JPH085642A

JPH085642A - 集積型多機能ｓｐｍセンサー

Info

Publication number: JPH085642A
Application number: JP14194394A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Kamiya; 宜孝神谷
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】適宜選択的にＡＦＭ測定、ＳＴＭ測定、ＳＮＯ
Ｍ測定が可能であると共に、ＡＦＭとＳＮＯＭの同時測
定が可能な簡単且つコンパクトな集積型多機能ＳＰＭセ
ンサーを提供する。【構成】自由端に探針１５ａを有するカンチレバー部２
７と、このカンチレバー部の基端を支持する支持部２９
と、カンチレバー部に設けられ、電極１７を介して直流
定電圧電源３３に接続されたピエゾ抵抗層１５と、カン
チレバー部に設けられ、電極２５を介して直流定電圧電
源３７に接続されたピエゾ抵抗層２３と、探針を測定試
料に対して走査させる際、各ピエゾ抵抗層に流れる電流
値の変化を検出する電流計測定用オペアンプ３５，３９
と、これらオペアンプによって検出された電流値変化に
基づいて、測定試料の表面情報を算出して出力する演算
回路４１とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、適宜選択的にＡＦＭ測
定、ＳＴＭ測定、ＳＮＯＭ測定が可能であると共に、Ａ
ＦＭとＳＮＯＭの同時測定が可能な集積型多機能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（ＩＢＭ、G.Binnig、サ
ンプル表面の像を形成する方法及び装置）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ＡＦＭセ
ンサーが「M ．Tortonese 」らにより提案されている。
この集積型ＡＦＭセンサーは、例えば「M.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ＷＯ９２／１２３
９８に開示されている。

【０００５】測定原理としては、圧電抵抗効果を利用し
ている。即ち、探針先端を測定試料に接近させると、探
針と試料間に働く相互作用によってカンチレバーがたわ
んで歪みを生じる。カンチレバーには、抵抗層が積層さ
れており、カンチレバーの歪みに応じて、その抵抗値が
変化する。従って、抵抗層に対して電極部から定電圧を
印加しておけば、カンチレバーの歪み量に応じて抵抗層
を流れる電流値が変化する。このとき、かかる電流値の
変化を検出することによって、カンチレバーの変位量を
検出することができる。

【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
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。

【０００７】１９８０年代後半以降、エバネッセント波
を用いることにより回折限界を超える分解能を有する光
学顕微鏡が提案されている。この顕微鏡は、近視野顕微
鏡(ＳＮＯＭ；Scanning near field optical microscop
e) と呼ばれている。

【０００８】このＳＮＯＭは、“波長より小さい寸法の
領域に局在し、自由空間を伝搬しない”というエバネッ
セント波の特性を利用したものである。実際のＳＮＯＭ
測定において、まず、微小物体（即ち、測定試料）の表
面近傍に局在するエバネッセント光に対して光ピックア
ップ（即ち、プロ―ブ）を接触させることで散乱させて
伝搬光（即ち、散乱光）に変換する。そして、この散乱
光を検出して散乱光強度の地図を作製することによっ
て、微小物体に対する解像が成される。

【０００９】次に、一般的なＳＮＯＭ装置について説明
する。測定試料は、３次元移動ステージに倒立配置され
たプリズム上に載置されており、このプリズムの試料載
置面に対して、半導体レーザー光を全反射条件を満たす
角度で入射させる。この結果、測定試料の表面近傍にエ
バネッセント光が発生する。

【００１０】このとき、先端が尖鋭化された光ファイバ
ープローブを測定試料表面に近付けると、エバネッセン
ト光が散乱光に変換される。この散乱光は、光ファイバ
ープローブを介して光検出器に導光され、その散乱光強
度が検出される。

【００１１】光検出器によって検出された散乱光は、そ
の光強度変化に対応した散乱光強度信号に変換され、そ
の散乱光強度信号がＺ位置制御機構に出力される。Ｚ位
置制御機構は、散乱光強度信号に基づいて、３次元移動
ステージをＺ方向に移動制御して、測定試料を光ファイ
バープローブの先端近傍に固定する。

【００１２】このような状態において、マイクロコンピ
ュータがＸ／Ｙ走査装置を介して３次元移動ステージを
Ｘ／Ｙ移動制御する。この結果、光ファイバープローブ
は、測定試料に対して相対的にＸＹ走査される。

【００１３】このとき、測定試料の表面近傍に発生して
いるエバネッセント光は、光ファイバープローブによっ
て散乱光に変換される。この散乱光は、光検出器によっ
て散乱光強度に対応する電気信号に変換された後、雑音
やバックグランド除去等の画像処理が施され、ＳＮＯＭ
画像として表示される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような集積型ＡＦＭセンサーは、ＡＦＭ測定とＳＴＭ
測定にのみ有効であると共に、例えば光学顕微鏡観察時
に集積型ＡＦＭセンサーに光を照射する場合、フォトダ
イオードにおけるＰＮ接合と同様の関係にあるピエゾ抵
抗層とシリコン層からは自由な正孔と電子が発生し、こ
れに伴う光起電力が発生する。即ち、検出されるカンチ
レバーの変位は、光による測定誤差を含むものとなる
が、この光による測定誤差に対するカンチレバー側の配
慮は全くされていない。

【００１５】また、従来のＳＮＯＭでは、プローブ先端
の尖鋭化処理が施されていないだけでなく、プローブの
変位検出機構も設けられていないため、ＡＦＭ測定を行
うことができず、また、ＡＦＭとＳＮＯＭの同時測定を
行うこともできなかった。

【００１６】更に、プローブと試料表面との距離を一定
に保つためのサーボ制御は、ＳＮＯＭ信号のみに依存し
ているため、プローブと試料表面との距離を一定に保つ
ことが困難であった。このため、高分解能化の達成が困
難になっている。

【００１７】本発明は、このような課題を解決するため
になされており、その目的は、適宜選択的にＡＦＭ測
定、ＳＴＭ測定、ＳＮＯＭ測定が可能であると共に、Ａ
ＦＭとＳＮＯＭの同時測定が可能な簡単且つコンパクト
な集積型多機能ＳＰＭセンサーを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１に係る集積型多機能ＳＰＭセンサー
は、自由端に探針を有するカンチレバー部と、このカン
チレバー部の基端を支持する支持部と、カンチレバー部
に設けられ、所定の電圧が印加された第１の導電層と、
カンチレバー部に設けられ、所定の電圧が印加された第
２の導電層と、前記探針を測定試料に対して走査させる
際に生じる前記第１及び第２の導電層に流れる電流値の
変化を検出する検出手段と、この検出手段によって検出
された電流値変化に基づいて、測定試料の表面情報を算
出して出力する演算回路とを備える。また、請求項２に
係る集積型多機能ＳＰＭセンサーは、前記第１及び第２
の導電層のいずれか一方が、光の強度に反応して信号を
発生する。

【００１９】

【作用】請求項１によれば、探針を測定試料に対して走
査させると、第１及び第２の導電層に流れる電流値が変
化する。この電流値変化は検出手段によって検出され、
その検出結果に基づいて、演算回路は測定試料の表面情
報を算出して出力する。

【００２０】また、請求項２によれば、探針を測定試料
に対して走査させると、第１の導電層は、光に反応して
電流値を変化させ、第２の導電層は、カンチレバー部の
変位に反応して電流値を変化させる。

【００２１】

【実施例】以下、集積型多機能ＳＰＭセンサーの作製方
法について説明した後、この集積型多機能ＳＰＭセンサ
ーを適用した各実施例について説明を加える。図１に
は、集積型多機能ＳＰＭセンサーの作製方法が示されて
いる。

【００２２】図１（ａ）に示すように、まず、シリコン
ウェハ１を用意する。そして、このシリコンウェハ１の
一側面上に、順に、第１の酸化シリコン分離層３、第１
のシリコン層５、第２の酸化シリコン分離層７、第２の
シリコン層９を積層させる。そして、第２のシリコン層
９の表面上及びシリコンウェハ１の他側面上に第１の酸
化シリコン層１１を積層させる。

【００２３】次に、図２に示すような形状にパターニン
グした後、図１（ｂ）に示すように、第２のシリコン層
９及び第１の酸化シリコン分離層３の表面全体を第２の
酸化シリコン層１３で被覆する。そして、シリコンウェ
ハ１に対してエッチングが施せるように、シリコンウェ
ハ１の他側面上に積層された第１の酸化シリコン層１１
を一部除去する。

【００２４】次に、図１（ｃ）に示すように、第２のシ
リコン層９の極表面（第２の酸化シリコン層１３に対面
した側の表面）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１５を形成する。
続いて、第２の酸化シリコン層１３の基端側（カンチレ
バー部２７の基端となる側）にコンタクトホール１３ａ
を形成する。そして、このコンタクトホール１３ａ部分
に、例えば、アルミニウム等の金属をスパッタリングし
て電極１７を形成した後、オーミック接触状態となるよ
うに、熱処理が施される。この結果、電極１７は、コン
タクトホール１３ａを介してピエゾ抵抗層１５に電気的
に接続されることになる。

【００２５】続いて、電極１７を保護するために、電極
１７及び第２の酸化シリコン層１３の表面全体をポリイ
ミド１９で被覆する。この後、上記のように一部が除去
された第１の酸化シリコン層１１をマスクとして、湿式
異方性エッチングによってシリコンウェハ１を第１の酸
化シリコン分離層３までエッチング（即ち、後述するカ
ンチレバー部２７及びこのカンチレバー部２７の基端を
支持する支持部２９が残留するようにエッチング）す
る。続いて、このエッチングが施された部分の全表面を
第３の酸化シリコン層２１で被覆する。

【００２６】次に、第３の酸化シリコン層２１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２３を形成する。続いて、第３のシリコン
層２１にコンタクトホール２１ａを形成する。更に、こ
のコンタクトホール２１ａ部分に、例えばアルミニウム
等の金属をスパッタリングして電極２５を形成する。こ
の結果、電極２５は、コンタクトホール２１ａを介して
ピエゾ抵抗層２３に電気的に接続される。この後、第３
の酸化シリコン層２１を保護するために、電極２５，カ
ンチレバー部２７及び支持部２９を覆うように、ポリイ
ミド３１を塗布する。

【００２７】最後に、図１（ｄ）に示すように、カンチ
レバー部２７の先端が自由端となるように、フッ酸で第
３の酸化シリコン層２１の一部を除去した後、ポリイミ
ド１９，３１を除去する。この結果、集積型ＳＰＭセン
サーが完成する。

【００２８】次に、このようなプロセスを経て作製され
た集積型多機能ＳＰＭセンサーを適用した第１の実施例
について、図２ないし図４を参照して説明する。なお、
本実施例の説明に際し、上述したプロセスを経て作製さ
れた集積型多機能ＳＰＭセンサー（図１（ｄ）参照）と
同一の構成には、同一符号を付してその説明を省略す
る。

【００２９】図２には、本実施例の集積型多機能ＳＰＭ
センサーの表面側の構成が概略的に示されており、図３
には、本実施例の集積型多機能ＳＰＭセンサーの裏面側
の構成が概略的に示されている。また、図４（ａ）に
は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図が、図４（ｂ）には、
図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図が、図４（ｃ）には、図２
のＣ−Ｃ線に沿う断面図が夫々示されている。

【００３０】図４（ｂ）に示すように、中抜き形状のカ
ンチレバー部２７の先端には、ピエゾ抵抗層１５から連
接し且つ第２の酸化シリコン層１３に開口した開口部１
３ｂから突出した探針１５ａが突設されている。また、
集積型多機能ＳＰＭセンサーの表裏面側に夫々形成され
たピエゾ抵抗層１５，２３は、カンチレバー部２７の長
手方向に沿って形成されている第２の酸化シリコン分離
層７によって電気的に絶縁されている。

【００３１】図２及び図４（ｃ）に示すように、一方の
電極１７には、直流定電圧電源３３が接続され、他方の
電極１７には、電流測定用オペアンプ３５が接続されて
おり、このオペアンプ３５の出力端は演算回路４１に接
続されている。また、カンチレバー部２７がＺ方向に反
った時、その反り量（変位量）をピエゾ抵抗層１５，２
３の抵抗値の変化を利用して検出するために、また、探
針１５ａがエバネッセント光に接した時、発生した散乱
光の光強度をフォトダイオードの原理を利用して検出す
るために、上記２つの電極１７の間に一定の電位差が与
えられるように、例えば、一方の電極１７に＋数Ｖの電
圧を印加し、且つ、他方の電極１７をアースする。

【００３２】このような構成によれば、ピエゾ抵抗層１
５に流れる電流値は、カンチレバー部２７が変位したと
き、その変位量に対応して変化する。この電流変化は、
オペアンプ３５によって検出することができる。そし
て、オペアンプ３５から電流変化に対応した電気信号が
出力される。この電気信号は、演算回路４１に入力さ
れ、ここで所定の演算が施され、ＡＦＭ信号として出力
される。この結果、ＡＦＭ測定を行うことが可能とな
る。

【００３３】更に、図２及び図４（ｃ）に示すような構
成によれば、カンチレバー２７と測定試料（図示しな
い）との間にバイアス電圧を印加し、探針１５ａと測定
試料との間に流れるトンネル電流の値をオペアンプ３５
によって検出し、このトンネル電流値が一定になるよう
に、探針１５ａを測定試料に沿って走査させることによ
ってＳＴＭ測定を行うことが可能となる。

【００３４】また、図３及び図４（ｃ）に示すように、
一方の電極２５には、直流定電圧電源３７が接続され、
他方の電極２５には、電流測定用オペアンプ３９が接続
されており、このオペアンプ３９の出力端は演算回路４
１に接続されている。また、カンチレバー部２７がＺ方
向に反った時、その反り量（変位量）を検出するため
に、上記２つの電極２５の間に電位差が与えれるよう
に、例えば、一方の電極２５に＋数Ｖの電圧を印加し、
且つ、他方の電極２５をアースする。

【００３５】このような構成によれば、ピエゾ抵抗層２
３に流れる電流値は、カンチレバー部２７が変位したと
き、その変位量に対応して変化する。この電流変化は、
オペアンプ３９によって検出することができる。そし
て、オペアンプ３９から電流変化に対応した電気信号が
出力される。この電気信号は、演算回路４１に入力さ
れ、ここで所定の演算が施され、ＡＦＭ信号として出力
される。この結果、ＡＦＭ測定を行うことが可能とな
る。

【００３６】更にまた、上記オペアンプ３５，３９の出
力端が接続された演算回路４１には、２つのピエゾ抵抗
層１５，２３に流れる電流値に対応した電気信号が入力
されている。このため、これら電気信号に対して差演算
を施すことによって、ＳＮＯＭ信号を得ることができ、
結果、ＳＮＯＭ測定を行うことが可能となる。

【００３７】このように本実施例によれば、カンチレバ
ー部２７の長手方向に２層に亘ってピエゾ抵抗層１５，
２３を設けたことによって、適宜選択的にＡＦＭ測定、
ＳＴＭ測定、ＳＮＯＭ測定が可能であると共に、ＡＦＭ
とＳＮＯＭの同時測定が可能となる。

【００３８】また、ピエゾ抵抗層１５，２３は、通常の
イオンインプランテーションによって簡単に形成するこ
とができるため、カンチレバー部２７の構造を複雑化さ
せることもない。

【００３９】更に、エバネッセント光の光強度を検出す
る機能を探針１５ａ自身に持たせることによって、従来
のＳＮＯＭ装置に比べて格段に小型化でき、装置構成も
簡易なものとなる。

【００４０】更にまた、反射率が高く且つ放熱特性に優
れた材料で電極１７，２５を形成することによって、例
えば光学顕微鏡観察時やカンチレバー部２７の光学的変
位検出時において、ピエゾ抵抗層１５，２３に不要な電
流が流れるのを防止できる。この結果、ピエゾ抵抗層１
５，２３の発熱に起因した測定誤差等の影響を受けるこ
と無く、高精度に光学顕微鏡観察や光学的変位検出を行
うことができる。

【００４１】次に、本発明の第２の実施例に係る集積型
多機能ＳＰＭセンサーについて、図５ないし図７を参照
して説明する。なお、本実施例の説明に際し、上述した
プロセスを経て作製された集積型多機能ＳＰＭセンサー
（図１（ｄ）参照）と同一の構成には、同一符号を付し
てその説明を省略する。

【００４２】図５には、本実施例の集積型多機能ＳＰＭ
センサーの表面側の構成が概略的に示されており、図６
には、本実施例の集積型多機能ＳＰＭセンサーの裏面側
の構成が概略的に示されている。また、図７（ａ）に
は、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図が、図７（ｂ）には、
図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図が、図７（ｃ）には、図５
のＣ−Ｃ線に沿う断面図が夫々示されている。

【００４３】本実施例は、第１の実施例に適用した電極
１７，２５の改良に係り、他の構成は第１の実施例と同
様である。なお、本実施例には、中抜き形状ではなく且
つ単体の１本のカンチレバー部２７が適用されている。

【００４４】ここで、仮に集積型ＳＰＭ多機能センサー
の表面側に設けられた電極１７を第１及び第２の電極１
７ａ，１７ｂ（図５参照）とし、また、集積型多機能Ｓ
ＰＭセンサーの裏面側に設けられた電極２５を第１及び
第２の電極２５ａ，２５ｂ（図６参照）とする。

【００４５】図５及び図７に示すように、第１の電極１
７ａは、支持部２９からカンチレバー部２７の先端に亘
って延出しており、第２の酸化シリコン層１３の先端側
（カンチレバー部２７の自由端側）に形成されたコンタ
クトホール１３ｃを介してピエゾ抵抗層１５に電気的に
接続されている。

【００４６】第２の電極１７ｂは、支持部２９上に設け
られ、第２の酸化シリコン層１３の基端側（カンチレバ
ー部２７の基端側）に形成されたコンタクトホール１３
ａを介してピエゾ抵抗層１５に電気的に接続されてい
る。なお、探針１５ａは、第１の電極１７ａに形成され
た開口部１７ｃを介してカンチレバー部２７の先端に突
設されている。

【００４７】図６及び図７に示すように、第１の電極２
５ａは、支持部２９上に設けられ、第３のシリコン層２
１に形成されたコンタクトホール２１ａを介してピエゾ
抵抗層２３に電気的に接続されている。

【００４８】第２の電極２５ｂは、支持部２９からカン
チレバー部２７の先端に亘って延出しており、第３の酸
化シリコン層２１の先端側（カンチレバー部２７の自由
端側）に形成されたコンタクトホール２１ｂを介してピ
エゾ抵抗層１５に電気的に接続されている。

【００４９】このような構成によれば、第１の実施例と
同様の作用効果を奏することが可能となる。なお、作用
効果についての説明は、既に第１の実施例で説明した通
りであるため、その説明は省略する。

【００５０】なお、本実施例において、カンチレバー部
２７を３本設けて、各カンチレバー部２７に夫々ピエゾ
抵抗層１５を形成すると共に、集積型ＳＰＭセンサーの
裏面側に形成されたピエゾ抵抗層を例えば特開平５−０
６３５４７号公報に開示されたように構成することも好
ましい。このような構成によれば、上述した実施例の作
用効果と共に、更にカンチレバー部２７のねじれ検出も
可能となる。この結果、ＬＦＭ (Lateral Force Micros
ope)測定も同時に行うことが可能となり、更に多機能化
が実現される。

【００５１】次に、本発明の第３の実施例に係る集積型
多機能ＳＰＭセンサーについて、図８（ａ）を参照して
説明する。なお、本実施例の説明に際し、上述したプロ
セスを経て作製された集積型多機能ＳＰＭセンサー（図
１（ｄ）参照）と同一の構成には、同一符号を付してそ
の説明を省略する。

【００５２】図８（ａ）に示すように、本実施例には、
中抜き形状のカンチレバー部２７が適用されており、集
積型多機能ＳＰＭセンサーの表面側に設けられた電極１
７は、支持部２９からカンチレバー部２７に亘って延出
している。

【００５３】本実施例に適用されたピエゾ抵抗層１５
は、カンチレバー部２７の自由端に設けられた探針１５
ａ（図２参照）及びこの探針１５ａの近傍領域にのみ形
成されている。このピエゾ抵抗層１５は、第２の酸化シ
リコン層１３の先端側（カンチレバー部２７の自由端
側）に形成されたコンタクトホール１３ａを介して電極
１７に電気的に接続されている。

【００５４】一方、集積型多機能ＳＰＭセンサーの裏面
側には、上述した実施例では適用されたような例えばピ
エゾ抵抗層２３や電極２５は形成されていない。このよ
うな構成において、エバネッセント光を検出するため
に、上記２つの電極１７の間に電位差が与えられるよう
に、例えば、一方の電極１７に＋数Ｖの電圧を印加し、
且つ、他方の電極１７をアースする。

【００５５】なお、ピエゾ抵抗層１５に流れる電流の変
化量は、第１の実施例と同様に、オペアンプ（図２参
照）によって検出する。本実施例によれば、ピエゾ抵抗
層１５を探針１５ａ及びこの探針１５ａの近傍領域にの
み形成したため、ＳＮＯＭ信号のみを高精度に検出する
ことが可能となる。更に、カンチレバー部２７に対する
ピエゾ抵抗層１５自体の占有率を減少させることができ
るため、ピエゾ抵抗層１５の発熱に起因する測定誤差等
の影響を減少させることができる。更にまた、本実施例
によれば、集積型多機能ＳＰＭセンサーの表面側にのみ
ピエゾ抵抗層１５を形成するだけでＳＮＯＭ信号を検出
することができるため、センサー全体の構造が簡略化で
き、作製プロセスも減少され且つコスト低減にもつなが
る。

【００５６】次に、本発明の第４の実施例に係る集積型
多機能ＳＰＭセンサーについて、図８（ｂ），（ｃ）を
参照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、上述
したプロセスを経て作製された集積型多機能ＳＰＭセン
サー（図１（ｄ）参照）と同一の構成には、同一符号を
付してその説明を省略する。

【００５７】図８（ｂ）に示すように、本実施例には、
中抜き形状のカンチレバー部２７が適用されており、集
積型多機能ＳＰＭセンサーの表面側に設けられた電極１
７は、支持部２９からカンチレバー部２７に亘って延出
している。

【００５８】図８（ｃ）に示すように、本実施例に適用
されたピエゾ抵抗層１５は、カンチレバー部２７の自由
端に設けられた探針１５ａ及びこの探針１５ａの近傍領
域にのみ形成されている。このピエゾ抵抗層１５は、第
２の酸化シリコン層１３の先端側（カンチレバー部２７
の自由端側）に形成されたコンタクトホール１３ａを介
して電極１７に電気的に接続されている。

【００５９】一方、集積型多機能ＳＰＭセンサーの裏面
側には、カンチレバー部２７の自由端まで延出した電極
２５が設けられており、この電極２５は、第３の酸化シ
リコン層２１に形成されたコンタクトホール２１ａを介
して第１のシリコン層５に電気的に接続されている。

【００６０】このような構成において、エバネッセント
光を検出するために、上記２つの電極１７，２５の間に
電位差が与えられるように、例えば、一方の電極２５に
＋数Ｖの電圧を印加し、且つ、他方の電極１７をアース
する。なお、ピエゾ抵抗層１５に流れる電流の変化量
は、第１の実施例と同様に、オペアンプ（図２参照）に
よって検出する。

【００６１】本実施例によれば、上記第３の実施例の作
用効果に加えて、更に、電極２５を反射率の高い材料で
形成することによって、例えば光学顕微鏡観察時やカン
チレバー部２７の光学的変位検出時において、ピエゾ抵
抗層１５に不要な電流が流れるのを防止できる。この結
果、ピエゾ抵抗層１５の発熱に起因した測定誤差等の影
響を受けること無く、高精度に光学顕微鏡観察や光学的
変位検出を行うことができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、探針を測定試料に対し
て走査させる際、カンチレバー部に設けられた第１及び
第２の導電層に流れる電流値の変化を検出する検出手段
と、この電流値変化に基づいて、測定試料の表面情報を
算出して出力する演算回路とを備えているため、適宜選
択的にＡＦＭ測定、ＳＴＭ測定、ＳＮＯＭ測定が可能で
あると共に、ＡＦＭとＳＮＯＭの同時測定が可能な簡単
且つコンパクトな集積型多機能ＳＰＭセンサーを提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、順に、集
積型ＳＰＭセンサーの作製工程を示す図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る集積型多機能ＳＰ
Ｍセンサーの表面側の構成を概略的に示す図。

【図３】本発明の第１の実施例に係る集積型多機能ＳＰ
Ｍセンサーの裏面側の構成を概略的に示す図。

【図４】（ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、
（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は、図
２のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【図５】本発明の第２の実施例に係る集積型多機能ＳＰ
Ｍセンサーの表面側の構成を概略的に示す図。

【図６】本発明の第２の実施例に係る集積型多機能ＳＰ
Ｍセンサーの裏面側の構成を概略的に示す図。

【図７】（ａ）は、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図、
（ｂ）は、図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は、図
５のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【図８】（ａ）は、本発明の第３の実施例に係る集積型
多機能ＳＰＭセンサーの表面側の構成を概略的に示す
図、（ｂ）は、本発明の第４の実施例に係る集積型多機
能ＳＰＭセンサーの表面側の構成を概略的に示す図、
（ｃ）は、図８（ｂ）に示すカンチレバー部の先端部分
の構成を概略的に示す断面図。

【符号の説明】

１５，２３…ピエゾ抵抗層、１５ａ…探針、１７，２５
…電極、２７…カンチレバー部、２９…支持部、３３，
３７…直流定電圧電源、３５，３９…電流計測定用オペ
アンプ、４１…演算回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自由端に探針を有するカンチレバー部
と、このカンチレバー部の基端を支持する支持部と、カンチレバー部に設けられ、所定の電圧が印加された第
１の導電層と、カンチレバー部に設けられ、所定の電圧が印加された第
２の導電層と、前記探針を測定試料に対して走査させる際に生じる前記
第１及び第２の導電層に流れる電流値の変化を検出する
検出手段と、この検出手段によって検出された電流値変化に基づい
て、測定試料の表面情報を算出して出力する演算回路と
を備えていることを特徴とする集積型多機能ＳＰＭセン
サー。
【請求項２】前記第１及び第２の導電層のいずれか一
方が、光の強度に反応して信号を発生することを特徴と
する請求項１に記載の集積型多機能ＳＰＭセンサー。