JPH07325092A

JPH07325092A - 集積型ｓｐｍセンサーおよびその温度測定回路

Info

Publication number: JPH07325092A
Application number: JP11940794A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Matsuyama; 克宏松山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】カンチレバー部の温度を測定する機能を備えた
集積型ＳＰＭセンサーを提供する。【構成】集積型ＳＰＭセンサーは、支持部１１０から延
出したＵ字状のカンチレバー１２４を有している。カン
チレバー１２４は、シリコン層１１４の下面にピエゾ抵
抗層１１６を、上面に金属膜１３２たとえば白金（Ｐ
ｔ）薄膜を積層して構成されている。カンチレバー１２
４の先端部には探針１３０が設けられている。ピエゾ抵
抗層１１６は、絶縁層１１２と１１８によって覆われ絶
縁されており、その端部に絶縁層に開けたコンタクトホ
ールを介して導通された電極１２０が設けられている。
金属膜１３２は、カンチレバー１２４の上面のみに留ま
らず、支持部１１０の斜面部を上って、上面の絶縁層１
２２の上まで延びており、絶縁膜１２２上において電極
１３４と１３６となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
（SPM; Scanning Probe Microscope）において使用され
る集積型ＳＰＭセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビニッヒとローラーらによって発明され
た走査型トンネル顕微鏡（STM; Scanning Tunneling Mi
croscope）におけるサーボ技術を始めとする要素技術を
利用しながら、ＳＴＭでは測定し難い絶縁性の試料を原
子オーダーの精度で観察することのできる顕微鏡として
原子間力顕微鏡（AFM; Atomic Force Microscope）が特
開昭６２ー１３０３０２において提案されている。

【０００３】ＡＦＭの構造はＳＴＭに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。ＡＦ
Ｍでは、カンチレバーの自由端に設けた鋭い突起部分
（探針部）を試料表面に近づけ、探針先端の原子と試料
表面の原子との間に働く相互作用力により変位するカン
チレバーの動きを電気的または光学的にとらえて測定し
つつ、試料をＸＹ方向に走査するなどして、試料に対す
る探針部の位置を相対的に変化させる。これにより、カ
ンチレバーの動きに基づいて、試料表面の様々な位置に
おける高さ情報が得られ、この高さ情報を位置情報と合
わせて処理することで、試料の凹凸を表現した三次元像
等を構築することができる。

【０００４】ＡＦＭでは、カンチレバーの変位を測定す
る変位測定センサーは、カンチレバーとは別途に設ける
のが一般的である。しかし最近では、カンチレバー自体
に変位を測定する機能を設けた集積型ＡＦＭセンサーが
トルトネーゼ（M.Tortonese）らにより提案されてい
る。この集積型ＡＦＭセンサーは、たとえば「M.Torton
ese, H.Yamada, R.C.Barrett and C.F.Quate, "Atomic
force microscopy usinga piezoresistive cantileve
r", Transducers and Sensors '91」やＰＣＴ出願ＷＯ
９２／１２３９８に開示されている。

【０００５】この集積型ＡＦＭセンサーは、測定原理に
圧電抵抗効果を利用しており、カンチレバー部には抵抗
層が設けられていて、この抵抗層には一定の電圧が印加
されている。探針先端が測定試料に近接すると、探針と
試料の間に働く相互作用によりカンチレバー部がたわ
み、カンチレバー部に歪みが生じ、この歪みの大きさに
応じて抵抗層の抵抗値が変化し、その結果として抵抗層
を流れる電流が変化する。つまり、抵抗層を流れる電流
はカンチレバーの歪み量に応じて変化する。したがっ
て、この集積型ＡＦＭセンサーでは、抵抗層を流れる電
流の変化を検出することにより、カンチレバー部の変位
量が求められる。

【０００６】このような集積型ＡＦＭセンサーは構成が
極めて簡単で小型であることから、カンチレバー側を走
査するいわゆるスタンドアロン型のＡＦＭを構成できる
ようになると期待されている。これまでのＡＦＭでは、
試料をＸＹ方向に動かすことによって、カンチレバー先
端の探針の相対位置を変化させているため、試料の大き
さが最大数ｃｍ程度に限られるが、スタンドアロン型の
ＡＦＭにはこのような制限がなく大きな試料も取り扱え
るという利点がある。

【０００７】次に集積型ＡＦＭセンサーについて図６を
参照して説明する。まず製造方法について説明する。ス
タートウェハー１００として、図６（Ａ）に示すよう
に、シリコンウェハー１１０の上に酸化シリコンの分離
層１１２を介してシリコン層１１４を設けたもの、たと
えば貼り合わせウェハーを用意する。このシリコン層１
１４の極表面にイオンインプランテーションによりボロ
ン（Ｂ）を打ち込んでピエゾ抵抗層１１６を形成し、図
６（Ｄ）の形状にパターニングした後、表面を酸化シリ
コン膜１１８で覆う。そしてカンチレバーの固定端側に
ボンディング用の穴をあけ、アルミニウムをスパッタリ
ングして電極１２０を形成する。さらに、シリコンウェ
ハー１１２の下側にレジスト層１２２を形成し、このレ
ジスト層をパターニングし開口を形成して図６（Ｂ）と
なる。続いて、オーミックコンタクトをとるための熱処
理をした後、レジスト層１２２をマスクとして湿式異方
性エッチングにより分離層１１２までエッチングし、最
後にフッ酸でカンチレバー部１２４下部の分離層１１２
をエッチングしてカンチレバー部１２４を形成して集積
型ＡＦＭセンサーが完成する。その側断面図を図６
（Ｃ）に、上面図を図６（Ｄ）に示す。

【０００８】この集積型ＡＦＭセンサーを用いて変位量
測定を行なうための回路を図７に示す。図７に示すよう
に、ピエゾ抵抗カンチレバーの端子１２０には、直流定
電圧電源１２６と電流計測用のオペアンプ１２８が接続
されている。たとえば、直流定電圧電源１２６の電位を
＋５Ｖとすれば、図の上側のピエゾ抵抗カンチレバーの
端子１２０の電位は＋５Ｖに保たれる。もう一方のピエ
ゾ抵抗カンチレバーの端子１２０は、オペアンプの非反
転入力端子（＋）がＧＮＤ電位に保たれていることか
ら、ＧＮＤ電位に保たれる。

【０００９】カンチレバー部１２４の先端が試料に接近
し、カンチレバー部１２４の先端と試料表面の原子間に
相互作用力が働くと、カンチレバー部１２４が変位す
る。これに応じてピエゾ抵抗層１１６の抵抗値が変化す
るため、カンチレバー部１２４の変位が二つの電極１２
０の間に流れる電流信号として得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この測定手法において
は、ＡＦＭ測定中、集積型ＡＦＭセンサーのピエゾ抵抗
層には常時電流が流し続けられる。このため、ピエゾ抵
抗層に熱が溜まり、変位信号であるピエゾ抵抗層の電流
信号に熱ドリフトによるノイズが混入し、このノイズは
ＡＦＭ測定の時間経過とともに増大する。これはＡＦＭ
測定の分解能の低下と信頼性の低下を招く。このよう
に、集積型ＡＦＭセンサーを用いたこれまでのＡＦＭ測
定は、ピエゾ抵抗層の発熱およびそれに伴なう熱ドリフ
トによってＡＦＭ測定の分解能が低下するという問題を
抱えている。

【００１１】本発明は、カンチレバー部の温度を測定す
る機能を備えた集積型ＳＰＭセンサーを提供することを
目的とする。

【００１２】また本発明は、ＳＰＭ測定に影響を与える
ことなく前述の集積型ＳＰＭセンサーの温度を測定する
回路を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による集積型ＳＰ
Ｍセンサーは、支持部より延びる柔軟なカンチレバー
と、カンチレバーの歪みに応じて抵抗値が変化する、カ
ンチレバーの一方の面に設けられたほぼＵ字状の抵抗層
で、その湾曲部は先端部に位置し、端部は共に支持部ま
で延びていて、両端には電圧が印加され、内部を流れる
電流が測定される抵抗層と、温度に応じて抵抗値が変化
する、カンチレバーの他方の面に設けられたほぼＵ字状
の金属膜で、その湾曲部は先端部に位置し、端部は共に
支持部まで延びていて、両端には電圧が印加され、内部
を流れる電流が測定される金属膜とを備えている。

【００１４】本発明による温度測定回路は、上記の集積
型ＳＰＭセンサーの金属膜の両端部の電圧を印加する電
圧印加手段を有し、電圧印加手段は、金属膜のそれぞれ
の端部に電位を与える電源と、カンチレバー上での抵抗
層と金属膜の電位差が好ましくは最小となるように、抵
抗層に印加される電圧に応じて電源の電位を設定する手
段をと含んでおり、また、金属膜を流れる電流を測定
し、その測定値に基づいてカンチレバーの温度を求める
手段を備えている。

【００１５】また、本発明による別の集積型ＳＰＭセン
サーは、支持部より延びる柔軟なカンチレバーと、カン
チレバーの歪みに応じて抵抗値が変化する、カンチレバ
ーの一方の面に設けられたほぼＵ字状の抵抗層で、その
湾曲部は先端部に位置し、端部は共に支持部まで延びて
いて、両端には電圧が印加され、内部を流れる電流が測
定される抵抗層と、カンチレバーの他方の面と支持部の
一部に設けられた熱伝導性の良い金属膜で、支持部上の
一部に温度センサーに接触される金属膜とを備えてい
る。

【００１６】

【作用】本発明の集積型ＳＰＭセンサーでは、金属膜の
両端には、抵抗層に与える電位に応じて所定の電位が与
えられる。これにより金属膜には電流が流れる。金属膜
は温度に応じて抵抗値が変化するため、金属膜を流れる
電流は温度に応じて変化する。したがって、金属膜を流
れる電流を調べることにより、カンチレバーの温度が求
められる。この温度を考慮して抵抗層に基づいて得られ
るカンチレバーの変位に補正を加えることでより正確な
変位が得られる。

【００１７】集積型ＳＰＭセンサーでは、抵抗層に印加
される電圧は、抵抗層の特性やカンチレバーの形状など
の条件によって異なる。

【００１８】本発明の温度測定回路では、金属膜の両端
部に印加される電圧は、カンチレバー上での抵抗層と金
属膜の電位差が好ましくは最小となるように、抵抗層に
印加される電圧に応じて自動的に設定される。これによ
り、抵抗層を流れる変位を示す電流信号が、金属膜に印
加された電圧の影響を受けるといった現象は防止され
る。

【００１９】また、本発明の別の集積型ＳＰＭセンサー
では、抵抗層で発生した熱は、熱伝導性の良い金属膜の
全体にすぐに伝わる。したがって、金属膜はカンチレバ
ーを殆ど同じ温度となる。その温度は、金属膜に接して
設けられた温度センサーによって求められる。この温度
を考慮して抵抗層に基づいて得られるカンチレバーの変
位に補正を加えることでより正確な変位が得られる。

【００２０】

【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。

【００２１】＜第一実施例＞第一実施例の集積型ＳＰＭ
センサーを図１と図２に示す。図１（Ａ）は集積型ＳＰ
Ｍセンサーの斜視図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−
１Ｂ線による断面図、図２（Ａ）は集積型ＳＰＭセンサ
ーの上面図、図２（Ｂ）は集積型ＳＰＭセンサーの下面
図である。

【００２２】図に示すように、本実施例の集積型ＳＰＭ
センサーは、支持部１１０から延出したＵ字状のカンチ
レバー１２４を有している。カンチレバー１２４は、シ
リコン層１１４の下面にピエゾ抵抗層１１６を、上面に
金属膜１３２たとえば白金（Ｐｔ）薄膜を積層して構成
されている。カンチレバー１２４の先端部には探針１３
０が設けられている。ピエゾ抵抗層１１６は、絶縁層１
１２と１１８によって覆われ絶縁されており、その端部
に絶縁層に開けたコンタクトホールを介して導通された
電極１２０が設けられている。金属膜１３２は、カンチ
レバー１２４の上面のみに留まらず、支持部１１０の斜
面部を上って、上面の絶縁層１２２の上まで延びてお
り、絶縁膜１２２上において電極１３４と１３６となっ
ている。

【００２３】この集積型ＳＰＭセンサーは図６に示した
プロセスに準じて作られる。本実施例の集積型ＳＰＭセ
ンサーを製造するプロセスとしては、図６のプロセスの
途中に、カンチレバー１２４の先端部に探針１３０を形
成する工程が追加され、図６（Ｃ）の工程の後に金属膜
１３２が形成される工程が追加される。

【００２４】図２（Ａ）に示すように、電極１３４には
正の電位を与える直流電圧源ａ１３８が接続され、電極
１３６には負の電位を与える直流電圧源ｂ１４０が電流
計１４２を介在させて接続される。電極１３４と１３６
に印加される電位は、ピエゾ抵抗層１１６に印加される
電位に応じて決まる。シリコン層１１４はｎ型半導体で
あり、ピエゾ抵抗層１１６はシリコンにボロン（Ｂ）を
打ち込んで作られたｐ型半導体であるため、電極１２０
と金属膜１３２の間にはｐｎ接合が形成されている。ｐ
ｎ接合のＩ−Ｖ特性を図８に示す。このＩ−Ｖ特性から
明かなように、ｐｎ接合の両端にかかる電位差が、順バ
イアスの時は、ｐ型半導体からｎ型半導体に電流が流
れ、電位差の増加に伴ない指数関数的に電流値が増加す
る。また、逆バイアスの場合は、微量の一定電流Ｉ₀が
ｎ型半導体からｐ型半導体に流れる。更に、ある臨界電
圧Ｖ_Bで一定電圧Ｉ₀であった電流は、一気に増加す
る。ここで、一定電圧Ｉ₀は、ピエゾ抵抗層１１６に流
れる電流より十分小さいものであり、一般的に、ピエゾ
抵抗層１１６に流れる電流が１０^-4Ａ程度であるのに対
して、一定電圧Ｉ₀は１０^-8〜１０^-9Ａ程度の値を示
す。従って、ピエゾ抵抗層１１６に流れる電位を示す電
流信号と金属膜１３２を流れる温度を示す電流信号とが
互いに影響し合わないためには、ピエゾ抵抗層１１６の
内部に電位勾配が生じることを考慮すると、カンチレバ
ー１２４上においてピエゾ抵抗層１１６と金属膜１３２
の電位差が０もしくは、逆バイアスの状態であることが
好ましい。このように、カンチレバー１２４上の部分の
ピエゾ抵抗層１１６と金属膜１３２の間の電位差が、０
もしくは逆バイアス（０からＶ_Bの間）になるように、
２つの直流電圧源１３８、１４０が電極１３４と電極１
３６に与える電位がそれぞれ決められる。具体的には、
一例として、２つの電極１２０にそれぞれ＋３Ｖと−３
Ｖが印加され、支持部１１０を介して対向している電極
１２０と電極１３４または電極１２０と電極１３６が同
じ極性となるように、電極１３４と電極１３６にそれぞ
れ＋３Ｖと０Ｖが印加される。

【００２５】このように、電極１３４と１３６の各々に
所定の電位が与えられるため、金属膜１３２には常に電
流が流れることになる。金属膜１３２は温度に応じて抵
抗値が変化し、電流計１４２で検知される電流値が変化
する。したがって電流計１４２の出力から金属膜１３２
ひいてはカンチレバー１２４の温度が求められる。この
温度は、たとえば、ピエゾ抵抗層の抵抗値変化に基づい
て求められるカンチレバー１２４の変位に対して、温度
の影響によるずれを補正するために用いられる。

【００２６】本実施例の集積型ＳＰＭセンサーによれ
ば、ＳＰＭ測定中のピエゾ抵抗層の発熱によるプローブ
もしくはレバー部の温度変化が測定できる。これによ
り、熱ドリフトのよるＳＰＭ測定の分解能の低下ひいて
は信頼性の悪化が防がれる。

【００２７】加えて、カンチレバー１２４は金属膜で覆
われているので、光学顕微鏡観察等による外部光が半導
体内部へ入射して光電効果により電流値が増加するよう
な現象が防止される。これにより、より信頼性の高いＳ
ＰＭ測定が可能になる。

【００２８】本実施例では、温度測定用の金属膜１３２
として白金を用いたが、一般に熱電対として用いられて
いる白金とロジウムの合金等や測温抵抗材である他の金
属を用いても一向に構わない。

【００２９】本実施例では、Ｕ字状のカンチレバーを持
つ集積型ＳＰＭセンサーについて説明したが、温度測定
用の金属膜が図に示すような形状でありさえすればよ
く、カンチレバーの形状は特にＵ字状に限らない。

【００３０】＜第二実施例＞第二実施例の集積型ＳＰＭ
センサーと温度測定回路を図４に示す。図中の集積型Ｓ
ＰＭセンサーは第一実施例で説明したものと同じであ
る。

【００３１】図に示すように、電極１３４には直流電圧
源ｃ１４４が接続されており、電極１３６には電流計１
４２を介在させて直流電圧源ｄ１４６が接続されてい
る。直流電圧源ｃ１４４と直流電圧源ｄ１４６には、変
位計測用電位制御回路１５０からの入力を受けて、直流
電圧源ｃ１４４と直流電圧源ｄ１４６の電位を調整する
温度測定用電位制御回路１４８が接続されている。な
お、直流電圧源ｃ１４４は直流電圧源ｄ１４６よりも電
位が高く、電流は直流電圧源ｃ１４４から金属膜１３２
を介して直流電圧源１４６ｄに流れる。

【００３２】通常、ピエゾ抵抗層の電極１２０の間に数
ボルトの電圧が印加される。たとえば、Ｂ（ボロン）を
８×１０¹⁴個／ｃｍ²の濃度で打ち込んで形成した長さ
４００μｍ、厚さ４μｍのピエゾ抵抗層を持つ集積型Ｓ
ＰＭセンサーの場合、抵抗値（約９ｋΩ）と変位検出回
路の感度から４Ｖの電圧が印加される。このように、ピ
エゾ抵抗層の形成条件と集積型ＳＰＭセンサーの形状、
変位検出回路の特性からピエゾ抵抗層に印加する電圧は
その都度異なる。

【００３３】このピエゾ抵抗層に印加される電圧値は変
位計測用制御回路１５０から温度測定用電位制御回路１
４８に入力される。温度測定用電位制御回路１４８は、
図３に示したｐｎ接合のＩ−Ｖ特性を考慮してピエゾ抵
抗層の変位信号に影響がないように、すなわちカンチレ
バー上において金属膜１３２とピエゾ抵抗層の電位差が
最小となるように、直流電圧源ｃ１４４と直流電圧源ｄ
１４６がそれぞれ電極１３４と１３６に与える電位を制
御する。

【００３４】本実施例は、第一実施例で得られる利点に
加えて、温度測定用電位制御によって正電圧源と負電圧
源の電位が集積型ＳＰＭセンサーの仕様すなわちピエゾ
抵抗層の特性に応じて自動的に決定されるという利点が
ある。

【００３５】＜第三実施例＞第三実施例の集積型ＳＰＭ
センサーを図５に示す。図５（Ａ）は集積型ＳＰＭセン
サーの斜視図であり、図５（Ｂ）は集積型ＳＰＭセンサ
ーの側断面図である。

【００３６】本実施例の集積型ＳＰＭセンサーは、図５
（Ａ）に示すように、カンチレバー１２４の上面に金属
膜１５２が、支持部１１０の斜面部と上面に金属膜１５
４が設けられている。金属膜１５２と１５４は熱伝導率
の良い金属材料たとえばアルミニウム（Ａｌ）などから
一体的に形成されている。

【００３７】この集積型ＳＰＭセンサーは、図５（Ｂ）
に示すように、ホルダー１５６に取り付けられる。ホル
ダー１５６は、白金とロジウム等で形成された熱電対１
５８を有しており、集積型ＳＰＭセンサーは金属膜１５
４が熱電対１５８に接触した状態で保持される。

【００３８】ＳＰＭ測定において、ピエゾ抵抗層１１６
で発生した熱は、金属膜１５２に伝わり、続いて金属膜
１５４へ伝わる。金属膜１５２と１５４を構成している
アルミニウムは、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍＫとシリコン
より高く、加えて容量も小さいため、プローブ１３０や
カンチレバー１２４の温度変化は殆ど時間差無く金属膜
１５２と１５４の全体に伝わる。金属膜１５４の温度は
これに接触している熱電対１５８によって測定される。

【００３９】このように、本実施例の集積型ＳＰＭセン
サーは、ＳＰＭ測定中のピエゾ抵抗層の発熱によるプロ
ーブの温度変化が測定できる。これにより、熱ドリフト
のよるＳＰＭ測定の分解能の低下ひいては信頼性の悪化
を防ぐことができる。

【００４０】加えて、カンチレバー１２４は金属膜で覆
われているので、光学顕微鏡観察等による外部光が半導
体内部へ入射して光電効果により電流値が増加するよう
な現象が防止される。これにより、より信頼性の高いＳ
ＰＭ測定が可能になる。

【００４１】また本実施例では、前述の実施例とは異な
り、カンチレバーの上面に形成した金属膜には電圧を印
加していないので、ピエゾ抵抗層を流れる電流が金属膜
から影響を受けることはない。

【００４２】本実施例では、温度測定用の金属膜として
アルミニウムを用いたが、熱伝導率の良い金属であれば
他の材料を用いても一向に構わない。

【００４３】以上、実施例に沿って本発明について説明
したが、本発明は上述した実施例に限るものではなく、
発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々多くの変形
が可能である。

【００４４】ここで、本発明の要旨をまとめると以下の
ようになる。

【００４５】（１）＜第一実施例に対応＞支持部より延びる柔軟なカンチレバーと、カンチレバー
の歪みに応じて抵抗値が変化する、カンチレバーの一方
の面に設けられたほぼＵ字状の抵抗層で、その湾曲部は
先端部に位置し、端部は共に支持部まで延びていて、両
端には電圧が印加され、内部を流れる電流が測定される
抵抗層と、温度に応じて抵抗値が変化する、カンチレバ
ーの他方の面に設けられたほぼＵ字状の金属膜で、その
湾曲部は先端部に位置し、端部は共に支持部まで延びて
いて、両端には電圧が印加され、内部を流れる電流が測
定される金属膜とを備えている、集積型ＳＰＭセンサ
ー。

【００４６】（２）カンチレバーの一方の面すなわち抵
抗層が形成された面の先端部に更に探針を備えている前
項（１）に記載の集積型ＳＰＭセンサー。

【００４７】（３）カンチレバーの他方の面すなわち金
属膜が形成された面の先端部に更に探針を備えている前
項（１）に記載の集積型ＳＰＭセンサー。

【００４８】（４）＜第三実施例に対応＞支持部より延びる柔軟なカンチレバーと、カンチレバー
の歪みに応じて抵抗値が変化する、カンチレバーの一方
の面に設けられたほぼＵ字状の抵抗層で、その湾曲部は
先端部に位置し、端部は共に支持部まで延びていて、両
端には電圧が印加され、内部を流れる電流が測定される
抵抗層と、カンチレバーの他方の面と支持部の一部に設
けられた熱伝導性の良い金属膜で、支持部上の一部に熱
センサーに接触される金属膜とを備えている、集積型Ｓ
ＰＭセンサー。

【００４９】（５）カンチレバーの一方の面すなわち抵
抗層が形成された面の先端部に更に探針を備えている前
項（４）に記載の集積型ＳＰＭセンサー。

【００５０】（６）カンチレバーの他方の面すなわち金
属膜が形成された面の先端部に更に探針を備えている前
項（４）に記載の集積型ＳＰＭセンサー。

【００５１】（７）＜第二実施例に対応＞前項（１）に記載の集積型ＳＰＭセンサーの金属膜の両
端部の電圧を印加する電圧印加手段を有し、電圧印加手
段は、金属膜のそれぞれの端部に電位を与える電源と、
カンチレバー上での抵抗層と金属膜の電位差が好ましく
は最小となるように、抵抗層に印加される電圧に応じて
電源の電位を設定する手段をと含んでいて、金属膜を流
れる電流を測定し、その測定値に基づいてカンチレバー
の温度を求める手段を備えている温度測定回路。

【００５２】（８）電源は、大きさが等しく逆極性の電
位を金属膜の端部に与える正電圧源と負電圧源とを有し
ている前項（７）に記載の温度測定回路。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、集積型ＳＰＭセンサー
がカンチレバーの温度測定機能を有しているので、ＳＰ
Ｍ測定においてピエゾ抵抗層の発熱による熱ドリフトに
よる分解能の低下ひいては信頼性の悪化を防止すること
ができる。

【００５４】カンチレバーが金属膜で覆われているの
で、光学顕微鏡観察等による外部光の半導体内部への入
射を防ぎ、光電効果による電流値の増加が防がれる。こ
れによりＳＰＭ測定の信頼性が更に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の集積型ＳＰＭセンサーの構成を示
す図で、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその側断面図で
ある。

【図２】第一実施例の集積型ＳＰＭセンサーの構成を示
す図で、（Ａ）はその上面図、（Ｂ）はその下面図であ
る。

【図３】ｐｎ接合のＩ−Ｖ特性を説明するための図であ
る。

【図４】第二実施例の集積型ＳＰＭセンサーと温度測定
回路の構成を示す図である。

【図５】第三実施例の集積型ＳＰＭセンサーの構成を示
す図で、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）はその側断面図で
ある。

【図６】従来の集積型ＳＰＭセンサーの製造工程を説明
する図である。

【図７】従来の集積型ＳＰＭセンサーにおいて変位を測
定する回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

１１６…ピエゾ抵抗層、１２４…カンチレバー、１３２
…金属膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 37/28 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部より延びる柔軟なカンチレバー
と、カンチレバーの歪みに応じて抵抗値が変化する、カンチ
レバーの一方の面に設けられたほぼＵ字状の抵抗層で、
その湾曲部は先端部に位置し、端部は共に支持部まで延
びていて、両端には電圧が印加され、内部を流れる電流
が測定される抵抗層と、温度に応じて抵抗値が変化する、カンチレバーの他方の
面に設けられたほぼＵ字状の金属膜で、その湾曲部は先
端部に位置し、端部は共に支持部まで延びていて、両端
には電圧が印加され、内部を流れる電流が測定される金
属膜とを備えている、集積型ＳＰＭセンサー。
【請求項２】支持部より延びる柔軟なカンチレバー
と、カンチレバーの歪みに応じて抵抗値が変化する、カンチ
レバーの一方の面に設けられたほぼＵ字状の抵抗層で、
その湾曲部は先端部に位置し、端部は共に支持部まで延
びていて、両端には電圧が印加され、内部を流れる電流
が測定される抵抗層と、カンチレバーの他方の面と支持部の一部に設けられた熱
伝導性の良い金属膜で、支持部上の一部に温度センサー
に接触される金属膜とを備えている、集積型ＳＰＭセン
サー。
【請求項３】請求項（１）に記載の集積型ＳＰＭセン
サーの金属膜の両端部の電圧を印加する電圧印加手段を
有し、電圧印加手段は、金属膜のそれぞれの端部に電位
を与える電源と、カンチレバー上での抵抗層と金属膜の
電位差が好ましくは最小となるように、抵抗層に印加さ
れる電圧に応じて電源の電位を設定する手段をと含んで
いて、金属膜を流れる電流を測定し、その測定値に基づいてカ
ンチレバーの温度を求める手段を備えている温度測定回
路。