JPH11344500A - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope

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Publication number
JPH11344500A
JPH11344500A JP15135798A JP15135798A JPH11344500A JP H11344500 A JPH11344500 A JP H11344500A JP 15135798 A JP15135798 A JP 15135798A JP 15135798 A JP15135798 A JP 15135798A JP H11344500 A JPH11344500 A JP H11344500A
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JP
Japan
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probe
tip
probe tip
cantilever
holding mechanism
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP15135798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuzo Mishima
周三 三島
Akitoshi Toda
明敏 戸田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US09/092,285 priority patent/US6246054B1/en
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the subject microscope suitable for measuring the sidewall of a sample. SOLUTION: A probe tip holding mechanism 550 has a probe tip holding part receiver 552 fixed to a fine adjustment stage mechanism for the Z-direction, a probe tip holding part 558 equipped with a probe tip applying stand is attached to this stage, and a usual probe chip 580 is provided so that the support part 582 thereof is attached to the bottom surface of the probe tip applying stand. A goose tip 590 is provided so that the support part 592 thereof is attached to the side surface of the probe tip attaching stand, and the probe tip holding part 558 is equipped with the piezoelectric element 560 for exciting the goose tip 590 attached to the probe tip applying part. A mirror holding mechanism 610 is provided with respect to the usual probe tip 580, and the mirror holding mechanism 640 is provided to the terminal member 520 of a piezoelectric actuator 510 with respect to the goose tip 590.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、IC半導体の段
差、例えば電極ラインパターンの側壁の粗さや傾き角の
測定に適した走査型プローブ顕微鏡(SPM)に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope (SPM) suitable for measuring a step of an IC semiconductor, for example, a roughness or an inclination angle of a side wall of an electrode line pattern.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、プローブすな
わち探針を試料表面に1μm以下まで近接させた時に両
者の間に働く相互作用を検出しながらXY方向あるいは
XYZ方向に走査することにより、その相互作用の二次
元マッピングを行なう装置であり、走査型トンネリング
顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、磁気力
顕微鏡(MFM)、走査型近接場光顕微鏡(SNOM)
などの総称である。なかでもAFMは、試料表面の凹凸
情報を得る装置としてSPMのなかで最も普及してい
る。AFMは、カンチレバー先端に形成した探針(突
起)を試料表面に近づけた時に、探針に働く力により生
じるカンチレバーの変位を光学式センサー等で検出する
ことにより、間接的に試料表面の凹凸情報を得ている。
2. Description of the Related Art A scanning probe microscope scans in the XY or XYZ directions while detecting the interaction between a probe or a probe when the probe or probe is brought close to the surface of the sample to 1 μm or less. It is a device that performs two-dimensional mapping of action, such as a scanning tunneling microscope (STM), an atomic force microscope (AFM), a magnetic force microscope (MFM), and a scanning near-field light microscope (SNOM).
It is a generic term such as. Among them, the AFM is most widely used among SPMs as a device for obtaining information on unevenness of a sample surface. The AFM detects indirectly the unevenness of the sample surface by detecting the displacement of the cantilever caused by the force acting on the probe when the probe (protrusion) formed at the tip of the cantilever approaches the sample surface, using an optical sensor or the like. Have gained.

【0003】AFMに用いられる探針は、性能的および
コスト的に有利であることからバッチファブリケーショ
ン技術である半導体プロセスを利用して作製される。例
えば、「Europhys. Lett. 2(1987) p.1281 (T. Albrech
t et al)」には、酸化シリコン薄膜をパターニングして
作製するいわゆるフラットレバーについて報告があり、
また、特開平1−262403には、これを発展させた
いわゆるバーズビーク型のプローブが提案されている。
また、米国特許5399232号に記載されているピラ
ミッド形状の探針を持つ窒化シリコン製のプローブチッ
プや米国特許5051379号に記載されているシリコ
ン製のプローブチップは、既に製品化されており、市場
から入手可能である。このようなプローブチップの探針
はポイントターミネート(一点終端)された、探針先端
の突起部を実質的な探針として使用しているが、探針全
体を眺めたとき、探針頂角は15度から90度に留まっ
ている。
[0003] The probe used in the AFM is manufactured using a semiconductor process which is a batch fabrication technique because of its performance and cost advantages. For example, "Europhys. Lett. 2 (1987) p.1281 (T. Albrech
t et al) "reports on a so-called flat lever made by patterning a silicon oxide thin film.
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-262403 proposes a so-called bird's beak type probe which is developed from this.
Further, a silicon nitride probe tip having a pyramid-shaped probe described in U.S. Pat. No. 5,399,232 and a silicon probe tip described in U.S. Pat. No. 5,051,379 have already been commercialized and have been marketed. Available. The probe of such a probe tip uses a point-terminated (one-point termination) projection at the tip of the probe as a substantial probe, but when the entire probe is viewed, the probe apex angle becomes It stays between 15 and 90 degrees.

【0004】半導体ICのデザインルールは256MB
の記憶容量のデバイスで0.25μm則の試作品が作製
され、1GBデバイスでは0.15μm則が適用されよ
うとしている。これに伴ない、素子の形状検査機は、幅
が狭くアスペクト比の大きなものの線幅、さらには全体
形状を正確に測定することが求められている。このよう
な形状測定に走査型プローブ顕微鏡が適用可能として、
盛んに研究が進められている。
The design rule of a semiconductor IC is 256 MB.
A prototype device having a storage capacity of 0.25 μm is manufactured with a device having a storage capacity of, and a 0.15 μm rule is being applied to a 1 GB device. Along with this, a device for inspecting the shape of a device is required to accurately measure a line width of a narrow device having a large aspect ratio and further, an entire shape. As a scanning probe microscope can be applied to such shape measurement,
Research is being actively pursued.

【0005】Yves Martin やH. Kumar Wickramasinghe
は「Apply. Phys. Lett. Vol.64 No.19 (1994) PP.2489
-2500 」において垂直壁を画像化する新しい走査型プロ
ーブ顕微鏡を提案している。これに関する特許としては
日本国特許2501282号がある。この走査型プロー
ブ顕微鏡では、ブーツ型の探針(先端近くの胴がくびれ
た円柱状の探針)を使用することにより、試料の垂直壁
の測定を可能にしている。この様な探針は、前述のポイ
ントターミネートされた探針とは異なり、その先端のフ
レアー部分の異なる点が凹部の両側の側壁との相互作用
を起こす。つまり、ブーツ型の探針には、その先端部に
少なくとも二箇所以上に実質的な探針が存在し、これに
より実質的な探針頂角は0度以下となっている。
[0005] Yves Martin and H. Kumar Wickramasinghe
Is "Apply. Phys. Lett. Vol.64 No.19 (1994) PP.2489
-2500 ”proposes a new scanning probe microscope for imaging vertical walls. A patent related to this is Japanese Patent No. 2501282. In this scanning probe microscope, the vertical wall of the sample can be measured by using a boot-type probe (a cylindrical probe whose body near the tip is narrowed). Such a probe differs from the above-mentioned point-terminated probe in that different points of the flared portion at the tip cause interaction with the side walls on both sides of the concave portion. In other words, the boot-type probe has a substantial probe at at least two or more locations at the distal end thereof, so that the vertical angle of the probe is substantially 0 ° or less.

【0006】ブーツ型の探針は、2μm径〜2.5μm
径のカンチレバー側の部分(太い部分)と、その先につ
ながる細い部分からなり、その細い部分はブーツの様な
形をしている。ブーツ状の部分の寸法は、長さ(高さ)
2.8μm、先端の探針はフレアー部分(先端)で36
0nm径、それよりカンチレバーに近いくびれた部分で
210nm径である。
The boot type probe has a diameter of 2 μm to 2.5 μm.
It consists of a part (thick part) on the cantilever side with a diameter and a thin part connected to the tip, and the thin part is shaped like a boot. The size of the boot-shaped part is the length (height)
2.8 μm, tip of tip is 36 at flare (tip)
The diameter is 0 nm, and the constricted portion closer to the cantilever has a diameter of 210 nm.

【0007】このプローブチップを用いて半導体のトレ
ンチ溝や穴の側壁を測定する時、この探針先端のフレア
ー部分が張り出しているので、その部分が試料表面(側
壁)に最も接近する。従って、その様な探針の張り出し
た部分と試料表面との間隔を一定に保って、探針を走査
することにより、側壁の面荒れや傾き角度を測定するこ
とができる。
When measuring the side wall of a trench or hole of a semiconductor using this probe tip, the flare portion at the tip of the probe is protruding, so that the portion comes closest to the sample surface (side wall). Therefore, by scanning the probe while keeping the distance between such a protruding portion of the probe and the sample surface constant, it is possible to measure the surface roughness and the inclination angle of the side wall.

【0008】特開平3−104136は、このようなブ
ーツ型の探針の作製方法を開示しており、探針は、単結
晶シリコンウェハーをスタートウェハーとし、フォトリ
ソグラフィーにより作製される。約1μm径以下の円形
のマスクを形成した後、CF4 ガスでドライエッチング
して、シリコンウェハーをほぼ垂直に掘り下げることに
より、略円柱形状のシリコン製の探針部を形成する。ド
ライエッチングの条件を変化されると、略円柱形状の探
針部分は円柱部中腹が膨らんだり細ったりする。この条
件を選択することにより、円柱部中腹が細った単結晶シ
リコン製の略円柱状の探針を得る。この後、探針部をレ
ジスト等で保護し、カンチレバーのパターニングとウェ
ハー裏面からのエッチングを行ない、ブーツ型の探針を
有するプローブチップを得ている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-104136 discloses a method for manufacturing such a boot-type probe, and the probe is manufactured by photolithography using a single-crystal silicon wafer as a start wafer. After forming a circular mask having a diameter of about 1 μm or less, the silicon wafer is dry-etched with CF4 gas to dig down the silicon wafer almost vertically, thereby forming a substantially cylindrical silicon probe portion. When the dry etching conditions are changed, the center of the substantially cylindrical probe portion expands or narrows. By selecting these conditions, a substantially cylindrical probe made of single-crystal silicon with a narrow middle portion of the cylindrical portion is obtained. Thereafter, the probe is protected by a resist or the like, and the cantilever is patterned and etched from the back surface of the wafer to obtain a probe tip having a boot-type probe.

【0009】一方、AFM用プローブチップの探針は、
測定(走査)中の試料表面と接触により探針先端が摩耗
したり折れたりする可能性があり、探針材料は安定した
AFM測定を行なうときに注意を払う必要のある点であ
る。例えば、松山らは第55回応用物理学会学術講演会
にて(予稿集p.473 )において、探針材料の摩耗に関し
て報告している。単結晶シリコンや窒化シリコンは探針
材料として、よく用いられる材料であるが、両者を比較
すれば単結晶シリコンより窒化シリコン膜の方が摩耗し
難く、さらに窒化シリコン膜の中では、シリコンと窒素
とのストイキオメトリが3対4の窒化シリコン膜の方が
更に摩耗し難いことを報告している。
On the other hand, the probe of the AFM probe tip is
The tip of the probe may be worn or broken due to contact with the sample surface during measurement (scanning), and the probe material needs to be paid attention to when performing a stable AFM measurement. For example, Matsuyama et al. Reported at the 55th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics (Preliminary Collection, p.473) on the wear of probe materials. Single crystal silicon and silicon nitride are often used as a probe material, but when compared, silicon nitride films are less likely to wear than single crystal silicon. Report that the silicon nitride film having a stoichiometry of 3 to 4 is more difficult to wear.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】Yves Martin らの垂直
壁を画像化する走査型プローブ顕微鏡によるまでもな
く、通常の走査型プローブ顕微鏡であっても、一般にア
スペクト比の高い試料の側壁の根本部分を出来るだけ正
確に測定するには、探針頂角が小さく、アスペクト比の
高い探針が必要である。
The root portion of the side wall of a sample having a high aspect ratio is not limited to a scanning probe microscope for imaging a vertical wall by Yves Martin et al. In order to measure as accurately as possible, a probe having a small apex angle and a high aspect ratio is required.

【0011】Apply. Phys. Lett. Vol.64 No.19 (1994)
PP.2498-2500 に記載されているYves Martin らの垂直
壁を画像化する走査型プローブ顕微鏡法は、ノンコンタ
クトモードAFMを応用した方法ではあるが、大気中で
の測定の間、ときどき探針が試料表面に接触してしまう
ことがある。すなわち、ノンコンタクトモードAFM測
定法を応用してはいるが、装置のフィードバック回路の
帯域が有限であることから、凹凸の大きな試料やステッ
プ状の段差部を有する試料に対して探針を全く接触させ
ることなく測定することは難しい。このあたり、例え
ば、同論文の著者であるイブ・マーチンらが特開平6−
194154号において、探針を励振させながら行なう
コンタクトモードAFM法を応用して、同様の段差を持
つ試料の側壁を測定する方法を提案しているという事実
や、ヴァージル・ビー・エリングスらが特開平7−27
0434号において、やはり探針を励振させながら行な
うコンタクトモードAFM法を応用して、側壁の測定を
行なえる顕微鏡を提案しているという事実から、完全な
ノンコンタクトモードAFM測定法による垂直壁の測定
の難しさが推察される。
Apply. Phys. Lett. Vol. 64 No. 19 (1994)
The scanning probe microscopy of Yves Martin et al. For imaging vertical walls, described in PP.2498-2500, is an application of non-contact mode AFM, but occasionally uses a probe during measurements in air. May come into contact with the sample surface. In other words, although the non-contact mode AFM measurement method is applied, since the bandwidth of the feedback circuit of the apparatus is finite, the probe is completely in contact with a sample having large irregularities or a sample having a step-shaped step portion. It is difficult to measure without having to do it. In this regard, for example, the author of the paper, Eve Martin et al.
No. 194154 proposes a method of measuring the side wall of a sample having a similar step by applying the contact mode AFM method performed while exciting the probe, and the fact that Virgil B. Elings et al. 7-27
No. 0434 proposes a microscope capable of measuring the side wall by applying the contact mode AFM method also performed while exciting the probe, and therefore, the measurement of the vertical wall by the complete non-contact mode AFM measurement method. The difficulty is presumed.

【0012】試料に探針が接触すると探針が摩耗したり
折れたりし、探針の形状が測定中に変化してしまう。Yv
es Martin らの垂直壁を画像化する走査型プローブ顕微
鏡法は、例えば前述のように、サブミクロンのパターン
則の半導体ICの電極パターンの形状測定を行なうのに
用いられるため、探針形状がわずか数十nm摩耗した形
状が変化しただけでも、測定結果は10%以上も変化し
てしまう。このため、摩耗などによる探針の形状変化は
極めて深刻な問題である。一般に、測定器は高い再現性
を有している必要があるが、測定器としてYves Martin
らの垂直壁を画像化する走査型プローブ顕微鏡を考えた
とき、探針が摩耗により、この測定データの再現性を失
わせることは非常に問題である。
When the probe comes into contact with the sample, the probe is worn or broken, and the shape of the probe changes during the measurement. Yv
es Martin et al.'s scanning probe microscopy for imaging vertical walls is used, for example, to measure the shape of the electrode pattern of a semiconductor IC according to the submicron pattern rule, as described above. Even a change in the shape worn by several tens of nanometers changes the measurement result by 10% or more. Therefore, a change in the shape of the probe due to wear or the like is a very serious problem. In general, measuring instruments need to have high reproducibility, but Yves Martin
When considering a scanning probe microscope for imaging these vertical walls, it is very problematic that the reproducibility of the measurement data is lost due to wear of the probe.

【0013】データの再現性を求めるなら、頻繁に探針
形状を校正することが考えられる。しかしながら、測定
試料を測定する前に、何度も校正のための操作を行なう
ことは、測定器に求められるスループットの点で問題で
ある。校正作業のために単位時間当たりに測定すること
のできる試料数が減ってしまうからである。また、その
校正に校正用の試料を測定と同等な方法を用いて測定す
る校正方法を採用すれば、校正作業中に探針が摩耗した
りして形状変化する可能性もあり、あまり頻繁に校正作
業を行なうのも問題がある。
To obtain the reproducibility of data, it is conceivable to frequently calibrate the probe shape. However, performing the operation for calibration many times before measuring the measurement sample is a problem in terms of the throughput required for the measuring instrument. This is because the number of samples that can be measured per unit time for the calibration work decreases. Also, if a calibration method that measures the sample for calibration using the same method as the measurement is used for the calibration, the probe may be worn out during the calibration work and may change its shape, Performing calibration work is also problematic.

【0014】また、Yves Martin らの垂直壁を画像化す
る走査型プローブ顕微鏡に用いられるブーツ型の探針の
先端部は、フレアー部分が張り出しており、少なくとも
二箇所以上の実質的な探針が存在するが、フレアー部分
のどの位置が試料と相互作用を起こしているか特定する
ことが困難である。
The tip of a boot-type probe used in a scanning probe microscope for imaging a vertical wall by Yves Martin et al. Has a flare portion protruding, and at least two or more substantial probes are provided. Although present, it is difficult to identify which location of the flare portion is interacting with the sample.

【0015】さらに、Yves Martin らの論文に記載され
ている垂直壁を画像化する走査型プローブ顕微鏡法に用
いる探針は、特開平3−104136号に記載されてい
るように、単結晶シリコンをエッチングして作製され
る。前述のようにシリコンは摩耗のし易い材料であり、
摩耗は探針材料の点からも大きな問題である。
Further, the probe used in the scanning probe microscopy for imaging a vertical wall described in the paper by Yves Martin et al. Is made of single-crystal silicon as described in JP-A-3-104136. It is manufactured by etching. As mentioned above, silicon is a material that easily wears,
Wear is also a major problem in terms of probe material.

【0016】Apply Phys. Lett. Vol.64 No.19 (1994)
PP.2498-2500あるいは特開平3−104136号に記載
されているような、単結晶シリコン製のブーツ型形状を
した探針を作製するには、ドライエッチングが用いれら
ているが、一般にサブミクロンのパターンニングを行な
うためにドライエッチングを用いると、作製条件がわず
かにずれるだけで探針形状が変化してしまうという問題
がある。
Apply Phys. Lett. Vol. 64 No. 19 (1994)
Dry etching is used to manufacture a single-crystal silicon boot-shaped probe as described in PP.2498-2500 or JP-A-3-104136. When dry etching is used to perform patterning, there is a problem that the shape of the probe changes due to a slight shift in manufacturing conditions.

【0017】また、サブミクロンオーダーの測定試料を
測定するにはそれより細い探針を使用する必要がある
が、その様な探針を均一性良く作製することは極めて難
しい。ウェハー間は勿論、一枚のウェハー内でも場所に
よって形状のばらつきが発生する。このことはサブミク
ロンオーダーのパターン則の半導体ICを作製するため
のドライエッチング装置と同等な装置を用いて、それよ
りも細い探針の作製を試みていることを考えれば、その
大変さは容易に理解できる。
In order to measure a measurement sample on the order of submicrons, it is necessary to use a finer probe, but it is extremely difficult to produce such a probe with good uniformity. Not only between wafers, but also within a single wafer, variations in shape occur depending on the location. This is easy considering the fact that we are trying to produce a thinner probe using a device equivalent to a dry etching device for producing semiconductor ICs with a pattern rule on the order of submicrons. Can understand.

【0018】この探針形状(寸法)のばらつきは、最終
的には探針作製において、コストアップにつながり大き
な問題である。すなわち、非常に細かい測定試料凹凸部
分を測定するためには、少なくとも設計の寸法より細い
探針に仕上がっているか否かを、出荷時に慎重に検査す
る必要があるため、検査コストがかさむからである。無
論、探針形状のばらつきは、歩留まりもかなり悪くなる
ことから、さらにコストの上昇を招いてしまう。
This variation in the shape (dimensions) of the probe ultimately leads to an increase in cost in producing the probe, which is a serious problem. In other words, in order to measure a very fine uneven portion of the measurement sample, it is necessary to carefully inspect whether or not the probe is finished at least in a dimension smaller than the design dimension at the time of shipping, which increases the inspection cost. . Needless to say, variations in the shape of the probe lead to a considerable decrease in yield, which further increases the cost.

【0019】本出願人は、このような実状に鑑みて、特
願平9−152242号において、垂直壁の測定に好適
なプローブチップを提案している。このプローブチップ
は、支持部から延びた片持ち梁の先端に平板状の探針部
を有しており、探針部の面法線と支持部の面法線はほぼ
平行で、片持ち梁の面法線と支持部の面法線が非平行で
あるという構造的特徴を有している。
In view of such circumstances, the present applicant has proposed a probe tip suitable for measuring a vertical wall in Japanese Patent Application No. 9-152242. This probe tip has a flat probe at the tip of a cantilever extending from the support. The surface normal of the probe and the surface normal of the support are almost parallel, Has a structural feature that the surface normal of the support and the surface normal of the support portion are non-parallel.

【0020】このような構造的特徴を持つプローブチッ
プは、支持部から延びた片持ち梁の先端に錐体状の探針
部を有し、探針部の軸と片持ち梁の面法線と支持部の面
法線がほぼ平行である通常のプローブチップに比べる
と、得意な形状を有していると言える。
The probe tip having such a structural feature has a conical probe at the tip of a cantilever extending from the support, and the axis of the probe and the surface normal of the cantilever. It can be said that it has a better shape than a normal probe tip in which the surface normal of the support and the support are almost parallel.

【0021】本発明の目的は、広義には、垂直壁の測定
に好適な走査型プローブ顕微鏡を提供することであり、
狭義には、本出願人が特願平9−152242号におい
て提案しているプローブチップを好適に保持するプロー
ブチップ保持機構を備えた走査型プローブ顕微鏡を提供
することである。
An object of the present invention is, in a broad sense, to provide a scanning probe microscope suitable for measuring a vertical wall,
In a narrow sense, it is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope provided with a probe tip holding mechanism for suitably holding a probe tip proposed in Japanese Patent Application No. 9-152242.

【0022】本発明の別の目的は、通常のプローブチッ
プと、本出願人が特願平9−152242号において提
案しているプローブチップとの両方を好適に保持するプ
ローブチップ保持機構を備えた走査型プローブ顕微鏡を
提供することである。
Another object of the present invention is to provide a probe tip holding mechanism for suitably holding both a normal probe tip and a probe tip proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 9-152242. An object of the present invention is to provide a scanning probe microscope.

【0023】言い換えれば、支持部から延びた片持ち梁
の先端に錐体状の探針部を有し、探針部の軸と片持ち梁
の面法線と支持部の面法線がほぼ平行である通常のプロ
ーブチップと、支持部から延びた片持ち梁の先端に平板
状の探針部を有しており、探針部の面法線と支持部の面
法線はほぼ平行で、片持ち梁の面法線と支持部の面法線
が非平行であるプローブチップとの両方を好適に保持す
るプローブチップ保持機構を備えた走査型プローブ顕微
鏡を提供することである。
In other words, the tip of the cantilever extending from the support portion has a cone-shaped probe portion, and the axis of the probe portion, the surface normal of the cantilever, and the surface normal of the support portion are substantially equal. It has a parallel probe tip and a flat probe at the end of a cantilever beam extending from the support, and the surface normal of the probe and the surface normal of the support are almost parallel. Another object of the present invention is to provide a scanning probe microscope provided with a probe tip holding mechanism that suitably holds both a cantilever surface normal and a probe tip whose support normal is non-parallel.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明の走査型プローブ
顕微鏡は、支持部に支持された片持ち梁状の弾性部材部
の先端に設けられた平板状の探針部を有し、その探針部
の先端の二つの終端点が測定試料との作用点であるプロ
ーブチップを取り付け可能なプローブチップ保持機構を
有している。
A scanning probe microscope according to the present invention has a flat probe portion provided at the tip of a cantilever-shaped elastic member portion supported by a support portion. A probe tip holding mechanism capable of attaching a probe tip, which is a point of action with a measurement sample, at two terminal points at the tip of the needle portion.

【0025】このプローブチップは、好適には、探針部
の面法線と支持部の面法線とはほぼ平行である。プロー
ブチップ保持機構は、好適には、前述のプローブチップ
と異なる形状の別のプローブチップも取り付け可能であ
る。
Preferably, in this probe tip, the surface normal of the probe portion and the surface normal of the support portion are substantially parallel. Preferably, the probe tip holding mechanism can also attach another probe tip having a different shape from the above-described probe tip.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。本発明の第一の実施の
形態の走査型プローブ顕微鏡に用いるプローブチップ1
00について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Probe tip 1 used for scanning probe microscope according to first embodiment of the present invention
00 will be described.

【0027】図1(a)と図1(b)に示されるよう
に、弾性体から成る片持ち梁(弾性部材部)102が支
持部101から延びており、その自由端に探針部103
が形成されている。図1(c)に示されるように、探針
部103は平板三角形状をしており、その先端の二つの
頂点104と105において三本の稜線が終端してい
る。平板三角形状の探針部103の面法線方向とその先
端の二点104と105を結ぶ稜線とはほぼ平行になっ
ている。これらの探針部103の先端の二つの終端点
(突起)104と105が試料上における位置を特定で
きる実質的な探針として主に作用し、試料表面、特にそ
の側壁部の表面との相互作用を生じる。つまり、探針部
103の先端には試料上における位置の特定できる2つ
の作用点が存在している。また、試料によっては終端点
104と105とを結ぶ稜線上のどこかの点が作用点と
なることもある。例えば、試料表面と稜線上の点とが終
端点104、105以上に接近しているような場合であ
る。しかしながら、試料の側壁部を測定する際には、稜
線上の点は作用点となることはなく、2つの終端点10
4と105のいずれかが作用点として働く。この点にお
いて、このプローブチップは、Europhys. Lett. 2 (198
7) p.1281 や特開平1−262403に記載されている
プローブチップとは異なっている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a cantilever (elastic member) 102 made of an elastic body extends from the support 101, and a probe 103 at its free end.
Are formed. As shown in FIG. 1C, the probe 103 has a flat plate triangular shape, and three ridges terminate at two apexes 104 and 105 at the tip. The direction of the surface normal of the probe portion 103 having the shape of a triangular plate is substantially parallel to the ridge line connecting the two points 104 and 105 at the tip. The two terminal points (protrusions) 104 and 105 at the tip of the probe 103 mainly act as a substantial probe capable of specifying the position on the sample, and interact with the surface of the sample, particularly the surface of the side wall thereof. Produces an effect. That is, at the tip of the probe unit 103, there are two action points at which the position on the sample can be specified. Further, depending on the sample, a point on the ridgeline connecting the terminal points 104 and 105 may be an action point. For example, there is a case where the sample surface and a point on the ridge line approach the end points 104 and 105 or more. However, when measuring the side wall portion of the sample, the point on the ridge line does not become an action point, and the two end points 10
Either 4 or 105 acts as an action point. In this regard, the probe tip is compatible with Europhys. Lett. 2 (198
7) The probe tip is different from the probe tip described in p.1281 and JP-A-1-262403.

【0028】また、片持ち梁状の弾性部材部102の面
法線方向と平板三角形状の探針部103の面法線方向は
平行でなく、従って、片持ち梁102は折れ曲がった形
状をしている。この点において、このプローブチップ
は、Europhys. Lett. 2 (1987)p.1281 に記載されてい
るプローブチップと異なる。
Further, the surface normal direction of the cantilever-shaped elastic member portion 102 is not parallel to the surface normal direction of the flat plate-shaped probe portion 103, and therefore, the cantilever beam 102 has a bent shape. ing. In this respect, this probe tip differs from the probe tip described in Europhys. Lett. 2 (1987) p.1281.

【0029】作製した実施形態の代表的な寸法は、短冊
形状の片持ち梁102の長さ70μm、幅40μm、厚
さ0.6μmであり、探針部103の高さは15μmで
ある。
Typical dimensions of the manufactured embodiment are as follows: the length of the strip-shaped cantilever 102 is 70 μm, the width is 40 μm, the thickness is 0.6 μm, and the height of the probe portion 103 is 15 μm.

【0030】また、図2に本実施の形態の走査型プロー
ブ顕微鏡で用いられる別のプローブチップを示す。図4
に示されるように、プローブチップ400は、探針部4
03が平板三角形状であり、この点は図1に示したプロ
ーブチップ100と同じであるが、弾性部402のバネ
定数や共振周波数などの機械的特性を最適化できるよう
に、探針部403と弾性部材402の厚さが図1のプロ
ーブチップ100と異なっている。
FIG. 2 shows another probe tip used in the scanning probe microscope of the present embodiment. FIG.
As shown in FIG. 3, the probe tip 400
1 is the same as the probe tip 100 shown in FIG. 1 except that the probe section 403 is designed to optimize mechanical properties such as a spring constant and a resonance frequency of the elastic section 402. The thickness of the elastic member 402 differs from that of the probe tip 100 of FIG.

【0031】プローブチップ400では、探針部403
が試料上の細い隙間等に入れるように、図1のプローブ
チップ100と同じく、探針部403の厚さは0.6μ
mであるが、弾性部材部402の共振周波数を上げるた
め、弾性部材部402の厚さは2μmである。
In the probe tip 400, the probe 403
The probe part 403 has a thickness of 0.6 μm as in the case of the probe tip 100 of FIG.
The thickness of the elastic member 402 is 2 μm in order to increase the resonance frequency of the elastic member 402.

【0032】上記のプローブチップ100と400はい
ずれも、測定時、測定試料の面法線方向と探針部の面法
線方向がほぼ垂直となるように保持して使用される(例
えば、後述する図9(d)を参照)。このときの探針頂
角は実質的に零度と極めて小さなアスペクト比の高い探
針部を有していると言える。
Each of the probe tips 100 and 400 is used while being held so that the surface normal direction of the measurement sample and the surface normal direction of the probe portion are substantially perpendicular to each other during measurement (for example, as described later). (See FIG. 9D). It can be said that the probe apex angle at this time has a probe portion having a very small aspect ratio of substantially zero degrees and a high aspect ratio.

【0033】また、探針部を構成する材料は、単結晶シ
リコンより硬度が高い、例えば、窒化シリコン膜や炭化
シリコン膜あるいはアモルファスカーボンで構成されて
おり、測定中に探針部形状が摩耗によって変化すること
が低く押さえられる。
Further, the material constituting the probe portion is higher in hardness than single crystal silicon, for example, a silicon nitride film, a silicon carbide film or amorphous carbon. Changes are kept low.

【0034】上述したプローブチップ100と400
は、その全体形状が水面に浮かぶ鳥の様に見えるので
(後述する図3(e)を参照)、本明細書ではグースチ
ップと呼ぶことにする。
The above-described probe tips 100 and 400
Since its overall shape looks like a bird floating on the water surface (see FIG. 3 (e) described later), it is referred to as a goose chip in this specification.

【0035】プローブチップ100の作製方法について
図3(a)〜図3(e)を参照して説明する。まず、ス
タートウェハーとして面方位(100)の単結晶シリコ
ンウェハー301を用意する(図3(a))。
A method of manufacturing the probe chip 100 will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (e). First, a single crystal silicon wafer 301 having a plane orientation (100) is prepared as a start wafer (FIG. 3A).

【0036】この表面に酸化シリコン膜302を形成し
た後、フォトリソグラフィーにより酸化シリコン膜30
2を部分的に除去し、単結晶シリコンウェハー301の
表面が露出するように四角い開口を形成する。そして、
この四角い開口を除く部分に形成された酸化シリコン膜
302をマスクとして水酸化カリウム水溶液により湿式
異方性エッチングを行ない、シリコンウェハー301を
掘り下げて凹部303を形成する(図3(b))。
After a silicon oxide film 302 is formed on this surface, the silicon oxide film 30 is formed by photolithography.
2 is partially removed to form a square opening so that the surface of the single crystal silicon wafer 301 is exposed. And
Using the silicon oxide film 302 formed in the portion excluding the square opening as a mask, wet anisotropic etching is performed using a potassium hydroxide aqueous solution, and the silicon wafer 301 is dug down to form a concave portion 303 (FIG. 3B).

【0037】次に、この酸化シリコン膜302をフッ酸
で取り除き、LP−CVD(低圧化学気相蒸着法)によ
り、ウェハー301の表裏両側に窒化シリコン膜304
と306を形成する。この後、フォトリソグラフィーに
より、表側の窒化シリコン膜304を、レジスト膜30
5をマスクにエッチングして、支持部101と弾性部材
部102と探針部103(図1参照)に対応する形状に
パターニングする。同じくフォトリソグラフィーによ
り、裏側の窒化シリコン膜306も支持部101に対応
する形状にパターンニングする(図3(c))。
Next, the silicon oxide film 302 is removed with hydrofluoric acid, and the silicon nitride films 304 are formed on both sides of the wafer 301 by LP-CVD (low pressure chemical vapor deposition).
And 306 are formed. Thereafter, the silicon nitride film 304 on the front side is changed to the resist film 30 by photolithography.
5 is used as a mask, and is patterned into a shape corresponding to the support portion 101, the elastic member portion 102, and the probe portion 103 (see FIG. 1). Similarly, by photolithography, the silicon nitride film 306 on the back side is also patterned into a shape corresponding to the support 101 (FIG. 3C).

【0038】表側の窒化シリコン膜304に対するパタ
ーニングは、探針先端を出来る限り尖らせるため、二回
に分けて行なうとよい。図3(d)に示されるように、
シリコンウェハー301を上から見て、まず、レジスト
を塗布した後、M1をマスクにしてレジストを露光し、
これにより形成された開口を持つレジスト膜をマスクと
するドライエッチングにより窒化シリコン膜304をパ
ターンニングする。レジスト膜を取り除いた後、再度レ
ジストを塗布し、M2をマスクにしてレジストを露光
し、これにより形成された開口を持つレジスト膜をマス
クとする再度のドライエッチングにより窒化シリコン膜
304をパターンニングする。この手法により、三角形
のマスクを用いた一回のパターンニングに比べて、部分
Aの角を極めて尖らせることが出来る。なお、レジスト
の露光にはプロジェクションアライナーを用いた。
The patterning of the silicon nitride film 304 on the front side may be performed twice in order to make the tip of the probe as sharp as possible. As shown in FIG.
When the silicon wafer 301 is viewed from above, first, after applying a resist, the resist is exposed using M1 as a mask,
The silicon nitride film 304 is patterned by dry etching using the resist film having the opening thus formed as a mask. After removing the resist film, the resist is applied again, the resist is exposed using M2 as a mask, and the silicon nitride film 304 is patterned by dry etching again using the resist film having an opening formed as a mask as a mask. . According to this method, the corner of the portion A can be extremely sharpened as compared with a single patterning using a triangular mask. Note that a projection aligner was used for exposing the resist.

【0039】ウェハー301を裏側から水酸化カリウム
水溶液により湿式異方性エッチングを行なうことによ
り、プローブチップ100を得る(図3(e))。無
論、通常のAFM用プローブチップと同様に、片持ち梁
部308に表側から金属を蒸着して光反射コーティング
を施してもよいが、そのときは、探針部309に蒸着部
材が付着しないようにすることが好ましい。
The wafer 301 is subjected to wet anisotropic etching with a potassium hydroxide aqueous solution from the back side to obtain the probe chip 100 (FIG. 3E). Of course, as in the case of a normal AFM probe tip, a metal may be vapor-deposited on the cantilever portion 308 from the front side to apply a light-reflective coating, but in this case, a vapor-deposited member is not attached to the probe portion 309. Is preferable.

【0040】このようなプローブチップでは、探針部3
09は膜堆積によって形成されるので、探針部309の
堆積面310、311はほぼ平行であり、実質的に探針
頂角が0度の高いアスペクト比を持つプローブが作製さ
れる。これにより探針部厚さより僅かに広い凹部であれ
ば、スロープ角が90度近辺までの側壁を測定できるプ
ローブチップが得られる。
In such a probe tip, the probe 3
Since 09 is formed by film deposition, the deposition surfaces 310 and 311 of the probe portion 309 are substantially parallel, and a probe having a high aspect ratio with a probe vertex angle of substantially 0 degree is manufactured. As a result, a probe tip capable of measuring a side wall having a slope angle near 90 degrees can be obtained if the concave portion is slightly wider than the thickness of the probe portion.

【0041】探針部309は膜堆積によって形成される
ので、膜厚のばらつきは10%以内に収めることがで
き、シリコンをドライエッチングにより掘り下げて円柱
状の探針を作る従来の方法に比べて、はるかに容易に同
じ形状の探針を作ることができる。また、これにより検
査コストの低減や歩留まりの向上が図られ、低コストな
プローブチップを提供することができる。
Since the probe portion 309 is formed by film deposition, the variation in the film thickness can be kept within 10%, and compared with the conventional method in which silicon is dug down by dry etching to form a cylindrical probe. It is much easier to make a probe of the same shape. In addition, as a result, the inspection cost can be reduced and the yield can be improved, and a low-cost probe chip can be provided.

【0042】さらに、探針部309は窒化シリコン膜で
作られるので、測定中の摩耗が少なく、測定データの再
現性が高くなる。ただ、Yves Martin らのApply. Phys.
Lett. Vol.64 No.19 (1994) pp.2498-2500 に記載され
ている探針先端の面が円形のプローブと比較したとき、
探針部の二つの終端点104と105を結ぶ線に平行な
方向(図3(e)の矢印N方向)からプローブを見た時
の探針頂角は約20度と大きい。しかし、これは測定対
象部位として、例えば半導体ICの電極パターンが平行
になっているところに限り、探針部の向きと試料の方向
を選べば、電極パターンの間に形成された溝の延びる方
向に探針部の接触する部分はないので、図1(c)の終
端点104、105以外の探針部がパターンに接触する
ような問題はなく、段差の側壁(垂直壁)の側壁の粗さ
や傾き角を測定することができる。
Further, since the probe portion 309 is made of a silicon nitride film, wear during measurement is small, and reproducibility of measurement data is improved. However, Apply.Phys. By Yves Martin et al.
Lett. Vol.64 No.19 (1994) pp.2498-2500.
When the probe is viewed from a direction parallel to the line connecting the two end points 104 and 105 of the probe portion (the direction of arrow N in FIG. 3E), the probe apex angle is as large as about 20 degrees. However, if the direction of the probe and the direction of the sample are selected as long as the electrode pattern of the semiconductor IC is parallel to the measurement target portion, for example, the direction in which the groove formed between the electrode patterns extends Since there is no contact portion of the probe portion in FIG. 1, there is no problem that the probe portion other than the terminal points 104 and 105 in FIG. 1C contacts the pattern. The pod angle can be measured.

【0043】<第1の実施の形態>次に、第1の実施の
形態の走査型プローブ顕微鏡について説明する。図4
(a)に走査型プローブ顕微鏡のSPMヘッドの概略構
成を示す。このSPMヘッドには、通常のプローブチッ
プと前述のグースチップの両方が取り付け可能である
が、図4(a)には代表的に通常のプローブチップ58
0が描かれている。また、図5(a)はSPMヘッドに
通常のプローブチップ580が取り付けられた様子を示
しており、図5(b)はSPMヘッドにグースチップ5
90が取り付けられた様子を示している。
<First Embodiment> Next, a scanning probe microscope according to a first embodiment will be described. FIG.
(A) shows a schematic configuration of an SPM head of a scanning probe microscope. Both a normal probe tip and the above-mentioned goose tip can be attached to this SPM head, but a typical probe tip 58 is typically shown in FIG.
0 is drawn. FIG. 5A shows a state where a normal probe tip 580 is attached to the SPM head, and FIG. 5B shows a goose tip 5 attached to the SPM head.
90 shows a state in which 90 is attached.

【0044】本明細書において、通常のプローブチップ
580とは、図5(a)に示されるように、探針部58
6の軸とカンチレバー584の面法線と支持部582の
面法線が共にほぼ平行であるプローブチップを指す。ま
た、グースチップ590とは、図5(b)に示されるよ
うに、平板状の探針部596の面法線と支持部592の
面法線が互いに平行であり、両者が共にカンチレバー5
94の面法線に非平行であるプローブチップを指す。
In the present specification, a normal probe tip 580 is, as shown in FIG.
The probe tip has an axis 6 and a surface normal of the cantilever 584 and a surface normal of the support portion 582 which are almost parallel to each other. Further, as shown in FIG. 5B, the goose tip 590 is such that the surface normal of the flat probe portion 596 and the surface normal of the support portion 592 are parallel to each other, and both are both cantilever 5.
Refers to a probe tip that is non-parallel to the surface normal of 94.

【0045】測定試料508は、互いに直交するX方向
とY方向の粗動調整可能なXステージ502とYステー
ジ504を備えたXYステージ506の上に載置され
る。また、試料508の上方には、Z方向の粗動調整が
可能なZステージ(図示せず)に取り付けられたSPM
ヘッド500が配置されている。粗動調整が可能なXY
ステージ506およびZステージはそれぞれの取付け部
位側で筐体あるいはべース部材(図示せず)に固定支持
されている。このSPM装置は、通常、外乱振動が測定
部位(試料近く)に伝わり難くするため、除振機構上に
載せられる。
The measurement sample 508 is mounted on an XY stage 506 provided with an X stage 502 and a Y stage 504 capable of coarse movement adjustment in the X direction and the Y direction orthogonal to each other. Above the sample 508, an SPM mounted on a Z stage (not shown) capable of coarse adjustment in the Z direction is provided.
The head 500 is arranged. XY with coarse adjustment
The stage 506 and the Z stage are fixedly supported on a housing or a base member (not shown) on the side of the respective mounting portions. This SPM device is usually mounted on a vibration isolation mechanism to make it difficult for disturbance vibrations to be transmitted to a measurement site (near a sample).

【0046】SPMヘッド500は、基本的に、XYZ
方向の微動調整および走査を行なうためのトライポッド
型の圧電アクチュエーター510と、プローブチップを
保持するためのプローブチップ保持機構550と、プロ
ーブチップ580のカンチレバーの変位を検出するレバ
ー変位検出機構とを備えており、必要に応じて、微動ス
テージ機構の動作(変位量)のモニター機構を更に備え
る。
The SPM head 500 basically has an XYZ
It includes a tripod-type piezoelectric actuator 510 for performing fine movement adjustment and scanning in a direction, a probe tip holding mechanism 550 for holding a probe tip, and a lever displacement detecting mechanism for detecting displacement of a cantilever of the probe tip 580. In addition, if necessary, the apparatus further includes a monitor mechanism for monitoring the operation (displacement amount) of the fine movement stage mechanism.

【0047】レバー変位検出機構は光てこ方式の光学式
変位センサーであり、この光学式変位センサーは、測定
光を射出するレーザ532と、レーザ532からの測定
光をコリメートするレンズ534と、測定光をプローブ
チップのカンチレバーに向けて偏向する反射ミラー53
8と、プローブチップのカンチレバーからの戻り光を分
離するハーフミラー536と、受光した光に基づいてプ
ローブチップのカンチレバーの変位に対応した信号を出
力するフォトディテクタ540とで構成される。
The lever displacement detecting mechanism is an optical lever type optical displacement sensor. The optical displacement sensor includes a laser 532 for emitting a measuring beam, a lens 534 for collimating the measuring beam from the laser 532, and a measuring beam. Mirror 53 that deflects light toward the cantilever of the probe tip
8, a half mirror 536 for separating the return light from the cantilever of the probe chip, and a photodetector 540 for outputting a signal corresponding to the displacement of the cantilever of the probe chip based on the received light.

【0048】また、ハーフミラー536とプローブチッ
プ580のカンチレバー584との間に1/4波長板を
挿入し、ハーフミラー536の代わりに偏光ビームスプ
リッタを用いてより高い効率で光をフォトディテクタ5
40に導くように構成してもよい。
Further, a quarter-wave plate is inserted between the half mirror 536 and the cantilever 584 of the probe tip 580, and a light beam is more efficiently emitted from the photodetector 5 using a polarization beam splitter instead of the half mirror 536.
It may be configured to lead to 40.

【0049】反射ミラー538の位置と向きは、プロー
ブチップ保持機構550に取り付けられるプローブチッ
プの種類つまり通常のプローブチップかグースチップか
に応じて調整され、本実施の形態では、後述するよう
に、それぞれのチップ用の反射ミラーが別々に用意され
ており、取り付けられたチップに対応した反射ミラーが
配置される。
The position and orientation of the reflection mirror 538 are adjusted according to the type of the probe tip attached to the probe tip holding mechanism 550, that is, whether the probe tip is a normal probe tip or a goose tip. In this embodiment, as described later, A reflection mirror for each chip is separately prepared, and a reflection mirror corresponding to the attached chip is arranged.

【0050】トライポッド型の圧電アクチュエーター5
10は、L字型形状の固定フレーム512の内側面に略
垂直に固定されたX方向用の微動ステージ機構514
と、固定フレーム512の別の内側面に略垂直に固定さ
れたY方向用の微動ステージ機構516と、X方向用の
微動ステージ機構514とY方向用の微動ステージ機構
516が共通に固定された立方体形状の終端部材520
と、終端部材520の下面に固定されたZ方向用の微動
ステージ機構518とを備えており、このZ方向用の微
動ステージ機構518の下端にプローブチップ保持機構
550が固定されている。
Tripod type piezoelectric actuator 5
Reference numeral 10 denotes an X-direction fine movement stage mechanism 514 fixed substantially perpendicularly to the inner surface of the L-shaped fixed frame 512.
A fine movement stage mechanism 516 for the Y direction fixed substantially perpendicularly to another inner surface of the fixed frame 512, a fine movement stage mechanism 514 for the X direction, and a fine movement stage mechanism 516 for the Y direction are commonly fixed. Cube shaped end member 520
And a fine movement stage mechanism 518 for the Z direction fixed to the lower surface of the terminal member 520. The probe tip holding mechanism 550 is fixed to the lower end of the fine movement stage mechanism 518 for the Z direction.

【0051】例えば、X方向用の微動ステージ機構51
4とY方向用の微動ステージ機構516とZ方向用の微
動ステージ機構518は共に積層型圧電素子で構成され
る。図5(a)と図5(b)に示すように、プローブチ
ップ保持機構550は、Z方向用の微動ステージ機構5
18に固定されたプローブチップ保持部受け552を有
し、このプローブチップ保持部受け552に固定ピン5
54と556によってプローブチップ保持部558が取
り付けられている。プローブチップ保持部558はプロ
ーブチップチップが当て付けられ固定されるプローブチ
ップ当て付け台562を有している。
For example, the fine movement stage mechanism 51 for the X direction
4 and the fine movement stage mechanism 516 for the Y direction and the fine movement stage mechanism 518 for the Z direction are both configured by a laminated piezoelectric element. As shown in FIGS. 5A and 5B, the probe tip holding mechanism 550 includes a fine movement stage mechanism 5 for the Z direction.
18 has a probe chip holding portion receiver 552 fixed thereto.
The probe tip holder 558 is attached by 54 and 556. The probe chip holder 558 has a probe chip holder 562 to which the probe chip chip is fixed.

【0052】通常のプローブチップ580は、図5
(a)に示されるように、その支持部582がプローブ
チップ当て付け台562の底面に取り付けられる。ま
た、グースチップ590は、図5(b)に示されるよう
に、その支持部592がプローブチップ当て付け台56
2の側面に取り付けられる。プローブチップ580とグ
ースチップ590のプローブチップ当て付け台562へ
の取り付けは簡単には接着で行なわれる。
The ordinary probe tip 580 is shown in FIG.
As shown in (a), the support portion 582 is attached to the bottom surface of the probe chip abutment 562. As shown in FIG. 5B, the support portion 592 of the goose chip 590 has the probe chip abutment 56.
2 attached to the side. The attachment of the probe tip 580 and the goose tip 590 to the probe tip abutment table 562 is simply performed by adhesion.

【0053】プローブチップ当て付け台562は、通常
のプローブチップ580およびグースチップ590の各
々を固定するために対応する当て付け面(もしくは接着
面)を有している。
The probe tip attaching base 562 has a corresponding attaching surface (or adhesive surface) for fixing each of the ordinary probe tip 580 and the goose chip 590.

【0054】プローブチップ保持部558は、プローブ
チップ当て付け台562に取り付けられたグースチップ
590を励振させるための圧電素子560を備えてい
る。前述したように、反射ミラー538は、プローブチ
ップ保持機構550に取り付けられるプローブチップの
種類に応じて、位置と向きが変えられる。このため、図
4(b)に示されるように、通常のプローブチップ58
0用のミラー保持機構610と、グースチップ590用
のミラー保持機構640が別々に用意されており、これ
らは、プローブチップの種類に応じて選択的に、圧電ア
クチュエーター510の終端部材520に装着される。
The probe tip holding section 558 includes a piezoelectric element 560 for exciting the goose tip 590 attached to the probe tip abutment 562. As described above, the position and orientation of the reflection mirror 538 are changed according to the type of the probe tip attached to the probe tip holding mechanism 550. For this reason, as shown in FIG.
A mirror holding mechanism 610 for zero and a mirror holding mechanism 640 for goose tip 590 are separately prepared, and these are selectively mounted on the terminal member 520 of the piezoelectric actuator 510 according to the type of probe tip. You.

【0055】ミラー保持機構610は反射ミラー612
を有し、反射ミラー612は本体614に取り付けら
れ、本体614は貫通穴616を有している。圧電アク
チュエーター510の終端部材520には位置決めピン
522が形成されており、ミラー保持機構610を圧電
アクチュエーター510の終端部材520に装着する
際、位置決めピン522はミラー保持機構610の本体
614に形成された貫通穴616に通される。ミラー保
持機構610は、貫通穴616が形成された下端部61
8とこれに直交する二つの延出部620と622とがそ
れぞれ終端部材520の角の三面に当て付けられことで
位置決めされ、これにより、図5(a)に示されるよう
に、反射ミラー612の位置と方向が定められる。
The mirror holding mechanism 610 is a reflection mirror 612.
And the reflection mirror 612 is attached to the main body 614, and the main body 614 has a through hole 616. A positioning pin 522 is formed on the terminal member 520 of the piezoelectric actuator 510. When the mirror holding mechanism 610 is mounted on the terminal member 520 of the piezoelectric actuator 510, the positioning pin 522 is formed on the main body 614 of the mirror holding mechanism 610. It is passed through the through hole 616. The mirror holding mechanism 610 includes a lower end portion 61 having a through hole 616 formed therein.
8 and two orthogonally extending portions 620 and 622 are positioned by being applied to the three corners of the terminal member 520, thereby positioning the reflecting mirror 612 as shown in FIG. Is determined.

【0056】このように位置と方向が定められた反射ミ
ラー612が、通常のプローブチップ580に対して、
前述したレバー変位検出機構の反射ミラー538として
機能する。つまり、レバー変位検出機構のレーザ532
からの測定光は、反射ミラー612で反射され、ミラー
保持機構610に設けられた開口628を通って、通常
のプローブチップ580のカンチレバー584に照射さ
れる。カンチレバー584からの反射光は、開口628
を通り、反射ミラー612で反射されて、レバー変位検
出機構のフォトディテクタ540へ向かう。
The reflecting mirror 612 whose position and direction are determined as described above is different from the ordinary probe tip 580 in that
It functions as the reflection mirror 538 of the lever displacement detection mechanism described above. That is, the laser 532 of the lever displacement detecting mechanism
Is reflected by the reflection mirror 612, passes through the opening 628 provided in the mirror holding mechanism 610, and irradiates the cantilever 584 of the ordinary probe tip 580. The reflected light from cantilever 584 passes through aperture 628
, The light is reflected by the reflection mirror 612 and travels to the photodetector 540 of the lever displacement detection mechanism.

【0057】同様に、ミラー保持機構640は反射ミラ
ー642を有し、反射ミラー642は本体644に取り
付けられ、本体644は貫通穴646を有している。ミ
ラー保持機構640を圧電アクチュエーター510の終
端部材520に装着する際、位置決めピン522がミラ
ー保持機構640の本体644に形成された貫通穴64
6に通される。ミラー保持機構640は、貫通穴646
が形成された下端部648とこれに直交する二つの延出
部650と652がそれぞれ終端部材520の角の三面
に当て付けられることで位置決めされ、これにより、図
5(b)に示されるように、反射ミラー642の位置と
方向が定められる。
Similarly, the mirror holding mechanism 640 has a reflection mirror 642, and the reflection mirror 642 is attached to the main body 644. The main body 644 has a through hole 646. When the mirror holding mechanism 640 is mounted on the terminal member 520 of the piezoelectric actuator 510, the positioning pin 522 is inserted into the through hole 64 formed in the main body 644 of the mirror holding mechanism 640.
6 is passed. The mirror holding mechanism 640 has a through hole 646.
The lower end portion 648 formed with is formed and the two extending portions 650 and 652 orthogonal to the lower end portion 648 are respectively positioned by being applied to three corners of the terminal member 520, thereby positioning the end portion 520, as shown in FIG. Then, the position and direction of the reflection mirror 642 are determined.

【0058】このように位置と方向が定められた反射ミ
ラー642が、グースチップ590に対して、前述した
レバー変位検出機構の反射ミラー538として機能す
る。つまり、レバー変位検出機構のレーザ532からの
測定光は、反射ミラー642で反射され、ミラー保持機
構640に設けられた開口658を通って、グースプロ
ーブチップ590のカンチレバー594に照射される。
カンチレバー594からの反射光は、開口658を通
り、反射ミラー642で反射されて、レバー変位検出機
構のフォトディテクタ540へ向かう。
The reflecting mirror 642 whose position and direction are thus determined functions as the reflecting mirror 538 of the lever displacement detecting mechanism described above with respect to the goose chip 590. That is, the measurement light from the laser 532 of the lever displacement detection mechanism is reflected by the reflection mirror 642, and irradiates the cantilever 594 of the goose probe tip 590 through the opening 658 provided in the mirror holding mechanism 640.
Light reflected from the cantilever 594 passes through the opening 658, is reflected by the reflection mirror 642, and travels toward the photodetector 540 of the lever displacement detection mechanism.

【0059】このように本実施の形態の装置は、通常の
プローブチップ580に加えて、今まで無かったプロー
ブチップであるグースチップ590を取り付けられる。
本実施の形態の装置では、通常のプローブチップ580
を用いることにより、XY方向に広がる試料表面の粗さ
を高解像度で測定することができ、また、グースチップ
590を用いることにより、Z方向に延びる測定試料の
側壁の表面粗さを高解像度で測定することができる。
As described above, in the apparatus of the present embodiment, in addition to the ordinary probe tip 580, the goose tip 590, which has not been used before, can be attached.
In the apparatus of the present embodiment, a normal probe tip 580 is used.
Can be used to measure the surface roughness of the sample spread in the XY directions at high resolution, and by using the goose tip 590, the surface roughness of the side wall of the measurement sample extending in the Z direction can be measured at high resolution. Can be measured.

【0060】図5(a)と図5(b)を比較して分かる
ように、通常のプローブチップ580とグースチップ5
90とでは、支持部から延びたカンチレバーの角度が異
なっており、従来の装置では、このように形の異なる複
数のプローブチップを取り付けることはできなかった
が、本実施の形態の装置では、このように形の異なる複
数のプローブチップを取り付けて測定を行なうことがで
きる。
As can be seen by comparing FIGS. 5A and 5B, the ordinary probe tip 580 and the goose tip 5
90, the angle of the cantilever extending from the supporting portion is different, and in the conventional device, it was impossible to attach a plurality of probe tips having such different shapes, but in the device of this embodiment, The measurement can be performed by attaching a plurality of probe tips having different shapes.

【0061】このため、形の異なるプローブチップ58
0と590をプローブチップ当て付け台562の異なる
面に当て付けるとともに、取り付けたプローブチップ5
80と590に対応したミラー保持部材610と640
を圧電アクチュエーター510の終端部材520に装着
することにより、レバー変位検出機構の光源部と検出部
を共用して、形状の異なるプローブチップ580と59
0のカンチレバーの変位を検出できる。
For this reason, differently shaped probe tips 58
0 and 590 are applied to different surfaces of the probe tip application table 562, and the attached probe tips 5
Mirror holding members 610 and 640 corresponding to 80 and 590
Is attached to the terminal member 520 of the piezoelectric actuator 510, so that the probe tips 580 and 59 having different shapes can be shared with the light source section and the detection section of the lever displacement detection mechanism.
The displacement of the cantilever of 0 can be detected.

【0062】ミラー保持機構610と640の位置決め
は、終端部材520への当て付けで行われるが、貫通穴
616と646への位置決めピン522の挿入により、
取付けの確実性が向上されている。位置決めピン522
はミラー保持機構610や640を脱落し難くし、装置
に不慮の衝撃などが加わった場合にミラー保持機構61
0や640が脱落するのを防止している。また、ミラー
保持機構610や640は、装脱着を簡単にするため、
好ましくは磁気引力により固定されるが、ネジ止めによ
り固定されてもよい。
The positioning of the mirror holding mechanisms 610 and 640 is performed by applying to the end member 520, but by inserting the positioning pins 522 into the through holes 616 and 646.
The reliability of the mounting is improved. Positioning pin 522
Makes it difficult for the mirror holding mechanisms 610 and 640 to fall off, and enables the mirror holding mechanism 61 to be used when an unexpected impact is applied to the apparatus.
0 and 640 are prevented from falling off. In addition, the mirror holding mechanisms 610 and 640 are used to simplify attachment and detachment.
It is preferably fixed by magnetic attraction, but may be fixed by screwing.

【0063】このように本実施の形態の装置では、SP
Mヘッド内のレバー変位検出機構の殆どの光学部品を共
用して、最小限の光学部品の変更で、形の異なる複数の
プローブチップのカンチレバーの変位を測定できる。図
4(a)において、センサー光を反射する反射ミラー5
38の位置と向きを変えるだけで、他の半導体レーザ5
32、コリメータレンズ534、ビームスプリッタ53
6、位置検出フォトダイオード540などは、そのまま
の状態で使用する。
As described above, in the apparatus of the present embodiment, the SP
Most of the optical components of the lever displacement detection mechanism in the M-head can be shared, and the displacement of the cantilevers of a plurality of probe tips having different shapes can be measured with minimal changes in the optical components. In FIG. 4A, a reflection mirror 5 that reflects the sensor light
38 by simply changing the position and orientation of the other semiconductor laser 5.
32, collimator lens 534, beam splitter 53
6. The position detection photodiode 540 and the like are used as they are.

【0064】本実施の形態では、通常のプローブチップ
とグースチップに対応するミラー保持機構について説明
したが、プローブとカンチレバーの間の角度がそれらと
も異なっているプローブに対しても、それに対応した向
きと位置でミラーを取り付けたミラー保持機構を用意す
ることにより、このようなプローブチップにも対応可能
なことは容易に理解される。すなわち、本実施の形態の
装置では、プローブチップの取り付け方法とカンチレバ
ーの変位検出の為の光てこ式の変位検出センサーの光路
調整機構を組み合わせ、プローブチップの収り付け面と
それに応じた光路調整機構を選ぶことで、広範なプロー
ブチップに対応可能な装置を提供できる。
In this embodiment, the mirror holding mechanism corresponding to the ordinary probe tip and the goose tip has been described. However, even if the angle between the probe and the cantilever is different from that of the probe, the corresponding orientation is required. It is easily understood that such a probe tip can be dealt with by preparing a mirror holding mechanism in which a mirror is attached at the position. That is, in the apparatus of the present embodiment, the probe tip mounting method and the optical path adjustment mechanism of the optical lever type displacement detection sensor for detecting the displacement of the cantilever are combined, and the mounting surface of the probe tip and the optical path adjustment corresponding thereto are combined. By selecting a mechanism, a device that can support a wide range of probe tips can be provided.

【0065】本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡にお
いては、図5(b)に示されるように、グースチップ5
90をプローブチップ保持機構550に取り付けた場
合、探針部596の面法線方向と試料の面法線方向とは
垂直になり、プローブチップ590の探針部596の先
端の二点結ぶ稜線が試料の面内に平行に対峙して保持さ
れる。この結果、測定試料中の垂直に近い側壁を有する
凹凸部分に対しても、プローブチップの探針部の先端が
試料表面との間で相互作用を示すように働き、垂直近く
まで切り立った試料の側壁を正確に測定し表示すること
が可能になる。
In the scanning probe microscope according to the present embodiment, as shown in FIG.
When the probe 90 is attached to the probe tip holding mechanism 550, the surface normal direction of the probe portion 596 is perpendicular to the surface normal direction of the sample, and the ridge connecting the two points at the tip of the probe portion 596 of the probe tip 590 is formed. It is held parallel and opposite in the plane of the sample. As a result, the tip of the probe tip of the probe tip acts to show an interaction with the sample surface even on the uneven portion having a side wall close to the vertical in the measurement sample, and the sample of the sample that stood almost up to the vertical. It is possible to accurately measure and display the side wall.

【0066】本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡の測
定動作について説明する。通常のプローブチップを用い
た図5(a)の構成によるAFM測定は従来と同様に行
うことが可能であるので、以下では、グースチップを用
いた図5(b)の構成によるAFM測定についてのみ説
明する。
The measuring operation of the scanning probe microscope according to the present embodiment will be described. Since the AFM measurement with the configuration of FIG. 5A using a normal probe tip can be performed in the same manner as in the related art, hereinafter, only the AFM measurement with the configuration of FIG. 5B using a goose tip will be described. explain.

【0067】試料表面形状を測定するにあたり、グース
チップ590のカンチレバー(片持ち梁)594の変位
を測定するため、レバー変位検出機構は、片持ち梁59
4の変位の検出が可能なようにミラー保持機構640を
終端部材520に取り付け、光軸などの調整を予め済ま
せておく。
When measuring the sample surface shape, the lever displacement detection mechanism measures the displacement of the cantilever (cantilever) 594 of the goose tip 590.
The mirror holding mechanism 640 is attached to the terminal member 520 so that the displacement of No. 4 can be detected, and the adjustment of the optical axis and the like is completed in advance.

【0068】次に、片持ち梁594をその機械的共振周
波数もしくはその近傍の周波数で振動させる為、励振機
構である圧電素子560をその周波数で駆動させる。そ
の振幅は、試料と探針部の距離が十分離れている状態
で、10nm〜100nmに設定される。試料表面形状
を測定する際、プローブチップ保持機構550に保持さ
れたプローブチップ590の片持ち梁594の先端の探
針部596は、試料表面の測定をしようとする部分との
距離が100nm以下に近接しているか、もしくはその
場所にわずかに接触している状態になるようZステージ
および微動ステージ機構518を調整する。この時、試
料表面の測定部分との距離が近づくに従い、上記のよう
に設定された片持ち梁594の振動状態は、試料表面と
の相互作用が起き始めると振幅が減少してゆく。
Next, in order to vibrate the cantilever 594 at the mechanical resonance frequency or a frequency near the mechanical resonance frequency, the piezoelectric element 560 as an excitation mechanism is driven at the frequency. The amplitude is set to 10 nm to 100 nm when the distance between the sample and the probe is sufficiently large. When measuring the surface shape of the sample, the probe 596 at the tip of the cantilever 594 of the probe tip 590 held by the probe tip holding mechanism 550 has a distance of 100 nm or less from the portion to be measured on the sample surface. The Z stage and the fine movement stage mechanism 518 are adjusted so as to be close to or slightly in contact with the place. At this time, as the distance between the sample surface and the measurement portion becomes shorter, the vibration state of the cantilever 594 set as described above decreases in amplitude when the interaction with the sample surface starts to occur.

【0069】あらかじめ設定した値まで片持ち梁の振動
の振幅信号が減少したところで、試料と探針部の距離を
近づけるのを止め、次に、試料と探針部が相対的にXY
方向に走査されるように微動ステージ機構を駆動する。
走査領域の大きさはコントローラからの制御信号により
任意に設定可能であるが、通常、1nm平方から300
μm平方程度の領域を走査する。このように試料と探針
部が相対的にXY方向に走査される間、片持ち梁594
の振動状態が一定になるように微動ステージ機構518
をZ方向に動かす。すなわちフィードバック制御を行
う。
When the amplitude signal of the vibration of the cantilever has decreased to a preset value, the distance between the sample and the probe is stopped from approaching.
The fine movement stage mechanism is driven to scan in the direction.
The size of the scanning region can be arbitrarily set by a control signal from the controller, but is usually from 1 nm square to 300 nm.
An area of about μm square is scanned. While the sample and the probe are relatively scanned in the X and Y directions in this manner, the cantilever 594 is used.
Fine movement stage mechanism 518 so that the vibration state of
Is moved in the Z direction. That is, feedback control is performed.

【0070】上記のフィードバック制御の間、片持ち梁
594の振動状態を示す設定値(たとえばRMS(root
mean square)値)と実際の測定値との偏差信号をコンピ
ュータヘ取り込み、モニター上に二次元画像もしくは三
次元画像として表示する。このとき、偏差信号をコンピ
ュータヘ取り込むかわりに微動ステージ機構をZ方向に
動かす為に印加する駆動制御信号をコンピュータヘ取り
込み、モニター上に二次元画像もしくは三次元画像とし
て表示することも行われる。
During the above feedback control, a set value indicating the vibration state of the cantilever 594 (for example, RMS (root)
The deviation signal between the mean square value) and the actual measured value is taken into a computer and displayed on a monitor as a two-dimensional image or a three-dimensional image. At this time, instead of taking the deviation signal into the computer, a drive control signal applied to move the fine movement stage mechanism in the Z direction is taken into the computer and displayed on a monitor as a two-dimensional image or a three-dimensional image.

【0071】以下、本実施の形態の特徴をまとめる。ま
ず、このように本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡に
おいては、探針部の実質的な探針頂角が零度であるグー
スチップの取付けが可能である。
Hereinafter, features of the present embodiment will be summarized. First, in the scanning probe microscope of the present embodiment, it is possible to mount a goose tip having a substantial probe apex angle of zero degree at the probe portion.

【0072】グースチップは、実質的な探針頂角が小さ
くアスペクト比が高い探針部を有しており、装置への取
り付け方を最適な状態とすることで、その特徴を最大限
に生かした測定が可能となる。本実施の形態の走査型プ
ローブ顕微鏡はグースチップを最適な状態で取り付け可
能であり、垂直に近い側壁傾き角をもった試料であって
も、その側壁を正確に測定し、表示することが可能であ
る。
The goose tip has a probe portion having a small probe apex angle and a high aspect ratio, and makes the most of its features by optimizing how to attach the device to the device. Measurement becomes possible. The scanning probe microscope according to the present embodiment can mount a goose tip in an optimal state, and can accurately measure and display the side wall of a sample having a nearly vertical side wall inclination angle. It is.

【0073】グースチップは、探針部の材料として単結
晶シリコンに比べて耐摩耗性の高い窒化シリコンや炭化
シリコンを採用することが可能であり、本実施の形態の
装置に取付けて使用した時、測定中の探針形状変化に起
因する測定誤差あるいはその変化を最小限に留めて、再
現性の高い測定を行うことが可能になる。
The goose tip can be made of silicon nitride or silicon carbide having higher wear resistance than single-crystal silicon as the material of the probe portion. In addition, it is possible to perform measurement with high reproducibility while minimizing a measurement error or a change due to a change in the probe shape during measurement.

【0074】また、本実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡は、通常のプローブチップを使用して従来のAFM測
定も同じ装置で行うことが可能である。このように、1
つの装置で形状の異なるプローブチップの特徴を生かし
た測定を行なえるので、コストパフォーマンスの高い装
置であると言える。
Further, the scanning probe microscope of the present embodiment can perform a conventional AFM measurement using the same device using a normal probe tip. Thus, 1
Since it is possible to perform measurement utilizing the characteristics of probe tips having different shapes with two devices, it can be said that the device has high cost performance.

【0075】さらに、形状の異なるプローブチップへの
対応が、SPMヘッド内の一部の機構の変更のみで済
み、SPMヘッド全体を交換するなど大がかりな変更が
不要である。このことからもコストパフォーマンスの高
い装置であると言える。
Further, only a part of the mechanism in the SPM head needs to be changed for the probe tip having a different shape, and no major change such as replacing the entire SPM head is required. From this, it can be said that the apparatus has high cost performance.

【0076】<第2の実施の形態>図6、図7(a)、
図7(b)を用いて、第2の実施の形態の走査型プロー
ブ顕微鏡について説明する。本実施の形態は、第1の実
施の形態に対して、プローブチップ保持機構のみが異な
っている。
<Second Embodiment> FIGS. 6 and 7A,
A scanning probe microscope according to the second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment only in the probe tip holding mechanism.

【0077】図6は、本実施の形態のプローブチップ保
持機構を微動ステージ機構518の反対側、すなわち測
定試料側から見た斜視図である。圧電体よりなるZ方向
の微動ステージ機構518の端部にはプローブチップ保
持構造体受け702が固定されており、このプローブチ
ップ保持機構受け702に対してプローブチップ保持構
造体703が脱着可能に取り付けられる。プローブチッ
プ保持構造体703をプローブチップ保持構造体受け7
02に固定するため、プローブチップ保持構造体受け7
02には4本の固定ピン704、705、706、70
7が埋め込まれている。また、プローブチップ保持構造
体受け702からは、プローブチップ保持構造体703
と外部の電気回路とを接続するための配線708および
コネクター709が外部に延びている。
FIG. 6 is a perspective view of the probe tip holding mechanism of the present embodiment viewed from the opposite side of fine movement stage mechanism 518, that is, from the measurement sample side. A probe tip holding structure receiver 702 is fixed to an end of a Z-direction fine movement stage mechanism 518 made of a piezoelectric body, and a probe chip holding structure 703 is detachably attached to the probe chip holding mechanism receiver 702. Can be The probe tip holding structure 703 is moved to the probe tip holding structure receiver 7.
02, the probe tip holding structure receiver 7
02 has four fixing pins 704, 705, 706, 70
7 is embedded. Further, the probe chip holding structure 703 is received from the probe chip holding structure receiver 702.
A wiring 708 and a connector 709 for connecting the power supply and an external electric circuit extend to the outside.

【0078】プローブチップ保持構造体703は、その
機能から大別して、母材部、プローブチップ当て付け
部、プローブチップ励振機構部、プローブ固定部にわけ
られる。
The probe chip holding structure 703 is roughly classified into a base material portion, a probe chip application portion, a probe chip excitation mechanism portion, and a probe fixing portion, according to its functions.

【0079】母材部は、プローブチップ保持構造体受け
702の固定ピンに対応した雌側のピン受け710、7
11、712、713が埋め込まれた保持構造体べース
部材714で構成され、その保持構造体べース部材71
4の中央には、プローブチップを取り付けるための当て
付け面719、720をもつプローブチップ当て付け台
718があり、プローブチップ当て付け台718はプロ
ーブチップの裏面の電位を決定できるようにするため導
電性をもった金属で作製される。
The base member is provided with female pin receivers 710 and 7 corresponding to the fixing pins of the probe tip holding structure receiver 702.
11, 712, and 713 are embedded in the holding structure base member 714, and the holding structure base member 71
In the center of 4 is a probe tip abutment 718 having abutment surfaces 719, 720 for attaching a probe tip, the probe tip abutment 718 being conductive to determine the potential on the back of the probe tip. It is made of a metal having properties.

【0080】プローブチップ励振機構部は、保持構造体
べース部材714上に、緩衝部材715、カンチレバー
励振用圧電体716、プローブチップ当て付け台固定板
717の順で積層されてなり、前述のプローブチップ当
て付け台718はこの上に更に積層されている。圧電体
716と外部の回路を接続して圧電体716に電圧を印
加するため、圧電体716の両面に形成されている電極
は保持構造体べース部材714内でピン受け711、7
13につながっている。また、ピン受け711、713
は、プローブチップ保持構造体受け702上の電極を兼
ねた固定ピン705、707と接触し、配線708およ
びコネクター709を介して、外部の圧電体励振回路
(図示せず)に接続される。また、緩衝部材715は、
圧電体716の振動を保持構造体べース部材714側に
なるべく伝えないように振動を減衰するとともに、圧電
体716の下側の電極と保持構造体べース部材714の
絶縁を確実にする。
The probe tip excitation mechanism is formed by laminating a buffer member 715, a piezoelectric body 716 for cantilever excitation, and a probe tip abutment base fixing plate 717 on a holding structure base member 714 in this order. The probe tip abutment 718 is further laminated thereon. Since the piezoelectric body 716 is connected to an external circuit to apply a voltage to the piezoelectric body 716, the electrodes formed on both sides of the piezoelectric body 716 have pin receivers 711, 7 in the holding structure base member 714.
It is connected to 13. Also, pin receivers 711, 713
Are in contact with the fixing pins 705 and 707 also serving as electrodes on the probe chip holding structure receiver 702, and are connected to an external piezoelectric excitation circuit (not shown) via the wiring 708 and the connector 709. In addition, the cushioning member 715
The vibration of the piezoelectric body 716 is attenuated so as not to be transmitted to the holding structure base member 714 side as much as possible, and the insulation between the lower electrode of the piezoelectric body 716 and the holding structure base member 714 is ensured. .

【0081】プローブ固定部は、通常のプローブチップ
を押さえるためのプローブチップ押さえ板バネ721
と、グースチップを押さえるためのプローブチップばさ
み板728とを備えている。つまり、本実施の形態のプ
ローブチップ保持機構は、通常のプローブチップとグー
スチップの両方を選択的に保持することができ、通常の
プローブチップを保持した状態を図7(a)に、グース
チップを保持した状態を図7(b)に示す。
The probe fixing portion includes a probe tip holding plate spring 721 for holding a normal probe tip.
And a probe tip holding plate 728 for holding down the goose tip. That is, the probe tip holding mechanism of the present embodiment can selectively hold both a normal probe tip and a goose tip, and FIG. 7B is shown in FIG.

【0082】図7(a)に示されるように、プローブ固
定部は、通常のプローブチップを押さえるためのプロー
ブチップ押さえ板バネ721を備えている。プローブチ
ップ押さえ板バネ721の一方の先端にはチップ押さえ
部722、その反対の先端には指押さえしろ723があ
り、その中間に設けた長穴724を通してネジ727が
保持構造体べース部714に立てられ、プローブチップ
押さえ板バネ721が前後に移動可能に保持されてい
る。横ガイド板725は、プローブチップ押さえ板バネ
721の移動の時、プローブチップ押さえ板バネ721
の必要以上の横方向の回転を防止する。また、ばね72
6は、プローブチップ押さえ板バネ721の先端のチッ
プ押さえ部722でプローブチップを押さえつけるとき
必要なばね圧を与えつつ、一方、プローブチップを取り
外す際に指押さえしろ723を指で押さえた時、適当な
反発力を得る為に設けてある。プローブチップ押さえ板
バネ721とプローブチップ当て付け台718は導通し
ており、両者はピン受け710と固定ピン704を介し
てコネクター709と電気的に接続しており、コネクタ
ー709を介して外部の所望の電位と同電位に保つこと
ができる。
As shown in FIG. 7A, the probe fixing portion has a probe tip pressing leaf spring 721 for pressing a normal probe tip. A tip holding portion 722 is provided at one end of the probe tip holding plate spring 721, and a finger holding portion 723 is provided at the opposite end, and a screw 727 is inserted into a holding structure base portion 714 through an elongated hole 724 provided therebetween. The probe tip holding plate spring 721 is held movably back and forth. The horizontal guide plate 725 moves the probe tip pressing leaf spring 721 when the probe tip pressing leaf spring 721 moves.
Prevents unnecessary lateral rotation of. The spring 72
6 applies a necessary spring pressure when pressing the probe tip with the tip pressing portion 722 of the tip of the probe tip pressing leaf spring 721, and on the other hand, when the finger press pad 723 is pressed with a finger when removing the probe tip, It is provided to obtain a great repulsion. The probe tip holding plate spring 721 and the probe tip abutment 718 are electrically connected to each other, and are electrically connected to the connector 709 via the pin receiver 710 and the fixing pin 704. Can be maintained at the same potential as

【0083】図7(b)に示されるように、また、プロ
ーブ固定部は、グースチップを横から押さえるためのプ
ローブチップばさみ板728を備えている。プローブチ
ップばさみ板728は、ばね731と長穴734、73
5、ネジ732、733により、保持構造体べース部材
714を滑って前後に移動可能である。プローブチップ
を取り付けるときには、プローブチップ押さえ部72
9、730が作用点となって、プローブチップをばね7
31のばね圧により、当て付け面720に押し当て固定
する。
As shown in FIG. 7 (b), the probe fixing section has a probe tip holding plate 728 for pressing the goose tip from the side. The probe tip shear plate 728 includes a spring 731 and long holes 734 and 73.
5. The holding structure base member 714 can be moved back and forth by the screws 732 and 733. When attaching the probe tip, the probe tip holding portion 72
9, 730 are the action points, and the probe tip is
The spring pressure of 31 presses and fixes to the contact surface 720.

【0084】プローブチップばさみ板728には電極7
36と電極737が設けられている。電極736は、保
持構造体べース部材714内で、プローブチップ当て付
け台718およびプローブチップ押さえ板バネ721と
接続され、これらと同電位に保たれる。また、電極73
7は、ピン受け712および固定ピン706を介してコ
ネクター709と導通しており、コネクター709を介
して外部の装置に接続することができる。これらの電極
736と電極737は、圧電効果あるいは歪み抵抗効果
を利用した変位検出機能が付加されたカンチレバーを備
えたプローブチップの取り付けに対応するために設けら
れている。
The electrode 7 is provided on the probe tip
36 and an electrode 737 are provided. The electrode 736 is connected to the probe tip abutment base 718 and the probe tip pressing leaf spring 721 in the holding structure base member 714, and is maintained at the same potential. Also, the electrode 73
7 is electrically connected to the connector 709 via the pin receiver 712 and the fixing pin 706, and can be connected to an external device via the connector 709. The electrodes 736 and the electrodes 737 are provided to support the attachment of a probe tip having a cantilever to which a displacement detection function utilizing a piezoelectric effect or a strain resistance effect is added.

【0085】つまり、本実施の形態のプローブチップ保
持機構は、通常のプローブチップとグースチップに加え
て、図8に示されるように、圧電効果あるいは歪み抵抗
効果を利用した変位検出機能が付加されたカンチレバー
を備えたプローブチップ1100の取り付けにも対応し
ている。
That is, the probe tip holding mechanism of the present embodiment is provided with a displacement detection function utilizing a piezoelectric effect or a strain resistance effect as shown in FIG. 8 in addition to a normal probe tip and a goose tip. It also supports mounting of a probe tip 1100 having a cantilever.

【0086】このようはプローブチップ1100は、本
出願人が特願平9−191316号において提案したも
ので、特に垂直壁の測定に好適である。図9(a)と図
9(b)と図9(c)に示されるように、プローブチッ
プ1100は、支持部1101から延びる弾性体から成
る片持ち梁(弾性部材部)1102の自由端に探針部1
103が形成されている。図9(c)の拡大図から分か
るように、探針部1103は平板三角形状をしており、
その先端の二つの頂点1106と1107において三本
の稜線が終端している。片持ち梁状の弾性部材部110
2と平板三角形状の探針部1103は、その面法線方向
が平行であるが、その厚さと形状は異なっている。弾性
部材部1102の厚さは、所望の共振周波数等の機械振
動特性を得るに適した厚さであり、探針部1103の厚
さは、図9(d)に示されるように、試料1201の凹
部に入り込めるように十分薄くなっている。
The probe tip 1100 has been proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 9-191316, and is particularly suitable for measuring a vertical wall. As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the probe tip 1100 is provided at the free end of a cantilever (elastic member) 1102 made of an elastic body extending from the support 1101. Probe part 1
103 is formed. As can be seen from the enlarged view of FIG. 9C, the probe portion 1103 has a flat plate triangular shape,
At the two vertices 1106 and 1107 at the tip, three ridges terminate. Cantilever elastic member 110
2 and the flat plate triangular probe portion 1103 have their surface normal directions parallel to each other, but have different thicknesses and shapes. The thickness of the elastic member portion 1102 is a thickness suitable for obtaining mechanical vibration characteristics such as a desired resonance frequency, and the thickness of the probe portion 1103 is, as shown in FIG. Is sufficiently thin so as to be able to enter the recessed portion.

【0087】弾性部材部1102と支持部1101との
境界付近には、弾性部材部1102の変位や振動状態を
検出する検出機能部1104が設けられている。変位検
出機能部1104は、シリコンやポリシリコンのピエゾ
抵抗効果を利用したセンサーや、酸化亜鉛やPZT(チ
タン酸ジルコン酸鉛)等の圧電効果を利用したセンサー
からなる。変位検出機能部1104で検出される信号
は、図9(b)に示される二つの電極パッド1105a
と1105bを介して外部に取り出される。
Near the boundary between the elastic member 1102 and the support 1101, a detection function unit 1104 for detecting the displacement or vibration state of the elastic member 1102 is provided. The displacement detection function unit 1104 includes a sensor using a piezoresistive effect of silicon or polysilicon, or a sensor using a piezoelectric effect such as zinc oxide or PZT (lead zirconate titanate). The signal detected by the displacement detection function unit 1104 is a signal from the two electrode pads 1105a shown in FIG.
And 1105b.

【0088】このプローブチップ1100は、図8に示
されるように、グースチップと全く同様に、プローブチ
ップばさみ板728で横から押さえられることにより固
定される。電極736と電極737はそれぞれ電極パッ
ド1105aと電極パッド1105bに押し当てられ
る。その結果、変位検出機能部1104はコネクター7
09と導通し、変位検出機能部1104で検出される変
位信号はコネクター709を介して取り出すことができ
る。
As shown in FIG. 8, the probe tip 1100 is fixed by being pressed from the side by the probe tip holding plate 728 just like the goose tip. The electrode 736 and the electrode 737 are pressed against the electrode pad 1105a and the electrode pad 1105b, respectively. As a result, the displacement detection function unit 1104
09 and a displacement signal detected by the displacement detection function unit 1104 can be extracted through the connector 709.

【0089】なお、カンチレバーの変位検出機能部を内
蔵したプローブチップに対しては、前述した光学式のレ
バー変位検出機構は不要となるため、その光学部品の変
更は不要である。
Note that the above-described optical lever displacement detection mechanism is not required for a probe chip having a built-in cantilever displacement detection function unit, so that the optical components need not be changed.

【0090】本実施の形態の装置のプローブチップ保持
機構は、第1の実施の形態の接着によるプローブチップ
の保持に比べ、プローブチップの取り付け取り外しを簡
単に行なえるという利点を有している。さらに、接着剤
を使用しないため、プローブチップをプローブチップ保
持機構に取り付けた後、直ちに使用できる。さらに、プ
ローブチップ取り替えの際に、剥がした接着剤がゴミと
して発生することもない。
The probe tip holding mechanism of the device according to the present embodiment has an advantage that the probe tip can be easily attached and detached as compared with the probe tip holding mechanism according to the first embodiment. Further, since no adhesive is used, the probe tip can be used immediately after it is attached to the probe tip holding mechanism. Further, when the probe tip is replaced, the peeled adhesive does not occur as dust.

【0091】また、本実施の形態の装置のプローブチッ
プ保持機構は第1の実施の形態のプローブチップ保持機
構に比べて多少大きくなるが、プローブチップ保持構造
体703の大きさは約30mm×20mm×8mmと、
かなりコンパクトに抑えられ作製される。
Although the probe tip holding mechanism of the apparatus of this embodiment is slightly larger than the probe tip holding mechanism of the first embodiment, the size of the probe tip holding structure 703 is about 30 mm × 20 mm. × 8mm,
It is made quite compact and produced.

【0092】<第3の実施の形態>図10を用いて、第
3の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡について説明す
る。本実施の形態は、XYZ方向の微動ステージ機構
に、円筒型の微動ステージ機構つまり圧電体チューブス
キャナー801を用いた装置である。本実施の形態の装
置においても、プローブチップ保持機構950は通常の
プローブチップとグースチップの両方を保持可能である
が、図10には、通常のプローブチップ580が保持さ
れた様子が描かれている。
<Third Embodiment> A scanning probe microscope according to a third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is an apparatus using a cylindrical fine-movement stage mechanism, that is, a piezoelectric tube scanner 801 as the fine-movement stage mechanism in the XYZ directions. Also in the apparatus of the present embodiment, the probe tip holding mechanism 950 can hold both a normal probe tip and a goose tip, but FIG. 10 shows a state where the normal probe tip 580 is held. I have.

【0093】測定試料508は、互いに直交するX方向
とY方向の粗動調整可能なXステージ502とYステー
ジ504を備えたXYステージ506の上に載置され
る。また、試料508の上方には、Z方向の粗動調整が
可能なZステージ802に取り付けられたSPMヘッド
800が配置されている。粗動調整が可能なXYステー
ジ506およびZステージはそれぞれの取付け部位側で
筐体あるいはべース部材(図示せず)に固定支持されて
いる。このSPM装置は、通常、外乱振動が測定部位
(試料近く)に伝わり難くするため、除振機構上に載せ
られる。
The measurement sample 508 is placed on an XY stage 506 provided with an X stage 502 and a Y stage 504 that can perform coarse movement adjustment in the X and Y directions orthogonal to each other. Above the sample 508, an SPM head 800 attached to a Z stage 802 capable of coarse adjustment in the Z direction is arranged. The XY stage 506 and the Z stage capable of coarse movement adjustment are fixedly supported by a housing or a base member (not shown) on the respective attachment site side. This SPM device is usually mounted on a vibration isolation mechanism to make it difficult for disturbance vibrations to be transmitted to a measurement site (near a sample).

【0094】SPMヘッド800は、Zステージ802
に固定された円筒型の微動ステージ機構804と、その
下端に取り付けられたレバー変位検出機構820と、そ
の下側に設けられたプローブチップ保持機構950とを
有している。
The SPM head 800 has a Z stage 802
, A cylindrical fine movement stage mechanism 804, a lever displacement detection mechanism 820 attached to the lower end thereof, and a probe tip holding mechanism 950 provided below the mechanism.

【0095】円筒型の微動ステージ機構804は例えば
圧電体チューブスキャナーで構成される。プローブチッ
プはプローブチップ保持機構950に取り付けられ、圧
電体チューブスキャナー804によりXYZ方向に移動
される。つまり、圧電体チューブスキャナー804は、
プローブチップのXYZ方向への微動調整および走査動
作を可能にしている。
The cylindrical fine movement stage mechanism 804 is composed of, for example, a piezoelectric tube scanner. The probe tip is attached to the probe tip holding mechanism 950, and is moved in the XYZ directions by the piezoelectric tube scanner 804. That is, the piezoelectric tube scanner 804 is
Fine movement adjustment and scanning operation of the probe tip in the XYZ directions are enabled.

【0096】レバー変位検出機構820は、プローブチ
ップのカンチレバーの変位を光学的に測定する光てこ方
式の変位検出機構を有し、半導体レーザ832、コリメ
ータレンズ834、ミラー836、反射ミラー838、
位置検出フォトダイオード840を有している。図中、
一点鎖線は光てこ方式の変位検出機構の光ビームの光路
を示している。
The lever displacement detecting mechanism 820 has an optical lever type displacement detecting mechanism for optically measuring the displacement of the cantilever of the probe tip, and includes a semiconductor laser 832, a collimator lens 834, a mirror 836, a reflecting mirror 838,
It has a position detection photodiode 840. In the figure,
An alternate long and short dash line indicates an optical path of a light beam of the optical lever type displacement detecting mechanism.

【0097】半導体レーザ832とコリメータレンズ8
34は、図示しない取り付け手段を介して、レバー変位
検出機構820の筐体822に取り付けられ、ミラー8
36はミラー固定部材824を介して筐体822に取り
付けられている。
Semiconductor laser 832 and collimator lens 8
The mirror 34 is attached to the housing 822 of the lever displacement detection mechanism 820 via attaching means (not shown).
36 is attached to the housing 822 via a mirror fixing member 824.

【0098】ミラー838は回転可能に筐体822に支
持されおり、角度調整つまみ852によりその向きが調
整可能である。位置検出フォトディテクター840は、
Y方向位置調整用ステージ856とZ方向位置調整用ス
テージ858を備えたYZステージ860を介して筐体
822に取り付けられており、二つの調整つまみ862
と8864によりそれぞれY方向とZ方向に位置調整可
能である。
The mirror 838 is rotatably supported by the housing 822, and its direction can be adjusted by an angle adjustment knob 852. The position detection photo detector 840 is
Attached to the housing 822 via a YZ stage 860 provided with a Y-direction position adjustment stage 856 and a Z-direction position adjustment stage 858, two adjustment knobs 862
And 8864, the position can be adjusted in the Y and Z directions, respectively.

【0099】図11(a)と図11(b)と図11
(c)は、本実施の形態のプローブチップ保持機構95
0の周辺部と、レバー変位検出機構の一部をその光路と
共に示している。図11(a)は通常のプローブチップ
580をプローブチップ保持機構950に取り付けた状
態を示し、図11(b)と図11(c)はグースチップ
590をプローブチップ保持機構950に取り付けた状
態を示している。
FIGS. 11 (a), 11 (b) and 11
(C) shows the probe tip holding mechanism 95 of the present embodiment.
0 and a part of the lever displacement detection mechanism are shown together with their optical paths. FIG. 11A shows a state in which a normal probe tip 580 is attached to the probe tip holding mechanism 950, and FIGS. 11B and 11C show a state in which the goose tip 590 is attached to the probe tip holding mechanism 950. Is shown.

【0100】図11(a)と図11(b)と図11
(c)に示されるように、本実施の形態におけるプロー
ブチップ保持機構950は、レバー変位検出機構部82
0に取り付けられたプローブチップ保持機構受け952
を有し、このプローブチップ保持部受け952に固定ピ
ン954によってプローブチップ保持部958が取り付
けられている。プローブチップ保持部958はプローブ
チップが固定されるプローブチップ固定部962を有し
ている。
FIGS. 11 (a), 11 (b) and 11
As shown in (c), the probe tip holding mechanism 950 in the present embodiment includes the lever displacement detecting mechanism 82
Probe tip holding mechanism receiver 952 attached to
The probe chip holder 958 is attached to the probe chip holder receiver 952 by a fixing pin 954. The probe chip holding section 958 has a probe chip fixing section 962 to which the probe chip is fixed.

【0101】通常のプローブチップ580は、図11
(a)に示されるように、その支持部がプローブチップ
固定部962の底面に接着等により取り付けられる。ま
た、グースチップ590は、図11(b)と図11
(c)に示されるように、その支持部がプローブチップ
固定部962の側面に接着等により取り付けられる。ま
た、プローブチップ保持部958の内部には、これに取
り付けられたグースチップ590を励振させるための圧
電素子960が設けられている。
The ordinary probe tip 580 is the same as that shown in FIG.
As shown in (a), the supporting portion is attached to the bottom surface of the probe chip fixing portion 962 by bonding or the like. The goose chip 590 is similar to that shown in FIGS.
As shown in (c), the support portion is attached to the side surface of the probe chip fixing portion 962 by bonding or the like. Further, a piezoelectric element 960 for exciting the goose tip 590 attached thereto is provided inside the probe tip holding section 958.

【0102】通常のプローブチップ580に対しては、
図11(a)に示されるように、半導体レーザ832か
ら射出された光は、コリメータレンズ834を通過後、
ミラー836で反射され、プローブチップ580のカン
チレバーに入射する。カンチレバーからの反射光は反射
ミラー838で偏向され、位置検出フォトダイオード8
40に入射する。
For a normal probe tip 580,
As shown in FIG. 11A, the light emitted from the semiconductor laser 832 passes through the collimator lens 834,
The light is reflected by the mirror 836 and enters the cantilever of the probe tip 580. The reflected light from the cantilever is deflected by the reflecting mirror 838, and the position detecting photodiode 8
It is incident on 40.

【0103】カンチレバーからの反射光が位置検出フォ
トディテクター840のほぼ中心にくるようにする位置
決めは、角度調整つまみ852を用いたミラー838の
あおり角の調整と、Y方向位置調整用ステージ856を
用いた位置検出フォトディテクター840の横方向(Y
方向)の移動調整により行なわれる。
Positioning such that the reflected light from the cantilever is substantially at the center of the position detection photodetector 840 is performed by adjusting the tilt angle of the mirror 838 using the angle adjustment knob 852 and using the Y-direction position adjustment stage 856. Position detection photodetector 840 in the horizontal direction (Y
Direction).

【0104】グースチップ590に対しては、例えば、
図11(b)に示されるように、半導体レーザ832か
ら射出された光は、コリメータレンズ834を通過後、
ミラー836で反射され、プローブチップ580のカン
チレバーに入射する。カンチレバーからの反射光は、直
接、位置検出フォトダイオード840に入射する。
For the goose chip 590, for example,
As shown in FIG. 11B, the light emitted from the semiconductor laser 832 passes through the collimator lens 834,
The light is reflected by the mirror 836 and enters the cantilever of the probe tip 580. The reflected light from the cantilever directly enters the position detection photodiode 840.

【0105】位置検出フォトディテクター840の位置
決めは、YZステージ860を用いた位置検出フォトデ
ィテクター840の縦横方向(YZ方向)の移動調整に
より行なわれる。
The positioning of the position detection photodetector 840 is performed by adjusting the movement of the position detection photodetector 840 in the vertical and horizontal directions (YZ directions) using the YZ stage 860.

【0106】図11(b)の構成は、図11(a)に比
べて、反射光の光路が短いために、光てこ方式の変位セ
ンサーの変位検出感度が劣る。この様な感度低下が無視
できない場合には、図11(c)に示されるように、別
の反射ミラー890を用いて、反射ミラー838を経由
させて、位置検出フォトディテクター840に入射させ
る構成にして、光路長をかせぐとよい。この場合、位置
検出フォトディテクター840の位置決めは、反射ミラ
ー838あるいは反射ミラー890のあおり角の調整と
位置検出フォトディテクター840の縦方向(Z方向)
の移動調整により行なわれる。本発明は、上述の実施の
形態に何等限定されるものではない。発明の要旨を逸脱
しない範囲で行なわれる実施は、すべて本発明に含まれ
る。
In the configuration of FIG. 11B, the displacement detection sensitivity of the optical lever type displacement sensor is inferior to that of FIG. 11A because the optical path of the reflected light is shorter. When such a decrease in sensitivity cannot be ignored, as shown in FIG. 11C, a configuration is adopted in which the light is incident on the position detection photodetector 840 via another reflection mirror 838 using another reflection mirror 890. It is good to earn the optical path length. In this case, the position of the position detection photodetector 840 is adjusted by adjusting the tilt angle of the reflection mirror 838 or the reflection mirror 890 and the vertical direction (Z direction) of the position detection photodetector 840.
This is performed by adjusting the movement. The present invention is not limited to the above embodiments. All implementations performed without departing from the spirit of the invention are included in the present invention.

【0107】[0107]

【発明の効果】本発明によれば、支持部に支持された弾
性部材部の先端に設けられた平板状の探針部を有し、そ
の探針部の先端の二つの終端点が測定試料との作用点で
あるプローブチップを取り付け可能なプローブチップ保
持機構を備えた走査型プローブ顕微鏡が提供される。
According to the present invention, a flat probe is provided at the tip of the elastic member supported by the support, and the two terminal points of the tip of the probe are the measurement sample. A scanning probe microscope provided with a probe tip holding mechanism capable of attaching a probe tip, which is a point of action of the scanning probe microscope.

【0108】さらに、上述した試料の側壁測定に好適な
プローブチップに加えて、試料の表面粗さ測定に好適な
通常のプローブチップを取り付けることも可能であり、
これにより異なる種類の測定を多くの設備投資を必要と
することなく実現できる。つまり、コストパフォーマン
スの高い走査型プローブ顕微鏡が提供される。
Further, in addition to the probe tip suitable for measuring the side wall of the sample described above, it is also possible to attach a normal probe tip suitable for measuring the surface roughness of the sample,
This allows different types of measurements to be realized without requiring a large capital investment. That is, a cost-effective scanning probe microscope is provided.

【0109】本実施の形態における走査型プローブ顕微
鏡について、以下のことが言える。1.支持部(10
1,401,1101)に支持された片持ち梁状の弾性
部材部(102,402,1102)の先端に設けられ
た平板状の探針部(103,403,1103)を有
し、その探針部の先端の二つの終端点(104,10
5,1106,1107)が測定試料との作用点である
プローブチップ(100,400,1100)を取り付
け可能なプローブチップ保持機構(550,703)を
有する走査型プローブ顕微鏡。
The following can be said about the scanning probe microscope in the present embodiment. 1. Support (10
1, 401, 1101) and a flat probe portion (103, 403, 1103) provided at the tip of a cantilevered elastic member portion (102, 402, 1102). The two terminal points (104, 10
A scanning probe microscope having a probe tip holding mechanism (550, 703) to which a probe tip (100, 400, 1100), which is an operation point with a measurement sample, can be attached.

【0110】2.探針部(103,403,1103)
の面法線と支持部(101,401,1101)の面法
線とはほぼ平行である第1項に記載の走査型プローブ顕
微鏡。
[0110] 2. Probe part (103, 403, 1103)
2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the surface normal of the support is substantially parallel to the surface normal of the support portion.

【0111】3.前記プローブチップ保持機構(55
0,703)が、前記プローブチップ(100,40
0,1100)と異なる形状の別のプローブチップ(5
80)が取り付け可能である第2項に記載の走査型プロ
ーブ顕微鏡装置。
3. The probe tip holding mechanism (55)
0, 703) is the probe tip (100, 40).
0, 1100) and another probe tip (5
Item 80. The scanning probe microscope device according to Item 2, wherein the device can be attached.

【0112】4.前述の別のプローブチップは、支持部
から延びた片持ち梁状の弾性部材部の先端に錐体状の探
針部を有し、探針部の軸と弾性部材部の面法線と支持部
の面法線がほぼ平行である通常のプローブチップ(58
0)である第3項に記載の走査型プローブ顕微鏡装置。
4. Another probe tip described above has a cone-shaped probe at the tip of a cantilevered elastic member extending from a support portion, and has a shaft of the probe, a surface normal of the elastic member, and a support. Probe tip (58) whose surface normals are almost parallel
Item 4. The scanning probe microscope apparatus according to item 3, wherein

【0113】5.前記プローブチップ保持機構(55
0,703)が、顕微鏡本体(800)から取り外し可
能である第1項に記載の走査型プローブ顕微鏡装置。
6.さらに、二つの終端点(104,105,110
6,1107)を結ぶ稜線上の点が測定試料との作用点
である第1項に記載の走査型プローブ顕微鏡装置。
[0113] 5. The probe tip holding mechanism (55)
0, 703) is removable from the microscope body (800).
6. Further, two end points (104, 105, 110)
6. The scanning probe microscope apparatus according to claim 1, wherein a point on a ridge line connecting (6, 1107) is an action point with the measurement sample.

【0114】7.さらに、弾性部材部(102,40
2,1102)に振動を加える加振手段(560,71
6,960)と、弾性部材部の振動を検出する振動検出
手段(532,534,536,538,540,61
0,640,703,1104,1105,820等)
とを備える第1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
7. Further, the elastic members (102, 40)
(110, 2, 1102).
6, 960) and vibration detecting means (532, 534, 536, 538, 540, 61) for detecting vibration of the elastic member portion.
0,640,703,1104,1105,820 etc.)
2. The scanning probe microscope according to claim 1, comprising:

【0115】8.前記振動検出手段は光学式のセンサ
(532,534,536,538,540,610,
640,820等)であって、弾性部材部へ光を照射す
る光源(532,832)と、弾性部材部で反射する光
を検出する受光手段(540,840)とを含む第7項
に記載の走査型プローブ顕微鏡。
8. The vibration detecting means is an optical sensor (532, 534, 536, 538, 540, 610,
640, 820 etc.), wherein the light source (532, 832) for irradiating light to the elastic member portion and the light receiving means (540, 840) for detecting light reflected on the elastic member portion are described in Item 7 above. Scanning probe microscope.

【0116】9.前記振動検出手段は、光源からの光の
光路を切り換える手段(610,640)を備える第8
項に記載の走査型プローブ顕微鏡。10.前記振動検出
手段は、前記弾性部材部で反射される光を受光手段上で
位置調整するため、弾性部材部と受光手段との間に設け
た反射面を含む第7項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
9. The vibration detecting means includes means (610, 640) for switching an optical path of light from the light source.
14. A scanning probe microscope according to item 9. 10. 8. The scanning probe according to claim 7, wherein the vibration detection unit includes a reflection surface provided between the elastic member unit and the light receiving unit in order to adjust a position of light reflected by the elastic member unit on a light receiving unit. 9. microscope.

【0117】11.前記振動検出手段は前記プローブチ
ップにその一部(1104,1105)が含まれ、弾性
部材部の振動状態に応じた電気信号を出力する第7項に
記載の走査型プローブ顕微鏡。
(11) 8. The scanning probe microscope according to claim 7, wherein the vibration detection means includes a part (1104, 1105) of the probe tip and outputs an electric signal according to a vibration state of the elastic member.

【0118】12.加振手段(560,716,96
0)は、プローブチップ保持機構(550,703)に
組み込まれている第7項に記載の走査型プローブ顕微
鏡。13.前記弾性部材部(102,402)の面法線
と前記探針部(103,403)の面法線とは非平行で
ある第1項または第2項に記載の走査型プローブ顕微
鏡。14.前記弾性部材部(1102)の面法線と前記
探針部(1103)の面法線とはほぼ平行である第1項
または第2項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
12. Vibration means (560, 716, 96
8. The scanning probe microscope according to claim 7, wherein 0) is incorporated in the probe tip holding mechanism (550, 703). 13. 3. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein a surface normal of the elastic member portion (102, 402) and a surface normal of the probe portion (103, 403) are non-parallel. 14. 3. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein a surface normal of the elastic member portion (1102) is substantially parallel to a surface normal of the probe portion (1103).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の装置に用いるプローブチップを示して
おり、(a)はその側面図、(b)は斜視図、(c)は
探針部の拡大斜視図である。
1A and 1B show a probe tip used in an apparatus of the present invention, wherein FIG. 1A is a side view, FIG. 1B is a perspective view, and FIG. 1C is an enlarged perspective view of a probe portion.

【図2】本発明の装置に用いる別のプローブチップの斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view of another probe tip used in the apparatus of the present invention.

【図3】図1に示したプローブチップの作製方法の一連
の工程を示している。
FIG. 3 shows a series of steps in a method of manufacturing the probe tip shown in FIG.

【図4】第1の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡のS
PMヘッドを示しており、(a)はSPMヘッドの概略
的な斜視図、(b)はプローブチップの種類に応じて圧
電アクチュエーターの終端部材に装着される二種類のミ
ラー保持機構を示す斜視図である。
FIG. 4 shows the S of the scanning probe microscope according to the first embodiment.
3A and 3B show a PM head, in which FIG. 3A is a schematic perspective view of an SPM head, and FIG. 3B is a perspective view showing two types of mirror holding mechanisms mounted on a terminal member of a piezoelectric actuator according to the type of a probe tip. It is.

【図5】保持するプローブチップに対応したミラー保持
機構が装着されたSPMヘッドを示しており、(a)は
通常のプローブチップ用のミラー保持機構が装着された
SPMヘッド側面図、(b)はグースチップ用のミラー
保持機構が装着されたSPMヘッド側面図である。
5A and 5B show an SPM head on which a mirror holding mechanism corresponding to a probe tip to be held is mounted, and FIG. 5A is a side view of the SPM head on which a normal probe tip mirror holding mechanism is mounted, and FIG. FIG. 4 is a side view of the SPM head on which a mirror holding mechanism for goose chips is mounted.

【図6】第2の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡にお
けるプローブチップ保持機構の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a probe tip holding mechanism in the scanning probe microscope according to the second embodiment.

【図7】図6に示したプローブチップ保持機構にプロー
ブチップが装着された様子を示しており、(a)は通常
のプローブチップが装着されたプローブチップ保持機構
の斜視図、(b)はグースチップが装着されたプローブ
チップ保持機構の斜視図である。
7A and 7B show a state in which a probe tip is mounted on the probe tip holding mechanism shown in FIG. 6; FIG. 7A is a perspective view of a probe tip holding mechanism in which a normal probe tip is mounted; It is a perspective view of the probe tip holding mechanism with which the goose tip was mounted.

【図8】変位検出機能を持つカンチレバーを備えたプロ
ーブチップが装着された、図6に示したプローブチップ
保持機構にプローブチップの斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of the probe tip mounted on the probe tip holding mechanism shown in FIG. 6, in which the probe tip having a cantilever having a displacement detection function is mounted.

【図9】図8に示される変位検出機能を持つカンチレバ
ーを備えたプローブチップを示しており、(a)はその
側面図、(b)は斜視図、(c)はカンチレバー先端部
の拡大斜視図、(d)はカンチレバー先端部を試料と共
に示した側面図である。
9A and 9B show a probe tip provided with a cantilever having a displacement detection function shown in FIG. 8, wherein FIG. 9A is a side view, FIG. 9B is a perspective view, and FIG. 9C is an enlarged perspective view of the tip of the cantilever. FIG. 3D is a side view showing the tip of the cantilever together with the sample.

【図10】第3の実施の形態の走査型プローブ顕微鏡に
おけるSPMヘッドの斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of an SPM head in a scanning probe microscope according to a third embodiment.

【図11】プローブチップが装着された図10に示した
プローブチップ保持機構をレバー変位検出機構の一部と
共に示しており、(a)は通常のプローブチップが装着
されたプローブチップ保持機構の側面図、(b)はグー
スチップが装着されたプローブチップ保持機構の側面
図、(c)はグースチップが装着されたプローブチップ
保持機構の側面図であり、レバー変位検出機構に改良を
施した図である。
11 shows the probe tip holding mechanism shown in FIG. 10 with the probe tip mounted thereon, together with a part of the lever displacement detection mechanism, and FIG. 11 (a) is a side view of the probe tip holding mechanism with a normal probe tip mounted thereon. FIG. 2B is a side view of the probe tip holding mechanism with the goose chip mounted thereon, and FIG. 2C is a side view of the probe tip holding mechanism with the goose chip mounted thereon, showing an improved lever displacement detection mechanism. It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

550 プローブチップ保持機構 580 通常のプローブチップ 590 グースチップ 550 Probe tip holding mechanism 580 Normal probe tip 590 Goose tip

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持部に支持された片持ち梁状の弾性部
材部の先端に設けられた平板状の探針部を有し、その探
針部の先端の二つの終端点が測定試料との作用点である
プローブチップを取り付け可能なプローブチップ保持機
構を有する走査型プローブ顕微鏡。
1. A probe having a flat plate-shaped probe provided at a tip of a cantilever-shaped elastic member supported by a support, and two terminal points at the tip of the probe are connected to a measurement sample. A scanning probe microscope having a probe tip holding mechanism to which a probe tip, which is the point of action of the above, can be attached.
【請求項2】 探針部の面法線と支持部の面法線とはほ
ぼ平行である請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein a surface normal of the probe portion and a surface normal of the support portion are substantially parallel to each other.
【請求項3】 前記プローブチップ保持機構が、前記プ
ローブチップと異なる形状の別のプローブチップが取り
付け可能である請求項2に記載の走査型プローブ顕微鏡
装置。
3. The scanning probe microscope apparatus according to claim 2, wherein the probe tip holding mechanism can attach another probe tip having a different shape from the probe tip.
JP15135798A 1997-06-10 1998-06-01 Scanning probe microscope Withdrawn JPH11344500A (en)

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