JPH08220116A

JPH08220116A - 集積型ｓｐｍセンサー

Info

Publication number: JPH08220116A
Application number: JP7023059A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Sakai; 信明酒井
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】カンチレバー部のねじれ変位とそり変位とを極
めて高精度に検出することが可能な集積型ＳＰＭセンサ
ーを提供する。【構成】カンチレバー部２５は、中央ビーム部２５ａ
と、中央ビーム部の両側に沿って延出した一対のサイド
ビーム部２５ｂ，２５ｃと、カンチレバー部の全域に亘
って形成された導電性のピエゾ抵抗層２７と、ピエゾ抵
抗層に流れる電流信号が中央ビーム部及び一対のサイド
ビーム部毎に夫々独立して検出されるように、中央ビー
ム部の固定端側のコンタクト部３１ａを介してピエゾ抵
抗層に電気的に接続した第１の電極２９ａと、一対のサ
イドビーム部の固定端側のコンタクト部３１ｂ，３１ｃ
を介して夫々ピエゾ抵抗層に電気的に接続した第２及び
第３の電極２９ｂ，２９ｃと、中央ビーム部に延出配置
され、自由端側のコンタクト部３１ｄを介してピエゾ抵
抗層に電気的に接続した第４の電極２９ｄとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、走査型プロー
ブ顕微鏡に用いる集積型ＳＰＭセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、導電性試料を原子オーダーの分解
能で観察できる装置として、走査型トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ;Scanning Tunneling Microscope）がビニッヒ（Bi
nnig）とローラー（Rohrer）らにより発明された。この
ＳＴＭでは、観察できる試料は導電性のものに限られて
いる。そこで、サーボ技術を始めとするＳＴＭの要素技
術を利用し、絶縁性の試料を原子オーダーの分解能で観
察できる装置として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ;Atomic Fo
rce Microsope ）が提案された。このＡＦＭは、例えば
特開昭６２−１３０３０２号公報に開示されている。

【０００３】ＡＦＭは、鋭く尖った突起部（探針部）を
自由端に持つカンチレバーを備えている。この探針部を
試料に近づけると、探針部先端の原子と試料表面の原子
との間に働く相互作用力（原子間力）によってカンチレ
バーの自由端が変位する。この自由端の変位を電気的あ
るいは光学的に測定しながら、探針を試料表面に沿って
走査することにより、試料の三次元的な情報を得てい
る。例えば、カンチレバーの自由端の変位を一定に保つ
ように探針試料間距離を制御しながら探針を走査する
と、探針先端は試料表面の凹凸に沿って移動するので、
探針先端の位置情報から試料の表面形状を示す三次元像
を得ることができる。

【０００４】ＡＦＭにおいて、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
自体に変位を測定できる機能を付加した集積型ＳＰＭセ
ンサーが「M ．Tortonese 」らにより提案されている。
この集積型ＳＰＭセンサーは、例えば「M.Toronese,H.Y
anada, R.C.Barrett and C.F.Quate, Transducers and
Sensors’91:Atomicforce microscopy using a piezore
sistive cantilever」やＰＣＴ出願ＷＯ９２／１２３９
８に開示されている。

【０００５】このような集積型ＳＰＭ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
動かす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。従来のＡＦＭでは、試料
をＸＹ方向に動かしてカンチレバー先端の探針との相対
的位置関係を変化させるため、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は、
このような試料の大きさの制限を取り除くことができる
という利点がある。

【０００６】以下、上述した集積型ＳＰＭセンサーの作
製方法について図４を参照して説明する。図４（ａ）に
示すように、シリコンウェハー３上に酸化シリコンの分
離層５を介してシリコン層７が設けられた例えば貼り合
わせシリコンウェハー１を用意する。次に、シリコン層
７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９を形成して、図４
（ｄ）に図示した形状にパターニングした後、表面を酸
化シリコン膜１１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開け、アルミニウムをスパッ
タリングして電極１３を形成する。

【０００７】更に、シリコンウェハー３の下側にレジス
ト層１５を形成し、このレジスト層１５をパターニング
して、図４（ｂ）に示すような開口を形成する。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、パターニングしたレジスト層１５をマスクとして用
い、湿式異方性エッチングによりシリコンウェハー３を
分離層５までエッチングし、最後にフッ酸でカンチレバ
ー部１７下部の分離層５をエッチングすることによっ
て、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、その自由端側で
連結した第１及び第２のビーム部１７ａ，１７ｂを有す
る集積型ＳＰＭセンサーが完成する。なお、図４（ｄ）
には、かかる集積型ＳＰＭセンサーの上面図が示されて
いる。

【０００８】このようにして作製した集積型ＳＰＭセン
サーでは、測定の際に、第１及び第２のビーム部１７
ａ，１７ｂの固定端側に設けられた２本の電極１３の間
に数ボルト以下のＤＣ電圧を印加し、カンチレバー部１
７の自由端を試料（図示しない）に接近させる。カンチ
レバー部１７の自由端と試料表面（図示しない）の原子
間に原子間力が作用すると、カンチレバー部１７が変位
する。これに応じてピエゾ抵抗層９の抵抗値が変化する
ことによって、カンチレバー部１７の変位が２本電極１
３の間に流れる電流信号として得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カンチレバ
ー部１７の変位には、一般的に、“ねじれ”による変位
と、通常の“そり”による変位とが存在する。しかしな
がら、従来の集積型ＳＰＭセンサーにおいては、カンチ
レバー部１７の変位を単に２本の電極１３の間に流れる
電流信号の変化としてとらえているため、かかる電流信
号の変化が、“ねじれ変位”に起因したものか、“そり
変位”に起因したものかの判別ができなかった。具体的
には、従来の集積型ＳＰＭセンサーでは、単に２本の電
極１３の間に流れる電流信号の変化をカンチレバー部１
７のそり変位として検出している。このため、ねじれ変
位とそり変位とが同時に発生している場合でも、検出さ
れる電流信号の変化は、そり変位としてとらえていた。
この結果、試料表面に対する高精度な測定を行うことが
できないという問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、ねじれ変位を電
流信号の変化（即ち、ＬＦＭ信号の変化）としてとらえ
ることを目的として、図２（ｃ）に示すように、第１及
び第２のビーム部１７ａ，１７ｂの間に第３のビーム部
１７ｃを備えた集積型ＳＰＭセンサーを考えてみる。な
お、同図の符号Ｒ₁ ，Ｒ₃ は、第１及び第２のビーム部
１７ａ，１７ｂのピエゾ抵抗層９（図４参照）の抵抗値
を示し、符号Ｒ₂ は、第３のビーム部１７ｃのピエゾ抵
抗層９の抵抗値を示しており、第１及び第２のビーム部
１７ａ，１７ｂには、電極１３を介して電源１９が接続
されている。また、第３のビーム部１７ｃの自由端側
は、第１及び第２の自由端と電気的に接続されており、
その固定端側は、アースされている。また、電源１９か
ら第１及び第２のビーム部１７ａ，１７ｂを経由して、
第３のビーム１７ｃに流れる電流信号（Ｉ₁ ，Ｉ₂ ）
は、第１及び第２のビーム部１７ａ，１７ｂの電気経路
中に配された電流計２１によって検出されるように構成
されている。

【００１１】このような構成において、いま、カンチレ
バー部１７が変位して、そり変位及びねじれ変位が発生
していると仮定する。カンチレバー部１７が変位する
と、ピエゾ抵抗層９（図４参照）の抵抗値が変化するた
め、ピエゾ抵抗層９を流れる電流信号（Ｉ₁ ，Ｉ₂ ）に
変化が生じる。このとき、電流計２１によって電流信号
（Ｉ₁ ，Ｉ₂ ）の変化を検出することによって、上記変
位が電気的にとらえられる。

【００１２】具体的には、ねじれ変位（ＬＦＭ信号）
は、電流信号の差“Ｉ₁ −Ｉ₂ ”によって規定され、ま
た、そり変位（ＡＦＭ信号）は、電流信号の和“Ｉ₁ ＋
Ｉ₂ ”によって規定される。

【００１３】ここで、カンチレバー部１７が変位した場
合において、電源１９から第１及び第２のビーム部１７
ａ，１７ｂを経由して、第３のビーム１７ｃに流れる電
流信号のうち、ねじれ変位に起因した電流信号を夫々Ｉ
_1N，Ｉ_2N、そり変位に起因した電流信号を夫々Ｉ_1S，Ｉ
_2Sとし、また、これ以外の要因に起因する電流信号を夫
々Ｉ₁₀，Ｉ₂₀とすると、カンチレバー部１７の変位に起
因して電気経路中を流れる電流信号（Ｉ₁ ，Ｉ₂ ）は、Ｉ₁ ＝Ｉ₁₀＋Ｉ_1N＋Ｉ_1S Ｉ₂ ＝Ｉ₂₀＋Ｉ_2N＋Ｉ_2S と表される。

【００１４】いま、ねじれ変位及びそり変位が発生しな
い初期状態では、電流信号（Ｉ₁₀，Ｉ₂₀）は、相互に同
レベルとみなされるため、Ｉ₁₀＝Ｉ₂₀＝Ｉ₀ と表すこと
ができる。また、そり変位のみが発生している場合にお
いて、第１及び第２のビーム部１７ａ，１７ｂのそり分
は相互に等しくなっているため、Ｉ_1S＝Ｉ_2S＝Ｉ_S と表
すことができる。

【００１５】このような条件の下で、ねじれ変位に対応
する電流信号の差“Ｉ₁ −Ｉ₂ ”と、そり変位に対応す
る電流信号の和“Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ”を演算すると、ねじれ変位＝Ｉ₁ −Ｉ₂ ＝Ｉ₀ ＋Ｉ_1N＋Ｉ_S −（Ｉ₀ ＋Ｉ_2N＋Ｉ_S ）＝Ｉ_1N−Ｉ_2N そり変位＝Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ＝Ｉ₀ ＋Ｉ_1N＋Ｉ_S ＋（Ｉ₀ ＋Ｉ_2N＋Ｉ_S ）＝２Ｉ₀ ＋２Ｉ_S ＋Ｉ_1N＋Ｉ_2N となる。

【００１６】この結果、従来では検出できなかったねじ
れ変位を検出することが可能となり、高精度に試料の表
面情報を測定することが可能となる。しかしながら、そ
り変位に対応する電流信号には、ねじれ分に相当する電
流信号（Ｉ_1N＋Ｉ_2N）が混入しているため、極めて高精
度な試料走査を行う場合、充分に満足できる測定結果を
得ることは困難である。このため、極めて高精度な試料
走査を行うことが可能な走査型ＳＰＭセンサーの開発が
望まれている。

【００１７】本発明は、このような要望に答えるべく成
されたものであり、その目的は、カンチレバー部のねじ
れ変位とそり変位とを極めて高精度に検出することが可
能な集積型ＳＰＭセンサーを提供することにある。

【００１８】このような目的を達成するために、本発明
は、自由端と固定端とを有しており、前記固定端が支持
されることによって、前記自由端が変位自在に構成され
たカンチレバー部を備えた集積型ＳＰＭセンサーであっ
て、前記カンチレバー部には、前記固定端から前記自由
端に向かって延出する中央ビーム部と、この中央ビーム
部の両側に配され且つ前記中央ビーム部に沿って延出
し、前記自由端において前記中央ビーム部と相互に接続
した一対のサイドビーム部と、前記カンチレバー部の全
域に亘って形成された導電性のピエゾ抵抗層とが設けら
れていると共に、前記ピエゾ抵抗層に流れる電流信号が
前記中央ビーム部及び一対のサイドビーム部毎に夫々独
立して検出されるように、前記中央ビーム部の固定端側
において前記ピエゾ抵抗層に電気的に接続した第１の電
極と、前記一対のサイドビーム部の固定端側において夫
々前記ピエゾ抵抗層に電気的に接続した第２及び第３の
電極と、前記カンチレバー部の所定部位において前記ピ
エゾ抵抗層に電気的に接続した第４の電極とが設けられ
ている。

【００１９】

【作用】本発明によれば、第１の電極から第４の電極に
亘って流れる電流信号を検出することによって、中央ビ
ーム部に流れる電流信号が検出され、同時に、第２及び
第３の電極から第４の電極に亘って流れる電流信号を検
出することによって、一対のサイドビーム部に流れる電
流信号が夫々独立して検出される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る集積型ＳＰＭ
センサーについて、図１ないし図３を参照して説明す
る。図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、本実施例
の集積型ＳＰＭセンサーは、自由端と支持部材２３に支
持された固定端とを有しており、この固定端が支持され
ることによって、自由端が変位自在に構成されたカンチ
レバー部２５を備えている。

【００２１】カンチレバー部２５には、固定端から自由
端に向かって延出する中央ビーム部２５ａと、この中央
ビーム部２５ａの両側に配され且つ中央ビーム部２５ａ
に沿って延出し、自由端において中央ビーム部２５ａと
相互に接続した一対のサイドビーム部２５ｂ，２５ｃ
と、カンチレバー部２５の全域に亘って形成された導電
性のピエゾ抵抗層２７とが設けられている。

【００２２】更に、ピエゾ抵抗層２７に流れる電流信号
が中央ビーム部２５ａ及び一対のサイドビーム部２５
ｂ，２５ｃ毎に夫々独立して検出されるように、中央ビ
ーム部２５ａの固定端側に形成されたコンタクト部３１
ａを介してピエゾ抵抗層２７に電気的に接続した第１の
電極２９ａと、一対のサイドビーム部２５ｂ，２５ｃの
固定端側に形成されたコンタクト部３１ｂ，３１ｃを介
して夫々ピエゾ抵抗層２７に電気的に接続した第２及び
第３の電極２９ｂ，２９ｃと、カンチレバー部２５の所
定部位においてピエゾ抵抗層２７に電気的に接続した第
４の電極２９ｄとが設けられている。

【００２３】この第４の電極２９ｄは、本実施例の場
合、中央ビーム部２５ａ上にこの中央ビーム部２５ａに
沿って延出配置されており、その自由端側に形成された
コンタクト部３１ｄ（図２（ａ）参照）を介してピエゾ
抵抗層２７に電気的に接続されている。

【００２４】図２（ａ）には、図１（ａ）の II-II線に
沿う断面図であって、カンチレバー部２５の中央ビーム
部２５ａの縦断面図が示されている。図２（ａ）に示す
ように、本実施例に適用されたカンチレバー部２５は、
シリコン層から成るレバー構造体部３３と、このレバー
構造体部３３上に形成されたピエゾ抵抗層２７と、この
ピエゾ抵抗層２７上に形成された絶縁層３５とを備えて
いる。なお、ピエゾ抵抗層２７は、シリコン層から成る
レバー構造体部３３の表面にボロン（Ｂ）をイオンイン
プランテーションすることによって形成されており、こ
のとき同時に、自由端に探針３７が形成される。

【００２５】また、図１（ａ）及び図２（ａ）に示され
た第１ないし第４の電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９
ｄは、夫々、絶縁層３５を削って形成されたコンタクト
部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを介してピエゾ抵抗
層２７に電気的に接続されている。従って、絶縁層３５
は、第１ないし第３の電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃの各
コンタクト部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ、及び、第４の電
極２９ｄのコンタクト部３１ｄ（即ち、探針３７の周
囲）を除くピエゾ抵抗層２７の全表面領域更にレバー構
造体部３３の側面上に被覆されている。

【００２６】また、第４の電極２９ｄは、中央ビーム部
２５ａの絶縁層３５の一部を覆うように、その固定端側
から自由端側へ延出形成されており、その自由端側にお
いて、探針３７を被覆している。

【００２７】このようなカンチレバー部２５の固定端
は、支持部材２３によって支持されており、この支持部
材２３は、両面に酸化シリコン層である絶縁層３９，４
１が形成されたシリコン基板４３によって構成されてい
る。

【００２８】次に、本実施例の集積型ＳＰＭセンサーの
動作について説明する。本実施例の集積型ＳＰＭセンサ
ーは、ピエゾ抵抗層に流れる電流信号が中央ビーム部２
５ａ及び一対のサイドビーム部２５ｂ，２５ｃ毎に夫々
独立して検出されるように、第１ないし第３の電極２９
ａ，２９ｂ，２９ｃは、夫々、第１ないし第３の電流計
４５ａ，４５ｂ，４５ｃを介して電源４７に接続されて
いると共に、第４の電極２９ｄは、アースされている。

【００２９】このため、電源４７によって、第４の電極
２９ｄと第１の電極２９ａ、第４の電極２９ｄと第２の
電極２９ｂ、第４の電極２９ｄと第３の電極２９ｃとの
間には、夫々、所定の電圧が印加されることになる。

【００３０】このとき、電源４７から第１ないし第３の
電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃを介してピエゾ抵抗層２７
に流れる電流信号は、第１ないし第３の電流計４５ａ，
４５ｂ，４５ｃによって、中央ビーム部２５ａ及び一対
のサイドビーム部２５ｂ，２５ｃ毎に夫々独立して検出
されることになる。

【００３１】試料（図示しない）の表面情報の測定の
際、カンチレバー部２５が変位した場合、その変位に
は、そり変位とねじれ変位とが含まれている。このよう
にカンチレバー部２５が変位すると、ピエゾ抵抗層２７
の抵抗値が変化するため、ピエゾ抵抗層２７に流れる電
流信号に変化が生じる。このとき、第１ないし第３の電
流計４５ａ，４５ｂ，４５ｃによって電流信号の変化を
検出することによって、カンチレバー部２５の変位（即
ち、そり変位及びねじれ変位）が電気的にとらえられる
ことになる。

【００３２】図１（ｂ）には、図１（ａ）に示された集
積型ＳＰＭセンサーの回路構成が示されているが、同図
の符号Ｒ₁ 及びＲ₃ は、一対のサイドビーム部２５ｂ，
２５ｃのピエゾ抵抗層２７の抵抗値を示し、符号Ｒ₂
は、中央ビーム部２５ａのピエゾ抵抗層２７の抵抗値を
示している。そして、同図では、カンチレバー部２５の
変位に対応して、中央ビーム部２５ａ及び一対のサイド
ビーム部２５ｂ，２５ｃのピエゾ抵抗層２７に、夫々、
Ｉ₂ 及びＩ₁ ，Ｉ₃ の電流信号が流れているものと仮定
する。

【００３３】このような条件の下、本実施例の集積型Ｓ
ＰＭセンサーにおいて、ねじれ変位（ＬＦＭ信号）は、
電流信号の差“Ｉ₁ −Ｉ₃ ”によって規定され、また、
そり変位（ＡＦＭ信号）は、電流信号の値“Ｉ₂ ”によ
って規定される。

【００３４】ここで、カンチレバー部２５が変位した場
合において、中央ビーム部２５ａに流れる電流信号Ｉ₂
のうち、ねじれ変位に起因した電流信号をＩ_2N、そり変
位に起因した電流信号をＩ_2Sとし、また、これ以外の要
因に起因する電流信号をＩ₂₀とする。一方、一対のサイ
ドビーム部２５ａ，２５ｂに流れる電流信号（Ｉ₁ ，Ｉ
₃ ）のうち、ねじれ変位に起因した電流信号を夫々
Ｉ_1N，Ｉ_3N、そり変位に起因した電流信号を夫々Ｉ_1S，
Ｉ_3Sとし、また、これ以外の要因に起因する電流信号を
夫々Ｉ₁₀，Ｉ₃₀とする。

【００３５】このとき、中央ビーム部２５ａを流れる電
流信号Ｉ₂ 、及び、一対のサイドビーム部２５ｂ，２５
ｃを流れる電流信号Ｉ₁ ，Ｉ₃ は、Ｉ₁ ＝Ｉ₁₀＋Ｉ_1N＋Ｉ_1S Ｉ₂ ＝Ｉ₂₀＋Ｉ_2N＋Ｉ_2S Ｉ₃ ＝Ｉ₃₀＋Ｉ_3N＋Ｉ_3S と表される。

【００３６】いま、ねじれ変位及びそり変位が発生しな
い初期状態では、電流信号（Ｉ₁₀，Ｉ₂₀，Ｉ₃₀）は、相
互に同レベルとみなされるため、Ｉ₁₀＝Ｉ₂₀＝Ｉ₃₀＝Ｉ
₀ と表すことができる。また、そり変位のみが発生して
いる場合において、中央ビーム部２５ａ及び一対のサイ
ドビーム部２５ｂ，２５ｃのそり分は相互に等しくなっ
ているため、Ｉ_1S＝Ｉ_2S＝Ｉ_3S＝Ｉ_S と表すことができ
る。

【００３７】このような条件の下で、ねじれ変位に対応
する電流信号の差“Ｉ₁ −Ｉ₃ ”を演算すると、ねじれ変位＝Ｉ₁ −Ｉ₃ ＝Ｉ₀ ＋Ｉ_1N＋Ｉ_S −（Ｉ₀ ＋Ｉ_3N＋Ｉ_S ）＝Ｉ_1N−Ｉ_3N となる。

【００３８】また、中央ビーム部２５ａは、ねじれ変位
が起こり難い状態にあるため、ねじれ変位に起因した電
流信号Ｉ_2Nは、極めて小さな値（Ｉ_S ＞＞Ｉ_2N）とな
る。この結果、電流信号Ｉ_2Nの値は、計算上無視するこ
とができる。この結果、上記条件の下で、そり変位に対
応する電流信号の値“Ｉ₂ ”は、そり変位＝Ｉ₂ ＝Ｉ₀ ＋Ｉ_S となる。

【００３９】この結果、カンチレバー部２５のねじれ変
位（ＬＦＭ信号）とそり変位（ＡＦＭ信号）とを夫々極
めて高精度に検出できることが判明した。このように本
実施例の集積型ＳＰＭセンサーは、中央ビーム部２５ａ
及び一対のサイドビーム部２５ｂ，２５ｃのピエゾ抵抗
層２７に流れる電流信号を夫々独立して検出できるよう
に構成されているため、中央ビーム部２５ａ及び一対の
サイドビーム部２５ｂ，２５ｃの変位を夫々独立して検
出することが可能となる。この結果、カンチレバー部２
５のねじれ変位（ＬＦＭ信号）とそり変位（ＡＦＭ信
号）とを夫々極めて高精度に検出できることができる。

【００４０】また、本実施例に適用された第４の電極２
９ｄは、アースされているため、探針３７付近の電位が
接地電位（即ち、０［Ｖ］）に維持させることができ
る。この結果、試料表面と探針３７との間に働く静電力
を除去することができるため、測定精度を一定レベルに
維持させることが可能となる。

【００４１】なお、本実施例に適用された電源４７とし
ては、直流電圧電源又は交流電圧電源のいずれを用いて
もよい。また、第４の電極２９ｄは、上述した実施例で
は、中央ビーム部２５ａの探針３７側の面上に配置して
いるが、例えば、中央ビーム部２５ａの裏面（即ち、探
針３７が設けられている面とは反対側の面）上に配置さ
せてもよい。更に、第４の電極２９ｄは、一対のサイド
ビーム２５ｂ，２５ｃのいずれかの面上に配置させるこ
とも可能である。

【００４２】また、中央ビーム部２５ａは、カンチレバ
ー部２５のねじれ変位を許容範囲内に抑制するように、
その幅を一対のサイドビーム部２５ｂ，２５ｃの幅より
も拡大して構成することも好ましい。

【００４３】次に、上述した構成効果を有する本実施例
の集積型ＳＰＭセンサーの製造方法について、図３を参
照して簡単に説明する。なお、下記の説明では、探針３
７を製造するプロセスは省略している。

【００４４】図３に示すように、シリコン基板４３上に
酸化シリコンの分離層３９を介してシリコン層３３が設
けられた例えば貼り合わせシリコンウェハーを用意す
る。次にシリコン基板４３の下面に酸化膜４１を形成
し、且つ、シリコン層３３の上面に酸化膜４９を形成し
た後、シリコン層３３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２
７を形成する（同図（ａ）参照）。

【００４５】シリコン層３３とピエゾ抵抗層２７を同図
（ｂ）の形状にパターニングした後、表面全体を絶縁層
として機能する酸化シリコン膜３５で被覆する（同図
（ｂ）参照）。

【００４６】次に、カンチレバー部２５の固定端側と自
由端側に対応する部分に、ボンディング用の穴を開けた
後、この穴の部分に金属をスパッタリングして第１ない
し第４の電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄを形成す
る（同図（ｃ）及び図１（ａ）参照）。

【００４７】続いて、オーミックコンタクトをとるため
に、同図（ｂ）の形状になっているシリコンウェハーに
対して熱処理を施した後、第１ないし第４の電極２９
ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄを保護するために、これら
電極の表面をポリイミド５１で被覆する。そして、酸化
膜４１をマスクとして用い、湿式異方性エッチングによ
りシリコン基板４３を分離層３９までエッチングする
（同図（ｄ）参照）。

【００４８】最後に、フッ酸でカンチレバー部２５下部
の分離層３９をエッチングすることによって、中央ビー
ム部２５ａ及び一対のサイドビーム部２５ｂ，２５ｃを
有する集積型ＳＰＭセンサーが完成する（同図（ｅ）及
び図１（ａ）参照）。

【００４９】

【発明の効果】本発明の集積型ＳＰＭセンサーは、中央
ビーム部及び一対のサイドビーム部のピエゾ抵抗層に流
れる電流信号を夫々独立して検出できるように構成され
ているため、中央ビーム部及び一対のサイドビーム部の
変位を夫々独立して検出することが可能となる。この結
果、カンチレバー部のねじれ変位（ＬＦＭ信号）とそり
変位（ＡＦＭ信号）とを夫々極めて高精度に検出できる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の一実施例に係る集積型ＳＰ
Ｍセンサーの構成を概略的に示す平面図、（ｂ）は、本
発明の一実施例に係る集積型ＳＰＭセンサーの回路構成
を概略的に示す図。

【図２】（ａ）は、図１（ａ）に示す II-II線に沿う断
面図、（ｂ）は、図２（ａ）の矢印ｂ方向から見たカン
チレバー部の自由端側の側面図、（ｃ）は、本発明の一
実施例に係る集積型ＳＰＭセンサーの基本原理の回路構
成を概略的に示す図。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は、夫々、本発明の一実施例に
係る集積型ＳＰＭセンサーの製造プロセスを示す図。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、夫々、従来の集積型ＳＰＭ
センサーの製造プロセスを示す図。

【符号の説明】

２５…カンチレバー部、２５ａ…中央ビーム部、２５
ｂ，２５ｃ…サイドビーム部、２７…ピエゾ抵抗層、２
９ａ…第１の電極、２９ｂ…第２の電極、２９ｃ…第３
の電極、２９ｄ…第４の電極、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
…コンタクト部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自由端と固定端とを有しており、前記固
定端が支持されることによって、前記自由端が変位自在
に構成されたカンチレバー部を備えた集積型ＳＰＭセン
サーであって、前記カンチレバー部には、前記固定端から前記自由端に
向かって延出する中央ビーム部と、この中央ビーム部の
両側に配され且つ前記中央ビーム部に沿って延出し、前
記自由端において前記中央ビーム部と相互に接続した一
対のサイドビーム部と、前記カンチレバー部の全域に亘
って形成された導電性のピエゾ抵抗層とが設けられてい
ると共に、前記ピエゾ抵抗層に流れる電流信号が前記中
央ビーム部及び一対のサイドビーム部毎に夫々独立して
検出されるように、前記中央ビーム部の固定端側におい
て前記ピエゾ抵抗層に電気的に接続した第１の電極と、
前記一対のサイドビーム部の固定端側において夫々前記
ピエゾ抵抗層に電気的に接続した第２及び第３の電極
と、前記カンチレバー部の所定部位において前記ピエゾ
抵抗層に電気的に接続した第４の電極とが設けられてい
ることを特徴とする集積型ＳＰＭセンサー。
【請求項２】前記第４の電極は、前記中央ビーム部上
にこの中央ビーム部に沿って延出配置されており、前記
自由端側において、前記ピエゾ抵抗層に電気的に接続し
ていることを特徴とする請求項１に記載の集積型ＳＰＭ
センサー。
【請求項３】前記中央ビーム部は、前記カンチレバー
部のねじれ変位を許容範囲内に抑制するように、その幅
が前記一対のサイドビーム部の幅よりも拡大されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の集積型ＳＰＭ
センサー。