JPH06323845A - Thin film force detection probe for scanning force microscope - Google Patents
Thin film force detection probe for scanning force microscopeInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、試料表面の微細な組織
あるいは構造を表面とプローブとの間の相互作用を利用
して画像化する走査型トンネル顕微鏡等の走査型プロー
ブ顕微鏡に関し、特に試料表面の凹凸等に起因した力の
変化に応じて変化するプローブの変位を同プローブ上に
形成された薄膜の電気特性の変化で検出する走査型力顕
微鏡用薄膜式力検出プローブに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope such as a scanning tunnel microscope for imaging a fine texture or structure on the surface of a sample by utilizing the interaction between the surface and the probe. The present invention relates to a thin film type force detection probe for a scanning force microscope, which detects a displacement of a probe that changes according to a change in force due to surface irregularities or the like, based on a change in electrical characteristics of a thin film formed on the probe.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の代表的な走査型力顕微鏡では、図
9に示すように、被測定試料36が3軸(XYZ)方向に
走査可能な圧電走査体32の上に載置されるとともに、試
料36に対向しうるように配設されて先端にチップ30bを
有する片持ち梁30aが、圧電走査体32が支持されている
支持台35上に固着されている。そして、片持ち梁30aの
先端付近の変位を検出するための変位検出系30cが片持
ち梁30aの背後(試料36とは逆側)に、アラインメント
機構30dを介して支持台35に接続されるようにして配設
されている。すなわち従来の走査型力顕微鏡の力検出系
は、表面の凹凸をてこの変位に変換する片持ち梁30a
と、同片持ち梁30aにおけるてこの変位を電気信号に変
換する変位検出系30cとから構成されている。なお、変
位検出系30cは、例えば走査型トンネル顕微鏡のトンネ
ルチップや、レーザー照射系と分割型フォトダイオード
とから構成される光てこと呼ばれる光学式の変位系であ
り、いずれの場合もアライメント機構30dによる位置の
調節が必要である。2. Description of the Related Art In a typical conventional scanning force microscope, as shown in FIG. 9, a sample 36 to be measured is placed on a piezoelectric scanning body 32 capable of scanning in three axes (XYZ) directions. A cantilever 30a having a tip 30b at its tip, which is arranged so as to be able to face the sample 36, is fixed on a support base 35 on which the piezoelectric scanning body 32 is supported. Then, a displacement detection system 30c for detecting the displacement near the tip of the cantilever 30a is connected to the support base 35 via the alignment mechanism 30d behind the cantilever 30a (on the side opposite to the sample 36). It is arranged in this way. In other words, the force detection system of the conventional scanning force microscope uses a cantilever 30a that converts surface irregularities into leverage.
And a displacement detection system 30c that converts the displacement of the lever on the cantilever 30a into an electric signal. The displacement detection system 30c is, for example, a tunnel tip of a scanning tunneling microscope, or an optical displacement system called a light beam composed of a laser irradiation system and a split photodiode, and in any case, an alignment mechanism 30d. It is necessary to adjust the position by.
【0003】また、片持ち梁30aの変位に相当する信号
を変位検出系30cから受けて、圧電走査体32にZ軸方向
(鉛直方向、試料36面の法線方向)の走査制御信号を送
出するフィードバック制御系31が設けられている。さら
に圧電走査体32のXY方向(水平方向、試料36面内2方
向)の走査信号を送出する走査信号発生器33と、同走査
信号発生器33からの入力信号とフィードバック制御系31
からの信号とに基づいて画像を表示するディスプレイ34
がそなえられている。このような構成により、従来の走
査型力顕微鏡では次のような作用が行われる。まず、試
料36は、圧電走査体32によりZ(鉛直)方向に移動され
て、片持ち梁30aの先端のチップ30bに近づけられる。そ
して、試料36とチップ30bとが接触して同チップ30bが試
料36の表面から斥力を受けると片持ち梁30aが変位す
る。Further, a signal corresponding to the displacement of the cantilever 30a is received from the displacement detection system 30c, and a scanning control signal in the Z-axis direction (vertical direction, normal to the surface of the sample 36) is sent to the piezoelectric scanning body 32. A feedback control system 31 is provided. Further, a scanning signal generator 33 for sending out scanning signals in the XY directions (horizontal direction, in-plane two directions of the sample 36) of the piezoelectric scanning body 32, an input signal from the scanning signal generator 33 and a feedback control system 31.
Display 34 that displays images based on signals from
Is provided. With such a configuration, the following operation is performed in the conventional scanning force microscope. First, the sample 36 is moved in the Z (vertical) direction by the piezoelectric scanning body 32 and brought close to the tip 30b at the tip of the cantilever 30a. Then, when the sample 36 and the chip 30b come into contact with each other and the chip 30b receives a repulsive force from the surface of the sample 36, the cantilever 30a is displaced.
【0004】上記のチップ30bに働く試料36表面からの
斥力は、試料36と片持ち梁30aとの間の距離の関数であ
るため、試料36を圧電走査体32によりXY(水平)方向
に移動させた場合、試料36の凹凸に応じて片持ち梁30a
の変位は変化する。そして、例えば力一定(間隔一定)
モードと呼ぶことのできる測定方式では、走査信号発生
器33からのXY走査信号によって圧電走査体32上の試料
36をXY方向に走査しながら、変位検出系30cからの検
出信号に基づいて、同検出信号が一定となるようにフィ
ードバック制御系31からのZ制御信号で圧電走査体32を
Z方向に変位させる。そして、上記のXY走査信号とZ
制御信号とからディスプレイ34上に試料表面の凹凸情報
に対応した画像を表示する作用が行われるのである。Since the repulsive force acting on the tip 30b from the surface of the sample 36 is a function of the distance between the sample 36 and the cantilever 30a, the sample 36 is moved in the XY (horizontal) directions by the piezoelectric scanning body 32. If it is made, cantilever 30a depending on the unevenness of sample 36
The displacement of changes. And, for example, constant force (constant interval)
In the measurement method which can be called a mode, the sample on the piezoelectric scanning body 32 is supplied by the XY scanning signal from the scanning signal generator 33.
While scanning 36 in the XY directions, based on the detection signal from the displacement detection system 30c, the piezoelectric scanning body 32 is displaced in the Z direction by the Z control signal from the feedback control system 31 so that the detection signal becomes constant. . Then, the XY scanning signal and Z
The function of displaying an image corresponding to the unevenness information of the sample surface on the display 34 is performed from the control signal.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の走査型力顕微鏡では、力検出系が、試料表
面の凹凸をてこの変位に変換する片持ち梁と、同片持ち
梁先端の変位を検出して電気信号に変換する変位検出系
とを有するため、複雑となるとともに装置として大型化
するという問題点がある。また、2つの系から構成され
ているため、装置の調整がかなり難しくなるという問題
点もある。本発明は、このような問題点の解消をはかろ
うとするもので、片持ち梁先端に働く試料表面からの力
をその先端変位を測定する変位計を用いることなく、上
記変位を直接信号に変換することが可能である、片持ち
梁上に電極に挟まれた機能性薄膜を形成した構造を有す
る微小力センサーを用いることにより、試料表面の力の
検出装置を簡素化できるようにした、走査型力顕微鏡用
薄膜式力検出プローブを提供することを目的とする。However, in the conventional scanning force microscope as described above, the force detection system includes a cantilever for converting unevenness of the sample surface into a displacement of the lever and a tip of the cantilever. Since it has a displacement detection system that detects displacement and converts it into an electric signal, there are problems that it becomes complicated and the device becomes large. Further, since it is composed of two systems, there is a problem that the adjustment of the device becomes quite difficult. The present invention is intended to solve such a problem, and the force from the sample surface acting on the tip of the cantilever is directly used as a signal for the displacement without using a displacement meter for measuring the displacement of the tip. By using a micro force sensor having a structure in which a functional thin film sandwiched between electrodes on a cantilever that can be converted is used, a device for detecting the force on the sample surface can be simplified. An object is to provide a thin film type force detection probe for a scanning force microscope.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ
は、走査型力顕微鏡の力検出系として取り付けて試料表
面の力に関する情報を得るべく、先端にチップを有する
第1の薄膜による薄膜弾性体と、同薄膜弾性体に電極,
第2の薄膜,電極の順に装着された少なくとも3層の層
構造と、上記層構造の電極間の電気容量を電圧信号に変
換して検出する容量検出器とをそなえ、上記第2の薄膜
が同薄膜が受ける曲げ応力に応じて上記電極間の電気容
量を変える薄膜として形成されたことを特徴としてい
る。そして、上記第2の薄膜が圧電性を併有する薄膜と
して形成されたことを特徴としている。In order to achieve the above-mentioned object, the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of the present invention is mounted as a force detection system of a scanning force microscope to obtain information on the force on the sample surface. To obtain, a thin film elastic body made of a first thin film having a tip at the tip, an electrode on the thin film elastic body,
The second thin film has a layer structure of at least three layers mounted in the order of a second thin film and an electrode, and a capacitance detector for converting the electric capacitance between the electrodes of the layer structure into a voltage signal for detection. The thin film is characterized by being formed as a thin film that changes the electric capacitance between the electrodes according to the bending stress received by the thin film. The second thin film is formed as a thin film having piezoelectricity.
【0007】また、上記の薄膜弾性体と層構造とからな
るカンチレバーをその固有振動数で外部より励起振動さ
せる圧電体励振機構をそなえたことを特徴としている。
さらに、上記層構造が幅方向に2等分割されるように形
成され、分割された各々の第2の薄膜の電気容量を独立
して検出できるように、上記容量検出器が2系統の入力
部をそなえたことを特徴としている。そして、上記層構
造の第2の薄膜からの電荷出力を電圧信号に変換して検
出する電荷検出器をそなえ、第2の薄膜からの出力信号
を上記電荷検出器および上記容量検出器のどちらか一方
に選択的に接続する切り替え手段が設けられたことを特
徴としている。Further, it is characterized in that it is provided with a piezoelectric body excitation mechanism for externally exciting and vibrating the cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure as described above.
Further, the layer structure is formed so as to be equally divided into two in the width direction, and the capacitance detector has two input systems so that the capacitance of each of the divided second thin films can be independently detected. It is characterized by having A charge detector for converting the charge output from the second thin film having the layer structure into a voltage signal for detection is provided, and the output signal from the second thin film is supplied to either the charge detector or the capacitance detector. It is characterized in that switching means for selectively connecting to one side is provided.
【0008】また、上記分割された各々の第2の薄膜の
電荷出力を独立して検出できるように、上記電荷検出器
が2系統の入力部をそなえ、第2の薄膜からの出力信号
を2系統ともに上記電荷検出器および上記容量検出器の
どちらか一方に選択的に接続する切り替え手段が設けら
れたことを特徴としている。さらに、上記薄膜弾性体と
層構造とからなるカンチレバーの一端部がシリコンウエ
ハに支持され、同シリコンウエハに上記容量検出器が一
体に作り込まれていることを特徴としている。Further, the charge detector has two input portions so that the charge output of each of the divided second thin films can be detected independently, and the output signal from the second thin film is supplied to two. Both systems are characterized in that switching means for selectively connecting to either one of the charge detector and the capacitance detector is provided. Further, one end of a cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure is supported by a silicon wafer, and the capacitance detector is integrally formed on the silicon wafer.
【0009】あるいは、本発明の走査型力顕微鏡用薄膜
式力検出プローブは、走査型力顕微鏡の力検出系として
取り付けて試料表面の力に関する情報を得るべく、先端
にチップを有する第1の薄膜による薄膜弾性体と、同薄
膜弾性体に電極,第2の薄膜,電極の順に装着された少
なくとも3層の層構造と、上記層構造の電極間の電気抵
抗の変化を電圧信号に変換して検出する抵抗検出器とを
そなえ、上記第2の薄膜が同薄膜が受ける曲げ応力に応
じて上記電極間の電気抵抗を変える薄膜として形成され
たことを特徴としている。そして、上記第2の薄膜が圧
電性を併有する薄膜として形成されたことを特徴として
いる。Alternatively, the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of the present invention is attached as a force detection system of a scanning force microscope, and a first thin film having a tip at the tip for obtaining information on the force on the sample surface. A thin film elastic body, a layer structure of at least three layers mounted on the thin film elastic body in the order of the electrode, the second thin film, and the electrode, and a change in electric resistance between the electrodes of the layer structure is converted into a voltage signal. And a resistance detector for detecting, wherein the second thin film is formed as a thin film that changes the electrical resistance between the electrodes according to the bending stress received by the second thin film. The second thin film is formed as a thin film having piezoelectricity.
【0010】また、上記の薄膜弾性体と層構造とからな
るカンチレバーをその固有振動数で外部より励起振動さ
せる圧電体励振機構をそなえたことを特徴としている。
さらに、上記層構造が幅方向に2等分割されるように形
成され、分割された各々の第2の薄膜の電気抵抗の変化
を独立して検出できるように、上記抵抗検出器が2系統
の入力部をそなえたことを特徴としている。そして、上
記層構造の第2の薄膜からの電荷出力を電圧信号に変換
して検出する電荷検出器をそなえ、第2の薄膜からの出
力信号を上記電荷検出器および上記抵抗検出器のどちら
か一方に選択的に接続する切り替え手段が設けられたこ
とを特徴としている。また、上記分割された各々の第2
の薄膜の電荷出力を独立して検出できるように、上記電
荷検出器が2系統の入力部をそなえ、第2の薄膜からの
出力信号を2系統ともに上記電荷検出器および上記抵抗
検出器のどちらか一方に選択的に接続する切り替え手段
が設けられたことを特徴としている。Further, it is characterized in that it is provided with a piezoelectric body excitation mechanism for externally exciting and vibrating the cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure as described above.
Further, the layer structure is formed so as to be divided into two equal parts in the width direction, and the resistance detector has two systems so that the change in the electric resistance of each of the divided second thin films can be independently detected. It is characterized by having an input section. A charge detector for converting the charge output from the second thin film having the layered structure into a voltage signal for detection is provided, and the output signal from the second thin film is supplied to either the charge detector or the resistance detector. It is characterized in that switching means for selectively connecting to one side is provided. In addition, each of the divided second
In order to detect the charge output of the thin film independently, the charge detector has two input systems, and the output signal from the second thin film is supplied to both the charge detector and the resistance detector for both systems. It is characterized in that switching means for selectively connecting to one of them is provided.
【0011】さらに、上記薄膜弾性体と層構造とからな
るカンチレバーの一端部がシリコンウエハに支持され、
同シリコンウエハに上記抵抗検出器が一体に作り込まれ
ていることを特徴としている。そして、上記チップが、
先端を尖鋭化処理された微小突起体で形成されているこ
とを特徴としている。また、上記第1の薄膜がシリコン
の酸化膜または窒化膜で形成されるとともに、上記第2
の薄膜が酸化亜鉛薄膜で形成されていることを特徴とし
ている。さらに、上記層構造の最外側の電極の表面に薄
い絶縁膜が形成されていることを特徴としている。Further, one end of the cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure is supported by a silicon wafer,
The silicon wafer is characterized in that the resistance detector is integrally formed. And the chip is
It is characterized in that it is formed of a minute projection whose tip is sharpened. In addition, the first thin film is formed of a silicon oxide film or a nitride film, and the second thin film is formed.
Is characterized by being formed of a zinc oxide thin film. Further, a thin insulating film is formed on the surface of the outermost electrode of the layer structure.
【0012】[0012]
【作用】前述した本発明の走査型力顕微鏡用薄膜式力検
出プローブでは、薄膜弾性体に装着された層構造の第2
の薄膜が受ける曲げ応力に相当する信号を、上記層構造
に接続された容量検出器により電極間の電気容量の変化
信号として検出する作用が行われる。そして、上記第2
の薄膜が圧電性を併有する場合は、その薄膜弾性体と層
構造とからなるカンチレバーの交流変位に相当する信号
を、上記層構造に接続された容量検出器あるいは電荷検
出器により検出する作用が行われる。また、層構造が分
割されている場合には、各々の第2の薄膜の電気容量あ
るいは出力電荷を独立に検出する作用が行われる。ある
いは、薄膜弾性体に装着された層構造の第2の薄膜が受
ける曲げ応力に相当する信号を、上記層構造に接続され
た抵抗検出器により電極間の電気抵抗の変化信号として
検出する作用が行われる。In the thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to the present invention described above, the second layered structure mounted on the thin-film elastic body is used.
The signal corresponding to the bending stress applied to the thin film is detected as a change signal of the electric capacitance between the electrodes by the capacitance detector connected to the layer structure. And the second
When the thin film of 1 has both piezoelectricity, a function corresponding to the AC displacement of the cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure is detected by the capacitance detector or the charge detector connected to the layer structure. Done. Further, when the layer structure is divided, an action of independently detecting the electric capacitance or the output charge of each second thin film is performed. Alternatively, a function of detecting a signal corresponding to the bending stress received by the second thin film of the layer structure attached to the thin film elastic body as a change signal of the electric resistance between the electrodes by the resistance detector connected to the layer structure is provided. Done.
【0013】そして、上記第2の薄膜が圧電性を併有す
る場合は、その薄膜弾性体と層構造とからなるカンチレ
バーの交流変位に相当する信号を、上記層構造に接続さ
れた抵抗検出器あるいは電荷検出器により検出する作用
が行われる。また、層構造が分割されている場合には、
各々の第2の薄膜の電気抵抗を独立に検出する作用が行
われる。さらに、圧電性を有する上記の第2の薄膜に電
圧を印加する事により、上記カンチレバーを所要の振幅
で振動させる作用が行われる。また、圧電体励振機構に
より、上記カンチレバーを所要の振幅で振動させる作用
が行われる。When the second thin film also has piezoelectricity, a signal corresponding to the AC displacement of the cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure is supplied to the resistance detector or the resistance detector connected to the layer structure. The action of detection is performed by the charge detector. Also, when the layer structure is divided,
The function of independently detecting the electric resistance of each second thin film is performed. Further, by applying a voltage to the second thin film having piezoelectricity, the cantilever is vibrated with a required amplitude. Further, the piezoelectric excitation mechanism acts to vibrate the cantilever with a required amplitude.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明すると、図1〜図4は第1実施例としての走査型力顕
微鏡用薄膜式力検出プローブを示すもので、図1はその
構成図、図2はその要部の斜視図、図3はそれを用いた
走査型力顕微鏡、図4はその特性図、図5,6は第2実
施例としての走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブを
示すもので、図5はその構成図、図6はそれを用いた走
査型力顕微鏡、図7は第3実施例としての走査型力顕微
鏡用薄膜式力検出プローブの平面図、図8は第4実施例
としての走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブの構成
図である。また、図10は第5実施例としての走査型力
顕微鏡用薄膜式力検出プローブの構成図、図11はそれ
を用いた走査型力顕微鏡の構成図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1 to 4 show a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a first embodiment, and FIG. 2, FIG. 2 is a perspective view of a main part thereof, FIG. 3 is a scanning force microscope using the same, FIG. 4 is a characteristic diagram thereof, and FIGS. 5 and 6 are thin-film force detection for a scanning force microscope as a second embodiment. 5 shows a probe, FIG. 5 is a configuration diagram thereof, FIG. 6 is a scanning force microscope using the same, FIG. 7 is a plan view of a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a third embodiment, and FIG. FIG. 8 is a configuration diagram of a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a fourth embodiment. Further, FIG. 10 is a block diagram of a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a fifth embodiment, and FIG. 11 is a block diagram of a scanning force microscope using the same.
【0015】図1,2に示すように、第1実施例として
の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブは、先端にチ
ップ1aを有して他端をシリコンウエハ4に支持された第
1の薄膜としての薄膜弾性体1と、同薄膜弾性体1に電
極2a,第2の薄膜2b,電極2cの順に装着された層構造2
をそなえるとともに、同層構造2の電極2aおよび2cに接
続されて第2の薄膜2bの電極2a,2c間の電気容量を電圧
信号に変換して検出するする容量検出器3が備えられて
いる。第2の薄膜2bは、同薄膜2bが受ける曲げ応力に応
じて電極2a,2c間の電気容量を変える薄膜として形成さ
れる。例えば第2の薄膜2bは、高周波マグネトロンスパ
ッタリング法により強磁場(従って高プラズマ密度)中
で形成された酸化亜鉛薄膜である。この酸化亜鉛薄膜を
第2の薄膜として用いた場合の、チップ1aと試料表面と
の間の斥力によって薄膜弾性体1(層構造2)が受ける
応力の変化と電極2a,2c間の電気容量変化の関係は、実
験的に図4のようになることが判明している。As shown in FIGS. 1 and 2, the thin-film force detection probe for a scanning force microscope as the first embodiment has a tip 1a at the tip and the other end supported by a silicon wafer 4. Thin-film elastic body 1 serving as a thin film, and a layer structure 2 in which electrode 2a, second thin-film 2b, and electrode 2c are mounted on the thin-film elastic body 1 in this order
And a capacitance detector 3 connected to the electrodes 2a and 2c of the same layer structure 2 for converting the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c of the second thin film 2b into a voltage signal for detection. . The second thin film 2b is formed as a thin film that changes the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c according to the bending stress received by the thin film 2b. For example, the second thin film 2b is a zinc oxide thin film formed by a high frequency magnetron sputtering method in a strong magnetic field (hence high plasma density). When this zinc oxide thin film is used as the second thin film, the change in stress applied to the thin film elastic body 1 (layer structure 2) due to the repulsive force between the tip 1a and the sample surface and the change in electric capacitance between the electrodes 2a and 2c. It has been empirically known that the relationship of is as shown in FIG.
【0016】容量検出器3は、所要の周波数および振幅
の電圧信号を出力する信号発生器3aと電荷信号を一定の
変換比で電圧信号に変換する電荷検出器3bとで構成さ
れ、一方の電極2a(あるいは2c)が信号発生器3aに接続
されるとともに、他方の電極2c(あるいは2a)が電荷検
出器3bに接続されている。これにより電極2a,2c間の電
気容量は信号発生器からの一定電圧信号により電荷信号
に置換され、同電荷信号が電荷増幅器3bで電圧信号に変
換される作用が行われる。薄膜弾性体1の材質(第1の
薄膜)は、シリコンの酸化膜または窒化膜で形成されて
いる。また、チップ1aは、シリコンのエッチング等を利
用して薄膜弾性体1と同材質のシリコンの酸化膜もしく
は窒化膜で形成されるか、あるいは先端を尖鋭化処理さ
れた走査型トンネル顕微鏡(STM)用のタングステン
チップや特殊なウイスカー等をプローブ1の先端に接合
することにより形成される。The capacitance detector 3 is composed of a signal generator 3a for outputting a voltage signal of a required frequency and amplitude and a charge detector 3b for converting a charge signal into a voltage signal at a constant conversion ratio. One electrode 2a (or 2c) is connected to the signal generator 3a, and the other electrode 2c (or 2a) is connected to the charge detector 3b. As a result, the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c is replaced with the charge signal by the constant voltage signal from the signal generator, and the charge signal is converted into the voltage signal by the charge amplifier 3b. The material (first thin film) of the thin film elastic body 1 is formed of a silicon oxide film or a nitride film. The tip 1a is formed of a silicon oxide film or a nitride film of the same material as the thin film elastic body 1 by utilizing silicon etching or the like, or the tip is sharpened by a scanning tunneling microscope (STM). It is formed by joining a tungsten tip for use, a special whisker, or the like to the tip of the probe 1.
【0017】薄膜弾性体1の形状としては、図2(a)
に示す長方形型と、図2(b)に示す三角形型が考えら
れるが、一般には三角形型の方が安定な構造であるた
め、層構造2の第2の薄膜2bの電気容量に相当した信号
も安定することが期待される。以上述べた薄膜弾性体1
および層構造2からなるカンチレバーの諸構造の材料、
諸元の一例を[表1]に示す。The shape of the thin film elastic body 1 is shown in FIG.
The rectangular type shown in Fig. 2 and the triangular type shown in Fig. 2 (b) can be considered. In general, the triangular type has a more stable structure, and thus a signal corresponding to the electric capacitance of the second thin film 2b of the layer structure 2 is obtained. Is expected to stabilize. Thin-film elastic body 1 described above
And materials for various structures of the cantilever consisting of the layer structure 2,
An example of specifications is shown in [Table 1].
【表1】 なお、薄膜弾性体1および層構造2からなるカンチレバ
ーは、シリコンの異方性エッチング,反応性イオンビー
ムエッチング,高周波マグネトロンスパッタリング等の
マイクロマシーニングと呼ばれる微細加工技術を利用し
て製作される。[Table 1] The cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 is manufactured by using a microfabrication technique called micromachining such as anisotropic etching of silicon, reactive ion beam etching, and high frequency magnetron sputtering.
【0018】次に、本第1実施例の走査型力顕微鏡用薄
膜式力検出プローブを走査型力顕微鏡に用いた場合の作
用・効果について図3により説明する。図3に示すよう
に、上記の走査型力顕微鏡は次のように構成することが
できる。試料の保持台として、CPU11からZ軸粗動用
ユニット12aを介し出力されるZ軸粗動信号Z-CSに基
づいて試料15のZ軸方向(鉛直方向、試料面に対して法
線方向)の粗動を行うZ軸粗動機構10をそなえるととも
に、同Z軸粗動機構10上の試料15に対向できるように上
記の薄膜弾性体1と層構造2とからなるカンチレバーが
配設されている。Next, the operation and effect when the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of the first embodiment is used in a scanning force microscope will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the scanning force microscope can be configured as follows. As a sample holder, the Z axis direction (vertical direction, normal to the sample surface) of the sample 15 is determined based on the Z axis coarse motion signal Z-CS output from the CPU 11 via the Z axis coarse motion unit 12a. A Z-axis coarse movement mechanism 10 for performing coarse movement is provided, and a cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 is arranged so as to face the sample 15 on the Z-axis coarse movement mechanism 10. .
【0019】そして、上記カンチレバーを支持するシリ
コンウエハ4は、基台16を介して、CPU11から電力増
幅器12b,12cを介して出力されるXY走査信号XY-F
S,Z制御信号Z-FSに基づいて3次元で微動しうる
精密微動機構としてのXYZ圧電走査体9に固着されて
おり、これにより上記カンチレバーおよび試料15相互間
の3次元での相対的な位置関係を変化させることができ
る。なお、XYZ圧電走査体9およびZ軸粗動機構10
は、振動外乱に対する安定性を考慮して図3に示す例で
は支持台14に一体的に固着されているが、3点支持機構
などを利用してそれぞれを独立の支持台上に構成するこ
とも可能である。第2の薄膜2bの電気容量を電圧信号に
変換する容量検出器3の出力S1は、ロックインアンプ8
に入力されCPU11への入力信号S2に増幅される。なお
ロックインアンプ8に必要な参照信号REFは、信号発生
器3aから入力される。また、CPU11には同CPU11か
らの入力信号に基づいて画像を表示しうるディスプレイ
13が接続されている。The silicon wafer 4 supporting the cantilever is output from the CPU 11 via the base 16 via the power amplifiers 12b and 12c to the XY scan signal XY-F.
It is fixed to the XYZ piezoelectric scanning body 9 as a precision fine movement mechanism capable of finely moving in three dimensions based on the S, Z control signal Z-FS, whereby the three-dimensional relative movement between the cantilever and the sample 15 is achieved. The positional relationship can be changed. The XYZ piezoelectric scanning body 9 and the Z-axis coarse movement mechanism 10
3 are integrally fixed to the support base 14 in the example shown in FIG. 3 in consideration of stability against vibration disturbance, but each should be configured on an independent support base using a three-point support mechanism or the like. Is also possible. The output S1 of the capacitance detector 3 for converting the electric capacitance of the second thin film 2b into a voltage signal is the lock-in amplifier 8
To the input signal S2 to the CPU 11 and amplified. The reference signal REF necessary for the lock-in amplifier 8 is input from the signal generator 3a. Further, the CPU 11 has a display capable of displaying an image based on an input signal from the CPU 11.
13 are connected.
【0020】以上の構成により、本例の走査型力顕微鏡
では、次のような作用効果が得られる。まずZ軸粗動機
構10により試料15をチップ1aに近づけ、チップ1aが試料
15の表面と接触すると、チップ1aに斥力が働いて薄膜弾
性体1とともに層構造2は変形して、第2の薄膜2bは上
記斥力に対応した(薄膜弾性体1の変形量に対応した)
曲げ応力を受ける。その結果図4に示すような特性にし
たがって、第2の薄膜2bの電極2a,2c間の電気容量は減
少して、チップ1aが力を受けていない状態に比べて信号
S1,S2も減少することになる。With the above arrangement, the scanning force microscope of this embodiment has the following effects. First, the sample 15 is brought closer to the tip 1a by the Z-axis coarse movement mechanism 10, and the tip 1a
Upon contact with the surface of 15, repulsive force acts on the chip 1a to deform the layer structure 2 together with the thin film elastic body 1, and the second thin film 2b corresponds to the repulsive force (corresponding to the deformation amount of the thin film elastic body 1).
Subject to bending stress. As a result, the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c of the second thin film 2b decreases according to the characteristics as shown in FIG.
S1 and S2 will also decrease.
【0021】容量検出器3からの検出信号S1が減少して
いる状態、すなわちチップ1aが試料15の表面から斥力を
受けている状態で、CPU11からのXY走査信号XY-
FSによりXYZ圧電走査体9を駆動して試料15をXY
方向に走査すると、試料15の表面の凹凸に応じてチップ
1aの受ける斥力すなわち薄膜弾性体1の変形量が変化す
るので、第2の薄膜2bの受ける曲げ応力および電極2a,
2c間の電気容量も変化し、検出信号S1およびS2も変化す
る。力一定(変位一定)モードと呼ぶことのできる測定
モードでは、試料15をXYZ圧電走査体9でXY方向に
走査しながら、検出信号S2に基づいてフィードバック制
御によりXYZ圧電走査体9のZ方向変位を調節してチ
ップ1aの受ける斥力すなわち薄膜弾性体1の変形量が一
定に保たれる。そして、XYZ圧電走査体9に印加され
たCPU11からの信号Z-FSを利用して試料15の表面
の凹凸がディスプレイ13において画像化される。With the detection signal S1 from the capacitance detector 3 decreasing, that is, with the chip 1a receiving the repulsive force from the surface of the sample 15, the XY scanning signal XY- from the CPU 11 is detected.
The XYZ piezoelectric scanning body 9 is driven by the FS and the sample 15 is XY
When scanned in the direction, the chip
Since the repulsive force received by 1a, that is, the amount of deformation of the thin film elastic body 1, changes, the bending stress received by the second thin film 2b and the electrode 2a,
The electric capacitance between 2c also changes, and the detection signals S1 and S2 also change. In the measurement mode, which can be called a constant force (constant displacement) mode, while the sample 15 is being scanned by the XYZ piezoelectric scanning body 9 in the XY directions, the Z direction displacement of the XYZ piezoelectric scanning body 9 is performed by feedback control based on the detection signal S2. Is adjusted so that the repulsive force received by the chip 1a, that is, the amount of deformation of the thin film elastic body 1 is kept constant. Then, using the signal Z-FS from the CPU 11 applied to the XYZ piezoelectric scanning body 9, the unevenness on the surface of the sample 15 is imaged on the display 13.
【0022】以上により、本実施例の走査型力顕微鏡用
薄膜式力検出プローブによれば、次のような効果ないし
利点が得られる。まず、カンチレバーの交流変位を測定
するための光てこ等の別の変位計が不要であるため、装
置がコンパクトになり、かつ光学系の調整等の複雑な操
作をする必要がなくなる。また、従来のSTM(走査ト
ンネル顕微鏡)のトンネルチップ部を、本実施例の薄膜
弾性体1および層構造2からなるカンチレバーに取り替
えるのみで装置構成を行うことができる。そして、装置
が簡易であるため、真空中あるいは低温中の特殊環境下
での実験に利用することも容易である。As described above, according to the thin film type force detection probe for the scanning force microscope of this embodiment, the following effects and advantages can be obtained. First, since another displacement gauge such as an optical lever for measuring the AC displacement of the cantilever is not necessary, the device becomes compact and it is not necessary to perform complicated operations such as adjustment of the optical system. Further, the device configuration can be performed only by replacing the tunnel tip portion of the conventional STM (scanning tunneling microscope) with the cantilever including the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 of this embodiment. Since the device is simple, it can be easily used for an experiment under a special environment in vacuum or low temperature.
【0023】次に、図5,6により第2実施例としての
走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブについて説明す
る。図5に示すように、第2実施例としての走査型力顕
微鏡用薄膜式力検出プローブも第1実施例と同様、先端
にチップ1aを有して他端をシリコンウエハ4に支持され
た第1の薄膜としてり薄膜弾性体1と、同薄膜弾性体1
に電極2a,第2の薄膜2b,電極2cの順に装着された層構
造2をそなえている。Next, a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a second embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the thin-film force detection probe for a scanning force microscope as the second embodiment has a tip 1a at the tip and the other end supported by a silicon wafer 4 as in the first embodiment. 1 thin film elastic body 1 and the same thin film elastic body 1
The electrode 2a, the second thin film 2b, and the electrode 2c are mounted in this order on the layer structure 2.
【0024】そしてシリコンウエハ4は圧電体励振機構
としての圧電板5に載置される。圧電板5には発信器7
が接続され、同発信器7からの変調信号MSにより圧電板
5は所要の振幅、周波数で振動される。また、層構造2
の電極2aおよび2cに接続されて、第2の薄膜2bの電極2
a,2c間の電気容量を電圧信号に変換して検出しうると
ともに、切り替え手段6により接続の切り替えを行うこ
とで、第2の薄膜からの出力電荷を電圧信号に変換して
検出しうる検出器3’が備えられている。Then, the silicon wafer 4 is placed on a piezoelectric plate 5 as a piezoelectric body excitation mechanism. The piezoelectric plate 5 has an oscillator 7
The piezoelectric plate 5 is vibrated at a required amplitude and frequency by the modulation signal MS from the oscillator 7. Also, the layer structure 2
Electrodes 2a and 2c of the second thin film 2b
Detection in which the electric capacitance between a and 2c can be detected by converting it into a voltage signal, and the output charge from the second thin film can be converted into a voltage signal and detected by switching the connection by the switching means 6. A vessel 3'is provided.
【0025】第2の薄膜2bは、同薄膜2bが受ける曲げ応
力に応じて電極2a,2c間の電気容量を変える薄膜として
形成されていると同時に、圧電性を有する薄膜でもあ
る。例えば第2の薄膜2bは、高周波マグネトロンスパッ
タリング法により強磁場(従って高プラズマ密度)中で
形成された酸化亜鉛薄膜であるが、スパッタリング法に
よる酸化亜鉛薄膜は一般に形成される基板に対して垂直
方向に結晶の特定方位(C軸)が配向する性質があり、
この結果圧電性をもつことになる。この酸化亜鉛薄膜を
第2の薄膜として用いた場合の、応力による電気容量変
化(図4)および圧電効果は図2に示すような構造のデ
バイスで既に確認されている。The second thin film 2b is formed as a thin film that changes the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c according to the bending stress received by the thin film 2b, and at the same time is a thin film having piezoelectricity. For example, the second thin film 2b is a zinc oxide thin film formed by a high-frequency magnetron sputtering method in a strong magnetic field (and thus a high plasma density). The zinc oxide thin film formed by the sputtering method is generally perpendicular to the substrate on which it is formed. Has a property that a specific orientation (C axis) of the crystal is oriented,
As a result, it has piezoelectricity. The change in capacitance due to stress (FIG. 4) and the piezoelectric effect when this zinc oxide thin film is used as the second thin film have already been confirmed in the device having the structure shown in FIG.
【0026】検出器3’は、所要の周波数および振幅の
電圧信号を出力する信号発生器3'aと電荷信号を一定の
変換比で電圧信号に変換する電荷検出器3'bとで構成さ
れ、一方の電極2a(あるいは2c)が信号発生器3aに接続
されるとともに、他方の電極2c(あるいは2a)が電荷検
出器3bに接続されるようになっている。さらに信号発生
器3'aと同信号発生器3'aに接続される電極2a(あるいは
2c)との間には切り替え手段6が設けられている。第1
実施例と同様、薄膜弾性体1の静的な変位に対応した電
気容量の変化あるいは動的な共振による圧電効果に起因
した電気容量の変化を検出する場合には、切り替え手段
6は6a側に設定される。これにより電極2a,2c間の電気
容量は信号発生器3'aからの一定電圧信号により電荷信
号に置換され、同電荷信号が電荷増幅器3'bで電圧信号
に変換される作用が行われる。一方圧電効果による発生
電荷を直接検出する場合には、切り替え手段は6b側に設
定され、電荷増幅器3'bにより上記発生電荷は電圧信号
に変換される。薄膜弾性体1およびチップ1aの材質(第
1の薄膜),薄膜弾性体1の形状および加工法等は、第
1実施例とほぼ同様である。The detector 3'is composed of a signal generator 3'a for outputting a voltage signal of a required frequency and amplitude and a charge detector 3'b for converting a charge signal into a voltage signal at a constant conversion ratio. The one electrode 2a (or 2c) is connected to the signal generator 3a, and the other electrode 2c (or 2a) is connected to the charge detector 3b. Furthermore, the signal generator 3'a and the electrode 2a (or
A switching means 6 is provided between the switch 2 and 2c). First
Similar to the embodiment, when detecting a change in capacitance corresponding to a static displacement of the thin film elastic body 1 or a change in capacitance caused by a piezoelectric effect due to dynamic resonance, the switching means 6 is set to the 6a side. Is set. As a result, the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c is replaced with a charge signal by the constant voltage signal from the signal generator 3'a, and the charge signal is converted into a voltage signal by the charge amplifier 3'b. On the other hand, when the electric charge generated by the piezoelectric effect is directly detected, the switching means is set to the 6b side, and the electric charge amplifier 3′b converts the generated electric charge into a voltage signal. The material (first thin film) of the thin film elastic body 1 and the chip 1a, the shape of the thin film elastic body 1 and the processing method are substantially the same as those in the first embodiment.
【0027】次に、本第2実施例の走査型力顕微鏡用薄
膜式力検出プローブを走査型力顕微鏡に用いた場合の作
用・効果について図6により説明する。図6に示すよう
に、本例の走査型力顕微鏡の構成も第1実施例によるも
のとほぼ同様である。すなわち試料の保持台として、C
PU11からZ軸粗動用ユニット12aを介し出力されるZ
軸粗動信号Z-CSに基づいて試料15のZ軸方向(鉛直
方向、試料面に対して法線方向)の粗動を行うZ軸粗動
機構10をそなえるとともに、同Z軸粗動機構10上の試料
15に対向できるように上記の薄膜弾性体1と層構造2と
からなるカンチレバーが配設されている。そして、上記
カンチレバーを支持するシリコンウエハ4は、発信器7
による振動が可能な圧電板5および基台16を介して、C
PU11から電力増幅器12b,12cを介して出力されるXY
走査信号XY-FS,Z制御信号Z-FSに基づいて3次
元で微動しうる精密微動機構としてのXYZ圧電走査体
9に固着されており、これにより上記カンチレバーおよ
び試料15相互間の3次元での相対的な位置関係を変化さ
せることができる。Next, the operation and effect when the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of the second embodiment is used in a scanning force microscope will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the configuration of the scanning force microscope of this example is almost the same as that of the first example. That is, as a sample holding base, C
Z output from PU11 via Z-axis coarse movement unit 12a
A Z-axis coarse movement mechanism 10 for performing coarse movement of the sample 15 in the Z-axis direction (vertical direction, direction normal to the sample surface) based on the axis coarse movement signal Z-CS is provided. Samples on 10
A cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 is arranged so as to be opposed to 15. Then, the silicon wafer 4 supporting the cantilever is a transmitter 7
C through the piezoelectric plate 5 and the base 16 that can be vibrated by
XY output from PU11 via power amplifiers 12b and 12c
It is fixed to the XYZ piezoelectric scanning body 9 as a precision fine movement mechanism capable of finely moving in three dimensions based on the scanning signals XY-FS and Z control signal Z-FS. The relative positional relationship of can be changed.
【0028】なお、XYZ圧電走査体9およびZ軸粗動
機構10は、振動外乱に対する安定性を考慮して図6に示
す例では支持台14に一体的に固着されているが、3点支
持機構などを利用してそれぞれを独立の支持台上に構成
することも可能である。切り替え手段6が6a側に設定さ
れて、第2の薄膜2bの電気容量に相当する信号を走査制
御信号として用いる場合には、第1実施例を用いた場合
と同様、第2の薄膜2bの電気容量を電圧信号に変換する
検出器3’の出力S1は、ロックインアンプ8に入力され
CPU11への入力信号S2に増幅される。なおロックイン
アンプ8に必要な参照信号REFは、切り替え手段17が17a
側に設定されて信号発生器3aから入力される。Although the XYZ piezoelectric scanning body 9 and the Z-axis coarse movement mechanism 10 are integrally fixed to the support base 14 in the example shown in FIG. 6 in consideration of stability against vibration disturbance, they are supported at three points. It is also possible to construct each on an independent support base using a mechanism or the like. When the switching means 6 is set to the 6a side and the signal corresponding to the electric capacity of the second thin film 2b is used as the scanning control signal, the second thin film 2b The output S1 of the detector 3'which converts the electric capacitance into a voltage signal is input to the lock-in amplifier 8 and amplified to the input signal S2 to the CPU 11. The reference signal REF required for the lock-in amplifier 8 is provided by the switching means 17a.
It is set to the side and is input from the signal generator 3a.
【0029】一方、切り替え手段6が6b側に設定され
て、かつ薄膜弾性体1および層構造2からなるカンチレ
バーが圧電板5により励振され、第2の薄膜2bからの発
生電荷に相当する信号を走査制御信号として用いる場合
には、検出器3’すなわち電荷検出器3'bからの出力S1
がロックインアンプ8に入力されCPU11への入力信号
S2に増幅される。なおロックインアンプ8に必要な参照
信号REFは、切り替え手段17が17b側に設定されて発信器
7から入力される。また、CPU11には同CPU11から
の入力信号に基づいて画像を表示しうるディスプレイ13
が接続されている。On the other hand, the switching means 6 is set to the 6b side, and the cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 is excited by the piezoelectric plate 5 to generate a signal corresponding to the electric charge generated from the second thin film 2b. When used as a scanning control signal, the output S1 from the detector 3 ', that is, the charge detector 3'b
Is input to the lock-in amplifier 8 and the input signal to the CPU 11
It is amplified to S2. The reference signal REF necessary for the lock-in amplifier 8 is input from the oscillator 7 with the switching means 17 set to the 17b side. Further, the CPU 11 has a display 13 capable of displaying an image based on an input signal from the CPU 11.
Are connected.
【0030】以上の構成により、本例の走査型力顕微鏡
では、次のような作用効果が得られる。一般に走査型力
顕微鏡には、斥力領域の力を検出する接触型、振動する
カンチレバーの試料表面との衝突による振動振幅の減少
を利用する周期的接触型、非接触力領域において振動す
るカンチレバーが力の勾配によってその固有振動数をか
える現象を利用する非接触型の3種類に分類できる。ま
ず、切り替え手段6を6a側に設定し、かつ発信器7から
薄膜弾性体1および層構造2からなるカンチレバーを共
振させる変調信号MSを送出しなければ、本例の走査型力
顕微鏡も第1実施例による走査型力顕微鏡と同様の作用
効果が得られることになる。すなわち、Z軸粗動機構10
により試料を15をチップ1aに近づけ、チップ1aが試料15
の表面と接触すると、チップ1aに斥力が働いて薄膜弾性
体1とともに層構造2は変形して、第2の薄膜2bは上記
斥力に対応した(薄膜弾性体1の変形量に対応した)曲
げ応力を受ける。その結果図4に示すような特性にした
がって、第2の薄膜2bの電極2a,2c間の電気容量は減少
して、チップ1aが力を受けていない状態に比べて信号S
1,S2も減少することになる。With the above arrangement, the scanning force microscope of this example has the following effects. Generally, a scanning force microscope has a contact type that detects the force in the repulsive force region, a periodic contact type that uses the reduction of the vibration amplitude due to the collision of the vibrating cantilever with the sample surface, and a cantilever that vibrates in the non-contact force region. It can be classified into three types of non-contact type that utilizes the phenomenon of changing its natural frequency depending on the gradient of. First, if the switching means 6 is set to the 6a side and the modulation signal MS for causing the cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 to resonate is not transmitted from the oscillator 7, the scanning force microscope of the present example is also the first. The same effect as that of the scanning force microscope according to the embodiment can be obtained. That is, the Z-axis coarse movement mechanism 10
To bring sample 15 close to tip 1a, and tip 1a
When it comes into contact with the surface of, the repulsive force acts on the chip 1a to deform the layer structure 2 together with the thin film elastic body 1, and the second thin film 2b bends corresponding to the repulsive force (corresponding to the deformation amount of the thin film elastic body 1). Receive stress. As a result, according to the characteristics as shown in FIG. 4, the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c of the second thin film 2b decreases, and the signal S is smaller than that when the chip 1a is not receiving the force.
1, S2 will also decrease.
【0031】容量検出器3からの検出信号S1が減少して
いる状態、すなわちチップ1aが試料15の表面から斥力を
受けている状態で、CPU11からのXY走査信号XY-
FSによりXYZ圧電走査体9を駆動して試料15をXY
方向に走査すると、試料15の表面の凹凸に応じてチップ
1aの受ける斥力すなわち薄膜弾性体1の変形量が変化す
るので、第2の薄膜2bの受ける曲げ応力および電極2a,
2c間の電気容量も変化し、検出信号S1およびS2も変化す
る。力一定(変位一定)モードと呼ぶことのできる測定
モードでは、試料15をXYZ圧電走査体9でXY方向に
走査しながら、検出信号S2に基づいてフィードバック制
御によりXYZ圧電走査体9のZ方向変位を調節してチ
ップ1aの受ける斥力すなわち薄膜弾性体1の変形量が一
定に保たれる。そして、XYZ圧電走査体9に印加され
たCPU11からの信号Z-FSを利用して試料15の表面
の凹凸がディスプレイ13において画像化される。With the detection signal S1 from the capacitance detector 3 decreasing, that is, with the chip 1a receiving the repulsive force from the surface of the sample 15, the XY scanning signal XY- from the CPU 11 is obtained.
The XYZ piezoelectric scanning body 9 is driven by the FS and the sample 15 is XY
When scanned in the direction, the chip
Since the repulsive force received by 1a, that is, the amount of deformation of the thin film elastic body 1, changes, the bending stress received by the second thin film 2b and the electrode 2a,
The electric capacitance between 2c also changes, and the detection signals S1 and S2 also change. In the measurement mode, which can be called a constant force (constant displacement) mode, while the sample 15 is being scanned by the XYZ piezoelectric scanning body 9 in the XY directions, the Z direction displacement of the XYZ piezoelectric scanning body 9 is performed by feedback control based on the detection signal S2. Is adjusted so that the repulsive force received by the chip 1a, that is, the amount of deformation of the thin film elastic body 1 is kept constant. Then, using the signal Z-FS from the CPU 11 applied to the XYZ piezoelectric scanning body 9, the unevenness on the surface of the sample 15 is imaged on the display 13.
【0032】次に、発信器7からの変調信号MSを圧電板
5に送出し、上記カンチレバーを振動させた場合には周
期的接触型あるいは非接触型の走査型力顕微鏡として機
能することになる。周期的接触型として機能させるため
には、薄膜弾性体1と層構造2とからなるカンチレバー
の振動エネルギーが十分大である必要がある。特に大気
中ではチップ1aが試料15の表面の汚染層に捕捉され易い
ため、上記カンチレバーの剛性は10N/m以上、振動振幅
は数10nm程度が必要であるとされている。周期的接触型
では、まずZ軸粗動機構10により試料15を上記カンチレ
バーの共振点で振動しているチップ1aに近づけ、チップ
1aが試料15の表面と周期的に接触し始めると、チップ1a
の振動振幅は試料15の表面によって制限される。その結
果、拘束を受けない状態での振動振幅に比べて上記カン
チレバーの振幅は減少することになる。切り替え手段6
が6a側に設定されているときには、上記カンチレバーの
振動振幅に応じて第2の薄膜2bが圧電性によりその電気
容量を変化させることを利用して、電気容量に相当した
信号を走査制御信号として用いる。Next, when the modulation signal MS from the oscillator 7 is sent to the piezoelectric plate 5 and the cantilever is vibrated, it functions as a periodic contact type or non-contact type scanning force microscope. . In order to function as the periodic contact type, the vibration energy of the cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 needs to be sufficiently large. Particularly in the atmosphere, since the chip 1a is easily captured by the contaminated layer on the surface of the sample 15, the cantilever must have a rigidity of 10 N / m or more and a vibration amplitude of several tens of nm. In the periodic contact type, first, the sample 15 is brought close to the tip 1a vibrating at the resonance point of the cantilever by the Z-axis coarse movement mechanism 10,
When 1a periodically contacts the surface of sample 15, tip 1a
The vibration amplitude of is limited by the surface of the sample 15. As a result, the amplitude of the cantilever is reduced as compared with the vibration amplitude in the unconstrained state. Switching means 6
Is set to the 6a side, by utilizing the fact that the second thin film 2b changes its electric capacity due to piezoelectricity according to the vibration amplitude of the cantilever, a signal corresponding to the electric capacity is used as a scanning control signal. To use.
【0033】切り替え手段6が6b側に設定されている場
合には、検出器3’からの信号S1は圧電効果による発生
電荷に相当する信号になる。発生電荷は上記カンチレバ
ーの振動状態をほぼ忠実に反映するため振動させるタイ
プの走査型力顕微鏡の走査制御信号としては適当であ
る。この場合にはチップ1aの中立位置と試料15の表面と
の間の距離にしたがってチップ1aおよび上記カンチレバ
ーの振動振幅が変化し、その結果第2の薄膜2bからの発
生電荷が変化し、検出信号S1,S2も変化する。検出器
3’からの検出信号S1が減少している状態、すなわちチ
ップ1aが試料15の表面に周期的に衝突している状態で、
CPU11からのXY走査信号XY-FSによりXYZ圧
電走査体9を駆動して試料15をXY方向に走査すると、
試料15の表面の凹凸に応じてチップ1aの振動振幅が変化
するので、第2の薄膜2b間から発生する圧電電荷も変化
し、検出信号S1およびS2も変化する。When the switching means 6 is set to the 6b side, the signal S1 from the detector 3'becomes a signal corresponding to the electric charge generated by the piezoelectric effect. Since the generated charge almost faithfully reflects the vibration state of the cantilever, it is suitable as a scanning control signal for a vibration type scanning force microscope. In this case, the vibration amplitude of the tip 1a and the cantilever changes according to the distance between the neutral position of the tip 1a and the surface of the sample 15, and as a result, the charge generated from the second thin film 2b changes and the detection signal S1 and S2 also change. In the state where the detection signal S1 from the detector 3 ′ is decreasing, that is, in the state where the chip 1a periodically collides with the surface of the sample 15,
When the XYZ piezoelectric scanning body 9 is driven by the XY scanning signal XY-FS from the CPU 11 to scan the sample 15 in the XY directions,
Since the vibration amplitude of the chip 1a changes according to the unevenness of the surface of the sample 15, the piezoelectric charges generated between the second thin films 2b also change, and the detection signals S1 and S2 also change.
【0034】力一定(変位一定)モードと呼ぶことので
きる測定モードでは、試料15をXYZ圧電走査体9でX
Y方向に走査しながら、検出信号S2に基づいてフィード
バック制御によりXYZ圧電走査体9のZ方向変位を調
節してチップ1aの振動振幅すなわち発生電荷が一定に保
たれる。そして、XYZ圧電走査体9に印加されたCP
U11からの信号Z-FSを利用して試料15の表面の凹凸
がディスプレイ13において画像化される。また、非接触
型として機能させるためには、薄膜弾性体1と層構造2
とからなるカンチレバーの振動振幅は数nm以下で、剛性
は数N/m程度が適当である。In the measurement mode, which can be called a constant force (constant displacement) mode, the sample 15 is moved by the XYZ piezoelectric scanning body 9 in the X direction.
While scanning in the Y direction, the Z direction displacement of the XYZ piezoelectric scanning body 9 is adjusted by feedback control based on the detection signal S2, so that the vibration amplitude of the chip 1a, that is, the generated charge is kept constant. Then, the CP applied to the XYZ piezoelectric scanning body 9
The surface roughness of the sample 15 is imaged on the display 13 using the signal Z-FS from U11. Further, in order to function as a non-contact type, the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 are
The vibration amplitude of the cantilever consisting of and is several nm or less, and the rigidity is suitable to be several N / m.
【0035】非接触型では、まずZ軸粗動機構10により
試料15を上記カンチレバーの共振点で振動しているチッ
プ1aに近づけ、チップ1aが試料15の表面から力の勾配を
受けはじめると、上記カンチレバーの固有振動数が移動
する(引力の場合は低周波数側、斥力の場合は高周波数
側)ため、もとの共振させた振動数でのチップ1aの振動
振幅は減少し、位相も変化する。その結果、拘束を受け
ない自由振動状態の振動振幅に比べて上記カンチレバー
の振幅は減少することになる。切り替え手段6が6a側に
設定されているときには、上記カンチレバーの振動振幅
に応じて第2の薄膜2bが圧電性によりその電気容量を変
化させることを利用して、電気容量に相当した信号を走
査制御信号として用いる。In the non-contact type, first, the sample 15 is brought close to the tip 1a vibrating at the resonance point of the cantilever by the Z-axis coarse movement mechanism 10, and the tip 1a starts to receive a force gradient from the surface of the sample 15, Since the natural frequency of the above cantilever moves (low frequency side in the case of attractive force, high frequency side in the case of repulsive force), the vibration amplitude of the chip 1a at the original resonated frequency decreases and the phase also changes. To do. As a result, the amplitude of the cantilever is reduced as compared with the vibration amplitude in the free vibration state without being restrained. When the switching means 6 is set to the 6a side, the second thin film 2b changes its electric capacity by piezoelectricity according to the vibration amplitude of the cantilever, and a signal corresponding to the electric capacity is scanned. Used as a control signal.
【0036】切り替え手段6が6b側に設定されている場
合には、検出器3’からの信号S1は圧電効果による発生
電荷に相当する信号になる。発生電荷は上記カンチレバ
ーの振動状態をほぼ忠実に反映するため振動させるタイ
プの走査型力顕微鏡の走査制御信号としては適当であ
る。この場合にはチップ1aの中立位置と試料15の表面と
の間の距離にしたがって作用する力の勾配が変化し、チ
ップ1aおよび上記カンチレバーの振動振幅が変化する。
その結果第2の薄膜2bからの発生電荷が変化し、検出信
号S1,S2も変化する。When the switching means 6 is set to the 6b side, the signal S1 from the detector 3'becomes a signal corresponding to the electric charge generated by the piezoelectric effect. Since the generated charge almost faithfully reflects the vibration state of the cantilever, it is suitable as a scanning control signal for a vibration type scanning force microscope. In this case, the gradient of the force acting changes according to the distance between the neutral position of the tip 1a and the surface of the sample 15, and the vibration amplitude of the tip 1a and the cantilever changes.
As a result, the charge generated from the second thin film 2b changes, and the detection signals S1 and S2 also change.
【0037】検出器3’からの検出信号S1が減少してい
る状態、すなわちチップ1aが試料15の表面から力の勾配
の作用を受けている状態で、CPU11からのXY走査信
号XY-FSによりXYZ圧電走査体9を駆動して試料1
5をXY方向に走査すると、試料15の表面の凹凸に応じ
てチップ1aの振動振幅が変化するので、第2の薄膜2b間
から発生する圧電電荷の振幅、位相も変化し、検出信号
S1およびS2のそれも変化する。力一定(変位一定)モー
ドと呼ぶことのできる測定モードでは、試料15をXYZ
圧電走査体9でXY方向に走査しながら、検出信号S2に
基づいてフィードバック制御によりXYZ圧電走査体9
のZ方向変位を調節してチップ1aの振動振幅すなわち発
生電荷の振幅あるいは位相が一定に保たれる。そして、
XYZ圧電走査体9に印加されたCPU11からの信号Z
-FSを利用して試料15の表面の凹凸がディスプレイ13
において画像化される。With the detection signal S1 from the detector 3'decreasing, that is, with the tip 1a being subjected to the force gradient from the surface of the sample 15, the XY scanning signal XY-FS from the CPU 11 is used. Sample 1 by driving the XYZ piezoelectric scanning body 9
When 5 is scanned in the XY directions, the vibration amplitude of the chip 1a changes according to the unevenness of the surface of the sample 15, so the amplitude and phase of the piezoelectric charges generated between the second thin films 2b also change, and the detection signal
That of S1 and S2 also changes. In the measurement mode that can be called constant force (constant displacement) mode, the sample 15 is XYZ
While scanning in the XY directions by the piezoelectric scanning body 9, the XYZ piezoelectric scanning body 9 is controlled by feedback based on the detection signal S2.
By adjusting the displacement in the Z direction, the vibration amplitude of the chip 1a, that is, the amplitude or phase of the generated charges is kept constant. And
Signal Z from CPU 11 applied to XYZ piezoelectric scanning body 9
-Using FS, the unevenness of the surface of the sample 15 is displayed 13
Is imaged in.
【0038】以上により、本実施例の走査型力顕微鏡用
薄膜式力検出プローブによれば、次のような効果ないし
利点が得られる。まず、カンチレバーの交流変位を測定
するための光てこ等の別の変位計が不要であるため、装
置がコンパクトになり、かつ光学系の調整等の複雑な操
作をする必要がなくなる。また、従来のSTM(走査ト
ンネル顕微鏡)のトンネルチップ部を、本実施例の薄膜
弾性体1および層構造2からなるカンチレバーに取り替
えるのみで装置構成を行うことができる。そして、装置
が簡易であるため、真空中あるいは低温中の特殊環境下
での実験に利用することも容易である。さらに本走査型
力顕微鏡用薄膜式力検出プローブは、走査型力顕微鏡の
3つのタイプいずれにも対応しているため種々の表面の
分析装置として非常に有効である。As described above, according to the thin-film force detection probe for the scanning force microscope of this embodiment, the following effects and advantages can be obtained. First, since another displacement gauge such as an optical lever for measuring the AC displacement of the cantilever is not necessary, the device becomes compact and it is not necessary to perform complicated operations such as adjustment of the optical system. Further, the device configuration can be performed only by replacing the tunnel tip portion of the conventional STM (scanning tunneling microscope) with the cantilever including the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 of this embodiment. Since the device is simple, it can be easily used for an experiment under a special environment in vacuum or low temperature. Furthermore, the thin-film force detection probe for the scanning force microscope is compatible with all three types of scanning force microscopes, and thus is very effective as an analyzer for various surfaces.
【0039】次に、図7により本発明の第3実施例につ
いて説明する。本実施例でも基本的な全体構成は、第1
実施例の構成(図1)とほぼ同様である。本実施例で
は、図7に示すように、層構造2が第1の薄膜としての
薄膜弾性体1の幅方向に2等分割されるように形成され
ている。したがって、図中、薄膜弾性体1の左側には電
極21a,第2の薄膜,電極21cの順に層着された層構造21
が設けられ、右側には電極22a,第2の薄膜,電極22cの
順に層着された層構造22が設けられている。なお、これ
らの層構造21,22の材質等は第1実施例あるいは第2実
施例と同様である。また、本実施例では、検出器3’が
2系統設けられている。つまり、電極21a,21c間の電気
容量あるいはその間に発生する圧電電荷と、電極22a,2
2c間の電気容量あるいはその間に発生する圧電電荷と
は、別々の検出器3’で検出され、別々の信号としてC
PU11に入力されることになる。個々の増幅器3’の構
成は第2実施例と同様である。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Also in this embodiment, the basic overall configuration is the first
The configuration is almost the same as that of the embodiment (FIG. 1). In this embodiment, as shown in FIG. 7, the layer structure 2 is formed so as to be divided into two equal parts in the width direction of the thin film elastic body 1 as the first thin film. Therefore, in the figure, on the left side of the thin film elastic body 1, a layered structure 21 in which the electrode 21a, the second thin film, and the electrode 21c are layered in this order
And a layered structure 22 in which the electrode 22a, the second thin film, and the electrode 22c are layered in this order on the right side. The materials and the like of these layer structures 21 and 22 are the same as those in the first or second embodiment. Further, in this embodiment, two detectors 3'are provided. That is, the electric capacitance between the electrodes 21a and 21c or the piezoelectric charge generated therebetween and the electrodes 22a and 2c
The capacitance between 2c and the piezoelectric charge generated between them are detected by different detectors 3 ', and C
It will be input to PU11. The structure of each amplifier 3'is similar to that of the second embodiment.
【0040】なお、電極21aおよび電極22aとは、一体と
なるように構成して、この電極を検出器3’の信号発生
器3a側に接続する方の電極とすることもできる。第3実
施例の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブは、以上
の構成を有しているため走査型力顕微鏡に用いた場合次
のような作用が得られる。まず、接触型の走査型力顕微
鏡として動作させる場合には、走査方向を薄膜弾性体1
の幅方向と平行にすると、薄膜弾性体1の変位は試料の
凹凸の影響を受けると同時に摩擦力の影響も受ける。摩
擦力によって薄膜弾性体1はねじれるため、左右の層構
造21,22が受ける曲げ応力には差が生ずる。The electrode 21a and the electrode 22a may be integrally formed, and this electrode may be the electrode connected to the signal generator 3a side of the detector 3 '. Since the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of the third embodiment has the above-mentioned configuration, the following action can be obtained when used in a scanning force microscope. First, when operating as a contact-type scanning force microscope, the scanning direction is set to the thin film elastic body 1.
When it is made parallel to the width direction of, the displacement of the thin film elastic body 1 is affected by the unevenness of the sample and at the same time is affected by the frictional force. Since the thin film elastic body 1 is twisted by the frictional force, a difference occurs in the bending stress applied to the left and right layer structures 21 and 22.
【0041】層構造21,22が受ける曲げ応力の差は、第
2の薄膜の電気容量の差となって現れるため、検出器
3’からの検出信号の差が一定となるように圧電走査体
9の動きを制御すれば、横方向の力の一定像として試料
表面の像が得られることになる。なおこのような横方向
の力を利用した走査型力顕微鏡は、水平力顕微鏡(ラテ
ラルフォース顕微鏡,LFM)と称される。周期的接触
型あるいは非接触型のような動的な走査型力顕微鏡にお
いても、チップ1aすなわち薄膜弾性体1などからなるカ
ンチレバーを励振させて、チップ1aと試料15との間の相
互作用をうける領域で、上記カンチレバーの幅方向にチ
ップ1aの走査が行われると、チップ1aは縦方向の力の勾
配の作用を受けると同時に、上記の摩擦力に相当するよ
うな横方向の力の作用も受ける。この横方向の力もカン
チレバー試料表面間距離の関数になっているが、これは
上記カンチレバーのねじれ振動に影響を及ぼすことにな
る。Since the difference in the bending stress received by the layer structures 21 and 22 appears as the difference in the electric capacitance of the second thin film, the piezoelectric scanning body is arranged so that the difference between the detection signals from the detector 3'is constant. If the movement of 9 is controlled, an image of the surface of the sample can be obtained as an image of a constant lateral force. A scanning force microscope that utilizes such lateral force is called a horizontal force microscope (lateral force microscope, LFM). Even in a dynamic scanning force microscope such as a periodic contact type or a non-contact type, the cantilever including the tip 1a, that is, the thin film elastic body 1 is excited to receive the interaction between the tip 1a and the sample 15. In the area, when the tip 1a is scanned in the width direction of the cantilever, the tip 1a is subjected to the action of a vertical force gradient, and at the same time, the action of a lateral force corresponding to the frictional force is also exerted. receive. This lateral force is also a function of the distance between the surfaces of the cantilever samples, which affects the torsional vibration of the cantilever.
【0042】上記カンチレバーのねじれ振動は、左右の
層構造21,22のそれぞれの第2の薄膜からの圧電電荷信
号(場合によっては電気容量に相当する信号)の差とな
って現われるため、この差が一定となるように圧電走査
体9の動きを制御すれば、横方向の力の作用の一定像と
して試料表面の像が得られることになる。接触型と同様
にある種のLFMが構成される。上記の手段で得られる
像は、試料表面の形状を示す凹凸像とは異なった像にな
ることも予想され、表面の物性を調べるうえで有効な手
段になると期待される。もちろん、本実施例において2
つの検出器3’からの信号の和を制御信号として採用し
た場合には、第2実施例と全く同様の作用が得られる。Since the torsional vibration of the cantilever appears as a difference between the piezoelectric charge signals (in some cases, signals corresponding to electric capacitance) from the second thin films of the left and right layered structures 21, 22, this difference is caused. If the movement of the piezoelectric scanning body 9 is controlled so that the force becomes constant, an image of the sample surface can be obtained as a constant image of the action of the lateral force. A type of LFM is constructed similar to the contact type. The image obtained by the above means is expected to be different from the uneven image showing the shape of the sample surface, and is expected to be an effective means for examining the physical properties of the surface. Of course, in this embodiment, 2
When the sum of the signals from the one detector 3'is used as the control signal, the same operation as in the second embodiment can be obtained.
【0043】さらに、図8に示す第4実施例としての走
査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブは、第1〜第3実
施例における層構造2(21,22)の最外側に薄い絶縁膜
23が形成されていることに特徴がある。本実施例でも上
述の第1〜第3実施例と同様の作用効果が得られるとと
もに、次のような効果ないし利点が得られる。 (1) 製造プロセス中の保護膜となる。 (2) 大気中の水分等から第2の薄膜2bを保護する膜とな
る。 (3) 層構造2の熱応力による破壊を抑制する。 また、第1実施例〜第4実施例における検出器3,3’
は、半導体プロセスを利用してシリコンウエハ4の層構
造2近傍に作り込むこともできる。Further, a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a fourth embodiment shown in FIG. 8 has a thin insulating film on the outermost side of the layer structure 2 (21, 22) in the first to third embodiments.
The feature is that 23 is formed. In this embodiment, the same effects as those of the above-described first to third embodiments can be obtained, and the following effects and advantages can be obtained. (1) It becomes a protective film during the manufacturing process. (2) It serves as a film that protects the second thin film 2b from moisture in the atmosphere. (3) The destruction of the layer structure 2 due to thermal stress is suppressed. Further, the detectors 3 and 3'in the first to fourth examples.
Can be formed in the vicinity of the layer structure 2 of the silicon wafer 4 by utilizing a semiconductor process.
【0044】次に、図10,11により第5実施例とし
ての走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブについて説
明する。図10に示すように、第5実施例としての走査
型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブも第1,2実施例と
同様、先端にチップ1aを有して他端をシリコンウエハ4
に支持された第1の薄膜による薄膜弾性体1と、同薄膜
弾性体1に電極2a,第2の薄膜2b,電極2cの順に装着さ
れた層構造2をそなえている。そしてシリコンウエハ4
は圧電体励振機構としての圧電板5に載置される。圧電
板5には発信器7が接続され、同発信器7からの変調信
号MSにより圧電板5は所要の振幅、周波数で振動され
る。また、層構造2の電極2aおよび2cに接続されて、第
2の薄膜2bの電極2a,2c間の電気抵抗の変化を電圧信号
の変化に変換して検出しうるとともに、切り替え手段6'
により接続の切り替えを行うことで、第2の薄膜2bから
の出力電荷を電圧信号に変換して検出しうる検出器40が
備えられている。Next, a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 10, the thin-film force detection probe for the scanning force microscope as the fifth embodiment has the tip 1a at the tip and the silicon wafer 4 at the other end as in the first and second embodiments.
The thin film elastic body 1 is composed of the first thin film supported by the thin film elastic body 1, and the layer structure 2 in which the electrode 2a, the second thin film 2b, and the electrode 2c are mounted on the thin film elastic body 1 in this order. And silicon wafer 4
Is placed on the piezoelectric plate 5 as a piezoelectric excitation mechanism. An oscillator 7 is connected to the piezoelectric plate 5, and the piezoelectric plate 5 is vibrated at a required amplitude and frequency by the modulation signal MS from the oscillator 7. Further, it is connected to the electrodes 2a and 2c of the layered structure 2 so that the change in the electric resistance between the electrodes 2a and 2c of the second thin film 2b can be converted into a change in the voltage signal and detected, and the switching means 6 '
The detector 40 is provided which can detect the output charge from the second thin film 2b by converting it into a voltage signal by switching the connection.
【0045】第2の薄膜2bは、同薄膜2bが受ける曲げ応
力に応じて電極2a,2c間の電気抵抗を変える薄膜として
形成されていると同時に、圧電性を有する薄膜でもあ
る。例えば第2の薄膜2bは、高周波マグネトロンスパッ
タリング法により強磁場(従って高プラズマ密度)中で
形成された酸化亜鉛薄膜であるが、スパッタリング法に
よる酸化亜鉛薄膜は一般に形成される基板に対して垂直
方向に結晶の特定方位(C軸)が配向する性質があり、
この結果圧電性をもつことになる。この酸化亜鉛薄膜を
第2の薄膜2bとして用いた場合、圧電性とともに、応力
による電気抵抗のわずかな変化も測定される。検出器40
は、所要の周波数および振幅の電圧信号を出力する信号
発生器41と電荷信号を一定の変換比で電圧信号に変換す
る電荷増幅器42とを備えている。電荷増幅器42は、入力
端子側に電界効果型トランジスタ(FET)42aを備え、入
力信号はFET42aのゲートに導かれてようになっており、
このゲートには負帰還抵抗Rを介して負のバイアス電圧
が印加されている。通常動作では、入力された電荷は負
帰還容量Cに導かれて、同負帰還容量Cの値で決定され
る変換比で電圧信号に変換される。The second thin film 2b is formed as a thin film that changes the electrical resistance between the electrodes 2a and 2c according to the bending stress received by the thin film 2b, and at the same time is a thin film having piezoelectricity. For example, the second thin film 2b is a zinc oxide thin film formed by a high-frequency magnetron sputtering method in a strong magnetic field (and thus a high plasma density). The zinc oxide thin film formed by the sputtering method is generally perpendicular to the substrate on which it is formed. Has a property that a specific orientation (C axis) of the crystal is oriented,
As a result, it has piezoelectricity. When this zinc oxide thin film is used as the second thin film 2b, not only piezoelectricity but also a slight change in electric resistance due to stress is measured. Detector 40
Includes a signal generator 41 that outputs a voltage signal having a required frequency and amplitude, and a charge amplifier 42 that converts the charge signal into a voltage signal at a constant conversion ratio. The charge amplifier 42 includes a field effect transistor (FET) 42a on the input terminal side, and an input signal is guided to the gate of the FET 42a.
A negative bias voltage is applied to this gate via a negative feedback resistor R. In normal operation, the input charge is guided to the negative feedback capacitance C and converted into a voltage signal at a conversion ratio determined by the value of the negative feedback capacitance C.
【0046】また、一方の電極2a(あるいは2c)が切り
替え手段6'を介して信号発生器41に接続されるととも
に、他方の電極2c(あるいは2a)が切り替え手段46を介
して電荷増幅器42に接続されるようになっている。薄膜
弾性体1の静的な変位に対応した電気抵抗の変化あるい
は動的な共振による電気抵抗の変化を検出する場合に
は、切り替え手段6'は6'a側に設定され、かつ切り替え
手段46は46a側に設定される。これにより電極2a,2c間
の電気容量の大きさと信号発生器41からの電圧信号の大
きさとに応じた電荷信号が電荷増幅器42に入力される。
第2の薄膜2bの電気抵抗(電気容量と並列に存在してい
ると考えられる)が負帰還抵抗Rよりも十分に大きい場
合には、FET42aのゲートに印加されているバイアス電圧
が設定された値に保たれるため、ゲートに流れ込む電流
は非常に小さく、上記の電荷信号はほぼ全て負帰還容量
Cに充電される。一方、第2の薄膜2bの電気抵抗が減少
して、負帰還抵抗Rに比べて同程度かそれ以下になって
くると、上記のバイアス電圧が設定された値よりも小さ
くなるため、電荷信号の負帰還容量Cに流れ込む量が減
少する。従って、結果的に第2の薄膜2bの電気抵抗の変
化が電荷増幅器42の出力信号の変化として現れることに
なり、検出器40は抵抗検出器として機能することにな
る。Further, one electrode 2a (or 2c) is connected to the signal generator 41 via the switching means 6 ', and the other electrode 2c (or 2a) is connected to the charge amplifier 42 via the switching means 46. It is supposed to be connected. When detecting a change in electric resistance corresponding to a static displacement of the thin film elastic body 1 or a change in electric resistance due to dynamic resonance, the switching means 6'is set to the 6'a side and the switching means 46 '. Is set on the 46a side. As a result, a charge signal corresponding to the magnitude of the electric capacitance between the electrodes 2a and 2c and the magnitude of the voltage signal from the signal generator 41 is input to the charge amplifier 42.
When the electric resistance of the second thin film 2b (which is considered to exist in parallel with the electric capacity) is sufficiently larger than the negative feedback resistance R, the bias voltage applied to the gate of the FET 42a is set. Since the current is kept at a value, the current flowing into the gate is very small, and the above charge signal is almost entirely charged in the negative feedback capacitance C. On the other hand, when the electric resistance of the second thin film 2b decreases and becomes equal to or less than the negative feedback resistance R, the above bias voltage becomes smaller than the set value, so that the charge signal The amount that flows into the negative feedback capacitance C of is reduced. Therefore, as a result, a change in the electric resistance of the second thin film 2b appears as a change in the output signal of the charge amplifier 42, and the detector 40 functions as a resistance detector.
【0047】一方、圧電効果による発生電荷を直接検出
する場合には、切り替え手段6'は6'b側に設定されると
ともに、切り替え手段46は46b側に設定され、上記発生
電荷がコンデンサCiを介して、電荷増幅器42により電圧
信号に変換されるため、検出器40は電荷検出器として機
能する。薄膜弾性体1およびチップ1aの材質(第1の薄
膜),薄膜弾性体1の形状および加工法等は、第1,2
実施例とほぼ同様である。次に、本第5実施例の走査型
力顕微鏡用薄膜式力検出プローブを走査型力顕微鏡に用
いた場合の作用・効果について図11により説明する。図
11に示すように、本例の走査型力顕微鏡の構成も第1,
2実施例によるものとほぼ同様である。すなわち試料の
保持台として、CPU11からZ軸粗動用ユニット12aを
介し出力されるZ軸粗動信号Z-CSに基づいて試料15
のZ軸方向(鉛直方向、試料面に対して法線方向)の粗
動を行うZ軸粗動機構10をそなえるとともに、同Z軸粗
動機構10上の試料15に対向できるように上記の薄膜弾性
体1と層構造2とからなるカンチレバーが配設されてい
る。On the other hand, in the case of directly detecting the electric charge generated by the piezoelectric effect, the switching means 6'is set to the 6'b side and the switching means 46 is set to the 46b side so that the generated electric charge is stored in the capacitor Ci. Through the charge amplifier 42, the voltage signal is converted into a voltage signal, so that the detector 40 functions as a charge detector. The material of the thin film elastic body 1 and the chip 1a (first thin film), the shape of the thin film elastic body 1 and the processing method are
It is almost the same as the embodiment. Next, the operation and effect when the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of the fifth embodiment is used in a scanning force microscope will be described with reference to FIG. Figure
As shown in FIG. 11, the configuration of the scanning force microscope of this example is
This is almost the same as that of the second embodiment. That is, the sample 15 is used as a sample holder based on the Z-axis coarse movement signal Z-CS output from the CPU 11 via the Z-axis coarse movement unit 12a.
Is provided with a Z-axis coarse movement mechanism 10 for performing coarse movement in the Z-axis direction (vertical direction, direction normal to the sample surface), and is arranged so as to face the sample 15 on the Z-axis coarse movement mechanism 10. A cantilever including a thin film elastic body 1 and a layer structure 2 is arranged.
【0048】そして、上記カンチレバーを支持するシリ
コンウエハ4は、発信器7による振動が可能な圧電板5
および基台16を介して、CPU11から電力増幅器12b,1
2cを介して出力されるXY走査信号XY-FS,Z制御
信号Z-FSに基づいて3次元で微動しうる精密微動機
構としてのXYZ圧電走査体9に固着されており、これ
により上記カンチレバーおよび試料15相互間の3次元で
の相対的な位置関係を変化させることができる。なお、
XYZ圧電走査体9およびZ軸粗動機構10は、振動外乱
に対する安定性を考慮して図11に示す例では支持台14に
一体的に固着されているが、3点支持機構などを利用し
てそれぞれを独立の支持台上に構成することも可能であ
る。切り替え手段6'が6a側に設定されるとともに、切り
替え手段46が46a側に設定されて、第2の薄膜2bの電気
抵抗の変化に相当する信号を走査制御信号として用いる
場合には、第2の薄膜2bの電気抵抗を電圧信号に変換す
る検出器40の出力S1は、ロックインアンプ8に入力され
CPU11への入力信号S2に増幅される。なおロックイン
アンプ8に必要な参照信号REFは、切り替え手段17が17a
側に設定されて信号発生器41から入力される。The silicon wafer 4 supporting the cantilever is a piezoelectric plate 5 which can be vibrated by the oscillator 7.
And the power amplifier 12b, 1 from the CPU 11 via the base 16.
It is fixed to the XYZ piezoelectric scanning body 9 as a precision fine movement mechanism capable of finely moving in three dimensions on the basis of the XY scanning signal XY-FS and the Z control signal Z-FS output via 2c. The three-dimensional relative positional relationship between the samples 15 can be changed. In addition,
Although the XYZ piezoelectric scanning body 9 and the Z-axis coarse movement mechanism 10 are integrally fixed to the support base 14 in the example shown in FIG. 11 in consideration of the stability against vibration disturbance, a three-point support mechanism or the like is used. It is also possible to construct each on an independent support base. When the switching means 6 ′ is set to the 6a side and the switching means 46 is set to the 46a side and the signal corresponding to the change in the electric resistance of the second thin film 2b is used as the scanning control signal, The output S1 of the detector 40, which converts the electric resistance of the thin film 2b into a voltage signal, is input to the lock-in amplifier 8 and amplified into an input signal S2 to the CPU 11. The reference signal REF required for the lock-in amplifier 8 is provided by the switching means 17a.
It is set to the side and input from the signal generator 41.
【0049】一方、切り替え手段6'が6'b側に設定され
るとともに、切り替え手段46が46b側に設定されて、か
つ薄膜弾性体1および層構造2からなるカンチレバーが
圧電板5により励振され、第2の薄膜2bからの発生電荷
に相当する信号を走査制御信号として用いる場合には、
検出器40すなわち電荷検出器42からの出力S1がロックイ
ンアンプ8に入力されCPU11への入力信号S2に増幅さ
れる。なおロックインアンプ8に必要な参照信号REF
は、切り替え手段17が17b側に設定されて発信器7から
入力される。また、CPU11には同CPU11からの入力
信号に基づいて画像を表示しうるディスプレイ13が接続
されている。On the other hand, the switching means 6'is set to the 6'b side, the switching means 46 is set to the 46b side, and the cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 is excited by the piezoelectric plate 5. , When a signal corresponding to the charges generated from the second thin film 2b is used as the scan control signal,
The output S1 from the detector 40, that is, the charge detector 42 is input to the lock-in amplifier 8 and amplified to the input signal S2 to the CPU 11. The reference signal REF necessary for the lock-in amplifier 8
Is input from the transmitter 7 with the switching means 17 set to the 17b side. A display 13 capable of displaying an image based on an input signal from the CPU 11 is connected to the CPU 11.
【0050】以上の構成により、本例の走査型力顕微鏡
では、次のような作用効果が得られる。まず切り替え手
段6'を6'a側(切り替え手段46は46a)に設定し、かつ発
信器7から薄膜弾性体1および層構造2からなるカンチ
レバーを共振させる変調信号MSを送出しなければ、フィ
ードバック信号として電気抵抗の変化に相当する信号を
用いられる点を除いては、本例の走査型力顕微鏡も第1
実施例による走査型力顕微鏡と同様の作用効果が得られ
ることになる。すなわち、Z軸粗動機構10により試料を
15をチップ1aに近づけ、チップ1aが試料15の表面と接触
すると、チップ1aに斥力が働いて薄膜弾性体1とともに
層構造2は変形して、第2の薄膜2bは上記斥力に対応し
た(薄膜弾性体1の変形量に対応した)曲げ応力を受け
る。その結果、第2の薄膜2bの電極2a,2c間の電気抵抗
は減少して、チップ1aが力を受けていない状態に比べて
信号S1,S2も減少することになる。With the above arrangement, the scanning force microscope of this example has the following operational effects. First, if the switching means 6'is set to the 6'a side (the switching means 46 is 46a) and the oscillator 7 does not send out the modulation signal MS that causes the cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 to resonate, feedback is performed. The scanning force microscope of this example is also the first except that a signal corresponding to a change in electric resistance is used as the signal.
The same effect as that of the scanning force microscope according to the embodiment can be obtained. That is, the sample is moved by the Z-axis coarse movement mechanism 10.
When 15 is brought close to the tip 1a and the tip 1a comes into contact with the surface of the sample 15, a repulsive force acts on the tip 1a to deform the layer structure 2 together with the thin film elastic body 1 and the second thin film 2b corresponds to the repulsive force ( It receives a bending stress (corresponding to the amount of deformation of the thin film elastic body 1). As a result, the electric resistance between the electrodes 2a and 2c of the second thin film 2b is reduced, and the signals S1 and S2 are also reduced as compared with the state in which the chip 1a is not receiving the force.
【0051】検出器40からの検出信号S1が減少している
状態、すなわちチップ1aが試料15の表面から斥力を受け
ている状態で、CPU11からのXY走査信号XY-FS
によりXYZ圧電走査体9を駆動して試料15をXY方向
に走査すると、試料15の表面の凹凸に応じてチップ1aの
受ける斥力すなわち薄膜弾性体1の変形量が変化するの
で、第2の薄膜2bの受ける曲げ応力および電極2a,2c間
の電気抵抗も変化し、検出信号S1およびS2も変化する。
力一定(変位一定)モードと呼ぶことのできる測定モー
ドでは、試料15をXYZ圧電走査体9でXY方向に走査
しながら、検出信号S2に基づいてフィードバック制御に
よりXYZ圧電走査体9のZ方向変位を調節してチップ
1aの受ける斥力すなわち薄膜弾性体1の変形量が一定に
保たれる。そして、XYZ圧電走査体9に印加されたC
PU11からの信号Z-FSを利用して試料15の表面の凹
凸がディスプレイ13において画像化される。With the detection signal S1 from the detector 40 decreasing, that is, with the chip 1a receiving the repulsive force from the surface of the sample 15, the XY scanning signal XY-FS from the CPU 11 is obtained.
When the XYZ piezoelectric scanning body 9 is driven to scan the sample 15 in the XY directions, the repulsive force received by the chip 1a, that is, the amount of deformation of the thin film elastic body 1 changes according to the unevenness of the surface of the sample 15, so that the second thin film The bending stress received by 2b and the electrical resistance between the electrodes 2a and 2c also change, and the detection signals S1 and S2 also change.
In the measurement mode, which can be called a constant force (constant displacement) mode, while the sample 15 is being scanned by the XYZ piezoelectric scanning body 9 in the XY directions, the Z direction displacement of the XYZ piezoelectric scanning body 9 is performed by feedback control based on the detection signal S2. Adjust the tip
The repulsive force received by 1a, that is, the amount of deformation of the thin film elastic body 1 is kept constant. Then, the C applied to the XYZ piezoelectric scanning body 9
The unevenness of the surface of the sample 15 is imaged on the display 13 using the signal Z-FS from PU11.
【0052】つぎに、発信器7からの変調信号MSを圧電
板5に送出し、上記カンチレバーを振動させた場合に
は、第2実施例と同様、周期的接触型あるいは非接触型
の走査型力顕微鏡として機能することになる。周期的接
触型として機能させるためには、薄膜弾性体1と層構造
2とからなるカンチレバーの振動エネルギーが十分大で
ある必要がある。特に大気中ではチップ1aが試料15の表
面の汚染層に捕捉され易いため、上記カンチレバーの剛
性は10N/m以上、振動振幅は数10nm程度が必要であると
されている。周期的接触型では、まずZ軸粗動機構10に
より試料15を上記カンチレバーの共振点で振動している
チップ1aに近づけ、チップ1aが試料15の表面と周期的に
接触し始めると、チップ1aの振動振幅は試料15の表面に
よって制限される。その結果、拘束を受けない状態での
振動振幅に比べて上記カンチレバーの振幅は減少するこ
とになる。Next, when the modulation signal MS from the oscillator 7 is sent to the piezoelectric plate 5 and the cantilever is vibrated, as in the second embodiment, the periodic contact type or non-contact type scanning type is used. It will function as a force microscope. In order to function as the periodic contact type, the vibration energy of the cantilever composed of the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 needs to be sufficiently large. Particularly in the atmosphere, since the chip 1a is easily captured by the contaminated layer on the surface of the sample 15, the cantilever must have a rigidity of 10 N / m or more and a vibration amplitude of several tens of nm. In the periodic contact type, first, the sample 15 is brought close to the tip 1a vibrating at the resonance point of the cantilever by the Z-axis coarse movement mechanism 10 and the tip 1a starts contacting the surface of the sample 15 periodically. The vibration amplitude of is limited by the surface of the sample 15. As a result, the amplitude of the cantilever is reduced as compared with the vibration amplitude in the unconstrained state.
【0053】切り替え手段6'が6'b側(切り替え手段46
が46b側)に設定されている場合には、検出器40からの
信号S1は圧電効果による発生電荷に相当する信号にな
る。発生電荷は上記カンチレバーの振動状態をほぼ忠実
に反映するため振動させるタイプの走査型力顕微鏡の走
査制御信号としては適当である。この場合にはチップ1a
の中立位置と試料15の表面との間の距離にしたがってチ
ップ1aおよび上記カンチレバーの振動振幅が変化し、そ
の結果第2の薄膜2bからの発生電荷が変化し、検出信号
S1,S2も変化する。検出器40からの検出信号S1が減少し
ている状態、すなわちチップ1aが試料15の表面に周期的
に衝突している状態で、CPU11からのXY走査信号X
Y-FSによりXYZ圧電走査体9を駆動して試料15を
XY方向に走査すると、試料15の表面の凹凸に応じてチ
ップ1aの振動振幅が変化するので、第2の薄膜2b間から
発生する圧電電荷も変化し、検出信号S1およびS2も変化
する。The switching means 6'is on the 6'b side (switching means 46
Is set to the 46b side), the signal S1 from the detector 40 becomes a signal corresponding to the electric charge generated by the piezoelectric effect. Since the generated charge almost faithfully reflects the vibration state of the cantilever, it is suitable as a scanning control signal for a vibration type scanning force microscope. In this case chip 1a
The vibration amplitude of the tip 1a and the cantilever changes according to the distance between the neutral position of the sample 15 and the surface of the sample 15, and as a result, the electric charge generated from the second thin film 2b changes and the detection signal
S1 and S2 also change. With the detection signal S1 from the detector 40 decreasing, that is, with the chip 1a periodically colliding with the surface of the sample 15, the XY scanning signal X from the CPU 11 is detected.
When the XYZ piezoelectric scanning body 9 is driven by the Y-FS to scan the sample 15 in the XY directions, the vibration amplitude of the chip 1a changes according to the unevenness of the surface of the sample 15, so that the vibration occurs between the second thin films 2b. The piezoelectric charge also changes, and the detection signals S1 and S2 also change.
【0054】力一定(変位一定)モードと呼ぶことので
きる測定モードでは、試料15をXYZ圧電走査体9でX
Y方向に走査しながら、検出信号S2に基づいてフィード
バック制御によりXYZ圧電走査体9のZ方向変位を調
節してチップ1aの振動振幅すなわち発生電荷が一定に保
たれる。そして、XYZ圧電走査体9に印加されたCP
U11からの信号Z-FSを利用して試料15の表面の凹凸
がディスプレイ13において画像化される。また、非接触
型として機能させるためには、薄膜弾性体1と層構造2
とからなるカンチレバーの振動振幅は数nm以下で、剛性
は数N/m程度が適当である。非接触型では、まずZ軸粗
動機構10により試料15を上記カンチレバーの共振点で振
動しているチップ1aに近づけ、チップ1aが試料15の表面
から力の勾配を受けはじめると、上記カンチレバーの固
有振動数が移動する(引力の場合は低周波数側、斥力の
場合は高周波数側)ため、もとの共振させた振動数での
チップ1aの振動振幅は減少し、位相も変化する。その結
果、拘束を受けない自由振動状態の振動振幅に比べて上
記カンチレバーの振幅は減少することになる。In the measurement mode, which can be called a constant force (constant displacement) mode, the sample 15 is moved by the XYZ piezoelectric scanning device 9 in the X direction.
While scanning in the Y direction, the Z direction displacement of the XYZ piezoelectric scanning body 9 is adjusted by feedback control based on the detection signal S2, so that the vibration amplitude of the chip 1a, that is, the generated charge is kept constant. Then, the CP applied to the XYZ piezoelectric scanning body 9
The surface roughness of the sample 15 is imaged on the display 13 using the signal Z-FS from U11. Further, in order to function as a non-contact type, the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 are
The vibration amplitude of the cantilever consisting of and is several nm or less, and the rigidity is suitable to be several N / m. In the non-contact type, first, the sample 15 is brought closer to the tip 1a vibrating at the resonance point of the cantilever by the Z-axis coarse movement mechanism 10, and when the tip 1a starts to receive a force gradient from the surface of the sample 15, the cantilever Since the natural frequency moves (low frequency side in the case of attractive force, high frequency side in the case of repulsive force), the vibration amplitude of the chip 1a at the original resonated frequency decreases and the phase also changes. As a result, the amplitude of the cantilever is reduced as compared with the vibration amplitude in the free vibration state without being restrained.
【0055】切り替え手段6'が6'b側(切り替え手段46
が46b側)に設定されている場合には、検出器40からの
信号S1は圧電効果による発生電荷に相当する信号にな
る。発生電荷は上記カンチレバーの振動状態をほぼ忠実
に反映している。この場合にはチップ1aの中立位置と試
料15の表面との間の距離にしたがって作用する力の勾配
が変化し、チップ1aおよび上記カンチレバーの振動振幅
が変化する。その結果第2の薄膜2bからの発生電荷が変
化し、検出信号S1,S2も変化する。検出器40からの検出
信号S1が減少している状態、すなわちチップ1aが試料15
の表面から力の勾配の作用を受けている状態で、CPU
11からのXY走査信号XY-FSによりXYZ圧電走査
体9を駆動して試料15をXY方向に走査すると、試料15
の表面の凹凸に応じてチップ1aの振動振幅が変化するの
で、第2の薄膜2b間から発生する圧電電荷の振幅、位相
も変化し、検出信号S1およびS2のそれも変化する。The switching means 6'is on the 6'b side (switching means 46
Is set to the 46b side), the signal S1 from the detector 40 becomes a signal corresponding to the electric charge generated by the piezoelectric effect. The generated charge almost faithfully reflects the vibration state of the cantilever. In this case, the gradient of the force acting changes according to the distance between the neutral position of the tip 1a and the surface of the sample 15, and the vibration amplitude of the tip 1a and the cantilever changes. As a result, the charge generated from the second thin film 2b changes, and the detection signals S1 and S2 also change. When the detection signal S1 from the detector 40 is decreasing, that is, when the chip 1a is the sample 15
CPU under the action of force gradient from the surface of the CPU
When the XYZ piezoelectric scanning body 9 is driven by the XY scanning signal XY-FS from 11 to scan the sample 15 in the XY directions, the sample 15
Since the vibration amplitude of the chip 1a changes in accordance with the unevenness of the surface of, the amplitude and phase of the piezoelectric charges generated between the second thin films 2b also change, and the detection signals S1 and S2 also change.
【0056】力一定(変位一定)モードと呼ぶことので
きる測定モードでは、試料15をXYZ圧電走査体9でX
Y方向に走査しながら、検出信号S2に基づいてフィード
バック制御によりXYZ圧電走査体9のZ方向変位を調
節してチップ1aの振動振幅すなわち発生電荷の振幅ある
いは位相が一定に保たれる。そして、XYZ圧電走査体
9に印加されたCPU11からの信号Z-FSを利用して
試料15の表面の凹凸がディスプレイ13において画像化さ
れる。以上により、本実施例の走査型力顕微鏡用薄膜式
力検出プローブによれば、第1,2実施例と同様、次の
ような効果ないし利点が得られる。まず、カンチレバー
の交流変位を測定するための光てこ等の別の変位計が不
要であるため、装置がコンパクトになり、かつ光学系の
調整等の複雑な操作をする必要がなくなる。また、従来
のSTM(走査トンネル顕微鏡)のトンネルチップ部
を、本実施例の薄膜弾性体1および層構造2からなるカ
ンチレバーに取り替えるのみで装置構成を行うことがで
きる。In the measurement mode, which can be called a constant force (constant displacement) mode, the sample 15 is moved by the XYZ piezoelectric scanning device 9 in the X direction.
While scanning in the Y direction, the Z direction displacement of the XYZ piezoelectric scanning body 9 is adjusted by feedback control based on the detection signal S2, so that the vibration amplitude of the chip 1a, that is, the amplitude or phase of the generated charges is kept constant. Then, using the signal Z-FS from the CPU 11 applied to the XYZ piezoelectric scanning body 9, the unevenness on the surface of the sample 15 is imaged on the display 13. As described above, according to the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of the present embodiment, the following effects and advantages can be obtained as in the first and second embodiments. First, since another displacement gauge such as an optical lever for measuring the AC displacement of the cantilever is not necessary, the device becomes compact and it is not necessary to perform complicated operations such as adjustment of the optical system. Further, the device configuration can be performed only by replacing the tunnel tip portion of the conventional STM (scanning tunneling microscope) with the cantilever including the thin film elastic body 1 and the layer structure 2 of this embodiment.
【0057】そして、装置が簡易であるため、真空中あ
るいは低温中の特殊環境下での実験に利用することも容
易である。さらに本走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プロ
ーブは、走査型力顕微鏡の3つのタイプいずれにも対応
しているため種々の表面の分析装置として非常に有効で
ある。なお、本実施例の基本構成を第3実施例のような
構造のプローブに適用することも可能である。その場合
の作用効果は第3実施例とほぼ同様である。また、第4
実施例のごとく保護膜を設けてもよく、この場合の作用
効果も第4実施例と同様である。さらに、本実施例にお
ける電荷増幅器42は、半導体プロセスを利用してシリコ
ンウエハ4の上記層構造2近傍に作り込むこともでき
る。Since the apparatus is simple, it can be easily used for experiments in a special environment in vacuum or low temperature. Furthermore, the thin-film force detection probe for the scanning force microscope is compatible with all three types of scanning force microscopes, and thus is very effective as an analyzer for various surfaces. The basic configuration of this embodiment can be applied to the probe having the structure as in the third embodiment. The action and effect in that case are almost the same as those in the third embodiment. Also, the fourth
A protective film may be provided as in the embodiment, and the function and effect in this case are the same as those in the fourth embodiment. Furthermore, the charge amplifier 42 in the present embodiment can be built in the vicinity of the layer structure 2 of the silicon wafer 4 by utilizing a semiconductor process.
【0058】[0058]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の走査型力
顕微鏡用薄膜式力検出プローブによれば次のような効果
ないし利点が得られる。 (1) カンチレバーの変位を測定するための光てこ等の別
の変位計が不要であるため、装置がコンパクトになり、
試料凹凸をてこの変位に変換するカンチレバー部と光学
系との間での調整等の複雑な作業がなくなる。特に、水
平力顕微鏡(LFM)を構成する場合には、システムは
非常に簡素化する。 (2) ひとつのプローブで3つのいずれのタイプ(接触
型,周期的接触型,非接触型)の走査型力顕微鏡にも対
応できる。 (3) 従来のSTM(走査トンネル顕微鏡)のトンネルチ
ップ部を、本実施例のカンチレバーに取り替えるのみの
改造で装置構成を行うことができる。 (4) 装置が簡素化されるため、真空中あるいは低温中の
特殊環境下での実験に利用することが容易である。特に
上記(2)項の利点と合わせ超高真空走査型力顕微鏡を容
易に構成することができる。As described in detail above, according to the thin film type force detection probe for a scanning force microscope of the present invention, the following effects and advantages can be obtained. (1) Since a separate displacement gauge such as an optical lever for measuring the displacement of the cantilever is unnecessary, the device becomes compact,
There is no need for complicated work such as adjustment between the cantilever portion and the optical system for converting the unevenness of the sample into the displacement. Especially when constructing a horizontal force microscope (LFM), the system is greatly simplified. (2) One probe can be used for any of the three types of scanning force microscopes (contact type, periodic contact type, non-contact type). (3) The device structure can be constructed by merely modifying the conventional STM (scanning tunneling microscope) tunnel tip portion to the cantilever of this embodiment. (4) Since the device is simplified, it can be easily used for experiments in a special environment in vacuum or low temperature. In particular, it is possible to easily construct an ultrahigh vacuum scanning force microscope in combination with the advantage of the above item (2).
【図1】本発明の第1実施例としての走査型力顕微鏡用
薄膜式力検出プローブの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a thin-film force detection probe for a scanning force microscope as a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ
の要部の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a main part of the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of FIG.
【図3】図1の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ
を用いた走査型力顕微鏡である。3 is a scanning force microscope using the thin film force detection probe for a scanning force microscope of FIG.
【図4】図1の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ
の特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of FIG.
【図5】本発明の第2実施例としての走査型力顕微鏡用
薄膜式力検出プローブの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a thin-film force detection probe for a scanning force microscope as a second embodiment of the present invention.
【図6】図5の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ
を用いた走査型力顕微鏡である。6 is a scanning force microscope using the thin-film force detection probe for a scanning force microscope of FIG.
【図7】本発明の第3実施例としての走査型力顕微鏡用
薄膜式力検出プローブの平面図である。FIG. 7 is a plan view of a thin film type force detection probe for a scanning force microscope as a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第4実施例としての走査型力顕微鏡用
薄膜式力検出プローブの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a thin-film force detection probe for a scanning force microscope as a fourth embodiment of the present invention.
【図9】従来の走査型力顕微鏡の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional scanning force microscope.
【図10】本発明の第5実施例としての走査型力顕微鏡
用薄膜式力検出プローブの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a thin-film force detection probe for a scanning force microscope as a fifth embodiment of the present invention.
【図11】図10の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プロ
ーブを用いた走査型力顕微鏡の構成図である。11 is a configuration diagram of a scanning force microscope using the thin film force detection probe for a scanning force microscope of FIG.
1 第1の薄膜としての薄膜弾性体 1a チップ 2 層構造 2a 電極 2b 第2の薄膜 2c 電極 21,22 層構造 21a,22a 電極 21c,22c 電極 3 容量検出器 3’ 検出器 3a,3'a‥信号発生器 3b,3'b‥電荷検出器 4 シリコンウエハ 5 圧電板(圧電体励振機構) 6 切り替え手段 6’ 切り替え手段 7 発信器 8 ロックインアンプ 9 XYZ圧電走査体(精密微動機構) 10 Z軸粗動機構(試料台) 11 CPU 12a Z軸粗動用駆動ユニット 12b 電力増幅器 12c 電力増幅器 13 ディスプレイ 14 支持台 15 試料 16 基台 17 切り替え手段 23 絶縁膜 40 検出器 41 信号発生器 42 電荷増幅器 42a FET 46 切り替え手段 1 Thin film elastic body as the first thin film 1a Chip 2 layer structure 2a electrode 2b 2nd thin film 2c electrode 21, 22 layer structure 21a, 22a electrode 21c, 22c electrode 3 capacitance detector 3'detector 3a, 3'a Signal generator 3b, 3'b Charge detector 4 Silicon wafer 5 Piezoelectric plate (Piezoelectric body excitation mechanism) 6 Switching means 6'Switching means 7 Transmitter 8 Lock-in amplifier 9 XYZ piezoelectric scanning body (precision movement mechanism) 10 Z-axis coarse movement mechanism (sample stand) 11 CPU 12a Z-axis coarse movement drive unit 12b Power amplifier 12c Power amplifier 13 Display 14 Support stand 15 Sample 16 Base stand 17 Switching means 23 Insulation film 40 Detector 41 Signal generator 42 Charge amplifier 42a FET 46 switching means
Claims (17)
けて試料表面の力に関する情報を得るべく、先端にチッ
プを有する第1の薄膜による薄膜弾性体と、同薄膜弾性
体に電極,第2の薄膜,電極の順に装着された少なくと
も3層の層構造と、上記層構造の電極間の電気容量を電
圧信号に変換して検出する容量検出器とをそなえ、上記
第2の薄膜が同薄膜が受ける曲げ応力に応じて上記電極
間の電気容量を変える薄膜として形成されたことを特徴
とする、走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ。1. A thin film elastic body made of a first thin film having a tip at its tip, an electrode, a second thin film elastic body, and a second thin film elastic body which are attached as a force detection system of a scanning force microscope to obtain information about the force on the sample surface. Thin film and at least three layers of electrodes mounted in this order, and a capacitance detector for converting the electric capacitance between the electrodes of the layer structure into a voltage signal for detection, and the second thin film is the same thin film. A thin-film force detection probe for a scanning force microscope, which is formed as a thin film that changes the electric capacitance between the electrodes according to the bending stress received by the electrode.
として形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の
走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ。2. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to claim 1, wherein the second thin film is formed as a thin film having piezoelectricity.
ンチレバーをその固有振動数で外部より励起振動させる
圧電体励振機構をそなえたことを特徴とする、請求項1
または2に記載の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プロー
ブ。3. A piezoelectric body excitation mechanism for externally exciting and vibrating the cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure at its natural frequency.
Alternatively, the thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to item 2.
うに形成され、分割された各々の第2の薄膜の電気容量
を独立して検出できるように、上記容量検出器が2系統
の入力部をそなえたことを特徴とする、請求項1〜3の
いずれか一つに記載の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プ
ローブ。4. The capacitance detector has two systems so that the layered structure is formed so as to be divided into two equal parts in the width direction, and the electric capacitance of each of the divided second thin films can be independently detected. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
を電圧信号に変換して検出する電荷検出器をそなえ、第
2の薄膜からの出力信号を上記電荷検出器および上記容
量検出器のどちらか一方に選択的に接続する切り替え手
段が設けられたことを特徴とする、請求項2または3に
記載の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ。5. A charge detector for converting the charge output from the second thin film having the layer structure into a voltage signal for detection, and the output signal from the second thin film for the charge detector and the capacitance detector. 4. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to claim 2, further comprising switching means selectively connected to either one of the above.
力を独立して検出できるように、上記電荷検出器が2系
統の入力部をそなえ、第2の薄膜からの出力信号を2系
統ともに上記電荷検出器および上記容量検出器のどちら
か一方に選択的に接続する切り替え手段が設けられたこ
とを特徴とする、請求項4に記載の走査型力顕微鏡用薄
膜式力検出プローブ。6. The charge detector has two input sections so that the charge output of each of the divided second thin films can be independently detected, and the output signal from the second thin film is divided into two. 5. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to claim 4, further comprising switching means selectively connected to either one of the charge detector and the capacitance detector in both systems.
チレバーの一端部がシリコンウエハに支持され、同シリ
コンウエハに上記容量検出器が一体に作り込まれている
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つに記載
の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ。7. A cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure has one end supported by a silicon wafer, and the capacitance detector is integrally formed on the silicon wafer. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to any one of 1 to 6.
けて試料表面の力に関する情報を得るべく、先端にチッ
プを有する第1の薄膜による薄膜弾性体と、同薄膜弾性
体に電極,第2の薄膜,電極の順に装着された少なくと
も3層の層構造と、上記層構造の電極間の電気抵抗の変
化を電圧信号に変換して検出する抵抗検出器とをそな
え、上記第2の薄膜が同薄膜が受ける曲げ応力に応じて
上記電極間の電気抵抗を変える薄膜として形成されたこ
とを特徴とする、走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プロー
ブ。8. A thin film elastic body made of a first thin film having a tip at the tip, an electrode, a second thin film elastic body attached to the thin film elastic body to attach information as a force detection system of a scanning force microscope to obtain information on the force on the sample surface. And a resistance detector for converting a change in electric resistance between the electrodes of the layer structure into a voltage signal to detect the change, and the second thin film is provided. A thin-film force detection probe for a scanning force microscope, characterized in that the thin-film force detection probe is formed as a thin film that changes the electrical resistance between the electrodes according to the bending stress applied to the thin film.
として形成されたことを特徴とする、請求項8に記載の
走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ。9. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to claim 8, wherein the second thin film is formed as a thin film having both piezoelectricity.
カンチレバーをその固有振動数で外部より励起振動させ
る圧電体励振機構をそなえたことを特徴とする、請求項
8または9に記載の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プロ
ーブ。10. The scanning according to claim 8, further comprising a piezoelectric body excitation mechanism for externally exciting and vibrating the cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure at its natural frequency. Type force detection probe for scanning force microscope.
ように形成され、分割された各々の第2の薄膜の電気抵
抗の変化を独立して検出できるように、上記抵抗検出器
が2系統の入力部をそなえたことを特徴とする、請求項
8〜10のいずれか一つに記載の走査型力顕微鏡用薄膜
式力検出プローブ。11. The resistance detector is formed so that the layer structure is divided into two equal parts in a width direction, and the resistance detector can independently detect a change in electric resistance of each of the divided second thin films. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to any one of claims 8 to 10, wherein the thin-film force detection probe has two systems of input sections.
力を電圧信号に変換して検出する電荷検出器をそなえ、
第2の薄膜からの出力信号を上記電荷検出器および上記
抵抗検出器のどちらか一方に選択的に接続する切り替え
手段が設けられたことを特徴とする、請求項9または1
0に記載の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ。12. A charge detector for converting a charge output from the second thin film having the layer structure into a voltage signal and detecting the voltage signal,
10. A switching means for selectively connecting an output signal from the second thin film to either one of the charge detector and the resistance detector, wherein the switching means is provided.
0. A thin film type force detection probe for a scanning force microscope according to item 0.
荷出力を独立して検出できるように、上記電荷検出器が
2系統の入力部をそなえ、第2の薄膜からの出力信号を
2系統ともに上記電荷検出器および上記抵抗検出器のど
ちらか一方に選択的に接続する切り替え手段が設けられ
たことを特徴とする、請求項11に記載の走査型力顕微
鏡用薄膜式力検出プローブ。13. The charge detector has two systems of input sections so that the charge output of each of the divided second thin films can be detected independently, and the output signal from the second thin film is divided into two. 12. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to claim 11, further comprising switching means selectively connected to either one of the charge detector and the resistance detector in both systems.
ンチレバーの一端部がシリコンウエハに支持され、同シ
リコンウエハに上記抵抗検出器が一体に作り込まれてい
ることを特徴とする、請求項8〜13のいずれか一つに
記載の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プローブ。14. A cantilever composed of the thin film elastic body and the layer structure is supported at one end by a silicon wafer, and the resistance detector is integrally formed on the silicon wafer. The thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to any one of 8 to 13.
た微小突起体で形成されていることを特徴とする、請求
項1〜14のいずれか1つに記載の走査型力顕微鏡用薄
膜式力検出プローブ。15. The thin-film type for a scanning force microscope according to claim 1, wherein the tip is formed of a fine projection having a sharpened tip. Force detection probe.
たは窒化膜で形成され、上記第2の薄膜が酸化亜鉛薄膜
で形成されていることを特徴とする、請求項1〜15の
いずれか1つに記載の走査型力顕微鏡用薄膜式力検出プ
ローブ。16. The method according to claim 1, wherein the first thin film is formed of a silicon oxide film or a nitride film, and the second thin film is formed of a zinc oxide thin film. A thin film type force detection probe for a scanning force microscope according to one item.
い絶縁膜が形成されていることを特徴とする、請求項1
〜16のいずれか一つに記載の走査型力顕微鏡用薄膜式
力検出プローブ。17. The thin insulating film is formed on the surface of the outermost electrode of the layer structure.
16. A thin-film force detection probe for a scanning force microscope according to any one of 16 to 16.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12098893A JPH06323845A (en) | 1993-03-19 | 1993-04-23 | Thin film force detection probe for scanning force microscope |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-85459 | 1993-03-19 | ||
| JP8545993 | 1993-03-19 | ||
| JP12098893A JPH06323845A (en) | 1993-03-19 | 1993-04-23 | Thin film force detection probe for scanning force microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06323845A true JPH06323845A (en) | 1994-11-25 |
Family
ID=26426467
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP12098893A Pending JPH06323845A (en) | 1993-03-19 | 1993-04-23 | Thin film force detection probe for scanning force microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06323845A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0896201A1 (en) * | 1997-08-04 | 1999-02-10 | Seiko Instruments Inc. | Scanning probe microscope |
| EP0932020A1 (en) * | 1998-01-22 | 1999-07-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Micro surface measuring apparatus and probe manufacturing |
| US6358426B1 (en) | 1996-03-08 | 2002-03-19 | Seiko Instruments Inc. | Method of fabricating probe force atomic force microscope |
| JP5252389B2 (en) * | 2005-12-20 | 2013-07-31 | 国立大学法人金沢大学 | Scanning probe microscope |
| CN104155478A (en) * | 2014-08-13 | 2014-11-19 | 中国科学院电工研究所 | Probe self-damping method applied to fast scanning atomic force microscopy |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP12098893A patent/JPH06323845A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6358426B1 (en) | 1996-03-08 | 2002-03-19 | Seiko Instruments Inc. | Method of fabricating probe force atomic force microscope |
| EP0896201A1 (en) * | 1997-08-04 | 1999-02-10 | Seiko Instruments Inc. | Scanning probe microscope |
| JPH11108940A (en) * | 1997-08-04 | 1999-04-23 | Seiko Instruments Inc | Scanning probe microscope |
| EP0932020A1 (en) * | 1998-01-22 | 1999-07-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Micro surface measuring apparatus and probe manufacturing |
| US6365895B1 (en) | 1998-01-22 | 2002-04-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for measuring a micro surface configuration and a method for manufacturing a probe incorporated in this measuring apparatus |
| US6621080B2 (en) | 1998-01-22 | 2003-09-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for measuring a micro surface configuration and a method for manufacturing a probe incorporated in this measuring apparatus |
| JP5252389B2 (en) * | 2005-12-20 | 2013-07-31 | 国立大学法人金沢大学 | Scanning probe microscope |
| CN104155478A (en) * | 2014-08-13 | 2014-11-19 | 中国科学院电工研究所 | Probe self-damping method applied to fast scanning atomic force microscopy |
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