TW561244B - Scanning probe microscope - Google Patents

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561244 五、發明說明（2) 述控制信號，依據上述控制信號使懸臂 θ丄上下於垂直古 向。另外，壓電元件8不僅包含使懸臂！移動於 万 壓電元#，A包含使懸臂i移動於X 1方向之壓電向之 在如此構造中，AFM係首先移動試料使製作於縣 。二 端之探針2來到測定點之正上方。其次， ς 的月·】 2接近試料4的表面後，在試料4的表面食H ^板針 子間力。基本上，在該原子間力之試料4中生原 3、光二極體6、反饋迴路部7測定在各 二田J光 檢測試料4的表面之凹凸。 ^々文化蕙， AFM係具有接觸模式、輕敲模式、非 測定模式。 牧碉杈式之3種類之 接觸模式係使探針2接觸於試料4的表面， 化（懸臂的彎曲量）測定試料4的表面凹凸。芯是1之變 輕敲模式係振動懸臂丨使探針2周期的接 面，以由發生於懸臂2與試料4的表面之間之^ ’早、、 化帶來之振動振幅之變化測定試料4的表面之原子間。力的變 非接觸模式係使探針2不接觸試料4的表H 懸臂1與試料4的表面之間之原子間力的 ^生於 幅之變化測定試料4的表面之凹凸。 匕帶末之振動振 懸臂1的移位與振動振幅之變化，係以 為在懸们白勺背面反射之雷射光3之角先―。極^^測作 7:广號給予壓電元件8，進行反饋；: 的情況’使懸臂i之f曲量經常指定，在 在接觸接式 觸模式的情況，使懸臂1的振動振幅保持指定^ ^、接

91116454.ptd 第6頁 561244 五、發明說明（5) 須請專利範圍第2項之發明係如 C探針顯微鏡，其中，前述信i 刖述楝針的侧面之半導體積體電路。 煩f二V!專利範圍第3項之發明係如 黏；：前；探針的側面上之 上V/請專利範圍第4項之發明係如 i::八 之掃描型探針顯微鏡，其 以放大前述電特性信號之放; 至广二 矛“1圍第5項之發明係如 i,Λ八 之掃描型探針顯微鏡，其 =二3:以記憶前述電特性信號之記七 另外，申請專利範圍第6項之發明 項之掃描型探針顯微鏡，其中 態隨機存取記憶體）。' ;° 另外，申請專利範圍第7項之發明係如 ，之掃描型探針顯微鏡，其中，前 恶隨機存取記憶體）。 / ° ^ 另外，申請專利範圍第8項之發 項之掃描型探針顯微鏡，i中，二° 體。 一 τ，别述記憶 至3另Λ’广？㈣圍第9項之發明係如, =項—中任一項之掃描型探針顯微鏡，其中 理。ρ包含對前#電特性信號進 演中 申請專利範圍第1 [處理部包含組入 申請專利範圍第1 ί處理部包含用以 申請專利範圍第1 中’前述信號處 L電路。 申請專利範圍第1 中’前述信號處 [體。 申5月專利範圍第5 ;體包含DRAM(動 _請專利範圍第5 體包含SRAM(靜 3請專利範圍第5 體包含快閃記憶 請專利範園第】 ’前述信號處 處理之微處理 561244 五、發明說明（6) 器。 另外’申請專利範圍第丨〇項之發明係如申請專利範圍第 1至7項中任一項之掃描型探針顯微鏡，其中，前述信號處 理部包含進行相互不同信號處理之多數個信號處理部，又 前述多數個#號處理部係分離設置於前述探針之不同側 面。 【發明之實施形態】 (實施形態1 )

圖、1為顯不本發明之實施形態1之AFM之懸臂之側面構造 之說明圖。圖2為顯示由正面（下面）來看圖1之懸臂之構造 之說明圖。 如該等圖所示’導電性探針2C係呈由前端部向底面擴張 之角錐狀構造’在導電性探針2C之側面形成著半導體積體 Τ °又’在圖2雖然圖示著使焦點稍微變形需接觸於 半f體積體電路12，不過實際上係形成四角錐形狀。 ^ 2由於導電性探針2C之側面在底面附近形成具有比 表面積（特別試探針高度為10〜15 _左右之曲率 膜ί 1、= t的情况）’所以藉驅使包含微細加工技術與薄 籍^ ’之半導體積體電路之製造技術，可以將半導體 積體電路12組入導電性探針2C之側面。 朝¥ #二肢構仏係與圖11所示之先前之構造相同。另外， 朝半導體積體電路 導電性縣臂1C之夺』5 供給，可以考慮到之方法係在

之十杜。， 表面；丨由絕緣膜形成金屬配線，由懸臂1 C 失持具（未圖示）介由上述金屬配線進行等諸方法。

第10頁 561244 五、發明說明（7) -- 實施形態1係使用導電性懸臂丨C作為懸臂J，使用放大電 路12a作為半導體積體電路丨2。 一圖3為顯示實施形態1之電連接構造之說明圖。如同圖所 示導電性探針2 C係介由絕緣膜1 4形成與導電性懸臂1 c保 持絕緣性，與放大電路12a係直接或介由配線等電^接。 放大電路12a係介由信號線L1電與導電性懸臂1(：連接。導 電性懸臂1 C係如圖11所示電連接於信號電纟覽9。 以下，藉實施形態1之AFM說明電流值測定動作。

測定動作係如同先前之技術，以光偵測器（光二極體6、 ，饋迴路部7)在各測定點檢測導電性懸臂丨c之彎曲量，測 疋。式料4的表面之凹凸。同時在試料4與導電性探針2 c之間 加上電壓，在各測定點將電流值作為電特性信號測定。而 且，忒電特性信號以放大電路1 2a放大之後，介由信號線 L1導電性懸臂1 C及信號電規9被送至信號處理裝置1 〇。 、從而」以導電性探針2C得到之電特性信號如此經由懸臂 1被严化至信號處理裝置丨〇比較於先前之構造，在本實施 幵y心、以‘電性探針2 C得到之電特性信號，以放大電路

12a放大之電特性信號經由導電性懸臂1 C被送至信號處理 裝置10。 為此可以有效抑制因在由導電性探針2C至信號處理裝置 1 0 =電/瓜路徑所發生之雜訊等之擾動與電阻成分招致電特 I*生4號之劣化。而且，所放大之電特性信號以信號處理裝 置12進一步信號處理後，被記憶於外部之電腦的記憶部， 電腦依據記憶之電特性信號可以二次元的顯示所計算之試

^01244 發明說明（8) 料4之電流值（ 如上述，料）。 之放大電路作為態由於放大電特性信號之信號位準 電性探針2C之側^，體積體電路12被製作於進行測定之導 電特性信號， 可以給予放大至導電性懸臂丨c之 與電阻成分招致2;;制因形成先前方式之問題之雜訊 解能力與提昇測ί 虎；=發；所謂評價資料分 導電性之良否不會對測定；二= 卜，伴隨此懸臂 可以提昇導電性懸臂lc$ =之& m父大之影響，也 路1 2被組入導電性 :率。加上，由於半導體積體電 半導體積體二体:側面，所以可以得到探職 (實施形態2)固体化之安定性高之構造。 之AFM ’係將絕緣性懸臂11作為懸臂1，將 電於導電性探針2C之側面之半導體積體 電路12之構拉。又’全體構造係與圖示之先前例相 同，針對懸臂1及半導體積體電路〗2等之構造，係與圖J、 圖2所示之實施形態1相同。 圖4為顯示實施形態2之電連接構造之說明圖。如同圖所 示’導電性探針2 C係電連接於記憶體1 2 b。由微電腦所賦 予之住址信號等之控制信號，係介由信號處理部丨〇、信號 電纜9及控制信號線L2a給予記憶體丨2b。另外，記憶於記 憶體12b之記憶資料，係介由輸出信號線L2b、信號電纜9 及信號處理部1 0給予微電腦。又，控制信號線L2a及輸出 信號線L 2 b，係與實施形態1所示之電源供給用之金屬配線

91116454.ptd 第12頁 561244 五、發明說明（9) 同樣的形成絕緣性懸臂1 I上。又，圖4所示構造的情況， 信號電纜9有必要構成可以多數收送信號。 以下，藉實施形態2之AFM說明電流值測定動作。

測疋動作係與貫施形態1相同’在各測定點以光偵測器 檢測絕緣性懸臂11之彎曲量，測定試料4的表面之凹凸。 同時在試料4與導電性探針2C之間加上電壓，在各測定點 將電流值作為電特性信號測定。而且，該電特性信號藉記 憶體1 2b之内部之放大功能放大之後，正確的被記憶。以 後因應必要記憶於記憶體丨2b之記憶資料，介由輸出信號 線L2b及信號電纜9被送至信號處理裝置10。 從而，與實施形態1同樣，在本實施形態，以導電性探 針2C得到之電特性信號，在記憶體丨2b中作為所記憶之安 疋性南之記憶資料，經由輸出信號線L2b及信號電纟覽9被送 至信號處理裝置1 〇。 、 為此’在本實施形態與實施形態1同樣，可以有效抑制 因在由形成於絕緣性懸臂1 I上之輸出信號L2b至信號處理 裳置1 0之電流路徑所發生之雜訊等之擾動與電阻成分 電特性信號之劣化。

又’作為記憶體者可以想到的是DRAM、SRAM、快閃々么 =寺，分別具有下述之優點，dram的情況係可以保存大容 量之電特性信號，SRAM的情況係可以抑制消耗電流於最 少’針對快閃記憶體即使關掉電源亦可以進行所謂資粗 會消失之安定之記憶。 4不 如上述，在本實施形態，由於記憶由探針進行測定所得

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361244 五、發明說明（ίο) 到之電特性信號之記愔湖^ ] 〇1 加上實施形態！之效果被製作於探針之侧面，所以 電特性之測定系统來看丄為由AFM與電腦所形成之試料之 之資料保存功能之^的“，更可以發揮簡略化電腦側 (實施形態3) 产$ 2 之AFM、’作為懸臂1之絕緣性懸臂11構成微 ί電:ΐ2' ’又為入形成於,電性探針2C的側面之半導體積 ^ χ ，全體構造係與圖11所示之先前例相同，針 對半導體積體電路12係與圖i、圖2所示之實^㈣Μ

同針對電連接構造係與圖4所示之構造約略相同，記憶 ，12b取代微處理器12c，介由控制信號線Ua賦予微處理 為12c用之控制信號，由輸出信號線L2b供給微處理器12c 之輸出信號。 以下’藉實施形態2之AFM說明電流值測定動作。

測定動作係與實施形態1相同，在各測定點以光偵測器 檢測絕緣性懸臂1 I之彎曲量，測定試料4的表面之凹凸。 同時在試料4與導電性探針2C之間加上電壓，在各測定點 將電流值作為電特性信號測定。而且，該電特性信號藉微 處理器1 2c之内部之放大功能放大之後，實施指定之演算 處理。爾後因應必要以微處理器1 2 c演算，演算完成之安 定性較高之電特性信號，介由輸出信號線L2b及信號電纜9 被送至信號處理裝置1 0。 從而，與實施形態1同樣，在本實施形態，以導電性探 針2C得到之電特性信號，在微處理器1 2c中演算之演算完

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、發明說明（Π) 成之電特性信號，經由輪出信號線L2b及信號電纜9 k號處理裝置10，又，作為微處理器12c之演算處理反咬至 可以想到的是依據信號處理裝置1 〇所處理之信號之 ， 演算處理中，一部之比較簡單之演算處理等。σ〜電腦之 為此，在本實施形態與實施形態1同樣，可以有―文 ，在由導電性探針2C至信號處理裝置10之電流路^中制 雜訊等之擾動與電阻成分招致電特性信號之劣化二5生之 。進一步，在本實施形態如上述，由於對由探針所彳曰】 電特性信號進行演算處理之微處理器丨2c被製作於探卞到之 =面，所以加上實施形態i之效果，作為由AFM與電木腦'之 f 士試料之電特性之測定系統來看的情況，微處理器丨 藉貫行電腦側之演算處理的一部，更可以發揮簡略 側之資料演算功能之效果。 (實施形態4 ) 圖5為顯示本發明之實施形態4之AFM之懸臂之側面構造 之說明圖，圖6為顯示由正面（下）來看圖5之懸臂之構造之 說明圖。 ^該等圖所示，半導體裝置（半導體晶片）丨3黏著於導電 眭铋針2(：之側面。如前所述，由於導電性探針2C之側面在 f面附近形成具有比較廣之面積，所以可以將以微細加工 製造之微細之半導體裝置1 3黏著於導電性探針2C之側面。 在此所δ胃黏著，係與例如使用於行動電話内之 MCP(M^ilti Chip package)内之多數個半導體晶片黏合相 同’意味著將在別的製程製造之半導體裝置1 3黏著於導電

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處理裝置1 ο。 為此’本實施形態與實施形態4同樣，可以有效抑制因 在由導電性探針2C至信號處理裝置1 〇之電流路徑發生之 訊等之擾動與電阻成分招致電特性信號之劣化。 ” 作為記憶體者與記憶體1 2b同樣 又 DRAM、SRAM、快閃記憶體等。微處理器i 3c之功能係盥 處理器12c相同。 、做 如上述，在本實施形態由於記憶進行測定由探針所彳曰 之電特性信號之記憶體1 3b或微處理器1 3c被黏著於探^ 1 側面，所以加上實施形態4之效果，作為由AFM與電腦所= 成之試料之電特性之測定系統來看的情況，與實施形能》 2、實施形態3相同，更可以發揮簡略化電腦側之== 功能或資料演算功能之效果。’ 、寸诉存 (實施形態6) 圖7為顯示由正面（下）來 懸臂之構造之說明圖 如同圖所示，在導電性探針2C之2個側面組入 體電路21及22。實施形態6係構成將放大電路(相當二積 ^怨1之放大電路12a)、記憶體（相當於實 ^ ，）、或微處理器(相當於實施形態3 理二, 為半導體積體電路21及22。又，全體禮1技a 〇 ^ 構造相同。 Χ王體構造係與圖11所示之 561244

大電路放大之後，構成寫入半導體積體電路22之記憶體。 圖8為顯示依據上述例之實施形態6之電連 :^ 圖。如同圖所示，藉配線等將導電性探針 雕積體電路21，藉彳&號線L3連接半導體積體電路2i與半導 =積體電路22，介由控制信號線L2a及輸出信號線L2b，將 半導體積體電路22連接於信號電纜9。該情況，信號電緵9 必須構成可以收送多數個信號信，懸臂丨以形成為絕緣 懸臂1 I較佳。 以下，藉實施形態6之AFM說明電流值測定動作。

月測定動作係與先前相同，在各測定點以光偵測器檢測懸 臂1 I之彎曲量，測定試料4的表面之凹凸。同時在試料4 g 導電性探針2C之間加上電壓，在各測定點將電流值作/雷 特性信號測定。 ' ” 而且，該電特性信號係藉放大電路作放大處理、藉記憶 體作記憶處理、藉微處理器作演算處理等中，進行2個之… 組合處理後’如圖8所示介由輸出信號線[2b被送至信號户 理裝置1 0。 。儿处

從而，與實施形態1〜實施形態5同樣，可以有效抑制因 在到達信號處理裝置1 〇之電流路徑發生之雜訊等之擾動與 電阻成分招致電特性信號之劣化。 〃 本實施形態加上實施形態1〜實施形態5之效果，藉將多 數種之半導體積體電路21及22組入導電性探針2C，可以進 行更複雜之處理。例如，藉以記憶體構成半導體積體電路 2 1、以微處理器構成半導體積體電路22，藉利用記憶於記

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形態6同樣 性探針2C， (其他） 藉將多數種之半導體裴置23及24黏著於 可以進行更複雜之處理。 本實施形態雖然顯示了將 等之信號處理部作為半導體 裝置13(23、24)，不過若具 之電特性信號之信號劣化之 號處理部亦可。 放大電路、記憶體、微處理器 積體電路12(21、22)或半導^ 有抑制由導電性探針2C所得到 功能的話，即使使用其他之信 隹上返之實 又 心 吵^芊a以测定試料之

之AFM為W ’不過即使為STM若為依據由探針得到 = =得到測定資料之掃描型探針顯微鏡的話亦可以適用本 ’作成將半導體 半導體裝置黏著 於導電性探針2c 另外，亦可組合實施形態6與實施形態7 積體電路組入導電性探針2C之一側面，將 於另一側面，將多數個信號處理電路設置 之AFM之構造。 【發明之效果】 如以上之說明，在本發明中申請專利範圍第丨 型探針顯微鏡，由於藉設置於探針的側面之俨' ^

行電特性信號之信號處理’戶斤以形成可以迴“：: ::特性信號時發生之雜訊等之擾動等之信 = 有效抑制測定精度之降低。 & ， 二^利範圍第2項之掃描型探針顯微鏡，係藉 導體積體電路於探針的側面，可以得到與探針堅固

561244 五、發明說明（18) 化之安定性高之信號處理部。 申請專利範圍第3項之掃描型探針顯微鏡，係 ^裝置於探針的側面’在與探針獨立製造 y 以黏著於探針的側面之部分，可以減輕製造 :請專利範圍第4項之掃描型探針顯微鏡， 大電路於探針的側面，可以得到耐雜 ^又置放 特性信號。 J 了雜Λ專擾動之放大之電 :請專利範圍第5項之掃描型探針顯微鏡， ，於探針的侧面’可以將由探針所得到之電、：二/ 在雜訊等之擾動沒有混入之餘地之狀;特，號’ 據記憶於記憶體之電特性信 ^ =攸而，依 料。 仔到精度優良之測定資 申請專利範圍第6項之掃描型探針_ DRAM於探針之側鏡，係藉設置 申請專利範圍第7項之掃描型探針里顯電㈣ 於探針之側面，可以以 ’十之'頁 信號。 -4耗電力記憶電特性 申請專利範圍第8項之掃描型探 閃記憶體於探針之側面，與 十：试鏡’係藉設置快 安定良的記憶電特性信?虎。一的有無、有關係可以 處理器於探以：9面項之描型探針顯微鏡，係藉設置微 處理代用測定;：以：信號可以以指定之演算

91116454.ptd 第22頁 561244 五、發明說明（20) 13b 記 憶 體 13c 微 處 理 器 14 絕 緣 膜 LI、L3 信 號 線 L2a 控 制 信 號 線 L2b % 出 信 號 線

91116454.ptd 第24頁 561244 圖式簡單說明 圖 圖1為顯〜 ^ 。 、不實施形態1之之懸臂之側面構造之說明 圖2為顯- 圖3為ί正面來看圖】之懸臂之構造之說明圖。 圖4為^施形態1之電連接構造之說明圖。 圖 圖5為_ = ΐ施形態2之電連接構造之說明圖。 。 矽貫施形態4之AFM之懸臂之側面構造之說明 圖6為|員币 圖7為由正面來看圖5之懸臂之構造之說明圖。 說明圖。卞由正面來看實施形態6之AFM之懸臂之構造之 圖8為_示κ 圖9為_ ^汽知形態6之電連接狀態之一例之說明圖。 說明圖。不由正面來看實施形態7之AFM之懸臂之構造之 圖1 〇為顯- Α 圖11為顯=FM之裝置構造之說明圖。 造之說明圖7κ進行試料之電流測定的情況之AFM之裝置構 91Π6454 •Ptd 第25頁 %

Claims (1)

1. 561244

   561244 六、申請專利範圍 鏡，其中，前述信號處理部包含對前述電特性信號進行指 定演算處理之微處理器。 1 0.如申請專利範圍第1至3項中任一項之掃描型探針顯 微鏡，其中，前述信號處理部包含進行相互不同信號處理 之多數個信號處理部， 前述多數個信號處理部係分離設置於前述探針之不同側 面。

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