JP2008003034A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】探針２ａを有するカンチレバー２ｂと、探針の根元位置からカンチレバーの長手方向に延びた第１の延長線Ｌ１とカンチレバーの先端面とが交わる第１のポイントＰ１、又は、探針の根元位置からカンチレバーの短手方向に延びた第２の延長線Ｌ２とカンチレバーの側面とが交わる第２のポイントＰ２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Ｍと、カンチレバー及び試料を光学的に観察する光学観察装置と、観察画像を表示するモニタと、観察画像に基づいて選択された測定開始位置を基準線としてモニタ上に表示させ、基準線とマークとを一致させるようにカンチレバーを位置合わせさせる制御部とを備えた走査型プローブ顕微鏡を提供する。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_２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。

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。

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。

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。

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。

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_２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。

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_２）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_２）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 図２に示すプローブのＡ−Ａ’線の断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 （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。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。

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