JPH09159677A - Cantilever chip - Google Patents
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- JPH09159677A JPH09159677A JP31912495A JP31912495A JPH09159677A JP H09159677 A JPH09159677 A JP H09159677A JP 31912495 A JP31912495 A JP 31912495A JP 31912495 A JP31912495 A JP 31912495A JP H09159677 A JPH09159677 A JP H09159677A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ＩＣ等の電
気的特性を検査する装置に用いられるプローブに関す
る。このような装置としては、例えば、プローバ装置や
走査型プローブ顕微鏡などがあり、いずれも片持ち梁形
状のプローブを用いている。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe used in an apparatus for inspecting electrical characteristics of a semiconductor IC or the like. Examples of such a device include a prober device and a scanning probe microscope, and each of them uses a cantilever-shaped probe.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ビニッヒ（Binnig）とローラー（Roher
e）等により発明された走査型トンネル顕微鏡（Scannin
g Tunneling Microscope: STM）におけるサーボ技術を
始めとする要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し
難かった絶縁性の試料を原子オーダーの精度で観察する
ことのできる顕微鏡として原子間力顕微鏡（Atomic For
ceMicroscope: AFM）が、例えば特開昭６２−１３０３
０２号において提案されている。[Prior Art] Binnig and Roller
e) etc., the scanning tunnel microscope (Scannin
Atomic force microscope (Atomic Forge Microscope: STM) is used as a microscope capable of observing an insulating sample with atomic order accuracy, which was difficult to measure with STM, while using elemental technologies such as servo technology.
ceMicroscope: AFM) is disclosed in, for example, JP-A-62-1303.
No. 02 proposed.
【０００３】ＡＦＭの構造はＳＴＭに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置づけら
れる。ＡＦＭでは、カンチレバーを、その自由端の鋭い
突起部分（探針部）を試料に近づけて支持し、探針先端
と試料表面の原子間に働く相互作用力により変位するカ
ンチレバーの動きを電気的あるいは光学的にとらえて測
定しながら、試料をＸＹ方向に走査してカンチレバーの
探針部との位置関係を相対的に変化させることによっ
て、試料の凹凸情報などを三次元的にとらえることがで
きる。The structure of the AFM is similar to that of the STM and is positioned as one of scanning probe microscopes (SPM). In the AFM, the free end of the cantilever is supported with its sharp protrusion (probe portion) close to the sample, and the movement of the cantilever that is displaced by the interaction force acting between the tip of the probe and the sample surface is electrically or By optically scanning the sample in the XY directions and relatively changing the positional relationship between the cantilever and the probe portion, it is possible to three-dimensionally capture the unevenness information of the sample.
【０００４】走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバー
は、アルブレヒト（T.R.Albrecht）等が半導体ＩＣ製造
プロセスを応用して作製するＳｉＯ2 （二酸化シリコ
ン）カンチレバーチップを提案して以来（Thomas R. Al
brecht, Calvin F. Quate: "Atomic resolution Imagin
g of a nonconductor by Atomic force Microscopy",
J.Appl. Phys., 62 (1987) 2599 ）、この半導体ＩＣ製
造プロセスを応用して作製するカンチレバーチップが主
流となっている。半導体ＩＣ製造プロセスを応用する利
点の一つはマイクロメーター（μｍ）の高精度で非常に
再現性良く作製できることであり、また別の利点はバッ
チプロセスにより多数の製品を経済的に作製できること
である。As a cantilever for a scanning probe microscope, since Albrecht (TRAlbrecht) proposed a SiO2 (silicon dioxide) cantilever chip manufactured by applying a semiconductor IC manufacturing process (Thomas R. Al.
brecht, Calvin F. Quate: "Atomic resolution Imagin
g of a nonconductor by Atomic force Microscopy ",
J. Appl. Phys., 62 (1987) 2599), a cantilever chip manufactured by applying this semiconductor IC manufacturing process has become the mainstream. One of the advantages of applying the semiconductor IC manufacturing process is that it can be manufactured with high accuracy of micrometer (μm) and very reproducible, and another advantage is that many products can be economically manufactured by a batch process. .
【０００５】例えば、「J. Vac. Sci. Technol. A8(4)3
386 1990: T. Albrecht, S. Akamine, T. E. Caver and
C. F. Quate」で触れられているような、ＳｉＯ2 膜の
代わりに窒化シリコン膜をカンチレバー構成材料に用い
たカンチレバーチップは既に市場に出回っている。この
カンチレバーの寸法は、長さ約５０〜２００μｍ、厚さ
約０．５〜１μｍ、形状は中抜きの三角形や長方形があ
る。For example, "J. Vac. Sci. Technol. A8 (4) 3
386 1990: T. Albrecht, S. Akamine, TE Caver and
A cantilever chip using a silicon nitride film as a cantilever constituent material instead of a SiO2 film, as mentioned in "CF Quate", is already on the market. The cantilever has a length of about 50 to 200 μm, a thickness of about 0.5 to 1 μm, and a shape such as a hollow triangle or a rectangle.
【０００６】また、単結晶シリコンで形成された探針が
「Appl. Phys. Lett. 57(3)316 1990: Akamine, R. C.
Barrett and C. F. Quate 」で提案されており（U. S.
Patent 5021364）、全部が単結晶シリコンで形成された
カンチレバーがベイヤー（T.Bayer）等により提案され
ている（U. S. Patent 5051379）。In addition, a probe formed of single crystal silicon is described in "Appl. Phys. Lett. 57 (3) 316 1990: Akamine, RC.
Barrett and CF Quate "(US
Patent 5021364), a cantilever entirely formed of single crystal silicon has been proposed by T. Bayer (US Patent 5051379).
【０００７】加えて、カンチレバー自体に変位を測定す
る機能を付加した集積型ＡＦＭセンサーが、トルトネー
ゼ（M. Tortonese）等により提案されている。この集積
型ＡＦＭセンサーは、例えば、「M. Tortonese, H. Yam
ada, R. C. Barrett and C.F. Quate, "Atomic force m
icroscopy using a piezolesistive cantilever", Tran
sducers and Sensors' 91」やＰＣＴ出願ＷＯ９２／１
２３９８に開示されており、測定原理には歪み抵抗効果
を利用している。In addition, an integrated AFM sensor in which the cantilever itself has a function of measuring displacement has been proposed by M. Tortonese. This integrated AFM sensor is disclosed in, for example, “M. Tortonese, H. Yam
ada, RC Barrett and CF Quate, "Atomic force m
icroscopy using a piezolesistive cantilever ", Tran
sducers and Sensors' 91 ”and PCT application WO92 / 1
2398 and utilizes the strain resistance effect as the measurement principle.
【０００８】ところで、走査型トンネル顕微鏡で検出さ
れるトンネル電流には、探針と試料の相互間距離や、試
料の局所的な電子の状態、試料の局所的な電位が反映さ
れている。このため、通常のＳＴＭ像には、試料表面の
微視的な粗さに関する凹凸情報と、試料表面の局所的な
電位分布に関する情報とが含まれている。この局所的な
電位情報を得る手段として試料表面の電流電圧特性（Ｉ
−Ｖ特性）を測定するトンネル分光法（Scanning Tunne
ling Spectroscopy: STS）や、試料表面の電位特性を測
定するトンネルポテンシオメトリー（Scanning Tunneli
ng Potentiometry: STP ）等がある。By the way, the tunnel current detected by the scanning tunneling microscope reflects the mutual distance between the probe and the sample, the local electron state of the sample, and the local potential of the sample. Therefore, the normal STM image includes the unevenness information about the microscopic roughness of the sample surface and the information about the local potential distribution on the sample surface. The current-voltage characteristics (I
-V characteristic) tunneling spectroscopy (Scanning Tunne
ling Spectroscopy: STS) and tunnel potentiometry (Scanning Tunneli) that measures the potential characteristics of the sample surface.
ng Potentiometry: STP) etc.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ＳＴＳ測定やＳＴＰ測
定は、探針と試料の相互間距離が一定に保たれていると
いう前提の基に、ＳＴＭ測定用の探針を用いてＳＴＭ測
定後あるいはＳＴＭ測定中に行なわれる。具体的に説明
すると、ＳＴＭ測定後に行なう場合には、ＳＴＭによる
形状測定から算出された試料の表面形状情報に基づい
て、探針と試料の相互間距離を一定値に保ちながら走査
を行ない、任意の場所の電気的特性を検出する。また、
ＳＴＭ測定中に行なう場合には、走査経路上の多数の点
において探針と試料の相対的移動を一時的に止め、探針
と試料の相互間距離を所定値に固定して、その位置にお
ける電気的特性を検出する。In the STS measurement and the STP measurement, it is assumed that the distance between the probe and the sample is kept constant, after the STM measurement using the probe for STM measurement or Performed during STM measurement. More specifically, when the measurement is performed after the STM measurement, the scanning is performed while keeping the mutual distance between the probe and the sample at a constant value based on the surface shape information of the sample calculated from the shape measurement by the STM. To detect the electrical characteristics of the location. Also,
When performing during STM measurement, the relative movement of the probe and the sample is temporarily stopped at many points on the scanning path, the mutual distance between the probe and the sample is fixed to a predetermined value, and Detect electrical characteristics.
【００１０】ところで、ＳＴＭによる形状情報には、試
料表面の電気的な物性や、試料を構成している材料の違
いによる表面電位の情報が混入している。従って、ＳＴ
Ｍによる形状情報と実際の表面形状は全く同じではな
い。By the way, the shape information based on the STM contains information on the electrical properties of the sample surface and the surface potential due to the difference in the materials forming the sample. Therefore, ST
The shape information by M and the actual surface shape are not exactly the same.
【００１１】加えて、探針と試料の相互間距離の制御素
子には圧電体スキャナーを用いているが、圧電体スキャ
ナーはクリープやドリフトを示す性質を有している。こ
のような理由から、ＳＴＳ測定やＳＴＰ測定の間、探針
と試料の相互間距離は厳密には一定に保たれていない。In addition, although a piezoelectric scanner is used as a control element for controlling the mutual distance between the probe and the sample, the piezoelectric scanner has the property of exhibiting creep and drift. For this reason, the mutual distance between the probe and the sample is not strictly kept constant during the STS measurement and the STP measurement.
【００１２】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的はＳＴＳ測定やＳＴＰ測定の間に探針と試
料の相互間距離を一定に保ち、精度の高い測定を行なう
ことができる走査型プローブ顕微鏡を実現するためのカ
ンチレバーチップを提供することである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to maintain a constant distance between a probe and a sample during STS measurement or STP measurement, and perform highly accurate measurement. An object is to provide a cantilever tip for realizing a scanning probe microscope.
【００１３】[0013]
＜手段＞本発明のカンチレバーチップは、支持部と、支
持部から延びた複数の片持ち梁とを有し、各片持ち梁は
自由端に探針を備えており、複数の片持ち梁は互いの探
針が電気的に絶縁された少なくとも二つの片持ち梁を含
むことを特徴とする。<Means> The cantilever tip of the present invention has a supporting portion and a plurality of cantilever beams extending from the supporting portion, each cantilever beam having a probe at its free end, and the plurality of cantilever beams are Each of the probes includes at least two cantilevers that are electrically insulated.
【００１４】また、本発明のカンチレバーチップは、互
いの探針が電気的に絶縁された二つの片持ち梁の少なく
とも一方は、試料表面の電気的特性の測定に用いられる
ことを特徴とする。Further, the cantilever tip of the present invention is characterized in that at least one of the two cantilevers whose probes are electrically insulated from each other is used for measuring the electrical characteristics of the sample surface.
【００１５】さらに、本発明のカンチレバーチップは、
互いの探針が電気的に絶縁された二つの片持ち梁の各探
針を結ぶ直線が、片持ち梁の長手軸方向とほぼ一致する
ことを特徴とする。Further, the cantilever tip of the present invention is
It is characterized in that the straight line connecting the respective probes of the two cantilever beams whose mutual probes are electrically insulated is substantially coincident with the longitudinal axis direction of the cantilever beam.
【００１６】＜作用＞測定の間、互いの探針が電気的に
絶縁された二つの片持ち梁の内の一方は、他方の片持ち
梁の探針と試料との相互間距離を一定に保つように作用
し、その状態で他方の片持ち梁は、試料の電気的特性を
測定する。<Operation> During measurement, one of the two cantilevers whose probes are electrically insulated from each other maintains a constant distance between the probe of the other cantilever and the sample. The other cantilever, which acts to keep, measures the electrical properties of the sample.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。 ＜第一の実施の形態＞ （構成）本実施形態のＳＰＭ用カンチレバーチップにつ
いて図１を用いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment (Structure) The SPM cantilever chip of the present embodiment will be described with reference to FIG.
【００１８】カンチレバーチップは、（Ａ）と（Ｂ）に
示すように、二個のカンチレバー１０２と１０４がガラ
ス製の支持部１０６の端から並んで延出している。二個
のカンチレバー１０２と１０４は共に窒化シリコン膜製
で、それぞれ自由端に探針１２２と１２４を備えてお
り、その両面は金薄膜２１２と２１４でコートされてい
る。二個のカンチレバー１０２と１０４は大きさが異な
り、例えば、カンチレバー１０２の長さは２００μｍ、
カンチレバー１０４の長さは１００μｍである。In the cantilever tip, as shown in (A) and (B), two cantilevers 102 and 104 extend side by side from the end of a supporting portion 106 made of glass. Both of the two cantilevers 102 and 104 are made of a silicon nitride film and have probes 122 and 124 at their free ends, and both surfaces thereof are coated with gold thin films 212 and 214. The two cantilevers 102 and 104 have different sizes, for example, the length of the cantilever 102 is 200 μm,
The length of the cantilever 104 is 100 μm.
【００１９】（Ｂ）に示すように、カンチレバー１０２
とカンチレバー１０４は、支持部１０６に形成された溝
１１６によって互いに分離されている。このため、
（Ｃ）に示すように、探針側にコートされた金薄膜２１
４は、窒化シリコン膜１１２上と溝１１６内と窒化シリ
コン膜１１４上の三つの金薄膜２１４ａ、２１４ｂ、２
１４ｃに分断されていることから、カンチレバー１０２
とカンチレバー１０４（すなわち探針１２２と探針１２
４）は、電気的に絶縁されている。As shown in (B), the cantilever 102
The cantilever 104 and the cantilever 104 are separated from each other by a groove 116 formed in the support portion 106. For this reason,
As shown in (C), the gold thin film 21 coated on the probe side.
4 indicates three gold thin films 214a, 214b, 2 on the silicon nitride film 112, in the groove 116, and on the silicon nitride film 114.
Since it is divided into 14c, the cantilever 102
And the cantilever 104 (that is, the probe 122 and the probe 12
4) is electrically insulated.
【００２０】（作製プロセス）次に、本実施形態のＳＰ
Ｍ用カンチレバーチップの作製プロセスについて図２を
用いて説明する。(Manufacturing Process) Next, the SP of this embodiment
A manufacturing process of the M cantilever chip will be described with reference to FIG.
【００２１】シリコンウェハー２０２に探針の穴２０４
を例えばドライエッチングにより形成する（Ａ）。次
に、シリコンウェハー２０２の穴２０４を形成した面に
窒化シリコン膜（膜厚０．４〜１μｍ）をＣＶＤで形成
し、窒化シリコン膜をフォトリソグラフィとドライエッ
チングによりパターニングする（Ｂ）。パターニング後
の窒化シリコン膜２０８は、図１（Ｂ）に示したカンチ
レバー１０２とカンチレバー１０４に対応した形状とな
っており、Ｌ字状の溝１１６に対応する部分は除去され
ている。A probe hole 204 is formed in the silicon wafer 202.
Are formed by, for example, dry etching (A). Next, a silicon nitride film (film thickness 0.4 to 1 μm) is formed on the surface of the silicon wafer 202 where the holes 204 are formed by CVD, and the silicon nitride film is patterned by photolithography and dry etching (B). The patterned silicon nitride film 208 has a shape corresponding to the cantilevers 102 and 104 shown in FIG. 1B, and a portion corresponding to the L-shaped groove 116 is removed.
【００２２】パターニング後の窒化シリコン膜２０８を
備えたシリコンウェハー２０２に対して、カンチレバー
２０８の形状パターンに合わせて加工したパイレックス
ガラス２１０を陽極接合する（Ｃ）。次に、シリコンウ
ェハー２０２をＫＯＨの４０％水溶液でエッチングした
後、フッ酸によりカンチレバーに付着しているゴミや酸
化シリコン膜を除去する。このとき、ガラス製の支持部
１０６は、窒化シリコン膜が形成されていないＬ字状の
部分がエッチングされて、溝１１６（図１参照）が形成
される。A Pyrex glass 210 processed according to the shape pattern of the cantilever 208 is anodically bonded to the silicon wafer 202 having the patterned silicon nitride film 208 (C). Next, the silicon wafer 202 is etched with a 40% KOH aqueous solution, and then dust and silicon oxide film adhering to the cantilevers are removed with hydrofluoric acid. At this time, in the glass support portion 106, the L-shaped portion where the silicon nitride film is not formed is etched to form a groove 116 (see FIG. 1).
【００２３】最後に、カンチレバー２０８の両面に金薄
膜２１２と２１４を蒸着により形成する（Ｄ）。このと
き、金薄膜２１２と２１４のカンチレバーへの密着性を
高めるため、例えばクロムと金をカンチレバーに蒸着し
てもよい。Finally, gold thin films 212 and 214 are formed on both surfaces of the cantilever 208 by vapor deposition (D). At this time, in order to improve the adhesion of the gold thin films 212 and 214 to the cantilever, for example, chromium and gold may be vapor-deposited on the cantilever.
【００２４】以上のプロセスにより窒化シリコンとパイ
レックスガラスからなるカンチレバーチップが作製され
る。 （作用）本実施形態のカンチレバーチップを使用する際
は、短い方のカンチレバー１０４をＳＴＳ測定やＳＴＰ
測定に用い、これと同時に長い方のカンチレバー１０２
を用いてＡＦＭ動作を行なわせる。つまり、窒化シリコ
ン膜１１４上の金薄膜２１４ａに電極を接続し、カンチ
レバー１０４の探針１２４と試料表面の間にバイアス電
圧を印加して、試料表面の電気的特性を検出する。カン
チレバーチップは斜めに支持されるため、短い方のカン
チレバー１０４を試料表面の電気的特性の検出に用いる
状況では、長い方のカンチレバー１０２は探針１２２が
必然的に試料表面に接触するため変位を起こす。この変
位をカンチレバー１０２の背面の金薄膜２１２にレーザ
ー光を照射して光学的に検出し、その変位を一定に保つ
ように、試料に対してカンチレバーチップを上下方向に
移動させる。この制御により、探針１２４の先端と試料
表面の間の距離は、ＳＴＳ測定やＳＴＰ測定の間も常に
一定に保たれる。By the above process, a cantilever chip made of silicon nitride and Pyrex glass is manufactured. (Operation) When the cantilever tip of this embodiment is used, the shorter cantilever 104 is measured by STS or STP.
Used for measurement, and at the same time, the longer cantilever 102
To perform the AFM operation. That is, an electrode is connected to the gold thin film 214a on the silicon nitride film 114, and a bias voltage is applied between the probe 124 of the cantilever 104 and the sample surface to detect the electrical characteristics of the sample surface. Since the cantilever tip is supported obliquely, in a situation where the shorter cantilever 104 is used to detect the electrical characteristics of the sample surface, the longer cantilever 102 is displaced by the probe 122 inevitably contacting the sample surface. Wake up. This displacement is optically detected by irradiating the gold thin film 212 on the back surface of the cantilever 102 with laser light, and the cantilever tip is moved vertically with respect to the sample so as to keep the displacement constant. By this control, the distance between the tip of the probe 124 and the sample surface is always kept constant during STS measurement and STP measurement.
【００２５】探針１２２と探針１２４の間の電気的な接
触は溝１１６により分断されているため、探針１２４に
印加しているバイアス電圧がＡＦＭ動作させている探針
１２２に影響を及ぼすことはない。反対に、探針１２２
が試料表面から受けた電気的信号が探針１２４から検出
している電気的特性に混入することもない。Since the electrical contact between the probe 122 and the probe 124 is divided by the groove 116, the bias voltage applied to the probe 124 affects the probe 122 operating in the AFM operation. There is no such thing. On the contrary, the probe 122
The electric signal received from the sample surface does not mix with the electric characteristics detected from the probe 124.
【００２６】（効果）本実施形態のカンチレバーチップ
を用いると、試料表面の局所的な電気的特性を検出する
探針を有するカンチレバーと、探針と試料表面の距離を
一定に保つためのカンチレバーを個別に設けていること
から、探針と試料表面の距離がより正確に設定でき、よ
り正確な試料表面の局所的な電気的特性を検出できる。(Effect) When the cantilever tip of the present embodiment is used, a cantilever having a probe for detecting local electrical characteristics of the sample surface and a cantilever for keeping the distance between the probe and the sample surface constant. Since they are individually provided, the distance between the probe and the sample surface can be set more accurately, and more accurate local electrical characteristics of the sample surface can be detected.
【００２７】また、本実施形態のカンチレバーチップ
は、ばね定数が小さい長い方のカンチレバーを探針と試
料表面の距離制御を行なうＡＦＭ動作に用い、ばね定数
が大きい短い方のカンチレバーを試料表面の電気的特性
の検出に用いているため、試料表面を傷つけることな
く、感度良く探針と試料表面の距離制御が行なえる。In the cantilever tip of this embodiment, the longer cantilever having a small spring constant is used for the AFM operation for controlling the distance between the probe and the sample surface, and the shorter cantilever having a large spring constant is used as an electric charge on the sample surface. Since it is used to detect the dynamic characteristics, the distance between the probe and the sample surface can be controlled with high sensitivity without damaging the sample surface.
【００２８】さらに、本実施形態のカンチレバーチップ
は、従来のカンチレバー作製法に対して、窒化シリコン
膜のカンチレバー形状を変更するだけで作製できること
から、容易に安定して作製できる。Further, the cantilever chip of this embodiment can be easily and stably manufactured since it can be manufactured by changing the cantilever shape of the silicon nitride film as compared with the conventional cantilever manufacturing method.
【００２９】加えて、本実施形態のカンチレバーチップ
は、電気的特性検出のために、表面に酸化膜が形成され
ない金をコートして導電体を形成しているため、より高
精度な電気的特性の検出が行なえる。In addition, since the cantilever tip of this embodiment is coated with gold on the surface of which an oxide film is not formed to form a conductor in order to detect the electrical characteristics, the electrical characteristics with higher accuracy can be obtained. Can be detected.
【００３０】また、本実施形態において、ＡＦＭ動作に
用いるカンチレバーの金薄膜に電極を設けて、そのカン
チレバーの探針と試料との電位を同じにすれば、試料と
探針との間に発生する静電気力がキャンセルできる。従
って、上述の効果の中でも探針と試料表面との距離設定
がより一層正確になり、正確な試料表面の局所的な電気
特性を検出できる。Further, in the present embodiment, if electrodes are provided on the gold thin film of the cantilever used for AFM operation and the potential of the probe of the cantilever and the sample are made the same, it occurs between the sample and the probe. Static electricity can be canceled. Therefore, among the above-mentioned effects, the distance between the probe and the sample surface is set more accurately, and accurate local electrical characteristics of the sample surface can be detected.
【００３１】（変形例）なお、カンチレバーの形状は、
本実施形態では三角形であるが、矩形であっても構わな
い。同様に、ＡＦＭ動作のための長い方のカンチレバー
の形状が矩形で、電気的特性検出のための短い方のカン
チレバーの形状が三角形でもよい。(Modification) The shape of the cantilever is as follows.
In this embodiment, it is a triangle, but it may be a rectangle. Similarly, the shape of the longer cantilever for AFM operation may be rectangular, and the shape of the shorter cantilever for detecting electrical characteristics may be triangular.
【００３２】また、本実施形態においては、ふたつのカ
ンチレバーのばね定数を使用方法により決定している
が、より明確にするため、距離制御に用いているカンチ
レバーの幅を狭くしてばね定数を小さく（より柔らか
く）し、電気的特性検出に用いるカンチレバーの幅を拡
くしてばね定数を大きく（より硬く）してもよい。Further, in the present embodiment, the spring constants of the two cantilevers are determined by the method of use, but for the sake of clarity, the width of the cantilevers used for distance control is narrowed to reduce the spring constant. The spring constant may be increased (made softer) and the width of the cantilever used for electrical characteristic detection may be increased to increase the spring constant (made harder).
【００３３】＜第二の実施の形態＞本実施形態のカンチ
レバーチップは、第一の実施の形態の作製プロセスに準
じて作製されており、図３に示されるように、長い方の
カンチレバー４０２の中抜きの部分に、短い方のカンチ
レバー４０４が設けられている。二つのカンチレバーの
探針４１２と４１４は、Ｌ字の溝４０６と４０８により
電気的に絶縁されている。<Second Embodiment> The cantilever tip of this embodiment is manufactured according to the manufacturing process of the first embodiment, and as shown in FIG. A short cantilever 404 is provided in the hollow portion. The two cantilever tips 412 and 414 are electrically insulated by L-shaped grooves 406 and 408.
【００３４】カンチレバー４０２を用いてＡＦＭ動作さ
せてカンチレバー４０４の探針４１４と試料間の距離を
制御し、探針４１４を用いて試料表面の電気的特性を検
出する。カンチレバー４０４がカンチレバー４０２の中
に設けられているため、カンチレバーを並列に並べた場
合に比べて、距離制御用の探針４１２と電気的特性検出
用の探針４１４の位置が近くなる。従って、より正確に
探針４１４と試料間の距離の制御が行なえる。The AFM operation is performed using the cantilever 402 to control the distance between the probe 414 of the cantilever 404 and the sample, and the probe 414 is used to detect the electrical characteristics of the sample surface. Since the cantilever 404 is provided inside the cantilever 402, the positions of the distance controlling probe 412 and the electrical characteristic detecting probe 414 are closer to each other than in the case where the cantilevers are arranged in parallel. Therefore, the distance between the probe 414 and the sample can be controlled more accurately.
【００３５】また、本実施形態の構成であれば、探針４
１２と探針４１４とを結ぶ直線は、カンチレバー４０２
とカンチレバー４０４の中心を通る長手軸方向とほぼ一
致させることが好ましい。このようにすることで、探針
４１２と探針４１４との位置をより一層近づけることが
可能である。Further, with the configuration of this embodiment, the probe 4
The straight line connecting 12 and the probe 414 is the cantilever 402.
And the cantilever 404 is preferably aligned with the longitudinal axis passing through the center of the cantilever 404. By doing so, the positions of the probe 412 and the probe 414 can be brought closer to each other.
【００３６】さらに、この探針４１２と探針４１４との
距離は、数百μｍ以下であることが好ましく、このよう
に構成することで、双方の探針は測定試料表面のほぼ同
じ地点を測定することができる。よって、探針と試料表
面の距離を正確に設定でき、高精度な電気的特性を検出
することが可能になる。Further, the distance between the probe 412 and the probe 414 is preferably several hundreds μm or less. With such a configuration, both the probes measure substantially the same point on the surface of the measurement sample. can do. Therefore, the distance between the probe and the sample surface can be accurately set, and highly accurate electrical characteristics can be detected.
【００３７】従って、本実施形態では、第一の実施の形
態の効果に加えて、探針４１２と探針４１４との位置を
より一層近づけることができることから、探針と試料表
面の距離をさらに正確に設定でき、高精度な電気的特性
を検出することが可能になる。Therefore, in this embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the positions of the probe 412 and the probe 414 can be brought closer to each other, and thus the distance between the probe and the sample surface is further increased. It is possible to set accurately and detect electrical characteristics with high accuracy.
【００３８】なお、本実施形態において、電気的特性の
検出用のカンチレバーの形状が三角形であるが、矩形で
あってもよい。 ＜第三の実施の形態＞ （構成）本実施形態のＳＰＭ用カンチレバーチップにつ
いて図４を用いて説明する。In this embodiment, the shape of the cantilever for detecting the electrical characteristics is triangular, but it may be rectangular. Third Embodiment (Structure) The SPM cantilever chip of the present embodiment will be described with reference to FIG.
【００３９】カンチレバーチップは、カンチレバー５０
２を有するシリコン板５１２と、カンチレバー５０４を
有するシリコン板５１４とが、酸化シリコン５２１を介
してシリコン製の支持部５０６に設けてある。カンチレ
バー５０２は相対的に長く、自由端には探針５２２を有
し、カンチレバー５０４は相対的に短く、自由端には探
針５２４を有している。シリコン板５１２とシリコン板
５１４は共に探針側の極表面に導電層５３０が形成され
ている。シリコン板５１２とシリコン板５１４はＬ字状
の溝によって分断されており、従って探針５２２と探針
５２４は電気的に絶縁されている。カンチレバー５０４
側のシリコン板５１４は、支持部のカンチレバーの反対
側まで形成されている（図示せず）。The cantilever tip is a cantilever 50.
2 and a silicon plate 514 having a cantilever 504 are provided on a silicon support 506 via a silicon oxide 521. The cantilever 502 is relatively long and has a probe 522 at its free end, and the cantilever 504 is relatively short and has a probe 524 at its free end. Both the silicon plate 512 and the silicon plate 514 have a conductive layer 530 formed on the pole surface on the probe side. The silicon plate 512 and the silicon plate 514 are separated by an L-shaped groove, and thus the probe 522 and the probe 524 are electrically insulated. Cantilever 504
The silicon plate 514 on the side is formed up to the side opposite to the cantilever of the supporting portion (not shown).
【００４０】（作製プロセス）次に、本実施形態のＳＰ
Ｍ用カンチレバーの作製プロセスについて図５を用いて
説明する。(Manufacturing Process) Next, the SP of this embodiment
The manufacturing process of the M cantilever will be described with reference to FIG.
【００４１】スタート基板として、面方位（１００）の
シリコン基板６２０の一面に中間酸化シリコン膜５２１
を形成した後、活性層となる同じく面方位（１００）の
シリコン基板６２２を貼り合わせた、いわゆる貼り合わ
せＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いる
（Ａ）。最初に活性層６２２にフォトリソグラフィーと
ドライエッチングもしくは湿式エッチングを組み合わせ
て探針６２４を形成する（Ｂ）。その後、探針６２４を
形成した活性層６２６をフォトリソグラフィーとエッチ
ングによりパターニングする（Ｃ）。パターニング後の
活性層６２８は、図４（Ｂ）に示したカンチレバー５０
２とカンチレバー５０４を有する形状となっている。As a starting substrate, an intermediate silicon oxide film 521 is formed on one surface of a silicon substrate 620 having a plane orientation (100).
Then, a so-called bonded SOI (Silicon On Insulator) substrate, in which a silicon substrate 622 having the same plane orientation (100) as the active layer is bonded, is used (A). First, the probe 624 is formed on the active layer 622 by combining photolithography and dry etching or wet etching (B). Then, the active layer 626 on which the probe 624 is formed is patterned by photolithography and etching (C). The active layer 628 after patterning is the cantilever 50 shown in FIG.
2 and a cantilever 504.
【００４２】次に、イオンインプラテーションにより、
パターニング後の活性層６２８の極表面にボロン（Ｂ）
等を注入して導電層５３０を形成する（Ｄ）。その後、
導電層５３０の上に、図４（Ｂ）に示したＬ字状の溝に
対応した部分を除いて、マスクを形成し、導電層５３０
と活性層６２８と酸化シリコン膜５１２をエッチングし
て溝を形成する。続いて、シリコン基板６２０裏面より
湿式異方性エッチングを行ない支持部５０６を形成し、
最後にフッ化水素水溶液等によりカンチレバー周辺の酸
化シリコン膜やプロセス中に付着したゴミを除去する
（Ｅ）。Next, by ion implantation,
Boron (B) is formed on the extreme surface of the active layer 628 after patterning.
Etc. are injected to form the conductive layer 530 (D). afterwards,
A mask is formed over the conductive layer 530 except for the portion corresponding to the L-shaped groove shown in FIG.
Then, the active layer 628 and the silicon oxide film 512 are etched to form a groove. Subsequently, wet anisotropic etching is performed from the back surface of the silicon substrate 620 to form a support portion 506,
Finally, the silicon oxide film around the cantilever and dust attached during the process are removed with an aqueous solution of hydrogen fluoride (E).
【００４３】以上のプロセスにより本実施形態のシリコ
ン製のカンチレバーチップが作製される。 （作用）本実施形態のカンチレバーチップを使用する際
は、短い方のカンチレバー５０４をＳＴＳ測定やＳＴＰ
測定に用いると同時に、長い方のカンチレバー５０２を
ＡＦＭ動作を行なわせる。つまり、シリコン板５１４の
極表面の導電層に電極を接続し、カンチレバー５０４の
探針５２４と試料表面の間にバイアス電圧を印加して、
試料表面の電気的特性の検出を行なう。カンチレバーチ
ップは斜めに支持されるため、探針５２２は必然的に試
料表面に接触し、長い方のカンチレバー５０２は変位を
生じる。この変位を、例えば光学的手段を用いて検出
し、一定に保つように試料に対してカンチレバーチップ
を上下方向に移動させる。この制御により、探針５２４
の先端と試料表面の間の距離は、ＳＴＳ測定やＳＴＰ測
定の間も常に一定に保たれる。The silicon cantilever chip of this embodiment is manufactured by the above process. (Operation) When the cantilever tip of this embodiment is used, the shorter cantilever 504 is measured by STS or STP.
At the same time as the measurement, the longer cantilever 502 is caused to perform the AFM operation. That is, an electrode is connected to the conductive layer on the extreme surface of the silicon plate 514, and a bias voltage is applied between the probe 524 of the cantilever 504 and the sample surface,
The electrical characteristics of the sample surface are detected. Since the cantilever tip is supported obliquely, the probe 522 inevitably comes into contact with the sample surface and the longer cantilever 502 is displaced. This displacement is detected using, for example, optical means, and the cantilever tip is moved in the vertical direction with respect to the sample so as to keep it constant. By this control, the probe 524
The distance between the tip of the sample and the sample surface is always kept constant during the STS measurement and the STP measurement.
【００４４】ここで、ＡＦＭ動作用の探針５２２と電気
的特性検出用の探針５２４は、電気的に絶縁されている
ため、探針５２４に印加しているバイアス電圧がＡＦＭ
動作させている探針５２２に影響を及ぼすことはなく、
探針５２２が試料表面から受けた電気的信号が探針５２
４から検出している電気的特性に混入することはない。Since the probe 522 for AFM operation and the probe 524 for detecting electrical characteristics are electrically insulated, the bias voltage applied to the probe 524 is AFM.
It does not affect the operating probe 522,
The electrical signal received by the probe 522 from the sample surface is the probe 52.
It does not mix with the electrical characteristics detected from No. 4.
【００４５】（効果）本実施形態のカンチレバーチップ
を用いると、試料表面の局所的な電気的特性を検出する
探針を有するカンチレバーと、探針と試料表面の距離を
一定に保つためのカンチレバーを個別に設けていること
から、探針と試料表面の距離がより正確に設定でき、よ
り正確な試料表面の局所的な電気的特性を検出できる。(Effect) When the cantilever tip of this embodiment is used, a cantilever having a probe for detecting local electrical characteristics of the sample surface and a cantilever for keeping the distance between the probe and the sample surface constant. Since they are individually provided, the distance between the probe and the sample surface can be set more accurately, and more accurate local electrical characteristics of the sample surface can be detected.
【００４６】また、本実施形態のカンチレバーチップ
は、ばね定数が小さい長い方のカンチレバーを探針と試
料表面の距離制御を行なうＡＦＭ動作に用い、ばね定数
が大きい短い方のカンチレバーを試料表面の電気的特性
の検出に用いているため、試料表面を傷つけることな
く、感度良く探針と試料表面の距離制御が行なえる。Further, in the cantilever tip of this embodiment, the longer cantilever having a small spring constant is used for AFM operation for controlling the distance between the probe and the sample surface, and the shorter cantilever having a large spring constant is used as an electric charge on the sample surface. Since it is used to detect the dynamic characteristics, the distance between the probe and the sample surface can be controlled with high sensitivity without damaging the sample surface.
【００４７】さらに、本実施形態のカンチレバーチップ
は、シリコンにイオンを注入して導電層を形成している
ため、探針先端の曲率半径が探針形成時に比べて鈍くな
ることがないことから、より局所的な電気的特性が検出
でき、探針と試料表面の距離設定もより高精度に行なえ
る。Further, in the cantilever tip of the present embodiment, since the conductive layer is formed by implanting ions into silicon, the radius of curvature of the tip of the probe will not become dull compared to when the probe is formed. More local electrical characteristics can be detected, and the distance between the probe and the sample surface can be set with higher accuracy.
【００４８】また、本実施形態において、ＡＦＭ動作に
用いるカンチレバーの導電層に電極を設けて、そのカン
チレバーの探針と試料との電位を同じにすれば、試料と
探針との間に発生する静電気力がキャンセルできる。従
って、上述の効果の中でも探針と試料表面との距離設定
がより一層正確になり、正確な試料表面の局所的な電気
特性を検出できる。Further, in the present embodiment, if an electrode is provided on the conductive layer of the cantilever used for AFM operation and the potential of the probe of the cantilever and the potential of the sample are made the same, it occurs between the sample and the probe. Static electricity can be canceled. Therefore, among the above-mentioned effects, the distance between the probe and the sample surface is set more accurately, and accurate local electrical characteristics of the sample surface can be detected.
【００４９】（変形例）なお、本実施形態においては、
探針の反対側のカンチレバー面に反射膜を形成していな
いが、金属膜等をコーティングして反射膜を形成しても
よい。(Modification) In the present embodiment,
Although the reflective film is not formed on the cantilever surface on the opposite side of the probe, the reflective film may be formed by coating a metal film or the like.
【００５０】また、本実施形態において、カンチレバー
と導電層を有する支持部上のシリコン板の形状は図４
（Ｂ）に示した形状であるが、第一の実施の形態と同様
に図１（Ｂ）に示した形状や第二の実施の形態の同様に
図３（Ｂ）に示した形状でもよい。In the present embodiment, the shape of the silicon plate on the supporting portion having the cantilever and the conductive layer is shown in FIG.
Although the shape is shown in FIG. 3B, it may be the shape shown in FIG. 1B as in the first embodiment or the shape shown in FIG. 3B as in the second embodiment. .
【００５１】さらに、本実施形態においては、カンチレ
バー形状のパターニングを行なってから導電層を形成す
るためのイオン注入を行なっているが、イオン注入を行
なった後、カンチレバー形状を形成してもよい。Furthermore, in the present embodiment, the cantilever-shaped patterning is performed before the ion implantation for forming the conductive layer, but the cantilever-shaped may be formed after the ion implantation.
【００５２】また、本実施形態のカンチレバーを作製す
るプロセスは、図５の作製プロセスに限定されるもので
はなく、例えば、シリコンからなるカンチレバーを作製
する他のプロセスに基づいても、本実施形態と同様なカ
ンチレバーを作製することが可能である。なお、以下に
示す第四の実施の形態についても同様のことが言える。Further, the process of manufacturing the cantilever of this embodiment is not limited to the manufacturing process of FIG. 5, and based on other processes of manufacturing a cantilever made of, for example, this embodiment, It is possible to make similar cantilevers. The same applies to the fourth embodiment described below.
【００５３】＜第四の実施の形態＞本実施形態のカンチ
レバーチップは、第三の実施の形態の作製プロセスに準
じて作製されており、ボロン等をイオン注入する際に、
長い方のカンチレバー５０２を含めたシリコン板５１２
に対応した活性層６２８の一部の領域にフォトリソグラ
フィーによりレジストを形成し、これをマスクにイオン
注入を行なって作製している。このため、本実施形態の
カンチレバーチップは、図６に示されるように、短い方
のカンチレバー５０４を含めたシリコン板５１４は導電
層５３０を有しているが、長い方のカンチレバー５０２
を含めたシリコン板５１２は導電層を有していない。<Fourth Embodiment> The cantilever tip of this embodiment is manufactured according to the manufacturing process of the third embodiment, and when boron or the like is ion-implanted,
Silicon plate 512 including the longer cantilever 502
The resist is formed by photolithography in a partial region of the active layer 628 corresponding to, and is ion-implanted using this as a mask. Therefore, in the cantilever tip of this embodiment, as shown in FIG. 6, the silicon plate 514 including the shorter cantilever 504 has the conductive layer 530, but the longer cantilever 502.
The silicon plate 512 including is not provided with a conductive layer.
【００５４】長い方のカンチレバー５０２を用いてＡＦ
Ｍ動作させて、短い方のカンチレバー５０４の探針５２
４と試料間の距離を制御し、短い方のカンチレバー５０
４の探針５２４で試料表面の電気的特性を検出する。こ
のとき、長い方のカンチレバー５０２は、通常のＡＦＭ
測定で使用されるカンチレバーと同様に、導電層を有し
ていないことから、通常行なわれているＡＦＭ測定と同
じ条件で、短い方のカンチレバー５０４の探針５２４と
試料間の距離制御が行なえる。従って、より正確に短い
方のカンチレバー５０４の探針５２４と試料間の距離の
制御が行なえる。AF using the longer cantilever 502
The probe 52 of the shorter cantilever 504 is operated by M operation.
4 the shorter cantilever 50 that controls the distance between the sample and
The probe 524 of No. 4 detects the electrical characteristics of the sample surface. At this time, the longer cantilever 502 is a normal AFM.
Like the cantilever used in the measurement, since it does not have a conductive layer, the distance between the probe 524 of the shorter cantilever 504 and the sample can be controlled under the same conditions as the AFM measurement that is normally performed. . Therefore, the distance between the probe 524 of the shorter cantilever 504 and the sample can be controlled more accurately.
【００５５】本実施形態のカンチレバーチップを用いる
ことにより、探針と試料表面の距離がより正確に設定で
きることから、より高精度な電気的特性を検出すること
が可能になる。By using the cantilever tip of this embodiment, the distance between the probe and the sample surface can be set more accurately, so that it is possible to detect electrical characteristics with higher accuracy.
【００５６】＜第五の実施の形態＞本実施形態のＳＰＭ
用カンチレバーチップについて図７を用いて説明する。
カンチレバーチップは、歪み抵抗効果を利用したセンサ
ー機能を備えたＵ字状のカンチレバー７０２を有し、そ
の内側に細長の矩形状のカンチレバー７０４を有してい
る。カンチレバー７０２は内部に歪み抵抗層を有してお
り、この歪み抵抗層は支持部７０６上においてアルミ電
極７０８と７０９に接続されている。カンチレバー７０
４は探針側極表面に導電層が形成されており、この導電
層は支持部７０６上においてアルミ電極７１０に接続さ
れている。カンチレバー７０２の電極７０８には直流定
電圧電源７３２が接続され、電極７０９には電流計測用
のオペアンプ７３３が接続されている。また、カンチレ
バー７０４の電極７１０には試料の電気的特性検出用の
電流検出回路７３５が接続されている。<Fifth Embodiment> SPM of the present embodiment
The cantilever tip for use will be described with reference to FIG.
The cantilever chip has a U-shaped cantilever 702 having a sensor function utilizing a strain resistance effect, and an elongated rectangular cantilever 704 inside thereof. The cantilever 702 has a strain resistance layer inside, and this strain resistance layer is connected to the aluminum electrodes 708 and 709 on the support portion 706. Cantilever 70
In No. 4, a conductive layer is formed on the electrode surface on the probe side, and this conductive layer is connected to the aluminum electrode 710 on the support portion 706. A DC constant voltage power supply 732 is connected to the electrode 708 of the cantilever 702, and an operational amplifier 733 for current measurement is connected to the electrode 709. A current detection circuit 735 for detecting the electrical characteristics of the sample is connected to the electrode 710 of the cantilever 704.
【００５７】直流定電圧電源７３２よりカンチレバー７
０２の電極７０８と電極７０９の間に数ボルト以下のＤ
Ｃ電圧を印加し、カンチレバー７０２の探針７１２と試
料表面の相互作用力により生じるカンチレバー７０２の
変位に対応した歪み抵抗層の抵抗値変化に基づいて探針
７１２の変位を検出する。歪み抵抗層の抵抗値の変化
は、電流計測用のオペアンプ７３３によって電流信号の
変化として検出される。このようにして、カンチレバー
７０２を用いてＡＦＭ動作させて、カンチレバー７０４
の探針７１４と試料表面の間の距離を一定に制御し、試
料の電気的特性を検出する。From the DC constant voltage power supply 732, the cantilever 7
02 between electrode 708 and electrode 709 of a few volts or less
The C voltage is applied, and the displacement of the probe 712 is detected based on the change in the resistance value of the strain resistance layer corresponding to the displacement of the cantilever 702 caused by the interaction force between the probe 712 of the cantilever 702 and the sample surface. The change in the resistance value of the strain resistance layer is detected as a change in the current signal by the operational amplifier 733 for current measurement. In this way, the AFM operation is performed using the cantilever 702, and the cantilever 704 is
The distance between the probe 714 and the sample surface is controlled to be constant, and the electrical characteristics of the sample are detected.
【００５８】本実施形態のカンチレバーチップを用いる
と、第三の実施の形態における効果に加えて、探針と試
料表面の距離制御にカンチレバーチップ内蔵のセンサー
が使用でき、カンチレバーチップ以外のセンサーを用い
ることなく、試料の電気的特性が検出できることから、
カンチレバーチップ自体を測定ポイントに移動させたり
走査することが可能になり、装置構成上の自由度が広く
なる。When the cantilever tip of this embodiment is used, in addition to the effects of the third embodiment, a sensor with a built-in cantilever tip can be used for controlling the distance between the probe and the sample surface, and a sensor other than the cantilever tip is used. Without being able to detect the electrical characteristics of the sample,
It becomes possible to move or scan the cantilever tip itself to the measurement point, and the degree of freedom in device configuration is widened.
【００５９】また、本実施形態の構成であれば、探針７
１２と探針７１４とを結ぶ直線は、カンチレバー７０２
とカンチレバー７０４の中心を通る長手軸方向とほぼ一
致させることが好ましい。このようにすることで、探針
７１２と探針７１４との位置をより一層近づけることが
可能である。Further, with the configuration of this embodiment, the probe 7
The straight line connecting the probe 12 and the probe 714 is a cantilever 702.
And the cantilever 704 is preferably aligned with the longitudinal axis passing through the center of the cantilever 704. By doing so, the positions of the probe 712 and the probe 714 can be brought closer to each other.
【００６０】さらに、この探針７１２と探針７１４との
距離は、数百μｍ以下であることが好ましく、このよう
に構成することで、双方の探針は測定試料表面のほぼ同
じ地点を測定することができる。Further, the distance between the probe 712 and the probe 714 is preferably several hundreds of μm or less. With this structure, both the probes measure substantially the same point on the surface of the measurement sample. can do.
【００６１】従って、本実施形態のカンチレバーチップ
を用いることにより、探針と試料表面の距離がより正確
に設定でき、より高精度な電気的特性を検出することが
可能になる。Therefore, by using the cantilever tip of this embodiment, the distance between the probe and the sample surface can be set more accurately, and more accurate electrical characteristics can be detected.
【００６２】以上、第一ないし第五の実施の形態につい
て説明してきたが、このようなカンチレバーチップは、
試料表面とＡＦＭ測定用の探針とを近接もしくは接触さ
せた状態で両者を相対的に走査することで試料表面情報
を検出することになる。Although the first to fifth embodiments have been described above, such a cantilever tip is
The sample surface information is detected by relatively scanning the sample surface and the AFM measuring probe in the vicinity or in contact with each other.
【００６３】このような測定の代表的な方法としては、
単に探針と試料とを相対的に走査する測定と、カンチレ
バーチップを所望の周波数で振動させ、ＡＦＭ測定を行
ない試料表面上方を検出する励振モードＡＦＭ測定と呼
ばれるものがある。As a typical method of such measurement,
There are a so-called measurement in which the probe and the sample are simply scanned, and an excitation mode AFM measurement in which the cantilever tip is vibrated at a desired frequency and AFM measurement is performed to detect the upper surface of the sample.
【００６４】この励振モードＡＦＭ測定について、図８
を用いて説明する。カンチレバーチップの支持部８０６
の上方には、探針８１２を有する長いカンチレバー８０
２、および、探針８１４を有する短いカンチレバー８０
４を振動させるための圧電体８２１が配置されている。
また、圧電体８２１は、カンチレバーの変位検出のため
のユニットや顕微鏡本体（図示せず）から延びる圧電体
保持部８２０に着脱自在に固定されている。The excitation mode AFM measurement is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Cantilever tip support 806
A long cantilever 80 having a probe 812 above
2, and a short cantilever 80 with a probe 814
Piezoelectric body 821 for vibrating 4 is arranged.
Further, the piezoelectric body 821 is detachably fixed to a unit for detecting displacement of the cantilever and a piezoelectric body holding portion 820 extending from a microscope main body (not shown).
【００６５】さらに、圧電体８２１には、圧電体に印加
するための配線８２２が施され、この配線は、電源（図
示せず）に接続されている。次に作用について説明す
る。電源からの交流電圧を圧電体８２１に印加し、カン
チレバー８０２、８０４を所望の周波数で励振する。こ
の所望の周波数は、測定者が任意に設定できるものであ
り、複数あるカンチレバーの中で測定者が選択的に選ん
だカンチレバーをこの周波数に合わせることができる。
この状態でカンチレバーを共振周波数のピーク値付近で
励振させてＡＦＭ測定および電気的特性の検出を行な
う。Further, the piezoelectric body 821 is provided with a wiring 822 for applying to the piezoelectric body, and this wiring is connected to a power source (not shown). Next, the operation will be described. An AC voltage from a power source is applied to the piezoelectric body 821 to excite the cantilevers 802 and 804 at a desired frequency. This desired frequency can be arbitrarily set by the measurer, and a cantilever selectively selected by the measurer among a plurality of cantilevers can be matched with this frequency.
In this state, the cantilever is excited near the peak value of the resonance frequency to perform AFM measurement and detection of electrical characteristics.
【００６６】ところで、長さや幅の異なるカンチレバー
８０２、８０４は、異なる振幅となることが知られてい
る。また、この振幅は、カンチレバー８０２、８０４の
長さに比例して大きくなり、幅に比例して小さくなる。By the way, it is known that the cantilevers 802 and 804 having different lengths and widths have different amplitudes. Further, this amplitude increases in proportion to the length of the cantilevers 802 and 804, and decreases in proportion to its width.
【００６７】従って、本発明における、長いカンチレバ
ー８０２は、短いカンチレバー８０４と比較して振幅を
大きくしやすいことが分かる。そして、この長いカンチ
レバー８０２の振幅を所望の値とすれば、励振モードＡ
ＦＭ測定に適用可能であることが明かである。Therefore, it can be seen that the long cantilever 802 in the present invention can easily increase the amplitude as compared with the short cantilever 804. Then, if the amplitude of this long cantilever 802 is set to a desired value, the excitation mode A
It is clear that it is applicable to FM measurement.
【００６８】また、励振モードＡＦＭ測定におけるカン
チレバーの振幅は、５０ナノメーター程度であり、非常
に小さい。すなわち、短いカンチレバーは、この振幅と
比較してさらに小さい振幅となる。もしくは、長さによ
ってはほとんど振動しないと考えられる。よって、この
振幅は、短いカンチレバー８０４による電気的特性の検
出にほとんど影響がないと言える。The amplitude of the cantilever in the excitation mode AFM measurement is about 50 nanometers, which is very small. That is, the short cantilever has a smaller amplitude than this amplitude. Or, it is considered that it hardly vibrates depending on the length. Therefore, it can be said that this amplitude has almost no influence on the detection of the electrical characteristics by the short cantilever 804.
【００６９】このようなことから、本発明は、励振モー
ドＡＦＭを用いてもカンチレバーの探針と試料との距離
がより正確に設定でき、高精度な電気的特性を検出する
ことが可能である。As described above, according to the present invention, the distance between the probe of the cantilever and the sample can be set more accurately even by using the excitation mode AFM, and it is possible to detect the electrical characteristics with high accuracy. .
【００７０】さらに、本発明における長いカンチレバー
８０２は、可能であれば２００μｍ程度、もしくは、そ
れ以上であることが好ましい。このようにすることで、
長いカンチレバー８０２のばね定数を小さくし、ＡＦＭ
測定時に試料と探針とが接触した場合、試料および探針
の双方の破損を防止できる。Further, the long cantilever 802 in the present invention is preferably about 200 μm or more, if possible. By doing this,
The spring constant of the long cantilever 802 is reduced to
When the sample and the probe come into contact during measurement, it is possible to prevent damage to both the sample and the probe.
【００７１】以上、第一ないし第五の実施の形態につい
て説明してきたが、これらの実施の形態の特徴をまとめ
ると以下の様になる。 （１）支持部と、支持部から延びた複数の片持ち梁とを
有し、各片持ち梁は自由端に探針を備えており、複数の
片持ち梁は互いの探針が電気的に絶縁された少なくとも
二つの片持ち梁を含むことを特徴とするカンチレバーチ
ップ。The first to fifth embodiments have been described above. The features of these embodiments are summarized as follows. (1) It has a support part and a plurality of cantilever beams extending from the support part, each cantilever beam has a probe at its free end, and the plurality of cantilever beams are electrically connected to each other. A cantilever tip including at least two cantilevers insulated from each other.
【００７２】（２）上記（１）において、互いの探針が
電気的に絶縁された二つの片持ち梁の少なくとも一方
は、試料表面の電気的特性の測定に用いられることを特
徴とするカンチレバーチップ。(2) In the above (1), at least one of the two cantilevers whose probes are electrically insulated from each other is used for measuring the electrical characteristics of the sample surface. Chips.
【００７３】（３）上記（１）において、互いの探針が
電気的に絶縁された二つの片持ち梁の各探針を結ぶ直線
が、片持ち梁の長手軸とほぼ一致することを特徴とする
カンチレバーチップ。(3) In the above (1), the straight line connecting the probes of the two cantilevers whose probes are electrically insulated is substantially coincident with the longitudinal axis of the cantilever. And a cantilever tip.
【００７４】（４）上記（２）において、互いの探針が
電気的に絶縁された二つの片持ち梁は長さが異なってい
ることを特徴とするカンチレバーチップ。 （５）上記（２）において、互いの探針が電気的に絶縁
された二つの片持ち梁はばね定数が異なっており、試料
表面の電気的特性の測定に用いられる片持ち梁の方がば
ね定数が大きいことを特徴とするカンチレバーチップ。(4) A cantilever tip according to the above (2), wherein two cantilevers whose probes are electrically insulated have different lengths. (5) In (2) above, the two cantilevers whose probes are electrically insulated have different spring constants, and the cantilever used for measuring the electrical characteristics of the sample surface is A cantilever tip with a large spring constant.
【００７５】（６）上記（１）において、さらに、互い
の探針が電気的に絶縁された二つの片持ち梁の少なくと
も一方を励振する励振機構を有することを特徴とするカ
ンチレバーチップ。(6) A cantilever tip according to the above (1), further having an excitation mechanism for exciting at least one of two cantilevers whose probes are electrically insulated from each other.
【００７６】[0076]
【発明の効果】本発明のカンチレバーチップによれば、
試料表面の局所的な電気的特性を検出するための探針を
備えたカンチレバーに加えて、このカンチレバーの探針
と試料の相互間距離を一定に保つためのカンチレバーを
更に有しているので、電気的特性検出用の探針先端と試
料表面の距離がより正確に設定でき、より正確な試料表
面の局所的な電気的特性を検出できる。また、本発明の
実施の形態ではＳＴＳ測定への適用を中心に説明した
が、本発明のカンチレバーチップはプローバ装置にも適
用できる。According to the cantilever tip of the present invention,
In addition to a cantilever equipped with a probe for detecting local electrical characteristics of the sample surface, it further has a cantilever for keeping a constant mutual distance between the probe of this cantilever and the sample, The distance between the tip of the probe for detecting electrical characteristics and the sample surface can be set more accurately, and more accurate local electrical characteristics of the sample surface can be detected. Further, although the embodiments of the present invention have been described focusing on the application to STS measurement, the cantilever tip of the present invention can also be applied to a prober device.
【図１】第一の実施の形態のＳＰＭ用カンチレバーチッ
プを示す図であり、（Ａ）はカンチレバー側から見た斜
視図、（Ｂ）は探針側から見た平面図、（Ｃ）は（Ｂ）
の１Ｃ−１Ｃ線における断面図である。1A and 1B are views showing an SPM cantilever tip according to a first embodiment, where FIG. 1A is a perspective view seen from the cantilever side, FIG. 1B is a plan view seen from the probe side, and FIG. (B)
2 is a cross-sectional view taken along line 1C-1C of FIG.
【図２】第一の実施の形態のＳＰＭ用カンチレバーチッ
プの作製プロセスを説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a manufacturing process of the SPM cantilever tip according to the first embodiment.
【図３】第二の実施の形態のＳＰＭ用カンチレバーチッ
プを示す図であり、（Ａ）はカンチレバー側から見た斜
視図、（Ｂ）は探針側から見た平面図である。3A and 3B are diagrams showing an SPM cantilever tip according to a second embodiment, FIG. 3A is a perspective view seen from the cantilever side, and FIG. 3B is a plan view seen from the probe side.
【図４】第三の実施の形態のＳＰＭ用カンチレバーチッ
プを示す図であり、（Ａ）はカンチレバー側から見た斜
視図、（Ｂ）は探針側から見た平面図、（Ｃ）は（Ｂ）
の４Ｃ−４Ｃ線における断面図である。4A and 4B are diagrams showing an SPM cantilever tip according to a third embodiment, where FIG. 4A is a perspective view seen from the cantilever side, FIG. 4B is a plan view seen from the probe side, and FIG. (B)
4C is a cross-sectional view taken along line 4C-4C of FIG.
【図５】第三の実施の形態のＳＰＭ用カンチレバーチッ
プの作製プロセスを説明するための図である。FIG. 5 is a drawing for explaining the manufacturing process of the SPM cantilever chip of the third embodiment.
【図６】第四の実施の形態のＳＰＭ用カンチレバーチッ
プを示す図であり、（Ａ）は探針側から見た平面図、
（Ｂ）は（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ線における断面図である。FIG. 6 is a view showing a cantilever tip for SPM of a fourth embodiment, (A) is a plan view seen from the probe side;
FIG. 6B is a sectional view taken along line 6B-6B in FIG.
【図７】第五の実施の形態のＳＰＭ用カンチレバーチッ
プを示す図であり、（Ａ）はカンチレバー側から見た斜
視図、（Ｂ）は探針側から見た平面図であり、周辺回路
も示してある。7A and 7B are diagrams showing an SPM cantilever tip according to a fifth embodiment, FIG. 7A is a perspective view seen from the cantilever side, and FIG. 7B is a plan view seen from the probe side. Is also shown.
【図８】励振モードＡＦＭ測定について説明するための
図である。FIG. 8 is a diagram for explaining excitation mode AFM measurement.
１０２、１０４…カンチレバー、１０６…支持部、１２
２、１２４…探針、１１６…溝、２１４…金薄膜。102, 104 ... Cantilever, 106 ... Support part, 12
2, 124 ... Probe, 116 ... Groove, 214 ... Gold thin film.
Claims (3)
梁とを有し、各片持ち梁は自由端に探針を備えており、
複数の片持ち梁は互いの探針が電気的に絶縁された少な
くとも二つの片持ち梁を含むことを特徴とするカンチレ
バーチップ。1. A support part and a plurality of cantilever beams extending from the support part, each cantilever beam having a probe at its free end,
A plurality of cantilevers includes at least two cantilevers whose probes are electrically insulated from each other.
絶縁された二つの片持ち梁の少なくとも一方は、試料表
面の電気的特性の測定に用いられることを特徴とするカ
ンチレバーチップ。2. The cantilever chip according to claim 1, wherein at least one of the two cantilevers whose probes are electrically insulated from each other is used for measuring an electrical characteristic of a sample surface.
絶縁された二つの片持ち梁の各探針を結ぶ直線が、片持
ち梁の長手軸方向とほぼ一致することを特徴とするカン
チレバーチップ。3. The line according to claim 1, wherein a straight line connecting the respective probes of the two cantilevers whose respective probes are electrically insulated is substantially coincident with a longitudinal axis direction of the cantilever. Cantilever tip to do.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31912495A JPH09159677A (en) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | Cantilever chip |
| US08/757,131 US5929643A (en) | 1995-12-07 | 1996-12-03 | Scanning probe microscope for measuring the electrical properties of the surface of an electrically conductive sample |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31912495A JPH09159677A (en) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | Cantilever chip |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09159677A true JPH09159677A (en) | 1997-06-20 |
Family
ID=18106738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31912495A Withdrawn JPH09159677A (en) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | Cantilever chip |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09159677A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002357527A (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Seiko Instruments Inc | Method for compositely inspecting/evaluating fault, fault inspecting/evaluating composite system and fault inspecting/evaluating composite program |
-
1995
- 1995-12-07 JP JP31912495A patent/JPH09159677A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002357527A (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Seiko Instruments Inc | Method for compositely inspecting/evaluating fault, fault inspecting/evaluating composite system and fault inspecting/evaluating composite program |
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