JPH09203738A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
- Publication number
- JPH09203738A JPH09203738A JP1266696A JP1266696A JPH09203738A JP H09203738 A JPH09203738 A JP H09203738A JP 1266696 A JP1266696 A JP 1266696A JP 1266696 A JP1266696 A JP 1266696A JP H09203738 A JPH09203738 A JP H09203738A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- layer
- probe
- displacement
- piezoresistive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 自己変位検出機能をもち、耐環境性に優れた
カンチレバーチップを備えた走査型プローブ顕微鏡を提
供する。 【解決手段】 カンチレバー部１ｂとその自由端に設け
られた探針を備え、探針１ａの変位をカンチレバー部１
ｂに形成したピエゾ抵抗層２の抵抗値変化から検出する
ように構成されたカンチレバーチップ１において、ピエ
ゾ抵抗層２を高エネルギイオン注入によって形成した埋
め込み抵抗層とすることで、環境変化の影響を受け難く
している。
カンチレバーチップを備えた走査型プローブ顕微鏡を提
供する。 【解決手段】 カンチレバー部１ｂとその自由端に設け
られた探針を備え、探針１ａの変位をカンチレバー部１
ｂに形成したピエゾ抵抗層２の抵抗値変化から検出する
ように構成されたカンチレバーチップ１において、ピエ
ゾ抵抗層２を高エネルギイオン注入によって形成した埋
め込み抵抗層とすることで、環境変化の影響を受け難く
している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は走査型プローブ顕微
鏡に関する。
鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に、走査型プローブ顕微鏡の一つで
あるＡＦＭ（原子間引力顕微鏡）の構成を示す。このＡ
ＦＭは、先端に曲率半径の小さい探針を備えたカンチレ
バーＬと、このカンチレバーＬの変位を検出する光学系
Ｄによって構成されており、探針を試料Ｓの表面に近づ
けると、試料Ｓと探針との間に働く力により、カンチレ
バーが撓む点を利用し、そのカンチレバーの撓みを光学
系Ｄによって検出する、いわゆる光てこ方式を採用した
顕微鏡である。
あるＡＦＭ（原子間引力顕微鏡）の構成を示す。このＡ
ＦＭは、先端に曲率半径の小さい探針を備えたカンチレ
バーＬと、このカンチレバーＬの変位を検出する光学系
Ｄによって構成されており、探針を試料Ｓの表面に近づ
けると、試料Ｓと探針との間に働く力により、カンチレ
バーが撓む点を利用し、そのカンチレバーの撓みを光学
系Ｄによって検出する、いわゆる光てこ方式を採用した
顕微鏡である。
【０００３】また、この種の顕微鏡においては上記した
変位検出方式の他に、カンチレバーと変位検出系とを一
体化することも試みられており、その自己変位検出機能
をもつカンチレバーチップの例として、シリコン製のカ
ンチレバー中にピエゾ抵抗素子を形成し、その抵抗値変
化からカンチレバーの変位を検出するものがある(Inter
national Conference on Solidstate Sensors and Actu
ators,1991,Tech.dig.pp448-451)。
変位検出方式の他に、カンチレバーと変位検出系とを一
体化することも試みられており、その自己変位検出機能
をもつカンチレバーチップの例として、シリコン製のカ
ンチレバー中にピエゾ抵抗素子を形成し、その抵抗値変
化からカンチレバーの変位を検出するものがある(Inter
national Conference on Solidstate Sensors and Actu
ators,1991,Tech.dig.pp448-451)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示し
た構造の場合、カンチレバーチップと別に、変位検出用
の光学系が必要で装置が大型になるという問題がある。
また、高真空中で測定を行いたい場合には検出系も真空
槽内に配置する必要があり、構成に制限を受けることに
なる。
た構造の場合、カンチレバーチップと別に、変位検出用
の光学系が必要で装置が大型になるという問題がある。
また、高真空中で測定を行いたい場合には検出系も真空
槽内に配置する必要があり、構成に制限を受けることに
なる。
【０００５】一方、カンチレバー部にピエゾ抵抗素子を
形成したカンチレバーチップを使用した場合、上記した
ような構成上の制限を受けることはないものの、ピエゾ
抵抗素子の抵抗値が測定環境（例えば湿度など）の影響
で変動し、測定誤差が生じるという問題がある。特に、
最近ＡＦＭ観察の応用として注目されている、生体試料
などの液中観察においては、その抵抗値変動が顕著とな
るため観察が困難となる。
形成したカンチレバーチップを使用した場合、上記した
ような構成上の制限を受けることはないものの、ピエゾ
抵抗素子の抵抗値が測定環境（例えば湿度など）の影響
で変動し、測定誤差が生じるという問題がある。特に、
最近ＡＦＭ観察の応用として注目されている、生体試料
などの液中観察においては、その抵抗値変動が顕著とな
るため観察が困難となる。
【０００６】本発明は、そのような実情に鑑みてなされ
たもので、探針の変位を検出する自己変位検出機能をも
ち、しかも測定環境の影響を受け難いカンチレバーチッ
プを備えた走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的
とする。
たもので、探針の変位を検出する自己変位検出機能をも
ち、しかも測定環境の影響を受け難いカンチレバーチッ
プを備えた走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、測定に使用する
カンチレバーチップが半導体材料製で、そのカンチレバ
ー部に形成されたピエゾ抵抗層の抵抗値変化を探針の変
位検出信号として用いるように構成され、かつ、そのピ
エゾ抵抗層が高エネルギイオン注入によって形成された
埋め込み抵抗層であることによって特徴づけられる。
め、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、測定に使用する
カンチレバーチップが半導体材料製で、そのカンチレバ
ー部に形成されたピエゾ抵抗層の抵抗値変化を探針の変
位検出信号として用いるように構成され、かつ、そのピ
エゾ抵抗層が高エネルギイオン注入によって形成された
埋め込み抵抗層であることによって特徴づけられる。
【０００８】ここで、本発明でいう高エネルギイオン注
入とは、基板表面層の導電型を残したまま、基板とは異
なる導電型のドーパント層を埋め込むことが可能なエネ
ルギでイオンを打ち込むことを指す。
入とは、基板表面層の導電型を残したまま、基板とは異
なる導電型のドーパント層を埋め込むことが可能なエネ
ルギでイオンを打ち込むことを指す。
【０００９】
【作用】例えば図１において、探針１ａが試料表面の原
子から、引力あるいは斥力を受けてカンチレバー部１ｂ
が撓むと、カンチレバー部１ｂに形成した埋め込みピエ
ゾ抵抗層２には、その応力に応じた抵抗値変化が生じ
る。従って、埋め込みピエゾ抵抗層２の抵抗値変化を外
部回路で検出すれば、その検出値からカンチレバー部１
ｂの撓みつまり探針１ａの変位を知ることができる。
子から、引力あるいは斥力を受けてカンチレバー部１ｂ
が撓むと、カンチレバー部１ｂに形成した埋め込みピエ
ゾ抵抗層２には、その応力に応じた抵抗値変化が生じ
る。従って、埋め込みピエゾ抵抗層２の抵抗値変化を外
部回路で検出すれば、その検出値からカンチレバー部１
ｂの撓みつまり探針１ａの変位を知ることができる。
【００１０】ここで、高エネルギイオン注入による埋め
込みドーパント層は、その上層に基板表面層の導電型を
残したままの状態で形成することができるので、表面層
によって外部に対し保護され環境変化の影響を受け難い
という特徴があり、従って、このような高エネルギイオ
ン注入で形成された埋め込みピエゾ抵抗層は耐環境性に
優れている。
込みドーパント層は、その上層に基板表面層の導電型を
残したままの状態で形成することができるので、表面層
によって外部に対し保護され環境変化の影響を受け難い
という特徴があり、従って、このような高エネルギイオ
ン注入で形成された埋め込みピエゾ抵抗層は耐環境性に
優れている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の構成
図である。この図１に示す走査型プローブ顕微鏡は、公
知の顕微鏡と同様に、自己変位検出機能をもつカンチレ
バーチップ１と、試料Ｓを走査するためのステージ（図
４参照）によって構成されているが、そのカンチレバー
チップ１の構造に特徴がある。
図である。この図１に示す走査型プローブ顕微鏡は、公
知の顕微鏡と同様に、自己変位検出機能をもつカンチレ
バーチップ１と、試料Ｓを走査するためのステージ（図
４参照）によって構成されているが、そのカンチレバー
チップ１の構造に特徴がある。
【００１２】すなわち、この例のカンチレバーチップ１
は、カンチレバー部１ｂとこれを支持する台座１ｃと、
カンチレバー部１ｂの自由端に設けられた探針１ａを備
えたシリコン製のチップで、そのカンチレバー部１ｂの
根元付近に、高エネルギイオン注入によって埋め込みピ
エゾ抵抗層２が形成されている。
は、カンチレバー部１ｂとこれを支持する台座１ｃと、
カンチレバー部１ｂの自由端に設けられた探針１ａを備
えたシリコン製のチップで、そのカンチレバー部１ｂの
根元付近に、高エネルギイオン注入によって埋め込みピ
エゾ抵抗層２が形成されている。
【００１３】また、カンチレバーチップ１には、図１及
び図２に示すように、埋め込みピエゾ抵抗層２に導通す
る一対の電極２ａが形成されており、この一対の電極２
ａを利用して、埋め込みピエゾ抵抗層２の抵抗値変化を
電気信号として外部へと取り出すことができる。そし
て、その電気信号は増幅器を介して検出回路（図示せ
ず）等に導かれる。なお、図１に示す構造において電極
３ａはバイアス印加用の電極である。
び図２に示すように、埋め込みピエゾ抵抗層２に導通す
る一対の電極２ａが形成されており、この一対の電極２
ａを利用して、埋め込みピエゾ抵抗層２の抵抗値変化を
電気信号として外部へと取り出すことができる。そし
て、その電気信号は増幅器を介して検出回路（図示せ
ず）等に導かれる。なお、図１に示す構造において電極
３ａはバイアス印加用の電極である。
【００１４】以上の構造において、探針１ａが試料Ｓの
表面原子から引力あるいは斥力を受けるとカンチレバー
部１ｂが撓む。このとき、カンチレバー部１ｂに形成さ
れた埋め込みピエゾ抵抗層２にはその応力に応じて抵抗
値変化が生じる。従って、埋め込み抵抗層２の抵抗値変
化を外部の検出回路等によって検出することにより、こ
の検出値をカンチレバー部１ｂの撓みつまり探針１ａの
変位情報として用いることができる。
表面原子から引力あるいは斥力を受けるとカンチレバー
部１ｂが撓む。このとき、カンチレバー部１ｂに形成さ
れた埋め込みピエゾ抵抗層２にはその応力に応じて抵抗
値変化が生じる。従って、埋め込み抵抗層２の抵抗値変
化を外部の検出回路等によって検出することにより、こ
の検出値をカンチレバー部１ｂの撓みつまり探針１ａの
変位情報として用いることができる。
【００１５】次に、図１の構造のカンチレバーチップ１
を作製する手順を、以下、図３に示す工程 (1)〜(5) を
参照して説明する。 (1) まず、ＳＯＩウェハ１１（Silicon on Insulator；
シリコン中に酸化膜層１１ａがあるウェハ）を材料とす
る。ここでは、表面側の活性層の厚さとして15μｍ程度
のものを用いる。
を作製する手順を、以下、図３に示す工程 (1)〜(5) を
参照して説明する。 (1) まず、ＳＯＩウェハ１１（Silicon on Insulator；
シリコン中に酸化膜層１１ａがあるウェハ）を材料とす
る。ここでは、表面側の活性層の厚さとして15μｍ程度
のものを用いる。
【００１６】(2) ウェハ１１の表面に酸化膜を形成し、
これをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
し、このパターニング後の酸化膜１２をマスクとしてウ
ェハ１１のエッチングを行って探針１ａを形成する。こ
こではドライエッチング（ＲＩＥ；反応性イオンエッチ
ング）を用いるが、ＫＯＨなどを用いたウェットエッチ
ングであってもよいし、あるいはこれらの組み合わせで
もよい。
これをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
し、このパターニング後の酸化膜１２をマスクとしてウ
ェハ１１のエッチングを行って探針１ａを形成する。こ
こではドライエッチング（ＲＩＥ；反応性イオンエッチ
ング）を用いるが、ＫＯＨなどを用いたウェットエッチ
ングであってもよいし、あるいはこれらの組み合わせで
もよい。
【００１７】(3) ウェハ１１の表面にパッシベーション
膜（酸化膜）１１ｂを形成した後、基板コンタクトのた
めのｎ+ 層３をリンイオン注入によって形成し、次いで
抵抗層コンタクトのためのｐ+ 層２ｂを、ホウ素イオン
注入（低エネルギイオン注入；例えば３０ＫｅＶ）によ
って形成する。この後、ホウ素イオン注入により、埋め
込みピエゾ抵抗層２を形成する。このときホウ素の注入
エネルギは、基板であるウェハ１１の導電型を残したま
ま、埋め込み抵抗層を形成できるエネルギ（例えば１Ｍ
ｅＶ）とする。
膜（酸化膜）１１ｂを形成した後、基板コンタクトのた
めのｎ+ 層３をリンイオン注入によって形成し、次いで
抵抗層コンタクトのためのｐ+ 層２ｂを、ホウ素イオン
注入（低エネルギイオン注入；例えば３０ＫｅＶ）によ
って形成する。この後、ホウ素イオン注入により、埋め
込みピエゾ抵抗層２を形成する。このときホウ素の注入
エネルギは、基板であるウェハ１１の導電型を残したま
ま、埋め込み抵抗層を形成できるエネルギ（例えば１Ｍ
ｅＶ）とする。
【００１８】(4) イオン注入層の活性化のためにアニー
ルを行い、次いで埋め込みピエゾ抵抗層２及びｎ+ 層３
へのコンタクトホールを形成した後、その各層にそれぞ
れ導通する電極２ａ及び３ａを形成する。
ルを行い、次いで埋め込みピエゾ抵抗層２及びｎ+ 層３
へのコンタクトホールを形成した後、その各層にそれぞ
れ導通する電極２ａ及び３ａを形成する。
【００１９】(5) ウェハ１１の裏面側でカンチレバーチ
ップ１の台座１ｃとなる部分のみを酸化膜（図示せず）
で覆った状態で、ウェハ１１の裏面からエッチングを行
ってカンチレバー部１ｂを形成する。
ップ１の台座１ｃとなる部分のみを酸化膜（図示せず）
で覆った状態で、ウェハ１１の裏面からエッチングを行
ってカンチレバー部１ｂを形成する。
【００２０】以上の工程で図１に示した構造のチップ、
すなわち変位検出のための埋め込みピエゾ抵抗層２がカ
ンチレバー部１ｂに形成された構造のカンチレバーチッ
プ１が完成する。
すなわち変位検出のための埋め込みピエゾ抵抗層２がカ
ンチレバー部１ｂに形成された構造のカンチレバーチッ
プ１が完成する。
【００２１】なお、以上の実施の形態では、ＳＯＩウェ
ハを材料として用いたが、これに限定されず、例えばｐ
型シリコン基板上にｎ型層をエピタキシャル成長させた
ウェハ、あるいはｐ型シリコン基板の表面層にｎ型層を
拡散によって形成したウェハをチップ製作用の材料とし
て用いてもよい。この場合、図３の工程(5) で行うシリ
コンエッチングの際に、電気化学的なエッチングストッ
プ技術 (IEEE,Transactions on Electron Devices vol.
36,No.4,1989) を用いてカンチレバー部を形成すればよ
い。
ハを材料として用いたが、これに限定されず、例えばｐ
型シリコン基板上にｎ型層をエピタキシャル成長させた
ウェハ、あるいはｐ型シリコン基板の表面層にｎ型層を
拡散によって形成したウェハをチップ製作用の材料とし
て用いてもよい。この場合、図３の工程(5) で行うシリ
コンエッチングの際に、電気化学的なエッチングストッ
プ技術 (IEEE,Transactions on Electron Devices vol.
36,No.4,1989) を用いてカンチレバー部を形成すればよ
い。
【００２２】また、本発明において、カンチレバーチッ
プの材料としてはシリコンに限定されず、埋め込みピエ
ゾ抵抗層が形成できるものであれば他の任意の半導体材
料を用いてもよい。
プの材料としてはシリコンに限定されず、埋め込みピエ
ゾ抵抗層が形成できるものであれば他の任意の半導体材
料を用いてもよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の走査型プ
ローブ顕微鏡によれば、カンチレバーチップが、カンチ
レバー部に形成されたピエゾ抵抗層の抵抗値変化から探
針の変位を検出する自己変位検出機能をもつ構造で、そ
のピエゾ抵抗層が高エネルギイオン注入によって形成さ
れた埋め込み抵抗層であるので、測定環境の変化を受け
難く安定した試料観察が可能となる。これにより、自己
変位検出機能をもつカンチレバーチップを備えた走査型
プローブ顕微鏡を、例えばＡＦＭ観察の応用として注目
されている生体試料などの液中観察に適用することが可
能になる。
ローブ顕微鏡によれば、カンチレバーチップが、カンチ
レバー部に形成されたピエゾ抵抗層の抵抗値変化から探
針の変位を検出する自己変位検出機能をもつ構造で、そ
のピエゾ抵抗層が高エネルギイオン注入によって形成さ
れた埋め込み抵抗層であるので、測定環境の変化を受け
難く安定した試料観察が可能となる。これにより、自己
変位検出機能をもつカンチレバーチップを備えた走査型
プローブ顕微鏡を、例えばＡＦＭ観察の応用として注目
されている生体試料などの液中観察に適用することが可
能になる。
【図１】本発明の実施の形態の構造図
【図２】その実施の形態の埋め込みピエゾ抵抗層２と電
極２ａの構造を模式的に示す図
極２ａの構造を模式的に示す図
【図３】図１に示すカンチレバーチップ１の作製方法を
説明する図
説明する図
【図４】走査型プローブ顕微鏡（ＡＦＭ）の構造例を示
す図
す図
１ カンチレバーチップ １ａ 探針 １ｂ カンチレバー部 １ｃ 台座 ２ 埋め込みピエゾ抵抗層 ２ａ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】 探針をもつカンチレバーチップと、試料
を探針に対して２次元方向に走査するステージを有し、
その走査過程で探針の変位を検出して試料表面の微細構
造の測定情報を得る顕微鏡において、上記カンチレバー
チップが半導体材料製で、そのカンチレバー部に形成さ
れたピエゾ抵抗層の抵抗値変化を探針の変位検出信号と
して用いるように構成され、かつ、そのピエゾ抵抗層が
高エネルギイオン注入によって形成された埋め込み抵抗
層であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1266696A JPH09203738A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1266696A JPH09203738A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09203738A true JPH09203738A (ja) | 1997-08-05 |
Family
ID=11811700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1266696A Pending JPH09203738A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09203738A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096409A1 (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP1266696A patent/JPH09203738A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096409A1 (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| US7141999B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-11-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| US7442571B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-10-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
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