(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を支持部材に固定支持された薄膜カンチレバーからなるカンチレバー型プローブであって、前記薄膜カンチレバーが該薄膜カンチレバーの膜厚方向にわたり一様に埋め込まれ、且つ該薄膜カンチレバーの周囲に形成さ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、該ピエゾ抵抗体の抵抗が該薄膜カンチレバーのねじり変位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カンチレバー型プローブ。
【請求項２】
前記ピエゾ抵抗体が、前記薄膜カンチレバーのねじり回転軸に対して略対称となるように該薄膜カンチレバーの周囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー型プローブ。
【請求項３】
前記薄膜カンチレバーは、そ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または請求項２に記載のカンチレバー型プローブ。
【請求項４】
前記薄膜カンチレバーは、前記薄膜カンチレバーのねじり変位に応じて変化する該薄膜カンチレバーの周囲に形成されたピエゾ抵抗体の外に、該薄膜カンチレバーの表面にピエゾ抵抗層を備え、該ピエゾ抵抗層の抵抗が該薄膜カンチレバーのたわみ変位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請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のカンチレバー型プローブ。
【請求項５】
カンチレバー型プローブを備え、走査手段により該カンチレバー型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、前記カンチレバー型プローブが請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のカンチレバー型プローブにより構成され、ねじり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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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（１９８３））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。
【０００３】
これらＳＰＭの中でＡＦＭは、薄膜の片持ち梁（薄膜カンチレバー）を用いて、薄膜カンチレバーの先端につけた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。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  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）により検出する光テコ方式である。ところで、薄膜カンチレバーと試料との間では、垂直な方向の力のみならず、水平な方向の力（摩擦力）も同時に受ける。この為に光テコ方式では、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、高精度に試料表面の３次元形状観察を行っている。また、ねじり変位を観察できることにより、探針と試料表面の摩擦力を計測することが可能となり、該ＡＦＭを摩擦力顕微鏡として用いることができ、試料となる材料のナノメーターオーダーでの潤滑特性を調ベることができる。
【０００４】
他の変位検出方法を用いたＡＦＭ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ＡＦＭがある（Ｍ．Ｔｏｒｔｏｎｅｓｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ”，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ’９１，ｐｐ４４８−４５１（１９９１））。かかるピエゾ抵抗ＡＦＭ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。ピエゾＡＦＭに用いるピエゾ抵抗カンチレバーの作製方法を図８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  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用意し、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８（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ＥＤＰ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ，ｄｉａｍｉｎｅ，ｐｙｒｏｃａｔｈｅｃｏｌ）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８（ｃ））、図９の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、上述の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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピエゾ抵抗カンチレバーでは、シリコン層の表面にピエゾ抵抗層を形成するため、ピエゾ抵抗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。
【０００６】
そこで本発明は、上記した従来のピエゾ抵抗カンチレバーの課題を解決し、ねじり変位の検出を正確に行うことが可能なカンチレバー型プローブと該プローブを備え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。
【０００７】
【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、カンチレバー型プローブと該プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡をつぎのように構成したことを特徴とするものである。
すなわち、本発明のカンチレバー型プローブは、一端を支持部材に固定支持された薄膜カンチレバーからなるカンチレバー型プローブであって、前記薄膜カンチレバーが該薄膜カンチレバーの膜厚方向にわたり一様に埋め込まれ、且つ該薄膜カンチレバーの周囲に形成さ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、該ピエゾ抵抗体の抵抗が該薄膜カンチレバーのねじり変位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。
また、本発明のカンチレバー型プローブは、前記ピエゾ抵抗体が、前記薄膜カンチレバーのねじり回転軸に対して略対称となるように該薄膜カンチレバーの周囲に形成されていることを特徴としている。
また、本発明のカンチレバー型プローブは、  前記薄膜カンチレバー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。
また、本発明のカンチレバー型プローブは、前記薄膜カンチレバーのねじり変位に応じて変化する該薄膜カンチレバーの周囲に形成されたピエゾ抵抗体の外に、該薄膜カンチレバーの表面にピエゾ抵抗層を備え、該ピエゾ抵抗層の抵抗が該薄膜カンチレバーのたわみ変位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。
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバー型プローブを備え、走査手段により該カンチレバー型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、前記カンチレバー型プローブが本発明の上記したいずれかのカンチレバー型プローブにより構成され、ねじり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。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のカンチレバー型プローブは、上記した構成により、カンチレバー部にねじりが生じた場合、ピエゾ抵抗体の抵抗値が変化し、その変化量をピエゾ抵抗体の抵抗を測定するための電極を介して検出することによりねじり変位を検出することが可能となる。
すなわち、ピエゾ抵抗体は薄膜カンチレバーの膜厚方向に一様に埋め込まれるようにすることによって、略均一となる抵抗率を有することとなり、たわみ変位によるピエゾ抵抗体の抵抗変化がたわみ変位による影響を受けなくなる。
また、ピエゾ抵抗体は薄膜カンチレバーの周囲に該薄膜カンチレバーのねじり回転軸に対して略対称となるように配置することによって、同一ねじり変位に対して、ピエゾ抵抗体の抵抗値がねじり方向に依存しないようにすることができる。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良い。
さらに、前記ピエゾ抵抗体を除く前記薄膜カンチレバーの表面に薄膜カンチレバーのたわみ変位に応じて抵抗変化するピエゾ抵抗層を備えていることにより、たわみ変位とねじり変位を同時に測定することが可能となる。これにより、測定する試料のより高精度の表面形状計測が可能なピエゾ抵抗カンチレバーからなる走査型プローブ顕微鏡を提供することが可能となる。
この走査型プローブ顕微鏡では、ピエゾ抵抗層及びピエゾ抵抗体の夫々の抵抗変化を検出する変位検出回路からの信号が夫々たわみ信号及びねじり信号として出力され信号処理回路で処理し表示装置へ出力される。
また、この走査型プローブ顕微鏡は摩擦力顕微鏡として用いることが可能であることは言うまでもない。
【０００９】
【実施例】
以下に、本発明のカンチレバー型プローブ及びそれを用いた走査型プローブ顕微鏡の実施例について、図１乃至図７に基づいて説明する。
［実施例１］
図１に、本発明の実施例１であるカンチレバー型プローブの正面図及びＡ−Ａ断面図を示す。
本実施例のカンチレバー型プローブは、図１に示すとおり、薄膜カンチレバー１と、薄膜カンチレバーを支持する支持部材２と、薄膜カンチレバーに設けたピエゾ抵抗体３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４とからなる。
ピエゾ抵抗体は薄膜カンチレバー１の膜厚方向に一様に形成されており、且つカンチレバーの周囲に沿って形成されている。
さらに、ピエゾ抵抗体は薄膜カンチレバー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。
【００１０】
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。
薄膜カンチレバーがねじり変位をすると、ねじり回転軸を中心に薄膜カンチレバーがねじられ、応力が発生する。
応力はレバーねじり回転軸から遠ざかるに従い大きくなり、図２中、模式的に矢印の長さにてこれを示す。
この応力により、薄膜カンチレバーは歪み、中心軸から離れるに従い薄膜カンチレバーの歪み量は大きくなる。薄膜カンチレバーに設けたピエゾ抵抗体はこの歪みにより抵抗値が変化し、その変化量を測定することにより薄膜カンチレ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、歪みは薄膜カンチレバーの幅端部ほど大きくなるため、ピエゾ抵抗体を薄膜カンチレバーの外周に形成することにより効率よく抵抗値の変化を得ることが可能となる。
【００１１】
図３は図１のカンチレバー型プローブのＢ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面の製造工程を示す断面図である。
本発明のカンチレバー型プローブは以下に示す製造工程により作製することができる。
図３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  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用意し（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、熱拡散することによりシリコン層膜厚方向に均一となるようにボロンを拡散しピエゾ抵抗体３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形状にパターニングする。
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水溶液を用いたエッチングにより開口部１５を形成する。
この後、カンチレバー表面を熱酸化して二酸化シリコン薄膜１６を形成する。この二酸化シリコン薄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４を形成する（図３（ｂ））。
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、支持部材２を形成し、最後に分離層１２を裏面からＨＦ水溶液により除去し、最後に樹脂層をプラズマアッシャーにより除去し（図３（ｃ））、図１のピエゾ抵抗体を有するカンチレバー型プローブを作製した。
【００１２】
上記実施例のカンチレバー型プローブを用いた光テコ方式のＡＦＭ装置を作製した。
本装置のブロック図を図４に示す。
プローブは薄膜カンチレバー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．Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｉｒｅｃｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｎａｎｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ７（６），ｐ１９４１（１９８９））を用いて作製したＡｕ探針２１０を用いた。ＡＦＭ装置は上記プローブとレーザー光２０１と薄膜カンチレバー裏面にレーザーを集光するためのレンズ２０２と、薄膜カンチレバーのたわみ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２０６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ねじり変位検出回路２０８、そこから出力するねじり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からの信号をたわみ変位とねじり変位に分離して表示装置へ出力することができる。
【００１３】
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プローブのピエゾ抵抗体からのねじり信号から、ＰＳＤのねじり信号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、薄膜カンチレバーをたわみ変形させたところ、ねじり変位検出回路２０８から試料の上下変位に伴う信号は検出されなかった。
以上の観察結果から、本発明のカンチレバー型プローブは、ねじり変形の抵抗変化のみを測定することが可能なピエゾ抵抗カンチレバーであり、本発明のカンチレバー型プローブを用いるＡＦＭ装置により、良好な摩擦力顕微鏡を提供することが可能となった。
【００１４】
［実施例２］
図５に、本発明の実施例２のカンチレバー型プローブの実施例の正面図及びＡ−Ａ断面図を示す。
本実施例のカンチレバー型プローブは図５に示すとおりＵ形状をした薄膜カンチレバー２１と、薄膜カンチレバーを支持する支持部材２２と、薄膜カンチレバーに設けたピエゾ抵抗体２３と該ピエゾ抵抗体の抵抗を測定する為の電極２４とからなる。
ピエゾ抵抗体は薄膜カンチレバー２１の膜厚方向に一様に形成されており、且つカンチレバーの周囲に沿って形成されている。さらに、ピエゾ抵抗体は薄膜カンチレバー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。本発明のプローブは図１のプローブに対して、カンチレバーのねじり回転軸を中心とした開口部２７を有している。
【００１５】
本実施例にて、図１の薄膜カンチレバーと同一のレバー長及びバネ定数を有する図５に示す開口部を有す薄膜型カンチレバーを作製した。
これにより、図５のＵ型の薄膜カンチレバーの２つのレバーの幅を合計したレバー幅は図１のレバーの幅と略同一となる。
本実施例の薄膜カンチレバーでは、開口部を設けたことにより、薄膜カンチレバーの幅端面位置が図１の薄膜カンチレバーと比べて、ねじり回転軸からより離れた位置に配置されることとなる。
これにより、ねじり変位を受けた場合、図１に比べてカンチレバー幅端面位置でのねじりによるせん断応力が増し、その結果、ねじり変位の感度を向上することができた。また、開口部を設けたことにより、電気接続のための電極の形成が容易となった。
【００１６】
［実施例３］
図６に、本発明の実施例３のカンチレバー型プローブの実施例の正面図及びＡ−Ａ断面図を示す。
本実施例のカンチレバー型プローブは図５に示すとおり、実施例１のカンチレバー型プローブにたわみ変位用のピエゾ抵抗層３５を設けたものであり、薄膜カンチレバー３１と、薄膜カンチレバーを支持する支持部材３２と、薄膜カンチレバーに設けたピエゾ抵抗体３３と該ピエゾ抵抗体の抵抗変化を外部に取り出すためのねじり変位用電極３６と、ピエゾ低抗層３５と該ピエゾ低抗層の抵抗変化を外部に取り出すためのピエゾ抵抗層用電極３７からなる。
ピエゾ抵抗体３３は薄膜カンチレバー３１の膜厚方向に一様に形成されており、且つカンチレバーの周囲に沿って、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。ピエゾ抵抗層３５は、薄膜カンチレバーの中立面から離れた片側のレバー表面にのみ形成されている。
【００１７】
本実施例のカンチレバー型プローブは、実施例１で説明した製造工程にピエゾ抵抗層を形成した後にねじり変位用電極及びピエゾ抵抗層用電極を形成する工程を付加する工程により形成した。
スタートウエハとして、実施例１と同様にｎ型ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いて、ＳＯＩウエハの裏面に二酸化シリコン膜を形成し、イオン注入法によりボロンを注入し、熱拡散することによりピエゾ抵抗体３を形成する。この後に、図６に示したピエゾ低抗層３５をイオン注入法によりボロンを注入、拡散することにより形成する。
但し、ピエゾ低抗層はたわみ変位の検出感度を向上させる様、ピエゾ抵抗体３３とは異なりＳＯＩのシリコン層の表面にのみ形成できる様に低温にて熱処理し拡散を押さえる。
この後の工程は実施例１にて説明したと同様の工程を用いて、シリコン層をカンチレバー形状にパターニングし、開口部を形成し、二酸化シリコン薄膜およびコンタクトホールを形成し、図６に示したねじり変位用電極３６とピエゾ抵抗層用電極３７を形成し、ウエハ裏面の開口部から結晶異方性エッチングを行い、支持部材２を形成し、最後に分離層を除去することにより作製した。
【００１８】
このようにして作製した本実施例のカンチレバー型プローブを用いたピエゾ抵抗ＡＦＭ装置を作製した。
本装置のブロック図を図７に示す。
プローブは薄膜カンチレバー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を用いて作製したＡｕ探針を用いた。ピエゾ抵抗ＡＦＭ装置は上記プローブと、プローブのピエゾ抵抗体の抵抗変化を検出するためのねじり変位検出回路３１１と、プローブのピエゾ抵抗層の抵抗変化を検出する為の変位検出回路３１２、該ねじり変位検出回路３１１と変位検出回路３１２から夫々出力するねじり信号とピエゾ抵抗層変位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と、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。
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Ｚ方向を動かすことにより、試料を上下させ、薄膜カンチレバーをたわみ変形させたところ、ねじり変位検出回路３０８から試料の上下変位に伴う信号出力は発生しなかった。
【００１９】
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ＸＹ方向を駆動することによりピエゾ抵抗体の抵抗変化をねじり変位検出回路し、得られたねじり信号を信号処理回路にて表面画像に変換することでカンチレバーのねじり変位によるマイカのステップ像を得ることができた。
同様に、ピエゾ低抗層の抵抗変化を変位検出回路により検出して得た信号を信号処理回路により表面画像に変換することでマイカのステップ像を得た。
このステップ像はピエゾ低抗層の抵抗変化から得られた為、ねじり変位とたわみ変位の両方の変位が重畳された像となっている。信号処理回路によりピエゾ低抗層変位信号とねじり信号の差を演算して、カンチレバーたわみ信号のみを抽出した。
この信号を画像に変換することによりたわみ変位により生成したマイカの表面像を得ることが可能となった。
【００２０】
このように本実施例のピエゾ抵抗ＡＦＭ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、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ＡＦＭを提供でき、用いるプローブのねじり変位とたわみ変位を独立に検出することが可能な摩擦力顕微鏡として利用でき、且つ正確な試料の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。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のカンチレバー型プローブは、薄膜カンチレバーの膜厚方向にわたり一様に埋め込まれたピエゾ抵抗体を、薄膜カンチレバーの周囲にピエゾ抵抗体を形成した構成により、ねじり変位のみを正確に検出することが可能となる。
すなわち、これによりピエゾ抵抗体の抵抗変化がたわみ変位による影響を受けないようにすることができ、より正確なねじり変位の検出を可能とすることができる。
また、本発明のカンチレバー型プローブは、ピエゾ抵抗体を薄膜カンチレバーの周囲に該薄膜カンチレバーのねじり回転軸に対して略対称となるように配置することによって、同一ねじり変位に対して、ピエゾ抵抗体の抵抗値がねじり方向に依存しないようにすることができ、より正確なねじり変位の検出を可能とすることができる。
また、本発明のカンチレバー型プローブは、ピエゾ低抗層を薄膜カンチレバー表面に設けることにより、たわみ変位とねじり変位を独立して同時に検出することができ、本発明のカンチレバー型プローブにより走査型プローブ顕微鏡を構成することによって、測定する試料表面の正確な形状を観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１であるカンチレバー型プローブの正面図及び断面図を示す図である。
【図２】本発明のねじり変位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であるカンチレバー型プローブの作製工程を示す図である。
【図４】本発明の実施例１カンチレバー型プローブを用いたＡＦＭ装置を説明するブロック図である。
【図５】本発明の実施例２であるカンチレバー型プローブの正面図及び断面図を示す図である。
【図６】本発明の実施例３であるカンチレバー型プローブの正面図及び断面図を示す図である。
【図７】本発明の実施例３であるカンチレバー型プローブを用いたＡＦＭ装置を説明するブロック図である。
【図８】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。
【図９】従来例のピエゾ抵抗カンチレバーの正面図及び断面図を示す図である。
【符号の説明】
１、２１、３１：薄膜カンチレバー
２、２２、３２：支持部材
３、２３、３３：ピエゾ抵抗体
４、２４：電極
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
１６：二酸化シリコン薄膜
１７：コンタクトホール
２７：開口部
３５：ピエゾ低抗層
３６：ピエゾ変位用電極
３７：ピエゾ低抗層用電極
１０１、２０４、３０４：試料
１０２、２１０：探針
２０１：レーザー光
２０２：レンズ
２０３：ＰＳＤ
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：ねじり変位検出回路
２０９、３０９：信号処理回路
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：薄膜カンチレバー
【図１】
0003768639.tif 000002
【図２】
0003768639.tif 000003
【図３】
0003768639.tif 000004
【図４】
0003768639.tif 000005
【図５】
0003768639.tif 000006
【図６】
0003768639.tif 000007
【図７】
0003768639.tif 000008
【図８】
0003768639.tif 000009
【図９】
0003768639.tif 000010