【手続補正書】
【提出日】平成15年9月25日(2003.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
前記カンチレバーの固定端部の一面側を着脱自在に支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたカンチレバーの固定端部の他面側に当接自在に配置され、カンチレバーの他面側に当接したとき、固定端部を介してカンチレバーを振動させる加振部材と、
この加振部材を前記他面側に当接した状態でカンチレバーの固定端部を前記支持部材とによって押圧して挟持する押圧部材と、
前記カンチレバーの自由端部に対向してカンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、
前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力されカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、
を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
【請求項２】
カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたウエハーの一面側であって、ウエハーの少なくとも１個のカンチレバーの固定端部に当接自在に配置され、固定端部に接したとき、固定端部を介してカンチレバーを振動させる加振部材と、
前記加振部材によって、振動するカンチレバーの自由端部に対向してカンチレバーの振動を検出し、この変位信号を出力する検出手段と、
前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、
前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハーに形成された各カンチレバーの固定端部および自由端部をそれぞれ前記加振部材と検出手段の位置に移動させるステージと、
を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
【請求項３】
カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、
この加振部材によって振動するカンチレバーの少なくとも１つのカンチレバーの自由端部に対向して、カンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、
前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、
前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハーに形成された各カンチレバーの自由端部を前記検出手段の位置に移動させるステージと、
を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
【請求項４】
カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたウエハーのカンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの固定端部に対向して固定端部の振動を検出し、変位信号を出力する第１の検出手段と、
前記加振部材によって振動するカンチレバーの自由端部の振動を検出し、変位信号を出力する第２の検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の検出手段からの変位信号と第２の検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、
を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
【請求項５】
カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたウエハーのカンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、
この検出手段がカンチレバーの固定端部に対向する第１の位置と自由端部に対向する第２の位置のいずれかに位置するように、前記検出手段と前記カンチレバーを相対的に移動させる移動手段と、
前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号と前記第２の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、  を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
カンチレバーの所定の共振周波数ｆ１で固有振動させながらカンチレバーを試料表面上に走査し、この走査により得た表面情報から画像を形成するものとして走査型プローブ顕微鏡がある。特開昭６３−３０９８０２号公報には、尖った先端部を有した片持ちばりを原子間力が発生可能な距離まで、試料表面に近づけた状態で走査し、原子間力に影響されて生じる片持ちばりの振動の固有振動数からシフトを検出し、検出した振動数のシフトを片持ちばりの先端部と試料表面の距離を示す情報として使用することにより、試料表面の像を形成して、測定することが記載されている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
このような片持ちばりが前記カンチレバーに相当し、また、固有振動数として走査型プローブ顕微鏡の測定時には、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚまでの中で用途により特定の共振周波数ｆ１が用いられる。ところが共振周波数ｆ１は、多数個のカンチレバーをウエハーに作製した場合、カンチレバーの製造上、各カンチレバー毎に、あるいはカンチレバーを形成したウエハー毎にバラツキが出やすい。このため、特定の共振周波数ｆ１を有するカンチレバーのみを選別して使っているのが実情である。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項４、５の発明は、ウエハーに複数形成されたカンチレバー、あるいは複数のカンチレバーに対し、さらに高精度でカンチレバーの評価ができるカンチレバーの評価装置を提供することを目的とする。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項３の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの少なくとも１つのカンチレバーの自由端部に対向して、カンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハーに形成された各カンチレバーの自由端部を前記検出手段の位置に移動させるステージと、を有することを特徴とする。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この構造では、加振部材がウエハー本体に固定もしくは当接して配置されており、加振部材の振動によってウエハー全体が振動し、この振動によってウエハーに形成されているすべてのカンチレバーが振動する。このため、加振部材を個々のカンチレバーに臨ませる必要がなくなり、評価を迅速に行うことができる。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項４の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーのカンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの固定端部に対向して固定端部の振動を検出し、変位信号を出力する第１の検出手段と、前記加振部材によって振動するカンチレバーの自由端部の振動を検出し、変位信号を出力する第２の検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の検出手段からの変位信号と第２の検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置とを有することを特徴とする。また、請求項５の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーのカンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、この検出手段がカンチレバーの固定端部に対向する第１の位置と自由端部に対向する第２の位置のいずれかに位置するように、前記検出手段と前記カンチレバーを相対的に移動させる移動手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号と前記第２の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、を有することを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
カンチレバー１の自由端部１ｂは先端に探針５を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。カンチレバー１の固定端部１ａ上部にはカンチレバーを振動させるための加振部材として、ゴム７に保持された圧電素子６が設けられている。ゴム７は上下に移動可能なローラステージを有するステージ９に支えられて圧電素子６をＺ方向に移動可能としている。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
ウエハー５９には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。これはマイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体デバイス作成技術をベースに微細形状に加工される。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
加振部材としての圧電素子５２は、カンチレバー１の基部であるウエハー本体６０上に取り付けられ、加振信号Ａに従い圧電素子５２を振動させる事によりウエハー本体６０全体が加振する。スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧電素子５２に出力して、圧電素子５２を振動させると共に、この時の振動信号Ｂが入力されて振動振幅および位相を計算する。圧電素子５２のウエハーへの取り付けは粘着剤による取り付け、あるいは、実施の形態２で示したゴム７とステージ９による取り付けが可能である。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
この実施の形態では、ステージ１２はウエハー本体６０全体を移動させ、変位センサ５１をカンチレバー１の自由端部１ｂ上部に位置決めする。変位センサ５１から出射する検出光は、カンチレバー１の自由端部に当てられ、圧電素子５２により振動させられるカンチレバー１の自由端部１ｂにおける変位を検出している。即ち、圧電素子５２は、スペクトラムアナライザー３により出力される加振信号Ａにより振動させられる。この振動は、ウエハー本体６０全体に伝わって、結果的にカンチレバー１の自由端部１ｂを振動させる。このとき、ゴム１１は、ウエハー本体６０の振動を減衰しないように機能する。カンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅は、変位センサ５１により検出され、電気信号としての振動信号Ｂを出力する。カンチレバー１の周波数特性を得るために、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させてウエハー本体６０を加振し、同時にカンチレバー１の自由端部１ｂの振動信号Ｂの振幅および位相を順次検出し、表示部３ａで表示する。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
ウエハー５９のウエハー本体６０上には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。これは、マイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体デバイス製作技術をベースに微細形状に加工することができる。カンチレバー１の自由端部１ｂは、先端に探針５を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
カンチレバー１の自由端部１ｂの振動状態は、圧電素子５２の振動特性およびその固定端部１ａおよびウエハー本体６０およびこれを保持しているゴム１１等の振動特性がカンチレバー１の自由端部１ｂの振動特性に含まれている。カンチレバー１の自由端部１ｂの振動特性だけを外乱より分離し検出するため、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させて、カンチレバー１を加振すると同時に、固定端部１ａの振動をファイバー２１で検出し、さらに自由端部１ｂの振動をファイバー２２で検出し、振幅、位相情報を得る。両者の振幅、位相を周波数軸上でスペクトラムアナライザー３により差分することによりカンチレバー１の自由端部１ｂだけの振動特性を得ることができる。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
この実施の形態では、自由端部と固定端部の振動を検出するためファイバー２２および２１を配置したが、ファイバー２１の一端を自由端部および固定端部にスライド移動させる機構を設けても良く、これにより１本のファイバーだけでも同様の効果が得られる。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
なお、図７では、ウエハー本体６０に圧電素子５２を粘着剤によって取り付けているが、実施の形態２で示したように、ウエハー内の１個のカンチレバーの固定端部に対して直接に圧電素子を接触させ且つこの圧電素子をゴム７を介してステージ９により押圧し、ゴム１１との間でウエハー本体６０あるいはカンチレバー１を支持してもよい。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
なお、以上の実施の形態では、カンチレバーあるいはウエハーは水平状態にしてゴムで支えているが、これに限らず、垂直状態にして支えて実施することもできる。例えば図１に対しては、図３で示すように、カンチレバー１を支持する支持部１０ａの形状を、カンチレバーの固定端部１ａの一面側とカンチレバー１の後端面とを支持するＬ字形の屈曲形状とすることにより、他の構成をそのままにして測定が可能となる。


【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、カンチレバーを加振部材と支持部材とによって挟持して固定するため、カンチレバーを破壊せずに評価できる。


【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
請求項４、５記載の発明によれば、カンチレバーの固定端部と自由端部の振動を検出して周波数解析した後、両者を差分する信号処理部を設けたことにより、カンチレバーの振動特性を高精度に検出できる。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
1998142241.tif 000001