JPH0915249A - 集積型spmセンサ - Google Patents
集積型spmセンサInfo
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- JPH0915249A JPH0915249A JP18332695A JP18332695A JPH0915249A JP H0915249 A JPH0915249 A JP H0915249A JP 18332695 A JP18332695 A JP 18332695A JP 18332695 A JP18332695 A JP 18332695A JP H0915249 A JPH0915249 A JP H0915249A
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Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 装置の小型化が可能で且つ光検出効率を向上
させることが可能な、軟らかいカンチレバーを備えた集
積型SPMセンサを提供する。 【構成】 全面が酸化シリコン層2で覆われたN型シリ
コン層3からなる第2のカンチレバー部4の基端をレバ
ー支持部1に支持させると共に、該レバー支持部1に
は、自由端に探針部5を備え前記第2のカンチレバー部
4を取り囲むように形成した略U字型の窒化シリコン膜
からなる第1のカンチレバー部6の基端を支持させる。
そして第2のカンチレバー部4を構成するN型シリコン
層3にN+ 型シリコン層7とP型シリコン層8を形成す
ると共にP型シリコン層8にP+ 型シリコン層9を形成
し、N+ 型シリコン層7とP+ 型シリコン層9にコンタ
クトホール10,11を介して電極12,13を接続し、電極13
にはオペアンプ14を接続し、電極12には負の直流定電圧
電源15を接続して、集積型SPMセンサを構成する。
させることが可能な、軟らかいカンチレバーを備えた集
積型SPMセンサを提供する。 【構成】 全面が酸化シリコン層2で覆われたN型シリ
コン層3からなる第2のカンチレバー部4の基端をレバ
ー支持部1に支持させると共に、該レバー支持部1に
は、自由端に探針部5を備え前記第2のカンチレバー部
4を取り囲むように形成した略U字型の窒化シリコン膜
からなる第1のカンチレバー部6の基端を支持させる。
そして第2のカンチレバー部4を構成するN型シリコン
層3にN+ 型シリコン層7とP型シリコン層8を形成す
ると共にP型シリコン層8にP+ 型シリコン層9を形成
し、N+ 型シリコン層7とP+ 型シリコン層9にコンタ
クトホール10,11を介して電極12,13を接続し、電極13
にはオペアンプ14を接続し、電極12には負の直流定電圧
電源15を接続して、集積型SPMセンサを構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、走査型プローブ顕微
鏡(SPM:Scanning Probe Microscope )に用いられ
る集積型SPMセンサに関する。
鏡(SPM:Scanning Probe Microscope )に用いられ
る集積型SPMセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、SPMに属するものとして、19
80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:Sc
anning near field optical microscope)と呼ばれてい
る。このSNOMは、エバネッセント波が“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
う特性を利用したものである。
80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:Sc
anning near field optical microscope)と呼ばれてい
る。このSNOMは、エバネッセント波が“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
う特性を利用したものである。
【0003】SNOMの測定原理は、まず、測定試料の
表面近傍に1波長程度以下の距離まで光ファイバーのプ
ローブを近づけて、プローブ先端の微小開口を通過する
光強度の地図を作成することによって、測定試料に対す
る解像が成されるものである。SNOMとしてはいくつ
かの方式が提案されているが、大別すると2つの方式が
提案されている。その一つはコレクション方式と呼ば
れ、試料の下から光を照射した時に、試料を透過し試料
表面近傍に局在したエバネッセント波を、プローブを介
して検出しSNOM像とする方式である。他の方式は、
微小開口を持ったプローブから試料に対して光を照射
し、試料を透過した光を、試料下に設置された光検出器
によって検出するという、いわゆるエミッション方式と
呼ばれる方式である。この方式は、例えば特開平4−2
91310号(AT&T;R. E. Betzig)に開示されて
いる。
表面近傍に1波長程度以下の距離まで光ファイバーのプ
ローブを近づけて、プローブ先端の微小開口を通過する
光強度の地図を作成することによって、測定試料に対す
る解像が成されるものである。SNOMとしてはいくつ
かの方式が提案されているが、大別すると2つの方式が
提案されている。その一つはコレクション方式と呼ば
れ、試料の下から光を照射した時に、試料を透過し試料
表面近傍に局在したエバネッセント波を、プローブを介
して検出しSNOM像とする方式である。他の方式は、
微小開口を持ったプローブから試料に対して光を照射
し、試料を透過した光を、試料下に設置された光検出器
によって検出するという、いわゆるエミッション方式と
呼ばれる方式である。この方式は、例えば特開平4−2
91310号(AT&T;R. E. Betzig)に開示されて
いる。
【0004】更に、最近では、光ファイバーのプローブ
の代わりにカンチレバーを用いてSNOM測定と原子間
力顕微鏡(AFM)測定を同時に行う方法が、N. F. Va
n Hulst らにより提案されている。このSNOMは、例
えば、N. F. Van Hulst, M.H. P. Moers, O. F. J. Noo
rdman, R. G. Track, F. B. Stegerink and B. Bolger
の論文“ Near-field optical microscope using a sil
icon-nitride probe "{ Appl. Phys. Lett. 62, 461-4
63(1993)}に開示されている。
の代わりにカンチレバーを用いてSNOM測定と原子間
力顕微鏡(AFM)測定を同時に行う方法が、N. F. Va
n Hulst らにより提案されている。このSNOMは、例
えば、N. F. Van Hulst, M.H. P. Moers, O. F. J. Noo
rdman, R. G. Track, F. B. Stegerink and B. Bolger
の論文“ Near-field optical microscope using a sil
icon-nitride probe "{ Appl. Phys. Lett. 62, 461-4
63(1993)}に開示されている。
【0005】更に、シリコン製のカンチレバーにフォト
ダイオードを集積化したSNOM用光検出カンチレバー
も、第55回応用物理学会学術講演会講演予稿集、21p−
Q−6,21p−Q−7に報告されている。
ダイオードを集積化したSNOM用光検出カンチレバー
も、第55回応用物理学会学術講演会講演予稿集、21p−
Q−6,21p−Q−7に報告されている。
【0006】上記AFMとは、SNOMと同様にSPM
に属するものであって、特開昭62−130302号
(IBM,G.ビニッヒ;サンプル表面の像を形成する
方法及び装置)に提案されている装置であり、自由端に
鋭い突起部分(探針部)を持つカンチレバーを、試料に
対向・近接させ、探針部の先端の原子と試料原子との間
に働く相互作用力により、変位するカンチレバーの動き
を電気的あるいは光学的にとらえて測定しつつ、試料を
XY方向に走査し、カンチレバーの探針部との位置関係
を相対的に変化させることによって、試料の凹凸情報な
どを3次元的にとらえることができるようになっている
ものである。
に属するものであって、特開昭62−130302号
(IBM,G.ビニッヒ;サンプル表面の像を形成する
方法及び装置)に提案されている装置であり、自由端に
鋭い突起部分(探針部)を持つカンチレバーを、試料に
対向・近接させ、探針部の先端の原子と試料原子との間
に働く相互作用力により、変位するカンチレバーの動き
を電気的あるいは光学的にとらえて測定しつつ、試料を
XY方向に走査し、カンチレバーの探針部との位置関係
を相対的に変化させることによって、試料の凹凸情報な
どを3次元的にとらえることができるようになっている
ものである。
【0007】このAFMにおいては、カンチレバーの変
位を測定する変位測定センサは、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AF
Mセンサが、M.Tortonese らにより提案されている。こ
の集積型AFMセンサは、例えばM.Tortonese,H.Yamad
a, R.C.Barrett and C.F.Quate の論文“Atomic force
microscopy using a piezoresistive cantilever ”(T
ransducers and Sensors '91 )や、PCT出願WO9
2/12398に開示されている。
位を測定する変位測定センサは、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AF
Mセンサが、M.Tortonese らにより提案されている。こ
の集積型AFMセンサは、例えばM.Tortonese,H.Yamad
a, R.C.Barrett and C.F.Quate の論文“Atomic force
microscopy using a piezoresistive cantilever ”(T
ransducers and Sensors '91 )や、PCT出願WO9
2/12398に開示されている。
【0008】ここでカンチレバーの変位測定原理として
は、圧電抵抗効果を利用している。すなわち探針先端を
測定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互作用
力によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カン
チレバー部には抵抗層が積層されていて、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
に対して電極部より定電圧を加えておけば、カンチレバ
ーの歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変化し、電流
の変化を検出することにより、カンチレバーの変位量を
知ることが出来る。
は、圧電抵抗効果を利用している。すなわち探針先端を
測定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互作用
力によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カン
チレバー部には抵抗層が積層されていて、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
に対して電極部より定電圧を加えておけば、カンチレバ
ーの歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変化し、電流
の変化を検出することにより、カンチレバーの変位量を
知ることが出来る。
【0009】このような集積型AFMセンサは、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。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。
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。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。
【0010】次に、従来の集積型AFMセンサの構成例
を図7を参照して説明する。まず製造工程について説明
する。スタートウェハ100 として、図7の(A)に示す
ように、レバー支持部となるシリコンウェハ110 の上に
酸化シリコンの分離層112 を介してN型シリコン層114
を設けたもの、例えば貼り合わせウェハを用意する。次
に、N型シリコン層114 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7の(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等の絶縁層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。更に、レバー支持部となるシリコンウェハ112
の下側にレジスト層122 を形成し、このレジスト層122
をパターニングし開口を形成して、図7の(B)に示す
ような形状とする。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、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センサが完成する。その側断面図を図7の
(C)に、その上面図を図7の(D)に示す。このよう
にして作製した集積型AFMセンサにおいては、測定の
際には、2つの電極120 の間に数ボルト以下のDC電圧
を印加し、カンチレバー部124 の先端を試料に接近させ
る。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2つの電極120 の間に流れ
る電流信号として得られるようになっている。
を図7を参照して説明する。まず製造工程について説明
する。スタートウェハ100 として、図7の(A)に示す
ように、レバー支持部となるシリコンウェハ110 の上に
酸化シリコンの分離層112 を介してN型シリコン層114
を設けたもの、例えば貼り合わせウェハを用意する。次
に、N型シリコン層114 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7の(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等の絶縁層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。更に、レバー支持部となるシリコンウェハ112
の下側にレジスト層122 を形成し、このレジスト層122
をパターニングし開口を形成して、図7の(B)に示す
ような形状とする。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、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センサが完成する。その側断面図を図7の
(C)に、その上面図を図7の(D)に示す。このよう
にして作製した集積型AFMセンサにおいては、測定の
際には、2つの電極120 の間に数ボルト以下のDC電圧
を印加し、カンチレバー部124 の先端を試料に接近させ
る。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2つの電極120 の間に流れ
る電流信号として得られるようになっている。
【0011】また更に、近年、カンチレバーのねじれ量
(LFM信号)が検出できる機能を付加した集積型SP
Mセンサが提案されている。かかる機能をもつ集積型S
PMセンサは、例えば特開平5−063547号に開示
されている。
(LFM信号)が検出できる機能を付加した集積型SP
Mセンサが提案されている。かかる機能をもつ集積型S
PMセンサは、例えば特開平5−063547号に開示
されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光フ
ァイバープローブを使用したSNOMでは、プローブと
は別個に光検出機構を設けなければならず、装置の大型
化を招き、それに伴い外部の振動を受けやすく、しかも
作製が容易ではないという欠点があり、またプローブと
光検出機構との距離が離れているため、その間で光が損
失し光検出効率が悪く感度が悪くなり、更にプローブが
一度に大量に作製できないため、コストが高くなるとい
う問題点があった。一方、シリコン製カンチレバーにフ
ォトダイオードを集積化した集積型AFMセンサでは、
フォトダイオードの受光部の厚さが数μm必要であり、
カンチレバー自体を厚く形成しなければならず、硬いカ
ンチレバーとなって軟らかい測定試料を傷つける可能性
がある。
ァイバープローブを使用したSNOMでは、プローブと
は別個に光検出機構を設けなければならず、装置の大型
化を招き、それに伴い外部の振動を受けやすく、しかも
作製が容易ではないという欠点があり、またプローブと
光検出機構との距離が離れているため、その間で光が損
失し光検出効率が悪く感度が悪くなり、更にプローブが
一度に大量に作製できないため、コストが高くなるとい
う問題点があった。一方、シリコン製カンチレバーにフ
ォトダイオードを集積化した集積型AFMセンサでは、
フォトダイオードの受光部の厚さが数μm必要であり、
カンチレバー自体を厚く形成しなければならず、硬いカ
ンチレバーとなって軟らかい測定試料を傷つける可能性
がある。
【0013】本発明は、従来の光ファイバープローブを
使用したSNOMや集積型AFMセンサにおける上記問
題点を解消するためになされたもので、請求項1記載の
発明は、装置の小型化が可能で且つ光検出効率を向上さ
せることが可能な軟らかいカンチレバーを備えた集積型
SPMセンサを提供することを目的とする。請求項2及
び3記載の発明は、半導体プロセスで容易に作製可能
で、コストの低減を図ることの可能な集積型SPMセン
サを提供することを目的とする。請求項4及び5記載の
発明は、更に簡単な半導体プロセスで作製でき、更にコ
ストの低減を図ることの可能な集積型SPMセンサを提
供することを目的とする。請求項6記載の発明は、更に
高感度化を図ることの可能な集積型SPMセンサを提供
することを目的とする。
使用したSNOMや集積型AFMセンサにおける上記問
題点を解消するためになされたもので、請求項1記載の
発明は、装置の小型化が可能で且つ光検出効率を向上さ
せることが可能な軟らかいカンチレバーを備えた集積型
SPMセンサを提供することを目的とする。請求項2及
び3記載の発明は、半導体プロセスで容易に作製可能
で、コストの低減を図ることの可能な集積型SPMセン
サを提供することを目的とする。請求項4及び5記載の
発明は、更に簡単な半導体プロセスで作製でき、更にコ
ストの低減を図ることの可能な集積型SPMセンサを提
供することを目的とする。請求項6記載の発明は、更に
高感度化を図ることの可能な集積型SPMセンサを提供
することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項1記載の発明は、自由端に探針部を
有する第1のカンチレバー部と、該第1のカンチレバー
部の基端を支持する支持部と、前記第1のカンチレバー
部と分離して形成され、前記支持部に基端が支持された
光検出機構を有する第2のカンチレバー部と、前記光検
出機構からの信号より測定試料表面情報を出力する回路
とで集積型SPMセンサを構成するものである。
決するため、請求項1記載の発明は、自由端に探針部を
有する第1のカンチレバー部と、該第1のカンチレバー
部の基端を支持する支持部と、前記第1のカンチレバー
部と分離して形成され、前記支持部に基端が支持された
光検出機構を有する第2のカンチレバー部と、前記光検
出機構からの信号より測定試料表面情報を出力する回路
とで集積型SPMセンサを構成するものである。
【0015】このように構成した集積型SPMセンサに
おいて、SNOM測定の際には、測定試料裏面からプリ
ズムを介して臨界角で光を照射し、測定試料表面近傍で
発生したエバネッセント光を、第1のカンチレバー部に
形成されている探針部で散乱し、その散乱光を第2のカ
ンチレバー部に設けた光検出機構により検知する。そし
て検知された反射光は光強度信号に変換され、この信号
に基づいて回路は測定試料の表面情報を出力する。この
ように、請求項1記載の発明においては、別個の光検出
機構を必要としないため、装置の小型化が可能となると
共に光検出効率の向上を図ることができ、また光検出機
構を有する第2のカンチレバー部と探針部を有する第1
のカンチレバー部とが分離されているため、探針部を有
する第1のカンチレバー部の厚さを薄くして軟らかくす
ることができ、軟らかい測定試料を傷つけずに測定が可
能となる。
おいて、SNOM測定の際には、測定試料裏面からプリ
ズムを介して臨界角で光を照射し、測定試料表面近傍で
発生したエバネッセント光を、第1のカンチレバー部に
形成されている探針部で散乱し、その散乱光を第2のカ
ンチレバー部に設けた光検出機構により検知する。そし
て検知された反射光は光強度信号に変換され、この信号
に基づいて回路は測定試料の表面情報を出力する。この
ように、請求項1記載の発明においては、別個の光検出
機構を必要としないため、装置の小型化が可能となると
共に光検出効率の向上を図ることができ、また光検出機
構を有する第2のカンチレバー部と探針部を有する第1
のカンチレバー部とが分離されているため、探針部を有
する第1のカンチレバー部の厚さを薄くして軟らかくす
ることができ、軟らかい測定試料を傷つけずに測定が可
能となる。
【0016】請求項2記載の発明は、請求項1記載の集
積型SPMセンサにおいて、第2のカンチレバー部を半
導体材料で構成し、該カンチレバー部に半導体光センサ
を集積化するものであり、また請求項3記載の発明は、
請求項2記載の集積型SPMセンサにおいて、第2のカ
ンチレバー部に集積化した半導体光センサをシリコンフ
ォトダイオードとするものである。これにより、半導体
プロセスを利用して簡単に且つ一度に大量生産すること
が可能となり、コストの低減を図ることが可能となる。
積型SPMセンサにおいて、第2のカンチレバー部を半
導体材料で構成し、該カンチレバー部に半導体光センサ
を集積化するものであり、また請求項3記載の発明は、
請求項2記載の集積型SPMセンサにおいて、第2のカ
ンチレバー部に集積化した半導体光センサをシリコンフ
ォトダイオードとするものである。これにより、半導体
プロセスを利用して簡単に且つ一度に大量生産すること
が可能となり、コストの低減を図ることが可能となる。
【0017】請求項4記載の発明は、請求項1〜3記載
の集積型SPMセンサにおいて、第1のカンチレバー部
を窒化シリコン膜で形成するものであり、また請求項5
記載の発明は、同じく第1のカンチレバー部をシリコン
で形成するものである。これにより、探針部を有する第
1のカンチレバー部も半導体プロセスを利用して作製で
き、特にシリコン製にすることにより窒化シリコン膜を
堆積する工程を省略でき、更に作製プロセスを簡略化で
き、コストの低減化を図ることができる。
の集積型SPMセンサにおいて、第1のカンチレバー部
を窒化シリコン膜で形成するものであり、また請求項5
記載の発明は、同じく第1のカンチレバー部をシリコン
で形成するものである。これにより、探針部を有する第
1のカンチレバー部も半導体プロセスを利用して作製で
き、特にシリコン製にすることにより窒化シリコン膜を
堆積する工程を省略でき、更に作製プロセスを簡略化で
き、コストの低減化を図ることができる。
【0018】請求項6記載の発明は、請求項1記載の集
積型SPMセンサにおいて、第2のカンチレバー部に設
ける光検出機構を、第1のカンチレバー部に形成されて
いる探針部を囲むように配置するものである。これによ
り、光検出機構の受光面積が拡大し、反射光を多く検出
することが可能となり、更に感度を向上させることがで
きる。
積型SPMセンサにおいて、第2のカンチレバー部に設
ける光検出機構を、第1のカンチレバー部に形成されて
いる探針部を囲むように配置するものである。これによ
り、光検出機構の受光面積が拡大し、反射光を多く検出
することが可能となり、更に感度を向上させることがで
きる。
【0019】
【実施例】次に実施例について説明する。図1は、本発
明に係る集積型SPMセンサの第1実施例を示す図で、
図2は図1におけるA−A′線に沿った断面を示す図で
ある。両図において、1はレバー支持部で、該レバー支
持部1には全面を酸化シリコン層2で覆われたN型シリ
コン層3からなる第2のカンチレバー部4の基端が支持
されている。また前記レバー支持部1には、自由端に探
針部5を備え、前記第2のカンチレバー部4を取り囲む
ように配置された略U字型の窒化シリコン膜からなる第
1のカンチレバー部6の基端が支持されている。なお、
探針部5は窒化シリコンでカンチレバー部と一体的に形
成されている。また、第2のカンチレバー部4を構成す
るN型シリコン層3にはN+ 型シリコン層7とP型シリ
コン層8が形成されており、P型シリコン層8にはP+
型シリコン層9が形成されていて、前記P型シリコン層
8とN型シリコン層3とでPNフォトダイオードを構成
している。そして、P+ 型シリコン層9とN+ 型シリコ
ン層7には、酸化シリコン層2に形成したコンタクトホ
ール10,11を介して、アルミニウム等の電極12,13がそ
れぞれ接続されている。そして、電極12,13間には、光
を検出するために所定の逆バイアスの電圧が印加される
ようになっており、例えば、電極13には電流検出用のオ
ペアンプ14が接続されGND電位に保たれており、電極
12には直流定電圧電源15が接続され、負の電圧が数V印
加されている。
明に係る集積型SPMセンサの第1実施例を示す図で、
図2は図1におけるA−A′線に沿った断面を示す図で
ある。両図において、1はレバー支持部で、該レバー支
持部1には全面を酸化シリコン層2で覆われたN型シリ
コン層3からなる第2のカンチレバー部4の基端が支持
されている。また前記レバー支持部1には、自由端に探
針部5を備え、前記第2のカンチレバー部4を取り囲む
ように配置された略U字型の窒化シリコン膜からなる第
1のカンチレバー部6の基端が支持されている。なお、
探針部5は窒化シリコンでカンチレバー部と一体的に形
成されている。また、第2のカンチレバー部4を構成す
るN型シリコン層3にはN+ 型シリコン層7とP型シリ
コン層8が形成されており、P型シリコン層8にはP+
型シリコン層9が形成されていて、前記P型シリコン層
8とN型シリコン層3とでPNフォトダイオードを構成
している。そして、P+ 型シリコン層9とN+ 型シリコ
ン層7には、酸化シリコン層2に形成したコンタクトホ
ール10,11を介して、アルミニウム等の電極12,13がそ
れぞれ接続されている。そして、電極12,13間には、光
を検出するために所定の逆バイアスの電圧が印加される
ようになっており、例えば、電極13には電流検出用のオ
ペアンプ14が接続されGND電位に保たれており、電極
12には直流定電圧電源15が接続され、負の電圧が数V印
加されている。
【0020】このように集積型SPMセンサを構成する
ことにより、従来別個に必要としていた光検出器が不要
となり、装置の小型化が可能となる。また、この構成の
集積型SPMセンサは、図7に示した集積型AFMセン
サの製造方法と同様な手法で、半導体プロセスで作製で
きるため、バッチ処理が可能となり、コストの低減を図
ることができる。また、フォトダイオードが形成されて
いる第2のカンチレバー部4と探針部5の形成されてい
る第1のカンチレバー部6とが分離して形成されている
ため、第1のカンチレバー部6に対してフォトダイオー
ドによるカンチレバー厚の制約をなくし、カンチレバー
を薄く形成することができる。これにより、軟らかいカ
ンチレバー部をもつ集積型SPMセンサが得られる。
ことにより、従来別個に必要としていた光検出器が不要
となり、装置の小型化が可能となる。また、この構成の
集積型SPMセンサは、図7に示した集積型AFMセン
サの製造方法と同様な手法で、半導体プロセスで作製で
きるため、バッチ処理が可能となり、コストの低減を図
ることができる。また、フォトダイオードが形成されて
いる第2のカンチレバー部4と探針部5の形成されてい
る第1のカンチレバー部6とが分離して形成されている
ため、第1のカンチレバー部6に対してフォトダイオー
ドによるカンチレバー厚の制約をなくし、カンチレバー
を薄く形成することができる。これにより、軟らかいカ
ンチレバー部をもつ集積型SPMセンサが得られる。
【0021】更に、第1のカンチレバー部6の反りを検
出する手段、例えばピエゾ抵抗層を第1のカンチレバー
部6に設けて電気的にカンチレバー部の反りを検出した
り、あるいは第1のカンチレバー部6の裏面に反射膜を
コーディングして光学的にカンチレバー部の反りを検出
するように構成することにより、AFM・SNOM同時
測定が可能となる。
出する手段、例えばピエゾ抵抗層を第1のカンチレバー
部6に設けて電気的にカンチレバー部の反りを検出した
り、あるいは第1のカンチレバー部6の裏面に反射膜を
コーディングして光学的にカンチレバー部の反りを検出
するように構成することにより、AFM・SNOM同時
測定が可能となる。
【0022】なお、本実施例において、第2のカンチレ
バー部及びフォトダイオードを構成するP型シリコン層
とN型シリコン層,P+ 型シリコン層とN+ 型シリコン
層を、それぞれ逆に選択して構成してもよく、その場合
は印加バイアスの極性も反対にする。また、本実施例に
おいては、探針部を窒化シリコンで形成したものを示し
たが、例えば、酸化シリコン,ダイヤモンド,DLC
等、どのような材質で構成してもよい。
バー部及びフォトダイオードを構成するP型シリコン層
とN型シリコン層,P+ 型シリコン層とN+ 型シリコン
層を、それぞれ逆に選択して構成してもよく、その場合
は印加バイアスの極性も反対にする。また、本実施例に
おいては、探針部を窒化シリコンで形成したものを示し
たが、例えば、酸化シリコン,ダイヤモンド,DLC
等、どのような材質で構成してもよい。
【0023】次に第2実施例について説明する。図3は
第2実施例を示す図で、図4は図3のA−A′線に沿っ
た断面図であり、図1及び図2に示した第1実施例と同
一又は対応する部材には同一符号を付し、その説明は省
略する。この実施例が第1実施例と異なる点は、第1の
カンチレバー部6a全体をシリコンで構成し、その自由
端側にシリコン製の探針部5aを一体的に形成している
点で、他の構成は第1実施例と同一である。
第2実施例を示す図で、図4は図3のA−A′線に沿っ
た断面図であり、図1及び図2に示した第1実施例と同
一又は対応する部材には同一符号を付し、その説明は省
略する。この実施例が第1実施例と異なる点は、第1の
カンチレバー部6a全体をシリコンで構成し、その自由
端側にシリコン製の探針部5aを一体的に形成している
点で、他の構成は第1実施例と同一である。
【0024】このように、探針部5aを含め第1のカン
チレバー部6aをシリコンで形成しているので、第2の
カンチレバー部と共にシリコンで一体形成することがで
き、窒化シリコン等を堆積する必要がなくなり、プロセ
スが更に簡単になり、更にコストを低減することができ
る。なお、本実施例も、図7に示した集積型AFMセン
サの製造方法と同様な手法で作製することができる。ま
た本実施例においても、第2のカンチレバー部のN型シ
リコンとP型シリコン、及びP+ 型シリコンとN+ 型シ
リコンとは逆に選択して構成してもよく、その場合は印
加バイアスの極性を反対にする。
チレバー部6aをシリコンで形成しているので、第2の
カンチレバー部と共にシリコンで一体形成することがで
き、窒化シリコン等を堆積する必要がなくなり、プロセ
スが更に簡単になり、更にコストを低減することができ
る。なお、本実施例も、図7に示した集積型AFMセン
サの製造方法と同様な手法で作製することができる。ま
た本実施例においても、第2のカンチレバー部のN型シ
リコンとP型シリコン、及びP+ 型シリコンとN+ 型シ
リコンとは逆に選択して構成してもよく、その場合は印
加バイアスの極性を反対にする。
【0025】次に第3実施例について説明する。図5は
第3実施例を示す図で、図6の(A)、(B),(C)
はそれぞれ図5のA,B,Cで示した部分の横方向の断
面図である。これらの図において、31はレバー支持部
で、該レバー支持部31には自由端に窒化シリコンからな
る探針部35を一体的に形成した窒化シリコンからなる第
1のカンチレバー部36の基端が支持されている。また、
前記レバー支持部31には、前記第1のカンチレバー部36
を取り囲むように配置された略U字型の全面を酸化シリ
コン層32で覆われたN型シリコン層33からなる第2のカ
ンチレバー部34の基端が支持されている。そして、第2
のカンチレバー部34を構成するN型シリコン層33には、
その一方の脚部分にN+ 型シリコン層37を設けると共
に、前記第1のカンチレバー部36の探針部35を取り囲む
ようにP型シリコン層38が形成されており、該P型シリ
コン層38の一端にはP+ 型シリコン層39が形成されてい
て、前記P型シリコン層38とN型シリコン層33とでPN
フォトダイオードを構成している。そして、P+ 型シリ
コン層39とN+ 型シリコン層37には、酸化シリコン層32
に形成したコンタクトホール40,41を介してアルミニウ
ム等の電極42,43がそれぞれ接続されている。そして、
電極42,43間には、光を検出するために所定の逆バイア
スの電圧が印加されるようになっており、例えば、電極
43には電流検出用のオペアンプ44が接続されGND電位
に保たれており、電極42には直流定電圧電源45が接続さ
れ、負の電圧が数V印加されている。
第3実施例を示す図で、図6の(A)、(B),(C)
はそれぞれ図5のA,B,Cで示した部分の横方向の断
面図である。これらの図において、31はレバー支持部
で、該レバー支持部31には自由端に窒化シリコンからな
る探針部35を一体的に形成した窒化シリコンからなる第
1のカンチレバー部36の基端が支持されている。また、
前記レバー支持部31には、前記第1のカンチレバー部36
を取り囲むように配置された略U字型の全面を酸化シリ
コン層32で覆われたN型シリコン層33からなる第2のカ
ンチレバー部34の基端が支持されている。そして、第2
のカンチレバー部34を構成するN型シリコン層33には、
その一方の脚部分にN+ 型シリコン層37を設けると共
に、前記第1のカンチレバー部36の探針部35を取り囲む
ようにP型シリコン層38が形成されており、該P型シリ
コン層38の一端にはP+ 型シリコン層39が形成されてい
て、前記P型シリコン層38とN型シリコン層33とでPN
フォトダイオードを構成している。そして、P+ 型シリ
コン層39とN+ 型シリコン層37には、酸化シリコン層32
に形成したコンタクトホール40,41を介してアルミニウ
ム等の電極42,43がそれぞれ接続されている。そして、
電極42,43間には、光を検出するために所定の逆バイア
スの電圧が印加されるようになっており、例えば、電極
43には電流検出用のオペアンプ44が接続されGND電位
に保たれており、電極42には直流定電圧電源45が接続さ
れ、負の電圧が数V印加されている。
【0026】このように構成された第3実施例の集積型
SPMセンサにおいては、第1実施例と同様な作用効果
をもつと共に、第2のカンチレバー部34のP型シリコン
層38を第1のカンチレバー部36の探針部35を取り囲むよ
うに形成しているので、フォトダイオードの受光面が拡
大され、探針部35によって散乱された散乱光を、より多
く検出できるようになり、更に感度を向上させることが
できる。なお、この実施例においても、第2のカンチレ
バー部及びフォトダイオードを構成するP型シリコン層
とN型シリコン層,P+ 型シリコン層とN+ 型シリコン
層を、それぞれ逆に選択して構成してもよく、その場合
は印加バイアスの極性も反対にする。また本実施例も、
図7に示した集積型AFMセンサの製造方法と同様な手
法で作製することができる。
SPMセンサにおいては、第1実施例と同様な作用効果
をもつと共に、第2のカンチレバー部34のP型シリコン
層38を第1のカンチレバー部36の探針部35を取り囲むよ
うに形成しているので、フォトダイオードの受光面が拡
大され、探針部35によって散乱された散乱光を、より多
く検出できるようになり、更に感度を向上させることが
できる。なお、この実施例においても、第2のカンチレ
バー部及びフォトダイオードを構成するP型シリコン層
とN型シリコン層,P+ 型シリコン層とN+ 型シリコン
層を、それぞれ逆に選択して構成してもよく、その場合
は印加バイアスの極性も反対にする。また本実施例も、
図7に示した集積型AFMセンサの製造方法と同様な手
法で作製することができる。
【0027】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項1記載の発明によれば、従来別個に必要とした光
検出機構が必要でなくなり装置の小型化を図ることがで
きると共に、光検出効率を向上させることができる。ま
た光検出機構を有する第2のカンチレバー部と探針部を
有する第1のカンチレバー部を分離しているので、探針
部を有する第1のカンチレバー部の厚さを薄くすること
ができ、軟らかい測定試料を傷つけずに測定することが
可能となる。また請求項2及び3記載の発明によれば、
半導体プロセスを利用して簡単に且つ一度に大量生産が
可能となり、コストの低減を図ることができる。またカ
ンチレバー部の反りを検出する手段、例えばピエゾ抵抗
層をカンチレバー部に設け電気的にカンチレバー部の反
りを検出したり、あるいはカンチレバー部の裏面に反射
膜をコーティングし光学的にカンチレバー部の反りを検
出することにより、AFM測定も可能となり、AFM・
SNOM同時測定を可能にすることができる。また請求
項4及び5記載の発明によれば、探針部を有する第1の
カンチレバー部も半導体プロセスを利用して作製するこ
とができ、特に探針部を有するカンチレバー部をシリコ
ン製にすることにより、窒化シリコン膜を堆積する手段
を省略することができ、更に作製プロセスの簡略化を図
ることができ、コスト低減が可能となる。また請求項6
記載の発明によれば、光検出機構の受光面積が拡大さ
れ、反射光をより多く検出することが可能となり、感度
を更に向上させることができる。
請求項1記載の発明によれば、従来別個に必要とした光
検出機構が必要でなくなり装置の小型化を図ることがで
きると共に、光検出効率を向上させることができる。ま
た光検出機構を有する第2のカンチレバー部と探針部を
有する第1のカンチレバー部を分離しているので、探針
部を有する第1のカンチレバー部の厚さを薄くすること
ができ、軟らかい測定試料を傷つけずに測定することが
可能となる。また請求項2及び3記載の発明によれば、
半導体プロセスを利用して簡単に且つ一度に大量生産が
可能となり、コストの低減を図ることができる。またカ
ンチレバー部の反りを検出する手段、例えばピエゾ抵抗
層をカンチレバー部に設け電気的にカンチレバー部の反
りを検出したり、あるいはカンチレバー部の裏面に反射
膜をコーティングし光学的にカンチレバー部の反りを検
出することにより、AFM測定も可能となり、AFM・
SNOM同時測定を可能にすることができる。また請求
項4及び5記載の発明によれば、探針部を有する第1の
カンチレバー部も半導体プロセスを利用して作製するこ
とができ、特に探針部を有するカンチレバー部をシリコ
ン製にすることにより、窒化シリコン膜を堆積する手段
を省略することができ、更に作製プロセスの簡略化を図
ることができ、コスト低減が可能となる。また請求項6
記載の発明によれば、光検出機構の受光面積が拡大さ
れ、反射光をより多く検出することが可能となり、感度
を更に向上させることができる。
【図1】本発明に係る集積型SPMセンサの第1実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図2】図1のA−A′線に沿った断面を示す図であ
る。
る。
【図3】本発明の第2実施例を示す図である。
【図4】図3のA−A′線に沿った断面を示す図であ
る。
る。
【図5】本発明の第3実施例を示す図である。
【図6】図5のA,B,Cで示した部分の横方向の断面
を示す図である。
を示す図である。
【図7】従来の集積型AFMセンサの製造方法を説明す
るための製造工程を示す図である。
るための製造工程を示す図である。
1,31 レバー支持部 2,32 酸化シリコン層 3,33 N型シリコン層 4,34 第2のカンチレバー部 5,5a,35 探針部 6,6a,36 第1のカンチレバー部 7,37 N+ 型シリコン層 8,38 P型シリコン層 9,39 P+ 型シリコン層 10,11,40,41 コンタクトホール 12,13 42,43 電極 14,44 オペアンプ 15,45 直流定電圧電源
Claims (6)
- 【請求項1】 自由端に探針部を有する第1のカンチレ
バー部と、該第1のカンチレバー部の基端を支持する支
持部と、前記第1のカンチレバー部と分離して形成さ
れ、前記支持部に基端が支持された光検出機構を有する
第2のカンチレバー部と、前記光検出機構からの信号よ
り測定試料表面情報を出力する回路とを備えていること
を特徴とする集積型SPMセンサ。 - 【請求項2】 前記第2のカンチレバー部は半導体材料
で構成されており、該カンチレバー部に半導体光センサ
を集積化していることを特徴とする請求項1記載の集積
型SPMセンサ。 - 【請求項3】 前記第2のカンチレバー部に集積化され
た半導体光センサは、シリコンフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項2記載の集積型SPMセンサ。 - 【請求項4】 前記第1のカンチレバー部は、窒化シリ
コン膜で形成されていることを特徴とする請求項1〜3
のいずれか1項に記載の集積型SPMセンサ。 - 【請求項5】 前記第1のカンチレバー部は、シリコン
で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載の集積型SPMセンサ。 - 【請求項6】 前記第2のカンチレバー部に設けられた
光検出機構は、第1のカンチレバー部に形成されている
探針部を囲むように配置されていることを特徴とする請
求項1記載の集積型SPMセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18332695A JPH0915249A (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 集積型spmセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18332695A JPH0915249A (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 集積型spmセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0915249A true JPH0915249A (ja) | 1997-01-17 |
Family
ID=16133761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18332695A Withdrawn JPH0915249A (ja) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | 集積型spmセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0915249A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110824197A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-21 | 广东省新材料研究所 | 一种电致变色器件的性能测试方法 |
-
1995
- 1995-06-28 JP JP18332695A patent/JPH0915249A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110824197A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-21 | 广东省新材料研究所 | 一种电致变色器件的性能测试方法 |
| CN110824197B (zh) * | 2019-11-20 | 2022-04-15 | 广东省新材料研究所 | 一种电致变色器件的性能测试方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020903 |