ａ断面図を示す。
ブの上面図、及びＡ−Ａ断面図を示す。
【００１１】本実施例のプローブは、図１に示すとお
り、薄膜平板１と、薄膜平板を支持するトーションバー
２と、支持ブロック３と支持ブロックに設けた薄膜支持
部４と、トーションバーに設けたピエゾ抵抗体５と、該
ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接続を行う
電極６とからなる。支持ブロック及び薄膜支持部は電極
と絶縁層７により電気的に絶縁されている。ピエゾ抵抗
体はトーションバー表面近傍に一様に埋め込み形成され
ており、ピエゾ抵抗体は薄膜平板のねじり回転軸に対し
て対称となる配置で形成されている。図中ピエゾ抵抗体
は薄膜平板の一部にも形成されているが、ねじり変位は
トーションバー部のみにて生じる。薄膜平板の先端には
探針８が設けられており、試料表面をプローブを用いて
走査すると、探針と試料間に垂直な方向の力と水平な方
向の力（摩擦力）を同時に受けるが、本発明のプローブ
は、プローブの形状を２つのトーションバーにより回転
支持される薄膜平板とすることで、プローブの変位方向
をトーションバーのねじり回転方向のみに限定できる。
これにより、変位検出信号から高精度に試料表面の３次
元形状の観察が可能となる。
り、薄膜平板１と、薄膜平板を支持するトーションバー
２と、支持ブロック３と支持ブロックに設けた薄膜支持
部４と、トーションバーに設けたピエゾ抵抗体５と、該
ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接続を行う
電極６とからなる。支持ブロック及び薄膜支持部は電極
と絶縁層７により電気的に絶縁されている。ピエゾ抵抗
体はトーションバー表面近傍に一様に埋め込み形成され
ており、ピエゾ抵抗体は薄膜平板のねじり回転軸に対し
て対称となる配置で形成されている。図中ピエゾ抵抗体
は薄膜平板の一部にも形成されているが、ねじり変位は
トーションバー部のみにて生じる。薄膜平板の先端には
探針８が設けられており、試料表面をプローブを用いて
走査すると、探針と試料間に垂直な方向の力と水平な方
向の力（摩擦力）を同時に受けるが、本発明のプローブ
は、プローブの形状を２つのトーションバーにより回転
支持される薄膜平板とすることで、プローブの変位方向
をトーションバーのねじり回転方向のみに限定できる。
これにより、変位検出信号から高精度に試料表面の３次
元形状の観察が可能となる。
【００１２】以下に、本発明のねじり変位検出の原理を
図２を用いて説明する。トーションバーがねじり変位を
すると（点線にて、ねじり変位前のトーションバーの位
置を示す）、ねじり回転軸を中心に卜ーションバーがね
じられ、応力が発生する。応力はねじり回転軸から遠ざ
かるに従い大きくなる（図２中、模式的に矢印の長さに
てこれを示す）。この応力の大きさに従い、トーション
バーに歪みが生じ、回転軸から離れるに従い歪み量は大
きくなる。ピエゾ抵抗体はこの歪みにより抵抗値を変化
させ、その変化量を測定することによりトーションバー
のねじり変位を測定することが可能となる。上述したよ
うに、歪みは回転軸から離れるに従い大きくなるため、
ピエゾ抵抗体をトーションバーの表面に形成することに
より、ねじり変位を抵抗値の変化として検出できるよう
になる。
図２を用いて説明する。トーションバーがねじり変位を
すると（点線にて、ねじり変位前のトーションバーの位
置を示す）、ねじり回転軸を中心に卜ーションバーがね
じられ、応力が発生する。応力はねじり回転軸から遠ざ
かるに従い大きくなる（図２中、模式的に矢印の長さに
てこれを示す）。この応力の大きさに従い、トーション
バーに歪みが生じ、回転軸から離れるに従い歪み量は大
きくなる。ピエゾ抵抗体はこの歪みにより抵抗値を変化
させ、その変化量を測定することによりトーションバー
のねじり変位を測定することが可能となる。上述したよ
うに、歪みは回転軸から離れるに従い大きくなるため、
ピエゾ抵抗体をトーションバーの表面に形成することに
より、ねじり変位を抵抗値の変化として検出できるよう
になる。
【００１３】図３、４は図１のプローブのＢ−Ｂ断面及
びＣ−Ｃ断面の製造工程を示す断面図である。本実施例
のプローブの作製を図３、４を用いてその工程を説明す
る。スタートウエハとして、シリコンウエハ１１上に二
酸化シリコンの分離層１２を介してｎ型シリコン層１３
が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕ
ｌａｔｏｒ）ウエハを用意する（図３（ａ））。ＳＯＩ
ウエハを酸化ガスにて熱酸化して二酸化シリコンを形成
し、表面の二酸化シリコンをＨＦ水溶液により除去し、
裏面のみに二酸化シリコン膜１４を形成した。次にフォ
トリソグラフィプロセスによりフォトレジストをパター
ニングし、該フォトレジストをマスクとしてボロンを部
分的にシリコン層の表面にイオン注入法により注入し
た。前記フォトレジストを除去し、熱拡散することによ
りシリコン層表面近傍にボロンを拡散し、ピエゾ抵抗体
５を形成した。フォトリソグラフィプロセスとＳＦ6ガ
スを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりシ
リコン層を図１のプローブ形状にパターニングした。次
に、裏面の二酸化シリコン膜１４をフォトリソグラフィ
プロセスとＨＦ水溶液によるエッチングにてパターニン
グして開口部１５を形成した（図３（ｂ））。この後、
カンチレバー表面にＰＳＧ膜１６（Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓ
ｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜
した（図３（ｃ））。このＰＳＧ膜にフォトリソグラフ
ィプロセスとＨＦ水溶液を用いたエッチングによりコン
タクトホール１７を形成し、Ａｌをスパッタ法により成
膜し、フォトリソグラフィプロセスとりん酸を主成分と
するＡｌエッチャントによりピエゾ抵抗層の抵抗変化を
外部に取り出すための電極６を形成した（図４
（ａ））。
びＣ−Ｃ断面の製造工程を示す断面図である。本実施例
のプローブの作製を図３、４を用いてその工程を説明す
る。スタートウエハとして、シリコンウエハ１１上に二
酸化シリコンの分離層１２を介してｎ型シリコン層１３
が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕ
ｌａｔｏｒ）ウエハを用意する（図３（ａ））。ＳＯＩ
ウエハを酸化ガスにて熱酸化して二酸化シリコンを形成
し、表面の二酸化シリコンをＨＦ水溶液により除去し、
裏面のみに二酸化シリコン膜１４を形成した。次にフォ
トリソグラフィプロセスによりフォトレジストをパター
ニングし、該フォトレジストをマスクとしてボロンを部
分的にシリコン層の表面にイオン注入法により注入し
た。前記フォトレジストを除去し、熱拡散することによ
りシリコン層表面近傍にボロンを拡散し、ピエゾ抵抗体
５を形成した。フォトリソグラフィプロセスとＳＦ6ガ
スを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりシ
リコン層を図１のプローブ形状にパターニングした。次
に、裏面の二酸化シリコン膜１４をフォトリソグラフィ
プロセスとＨＦ水溶液によるエッチングにてパターニン
グして開口部１５を形成した（図３（ｂ））。この後、
カンチレバー表面にＰＳＧ膜１６（Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓ
ｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜
した（図３（ｃ））。このＰＳＧ膜にフォトリソグラフ
ィプロセスとＨＦ水溶液を用いたエッチングによりコン
タクトホール１７を形成し、Ａｌをスパッタ法により成
膜し、フォトリソグラフィプロセスとりん酸を主成分と
するＡｌエッチャントによりピエゾ抵抗層の抵抗変化を
外部に取り出すための電極６を形成した（図４
（ａ））。
【００１４】次に、薄膜平板の先端に探針を形成する。
探針形成方法としては、特開平０６−０８４４５５号公
報の微小ティップ（探針）の製造方法を用いて作製し
た。接合層１８はＣｒとＡｕを電子ビーム蒸着法により
夫々５ｎｍ、１００ｎｍ連続して成膜し、フォトリソグ
ラフィプロセスと沃素及び沃化カリウムからなるＡｕエ
ッチャントによりパターニングし形成した。探針８はＡ
ｕ１μｍを雌型基板に抵抗加熱蒸着法により成膜して、
パターニングし前記雌型基板上にＡｕ探針を形成した。
この探針を接合層上に転写接合し、剥離することにより
薄膜平板の先端に探針を形成した（図４（ｂ））。最終
工程として、ウエハの表面に樹脂層をスピン塗布し硬化
させた後にウエハ裏面の開口部からＥＤＰ水溶液を用い
て結晶異方性エッチングを行い、支持ブロック２を形成
し、分離層１２を裏面からＨＦ水溶液により除去した。
最後に樹脂層をプラズマアッシャーにより除去し（図４
（ｃ））、図１のトーションバーにピエゾ抵抗体を有す
るプローブを作製した。
探針形成方法としては、特開平０６−０８４４５５号公
報の微小ティップ（探針）の製造方法を用いて作製し
た。接合層１８はＣｒとＡｕを電子ビーム蒸着法により
夫々５ｎｍ、１００ｎｍ連続して成膜し、フォトリソグ
ラフィプロセスと沃素及び沃化カリウムからなるＡｕエ
ッチャントによりパターニングし形成した。探針８はＡ
ｕ１μｍを雌型基板に抵抗加熱蒸着法により成膜して、
パターニングし前記雌型基板上にＡｕ探針を形成した。
この探針を接合層上に転写接合し、剥離することにより
薄膜平板の先端に探針を形成した（図４（ｂ））。最終
工程として、ウエハの表面に樹脂層をスピン塗布し硬化
させた後にウエハ裏面の開口部からＥＤＰ水溶液を用い
て結晶異方性エッチングを行い、支持ブロック２を形成
し、分離層１２を裏面からＨＦ水溶液により除去した。
最後に樹脂層をプラズマアッシャーにより除去し（図４
（ｃ））、図１のトーションバーにピエゾ抵抗体を有す
るプローブを作製した。
【００１５】上記実施例のプローブを用いたＡＦＭ装置
を作製した。本装置のブロック図を図５に示す。ＡＦＭ
装置は上記プローブとレーザー光２０１と薄膜平板裏面
にレーザーを集光するためのレンズ２０２と、薄膜平板
の変位による光の反射角の変化を検出する４分割ポジシ
ョン・センシティブ・ディテクタ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）と、
ＰＳＤからの信号により変位検出を行う変位検出回路２
０６とＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子２０５と、ＸＹＺ軸駆動
ピエゾ素子をＸＹＺ方向に駆動するためのＸＹＺ駆動用
ドライバー２０７からなる。さらに上記実施例のプロー
ブのピエゾ抵抗体の抵抗変化を検出するための抵抗変化
検出回路２０８、そこから出力する信号を信号処理し表
示装置へ出力するための信号処理回路２０９からなる。
信号処理回路へは変位検出回路からの光テコ信号も入力
され、信号処理回路により信号処理を施すことにより４
分割ＰＳＤからの信号を試料面に垂直方向なプローブの
変位と平行方向のプローブの変位に分離して表示装置へ
出力することができる。
を作製した。本装置のブロック図を図５に示す。ＡＦＭ
装置は上記プローブとレーザー光２０１と薄膜平板裏面
にレーザーを集光するためのレンズ２０２と、薄膜平板
の変位による光の反射角の変化を検出する４分割ポジシ
ョン・センシティブ・ディテクタ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）と、
ＰＳＤからの信号により変位検出を行う変位検出回路２
０６とＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子２０５と、ＸＹＺ軸駆動
ピエゾ素子をＸＹＺ方向に駆動するためのＸＹＺ駆動用
ドライバー２０７からなる。さらに上記実施例のプロー
ブのピエゾ抵抗体の抵抗変化を検出するための抵抗変化
検出回路２０８、そこから出力する信号を信号処理し表
示装置へ出力するための信号処理回路２０９からなる。
信号処理回路へは変位検出回路からの光テコ信号も入力
され、信号処理回路により信号処理を施すことにより４
分割ＰＳＤからの信号を試料面に垂直方向なプローブの
変位と平行方向のプローブの変位に分離して表示装置へ
出力することができる。
【００１６】このＡＦＭ装置を用い、マイカからなる試
料にプローブを接近させた後に、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素
子のＸＹ方向を駆動することにより、ピエゾ抵抗体から
の抵抗変化による信号から、ＰＳＤの試料面に垂直方向
なプローブの変位と同様のマイカのステップ像を得るこ
とができた。次に、試料にプローブを接近させた後に、
ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子のＺ方向を動かすことにより、
試料を上下させ、プローブを変位させたところ、抵抗変
化検出回路２０８から試料の上下変位に伴う信号を検出
できた。ところで、マイカの表面像を得る為にＸＹＺ軸
駆動ピエゾ素子をＸＹ方向に駆動した際に生じるであろ
う試料面に平行方向なプローブの変位をＰＳＤにて測定
したところ、信号はノイズ信号の範囲におさまってい
た。これは、プローブがトーション型プローブであり、
変位方向がトーションバーのねじり回転が主たる変位方
向となる為、基本的にプローブが試料面に平行方向に変
位しにくい構造となっていることによる。以上の結果か
ら、本発明のプローブは、試料面に垂直な方向のプロー
ブ変位の抵抗変化のみを測定することが可能なピエゾ抵
抗を有するプローブであり、本発明のプローブを用いた
ＡＦＭ装置はピエゾ抵抗ＡＦＭとなり、良好な試料の表
面３次元画像を得ることが可能となった。
料にプローブを接近させた後に、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素
子のＸＹ方向を駆動することにより、ピエゾ抵抗体から
の抵抗変化による信号から、ＰＳＤの試料面に垂直方向
なプローブの変位と同様のマイカのステップ像を得るこ
とができた。次に、試料にプローブを接近させた後に、
ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子のＺ方向を動かすことにより、
試料を上下させ、プローブを変位させたところ、抵抗変
化検出回路２０８から試料の上下変位に伴う信号を検出
できた。ところで、マイカの表面像を得る為にＸＹＺ軸
駆動ピエゾ素子をＸＹ方向に駆動した際に生じるであろ
う試料面に平行方向なプローブの変位をＰＳＤにて測定
したところ、信号はノイズ信号の範囲におさまってい
た。これは、プローブがトーション型プローブであり、
変位方向がトーションバーのねじり回転が主たる変位方
向となる為、基本的にプローブが試料面に平行方向に変
位しにくい構造となっていることによる。以上の結果か
ら、本発明のプローブは、試料面に垂直な方向のプロー
ブ変位の抵抗変化のみを測定することが可能なピエゾ抵
抗を有するプローブであり、本発明のプローブを用いた
ＡＦＭ装置はピエゾ抵抗ＡＦＭとなり、良好な試料の表
面３次元画像を得ることが可能となった。
【００１７】［実施例２］図６に、本発明の実施例２に
おけるプローブの正面図、Ａ−Ａ断面図、及びＤ−Ｄ断
面図を示す。本実施例のプローブは図に示すとおり薄膜
平板３１と、薄膜平板を支持するトーションバー３２
と、支持ブロック３３と支持ブロックに設けた薄膜支持
部３４と、トーションバーに設けたピエゾ抵抗体３５
と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接続
を行う電極３６とからなる。ピエゾ抵抗体はトーション
バーの幅外周に沿って、その側壁にトーションバーの膜
厚方向に渡り一様に埋め込み形成されている。図中ピエ
ゾ抵抗体は薄膜平板の一部及び薄膜支持部にも形成され
ているが、ねじり変位はトーションバーで行われる。ま
た、たとえ薄膜支持部が撓んでも薄膜支持部では膜厚方
向に一様に抵抗が形成されているために抵抗変化は起こ
らない。本発明のプローブは、プローブの形状を２つの
トーションバーにより回転支持される薄膜平板とするこ
とで、プローブの変位方向をトーションバーのねじり回
転方向に限定でき、試料面と垂直な方向の力による変位
を検出するプローブとなっている。したがって、本発明
のプローブを用いて、その抵抗変化を検出することで高
精度に試料表面の３次元形状の観察が可能となる。
おけるプローブの正面図、Ａ−Ａ断面図、及びＤ−Ｄ断
面図を示す。本実施例のプローブは図に示すとおり薄膜
平板３１と、薄膜平板を支持するトーションバー３２
と、支持ブロック３３と支持ブロックに設けた薄膜支持
部３４と、トーションバーに設けたピエゾ抵抗体３５
と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接続
を行う電極３６とからなる。ピエゾ抵抗体はトーション
バーの幅外周に沿って、その側壁にトーションバーの膜
厚方向に渡り一様に埋め込み形成されている。図中ピエ
ゾ抵抗体は薄膜平板の一部及び薄膜支持部にも形成され
ているが、ねじり変位はトーションバーで行われる。ま
た、たとえ薄膜支持部が撓んでも薄膜支持部では膜厚方
向に一様に抵抗が形成されているために抵抗変化は起こ
らない。本発明のプローブは、プローブの形状を２つの
トーションバーにより回転支持される薄膜平板とするこ
とで、プローブの変位方向をトーションバーのねじり回
転方向に限定でき、試料面と垂直な方向の力による変位
を検出するプローブとなっている。したがって、本発明
のプローブを用いて、その抵抗変化を検出することで高
精度に試料表面の３次元形状の観察が可能となる。
【００１８】以下に本実施例のねじり変位検出の原理を
図７を用いて説明する。トーションバーがねじり変位を
すると（点線にて、ねじり変位前のトーションバーの位
置を示す）、ねじり回転軸を中心にトーションバーがね
じられ、応力が発生する。応力はねじり回転軸から遠ざ
かるに従い大きくなる（図７中、模式的に失印の長さに
てこれを示す）。この応力の大きさに従い、トーション
バーに歪みが生じ、回転軸から離れるに従い歪み量は大
きくなる。ピエゾ抵抗体はこの歪みにより抵抗値を変化
させ、その変化量を測定することによりトーションバー
のねじり変位を測定することが可能となる。上述したよ
うに、歪みは回転軸から離れるに従い大きくなるため、
ピエゾ抵抗体をトーションバーの幅外周に沿って、形成
することにより、抵抗変化を大きくとることが可能とな
る。また、トーションバーの膜厚方向に渡り一様に埋め
込むことにより、たとえトーションバーが撓んでもピエ
ゾ抵抗の抵抗値への影響はない。確実に、トーションバ
ーのねじり回転によるピエゾ抵抗変化のみを検出するこ
とが可能となる。
図７を用いて説明する。トーションバーがねじり変位を
すると（点線にて、ねじり変位前のトーションバーの位
置を示す）、ねじり回転軸を中心にトーションバーがね
じられ、応力が発生する。応力はねじり回転軸から遠ざ
かるに従い大きくなる（図７中、模式的に失印の長さに
てこれを示す）。この応力の大きさに従い、トーション
バーに歪みが生じ、回転軸から離れるに従い歪み量は大
きくなる。ピエゾ抵抗体はこの歪みにより抵抗値を変化
させ、その変化量を測定することによりトーションバー
のねじり変位を測定することが可能となる。上述したよ
うに、歪みは回転軸から離れるに従い大きくなるため、
ピエゾ抵抗体をトーションバーの幅外周に沿って、形成
することにより、抵抗変化を大きくとることが可能とな
る。また、トーションバーの膜厚方向に渡り一様に埋め
込むことにより、たとえトーションバーが撓んでもピエ
ゾ抵抗の抵抗値への影響はない。確実に、トーションバ
ーのねじり回転によるピエゾ抵抗変化のみを検出するこ
とが可能となる。
【００１９】本実施例のプローブは、実施例１で説明し
た製造工程により作製する。スタートウエハとして、実
施例１と同様にｎ型ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎＩｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いて、図３（ｂ）に示す工
程にて、イオン注入により図６に示すピエゾ抵抗体の形
状にフォトリソグラフィプロセスを用いて形成したフォ
トレジストをマスクとしてボロンを注入する。但し、ボ
ロンの熱拡散工程では、シリコン層の膜厚方向に一様な
抵抗率を持つように該ボロンを熱拡散する。その後、実
施例１と同様の工程によりプローブを形成する。また、
本発明のプローブでは絶縁層となるＰＳＧ膜を形成しな
い。
た製造工程により作製する。スタートウエハとして、実
施例１と同様にｎ型ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎＩｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いて、図３（ｂ）に示す工
程にて、イオン注入により図６に示すピエゾ抵抗体の形
状にフォトリソグラフィプロセスを用いて形成したフォ
トレジストをマスクとしてボロンを注入する。但し、ボ
ロンの熱拡散工程では、シリコン層の膜厚方向に一様な
抵抗率を持つように該ボロンを熱拡散する。その後、実
施例１と同様の工程によりプローブを形成する。また、
本発明のプローブでは絶縁層となるＰＳＧ膜を形成しな
い。
【００２０】本実施例のプローブは、薄膜支持部に一様
に抵抗層を形成したことにより、実施例１にて導入した
絶縁層４の形成、パターニング工程を省くことができ、
作製工程を短縮できた。上記実施例のプローブを図５に
示したＡＦＭ装置に取り付け実施例１と同様の測定を行
った。この結果、本発明のプローブは、試料面に垂直な
方向のプローブ変位の抵抗変化のみを測定することが可
能なピエゾ抵抗を有するプローブであり、本発明のプロ
ーブを用いたＡＦＭ装置はピエゾ抵抗ＡＦＭとなり、良
好な試料の表面３次元画像を得ることが可能であった。
に抵抗層を形成したことにより、実施例１にて導入した
絶縁層４の形成、パターニング工程を省くことができ、
作製工程を短縮できた。上記実施例のプローブを図５に
示したＡＦＭ装置に取り付け実施例１と同様の測定を行
った。この結果、本発明のプローブは、試料面に垂直な
方向のプローブ変位の抵抗変化のみを測定することが可
能なピエゾ抵抗を有するプローブであり、本発明のプロ
ーブを用いたＡＦＭ装置はピエゾ抵抗ＡＦＭとなり、良
好な試料の表面３次元画像を得ることが可能であった。
【００２１】［実施例３］図８に、本発明の本実施例３
におけるプローブの正面図、Ａ−Ａ断面図、及びＤ−Ｄ
断面図を示す。本実施例のプローブは図に示すとおり薄
膜平板４１と、薄膜平板を支持するトーションバー４２
と、支持ブロック４３と支持ブロックに設けた薄膜支持
部４４と、トーションバーに設けたピエゾ抵抗体４５
と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接続
を行う電極４６とからなる。トーションバーは薄膜支持
部及び薄膜平板に比べて、その膜厚が薄くなるように、
形成される。これにより、実施例２にて示したプローブ
に比ベてトーションバーのバネ定数を低く設定できる。
低バネ定数のプローブを用いることにより、有機材料、
生体材料等の降伏応力の低い柔らかい試料の表面観察が
可能となる。さらに、トーションバーの膜厚に比べ薄膜
平板の膜厚を厚くしたことにより、薄膜平板をたわみに
くくすることが可能である。実施例２と同様にピエゾ抵
抗体はトーションバーの幅外周に沿って、その側壁近傍
にトーションバーの膜厚方向に渡り一様に埋め込み形成
されている。ねじり回転軸から最大限離れた位置にピエ
ゾ低抗体を形成した結果、抵抗変化を大きく取ることが
でき、検出感度を向上できる。ピエゾ抵抗体となる抵抗
部分は平板の一部及び薄膜支持部、薄膜平板にも形成さ
れているが、ねじり変位はトーションバーでなされる。
本発明のプローブは、プローブの形状を２つのトーショ
ンバーにより回転支持される薄膜平板とすることで、プ
ローブの変位方向をトーションバーのねじり回転方向に
限定でき、試料面と垂直な方向の力による変位のみを観
察することが可能となる。したがって、本発明のプロー
ブを用いて、その抵抗変化を検出することで高精度に試
料表面の３次元形状の観察が可能となる。
におけるプローブの正面図、Ａ−Ａ断面図、及びＤ−Ｄ
断面図を示す。本実施例のプローブは図に示すとおり薄
膜平板４１と、薄膜平板を支持するトーションバー４２
と、支持ブロック４３と支持ブロックに設けた薄膜支持
部４４と、トーションバーに設けたピエゾ抵抗体４５
と、該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接続
を行う電極４６とからなる。トーションバーは薄膜支持
部及び薄膜平板に比べて、その膜厚が薄くなるように、
形成される。これにより、実施例２にて示したプローブ
に比ベてトーションバーのバネ定数を低く設定できる。
低バネ定数のプローブを用いることにより、有機材料、
生体材料等の降伏応力の低い柔らかい試料の表面観察が
可能となる。さらに、トーションバーの膜厚に比べ薄膜
平板の膜厚を厚くしたことにより、薄膜平板をたわみに
くくすることが可能である。実施例２と同様にピエゾ抵
抗体はトーションバーの幅外周に沿って、その側壁近傍
にトーションバーの膜厚方向に渡り一様に埋め込み形成
されている。ねじり回転軸から最大限離れた位置にピエ
ゾ低抗体を形成した結果、抵抗変化を大きく取ることが
でき、検出感度を向上できる。ピエゾ抵抗体となる抵抗
部分は平板の一部及び薄膜支持部、薄膜平板にも形成さ
れているが、ねじり変位はトーションバーでなされる。
本発明のプローブは、プローブの形状を２つのトーショ
ンバーにより回転支持される薄膜平板とすることで、プ
ローブの変位方向をトーションバーのねじり回転方向に
限定でき、試料面と垂直な方向の力による変位のみを観
察することが可能となる。したがって、本発明のプロー
ブを用いて、その抵抗変化を検出することで高精度に試
料表面の３次元形状の観察が可能となる。
【００２２】本実施例のプローブは、実施例１で説明し
た製造工程により作製する。スタートウエハとして、実
施例１と同様にｎ型ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎＩｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いて、図３（ｂ）に示す工
程にて、イオン注入により図８に示すピエゾ抵抗体の形
状にフォトリソグラフィプロセスを用いて形成したフォ
トレジストをマスクとしてボロンを注入し、シリコン層
の膜厚方向に一様な抵抗率を持つように該ボロンを熱拡
散する。その後プローブのパターンにシリコン層をパタ
ーニングした後に、トーションバーとなる部分をＣＦ4
ガスを用いたＲＩＥによりエッチングし薄膜化する。そ
の後、実施例１と同様の工程によりプローブを形成す
る。但し、本発明のプローブでは絶縁層となるＰＳＧ膜
を形成しない。
た製造工程により作製する。スタートウエハとして、実
施例１と同様にｎ型ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎＩｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いて、図３（ｂ）に示す工
程にて、イオン注入により図８に示すピエゾ抵抗体の形
状にフォトリソグラフィプロセスを用いて形成したフォ
トレジストをマスクとしてボロンを注入し、シリコン層
の膜厚方向に一様な抵抗率を持つように該ボロンを熱拡
散する。その後プローブのパターンにシリコン層をパタ
ーニングした後に、トーションバーとなる部分をＣＦ4
ガスを用いたＲＩＥによりエッチングし薄膜化する。そ
の後、実施例１と同様の工程によりプローブを形成す
る。但し、本発明のプローブでは絶縁層となるＰＳＧ膜
を形成しない。
【００２３】このようにして作製した本実施例のプロー
ブを用いＳＰＭの１つであるＡＦＭ／ＳＴＭ装置を作製
した。本装置のブロック図を図９に示す。プローブは図
８に示したプローブの薄膜平板上に探針を形成したもの
を用いた。探針は直接電子ビーム形成方法（Ｋ．Ｌ．Ｌ
ｅｅ ｅｔ ａｌ．，“Ｄｉｒｅｃｔ ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ ｂｅａｍ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ｎａｎ
ｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔ
ｅｃｈｎｏｌ．Ｂ７（６），ｐ１９４１（１９８９））
を用いて作製したＡｕ探針４９を用いた。ＡＦＭ／ＳＴ
Ｍ装置は上記作製したプローブと、プローブのピエゾ抵
抗体の抵抗変化を検出するための抵抗変化検出回路３１
１と、試料３０４とプローブとの間に電圧を印加する為
の電圧電源３１３、電圧を印加したことで試料と探針間
に流れる電流を測定するための電流検出回路３１２、前
記抵抗変化回路と電流検出回路から夫々出力する信号を
処理し表示装置へ出力するための信号処理回路３０９、
ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子３０５と、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ
素子をＸＹＺ方向に駆動するためのＸＹＺ駆動用ドライ
バー３０７からなる。プローブと抵抗変化検出回路及び
電流検出回路間にはスイッチＳＷ１、ＳＷ２が取り付け
られている。ＳＷ１とＳＷ２は図８に示すプローブの２
つの電極４６に接続されており、ピエゾ抵抗体からのプ
ローブの変位に伴うピエゾ抵抗体からの抵抗変化を検出
する際にはＳＷ１及びＳＷ２は抵抗変化検出回路側にＯ
Ｎするようにする。これにより実施例２と同様に、図８
のプローブをＡＦＭ用のプローブとして利用できる。
ブを用いＳＰＭの１つであるＡＦＭ／ＳＴＭ装置を作製
した。本装置のブロック図を図９に示す。プローブは図
８に示したプローブの薄膜平板上に探針を形成したもの
を用いた。探針は直接電子ビーム形成方法（Ｋ．Ｌ．Ｌ
ｅｅ ｅｔ ａｌ．，“Ｄｉｒｅｃｔ ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ ｂｅａｍ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｆｏｒ ｎａｎ
ｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔ
ｅｃｈｎｏｌ．Ｂ７（６），ｐ１９４１（１９８９））
を用いて作製したＡｕ探針４９を用いた。ＡＦＭ／ＳＴ
Ｍ装置は上記作製したプローブと、プローブのピエゾ抵
抗体の抵抗変化を検出するための抵抗変化検出回路３１
１と、試料３０４とプローブとの間に電圧を印加する為
の電圧電源３１３、電圧を印加したことで試料と探針間
に流れる電流を測定するための電流検出回路３１２、前
記抵抗変化回路と電流検出回路から夫々出力する信号を
処理し表示装置へ出力するための信号処理回路３０９、
ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子３０５と、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ
素子をＸＹＺ方向に駆動するためのＸＹＺ駆動用ドライ
バー３０７からなる。プローブと抵抗変化検出回路及び
電流検出回路間にはスイッチＳＷ１、ＳＷ２が取り付け
られている。ＳＷ１とＳＷ２は図８に示すプローブの２
つの電極４６に接続されており、ピエゾ抵抗体からのプ
ローブの変位に伴うピエゾ抵抗体からの抵抗変化を検出
する際にはＳＷ１及びＳＷ２は抵抗変化検出回路側にＯ
Ｎするようにする。これにより実施例２と同様に、図８
のプローブをＡＦＭ用のプローブとして利用できる。
【００２４】図８のプローブでは、薄膜平板及び薄膜支
持部がピエゾ抵抗体を介して電気的に接続されており、
さらに探針は薄膜平板上に直接形成してある。これによ
り探針と電極４６間も電気的に接続されることとなる。
ＳＷ１をＯＦＦし、ＳＷ２を電流検出回路側にＯＮし、
試料と電圧電源との間のＳＷ３をＯＮし、電圧電源から
定電圧を印加することにより、試料と探針間に流れる電
流を計測することが可能となる。ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素
子をＸＹ方向に試料を走査することで試料表面の導伝像
を得ることが可能となった。このように本実施例のＳＰ
Ｍでは、光テコ方式における光源、光路、ポジション・
センシティブ・ディテクタ等の光学系がいらず、試料の
トポグラフィ像を得ることが可能であり、光軸あわせや
試料サイズから生じる空間的制約を回避することがで
き、試料表面の垂直方法のプローブ変位を検出すること
が可能となり、正確な試料の３次元像を得ることが可能
なピエゾ抵抗ＡＦＭを提供することができた。さらに、
ピエゾ抵抗体を介して探針と電極と電気的に接続するこ
とにより試料の導電性を測定することが可能となった。
持部がピエゾ抵抗体を介して電気的に接続されており、
さらに探針は薄膜平板上に直接形成してある。これによ
り探針と電極４６間も電気的に接続されることとなる。
ＳＷ１をＯＦＦし、ＳＷ２を電流検出回路側にＯＮし、
試料と電圧電源との間のＳＷ３をＯＮし、電圧電源から
定電圧を印加することにより、試料と探針間に流れる電
流を計測することが可能となる。ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素
子をＸＹ方向に試料を走査することで試料表面の導伝像
を得ることが可能となった。このように本実施例のＳＰ
Ｍでは、光テコ方式における光源、光路、ポジション・
センシティブ・ディテクタ等の光学系がいらず、試料の
トポグラフィ像を得ることが可能であり、光軸あわせや
試料サイズから生じる空間的制約を回避することがで
き、試料表面の垂直方法のプローブ変位を検出すること
が可能となり、正確な試料の３次元像を得ることが可能
なピエゾ抵抗ＡＦＭを提供することができた。さらに、
ピエゾ抵抗体を介して探針と電極と電気的に接続するこ
とにより試料の導電性を測定することが可能となった。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、本発明のプローブは、薄
膜平板の回転支持を行う２つの梁（トーションバー）に
ねじり回転を抵抗変化として検出できるピエゾ抵抗体を
設けることにより、プローブと試料間に働く試料面に垂
直方向の力によるプローブの変位を前記ピエゾ抵抗体の
抵抗変化として検出することができ、これにより測定す
る試料表面の正確な形状を得ることが可能となる。ま
た、本発明のプローブは、薄膜平板を２つの梁（トーシ
ョンバー）で回転可能に支持するトーション型プローブ
が構成されているため、トーションバーのねじり回転が
主たる変位方向となり、プローブにより試料表面を走査
する際に問題となるカンチレバーで発生したねじり変位
による影響を受けにくくすることができ、試料面と垂直
な方向の力を正確に検出することが可能となる。また、
本発明のプローブは、ピエゾ抵抗で変位を検出する構成
が採られているため、プローブの小型化を図ることが可
能となる。また、本発明のプローブは、ピエゾ抵抗体を
トーションバーの表面に形成することにより、ピエゾ抵
抗体をねじり回転軸から離れた位置に形成して、トーシ
ョンバーのねじり変位によるピエゾ抵抗体の抵抗変化を
検出することが可能となり、また、このピエゾ抵抗体を
トーションバーの幅外周に形成することにより、さらに
検出感度をあげることができる。また、本発明のプロー
ブは、ピエゾ抵抗体をトーションバーの膜厚方向に渡り
一様に埋め込まれた構成を採ることにより、過度な力で
プローブを試料に押し当てた際に生じるトーションバー
の撓みによる抵抗変化の影響をなくすことができる。ま
た、本発明においては、上記プローブを用いて試料表面
の正確な形状を得ることが可能な走査型プローブ顕微鏡
を構成することができ、さらに、探針と試料の間に電圧
を印加する手段と、探針と試料の間に流れる電流を検出
する手段とを備えた構成を採ることにより、試料表面の
形状測定と共に試料の導電性を検出することが可能な走
査型プローブ顕微鏡を実現することができる。
膜平板の回転支持を行う２つの梁（トーションバー）に
ねじり回転を抵抗変化として検出できるピエゾ抵抗体を
設けることにより、プローブと試料間に働く試料面に垂
直方向の力によるプローブの変位を前記ピエゾ抵抗体の
抵抗変化として検出することができ、これにより測定す
る試料表面の正確な形状を得ることが可能となる。ま
た、本発明のプローブは、薄膜平板を２つの梁（トーシ
ョンバー）で回転可能に支持するトーション型プローブ
が構成されているため、トーションバーのねじり回転が
主たる変位方向となり、プローブにより試料表面を走査
する際に問題となるカンチレバーで発生したねじり変位
による影響を受けにくくすることができ、試料面と垂直
な方向の力を正確に検出することが可能となる。また、
本発明のプローブは、ピエゾ抵抗で変位を検出する構成
が採られているため、プローブの小型化を図ることが可
能となる。また、本発明のプローブは、ピエゾ抵抗体を
トーションバーの表面に形成することにより、ピエゾ抵
抗体をねじり回転軸から離れた位置に形成して、トーシ
ョンバーのねじり変位によるピエゾ抵抗体の抵抗変化を
検出することが可能となり、また、このピエゾ抵抗体を
トーションバーの幅外周に形成することにより、さらに
検出感度をあげることができる。また、本発明のプロー
ブは、ピエゾ抵抗体をトーションバーの膜厚方向に渡り
一様に埋め込まれた構成を採ることにより、過度な力で
プローブを試料に押し当てた際に生じるトーションバー
の撓みによる抵抗変化の影響をなくすことができる。ま
た、本発明においては、上記プローブを用いて試料表面
の正確な形状を得ることが可能な走査型プローブ顕微鏡
を構成することができ、さらに、探針と試料の間に電圧
を印加する手段と、探針と試料の間に流れる電流を検出
する手段とを備えた構成を採ることにより、試料表面の
形状測定と共に試料の導電性を検出することが可能な走
査型プローブ顕微鏡を実現することができる。
【図１】本発明の実施例１であるプローブの正面図及び
断面図を示す図である。
断面図を示す図である。
【図２】本発明の実施例１のトーションバーねじり変位
による検出の原理を説明する概略図である。
による検出の原理を説明する概略図である。
【図３】本発明の実施例１であるプローブの作製工程を
示す図である。
示す図である。
【図４】本発明の実施例１であるプローブの作製工程を
示す図である。
示す図である。
【図５】本発明の実施例１のプローブを用いたＡＦＭ装
置を説明するブロック図である。
置を説明するブロック図である。
【図６】本発明の実施例２であるプローブの正面図及び
断面図を示す図である。
断面図を示す図である。
【図７】本発明の実施例２のトーションバーねじり変位
による検出の原理を説明する概略図である。
による検出の原理を説明する概略図である。
【図８】本発明の実施例３であるプローブの正面図及び
断面図を示す図である。
断面図を示す図である。
【図９】本発明の実施例３のプローブを用いたＳＰＭ装
置を説明するブロック図である。
置を説明するブロック図である。
【図１０】従来例のピエゾ抵抗カンチレバーの製造工程
断面図である。
断面図である。
【図１１】従来例のピエゾ抵抗カンチレバーの正面図を
示す図である。
示す図である。
１、３１、４１：薄膜平板 ２、３２、４２：トーションバー ３、３３、４３：支持ブロック ４、３４、４４：薄膜支持部 ５、３５、４５：ピエゾ抵抗体 ６、３６、４６：電極 ７：絶縁層 ８、４９：探針 １１：シリコンウエハ １２：分離層 １３：シリコン層 １４：二酸化シリコン膜 １５：開口部 １６：ＰＳＧ膜 １７：コンタクトホール １８：接合層 ２０１：レーザー光 ２０２：レンズ ２０３：ＰＳＤ ２０４、３０４：試料 ２０５、３０５：ＸＹＺ軸駆動素子 ２０６：変位検出回路 ２０７、３０７：駆動用ドライバー ２０８、３１１：抵抗変化検出回路 ２０９、３０９：信号処理回路 ３１２：電流検出回路 ３１３：電圧電源 ５０２：シリコンウエハ ５０３：分離層 ５０４：シリコン層 ５０５：二酸化シリコン膜 ５０６：ピエゾ抵抗層 ５０７：開口部 ５０８：二酸化シリコン薄膜 ５０９：コンタクトホール ５１０：Ａｌ電極 ５１１：支持部材 ５２０：カンチレバー
Claims (11)
- 【請求項１】支持ブロックに設けられた２つの梁によっ
て、回転可能に支持されている薄膜平板を有するプロー
ブであって、該梁に設けられたピエゾ抵抗体と、該ピエ
ゾ抵抗体の抵抗を測定するための電気的接続を行う電極
を備え、前記ピエゾ抵抗体の抵抗が前記梁のねじり回転
に応じて変化するように構成されていることを特徴とす
るプローブ。 - 【請求項２】前記ピエゾ抵抗体が、前記梁の表面に形成
されていることを特徴とする請求項１に記載のプロー
ブ。 - 【請求項３】前記ピエゾ抵抗体が、前記梁の幅外周に形
成されていることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載のプローブ。 - 【請求項４】前記ピエゾ抵抗体が、前記梁の膜厚方向に
渡り一様に埋め込まれていることを特徴とする請求項３
に記載のプローブ。 - 【請求項５】前記梁の膜厚が、前記薄膜平板に比して薄
いことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項
に記載のプローブ。 - 【請求項６】前記支持ブロックが、前記梁を支持する薄
膜支持部を有することを特徴とする請求項１〜請求項５
のいずれか１項に記載のプローブ。 - 【請求項７】前記梁の膜厚が、前記薄膜支持部に比して
薄いことを特徴とする請求項６に記載のプローブ。 - 【請求項８】前記薄膜平板の自由端に、微小探針が形成
されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいず
れか１項に記載のプローブ。 - 【請求項９】前記微小探針が、導電性材料よりなること
を特徴とする請求項８に記載のプローブ。 - 【請求項１０】プローブを備え、走査手段により該プロ
ーブと試料支持機構を相対的に走査する走査型プローブ
顕微鏡であって、前記プローブが請求項１〜請求項８の
いずれか１項に記載のプローブにより構成され、検出手
段によって前記走査手段の走査により発生するピエゾ抵
抗体の抵抗変化に相当する信号を検出することを特徴と
する走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項１１】プローブと、該プローブに形成された探
針と試料との距離を調節する手段と、該探針と該試料間
に電圧を印加する手段と、該探針と該試料間に流れる電
流を検出する手段とを備えた走査型プローブ顕微鏡であ
って、前記プローブが請求項９に記載のプローブにより
構成され、検出手段によって前記ピエゾ抵抗体の抵抗変
化に相当する信号を検出することを特徴とする走査型プ
ローブ顕微鏡。
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