(57)【要約】【課題】本発明の課題は、サブミクロン間隔の多探針プローブを製作できる加工法を確立し、そのような極微小多探針プローブを提供することであり、また、その極微小多探針プローブを用いた極端に小さい領域での電気計測において、該計測に影響を及ぼすことの無い位置合わせ機能を備えた半導体デバイス等の極表面解析装置を提供することにある。【解決手段】本発明の極微小多探針プローブ製造方法は、リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作手法により複数本のリード部を分離形成すると共に先端部には短絡エリアが形成されたカンチレバーを作成するステップと、集束荷電粒子ビームを用いて前記先端部の短絡エリアをスパッタ若しくはガスアシストエッチング又は、ＣＶＤ形成により加工し、５μｍ以下のピッチの探針を形成させるステップとからなる。【選択図】　　図２
2004093352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作手法により複数本のリード部を分離形成すると共に先端部には短絡エリアが形成されたカンチレバーを作成するステップと、集束荷電粒子ビームを用いて前記先端部の短絡エリアをスパッタ若しくはガスアシストエッチングにより加工し、探針を形成させるステップとからなる極微小多探針プローブの製造方法。
【請求項２】
リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作手法により複数本のリード部を分離形成したカンチレバーを作成するステップと、前記カンチレバーの先端部に原料ガスを噴射しつつ集束荷電粒子ビームを照射するＣＶＤ若しくはイオン打ち込みによって導電化し探針を形成させるステップとからなる極微小多探針プローブの製造方法。
【請求項３】
リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作手法により複数本のリード部を分離形成すると共に先端部には短絡エリアが形成されたカンチレバーを作成するステップと、ステッパー、マスクアライナー、ＳＯＲを用いたＸ線露光、または電子線描画のいずれかを含むレジスト感光と、ドライまたはウエットエッチング処理を行うフォトファブリケーション技術を用いて前記先端部の短絡エリアを加工し、探針を形成させるステップとからなる極微小多探針プローブの製造方法。
【請求項４】
探針として、くし歯状電極の表面にＦＩＢ装置を用いたＣＶＤによってニードル状の探針を形成させるステップを加えた請求項１または２に記載の極微小多探針プローブの製造方法。
【請求項５】
探針は弾性構造にＣＶＤ形成されたものである請求項１または２に記載の極微小多探針プローブの製造方法。
【請求項６】
リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作において、先端部に山なりの凸状土手を形成するステップを加えた請求項１から３のいずれかに記載の極微小多探針プローブの製造方法。
【請求項７】
極微小多探針プローブを先端部に具備したマイクロカンチレバーと、先端部に専用の探針を具備したＡＦＭ用のマイクロカンチレバーとを前記両探針の位置を既知の所定間隔に配置すると共に、両カンチレバーを独立して試料面に対して接触／非接触状態に駆動する手段とを備えたものであって、極微小多探針プローブを非接触状態にしてＡＦＭ機能によって試料面の観察画像を得、該観察画像から計測領域を特定し、前記極微小多探針プローブを特定領域に位置決めして接触させる機能を備えることを特徴とする表面特性解析装置。
【請求項８】
接触／非接触状態に駆動する手段は、温度制御によるバイメタル式アクチュエータ、くし歯状の静電アクチュエータ若しくは圧電マイクロアクチュエータのいずれかを採用したものである請求項７に記載の表面特性解析装置。
【請求項９】
カンチレバーには歪みゲージが設置された自己検出方式を採用し、暗視野形態での測定を可能とすることを特徴とした請求項７または８に記載の表面特性解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体プロセス評価に用いられる４探針法による走査型トンネル顕微鏡、および該走査型トンネル顕微鏡に用いて極表面領域の解析に適したプローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタの発明は半導体表面の電気特性、特に表面電子状態の研究から生まれた経緯があるが、表面電子状態そのものによる電気伝導については、今日に至るまで未解析の部分が多い。この「表面状態伝導」は、結晶表面のわずか１乃至２原子層だけを通るものなので計測することが極めて困難である。しかし、超高真空中で動作する４探針型走査トンネル顕微鏡やミクロな４端子プローブなどの新しい計測・検査手法の出現によって、その直接測定が可能となりつつあり、それによって、きわめて興味深い伝導特性が明らかにされ始めた。半導体表面の電子状態はバルク電子状態とはまったく異なる独自の特性をもつのであることが分かった。電子デバイスの分野においてこの種装置はその研究・開発に重要な役割を演じるものとなる。
４探針法による走査型トンネル顕微鏡を用いた評価装置では４つの探針が直線上に等間隔に配置されていて、外側２本の探針から電流を試料に流し込み、試料の電気抵抗のために生じる電圧降下を内側２本の探針で測定する。このとき、この電圧探針にはほとんど電流が流れないため、探針接触点での接触抵抗の影響を受けずに、試料での電圧降下Ｖだけを測定できる。測定電流をＩとすると４端子プローブ法による電気抵抗はＲ＝Ｖ／Ｉと求まる。探針間隔とサンプルヘの探索深さは図１０に示すように相関関係があり、極表面の情報を得たい場合には図の（ｂ）に示したように相応の狭い間隔にプローブを配置する必要がある。しかしながら、従来技術では加工上の限界があり、探針の直径が制限となって例えば数μｍピッチの探針間隔のプローブを作ることは出来なかった。
【０００３】
探針間隔がミリメートルからセンチメートル程度の４端子プローブは従来から用いられ、研究も数多く報告されているところであるが、半導体デバイスの表面解析には適用できない。通常のリソグラフィ等によるシリコン微細加工の技術を駆使して最近数μｍピッチのミクロ４端子プローブが作られ、それを用いたシリコン結晶表面の電気抵抗測定の報告が東大大学院グループにより発表（応用物理　第７０巻　第１０号　２００１年）されている。しかしながらデバイス最表面の解析を行う場合には数μｍ間隔では性能上十分では無く、少なくとも１μｍ以下の探針間隔が必要になってきた。このようにサブミクロンオーダとなると、上記シリコン微細加工の技術を駆使してもこの間隔の４端子プローブを作製することは構造上困難な状況にある。
【０００４】
また、対象物表面における測定箇所の位置合わせを従来光学顕微鏡で行っていたが、デバイス最表面の解析を行う場合には求められている測定領域が極端に小さいため、従来の光学顕微鏡では位置合わせをすることが困難であり、代替手段として走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの新たな観察手法が必要である。ＳＥＭを用いた場合、観察期間中は常時電子がサンプルに照射されることになるが、それがノイズとなってしまうため正確な電気計測を行なうことができない。他方ＡＦＭでは一般大気環境および特殊雰囲気環境の双方での観察が可能であるが、同じ探針ということで多探針プローブそのものを画像取得用にも流用使用とした場合、▲１▼一列に並んだ複数探針で検出した信号から画像解析を行なうことは困難なこと、▲２▼走査によって汚染物質が付着したりダメージを受ける等の理由から正確な計測に支障をきたすといった問題を伴う。さらに、従来のＡＦＭでは変位検出にカンチレバーに配置したミラーの光てこ方式を用いるのが一般的であり、この場合レーザーが試料に照射されることになる。レーザ光は励起エネルギー源となって表面原子を励起状態にするため、デバイス表面の電子の移動に大きな影響を及ぼすこととなりこれも正確な電気計測を妨げることになる。フィルターを用いた波長カットオフによって励起光となる波を除外することも可能であるが、完全暗視野でないことともに、光強度の減衰による感度の低下を含め問題が生じる場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、サブミクロン間隔の多探針プローブを製作できる加工法を確立し、そのような極微小多探針プローブを提供することであり、また、その極微小多探針プローブを用いた極端に小さい領域での電気計測において、該計測に影響を及ぼすことの無い位置合わせ機能を備えた半導体デバイス等の極表面解析装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の極微小多探針プローブ製造方法は、リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作手法により複数本のリード部を分離形成すると共に先端部には短絡エリアが形成されたカンチレバーを作成するステップと、集束荷電粒子ビームを用いて前記先端部の短絡エリアを電子線描画露光やＸ線露光とエッチングにより形成するか、またはスパッタ若しくはガスアシストエッチングにより加工し、５μｍ以下のピッチの探針を形成させるステップとからなる。
また、本発明の極微小多探針プローブ製造方法は、リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作手法により複数本のリード部を分離形成したカンチレバーを作成するステップと、前記カンチレバーの先端部に原料ガスを噴射しつつ集束荷電粒子ビームを照射して、５μｍ以下のピッチの探針をＣＶＤ形成させるステップとからなる。
【０００７】
本発明の表面特性解析装置は、極微小多探針プローブを非接触状態にしてＡＦＭ機能によって試料面の観察画像を得、該観察画像から計測領域を特定し、前記極微小多探針プローブを特定領域に位置決めして接触させる機能を備えるために、１μｍ以下のピッチの極微小多探針プローブを先端部に具備したマイクロカンチレバーと、先端部に専用の探針を具備したＡＦＭ用のマイクロカンチレバーとを前記両探針の位置を既知の所定間隔に配置すると共に、両カンチレバーを独立して試料面に対して接触／非接触状態に駆動する手段とを備える。そして、接触／非接触状態に駆動する手段としては、温度制御によるバイメタル式アクチュエータ、くし歯状の静電アクチュエータ若しくは圧電マイクロアクチュエータを採用する。また、暗視野形態での測定を可能とするためにカンチレバーには歪みゲージが設置された自己検出方式を採用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
半導体プロセス評価に用いられる４探針法による走査型トンネル顕微鏡において、探針間隔とサンプルヘの探索深さは、前述したように図１０に示すような相関関係があり、極表面の情報を得たい場合には図の（ｂ）に示したように相応の狭い間隔にプローブを配置する必要がある中で、従来技術では加工上の限界があり、探針の直径が制限となって８μｍピッチの電極の報告があるが、サブミクロンピッチの探針間隔のプローブを作ることは出来ないという事情があった。そこで、本発明は、カンチレバー本体をまず従来法により製作し、先端のプローブ部分をナノ加工技術を駆使して極微小ピッチの探針間隔のプローブを作ることを想到したものである。
すなわち、１つの手法はシリコン等の基板の上に導電性薄膜をコートしたり、イオン打ち込み（ｉｏｎ　ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）により導電性を持たせて、互いに分離した多探針の導電部を形成すると共に先端部は該多探針の導電部を１つにまとめた短絡エリアを形成させた１本のマイクロカンチレバーを作成し、１μｍ以下の探針ピッチを得るために、前記先端の短絡エリアに、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用いたスパッタエッチング又はガスアシストエッチングのようなエッチングプロセスでくし型電極を形成し、それを多探針のプローブとして使用することが考えられる。
また、他の手法としては、互いに分離した多探針の導電部を形成すると共に先端部は非導電エリアを形成させた１本のマイクロカンチレバーを作成するまでは上記と同様の手法で製作し、該バッチプロセスで配線されたカンチレバーの先端にＦＩＢ装置を用いたＣＶＤにより金属やカーボンを所望の間隔にデポジションすることによって上記構造を得ることも可能である。また、このＣＶＤに代えてビームを絞ったイオン打ち込みの技術で微小多探針の導電部を形成することもできる。
さらにくし型電極のみを用いるのではなく、電極の先端部に導電性物質（例えば炭素、タングステンなど）を積層・堆積することによってニードル状電極を作製し試料とのコンタクト性を向上させることもできる。
また、ＦＩＢ装置を用いてデポジションされたメタルの加工での電極作製においては、金属膜厚にもよるが数百から数ｎｍの間隔の超極微小多探針プローブを容易に作製加工することが可能である。
以上の説明では荷電粒子ビームとしてＦＩＢを用いるものを示したが、ガスアシストエッチング法やＣＶＤ法による加工は電子ビームを用いた装置によっても可能である。
【０００９】
また、デバイス最表面の解析を行う場合にはその位置の特定が必要であり、従来は光学顕微鏡で試料であるデバイス表面の観察像を得て、位置合わせを行なっていたがその測定領域が極端に小さいため、光学顕微鏡で位置の特定をすることが困難であることに鑑み、光学顕微鏡に代替する手段として分解能の高い走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの新たな観察手法が必要とされる。ＳＥＭを用いた場合、前述のように観察期間中は常時電子がサンプルに照射されることになり、それがノイズとなって正確な電気計測を行なうことができないという問題があってこの種表面観察装置には使い難い。ＡＦＭで観察画像を得ようとした場合、変位計測のために用いるレーザーが励起源となって表面原子を励起状態にしてしまう問題について、本発明ではレーザーを使用しないＡＦＭ、例えばカンチレバーに歪みゲージを貼着して変位を検出する方式のものを採用することでこの問題の解決を図ることに想到した。また、▲１▼一列に並んだ複数探針で検出した信号から画像解析を行なうことは困難なこと、▲２▼走査によって汚染物質が付着したりダメージを受ける等の理由から正確な計測に支障をきたすといった問題については、表面解析のプローブとして用いる多探針プローブとは別に表面観察用の単探針プローブを備えると共に、該表面観察用の単探針プローブを走査して観察画像を得る際には、前記表面解析用のプローブとする多探針プローブを非接触状態として汚染物質が付着したりダメージを受けることを防止することに想到し、両プローブが独立して接触／非接触位置を取り得る機構を備えるようにした。これらの機構としては温度制御によるバイメタル式アクチュエータ、くし歯状の静電アクチュエータ若しくは圧電マイクロアクチュエータ等により、カンチレバーを昇降させるものを採用することができる。
【００１０】
【実施例１】次に本発明の手法によって加工製作した４探針プローブの実施例を示す。シリコン基板を元材料としてリソグラフィによって図１に示す幅１６μｍの細長いカンチレバー１とその基部２を形状形成し、４つの探針のリード路３を基部２においては３５μｍ間隔に、カンチレバー部１においては３．４μｍ間隔に白金膜パターン形成する。この材料はアルミニウムやタングステン等他の金属であってもよい。このように形成したカンチレバー１の先端部を図２のＡに拡大表示する。図２のＡから分かるようにカンチレバー１の先端部は先細り形状とされ、該先端部には各リード路３が共通の導電部である短絡エリア４に突き当たるようにパターン形成されている。この先端部をＦＩＢ装置を使って微細加工し、サブミクロン間隔の４探針の形成加工を実行する。このスパッタエッチングは白金膜を除去するだけでも良いが、試料面との良好な接触のため櫛歯状にシリコン基板部まで除去しても良い。
【００１１】
用いるＦＩＢ装置の基本構成を図１１に示す。ＦＩＢ装置はイオン源から引出したイオンをイオン光学系によって集束イオンビームに絞り試料面に照射する。照射位置は偏向装置（デフレクタ）によって制御され、照射された試料面から電子若しくは２次イオンがはじき出され、２次荷電粒子検出器でそれを検出する。検出した２次荷電粒子はＳＩＢが照射されたビームスポットの試料面素材に依存するので、照射位置が二次元的に走査された場合、その位置情報と検出情報を合成処理してディスプレイに表示することによって試料表面の顕微鏡像を得ることが出来る。これがＦＩＢ装置による走査型顕微鏡としての機能である。また、ＦＩＢを照射することによって試料表面の素材を削る加工がスパッタエッチング機能であり、ガス銃からアシストガスを噴射させつつＦＩＢを照射することによって試料表面の素材を化学反応を促進させて削る加工がガスアシストエッチング機能である。更に、ガス銃から原料ガスを噴射させつつＦＩＢを照射することによって試料表面に素材を堆積させる加工がデポジション（ＣＶＤ）機能である。
【００１２】
本発明では、このような機能を備えたＦＩＢ装置を用い、前記のカンチレバー１の先端部の顕微鏡画像を得る。すると、図２のＡに示したような顕微鏡画像が得られるので、該カンチレバー１の先端部の位置並びに先端部の短絡エリア４のパターン情報を得る。この位置情報に基き、本実施例では図２のＢに示すように該先端部をＦＩＢ装置のスパッタエッチング機能を用いて幅３．６μｍ×長さ２．５μｍの方形突出部５を形成する。また、同じＦＩＢ装置のスパッタエッチング機能を用いて当該方形突出部５を加工し、０．８μｍ間隔の電極６が残って形成されるよう短絡エリア４の導電部をエッチングし、極微小電極６と該極微小電極６とリード路３を接続するリード路３１を形成する。このこのようにＦＩＢ装置のスパッタエッチング加工を施すことで図２のＢに示したような４探針のプローブがカンチレバーの先端部に形成される。
また、これと同じ加工をＦＩＢ装置のスパッタエッチング加工に代えてＦＩＢ装置のガスアシストエッチング加工によって形成させることができる。その場合、アシストガスは塩素等のハロゲンガスを用いる。
【００１３】
【実施例２】次に本発明の他の手法であるＦＩＢ装置を用いたデポジションによって加工製作した４探針プローブの実施例を示す。シリコン基板を元材料としてリソグラフィによって図３に示す幅１６μｍの細長いカンチレバー１とその基部２を形状形成し、４つの探針のリード路３を基部２においては３５μｍ間隔に、カンチレバー部１においては３．４μｍ間隔にパターン形成する。このように形成したカンチレバー１の先端部を図４のＡに拡大表示する。図４のＡから分かるようにカンチレバー１の先端部は先細り形状とされ、該先端部で各リード路３が終端部となるようにパターン形成されている。先の実施例と異なるのは導電性の短絡エリアが形成されていない点である。この先端部をＦＩＢ装置を使って微細加工し、サブミクロン間隔の４探針の形成加工を実行する。
【００１４】
本実施例では、ＦＩＢ装置を用い、前記のカンチレバー１の先端部の顕微鏡画像を得る。すると、図４のＡに示したような顕微鏡画像が得られるので、該カンチレバー１の先端部の位置並びに先端部のリード路３の終端部位置情報を得る。この位置情報に基き、本実施例では図４のＢに示すように該先端部をＦＩＢ装置のＣＶＤ機能を用いて０．８μｍ間隔の電極並びに該電極とリード路３の終端部とを接続するリード路３１を形成されるよう短絡エリア４の導電部をデポジション形成する。ガス銃に充填する原料ガスはフェナントレンとし、極微小電極６並びにリード路３１はシリコン基板上にカーボンで成膜される。更に、該極微小電極６の先端部を延長するようにデポジションによる造形を施す。このようにＦＩＢ装置のＣＶＤ加工を施すことで図４のＢに示したような４探針のプローブがカンチレバー１の先端部に形成される。
【００１５】
【実施例３】次に、上記の実施例のようにくし型電極のみを用いるのではなく、試料とのコンタクト性を向上させるために、更にその電極の先端部にＦＩＢ装置を用いたＣＶＤ加工によって導電性物質（例えば炭素、タングステンなど）を積層・堆積させてニードル状電極を形成した実施例を示す。この加工工程は図５に示すようにＦＩＢ加工２までは先の実施例とほぼ同じである。すなわち、加工前として示したものはリソグラフィによって細長いカンチレバー１を形状形成し、４つの探針のリード路３を白金膜パターン形成したものである。ＦＩＢ加工１として示したものはそのカンチレバー１の先端部をＦＩＢ装置を使ってスパッタエッチングによって削って先端部加工を施し方形突出部５を形成する。なお、この加工は必ずしも必須ではなく、実施例２のように省略してＣＶＤ加工に移ってもよい。ＦＩＢ加工２ではＦＩＢ装置を用いたＣＶＤ加工によって先端部に極微小電極６とリード路３との接続リード路３１を微細加工し、サブミクロン間隔の４探針の形成加工を実行する。そして、この実施例はＦＩＢ加工３として前記先端部の極微小電極６に垂直方向に向いたニードル６１を更にＦＩＢ装置を用いたＣＶＤ加工によって形成させる。このようにして形成されたニードル６１が試料面と接触するため先の実施例２のくし型電極のみを用いるものに較べ試料とのコンタクト性を向上させることができる。なお、極微小電極６に垂直方向に向いたニードル６１を更にＦＩＢ装置を用いたＣＶＤ加工によって形成させることは短絡エリア４をエッチング加工で極微小探針６を分離形成したものにも応用することが出来る。
【００１６】
しかし、このようにして形成された４本の極微小電極６のニードル６１は加工高さが異なることによって、サンプルに均一に接触せず導通不良が生じたり、接触圧力が異なり接触抵抗が異なるなどの問題を生じることがある。そこで本実施例ではこの問題を回避する為、造形する電極６２を図６のＡに示すように弓型形状として弾力性を持たせる構造に形成し、すべての探針に均一に接触圧力が掛かるようにした。この弾性形状は図６のＢに示すようなコイル状とすることもできる。この結果多少の高さバラツキは許容され、探針製作上の容易性が飛躍的に高くなる。
【００１７】
【実施例４】次に示す実施例もすべての探針に均一に接触圧力が掛かるようにしたもので、細長いカンチレバー１をリソグラフィによって形状形成する際にその先端部に凸状の土手１１を形成し、そのようなカンチレバー１に４つの探針のリード路３を白金膜パターン形成したものである。図７はその加工工程を示したもので、加工前として図示したものがリソグラフィーによって形成したカンチレバー１であり、上段の平面図中のＡ−Ａ’断面図を中段に斜視図を下段に示している。この図から本実施例における山なりの凸状となっている土手１１の形状が理解されよう。ＦＩＢ加工１として図示したものは、このカンチレバー１の先端部である土手１１の一部をＦＩＢ装置を用いたスパッタエッチングによって削り、方形突出部５を形成したものである。この加工を施したものは下段の斜視図から判るように方形突出部５に山なりの凸状土手１１が残されている。ＦＩＢ加工２において、この部分にＦＩＢ装置を用いたＣＶＤ加工によって先端部に極微小電極６とリード路３との接続リード路３１を微細加工し、サブミクロン間隔の４探針の形成加工を実行する。すると下段の斜視図から明らかなように極微小電極６は前記山なりの凸状土手１１表面上にデポジションされるので山なりに形成される。従って、試料面にこのカンチレバー１を接近させるとその稜線部が接触することになる。この実施例の場合、当初のリソグラフィによるカンチレバー１先端の土手１１の稜線部が均一に形成されていれば極微小電極６の凸部も均一高さに形成され、試料面と複数の極微小電極６との接触関係も安定したものとなる。なお、当初のリソグラフィによるカンチレバー１先端の土手１１の形成は反応性ドライエッチング若しくはウエットエッチングの手法で形成させることができる。また、カンチレバー１先端にこの種土手１１を形成させのは先端部に短絡エリア４が形成されたカンチレバーのものにも応用出来る。
【００１８】
【実施例５】次に対象物表面における測定箇所の位置合わせ機能をもたせるために、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブを併設した本発明の表面特性解析装置の実施例を示す。図８に示すように解析用の極微小４探針６を先端部に備えたカンチレバー１と、ＡＦＭの探針９を先端部に備えたＡＦＭカンチレバー８とが互いの探針を近接させた位置関係で併設されている。この併設された両カンチレバーの先端部分の拡大図を図９のＤに示す。この実施例では図８から判るようにＡＦＭカンチレバー８の基部両側にパッド１０，１０’が形成されていて該パッド１０，１０’を加熱すると、バイメタル効果によりカンチレバー８を上方に退避させる機能を備えている。非加熱時においてはＡＦＭの探針９の先端部が試料面上に当接し、その際極微小４探針６の先端部は図９のＡに示すように試料表面から離反した状態にある。この状態を保つには試料の凹凸を考慮して探針９の高さ寸法を選択することが必要で、一般的には５μｍ〜２０μｍが適当である。バイメタル効果によりカンチレバー８を上方に退避させる加熱時においては、ＡＦＭの探針９の先端部は図９のＢに示すように極微小４探針６の先端部より上方位置へ退避させられる。このとき、両探針６，９の先端部は共に試料面に対し非接触の状態にある。つづいて図示していない試料ステージをＺ（上方）方向に移動させて図９のＣに示すように極微小４探針６と試料とが適度の圧力で接触するように調整する。この際の接触圧はカンチレバー１に備えられた歪みゲージで検出する。上記の退避変位量は探針９の高さ寸法＋αであることが必要で、一般にはαは１μｍ以上である。というのは極微小４探針６を試料面に対して所定圧力で接触させるとき、カンチレバー１が変形することを考慮してのことである。この検出並びに先のにはＡＦＭのカンチレバー検出方式をレーザを用いた光てこ方式ではなく、歪ゲージをカンチレバー本体に作りこんだ自己検知型とすることによって、暗視野における観察・計測を行うことで励起による誤差の問題を回避することが可能である。また、副次的な効果として、従来の光てこ方式では例えば本実施例のようにカンチレバーが複数構造の場合カンチレバーの本数と同等か近い数量のレーザー位置検出系が必要であり、装置構成上、レーザー位置合わせといった使用上、非常に煩雑・複雑である。他方自己検知方式では電気信号の出力のみが複数となるだけで、非常に簡便に装置を構成することが可能である。
【００１９】
本実施例の動作は、まず非加熱状態すなわち、ＡＦＭの探針９の先端部が試料面上に当接し、極微小４探針６の先端部が試料表面から離反した状態において試料表面を２次元走査し、その３次元形状を取得する。この動作は通常の走査型プローブ顕微鏡と同様である。得られた３次元イメージから試料の測定位置を選択特定し、４探針６の先端部が指定位置にくるようにするのであるが、極微小４探針６の先端部とＡＦＭの探針９の先端部は所定間隔離れているのでそのドリフト分を座標上で補正しておく必要がある。ＡＦＭの探針９の先端部が特定した測定位置からそのドリフト分ズレた位置にくるように試料ステージをＸ，Ｙ駆動する。その結果、４探針６の先端部が指定位置にくることになる。その後、図９のＢに示すようにパッド１０，１０’を加熱して、バイメタル効果によりカンチレバー８を上方に退避させた状態とし、続いて試料ステージをＺ（上方）方向に移動させて図９のＣに示すように極微小４探針６と試料が適度の圧力で接触するように調整する。この際の接触圧はカンチレバー１に備えられた歪みゲージでモニターする。一定の圧力が試料にかかっていることを確認したら、４探針測定を開始し、その位置でのデータを取得する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のマイクロカンチレバー製作手法は、リソグラフィによるにより複数本のリード部を分離形成すると共に先端部には短絡エリアが形成されたカンチレバーを作成するステップと、集束荷電粒子ビームを用いて前記先端部の短絡エリアをスパッタ若しくはガスアシストエッチングにより加工し、探針を形成させるステップとからなるもの、または、リソグラフィによるマイクロカンチレバー製作手法により複数本のリード部を分離形成したカンチレバーを作成するステップと、前記カンチレバーの先端部に原料ガスを噴射しつつ集束荷電粒子ビームを照射して、探針をＣＶＤ形成させるステップとからなるであるから、従来技術では不可能であった極微小部・極表面の電気的情報を容易に取得することができる。
本発明の極微小多探針プローブ製造方法において、探針を弾性構造にＣＶＤ形成することによって、多少の高さバラツキは許容され、探針製作上の容易性が飛躍的に高くなる。
【００２１】
本発明の表面特性解析装置は、極微小多探針プローブを先端部に具備したマイクロカンチレバーと、先端部に専用の探針を具備したＡＦＭ用のマイクロカンチレバーとを前記両探針の位置を既知の所定間隔に配置すると共に、両カンチレバーを独立して試料面に対して接触／非接触状態に駆動する手段とを備えたものであるから、極微小多探針プローブを非接触状態にして保護しつつＡＦＭ機能によって試料面の観察画像を得、該観察画像から計測領域を特定し、前記極微小多探針プローブを特定領域に位置決めして接触させる機能を備える。従来の光学顕微鏡では位置合わせが困難であった任意の位置（例えば配線部位）での電気計測においても、ＡＦＭとの複合化を可能にしたアレイプローブで正確な電気計測が可能になる。
また、接触／非接触状態に駆動する手段は、温度制御によるバイメタル式アクチュエータ、くし歯状の静電アクチュエータ若しくは圧電マイクロアクチュエータのいずれかを採用し容易に実行できる。
更に、カンチレバーには歪みゲージが設置された自己検出方式を採用することにより、完全暗視野状態での電気計測も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】リソグラフィによって形状形成した本発明の細長いカンチレバーとその基部の実施例を示す図である。
【図２】Ａは形成したリソグラフィによって形状形成したカンチレバーの先端部の拡大表示図で、ＢはＦＩＢ装置によるエッチング加工で形成した極微小探針を示す図である。
【図３】リソグラフィによって形状形成した本発明の細長いカンチレバーとその基部の他の実施例を示す図である。
【図４】Ａは形成したリソグラフィによって形状形成したカンチレバーの先端部の拡大表示図で、ＢはＦＩＢ装置によるＣＶＤ加工で形成した極微小探針を示す図である。
【図５】櫛歯状の電極に垂直方向にＦＩＢ装置によるＣＶＤ加工でニードル状の探針を形成させた実施例を示す図である。
【図６】ＦＩＢ装置によるＣＶＤ加工で弾性形状にした極微小探針を示す図であり、Ａは弓型、Ｂはコイル型のものを示す。
【図７】カンチレバーの先端部に山なりの凸状土手を形成し、試料面との接触の安定性をもたせた実施例を示す図である。
【図８】解析用の極微小４探針を先端部に備えたカンチレバーと、ＡＦＭの探針を先端部に備えたＡＦＭカンチレバーとが互いの探針を近接させた位置関係で併設された形態を示す図である。
【図９】Ａは通常時における極微小４探針とＡＦＭの探針が試料との接触関係を示す図で、ＢはＡＦＭの探針が上昇変位した状態を、Ｃは極微小４探針が試料と接触関係にある状態を示す図、Ｄは両カンチレバー先端部の拡大図である。
【図１０】探針間隔とサンプルヘの探索深さの相関関係を示す図である。
【図１１】本発明に使用されるＦＩＢ装置の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
１　解析用カンチレバー　　　　　　　　　　　　　　６　極微小電極
１１　山なりの凸状土手　　　　　　　　　　　　　　６１　ニードル探針
２　カンチレバーの基部　　　　　　　　　　　６２　弾性探針
３　リード路　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８　ＡＦＭ用カンチレバー
３１　接続リード路　　　　　　　　　　　　　　　　　　　９　ＡＦＭ用探針
４　短絡エリア　　　　　　　　　　　　　　１０，１０’　加熱パッド
５　方形突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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