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JP2008003034A - Scanning probe microscope - Google Patents

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JP2008003034A JP2006175196A JP2006175196A JP2008003034A JP 2008003034 A JP2008003034 A JP 2008003034A JP 2006175196 A JP2006175196 A JP 2006175196A JP 2006175196 A JP2006175196 A JP 2006175196A JP 2008003034 A JP2008003034 A JP 2008003034A
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雅次 繁野
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直哉 渡邉
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亜三子 二瓶
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively form a mark showing the position of a probe to a cantilever with high precision, without laboring, and to accurately align the leading end position of the probe with the target measuring start position of a sample using the mark. <P>SOLUTION: This scanning probe microscope is equipped with: the cantilever 2b having a probe 2a; the mark M formed on at least either one of a first point P1, where a first extending line L1, which extends in a longitudinal direction of the cantilever from the root position of the probe crosses the leading end surface of the cantilever or a second point P2, where a second extending line L2 which extends in the short direction of the cantilever, from the root position of the probe, crosses the side surface of the cantilever; an optical observation device for optically observing the cantilever and a sample; a monitor for displaying the observation image; and a control part for displaying the measuring start position, selected on the basis of the observation image on the monitor as a reference line and aligning the cantilever so as to allow the reference line to coincide with the mark. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、探針の先端を位置合わせするための光学系を有する走査型プローブ顕微鏡に関するものである。   The present invention relates to a scanning probe microscope having an optical system for aligning the tip of a probe.

周知のように、先端の尖った探針を、金属、半導体、セラミック、樹脂、高分子、生体材料や絶縁物等の各種の試料に対してnmオーダーまで接近させ、そのときの探針と試料との間に生じる相互作用を測定することにより、試料表面の形状等を原子寸法レベルで計測する装置として、走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)が知られている。
この走査型プローブ顕微鏡の測定範囲としては、最大でも数十μmである。そのため、大きな試料における微小領域の観察を行う場合、観察したい微小領域に探針の先端を目視で位置合わせすることは不可能である。従って、通常走査型プローブ顕微鏡は、試料を移動させるステージを備えると共に、SPMの測定範囲よりも大きな視野を持つ光学顕微鏡等の光学観察装置を備えている。
As is well known, a probe with a pointed tip is brought close to the nm order with respect to various samples such as metals, semiconductors, ceramics, resins, polymers, biomaterials and insulators, and the probe and sample at that time 2. Description of the Related Art A scanning probe microscope (SPM) is known as an apparatus that measures the shape of a sample surface and the like at an atomic dimension level by measuring the interaction between the two.
The maximum measurement range of this scanning probe microscope is several tens of μm. Therefore, when observing a micro area in a large sample, it is impossible to visually align the tip of the probe with the micro area to be observed. Accordingly, the normal scanning probe microscope includes a stage for moving the sample and an optical observation device such as an optical microscope having a field of view larger than the SPM measurement range.

このように、走査型プローブ顕微鏡と光学観察装置とを組み合わせることで、光学観察装置により探針を支持するカンチレバーを観察することができるので、探針を試料上の目的の位置に位置合わせすることができる。
しかしながら、光学観察装置は、探針及びカンチレバーの上方に配置されているので、カンチレバーの背面しか観察することができない。そのため、その反対側に形成されている探針を光学観察装置で直接観察することができず、探針の先端位置を正確に特定することが困難であった。
Thus, by combining the scanning probe microscope and the optical observation device, the cantilever supporting the probe can be observed by the optical observation device, so that the probe is aligned with the target position on the sample. Can do.
However, since the optical observation device is disposed above the probe and the cantilever, only the back surface of the cantilever can be observed. For this reason, the probe formed on the opposite side cannot be directly observed with an optical observation device, and it is difficult to accurately identify the tip position of the probe.

そこで、このような問題を解消して、探針の先端位置を正確に特定するために、従来から様々な手法が考えられている。例えば、カンチレバーの背面に、探針の位置を示すマーカーを備えたものが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。このマーカーは、探針に対向する位置に設けられており、例えば、突起や凹み等である。そして、光学観察装置によりマーカーを確認することで、カンチレバーの背面側からでも探針の位置を特定することができるものである。
特開平3−102209号公報 特開2003−315238号公報
Therefore, various methods have been conventionally considered in order to solve such a problem and accurately specify the tip position of the probe. For example, what has a marker indicating the position of the probe on the back surface of the cantilever is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). This marker is provided at a position facing the probe, and is, for example, a protrusion or a dent. The position of the probe can be specified even from the back side of the cantilever by checking the marker with an optical observation device.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-102209 JP 2003-315238 A

しかしながら、上記従来の方法では以下の課題がまだ残されていた。
即ち、従来の方法は、探針に対向するようにカンチレバーの背面に正確にマーカーを設ける必要があるが、実際上、正確に位置を合わせながら製造を行うことが難しかった。一般的に探針及びカンチレバーを有するプローブを製造する場合には、フォトレジスト膜を利用したエッチング加工を複数回行って半導体基板から製造しているが、探針を作る側とマーカーを作る側とが逆側になるので、同じフォトレジスト膜を使用して一度に形成したり、同一方向側から作り込んだりすることができるものではなかった。そのため、どうしても位置ずれが生じてしまい、探針に対向した位置にマーカーを正確に合わせることができなかった。
また、どうしても製造工程が多くなってしまうので、時間と手間がかかるうえ、製造コストを安価に抑えることができなかった。
However, the above conventional methods still have the following problems.
That is, in the conventional method, it is necessary to accurately provide a marker on the back surface of the cantilever so as to face the probe. However, in practice, it is difficult to manufacture while accurately aligning the positions. In general, when manufacturing a probe having a probe and a cantilever, it is manufactured from a semiconductor substrate by performing etching processing using a photoresist film a plurality of times. Since these are on the opposite side, they cannot be formed at the same time using the same photoresist film, or can be formed from the same direction side. For this reason, positional displacement is inevitably caused, and the marker cannot be accurately aligned with the position facing the probe.
In addition, since the number of manufacturing steps is inevitably increased, it takes time and labor, and the manufacturing cost cannot be kept low.

また、通常カンチレバーは、図61に示すように、ステージに対して十数度の角度がついた状態で取り付けられている。そのため、マーカーに光学観察装置の光軸を合わせたとしても、実際の探針の先端位置は光軸上に存在しないので誤差が生じてしまっていた。例えば、図61に示すように、探針の長さLが60μm、カンチレバーの取り付け角度θが15°であった場合には、マーカーと探針の先端位置との誤差Xは、X=Lsinθ=約15.5μmとなってしまう。従って、マーカーがあったとしても、探針の先端位置をカンチレバー側から正確に特定することができなかった。特に、液中駆動等に使用される探針は、ダンピングの影響を抑えるため長く設計されているため、上述した誤差Xがより大きくなってしまっていた。   In addition, the normal cantilever is attached with an angle of tens of degrees with respect to the stage, as shown in FIG. For this reason, even if the optical axis of the optical observation apparatus is aligned with the marker, an error occurs because the actual tip position of the probe does not exist on the optical axis. For example, as shown in FIG. 61, when the probe length L is 60 μm and the cantilever mounting angle θ is 15 °, the error X between the marker and the tip position of the probe is X = L sin θ = It will be about 15.5 μm. Therefore, even if there is a marker, the tip position of the probe cannot be accurately specified from the cantilever side. In particular, since the probe used for driving in liquid or the like is designed to be long in order to suppress the influence of damping, the above-described error X is larger.

更に、カンチレバーの変位検出には、一般的にカンチレバーの背面で反射させたレーザ光を検出する光てこ方式が用いられている。ところが、カンチレバーの背面にマーカーを設けてしまうと、このマーカーによってレーザ光が乱反射して変位検出に悪影響を及ぼす可能性があった。特に、カンチレバーの厚みが薄く、レーザ光を透過させてしまうようなカンチレバーにおいては、できるだけ厚みのある位置、即ち、探針が形成されている部分の背面にレーザ光を照射することが効率的であるが、上述したようにこの位置にマーカーがあるとレーザ光の反射効率が損なわれてしまい、変位検出に悪影響を与えてしまう。   Further, for detecting the displacement of the cantilever, an optical lever method for detecting a laser beam reflected on the back surface of the cantilever is generally used. However, if a marker is provided on the back surface of the cantilever, the laser beam may be irregularly reflected by this marker, which may adversely affect displacement detection. In particular, in a cantilever where the thickness of the cantilever is thin and allows laser light to pass therethrough, it is efficient to irradiate the laser light to a position where the thickness is as large as possible, that is, the back surface of the portion where the probe is formed. However, as described above, if there is a marker at this position, the reflection efficiency of the laser beam is impaired, and displacement detection is adversely affected.

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、探針の位置を示すマークを、手間をかけずに安価且つ高精度にカンチレバーに形成すると共に、該マークを利用して探針の先端位置を試料の狙った測定開始位置に対して正確に位置合わせすることができる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to form a mark indicating the position of the probe on the cantilever at low cost and high accuracy without taking time and use the mark. Thus, it is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope capable of accurately aligning the tip position of the probe with the measurement start position targeted by the sample.

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、試料の上方に配置され、先端に探針を有するカンチレバーと、前記探針の根元位置から前記カンチレバーの長手方向に延びた第1の延長線と、カンチレバーの先端面とが交わる第1のポイント、又は、前記探針の根元位置から前記カンチレバーの短手方向に延びた第2の延長線と、カンチレバーの側面とが交わる第2のポイントのうち少なくともいずれか一方のポイントに形成されたマークと、前記試料と前記カンチレバーとを相対的に移動させる移動手段と、前記カンチレバー及び前記試料を同一光軸で光学的に観察する光学観察装置と、該光学観察装置で観察した観察画像を表示するモニタと、前記観察画像に基づいて選択された前記試料の測定開始位置を、該観察画像に重ねた状態で基準線として前記モニタ上に表示させる制御部とを備え、前記制御部が、前記カンチレバーを観察する際に、前記移動手段を制御して前記基準線と前記マークとを一致させることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The scanning probe microscope of the present invention includes a cantilever disposed above a sample and having a probe at the tip, a first extension line extending in the longitudinal direction of the cantilever from the root position of the probe, and the tip of the cantilever At least one of a first point where the surface intersects, or a second point where the second extension line extending from the base position of the probe in the short direction of the cantilever and the side surface of the cantilever intersect A mark formed at a point, a moving means for relatively moving the sample and the cantilever, an optical observation device for optically observing the cantilever and the sample on the same optical axis, and the optical observation device The monitor that displays the observed image and the measurement start position of the sample selected based on the observed image are superimposed on the observed image as a reference line. And a control unit for displaying on the monitor, the control unit, when observing the cantilever, is characterized in that for controlling said moving means to coincide with the said mark and said reference line.

この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、カンチレバーの側面又は先端面のうち少なくともいずれかの面に形成されたマークを利用して、探針の先端位置を、任意に選択した試料の測定開始位置に正確に位置合わせすることができる。
まず、光学観察装置により試料の観察を行って、観察画像をモニタに表示する。作業者は、この観察画像に基づいて、試料の測定開始位置を特定する。すると制御部は、特定された測定開始位置に、観察画像に重ねた状態で基準線をモニタ上に表示させる。これにより、試料の測定開始位置を基準線で指し示すことができる。
In the scanning probe microscope according to the present invention, using the mark formed on at least one of the side surface and the tip surface of the cantilever, the tip position of the probe is arbitrarily selected as the measurement start position of the sample. Can be accurately aligned.
First, a sample is observed with an optical observation device, and an observation image is displayed on a monitor. The operator specifies the measurement start position of the sample based on this observation image. Then, a control part displays a reference line on a monitor in the state overlapped with an observation image in the specified measurement start position. Thereby, the measurement start position of the sample can be indicated by the reference line.

次いで、再度光学観察装置を利用してカンチレバーを光学的に観察する。この際、先ほど試料を観察したときと同一の光軸で観察を行う。ここで、カンチレバーには、予め第1のポイントである先端面の1箇所、又は、第2のポイントである側面の2箇所のうち、少なくともいずれかに探針の根元位置を示すマークが形成されている。そのためカンチレバーを観察する際に、このマークをモニタ上で確認することができる。
そして、制御部は、移動手段を適宜作動させてカンチレバーと試料とを相対的に移動させ、基準線に対してマークを一致させる。この際作業者は、モニタに表示された観察画像によって、マークと基準線とが一致したことを確認することができる。
Next, the cantilever is optically observed again using the optical observation device. At this time, observation is performed with the same optical axis as when the sample was observed earlier. Here, the cantilever is preliminarily formed with a mark indicating the root position of the probe in at least one of the front end surface which is the first point or the side surface which is the second point. ing. Therefore, when observing the cantilever, this mark can be confirmed on the monitor.
And a control part operates a moving means suitably, moves a cantilever and a sample relatively, and makes a mark correspond with a reference line. At this time, the operator can confirm that the mark and the reference line coincide with each other by the observation image displayed on the monitor.

その結果、探針の先端位置を直接確認することができなくても、上述したように狙った測定開始位置に対して探針の先端位置を位置合わせすることができる。
特に、マークは従来のものと異なり、カンチレバーの先端面若しくは側面に形成されている。よって、カンチレバーを製造する際に、探針を形成した側からマークをパターニングしたり、探針とマークとを同じマスクを使用してパターニングを行って同時に形成したりすることができる。そのため、マークの位置と探針の根元位置との誤差をできるだけ抑えた状態でマークを形成することができる。よって、基準線とマークとを一致させることで、探針の先端位置を従来よりも高精度に測定開始位置に対して位置合わせすることができる。
As a result, even if the tip position of the probe cannot be confirmed directly, the tip position of the probe can be aligned with the target measurement start position as described above.
In particular, the mark is formed on the tip surface or side surface of the cantilever, unlike the conventional one. Therefore, when manufacturing the cantilever, the mark can be patterned from the side on which the probe is formed, or the probe and the mark can be simultaneously formed by patterning using the same mask. Therefore, the mark can be formed in a state where the error between the mark position and the probe root position is suppressed as much as possible. Therefore, by aligning the reference line and the mark, the tip position of the probe can be aligned with the measurement start position with higher accuracy than in the past.

また、従来よりも少ない工程でマークと探針とを形成できるので、製造工程を減らすことができ、時間と手間の軽減化を図ると共に製造コストを抑えることができる。また、カンチレバーの先端面若しくは側面にマークが形成されているので、光学観察装置で観察する際に、試料の上方側からでも下方側からでもマークを確認することができる。よって、より多様な観察を行うことができ、使い易さに優れている。
更に、従来のようにカンチレバーの背面にマークを形成していないので、光てこ方式でカンチレバーの変位を検出する際に、レーザ光に何ら影響を与えることがない。よって、カンチレバーの変位を高精度に測定でき、試料の観察結果の信頼性を向上することができる。
In addition, since the mark and the probe can be formed with fewer steps than before, the manufacturing process can be reduced, time and labor can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the mark is formed on the tip surface or the side surface of the cantilever, the mark can be confirmed from the upper side or the lower side of the sample when observing with the optical observation device. Therefore, more various observations can be performed and it is easy to use.
Further, since the mark is not formed on the back surface of the cantilever as in the prior art, there is no influence on the laser beam when detecting the displacement of the cantilever by the optical lever method. Therefore, the displacement of the cantilever can be measured with high accuracy, and the reliability of the observation result of the sample can be improved.

上述したように、本発明の走査型プローブ顕微鏡においては、探針の位置を示すマークを、手間をかけずに安価且つ高精度にカンチレバーに形成することができると共に、該カンチレバーを利用して探針の先端位置を試料の狙った測定開始位置に対して正確に位置合わせすることができる。   As described above, in the scanning probe microscope of the present invention, the mark indicating the position of the probe can be formed on the cantilever at low cost and with high accuracy without trouble, and the probe is used by using the cantilever. The tip position of the needle can be accurately aligned with the measurement start position aimed at by the sample.

また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記マークが、前記第1のポイント及び前記第2のポイントの両方に形成され、前記基準線が、前記測定開始位置に重ね合わされる基点と、該基点を通って前記カンチレバーの短手方向に延びた主線と、基点を通って主線に対して直交する方向に延びた補助線とからなる十字線であることを特徴とするものである。   The scanning probe microscope of the present invention is the above-described scanning probe microscope of the present invention, wherein the mark is formed at both the first point and the second point, and the reference line is the measurement start. A crosshair consisting of a base point superimposed on a position, a main line extending in the short direction of the cantilever through the base point, and an auxiliary line extending in a direction perpendicular to the main line through the base point It is a feature.

この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、第1のポイントである先端面の1箇所と、第2のポイントである側面の2箇所との合計3箇所にマークが形成されている。つまり、側面に形成された2箇所のマークを結んだ線と、先端面に形成された1箇所のマークを通り、カンチレバーの長手方向に延びた第1の延長線とが交わる位置に探針が形成されている。よって、測定開始位置に基点が重ね合わされた十字線に対して、3箇所のマークをそれぞれ一致させることで、探針の先端位置を測定開始位置に正確に位置合わせすることができる。特に、マークが3箇所に形成されているので、観察時に見易く、また、十字線に合わせ易い。   In the scanning probe microscope according to the present invention, marks are formed at a total of three locations including one location on the tip surface that is the first point and two locations on the side surface that is the second point. In other words, the probe is located at a position where a line connecting two marks formed on the side surface and a first extension line extending in the longitudinal direction of the cantilever passes through one mark formed on the tip surface. Is formed. Therefore, the tip position of the probe can be accurately aligned with the measurement start position by causing the three marks to coincide with the crosshair with the base point superimposed on the measurement start position. In particular, since the marks are formed in three places, it is easy to see at the time of observation, and it is easy to match with the crosshairs.

また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記マークが、前記第2のポイントに形成され、前記基準線が、前記測定開始位置に重ね合わされる基点と、該基点を通って前記カンチレバーの短手方向に延びた主線と、基点からカンチレバーの幅の略半分だけ間を空けた状態で前記主線に対して直交する方向に延びた2本の補助線とからなることを特徴とするものである。   Further, the scanning probe microscope of the present invention is the scanning probe microscope of the present invention, wherein the mark is formed at the second point, and the reference line is superimposed on the measurement start position; A main line extending in the short direction of the cantilever through the base point, and two auxiliary lines extending in a direction perpendicular to the main line with a gap between the base point and approximately half the width of the cantilever It is characterized by.

この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、第2のポイントである側面の2箇所にマークが形成されている。つまり、側面に形成された2箇所のマークを結んだ線の中心に探針が形成されている。
また、モニタ上には、測定開始位置に重ね合わされる基点を通ってカンチレバーの短手方向に延びた主線と、2本の補助線とが互いに直交するように組み合わされた基準線が表示される。この際、2本の補助線は、それぞれ基点からカンチレバーの幅の略半分だけ間を空けた状態で平行に並んでいる。よって、基準線の基点を測定開始位置に重ね合わせた後、2つのマークを基準線の主線上に一致させると共に、2本の補助線の間にカンチレバーが入るように位置合わせすることで、探針の先端位置を測定開始位置に正確に位置合わせすることができる。
In the scanning probe microscope according to the present invention, marks are formed at two locations on the side surface, which is the second point. That is, the probe is formed at the center of a line connecting two marks formed on the side surface.
On the monitor, a reference line in which a main line extending in the short direction of the cantilever through a base point superimposed on a measurement start position and two auxiliary lines are combined so as to be orthogonal to each other is displayed. . At this time, the two auxiliary lines are arranged in parallel with each other being spaced from the base point by approximately half the width of the cantilever. Therefore, after superimposing the base point of the reference line on the measurement start position, the two marks are aligned with the main line of the reference line and aligned so that the cantilever is inserted between the two auxiliary lines. The tip position of the needle can be accurately aligned with the measurement start position.

また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記マークが、前記第1のポイントに形成され、前記基準線が、前記測定開始位置に重ね合わされる基点と、該基点を通って前記カンチレバーの長手方向に延びた主線と、基点から前記探針の根元位置と前記先端面との距離分だけ間を空けた状態で前記主線に対して直交する方向に延びた補助線とからなることを特徴とするものである。   Further, the scanning probe microscope of the present invention is the scanning probe microscope of the present invention, wherein the mark is formed at the first point, and the reference line is superimposed on the measurement start position; A main line extending in the longitudinal direction of the cantilever through the base point and a direction perpendicular to the main line with a gap from the base point by a distance between the root position of the probe and the tip surface It consists of an auxiliary line.

この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、第1のポイントである先端面の1箇所にマークが形成されている。つまり、このマークを通る第1の延長線(カンチレバーの長手方向に延びた線)上に探針が形成されている。
また、モニタ上には、測定開始位置に重ね合わされる基点を通ってカンチレバーの長手方向に延びた主線と、該主線に直交した補助線とが組み合わされた基準線が表示される。
この際、補助線は、基点から探針の根元位置と先端面との距離分だけ間を空けた位置に表示されている。よって、基準線の基点を測定開始位置に重ね合わせた後、基準線の主線にマークを一致させると共に、補助線に先端面を一致させるようにカンチレバーを位置合わせすることで、探針の先端位置を測定開始位置に正確に位置合わせすることができる。
In the scanning probe microscope according to the present invention, a mark is formed at one place on the tip surface which is the first point. That is, the probe is formed on the first extension line (line extending in the longitudinal direction of the cantilever) passing through the mark.
On the monitor, a reference line is displayed in which a main line extending in the longitudinal direction of the cantilever through a base point superimposed on the measurement start position and an auxiliary line orthogonal to the main line are combined.
At this time, the auxiliary line is displayed at a position spaced from the base point by the distance between the root position of the probe and the tip surface. Therefore, after superimposing the base point of the reference line on the measurement start position, the mark is aligned with the main line of the reference line, and the tip position of the probe is adjusted by aligning the cantilever so that the tip surface is aligned with the auxiliary line. Can be accurately aligned with the measurement start position.

また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記制御部が、前記基点を中心として、前記主線と前記補助線との距離を任意の倍率に変更することを特徴とするものである。   In the scanning probe microscope of the present invention, the control unit may change the distance between the main line and the auxiliary line to an arbitrary magnification around the base point. It is a feature.

この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、制御部が、基点を中心として主線と補助線との距離を任意の倍率に変更するので、カンチレバーを観察する際に、光学観察装置がどのような倍率であったとしても、マークと基準線とを容易且つ正確に位置合わせすることができる。従って、位置合わせが容易となり、使い易さが向上する。   In the scanning probe microscope according to the present invention, the control unit changes the distance between the main line and the auxiliary line around the base point to an arbitrary magnification. Therefore, when observing the cantilever, the magnification of the optical observation device is Even in such a case, the mark and the reference line can be easily and accurately aligned. Therefore, alignment becomes easy and usability improves.

また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記カンチレバーの側面には、前記カンチレバーの取付角度と前記探針の長さとに基づいて算出された、前記探針の根元位置から前記探針の先端位置までの補正量分だけ、前記第2のポイントに形成されたマークからずれた位置に補正マークが形成されていることを特徴とするものである。   Further, the scanning probe microscope of the present invention is the above-described scanning probe microscope of the present invention, wherein the probe is calculated on the side surface of the cantilever based on the mounting angle of the cantilever and the length of the probe. A correction mark is formed at a position deviated from the mark formed at the second point by the correction amount from the root position to the tip position of the probe.

この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、カンチレバーを試料に対してどのような角度で取り付けたとしても、探針の先端位置を試料の測定開始位置に対してより正確に位置合わせすることができる。
つまり、角度を付けた状態でカンチレバーを取り付けた場合には、探針の先端位置が根元位置からずれてしまう。なおこのずれ量は、カンチレバーの取付角度と探針の長さとによって決定される。そこで、予めカンチレバーの取付角度と探針の長さとに基づいて、探針の根元位置から先端位置までのずれ量を補正量として算出し、この補正量分だけカンチレバーの側面に形成された第2のポイントのマークからずれた位置に補正マークを形成している。
従って、この補正マークと基準線の主線とを一致させるだけで、カンチレバーの取付角度に影響をうけることなく、光学観察装置で観察しながら、探針の先端位置を試料の測定開始位置に対して正確に位置合わせすることができる。
In the scanning probe microscope according to the present invention, the tip position of the probe can be more accurately aligned with the measurement start position of the sample no matter what angle the cantilever is attached to the sample. .
That is, when the cantilever is attached with an angle, the tip position of the probe is displaced from the root position. The amount of deviation is determined by the cantilever mounting angle and the probe length. Therefore, based on the mounting angle of the cantilever and the length of the probe, the amount of deviation from the base position of the probe to the tip position is calculated as a correction amount, and the second amount formed on the side surface of the cantilever by this correction amount. A correction mark is formed at a position deviated from the mark of the point.
Therefore, just by aligning the correction mark and the main line of the reference line, the tip position of the probe is set relative to the measurement start position of the sample while observing with an optical observation device without affecting the mounting angle of the cantilever. Accurate alignment is possible.

また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記制御部が、前記カンチレバーの取付角度と前記探針の長さとに基づいて、予め前記光軸に直交する平面に沿った前記探針の根元位置から先端位置までの補正量を算出すると共に、算出された補正量分だけ前記基点からずれた位置に前記主線を表示することを特徴とするものである。   Further, the scanning probe microscope of the present invention is the above-mentioned scanning probe microscope of the present invention, wherein the control unit is a plane orthogonal to the optical axis in advance based on the mounting angle of the cantilever and the length of the probe. A correction amount from the base position to the tip position of the probe along the line is calculated, and the main line is displayed at a position shifted from the base point by the calculated correction amount.

この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、カンチレバーを試料に対してどのような角度で取り付けたとしても、探針の先端位置を試料の測定開始位置に対して正確に位置合わせすることができる。
つまり、角度を付けた状態でカンチレバーを取り付けた場合には、探針の先端位置が根元位置からずれてしまう。なおこのずれ量は、カンチレバーの取付角度と探針の長さとによって決定される。そこで、制御部は、予めカンチレバーの取付角度と探針の長さとに基づいて、探針の根元位置から先端位置までのずれ量を補正量として算出しておく。この際、光学観察装置が観察する光軸に直交する平面に沿ったずれ量を補正量として算出しておく。そして制御部は、この補正量分だけ基点からずれた位置に主線を表示させる。
従って、カンチレバーの側面に形成された第2のポイントのマークを基準線の主線に一致させるだけで、カンチレバーの取付角度に影響をうけることなく、光学観察装置で観察しながら、探針の先端位置を試料の測定開始位置に対して正確に位置合わせすることができる。
In the scanning probe microscope according to the present invention, the tip position of the probe can be accurately aligned with the measurement start position of the sample no matter what angle the cantilever is attached to the sample.
That is, when the cantilever is attached with an angle, the tip position of the probe is displaced from the root position. The amount of deviation is determined by the cantilever mounting angle and the probe length. Therefore, the control unit calculates in advance the amount of deviation from the root position of the probe to the tip position as a correction amount based on the mounting angle of the cantilever and the length of the probe. At this time, a deviation amount along a plane orthogonal to the optical axis observed by the optical observation apparatus is calculated as a correction amount. Then, the control unit displays the main line at a position shifted from the base point by this correction amount.
Therefore, the position of the tip of the probe can be observed while observing with an optical observation device without affecting the mounting angle of the cantilever only by matching the mark of the second point formed on the side surface of the cantilever with the main line of the reference line. Can be accurately aligned with the measurement start position of the sample.

本発明に係る走査型プローブ顕微鏡によれば、探針の位置を示すマークを、手間をかけずに安価且つ高精度にカンチレバーに形成することができると共に該カンチレバーを利用して探針の先端位置を試料の狙った測定開始位置に対して正確に位置合わせすることができる。   According to the scanning probe microscope of the present invention, the mark indicating the position of the probe can be formed on the cantilever inexpensively and with high accuracy without trouble, and the tip position of the probe can be obtained using the cantilever. Can be accurately aligned with the measurement start position aimed at by the sample.

以下、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の一実施形態について、図1から図40を参照して説明する。
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡1は、図1に示すように、試料Sの上方に配され、先端に探針2aを有するカンチレバー2bと、試料Sとカンチレバー2bとを相対的に移動させるカンチレバー駆動部(移動手段)3と、カンチレバー2b及び試料Sを同一光軸で光学的に観察する光学顕微鏡(光学観察装置)4と、該光学顕微鏡4で観察した観察画像を表示するモニタ5と、これら各構成品及び後述する各構成品を総合的に制御する制御部6とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of a scanning probe microscope according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the scanning probe microscope 1 of the present embodiment is disposed above a sample S, and a cantilever 2 b having a probe 2 a at the tip, and a cantilever that relatively moves the sample S and the cantilever 2 b. A drive unit (moving means) 3, an optical microscope (optical observation device) 4 for optically observing the cantilever 2b and the sample S with the same optical axis, a monitor 5 for displaying an observation image observed with the optical microscope 4, A control unit 6 that comprehensively controls each of these components and each component described later is provided.

上記試料Sは、試料表面S1に平行なXY方向及び試料表面S1に平行なZ方向の3方向に移動する試料駆動部10上に載置されている。この試料駆動部10は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなる圧電素子であり、制御部6からの指示に基づいて試料SをXYZ方向に微小移動させるようになっている。なお、本実施形態の試料駆動部10は、試料Sの測定を行う際に使用されるものである。また、この試料駆動部10は、筐体11上に取り付けられている。   The sample S is placed on a sample driving unit 10 that moves in three directions, ie, an XY direction parallel to the sample surface S1 and a Z direction parallel to the sample surface S1. The sample driving unit 10 is a piezoelectric element made of, for example, PZT (lead zirconate titanate) or the like, and is configured to slightly move the sample S in the XYZ directions based on an instruction from the control unit 6. Note that the sample driving unit 10 of this embodiment is used when measuring the sample S. The sample driving unit 10 is attached on the housing 11.

この筐体11は、試料駆動部10を載置する底板部11aと、該底板部11aの両端からそれぞれ上方に向かって延びた側壁部11bと、一方の側壁部11bの上端に設けられた天板部11cとから一体的に構成されている。この天板部11cには、上記光学顕微鏡4が取り付けられており、後述するホルダ本体12の開口12aを通してカンチレバー2b及び試料Sをそれぞれ光学的に観察することができるようになっている。また、光学顕微鏡4は、観察した観察画像を制御部6に出力しており、該制御部6が送られてきた観察画像をモニタ5に表示させている。   The casing 11 includes a bottom plate portion 11a on which the sample driving unit 10 is placed, a side wall portion 11b extending upward from both ends of the bottom plate portion 11a, and a ceiling provided at the upper end of one side wall portion 11b. It is comprised integrally with the board part 11c. The optical microscope 4 is attached to the top plate portion 11c, and the cantilever 2b and the sample S can be optically observed through an opening 12a of the holder body 12 described later. Further, the optical microscope 4 outputs the observed observation image to the control unit 6, and displays the observation image sent by the control unit 6 on the monitor 5.

また、筐体11の両側壁部11bのうち、他方の側壁部11bの上端にはカンチレバー駆動部3を介してホルダ本体12が取り付けられている。このホルダ本体12は、筐体11の一方の側壁部11bに向かって板状に形成されたものであり、略中間部分に光学顕微鏡4の光路を確保するための開口12aが形成されている。また、ホルダ本体12の下面には、斜面ブロック13を介してプローブ2が着脱自在に固定されている。
上記カンチレバー駆動部3は、上述した試料駆動部10と同様に、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなる圧電素子であり、制御部6からの指示に基づいてホルダ本体12を介してプローブ2をXYZ方向に微小移動させるようになっている。なお、本実施形態のカンチレバー駆動部3は、探針2aの先端を位置合わせする際に使用するものである。
A holder main body 12 is attached to the upper end of the other side wall portion 11 b of the case 11 via the cantilever driving portion 3. This holder main body 12 is formed in a plate shape toward one side wall portion 11b of the housing 11, and an opening 12a for securing the optical path of the optical microscope 4 is formed in a substantially intermediate portion. In addition, the probe 2 is detachably fixed to the lower surface of the holder body 12 via a slope block 13.
The cantilever drive unit 3 is a piezoelectric element made of, for example, PZT (lead zirconate titanate) or the like, similar to the sample drive unit 10 described above, and is probed via the holder body 12 based on an instruction from the control unit 6. 2 is moved minutely in the XYZ directions. In addition, the cantilever drive part 3 of this embodiment is used when aligning the tip of the probe 2a.

上記プローブ2は、上記探針2a及びカンチレバー2bと、カンチレバー2bの基端側を片持ち状態に支持する本体部2cとから構成されている。なお、本実施形態のプローブ2は、自己検知型のプローブであり、カンチレバー2bの撓み(変位)を自身で測定して、撓みに応じた電気的信号を出力信号として制御部6に出力するようになっている。   The probe 2 includes the probe 2a and the cantilever 2b, and a main body 2c that supports the proximal end side of the cantilever 2b in a cantilever state. Note that the probe 2 of the present embodiment is a self-sensing probe, and measures the deflection (displacement) of the cantilever 2b by itself and outputs an electrical signal corresponding to the deflection to the control unit 6 as an output signal. It has become.

このプローブ2について具体的に説明すると、図2及び図3に示すように、シリコン支持層20、SiOからなるBOX層21及びシリコン活性層22の3層を熱的に張り合わせたSOI基板23から形成されたものであり、探針2a、カンチレバー2b及び本体部2cが一体的に形成されている。
また、カンチレバー2bと本体部2cとの接合部分であるカンチレバー2bの基端側には、開口24が形成されており、カンチレバー2bは基端側で屈曲して撓み易くなっている。即ち、カンチレバー2bの基端側は、応力が集中する応力集中部として機能するようになっている。なお、この開口24の数は、1つに限定されず、2つ以上形成しても構わないし、形成されていなくても構わない。
Specifically described this probe 2, as shown in FIGS. 2 and 3, a silicon support layer 20, made of SiO 2 BOX layer 21 and SOI substrate 23 by bonding thermally three layers of the silicon active layer 22 The probe 2a, the cantilever 2b, and the main body 2c are integrally formed.
An opening 24 is formed on the base end side of the cantilever 2b, which is a joint portion between the cantilever 2b and the main body 2c, and the cantilever 2b is bent and easily bent on the base end side. That is, the base end side of the cantilever 2b functions as a stress concentration portion where stress concentrates. The number of the openings 24 is not limited to one, and two or more openings may be formed or may not be formed.

また、本体部2c及びカンチレバー2bの基端側には、カンチレバー2bの撓み量に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子25が、開口24を回り込むように形成されている。なお、このピエゾ抵抗素子25は、SOI基板23にイオン注入法や拡散法等により不純物が注入されて形成されたものである。また、このピエゾ抵抗素子25には、アルミニウム等の金属配線26が電気的に接続されており、金属配線26を含む全体的な形状がU字状になるように形成されている。また、金属配線26の端部は、それぞれ外部に電気的に接続するための外部接続端子26aとなっている。
つまり、一方の外部接続端子26aから金属配線26に流れた電流は、開口24を回り込むようにピエゾ抵抗素子25を通った後、他方の金属配線26を介して他方の外部接続端子26aから外部に流れるようになっている。
In addition, a piezoresistive element 25 whose resistance value changes according to the amount of bending of the cantilever 2 b is formed on the base end side of the main body 2 c and the cantilever 2 b so as to go around the opening 24. The piezoresistive element 25 is formed by implanting impurities into the SOI substrate 23 by an ion implantation method or a diffusion method. Further, a metal wiring 26 such as aluminum is electrically connected to the piezoresistive element 25, and the entire shape including the metal wiring 26 is formed in a U shape. Further, the end portions of the metal wiring 26 are external connection terminals 26a for electrical connection to the outside.
That is, the current that flows from one external connection terminal 26 a to the metal wiring 26 passes through the piezoresistive element 25 so as to wrap around the opening 24, and then passes from the other external connection terminal 26 a to the outside via the other metal wiring 26. It comes to flow.

そして、外部接続端子26aを介して金属配線26にバイアス電圧を印加することにより、カンチレバー2bの撓み、即ち、ピエゾ抵抗素子25に生じる歪みに応じてレベル変化する電気的信号を、出力信号として取り出すことができるようになっている。そして、制御部6は、送られてきた出力信号に基づいてカンチレバー2bの撓みを算出し、試料Sの測定を行うようになっている。   Then, by applying a bias voltage to the metal wiring 26 via the external connection terminal 26a, an electric signal whose level changes in accordance with the bending of the cantilever 2b, that is, the distortion generated in the piezoresistive element 25 is taken out as an output signal. Be able to. And the control part 6 calculates the bending of the cantilever 2b based on the sent output signal, and measures the sample S.

また、本実施形態のカンチレバー2bは、以下に説明する第1のポイントP1の1箇所と、第2のポイントP2の2箇所との合計3箇所に切り欠き状のマークMが形成されている。第1のポイントP1は、探針2aの根元位置からカンチレバー2bの長手方向に向けて延びた第1の延長線L1と、カンチレバー2bの先端面とが交わる位置である。また、第2のポイントP2は、探針2aの根元位置からカンチレバー2bの短手方向に向けて延びた第2の延長線L2と、カンチレバー2bの側面とが交わる位置である。つまり、第1の延長線L1と、第2の延長線L2とが交わる位置に探針2aが形成されている。   Further, in the cantilever 2b of the present embodiment, notched marks M are formed at a total of three locations including one location of a first point P1 and 2 locations of a second point P2 described below. The first point P1 is a position where the first extension line L1 extending from the root position of the probe 2a in the longitudinal direction of the cantilever 2b and the tip surface of the cantilever 2b intersect. The second point P2 is a position where the second extension line L2 extending from the root position of the probe 2a toward the short direction of the cantilever 2b and the side surface of the cantilever 2b intersect. That is, the probe 2a is formed at a position where the first extension line L1 and the second extension line L2 intersect.

上記制御部6は、図1に示すように、光学顕微鏡4から送られてきた観察画像をモニタ5に表示させていると共に、観察画像に基づいて作業者により任意に選択された試料Sの測定開始位置P3を、図4(a)に示すように、観察画像に重ねた状態で基準線Nとしてモニタ5上に表示させている。
本実施形態では、図4(b)に示すように、測定開始位置P3に重ね合わされる基点n0と、該基点n0を通ってカンチレバー2bの短手方向に延びた主線n1と、基点n0を通って主線n1に対して直交する方向に延びた補助線n2とからなる十字線を基準線Nとして表示するようになっている。なお、図4(a)、(c)では、基準線Nの基点n0と測定開始位置P3とを重ね合わせた状態を図示しているので、基点n0の図示を省略している。
また、制御部6は、光学顕微鏡4によってカンチレバー2bを観察し、探針2aの先端位置を位置決めする際に、カンチレバー駆動部3を制御してホルダ本体12及びプローブ2を適宜3次元方向に移動させ、基準線Nに対してカンチレバー2bに形成された3箇所のマークMを一致させるようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the control unit 6 displays the observation image sent from the optical microscope 4 on the monitor 5 and measures the sample S arbitrarily selected by the operator based on the observation image. As shown in FIG. 4A, the start position P3 is displayed on the monitor 5 as a reference line N while being superimposed on the observation image.
In this embodiment, as shown in FIG. 4B, the base point n0 superimposed on the measurement start position P3, the main line n1 extending in the short direction of the cantilever 2b through the base point n0, and the base point n0. Thus, a cross line composed of an auxiliary line n2 extending in a direction orthogonal to the main line n1 is displayed as a reference line N. In FIGS. 4A and 4C, since the base point n0 of the reference line N and the measurement start position P3 are overlapped, the base point n0 is not shown.
Further, the control unit 6 observes the cantilever 2b with the optical microscope 4 and controls the cantilever driving unit 3 to move the holder main body 12 and the probe 2 in a three-dimensional direction as appropriate when positioning the tip position of the probe 2a. The three marks M formed on the cantilever 2b are made to coincide with the reference line N. This will be described in detail later.

ここで、上記プローブ2の製造方法について詳しく説明する。
なお、本実施形態では、図5に示すように、シリコン支持層20と、SiOからなるBOX層21と、シリコン活性層22とを有するSOI(Silicon On Insulater)基板23を利用して、プローブ2を製造する。
Here, the manufacturing method of the probe 2 will be described in detail.
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a probe using an SOI (Silicon On Insulater) substrate 23 having a silicon support layer 20, a BOX layer 21 made of SiO 2, and a silicon active layer 22 is used. 2 is manufactured.

初めに、図6に示すように、SOI基板23の表面及び裏面を熱酸化することにより、シリコン酸化膜(SiO)30を形成する。次に、図7に示すように、シリコン活性層22側のシリコン酸化膜30上に、エッチングマスクとなるフォトレジスト膜31を、フォトリソグラフィ技術によって探針2aの位置にパターニングする。そして、図8に示すように、フォトレジスト膜31をマスクとしてシリコン酸化膜30をエッチング加工する。エッチング加工後、図9に示すように、フォトレジスト膜31を除去する。これにより、シリコン酸化膜30が探針2aを形成する位置にパターニングされた状態となる。 First, as shown in FIG. 6, a silicon oxide film (SiO 2 ) 30 is formed by thermally oxidizing the front surface and the back surface of the SOI substrate 23. Next, as shown in FIG. 7, a photoresist film 31 serving as an etching mask is patterned on the silicon oxide film 30 on the silicon active layer 22 side at the position of the probe 2a by photolithography. Then, as shown in FIG. 8, the silicon oxide film 30 is etched using the photoresist film 31 as a mask. After the etching process, the photoresist film 31 is removed as shown in FIG. As a result, the silicon oxide film 30 is patterned at a position where the probe 2a is formed.

次いで、図10に示すように、パターニングされたシリコン酸化膜30をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)やDRIE(Deep Reactive Ion Etching)を行って、シリコン活性層22に探針2aを形成する。探針2aを形成した後、図11に示すように、マスクとしていたシリコン酸化膜30を除去する。そして、図12に示すように、探針2aが形成されたシリコン活性層22及びシリコン支持層20を再度熱酸化することにより、シリコン酸化膜32を再び形成する。   Next, as shown in FIG. 10, by using the patterned silicon oxide film 30 as a mask, reactive ion etching (RIE) or DRIE (Deep Reactive Ion Etching) is performed to probe the silicon active layer 22. 2a is formed. After forming the probe 2a, the silicon oxide film 30 used as a mask is removed as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 12, the silicon active layer 22 and the silicon support layer 20 on which the probe 2a is formed are thermally oxidized again to form the silicon oxide film 32 again.

次いで、図13に示すように、シリコン支持層20側にシリコン酸化膜32を全て覆うように、また、探針2aの周辺部分のシリコン酸化膜32上にフォトレジスト膜34をパターニングする。パターニングした後、図14に示すように、フォトレジスト膜34をマスクとして、シリコン酸化膜32をエッチング加工する。エッチング加工後、図15に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜34を除去する。これにより、シリコン酸化膜32が探針2aの周辺にパターニングされた状態となる。   Next, as shown in FIG. 13, a photoresist film 34 is patterned on the silicon oxide film 32 in the peripheral portion of the probe 2a so as to cover the entire silicon oxide film 32 on the silicon support layer 20 side. After the patterning, as shown in FIG. 14, the silicon oxide film 32 is etched using the photoresist film 34 as a mask. After the etching process, as shown in FIG. 15, the photoresist film 34 used as a mask is removed. As a result, the silicon oxide film 32 is patterned around the probe 2a.

次いで、図16に示すように、シリコン活性層22上にフォトレジスト膜35をパターニングする。このフォトレジスト膜35は、図17に示すように、カンチレバー2b、3箇所のマークM、ピエゾ抵抗素子25の経路となる開口24をパターニングするものである。パターニングした後、図18に示すように、フォトレジスト膜35をマスクとしてシリコン活性層22をエッチング加工する。エッチング加工後、図19に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜35を除去する。これにより、シリコン活性層22に、先端に探針2aを有するカンチレバー2b、3箇所のマークM及び開口24を形成することができる。特に、探針2aが形成されている側からマークMを形成できるので、探針2aに高精度に位置合わせした状態でマークMを形成することができる。   Next, as shown in FIG. 16, a photoresist film 35 is patterned on the silicon active layer 22. As shown in FIG. 17, the photoresist film 35 is used for patterning the cantilever 2b, the three marks M, and the opening 24 serving as a path of the piezoresistive element 25. After the patterning, as shown in FIG. 18, the silicon active layer 22 is etched using the photoresist film 35 as a mask. After the etching process, as shown in FIG. 19, the photoresist film 35 used as a mask is removed. Thereby, the cantilever 2b having the probe 2a at the tip, the three marks M and the openings 24 can be formed in the silicon active layer 22. In particular, since the mark M can be formed from the side on which the probe 2a is formed, the mark M can be formed in a state of being accurately aligned with the probe 2a.

次に、図20に示すように、シリコン活性層22を再度熱酸化して、シリコン酸化膜36を形成する。そして、図21に示すように、シリコン酸化膜36上に、ピエゾ抵抗素子25を形成する以外の領域でフォトレジスト膜37をパターニングする。パターニングした後、図22に示すように、フォトレジスト膜37をマスクとして、シリコン活性層22にイオン注入法等により不純物を注入する。これにより、ピエゾ抵抗素子25を形成することができる。そして、図23に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜37を除去する。   Next, as shown in FIG. 20, the silicon active layer 22 is thermally oxidized again to form a silicon oxide film 36. Then, as shown in FIG. 21, a photoresist film 37 is patterned on the silicon oxide film 36 in a region other than where the piezoresistive element 25 is formed. After the patterning, as shown in FIG. 22, impurities are implanted into the silicon active layer 22 by ion implantation or the like using the photoresist film 37 as a mask. Thereby, the piezoresistive element 25 can be formed. Then, as shown in FIG. 23, the photoresist film 37 used as a mask is removed.

次いで、図24に示すように、シリコン酸化膜36上を全てフォトレジスト膜38で覆うと共に、シリコン支持層20側のシリコン酸化膜32上に、フォトレジスト膜39を、本体部2cの底面形状となるようにパターニングする。そして、図25に示すように、フォトレジスト膜39をマスクとして、シリコン酸化膜32をエッチング加工する。エッチング加工の後、図26に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜38、39を除去する。   Next, as shown in FIG. 24, the entire surface of the silicon oxide film 36 is covered with a photoresist film 38, and a photoresist film 39 is formed on the silicon oxide film 32 on the silicon support layer 20 side with the bottom shape of the main body 2c. Pattern so as to be. Then, as shown in FIG. 25, the silicon oxide film 32 is etched using the photoresist film 39 as a mask. After the etching process, as shown in FIG. 26, the photoresist films 38 and 39 used as a mask are removed.

次いで、図27に示すように、シリコン支持層20側を全てフォトレジスト膜40で覆うと共に、シリコン活性層22側のシリコン酸化膜36上に、再度ピエゾ抵抗素子25を除く領域にフォトレジスト膜41をパターニングする。そして、図28に示すように、フォトレジスト膜41をマスクとして、シリコン酸化膜36をエッチング加工する。そして、図29に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜40、41を除去する。これにより、ピエゾ抵抗素子25を覆っているシリコン酸化膜36の一部を除去することができる。   Next, as shown in FIG. 27, the silicon support layer 20 side is entirely covered with the photoresist film 40, and the photoresist film 41 is again formed on the silicon oxide film 36 on the silicon active layer 22 side in the region excluding the piezoresistive element 25. Is patterned. Then, as shown in FIG. 28, the silicon oxide film 36 is etched using the photoresist film 41 as a mask. Then, as shown in FIG. 29, the photoresist films 40 and 41 used as the mask are removed. Thereby, a part of the silicon oxide film 36 covering the piezoresistive element 25 can be removed.

次いで、図30に示すように、シリコン活性層22側のシリコン酸化膜32上に蒸着やスパッタリング等によりアルミニウム等の金属膜41を成膜する。この際、上述した工程でシリコン酸化膜32の一部が除去されているので、金属膜41とピエゾ抵抗素子25とが電気的に接続される。そして、図31に示すように、金属膜41上に金属配線26の形状でフォトレジスト膜42をパターニングする。パターニングした後、図32に示すように、フォトレジスト膜42をマスクとして金属膜41をエッチング加工する。これにより、金属膜41から、ピエゾ抵抗素子25に電気的に接続された金属配線26を形成することができる。そしてエッチング加工した後、図33に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜42を除去する。   Next, as shown in FIG. 30, a metal film 41 such as aluminum is formed on the silicon oxide film 32 on the silicon active layer 22 side by vapor deposition, sputtering, or the like. At this time, since the silicon oxide film 32 is partially removed in the above-described process, the metal film 41 and the piezoresistive element 25 are electrically connected. Then, as shown in FIG. 31, a photoresist film 42 is patterned on the metal film 41 in the shape of the metal wiring 26. After the patterning, as shown in FIG. 32, the metal film 41 is etched using the photoresist film 42 as a mask. As a result, the metal wiring 26 electrically connected to the piezoresistive element 25 can be formed from the metal film 41. Then, after the etching process, as shown in FIG. 33, the photoresist film 42 used as a mask is removed.

次いで、図34に示すように、シリコン支持層20側をフォトレジスト膜43で全て覆うと共に、シリコン活性層22側のシリコン酸化膜36上に、探針2aの周辺以外の領域にフォトレジスト膜44をパターニングする。そして、図35に示すように、フォトレジスト膜44をマスクとして、シリコン酸化膜36をエッチング加工する。エッチング加工した後、図36に示すように、フォトレジスト膜43、44を除去する。   Next, as shown in FIG. 34, the silicon support layer 20 side is entirely covered with a photoresist film 43, and the photoresist film 44 is formed on the silicon oxide film 36 on the silicon active layer 22 side in a region other than the periphery of the probe 2a. Is patterned. Then, as shown in FIG. 35, the silicon oxide film 36 is etched using the photoresist film 44 as a mask. After the etching process, as shown in FIG. 36, the photoresist films 43 and 44 are removed.

次いで、図37に示すように、再度シリコン活性層22の上部全体をフォトレジスト膜45で覆う。そして、図38に示すように、シリコン支持層20上にパターニングされているシリコン酸化膜32をマスクとして、シリコン支持層20を、水酸化カリウム(KOH)やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)等のアルカリ性エッチャントによる異方性エッチング、又は、DRIEによりエッチング加工する。この際、BOX層21でストップするように反応速度等が設定されている。そして、図39に示すように、マスクとしていたシリコン酸化膜32を除去すると共に、露出しているBOX層21をエッチング加工する。これにより、カンチレバー2b及び本体部2cを形成することができる。   Next, as shown in FIG. 37, the entire upper portion of the silicon active layer 22 is again covered with a photoresist film 45. As shown in FIG. 38, with the silicon oxide film 32 patterned on the silicon support layer 20 as a mask, the silicon support layer 20 is made of potassium hydroxide (KOH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH), or the like. Etching is performed by anisotropic etching using an alkaline etchant or DRIE. At this time, the reaction rate and the like are set so as to stop at the BOX layer 21. Then, as shown in FIG. 39, the silicon oxide film 32 used as a mask is removed and the exposed BOX layer 21 is etched. Thereby, the cantilever 2b and the main-body part 2c can be formed.

そして最後に、シリコン活性層22側を覆っていたフォトレジスト膜45を除去することで、図2及び図3に示すように、3箇所のマークMが形成された自己検知型のプローブ2を製造することができる。   Finally, by removing the photoresist film 45 covering the silicon active layer 22 side, as shown in FIGS. 2 and 3, a self-sensing probe 2 in which three marks M are formed is manufactured. can do.

次に、このように製造されたプローブ2を有する走査型プローブ顕微鏡1により、探針2aの先端位置を試料Sの測定開始位置P3に位置合わせする場合について説明する。
まず始めに、図1に示すように、試料駆動部10上に試料Sをセットすると共に、斜面ブロック13にプローブ2を装着する。この際、試料表面S1とカンチレバー2bとのなす角度が所定角度になるように調整を行う。次いで、光学顕微鏡4により試料Sの表面を光学的に観察して、観察画像を図4(a)に示すようにモニタ5に表示させる。作業者は、この観察画像に基づいて、試料Sの測定開始位置P3を特定する。例えば、マウス等を使用して画面上をクリックして特定する。すると制御部6は、図4(a)に示すように、
図4(b)に示す基準線N、即ち、基点n0、主線n1及び補助線n2からなる十字線を、特定された測定開始位置P3に観察画像に重ねた状態でモニタ5上に表示させる。つまり、基準線Nの基点n0を測定開位置位置P3に重ね合わせる。これにより、試料Sの測定開始位置P3を基準線Nで指し示すことができる。
なお、基準線Nを重ね合わせる際に、例えば、作業者が測定開始位置P3をクリックした時点で、基準線Nが表示されるように設計されていても構わないし、モニタ5上に予め基準線Nが表示されていて、測定開始位置P3を特定した後に該測定開始位置P3に基点n0を重ね合わせるように基準線Nを移動させて表示するように設計しても構わない。
Next, a case where the tip position of the probe 2a is aligned with the measurement start position P3 of the sample S by the scanning probe microscope 1 having the probe 2 manufactured as described above will be described.
First, as shown in FIG. 1, the sample S is set on the sample driving unit 10 and the probe 2 is attached to the slope block 13. At this time, adjustment is performed so that the angle formed between the sample surface S1 and the cantilever 2b becomes a predetermined angle. Next, the surface of the sample S is optically observed by the optical microscope 4 and an observation image is displayed on the monitor 5 as shown in FIG. The operator specifies the measurement start position P3 of the sample S based on this observation image. For example, the identification is performed by clicking on the screen using a mouse or the like. Then, as shown in FIG.
A reference line N shown in FIG. 4B, that is, a cross line composed of the base point n0, the main line n1, and the auxiliary line n2, is displayed on the monitor 5 in a state of being superimposed on the observation image at the specified measurement start position P3. That is, the base point n0 of the reference line N is overlapped with the measurement open position P3. Thereby, the measurement start position P3 of the sample S can be indicated by the reference line N.
When the reference line N is superimposed, for example, the reference line N may be designed to be displayed when the operator clicks the measurement start position P3. N may be displayed, and after specifying the measurement start position P3, the reference line N may be moved and displayed so that the base point n0 is superimposed on the measurement start position P3.

そして、測定開始位置P3に基準線Nをセットした後、再度光学顕微鏡4を利用してカンチレバー2bを光学的に観察する。この際、先ほど試料Sを観察したときと同一の光軸で観察を行う。ここで、カンチレバー2bには、予め第1のポイントP1である先端面の1箇所と、第2のポイントP2である側面の2箇所との合計3箇所に、探針2aの根元位置を示すマークMが形成されている。そのため、図4(a)に示すように、カンチレバー2bを観察する際に、作業者はこのマークMをモニタ5上で観察することができる。   Then, after setting the reference line N at the measurement start position P3, the cantilever 2b is optically observed using the optical microscope 4 again. At this time, observation is performed with the same optical axis as when the sample S was observed earlier. Here, on the cantilever 2b, marks indicating the root position of the probe 2a are preliminarily provided at a total of three locations, one on the tip surface that is the first point P1 and two on the side surface that is the second point P2. M is formed. Therefore, as shown in FIG. 4A, the operator can observe the mark M on the monitor 5 when observing the cantilever 2b.

そして、制御部6によりカンチレバー駆動部3を適宜作動させて、カンチレバー2bと試料Sとを相対的に移動させ、基準線Nに対してマークMを一致させる。つまり、図4(c)に示すように、カンチレバー2bの側面に形成された2箇所のマークMを、測定開始位置P3に基点n0が重ね合わされた基準線Nの主線n1に対して一致させると共に、カンチレバー2bの先端面に形成された1箇所のマークMを補助線n2に対して一致させる。このように十字線に対して3箇所のマークMを一致させることで、探針2aの先端位置を測定開始位置P3に位置合わせすることができる。特に本実施形態の場合には、マークMが3箇所に形成されているので、観察時に見易く、また、十字線に合わせ易い。   Then, the cantilever driving unit 3 is appropriately operated by the control unit 6 to move the cantilever 2b and the sample S relatively, and the mark M is made to coincide with the reference line N. That is, as shown in FIG. 4C, the two marks M formed on the side surface of the cantilever 2b are made to coincide with the main line n1 of the reference line N in which the base point n0 is superimposed on the measurement start position P3. The mark M formed on the tip surface of the cantilever 2b is made to coincide with the auxiliary line n2. Thus, by matching the three marks M with the crosshair, the tip position of the probe 2a can be aligned with the measurement start position P3. In particular, in the case of the present embodiment, the marks M are formed at three places, so that it is easy to see at the time of observation and easy to align with the crosshairs.

その結果、探針2aの先端の位置を直接確認することができなくても、上述したように狙った測定開始位置P3に対して探針2aの先端位置を位置合わせすることができる。特に、マークMは従来のものと異なり、カンチレバー2bの先端面及び側面に形成されているので、マークMの位置と探針2aの根元位置との誤差を従来よりも小さくすることができる。よって、探針2aの先端位置を測定開始位置P3に対して従来よりも正確に位置合わせすることができる。
また、従来よりも少ない工程でマークMと探針2aとを形成できるので、製造工程を減らすことができ、時間と手間の軽減化を図ることができると共に製造コストを抑えることができる。
As a result, even if the tip position of the probe 2a cannot be directly confirmed, the tip position of the probe 2a can be aligned with the target measurement start position P3 as described above. In particular, since the mark M is formed on the tip and side surfaces of the cantilever 2b unlike the conventional one, the error between the position of the mark M and the root position of the probe 2a can be made smaller than before. Therefore, the tip position of the probe 2a can be aligned with the measurement start position P3 more accurately than before.
In addition, since the mark M and the probe 2a can be formed with fewer steps than before, the manufacturing steps can be reduced, time and labor can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

上述したように、探針2aの位置を示すマークMをカンチレバー2bの先端面(第1のポイントP1)及び側面(第2のポイントP2)に形成しているので、該カンチレバー2bを、手間をかけずに安価に製造できると共に探針2aの位置を示すマークMを従来よりも高精度に作ることができる。よって、このカンチレバー2bを利用して、探針2aの先端位置を試料Sの狙った測定開始位置P3に対して正確に位置合わせすることができる。   As described above, since the mark M indicating the position of the probe 2a is formed on the tip surface (first point P1) and the side surface (second point P2) of the cantilever 2b, the cantilever 2b The mark M indicating the position of the probe 2a can be made with higher accuracy than in the prior art. Therefore, the tip position of the probe 2a can be accurately aligned with the measurement start position P3 targeted by the sample S using the cantilever 2b.

なお、探針2aの先端位置を試料Sの測定開始位置P3に位置合わせした後は、試料Sの測定、例えば、試料Sの表面形状を測定する。この場合には、まず試料駆動部10により探針2aと試料Sとを相対的に移動させて、探針2aにより試料Sの表面の走査を開始する。また、この走査を行っている際、カンチレバー2bは試料表面S1の凹凸に応じて上下に撓んで変形しようとするので、ピエゾ抵抗素子25の抵抗値が変化する。そして、ピエゾ抵抗素子25は、この撓みに応じた出力信号を制御部6に出力する。制御部6は、この出力信号が一定となるように試料駆動部10をZ方向にフィードバック制御する。これにより、探針2aと試料Sとの距離を、カンチレバー2bの撓みが一定となるように制御した状態で走査することができる。また、制御部6は、試料駆動部10を上下させる信号に基づいて、試料Sの表面形状を測定することができる。   After the tip position of the probe 2a is aligned with the measurement start position P3 of the sample S, the measurement of the sample S, for example, the surface shape of the sample S is measured. In this case, first, the probe 2a and the sample S are relatively moved by the sample driving unit 10, and scanning of the surface of the sample S is started by the probe 2a. Further, during this scanning, the cantilever 2b tends to bend and deform in accordance with the unevenness of the sample surface S1, so that the resistance value of the piezoresistive element 25 changes. Then, the piezoresistive element 25 outputs an output signal corresponding to the deflection to the control unit 6. The control unit 6 performs feedback control of the sample driving unit 10 in the Z direction so that the output signal becomes constant. Thereby, it is possible to scan the distance between the probe 2a and the sample S in a state where the deflection of the cantilever 2b is controlled to be constant. Further, the control unit 6 can measure the surface shape of the sample S based on a signal for moving the sample driving unit 10 up and down.

特に、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡1によれば、試料Sを開始する前に、探針2aの先端位置を狙った測定開始位置P3に正確に位置合わせすることができるので、正確な試料Sの測定を行うことができる。   In particular, according to the scanning probe microscope 1 of the present embodiment, before starting the sample S, the tip position of the probe 2a can be accurately aligned with the measurement start position P3. S can be measured.

なお、上記実施形態では、カンチレバー2bに切り欠き状のマークMを形成した場合を例にしたが、図40に示すように、突起状のマークMを有するプローブ50であっても構わない。この場合であっても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。以下、このプローブ50の製造方法について、図41から図54を参照して説明する。なお、これら図41から図54においては、カンチレバー2bを先端面側から見た断面図を図示している。   In the above embodiment, the case where the notched mark M is formed on the cantilever 2b is taken as an example, but as shown in FIG. 40, the probe 50 having the protruding mark M may be used. Even in this case, the same effects as those of the above-described embodiment can be achieved. Hereinafter, a method for manufacturing the probe 50 will be described with reference to FIGS. 41 to 54. In addition, in these FIG. 41-FIG. 54, sectional drawing which looked at the cantilever 2b from the front end surface side is shown in figure.

まず、図41に示すように、SOI基板23の表面及び裏面を熱酸化することにより、シリコン酸化膜(SiO)51を形成する。そして、図42に示すように、シリコン活性層22側のシリコン酸化膜51上に、エッチングマスクとなるフォトレジスト膜52を、フォトリソグラフィ技術によって探針2a及びマークMの位置にパターニングする。即ち、図43に示すようにパターニングする。そして、図44に示すように、フォトレジスト膜52をマスクとしてシリコン酸化膜51をエッチング加工する。エッチング加工後、図45に示すように、フォトレジスト膜52を除去する。これにより、シリコン酸化膜51が探針2a及びマークMを形成する位置にパターニングされた状態となる。 First, as shown in FIG. 41, a silicon oxide film (SiO 2 ) 51 is formed by thermally oxidizing the front surface and the back surface of the SOI substrate 23. Then, as shown in FIG. 42, a photoresist film 52 serving as an etching mask is patterned on the silicon oxide film 51 on the silicon active layer 22 side at the positions of the probe 2a and the mark M by photolithography. That is, patterning is performed as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 44, the silicon oxide film 51 is etched using the photoresist film 52 as a mask. After the etching process, the photoresist film 52 is removed as shown in FIG. As a result, the silicon oxide film 51 is patterned at a position where the probe 2a and the mark M are formed.

次いで、図46に示すように、パターニングされたシリコン酸化膜51をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)やDRIE(Deep Reactive Ion Etching)を行って、シリコン活性層22に探針2a及びマークMを形成する。そして、図47に示すように、マスクとしていたシリコン酸化膜51を除去する。そして、図48に示すように、探針2a及びマークMが形成されたシリコン活性層22及びシリコン支持層20上を熱酸化することにより、シリコン酸化膜52を再度形成する。   Next, as shown in FIG. 46, using the patterned silicon oxide film 51 as a mask, reactive ion etching (RIE) or DRIE (Deep Reactive Ion Etching) is performed to probe the silicon active layer 22. 2a and mark M are formed. Then, as shown in FIG. 47, the silicon oxide film 51 used as a mask is removed. Then, as shown in FIG. 48, the silicon oxide layer 52 is formed again by thermally oxidizing the silicon active layer 22 and the silicon support layer 20 on which the probe 2a and the mark M are formed.

次いで、図49に示すように、探針2aの周辺部分のシリコン酸化膜52上にフォトレジスト膜53をパターニングすると共に、シリコン支持層20側のシリコン酸化膜52上にフォトレジスト膜54を形成する。パターニングした後、図50に示すように、フォトレジスト膜53をマスクとして、シリコン酸化膜52をエッチング加工する。エッチング加工後、図51に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜53、54を除去する。これにより、シリコン酸化膜32が探針2aの周辺にパターニングされた状態となる。   Next, as shown in FIG. 49, a photoresist film 53 is patterned on the silicon oxide film 52 in the peripheral portion of the probe 2a, and a photoresist film 54 is formed on the silicon oxide film 52 on the silicon support layer 20 side. . After the patterning, as shown in FIG. 50, the silicon oxide film 52 is etched using the photoresist film 53 as a mask. After the etching process, as shown in FIG. 51, the photoresist films 53 and 54 used as a mask are removed. As a result, the silicon oxide film 32 is patterned around the probe 2a.

次いで、図52に示すように、シリコン活性層22上にフォトレジスト膜55をパターニングする。この際、図53に示すように、3箇所のマークMの一部を覆うようにフォトレジスト膜55をパターニングする。パターニングした後、図54に示すように、フォトレジスト膜55をマスクとしてシリコン活性層22をエッチング加工する。エッチング加工後、図55に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜55を除去する。これにより、シリコン活性層22に、探針2aと3箇所のマークMと開口24とが形成されたカンチレバー2bを形成することができる。   Next, as shown in FIG. 52, a photoresist film 55 is patterned on the silicon active layer 22. At this time, as shown in FIG. 53, the photoresist film 55 is patterned so as to cover a part of the three marks M. After the patterning, as shown in FIG. 54, the silicon active layer 22 is etched using the photoresist film 55 as a mask. After the etching process, as shown in FIG. 55, the photoresist film 55 used as a mask is removed. Thereby, the cantilever 2b in which the probe 2a, the three marks M, and the openings 24 are formed can be formed in the silicon active layer 22.

特に、探針2aが形成されている側からマークMを形成できるので、探針2aの位置に高精度に位置合わせした状態でマークMを形成することができる。しかも、この製造方法では、図46に示すように、同じタイミングで探針2aとマークMとを同時に形成することができるので、マークMの位置と探針2aの位置との誤差をさらになくすことができ、より好ましい。また、これ以降の工程は、図20から図39に示す場合と同様であるため説明を省略する。   In particular, since the mark M can be formed from the side on which the probe 2a is formed, the mark M can be formed in a state of being accurately aligned with the position of the probe 2a. Moreover, in this manufacturing method, as shown in FIG. 46, the probe 2a and the mark M can be formed simultaneously at the same timing, so that the error between the position of the mark M and the position of the probe 2a is further eliminated. More preferable. Further, the subsequent steps are the same as those shown in FIGS.

また、上記実施形態では、ピエゾ抵抗素子25を有する自己検知型のプローブ2を例に挙げて説明したが、自己検知型でなく、図56に示すように光てこ方式にてカンチレバー2bの撓みを測定するように構成しても構わない。つまり、レーザ光Lを照射するレーザ光源60と、照射されたレーザ光Lを、ホルダ本体12の開口12aを通してカンチレバー2bの背面に形成された図示しない反射面に向けて反射させるハーフミラー61と、反射面で反射されホルダ本体12の開口12aを通過してきたレーザ光Lをレーザ受光部63に反射させるミラー62と、ミラー62で反射されたレーザ光Lを受光するレーザ受光部63とからなる変位測定手段64を設ければ良い。   In the above embodiment, the self-sensing type probe 2 having the piezoresistive element 25 has been described as an example. However, the cantilever 2b is not bent by the optical lever method as shown in FIG. You may comprise so that it may measure. That is, a laser light source 60 that irradiates laser light L, a half mirror 61 that reflects the irradiated laser light L toward a reflecting surface (not shown) formed on the back surface of the cantilever 2b through the opening 12a of the holder body 12, and Displacement comprising a mirror 62 for reflecting the laser beam L reflected by the reflecting surface and passing through the opening 12a of the holder body 12 to the laser receiving unit 63, and a laser receiving unit 63 for receiving the laser beam L reflected by the mirror 62. A measuring means 64 may be provided.

上記レーザ光源60は、レーザ光源駆動部65を介してホルダ本体12上に固定されており、略水平方向にレーザ光Lを照射している。また、ハーフミラー61は、光学顕微鏡4とカンチレバー2bとの間に配置されるように図示しない架台に支持されている。また、ミラー62は、このハーフミラー61に隣接するように、やはり図示しない架台によって支持されている。レーザ受光部63は、レーザ光源60と同様にホルダ本体12上に固定されている。このレーザ受光部63は、例えば、4分割フォトディテクタであり、レーザ光Lの入射位置に基づいて、カンチレバー2bの撓み変化を検出していると共に、検出したカンチレバー2bの撓み変化をDIF信号として制御部6に出力している。なお、この光てこ方式の場合、制御部6は、自己検知型のプローブ2と同様に送られてきたDIF信号が一定となるように試料駆動部10をフィードバック制御する。   The laser light source 60 is fixed on the holder main body 12 via a laser light source driving unit 65 and irradiates the laser light L in a substantially horizontal direction. The half mirror 61 is supported by a gantry (not shown) so as to be disposed between the optical microscope 4 and the cantilever 2b. The mirror 62 is also supported by a gantry (not shown) so as to be adjacent to the half mirror 61. Similarly to the laser light source 60, the laser light receiving unit 63 is fixed on the holder body 12. The laser light receiving unit 63 is, for example, a four-divided photodetector, and detects a change in bending of the cantilever 2b based on the incident position of the laser light L, and controls the detected change in bending of the cantilever 2b as a DIF signal. 6 is output. In the case of this optical lever system, the control unit 6 feedback-controls the sample driving unit 10 so that the DIF signal sent in the same manner as the self-sensing probe 2 is constant.

このように光てこ方式であっても、自己検知型の場合と同じ作用効果を奏することができる。特に、従来のようにカンチレバー2bの背面にマークMを形成していないので、レーザの反射に何ら影響を与えることがない。そのため、カンチレバー2bの変位を高精度に測定することができ、測定結果の信頼性を向上することができる。
また、従来のようにマークMの影響を受けて、レーザ光Lの反射効率が低下する恐れもない。更には、従来のものとは異なり、カンチレバー2bの背面にマークMがなく、且つ側面のマークMを基準にして探針2aの根元に対向する位置にレーザ光Lを正確に照射できる。そのため、厚みが薄いカンチレバー2bであっても、レーザ光Lを透過させてしまう恐れがなく、レーザ光Lの検出を確実に行うことができる。
また、光てこ方式の場合には、探針2aの先端を位置合わせする前に、初期設定としてレーザ光Lが反射面に確実に入射するように、光学顕微鏡4で確認しながらレーザ光Lの位置調整を行うが、この場合においても従来のようにカンチレバー2bの背面にマークMが形成されていないので、正確な調整を行うことができる。
Thus, even if it is an optical lever system, there can exist the same effect as the case of a self-detection type. In particular, since the mark M is not formed on the back surface of the cantilever 2b as in the prior art, the laser reflection is not affected at all. Therefore, the displacement of the cantilever 2b can be measured with high accuracy, and the reliability of the measurement result can be improved.
Further, there is no possibility that the reflection efficiency of the laser beam L is lowered due to the influence of the mark M as in the prior art. Further, unlike the conventional one, the laser beam L can be accurately radiated to a position that does not have the mark M on the back surface of the cantilever 2b and faces the root of the probe 2a with reference to the mark M on the side surface. Therefore, even if the cantilever 2b has a small thickness, there is no risk of transmitting the laser light L, and the laser light L can be reliably detected.
Further, in the case of the optical lever method, before aligning the tip of the probe 2a, as an initial setting, the laser beam L is confirmed while confirming with the optical microscope 4 so as to be surely incident on the reflecting surface. Although the position is adjusted, even in this case, since the mark M is not formed on the back surface of the cantilever 2b as in the prior art, accurate adjustment can be performed.

また、上記実施形態では、カンチレバー2bに3箇所のマークMを形成したが、少なくとも第1のポイントP1又は第2のポイントP2のうちいずれか一方のポイントにマークMが形成されていれば構わない。
例えば、図57(a)に示すように、第2のポイントP2であるカンチレバー2bの側面の2箇所だけにマークMを形成しても構わない。この場合の制御部6は、図57(b)に示すように、十字線ではなく、測定開始位置P3に重ね合わされる基点n0と、該基点n0を通ってカンチレバー2bの短手方向に延びた主線n1と、基点n0からカンチレバー2bの幅の略半分だけ間を空けた状態で主線n1に対して直交する方向に延びた2本の補助線n3とからなる基準線N’を表示させるように設定されている。なお、図57(a)、(c)では、基準線N’の基点n0と測定開始位置P3とを重ね合わせた状態を図示しているので、基点n0の図示を省略している。
In the above embodiment, the three marks M are formed on the cantilever 2b. However, the marks M may be formed on at least one of the first point P1 and the second point P2. .
For example, as shown in FIG. 57 (a), marks M may be formed only at two locations on the side surface of the cantilever 2b, which is the second point P2. In this case, as shown in FIG. 57 (b), the control unit 6 extends in the short direction of the cantilever 2b through the base point n0, not the crosshairs, but over the measurement start position P3, and the base point n0. A reference line N ′ composed of a main line n1 and two auxiliary lines n3 extending in a direction perpendicular to the main line n1 in a state where only a half of the width of the cantilever 2b is spaced from the base point n0 is displayed. Is set. In FIGS. 57A and 57C, since the base point n0 of the reference line N ′ and the measurement start position P3 are overlapped, the base point n0 is not shown.

なお、基準線N’を重ね合わせる場合には、上述した実施形態と同様に例えば、作業者が測定開始位置P3をクリックした時点で、基準線N’が表示されるように設計されていても構わないし、モニタ5上に予め基準線N’が表示されていて、測定開始位置P3を特定した後に該測定開始位置P3に基点n0を重ね合わせるように基準線N’を移動させて表示するように設計しても構わない。いずれにしても、測定開始位置P3に基点n0を重ね合わせることで、試料Sの測定開始位置P3を基準線N’で指し示すことができる。   When the reference line N ′ is overlapped, for example, the reference line N ′ may be displayed when the operator clicks the measurement start position P3 as in the above-described embodiment. The reference line N ′ is displayed on the monitor 5 in advance, and after the measurement start position P3 is specified, the reference line N ′ is moved and displayed so that the base point n0 is superimposed on the measurement start position P3. You may design it. In any case, the measurement start position P3 of the sample S can be indicated by the reference line N ′ by superimposing the base point n0 on the measurement start position P3.

その後図57(c)に示すように、2箇所のマークMを、主線n1上に一致させると共に、2本の補助線n3の間にカンチレバー2bが入るように位置合わせすることで、探針2aの先端位置を測定開始位置P3に正確に位置合わせすることができる。   Thereafter, as shown in FIG. 57 (c), the two marks M are aligned with each other on the main line n1 and aligned so that the cantilever 2b enters between the two auxiliary lines n3. Can be accurately aligned with the measurement start position P3.

なお、この場合において、制御部6が基点n0を中心として主線n1と補助線n3との距離を任意の倍率に変更できるように設定すると良い。こうすることで、カンチレバー2bを観察する際に、光学顕微鏡4がどのような倍率であっても、該倍率に合わせて主線n1と補助線n3との距離を変更することができる。従って、マークMと基準線N’とを容易且つ正確に位置合わせすることができ、使い易さが向上する。   In this case, the control unit 6 may be set so that the distance between the main line n1 and the auxiliary line n3 can be changed to an arbitrary magnification around the base point n0. Thus, when observing the cantilever 2b, the distance between the main line n1 and the auxiliary line n3 can be changed in accordance with the magnification regardless of the magnification of the optical microscope 4. Therefore, the mark M and the reference line N ′ can be easily and accurately aligned, and the usability is improved.

また、図58(a)に示すように、第1のポイントP1であるカンチレバー2bの先端面のみに1箇所のマークMを形成しても構わない。この場合の制御部6は、図58(b)に示すように、十字線ではなく、測定開始位置P3に重ね合わされる基点n0と、該基点n0を通ってカンチレバー2bの長手方向に延びた主線n4と、基点n0から探針2aの根元位置と先端面との距離部だけ間を空けた状態で主線n4に対して直交する方向に延びた補助線n5とからなる基準線N’’を表示させるように設定されている。なお、図58(a)、(c)では、基準線N’’の基点n0と測定開始位置P3とを重ね合わせた状態を図示しているので、基点n0の図示を省略している。   Further, as shown in FIG. 58 (a), one mark M may be formed only on the tip surface of the cantilever 2b which is the first point P1. As shown in FIG. 58 (b), the control unit 6 in this case is not a crosshair but a base point n0 superimposed on the measurement start position P3 and a main line extending in the longitudinal direction of the cantilever 2b through the base point n0. A reference line N ″ composed of n4 and an auxiliary line n5 extending in a direction orthogonal to the main line n4 with a gap between the base point n0 and the root position of the probe 2a and the tip surface is displayed. Is set to let In FIGS. 58A and 58C, the base point n0 of the reference line N ″ and the measurement start position P3 are overlapped, and therefore the base point n0 is not shown.

なお、基準線N’’を重ね合わせる場合には、上述した実施形態と同様に例えば、作業者が測定開始位置P3をクリックした時点で、基準線N’’が表示されるように設計されていても構わないし、モニタ5上に予め基準線N’’が表示されていて、測定開始位置P3を特定した後に該測定開始位置P3に基点n0を重ね合わせるように基準線N’’を移動させて表示するように設計しても構わない。いずれにしても、測定開始位置P3に基点n0を重ね合わせることで、試料Sの測定開始位置P3を基準線N’’で指し示すことができる。   When the reference line N ″ is overlapped, it is designed so that the reference line N ″ is displayed when the operator clicks the measurement start position P3, for example, as in the above-described embodiment. The reference line N ″ is displayed on the monitor 5 in advance, and after specifying the measurement start position P3, the reference line N ″ is moved so that the base point n0 is superimposed on the measurement start position P3. It may be designed to be displayed. In any case, the measurement start position P3 of the sample S can be indicated by the reference line N ″ by superimposing the base point n0 on the measurement start position P3.

その後図58(c)に示すように、主線n4にマークMを一致させると共に、補助線n5に先端面を一致させるようにカンチレバー2bを位置合わせすることで、探針2aの先端位置を測定開始位置P3に正確に位置合わせすることができる。   Thereafter, as shown in FIG. 58 (c), measurement of the tip position of the probe 2a is started by aligning the cantilever 2b so that the mark M is aligned with the main line n4 and the tip surface is aligned with the auxiliary line n5. The position can be accurately aligned with the position P3.

なお、この場合においても、2箇所にマークMを形成した場合と同様に、制御部6が基点n0を中心として主線n4と補助線n5との距離を任意の倍率に変更できるように設定すると良い。こうすることで、カンチレバー2bを観察する際に、光学顕微鏡4がどのような倍率であったとしても、該倍率に合わせて主線n4と補助線n5との距離を変更することができる。従って、マークMと基準線Nとを容易且つ正確に位置合わせすることができ、使い易さが向上する。
更に、この場合において、図58(c)に示すように、主線n4を間に挟んで該主線n4と平行に配置されるように副補助線n6を表示させても構わない。こうすることで、副補助線n6を参照してカンチレバー2bの平行度を確認することができる。よって、基準線N’’とマークMとをより位置合わせし易い。
In this case as well, as in the case where the marks M are formed at two locations, the control unit 6 may be set so that the distance between the main line n4 and the auxiliary line n5 can be changed to an arbitrary magnification around the base point n0. . In this way, when the cantilever 2b is observed, the distance between the main line n4 and the auxiliary line n5 can be changed according to the magnification regardless of the magnification of the optical microscope 4. Therefore, the mark M and the reference line N can be easily and accurately aligned, and the usability is improved.
Further, in this case, as shown in FIG. 58 (c), the auxiliary auxiliary line n6 may be displayed so as to be arranged in parallel with the main line n4 with the main line n4 interposed therebetween. By doing so, the parallelism of the cantilever 2b can be confirmed with reference to the auxiliary auxiliary line n6. Therefore, it is easier to align the reference line N ″ and the mark M.

また、図59(a)に示すように、カンチレバー2bの側面に2つの補正マークM’を形成するとより好ましい。この補正マークM’は、カンチレバー2bの取付角度と探針2aの長さとに基づいて算出された、探針2aの根元位置から先端位置までの補正量(長さZ)分だけ、第2のポイントP2に形成されたマークMからずれた位置に形成されたマークである。こうすることで、カンチレバー2bを試料Sに対してどのような角度で取り付けたとしても、探針2aの先端位置を試料Sの測定開始位置P3に対してより正確に位置合わせすることができる。   Further, as shown in FIG. 59A, it is more preferable to form two correction marks M 'on the side surface of the cantilever 2b. The correction mark M ′ is the second amount corresponding to the correction amount (length Z) from the root position of the probe 2a to the tip position calculated based on the mounting angle of the cantilever 2b and the length of the probe 2a. This is a mark formed at a position shifted from the mark M formed at the point P2. In this way, the tip position of the probe 2a can be more accurately aligned with the measurement start position P3 of the sample S, no matter what angle the cantilever 2b is attached to the sample S.

つまり、特に大きな角度を付けた状態でカンチレバー2bを取り付けた場合には、図59(b)に示すように、探針2aの先端位置が根元位置からずれてしまう。なお、このずれ量Zは、カンチレバー2bの取付角度θと探針2aの長さとによって決定される。そこで、予めカンチレバー2bの取付角度θと探針2aの長さとに基づいて、探針2aの根元位置から先端位置までのずれ量Zを補正量として算出し、この補正量分だけ第2のポイントP2に形成されたマークMからずれた位置に補正マークM’を形成する。   That is, when the cantilever 2b is attached with a particularly large angle, the tip position of the probe 2a deviates from the root position as shown in FIG. 59 (b). The shift amount Z is determined by the mounting angle θ of the cantilever 2b and the length of the probe 2a. Therefore, based on the mounting angle θ of the cantilever 2b and the length of the probe 2a, a deviation amount Z from the root position of the probe 2a to the tip position is calculated as a correction amount, and the second point is calculated by this correction amount. A correction mark M ′ is formed at a position shifted from the mark M formed on P2.

従って、この補正マークM’と基準線Nの主線n1とを一致させるだけで、カンチレバー2bの取付角度θが特に大きな場合であっても、取付角度θに影響を受けることなく、探針2aの先端位置を試料Sの測定開始位置P3に対してより正確に位置合わせすることができる。
また、この場合であっても、第2のポイントP2にマークMが形成されているので、光てこ方式を採用する場合には、このマークMを基準として、探針2aの根元に対向する位置にレーザ光を照射することができる。
Therefore, even if the correction angle M ′ and the main line n1 of the reference line N coincide with each other, even if the mounting angle θ of the cantilever 2b is particularly large, the probe 2a is not affected by the mounting angle θ. The tip position can be more accurately aligned with the measurement start position P3 of the sample S.
Even in this case, since the mark M is formed at the second point P2, when the optical lever method is adopted, the position facing the root of the probe 2a with the mark M as a reference. Can be irradiated with laser light.

また、カンチレバー2bの取付角度θが特に大きい場合には、カンチレバー2bに上述した補正マークM’を形成するのではなく、基準線N側をずらしても構わない。
つまり、カンチレバー2bに3箇所のマークMが形成されている場合、若しくは、2箇所のマークMが形成されている場合に、モニタ5に表示する主線n1の位置を、図60に示すように、基点n0から長さXだけずらして表示させる。
Further, when the mounting angle θ of the cantilever 2b is particularly large, the reference line N side may be shifted instead of forming the above-described correction mark M ′ on the cantilever 2b.
That is, when three marks M are formed on the cantilever 2b, or when two marks M are formed, the position of the main line n1 displayed on the monitor 5 is as shown in FIG. The display is shifted from the base point n0 by the length X.

具体的に説明すると、図59(b)に示すように、特に大きな角度を付けた状態でカンチレバー2bを取り付けた場合には、探針2aの先端位置が根元位置からずれてしまう。
そこで、制御部6は、予めカンチレバー2bの取付角度θと探針2aの長さとに基づいて、探針2aの根元位置から先端位置までのずれ量Xを補正量として算出しておく。この際、制御部6は、上述した補正マークM’の場合と異なり、光学顕微鏡4が観察する光軸に直交する平面に沿ったずれ量Xを算出しておく。これは、光学顕微鏡4が常に光軸方向から観察している為である。そして、制御部6は、このずれ量Xを補正量と算出した後、上述したように、主線n1を基点n0から長さXだけずらして表示させる。
More specifically, as shown in FIG. 59 (b), when the cantilever 2b is attached with a particularly large angle, the tip position of the probe 2a deviates from the root position.
Therefore, the control unit 6 calculates a deviation amount X from the root position of the probe 2a to the tip position as a correction amount based on the mounting angle θ of the cantilever 2b and the length of the probe 2a in advance. At this time, unlike the case of the correction mark M ′ described above, the control unit 6 calculates a deviation amount X along a plane orthogonal to the optical axis observed by the optical microscope 4. This is because the optical microscope 4 always observes from the optical axis direction. Then, after calculating the shift amount X as a correction amount, the control unit 6 displays the main line n1 while being shifted from the base point n0 by the length X as described above.

従って、カンチレバー2bの側面に形成された第2のポイントP2のマークMを、主線n1に一致させるだけで、カンチレバー2bの取付角度θが特に大きな場合であっても、取付角度θに影響を受けることなく、探針2aの先端位置を試料Sの測定開始位置P3に対して正確に位置合わせすることができる。   Therefore, even if the mounting angle θ of the cantilever 2b is particularly large, the mark M of the second point P2 formed on the side surface of the cantilever 2b is made to coincide with the main line n1, and the mounting angle θ is affected. Without any problem, the tip position of the probe 2a can be accurately aligned with the measurement start position P3 of the sample S.

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では、光学顕微鏡をカンチレバーの上方に配置した構成にしたが、例えば、試料の下方に配置し、下側から観察を行うように構成しても構わない。この場合であっても、カンチレバーの先端面又は側面の少なくともいずれか側にマークが形成されているので、従来のものとは異なり下側からでも確実にマークを確認することができ、探針の先端位置を測定開始位置に合わせることができる。   For example, in the above embodiment, the optical microscope is arranged above the cantilever. However, for example, the optical microscope may be arranged below the sample and observed from below. Even in this case, since the mark is formed on at least one of the front end surface and the side surface of the cantilever, unlike the conventional one, the mark can be reliably confirmed from the lower side, and the probe The tip position can be adjusted to the measurement start position.

本発明の一実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡の構成図である。It is a block diagram of the scanning probe microscope which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す走査型プローブ顕微鏡を構成するプローブの上面図である。It is a top view of the probe which comprises the scanning probe microscope shown in FIG. 図2に示すプローブのA−A’線の断面図である。It is sectional drawing of the A-A 'line | wire of the probe shown in FIG. 図1に示す走査型プローブ顕微鏡のモニタに表示された観察画像を示した図であって、(a)は測定開始位置に基準線をセットした後、カンチレバーを観察した状態を示した図であって、(b)は(a)に示す基準線を示した図であって、(c)は基準線にカンチレバーのマークを一致させた状態を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing an observation image displayed on the monitor of the scanning probe microscope shown in FIG. 1, wherein FIG. 1A is a diagram showing a state where a cantilever is observed after setting a reference line at a measurement start position. (B) is a diagram showing the reference line shown in (a), and (c) is a diagram showing a state where the mark of the cantilever is matched with the reference line. 図2に示すプローブの製造方法の一例を示した工程図であって、スタート基板であるSOI基板を示した側面図である。FIG. 3 is a process diagram illustrating an example of a method for manufacturing the probe illustrated in FIG. 2, and is a side view illustrating an SOI substrate that is a start substrate. 図5に示す状態から、シリコン活性層及びシリコン支持層にシリコン酸化膜を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the silicon oxide film in the silicon | silicone active layer and the silicon | silicone support layer from the state shown in FIG. 図6に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上に、フォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。FIG. 7 is a view showing a state in which a photoresist film is patterned on the silicon oxide film on the silicon active layer side from the state shown in FIG. 6. 図7に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチング加工してパターニングした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched and patterned the silicon oxide film from the state shown in FIG. 7 using a photoresist film as a mask. 図8に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図9に示す状態から、パターニングしたシリコン酸化膜をマスクとして、シリコン活性層をエッチング加工して探針を形成した状態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a state in which a probe is formed by etching the silicon active layer using the patterned silicon oxide film as a mask from the state shown in FIG. 9. 図10に示す状態から、シリコン酸化膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the silicon oxide film from the state shown in FIG. 図11に示す状態から、シリコン活性層及びシリコン支持層上に再度シリコン酸化膜を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the silicon oxide film again on the silicon | silicone active layer and silicon support layer from the state shown in FIG. 図12に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上に、フォトレジスト膜を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the photoresist film on the silicon oxide film by the side of a silicon active layer from the state shown in FIG. 図13に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチング加工した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the silicon oxide film from the state shown in FIG. 13 by using a photoresist film as a mask. 図14に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図15に示す状態から、シリコン活性層上にフォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。FIG. 16 is a view showing a state in which a photoresist film is patterned on the silicon active layer from the state shown in FIG. 15. 図16に示すフォトレジスト膜のパターニング形状を示す図である。It is a figure which shows the patterning shape of the photoresist film shown in FIG. 図16に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン活性層をエッチング加工した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the silicon active layer from the state shown in FIG. 16 by using a photoresist film as a mask. 図18に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図19に示す状態から、シリコン活性層上に再度シリコン酸化膜を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the silicon oxide film again on the silicon | silicone active layer from the state shown in FIG. 図20に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上に、フォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which patterned the photoresist film on the silicon oxide film by the side of a silicon active layer from the state shown in FIG. 図21に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン活性層にピエゾ抵抗素子を形成した状態を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a state in which a piezoresistive element is formed in a silicon active layer from the state shown in FIG. 21 using a photoresist film as a mask. 図22に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図23に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上にフォトレジスト膜を形成すると共に、シリコン支持層側のシリコン酸化膜上にフォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a state in which a photoresist film is formed on the silicon oxide film on the silicon active layer side and a photoresist film is patterned on the silicon oxide film on the silicon support layer side from the state shown in FIG. 図24に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン支持層側のシリコン酸化膜をエッチング加工した状態を示す図である。FIG. 25 is a view showing a state where the silicon oxide film on the silicon support layer side is etched from the state shown in FIG. 24 using the photoresist film as a mask. 図25に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図26に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上にフォトレジスト膜を再度パターニングすると共に、シリコン支持層側のシリコン酸化膜上にフォトレジスト膜を形成した状態を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing a state in which a photoresist film is patterned again on the silicon oxide film on the silicon active layer side and a photoresist film is formed on the silicon oxide film on the silicon support layer side from the state shown in FIG. 図27に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとして、シリコン活性層側のシリコン酸化膜をエッチング加工した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the silicon oxide film by the side of a silicon active layer from the state shown in FIG. 27 using a photoresist film as a mask. 図28に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図29に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上に金属膜を成膜した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the metal film on the silicon oxide film by the side of a silicon active layer from the state shown in FIG. 図30に示す状態から、金属膜上にフォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which patterned the photoresist film on the metal film from the state shown in FIG. 図31に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとして金属膜をエッチング加工して金属配線を形成した状態を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing a state where metal wiring is formed by etching the metal film from the state shown in FIG. 31 using the photoresist film as a mask. 図32に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図33に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上にフォトレジスト膜を再度パターニングすると共に、シリコン支持層上にフォトレジスト膜を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which patterned the photoresist film on the silicon oxide film by the side of a silicon active layer again from the state shown in FIG. 33, and formed the photoresist film on the silicon support layer. 図34に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチング加工した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the silicon oxide film from the state shown in FIG. 34 using a photoresist film as a mask. 図35に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing a state in which the photoresist film is removed from the state shown in FIG. 図36に示す状態から、シリコン活性層上にフォトレジスト膜を再度形成した状態を示す図である。FIG. 37 is a diagram showing a state in which a photoresist film is formed again on the silicon active layer from the state shown in FIG. 36. 図37に示す状態から、シリコン支持層上にパターニングされているシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン支持層をエッチングした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the silicon | silicone support layer from the state shown in FIG. 37 using the silicon oxide film patterned on the silicon | silicone support layer as a mask. 図38に示す状態から、シリコン支持層側に露出しているBOX層をエッチング加工した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the BOX layer exposed to the silicon | silicone support layer side from the state shown in FIG. 本発明に係る走査型プローブ顕微鏡を構成するプローブの変形例を示した図であって、突起状のマークが形成されたプローブを示す図である。It is the figure which showed the modification of the probe which comprises the scanning probe microscope which concerns on this invention, Comprising: It is a figure which shows the probe in which the projecting mark was formed. 図40に示すプローブの製造方法の一例を示した工程図であって、シリコン活性層及びシリコン支持層にシリコン酸化膜を形成した状態を示す図である。It is process drawing which showed an example of the manufacturing method of the probe shown in FIG. 40, Comprising: It is a figure which shows the state which formed the silicon oxide film in the silicon active layer and the silicon support layer. 図41に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上に、フォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。FIG. 42 is a diagram showing a state in which a photoresist film is patterned on the silicon oxide film on the silicon active layer side from the state shown in FIG. 41. 図42に示すフォトレジスト膜のパターニング形状を示す図である。FIG. 43 is a diagram showing a patterning shape of the photoresist film shown in FIG. 42. 図42に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチング加工してパターニングした状態を示す図である。FIG. 43 is a diagram showing a state in which the silicon oxide film is etched and patterned from the state shown in FIG. 42 using the photoresist film as a mask. 図44に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 図45に示す状態から、パターニングしたシリコン酸化膜をマスクとして、シリコン活性層をエッチング加工して探針及びマークを形成した状態を示す図である。FIG. 46 is a view showing a state in which a probe and a mark are formed by etching the silicon active layer from the state shown in FIG. 45 using the patterned silicon oxide film as a mask. 図46に示す状態から、シリコン酸化膜を除去した状態を示す図である。FIG. 47 is a diagram showing a state in which the silicon oxide film is removed from the state shown in FIG. 46. 図47に示す状態から、シリコン活性層及びシリコン支持層上に再度シリコン酸化膜を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the silicon oxide film again on the silicon | silicone active layer and silicon support layer from the state shown in FIG. 図48に示す状態から、シリコン活性層側のシリコン酸化膜上に、フォトレジスト膜を形成した状態を示す図である。FIG. 49 is a diagram showing a state in which a photoresist film is formed on the silicon oxide film on the silicon active layer side from the state shown in FIG. 48. 図49に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチング加工した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the silicon oxide film from the state shown in FIG. 49 using a photoresist film as a mask. 図50に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。FIG. 51 is a diagram showing a state in which the photoresist film is removed from the state shown in FIG. 50. 図51に示す状態から、シリコン活性層上に再度フォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。FIG. 52 is a diagram showing a state in which a photoresist film is patterned again on the silicon active layer from the state shown in FIG. 51. 図52に示すフォトレジスト膜のパターニング形状を示す図である。FIG. 53 is a view showing a patterning shape of the photoresist film shown in FIG. 52. 図53に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン活性層をエッチング加工した状態を示す図である。FIG. 54 is a diagram showing a state in which the silicon active layer is etched from the state shown in FIG. 53 using the photoresist film as a mask. 図40に示す状態から、フォトレジスト膜を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the photoresist film from the state shown in FIG. 本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の変形例を示した図であって、光てこ方式によりカンチレバーの変位を測定する走査型プローブ顕微鏡を示す図である。It is the figure which showed the modification of the scanning probe microscope which concerns on this invention, Comprising: It is a figure which shows the scanning probe microscope which measures the displacement of a cantilever by an optical lever system. カンチレバーの側面の2箇所にマークが形成されたプローブを有する走査型プローブ顕微鏡の観察画像を示した図であって、(a)は測定開始位置に基準線をセットした後、カンチレバーを観察した状態を示した図であって、(b)は(a)に示す基準線を示した図であって、(c)は基準線にカンチレバーのマークを一致させた状態を示す図である。It is the figure which showed the observation image of the scanning probe microscope which has the probe in which the mark was formed in two places of the side surface of a cantilever, Comprising: (a) is the state which observed the cantilever after setting a reference line to a measurement start position (B) is a figure which showed the reference line shown to (a), (c) is a figure which shows the state which made the mark of a cantilever correspond with a reference line. カンチレバーの先端面の1箇所にマークが形成されたプローブを有する走査型プローブ顕微鏡の観察画像を示した図であって、(a)は測定開始位置に基準線をセットした後、カンチレバーを観察した状態を示した図であって、(b)は(a)に示す基準線を示した図であって、(c)は基準線にカンチレバーのマークを一致させた状態を示す図である。It is the figure which showed the observation image of the scanning probe microscope which has the probe by which the mark was formed in one place of the front end surface of a cantilever, Comprising: (a) set the reference line in the measurement start position, and observed the cantilever It is the figure which showed the state, Comprising: (b) is a figure which showed the reference line shown to (a), (c) is a figure which shows the state which made the mark of a cantilever correspond with a reference line. (a)は、カンチレバーの側面に、カンチレバーの取付角度及び探針の長さに基づいて算出した補正量分だけずらした補正マークを形成したプローブを示す図であって、(b)はカンチレバーを角度を付けた状態で取り付けた状態を示す図である。(A) is a figure which shows the probe which formed the correction mark shifted | deviated by the correction amount computed based on the attachment angle of the cantilever and the probe length on the side surface of the cantilever, (b) It is a figure which shows the state attached in the state which attached the angle. カンチレバーの短手方向に延びた主線を、カンチレバーの取付角度及び探針の長さに基づいて算出した補正量分だけずらした十字線を示す図である。It is a figure which shows the cross line which shifted the main line extended in the transversal direction of the cantilever by the correction amount computed based on the attachment angle of a cantilever and the length of a probe. 従来の問題点を説明するための図であって、角度がついた状態でカンチレバーが取り付けられている状態を示す図である。It is a figure for demonstrating the conventional problem, Comprising: It is a figure which shows the state in which the cantilever is attached in the state which attached the angle.

符号の説明Explanation of symbols

L1 第1の延長線
L2 第2の延長線
M マーク
M’ 補正マーク
n0 基点
n1、n4 主線
n2、n3、n5 補助線
N、N’、N’’ 基準線
P1 第1のポイント
P2 第2のポイント
P3 測定開始位置
S 試料
1 走査型プローブ顕微鏡
2a 探針
2b カンチレバー
3 カンチレバー駆動部(移動手段)
4 光学顕微鏡(光学観察装置)
5 モニタ
6 制御部


L1 First extension line L2 Second extension line M mark M ′ Correction mark n0 Base point n1, n4 Main line n2, n3, n5 Auxiliary line N, N ′, N ″ Reference line P1 First point P2 Second point Point P3 Measurement start position S Sample 1 Scanning probe microscope 2a Probe 2b Cantilever 3 Cantilever drive unit (moving means)
4 Optical microscope (optical observation device)
5 Monitor 6 Control unit


Claims (7)

試料の上方に配置され、先端に探針を有するカンチレバーと、
前記探針の根元位置から前記カンチレバーの長手方向に延びた第1の延長線と、カンチレバーの先端面とが交わる第1のポイント、又は、前記探針の根元位置から前記カンチレバーの短手方向に延びた第2の延長線と、カンチレバーの側面とが交わる第2のポイントのうち少なくともいずれか一方のポイントに形成されたマークと、
前記試料と前記カンチレバーとを相対的に移動させる移動手段と、
前記カンチレバー及び前記試料を同一光軸で光学的に観察する光学観察装置と、
該光学観察装置で観察した観察画像を表示するモニタと、
前記観察画像に基づいて選択された前記試料の測定開始位置を、該観察画像に重ねた状態で基準線として前記モニタ上に表示させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記カンチレバーを観察する際に、前記移動手段を制御して前記基準線と前記マークとを一致させることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
A cantilever disposed above the sample and having a probe at the tip;
A first point where the first extension line extending in the longitudinal direction of the cantilever from the root position of the probe and the tip surface of the cantilever intersect, or in the short direction of the cantilever from the root position of the probe A mark formed at at least one of the second points where the extended second extension line and the side surface of the cantilever intersect;
Moving means for relatively moving the sample and the cantilever;
An optical observation device that optically observes the cantilever and the sample along the same optical axis;
A monitor for displaying an observation image observed with the optical observation device;
A control unit that displays the measurement start position of the sample selected based on the observation image on the monitor as a reference line in a state of being superimposed on the observation image;
The control unit controls the moving unit to match the reference line with the mark when observing the cantilever.
請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記マークは、前記第1のポイント及び前記第2のポイントの両方に形成され、
前記基準線は、前記測定開始位置に重ね合わされる基点と、該基点を通って前記カンチレバーの短手方向に延びた主線と、基点を通って主線に対して直交する方向に延びた補助線とからなる十字線であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 1,
The mark is formed at both the first point and the second point;
The reference line includes a base point superimposed on the measurement start position, a main line extending in the short direction of the cantilever through the base point, and an auxiliary line extending in a direction perpendicular to the main line through the base point A scanning probe microscope characterized by being a crosshair consisting of
請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記マークは、前記第2のポイントに形成され、
前記基準線は、前記測定開始位置に重ね合わされる基点と、該基点を通って前記カンチレバーの短手方向に延びた主線と、基点からカンチレバーの幅の略半分だけ間を空けた状態で前記主線に対して直交する方向に延びた2本の補助線とからなることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 1,
The mark is formed at the second point;
The reference line includes a base point superimposed on the measurement start position, a main line extending in the short direction of the cantilever through the base point, and the main line in a state of being spaced from the base point by approximately half the width of the cantilever. A scanning probe microscope comprising two auxiliary lines extending in a direction perpendicular to the scanning probe microscope.
請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記マークは、前記第1のポイントに形成され、
前記基準線は、前記測定開始位置に重ね合わされる基点と、該基点を通って前記カンチレバーの長手方向に延びた主線と、基点から前記探針の根元位置と前記先端面との距離分だけ間を空けた状態で前記主線に対して直交する方向に延びた補助線とからなることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 1,
The mark is formed at the first point;
The reference line includes a base point superimposed on the measurement start position, a main line extending in the longitudinal direction of the cantilever through the base point, and a distance from the base point to the base position of the probe and the tip surface. A scanning probe microscope comprising: an auxiliary line extending in a direction orthogonal to the main line with a space left therebetween.
請求項3又は4に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記制御部は、前記基点を中心として、前記主線と前記補助線との距離を任意の倍率に変更することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 3 or 4,
The control unit changes a distance between the main line and the auxiliary line to an arbitrary magnification around the base point.
請求項2又は3に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの側面には、前記カンチレバーの取付角度と前記探針の長さとに基づいて算出された、前記探針の根元位置から前記探針の先端位置までの補正量分だけ、前記第2のポイントに形成されたマークからずれた位置に補正マークが形成されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 2 or 3,
On the side surface of the cantilever, the second amount corresponding to the correction amount from the probe root position to the probe tip position calculated based on the mounting angle of the cantilever and the probe length is provided. A scanning probe microscope, wherein a correction mark is formed at a position shifted from a mark formed at a point.
請求項2又は3に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記制御部は、前記カンチレバーの取付角度と前記探針の長さとに基づいて、予め前記光軸に直交する平面に沿った前記探針の根元位置から先端位置までの補正量を算出すると共に、算出された補正量分だけ前記基点からずれた位置に前記主線を表示することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 2 or 3,
The control unit calculates a correction amount from the base position of the probe to the tip position along a plane orthogonal to the optical axis in advance based on the mounting angle of the cantilever and the length of the probe, A scanning probe microscope characterized in that the main line is displayed at a position shifted from the base point by the calculated correction amount.
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