JP3670777B2 - カンチレバーの評価装置 - Google Patents
カンチレバーの評価装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3670777B2 JP3670777B2 JP29887296A JP29887296A JP3670777B2 JP 3670777 B2 JP3670777 B2 JP 3670777B2 JP 29887296 A JP29887296 A JP 29887296A JP 29887296 A JP29887296 A JP 29887296A JP 3670777 B2 JP3670777 B2 JP 3670777B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- wafer
- vibration
- signal
- detecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子間力顕微鏡等の走査型プロープ顕微鏡に用いるカンチレバーの固有振動数を検出して、特性を評価する評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カンチレバーの所定の共振周波数ｆ１で固有振動させながらカンチレバーを試料表面上に走査し、この走査により得た表面情報から画像を形成するものとして走査型プローブ顕微鏡がある。特開昭６３−３０９８０２号公報には、尖った先端部を有した片持ちばりを原子間力が発生可能な距離まで、試料表面に近づけた状態で走査し、原子間力に影響されて生じる片持ちばりの振動の固有振動数からシフトを検出し、検出した振動数のシフトを片持ちばりの先端部と試料表面の距離を示す情報として使用することにより、試料表面の像を形成して、測定することが記載されている。
【０００３】
このような片持ちばりが前記カンチレバーに相当し、また、固有振動数として走査型プローブ顕微鏡の測定時には、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚまでの中で用途により特定の共振周波数ｆ１が用いられる。ところが共振周波数ｆ１は、多数個のカンチレバーをウエハーに作製した場合、カンチレバーの製造上、各カンチレバー毎に、あるいはカンチレバーを形成したウエハー毎にバラツキが出やすい。このため、特定の共振周波数ｆ１を有するカンチレバーのみを選別して使っているのが実情である。
【０００４】
このような特定の共振周波数ｆ1 を有するカンチレバーのみを選別する、即ち、各カンチレバーの固有振動数を検出して共振周波数ｆ1 と一致するか否かを求める装置として、特開平６−２０１３１５号公報に記載されている走査型プローブ顕微鏡装置を用いることができる。図８および図９は、この装置を用いてカンチレバーの固有走査振動数を検出して評価する方法を示す。
【０００５】
まず、図８に示すように、測定すべきカンチレバー１３１を接着剤、粘着剤、粘着テープ等によって実際の使用状態と略同じように加振圧電体１３２の下面に固定する。次いで、振幅検出部１３６を介して、加振圧電体１３２を可変周波数で駆動し、加振圧電体１３２に貼り付けられているカンチレバー１３１を振動する。カンチレバー１３１の振動振幅の変位はカンチレバー１３１の上部に構成されている変位検出器１３５で検出され、振幅検出部１３６により処理され、振幅量としてコンピュータ１３３へ出力される。
【０００６】
図９に示すカンチレバー１３１の振動特性は、横軸に可変周波数、縦軸に振幅量をプロットし、順次可変周波数を変化させた時の振幅量を表している。図９よりカンチレバー１３１の特性、即ち特定の固有振動数を求め、走査型プローブ顕微鏡の測定時に必要となるカンチレバーの共振周波数ｆ1 と一致しているか否かを評価する。この評価の結果、共振周波数ｆ1 と一致しているときは使用可能とし、不一致のときは使用不可として選別していた。
【０００７】
一方、このようにして選別された使用可能なカンチレバーを加振圧電体に貼り付け固定とした状態においてカンチレバーの尖った先端部と試料表面とを近づけすぎた場合など、操作上のミス等によりカンチレバーを破損することがあり、測定に先立って、カンチレバーの交換が必要となる。しかしながら、交換すべき新たなカンチレバーが所定の共振周波数ｆ1 を有しているものであるか否かが不明であると、測定すべき試料を準備した後には、新たなカンチレバーについての特性を評価する必要があり、直ちに走査型プローブ顕微鏡による試料の測定ができない。このため、カンチレバーの破損があっても、所定の共振周波数ｆ1 を有するカンチレバーに直ちに交換できるように多数個準備することが望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来技術による走査型プローブ顕微鏡を用い、予めカンチレバーの特性を評価する場合には、カンチレバーを加振圧電体に接着剤等で固定する必要がある。
【０００９】
また多数個の良好なカンチレバーを準備するため、他数個のカンチレバーを評価する場合は、加振圧電体の固定部位からカンチレバーを一旦剥がし、次段のカンチレバーと取り替える事が必要であり、剥がしたカンチレバーは変形により使用出来ない状態になる場合がある。また通常使われている半導体プロセスを使用して製作されたカンチレバーは、ウエハー上に複数形成されており、ウエハー上に形成されたカンチレバーの各々を評価するため、抜き取り評価としてウエハー上から１個単位でカンチレバーを複数個切り出し、切り取った１個ずつを加振圧電体に固定して、特性を評価し、全体の評価につなげる検査があるが、この場合にも、剥がしたカンチレバーが変形するので使用できなくなっていた。この為、全数検査、多量サンプルの抜き取り検査ができず、検査効率が悪い。また振動量が加振圧電体およびカンチレバーを保持している固定部分の振動特性に影響され、正確な評価ができないものとなっている。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するものであり、請求項１の発明は、ウエハー上に複数形成されたカンチレバーに対し、各々加振する必要が無く、測定時の加振圧電体の脱着回数を減らして、複数個のカンチレバーを破壊せずに高速に評価できるカンチレバーの評価装置を提供することを目的とする。
【００１２】
請求項２、３の発明は、上記に加え、ウエハーに複数形成されたカンチレバーに対し、さらに高精度でカンチレバーの評価ができるカンチレバーの評価装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの少なくとも１つのカンチレバーの自由端部に対向して、カンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハーに形成された各カンチレバーの自由端部を前記検出手段の位置に移動させるステージと、を有することを特徴とする。
【００１４】
この構造では、加振部材がウエハー本体上に固定もしくは当接して配置されており、加振部材の振動によってウエハー全体が振動し、この信号によってウエハーに形成されているすべてのカンチレバーが振動する。このため、加振部材を個々のカンチレバーに臨ませる必要がなくなり、評価を迅速に行うことができる。
【００１５】
請求項２の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの固定端部に対向して固定端部の振動を検出し、変位信号を出力する第１の検出手段と、前記加振部材によって振動するカンチレバーの自由端部の振動を検出し、変位信号を出力する第２の検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の検出手段からの変位信号と第２の検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
【００１６】
請求項３の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、この検出手段がカンチレバーの固定端部に対向する第１の位置と自由端部に対向する第２の位置のいずれかに位置するように、前記検出手段と前記カンチレバーを相対的に移動させる移動手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号と前記第２の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、を有することを特徴とする。
【００１７】
この構造は、カンチレバーの固定端部の振動および自由端部の振動の２つの振動情報によってカンチレバーの固有振動数を検出するため、正確な検出が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１はカンチレバーの１個単体の固有振動数を検出して、その特性を評価するための評価装置を示す。同図において、カンチレバー１はその固定端部１ａが、支持部材としてのベース１０の支持部１０ａに載置されると共に、その上側の面が下端に圧電素子６を取り付けた押圧部材としてのバネ２によって押圧されている。これによりカンチレバー１はベース１０と圧電素子６との間に着脱自在に保持されている。
【００２２】
図２（ａ）はウエハー５９を示し、ウエハー本体６０と、ウエハー本体６０に形成された多数個のカンチレバー１とを備えている。カンチレバー１はウエハー本体６０上にマイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体製作技術をベースにして、微細形状に多数個を形成した後、このウエハー本体６０より図２（ｂ）で示す点線位置で１個単位で切り出したものである。このカンチレバー１は図２（ｂ）で示す肉薄の先端側が探針５を有する自由端部１ｂとなっている。なお固定端部１ａ下面の段差は製造上で形成されるものである。
前記ベース１０は、上述した支持部１０ａを上方に向けて突出した台座部１０ｂと、台座部１０ｂから上方に向けて立設した支柱部１０ｃと、支柱部１０ｃから屈曲して水平方向に伸びた水平部１０ｄとを骨組みの基本構造としている。このベース１０の水平部１０ｄの下面にバネ２が配設され、これにより台座部１０から突出する支持部１０ａに載置されたカンチレバー１の固定端部１ａを圧電素子６を介して押圧しつつ挟持する構成となっている。
【００２３】
このように、保持されたカンチレバー１の探針５の裏側には、自由端部１ｂから所定の間隔を有して、カンチレバー１の振動振幅を検出する変位センサー４ａを有する検出部４が配設されている。この変位センサー４ａは周知の光てこ法、ナイフエッジ法又は、臨界角検出法等の原理により作製されている。
【００２４】
検出部４は、変位センサー４ａで測定されたカンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅を変位信号として、周波数解析装置としてのスペクトラムアナライザー３に出力するように接続されている。スペクトラムアナライザー３は、カンチレバー１を振動させるための加振信号Ａを加振部材としての圧電素子６に出力する。またスペクトラムアナライザー３はこのときの検出部４からの変位信号Ｂを受け取り、カンチレバー１の振動振幅および位相を計算する。この計算結果は表示部３ａで表示される。
【００２５】
この実施の形態では、ウエハー本体６０から１個単位のカンチレバー１を図２（ｂ）の点線位置で切り出す。次いで、カンチレバー１の固定端部１ａをベース１０の台座部１０ｂから突出する支持部１０ａに載置する。そして、固定端部１ａの反対側の面に対し、バネ２で付勢された圧電素子６を当接させ、押圧力によりカンチレバー１を支持する。
【００２６】
次いでスペクトラムアナライザー３から圧電素子６に対し、周波数を順次変化させながら加振信号Ａを印加する。この加振信号Ａによりカンチレバー１の自由端部１ｂは周波数毎に対応した振動を行う。この周波数ごとの振動を変位センサー４ａで測定し、かつ検出部４において各周波数の振動振幅に対応した変位信号Ｂが得られる。この変位信号Ｂがスペクトラムアナライザー３に出力されて、各周波数に対応した振動振幅が計算される。そしてスペクトラムアナライザー３によって振動状態の最大値が求められ、カンチレバー１の共振周波数が求められ、この数値が表示部３ａに表示される。
【００２７】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２を示し、骨組みの構造が略コ字状のベース１０の台座部にステージ１２が固定されている。このステージ１２には、上部に円錐状のゴム１１を配した支柱１８を少なくとも３本立設し、各ゴム１１の錐頂部を介して少なくとも３点で接することによりウエハー５９のウエハー本体６０を保持する。ゴム１１は圧電素子６によるウエハー本体６０の振動を減衰しないようにするためのものである。ステージ１２は、クロスステージで構成することにより、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。
【００２８】
ウエハー本体６０上には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。カンチレバー１はマイクロファブリケーション、マイクロマシニングとからなる半導体デバイス作成技術をベースに微細形状に加工されている。このカンチレバー１はその接続部がウエハー本体６０に連設するが、側面および先端側はウエハー本体６０と分離されている。そして、カンチレバー１は先端側がさらに３角形状に肉抜きされ且つ肉薄にされた自由端部１ｂと、自由端部１ｂよりも肉厚にされて前記３角形状部分を支持する固定端部１ａとから構成されている。なお、拡大図（ｂ）で示す点線位置でウエハー本体６０から切断されたカンチレバー１は、走査型プローブ顕微鏡の加振圧電体に貼り付けられることになる。
【００２９】
カンチレバー１の自由端部１ｂは先端に探針５を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。カンチレバー１の固定端部１ａ上部にはカンチレバーを振動させるための加振部材として、ゴム７に保持された圧電素子６が設けられている。ゴム７は上下に移動可能なローラステージを有するステージ９に支えられて圧電素子６をＺ方向に移動可能としている。
【００３０】
ステージ９はベース１０の水平部１０ｄに固定された取り付け板６１に取り付けられている。ファイバー１３は、カンチレバー１の自由端部１ｂの下部に配置され、これによりカンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅を測定する。このファイバー１３は、ファイバーセンサ１４を介して振動振幅を振動信号Ｂとして出力する。スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧電素子６に出力し圧電素子６を振動させると共に、この時の振動信号Ｂを入力するようにファイバーセンサ１４に接続されており、振動振幅および位相を計算する、周波数解析装置として機能する。また、このスペクトラムアナライザー３は計算結果の表示部３ａを有している。
【００３１】
この実施の形態では、ステージ１２は、ウエハー本体６０全体をＸ，Ｙ方向で移動させ、圧電素子６をカンチレバー１の固定端部１ａ上部に位置決めするように操作する。ステージ９を下降し、圧電素子６をカンチレバー１の固定端部１ａに押圧する。この時、ゴム７は押圧する圧力がカンチレバー１に急激に作用しないようにする緩衝材の働きをする。
【００３２】
圧電素子６はスペクトラムアナライザー３の加振信号Ａにより加振され、この圧電素子６が接触しているカンチレバー１は、加振信号Ａの周波数で振動する。振動振幅は、カンチレバー１の自由端部１ｂ下部に位置するファイバー１３により検出され、ファイバーセンサ１４により電気信号としての振動信号Ｂとなる。カンチレバー１の周波数特性を得るため、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させてカンチレバー１を加振し、同時にカンチレバー１の自由端部１ｂの振動信号Ｂの振幅および位相を順次検出し、これを表示部３ａで表示する。
【００３３】
またスペクトラムアナライザー３は、上記周波数を順次変化させ振幅および位相を検出する方法とは別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解析する機能を有している。従ってランダム信号により圧電素子６を加振し、振動信号Ｂをフーリエ解析しても同様の結果が得られる。
【００３４】
このような実施の形態では、ウエハー本体６０にカンチレバー１が一体化している状態で、カンチレバー１の特性を評価できるので、従来のように加振圧電体の固定部からの剥がし取りの工程が必要なくなる。このため評価したカンチレバー１に対して変形を与えることなく、良好な特性を有する多数のカンチレバーを準備することができる。よってウエハーのカンチレバーの全数検査や多量の抜き取り検査を行うことができるとともに、振動量が加振圧電体およびカンチレバーを保持している固定部位の振動特性に影響されない正確な評価ができる。即ち、カンチレバーの固定端部を直接加振するため、高周波で加振でき、高い共振周波数を持ったカンチレバーの評価が行える。
【００３５】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３を示す。ベース１０に固定されたステージ１２には、３箇所に均等配した円錐状のゴム１１が直接固定され、ゴム１１を介して３点で接することにより、図２に示すウエハー５９のウエハー本体６０を保持する。なお、ゴム１１は４個以上を均等配に保持してもよい。ステージ１２は、クロスローラステージ等で構成されており、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。
【００３６】
ウエハー５９には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。これはマイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体デバイス作成技術をベースに微細形状に加工される。
【００３７】
カンチレバー１の自由端部１ｂは、先端に探針５（図２参照）を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。
【００３８】
ベース１０の水平部に取り付けられる変位センサ５１はカンチレバー１の自由端部１ｂの上部に設けられ、自由端部１ｂの振動振幅を検出し振動信号Ｂを出力する。変位センサ５１は、光てこ法、ナイフエッジ法又は臨界角検出法等を利用して作られた光変位センサで構成することができる。
【００３９】
加振部材としての圧電素子５２は、カンチレバー１の基部であるウエハー本体６０上に取り付けられ、加振信号Ａに従い圧電素子５２を振動させる事によりウエハー本体６０全体が加振する。スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧電素子５２に出力して、圧電素子５２を振動させると共に、この時の振動信号Ｂが入力されて振動振幅および位相を計算する。圧電素子５２のウエハーへの取り付けは粘着剤による取り付け、あるいは、実施の形態２で示したゴム７とステージ９による取り付けが可能である。
【００４０】
この実施の形態では、ステージ１２はウエハー本体６０全体を移動させ、変位センサ５１をカンチレバー１の自由端部１ｂ上部に位置決めする。変位センサ５１から出射する検出光は、カンチレバー１の自由端部に当てられ、圧電素子５２により振動させられるカンチレバー１の自由端部１ｂにおける変位を検出している。即ち、圧電素子５２は、スペクトラムアナライザー３により出力される加振信号Ａにより振動させられる。この振動は、ウエハー本体６０全体に伝わって、結果的にカンチレバー１の自由端部１ｂを振動させる。このとき、ゴム１１は、ウエハー本体６０の振動を減衰しないように機能する。カンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅は、変位センサ５１により検出され、電気信号としての振動信号Ｂを出力する。カンチレバー１の周波数特性を得るために、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させてウエハー本体６０を加振し、同時にカンチレバー１の自由端部１ｂの振動信号Ｂの振幅および位相を順次検出し、表示部３ａで表示する。
【００４１】
またスペクトラムアナライザー３は、上記周波数を順次変化させ振幅および位相を検出する方法とは別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解析する機能を有している。従って、ランダム信号により圧電素子５２を加振し、振動信号Ｂをフーリエ解析しても同様の結果が得られる。
【００４２】
この実施の形態では、ウエハー本体６０全体を加振するため、各々個別に加振部を取付ける必要が無く、装置構成が簡略化できると共に加振部を取り付ける手順が一度で済むため測定時間が短縮できる。また加振部材である圧電素子５２を比較的強固なウエハー本体６０上に取り付けることにより、非常に壊れやすいカンチレバー１への接触が必要無くなり、操作性が向上すると共に、カンチレバーを安全に評価できる。
【００４３】
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４を示す。ベース１０に固定されたステージ１２には、３箇所に均等に配した円錐状のゴム１１が直接固定され、ゴム１１を介して３点で接することにより、図２に示すウエハー５９のウエハー本体６０を保持している。なお、ゴムは４個以上でウエハーを保持してもよい。ステージ１２は、クロスステージ等からなり、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。
【００４４】
ウエハー５９のウエハー本体６０上には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。これは、マイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体デバイス製作技術をベースに微細形状に加工することができる。カンチレバー１の自由端部１ｂは、先端に探針５を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。
【００４５】
ファイバーセンサ２３に接続されているファイバー２２の一端はカンチレバー１の自由端部１ｂの上部に隙間を設けて配置され、これにより自由端部１ｂの振動振幅を測定するとともにファイバーセンサ２３より振動信号Ｃを出力する。
【００４６】
ファイバーセンサ２４に接続されているファイバー２１の一端はカンチレバー１の固定端部１ａの上部に隙間を設けて配置し、固定端部１ａの振動振幅を測定するとともに、ファイバーセンサ２４より振動信号Ｄを出力する。圧電素子５２は、カンチレバー１の基部を構成しているウエハー本体６０上に取り付けられ、振動することによりウエハー本体６０全体を加振する。
【００４７】
スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧電素子５２に印加して、圧電素子５２を振動させると共に、この時の振動信号ＣおよびＤが入力されることによりカンチレバー１の振動振幅および位相を計算する。さらに、このスペクトラムアナライザー３は、両者の振幅、位相を周波数軸上で差分し、カンチレバー１の自由端部１ｂだけの振動特性を得る機能を有している。
【００４８】
上記構成において、ステージ１２はウエハー本体６０全体を移動させ、ファイバーセンサ２２の一端およびファイバーセンサ２１の一端のそれぞれをカンチレバー１の自由端部１ｂの上部および固定端部１ａの上部に位置決めする。圧電素子５２は、加振信号Ａにより振動し、ウエハー本体６０全体にこの振動を伝え、結果としてカンチレバー１を振動させる。この時ゴム１１は、ウエハー本体６０の振動を減衰しないように機能する。
【００４９】
カンチレバー１の自由端部１ｂの振動状態は、圧電素子５２の振動特性およびその固定端部１ａおよびウエハー本体６０およびこれを保持しているゴム１１等の振動特性がカンチレバー１の自由端部１ｂの振動特性に含まれている。カンチレバー１の自由端部１ｂの振動特性だけを外乱より分離し検出するため、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させて、カンチレバー１を加振すると同時に、固定端部１ａの振動をファイバー２１で検出し、さらに自由端部１ｂの振動をファイバー２２で検出し、振幅、位相情報を得る。両者の振幅、位相を周波数軸上でスペクトラムアナライザー３により差分することによりカンチレバー１の自由端部１ｂだけの振動特性を得ることができる。
【００５０】
スペクトラムアナライザー３は、上記周波数を順次変化させ接続および位相を検出する方法とは別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解析する機能を有している。従って、ランダム信号により圧電素子５２を加振し、振動信号ＣおよびＤをフーリエ解析しこれらの差を計算しても同様の結果が得られる。
【００５１】
この実施の形態では、自由端部と固定端部の振動を検出するためファイバー２２および２１を配置したが、ファイバー２１の一端を自由端部および固定端部にスライド移動させる機構を設けても良く、これにより１本のファイバーだけでも同様の効果が得られる。
【００５２】
この実施の形態では、カンチレバー１の固定端部の振動特性と自由端部の振動特性を同時に検出し、差分を取るため、正確な評価ができる。またカンチレバー以外の振動特性を固定端部の信号でキャンセルできるため高精度で安定したカンチレバー評価が可能になる。
【００５３】
なお、図７では、ウエハー本体６０に圧電素子５２を粘着剤によって取り付けているが、実施の形態２で示したように、ウエハー内の１個のカンチレバーの固定端部に対して直接に圧電素子を接触させ且つこの圧電素子をゴム７を介してステージ９により押圧し、ゴム１１との間でウエハー本体６０あるいはカンチレバー１を支持してもよい。
【００５４】
なお、以上の実施の形態では、カンチレバーあるいはウエハーは水平状態にしてゴムで支えているが、これに限らず、垂直状態にして支えて実施することもできる。例えば図１に対しては、図３で示すように、カンチレバー１を支持する支持部１０ａの形状を、カンチレバーの固定端部１ａの一面側とカンチレバー１の後端面とを支持するＬ字形の屈曲形状とすることにより、他の構成をそのままにして測定が可能となる。
【００５５】
また図４に対しては、図５で示すように、ステージ１２上に、ウエハー本体６０の外周側面を支持するための支持用受け部材６２を追加する。この支持用受け部材６２の底面６２ａによってウエハー５９の落下を防止するとともに、各支柱１８のゴム１１に対して、ウエハー５９を押圧し固定するように、支持用受け部材６２の凹部内にバネ６３を配し、バネ６３に取り付けたレバー６４を設けている。このレバー６４の進退操作によりバネ６３による付勢を解除し、ウエハー５９を着脱自在にする。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、複数個のカンチレバーを同時に加振するため、カンチレバーに直接接触せずに複数個のカンチレバーを高速に評価できる。
【００５７】
請求項２、３記載の発明によれば、カンチレバーの固定端部と自由端部の振動を検出して周波数解析した後、両者を差分する信号処理部を設けたことにより、カンチレバーの振動特性を高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の側面図である。
【図２】本発明のウエハーの斜視図、（ｂ）はカンチレバーの斜視図である。
【図３】実施の形態１の変形例の側面図である。
【図４】実施の形態２の側面図である。
【図５】実施の形態２の変形例の側面図である。
【図６】実施の形態３の側面図である。
【図７】実施の形態４の側面図である。
【図８】従来装置の側面図である。
【図９】カンチレバーの振動特性図である。
【符号の説明】
１ カンチレバー
２ バネ
３ スペクトラムアナライザー
４ 検出部
５ 探針
６ 圧電素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子間力顕微鏡等の走査型プロープ顕微鏡に用いるカンチレバーの固有振動数を検出して、特性を評価する評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カンチレバーの所定の共振周波数ｆ１で固有振動させながらカンチレバーを試料表面上に走査し、この走査により得た表面情報から画像を形成するものとして走査型プローブ顕微鏡がある。特開昭６３−３０９８０２号公報には、尖った先端部を有した片持ちばりを原子間力が発生可能な距離まで、試料表面に近づけた状態で走査し、原子間力に影響されて生じる片持ちばりの振動の固有振動数からシフトを検出し、検出した振動数のシフトを片持ちばりの先端部と試料表面の距離を示す情報として使用することにより、試料表面の像を形成して、測定することが記載されている。
【０００３】
このような片持ちばりが前記カンチレバーに相当し、また、固有振動数として走査型プローブ顕微鏡の測定時には、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚまでの中で用途により特定の共振周波数ｆ１が用いられる。ところが共振周波数ｆ１は、多数個のカンチレバーをウエハーに作製した場合、カンチレバーの製造上、各カンチレバー毎に、あるいはカンチレバーを形成したウエハー毎にバラツキが出やすい。このため、特定の共振周波数ｆ１を有するカンチレバーのみを選別して使っているのが実情である。
【０００４】
このような特定の共振周波数ｆ1 を有するカンチレバーのみを選別する、即ち、各カンチレバーの固有振動数を検出して共振周波数ｆ1 と一致するか否かを求める装置として、特開平６−２０１３１５号公報に記載されている走査型プローブ顕微鏡装置を用いることができる。図８および図９は、この装置を用いてカンチレバーの固有走査振動数を検出して評価する方法を示す。
【０００５】
まず、図８に示すように、測定すべきカンチレバー１３１を接着剤、粘着剤、粘着テープ等によって実際の使用状態と略同じように加振圧電体１３２の下面に固定する。次いで、振幅検出部１３６を介して、加振圧電体１３２を可変周波数で駆動し、加振圧電体１３２に貼り付けられているカンチレバー１３１を振動する。カンチレバー１３１の振動振幅の変位はカンチレバー１３１の上部に構成されている変位検出器１３５で検出され、振幅検出部１３６により処理され、振幅量としてコンピュータ１３３へ出力される。
【０００６】
図９に示すカンチレバー１３１の振動特性は、横軸に可変周波数、縦軸に振幅量をプロットし、順次可変周波数を変化させた時の振幅量を表している。図９よりカンチレバー１３１の特性、即ち特定の固有振動数を求め、走査型プローブ顕微鏡の測定時に必要となるカンチレバーの共振周波数ｆ1 と一致しているか否かを評価する。この評価の結果、共振周波数ｆ1 と一致しているときは使用可能とし、不一致のときは使用不可として選別していた。
【０００７】
一方、このようにして選別された使用可能なカンチレバーを加振圧電体に貼り付け固定とした状態においてカンチレバーの尖った先端部と試料表面とを近づけすぎた場合など、操作上のミス等によりカンチレバーを破損することがあり、測定に先立って、カンチレバーの交換が必要となる。しかしながら、交換すべき新たなカンチレバーが所定の共振周波数ｆ1 を有しているものであるか否かが不明であると、測定すべき試料を準備した後には、新たなカンチレバーについての特性を評価する必要があり、直ちに走査型プローブ顕微鏡による試料の測定ができない。このため、カンチレバーの破損があっても、所定の共振周波数ｆ1 を有するカンチレバーに直ちに交換できるように多数個準備することが望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来技術による走査型プローブ顕微鏡を用い、予めカンチレバーの特性を評価する場合には、カンチレバーを加振圧電体に接着剤等で固定する必要がある。
【０００９】
また多数個の良好なカンチレバーを準備するため、他数個のカンチレバーを評価する場合は、加振圧電体の固定部位からカンチレバーを一旦剥がし、次段のカンチレバーと取り替える事が必要であり、剥がしたカンチレバーは変形により使用出来ない状態になる場合がある。また通常使われている半導体プロセスを使用して製作されたカンチレバーは、ウエハー上に複数形成されており、ウエハー上に形成されたカンチレバーの各々を評価するため、抜き取り評価としてウエハー上から１個単位でカンチレバーを複数個切り出し、切り取った１個ずつを加振圧電体に固定して、特性を評価し、全体の評価につなげる検査があるが、この場合にも、剥がしたカンチレバーが変形するので使用できなくなっていた。この為、全数検査、多量サンプルの抜き取り検査ができず、検査効率が悪い。また振動量が加振圧電体およびカンチレバーを保持している固定部分の振動特性に影響され、正確な評価ができないものとなっている。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するものであり、請求項１の発明は、ウエハー上に複数形成されたカンチレバーに対し、各々加振する必要が無く、測定時の加振圧電体の脱着回数を減らして、複数個のカンチレバーを破壊せずに高速に評価できるカンチレバーの評価装置を提供することを目的とする。
【００１２】
請求項２、３の発明は、上記に加え、ウエハーに複数形成されたカンチレバーに対し、さらに高精度でカンチレバーの評価ができるカンチレバーの評価装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの少なくとも１つのカンチレバーの自由端部に対向して、カンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハーに形成された各カンチレバーの自由端部を前記検出手段の位置に移動させるステージと、を有することを特徴とする。
【００１４】
この構造では、加振部材がウエハー本体上に固定もしくは当接して配置されており、加振部材の振動によってウエハー全体が振動し、この信号によってウエハーに形成されているすべてのカンチレバーが振動する。このため、加振部材を個々のカンチレバーに臨ませる必要がなくなり、評価を迅速に行うことができる。
【００１５】
請求項２の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの固定端部に対向して固定端部の振動を検出し、変位信号を出力する第１の検出手段と、前記加振部材によって振動するカンチレバーの自由端部の振動を検出し、変位信号を出力する第２の検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の検出手段からの変位信号と第２の検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
【００１６】
請求項３の発明は、カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、この加振部材によって振動するカンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、この検出手段がカンチレバーの固定端部に対向する第１の位置と自由端部に対向する第２の位置のいずれかに位置するように、前記検出手段と前記カンチレバーを相対的に移動させる移動手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号と前記第２の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、を有することを特徴とする。
【００１７】
この構造は、カンチレバーの固定端部の振動および自由端部の振動の２つの振動情報によってカンチレバーの固有振動数を検出するため、正確な検出が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１はカンチレバーの１個単体の固有振動数を検出して、その特性を評価するための評価装置を示す。同図において、カンチレバー１はその固定端部１ａが、支持部材としてのベース１０の支持部１０ａに載置されると共に、その上側の面が下端に圧電素子６を取り付けた押圧部材としてのバネ２によって押圧されている。これによりカンチレバー１はベース１０と圧電素子６との間に着脱自在に保持されている。
【００２２】
図２（ａ）はウエハー５９を示し、ウエハー本体６０と、ウエハー本体６０に形成された多数個のカンチレバー１とを備えている。カンチレバー１はウエハー本体６０上にマイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体製作技術をベースにして、微細形状に多数個を形成した後、このウエハー本体６０より図２（ｂ）で示す点線位置で１個単位で切り出したものである。このカンチレバー１は図２（ｂ）で示す肉薄の先端側が探針５を有する自由端部１ｂとなっている。なお固定端部１ａ下面の段差は製造上で形成されるものである。
前記ベース１０は、上述した支持部１０ａを上方に向けて突出した台座部１０ｂと、台座部１０ｂから上方に向けて立設した支柱部１０ｃと、支柱部１０ｃから屈曲して水平方向に伸びた水平部１０ｄとを骨組みの基本構造としている。このベース１０の水平部１０ｄの下面にバネ２が配設され、これにより台座部１０から突出する支持部１０ａに載置されたカンチレバー１の固定端部１ａを圧電素子６を介して押圧しつつ挟持する構成となっている。
【００２３】
このように、保持されたカンチレバー１の探針５の裏側には、自由端部１ｂから所定の間隔を有して、カンチレバー１の振動振幅を検出する変位センサー４ａを有する検出部４が配設されている。この変位センサー４ａは周知の光てこ法、ナイフエッジ法又は、臨界角検出法等の原理により作製されている。
【００２４】
検出部４は、変位センサー４ａで測定されたカンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅を変位信号として、周波数解析装置としてのスペクトラムアナライザー３に出力するように接続されている。スペクトラムアナライザー３は、カンチレバー１を振動させるための加振信号Ａを加振部材としての圧電素子６に出力する。またスペクトラムアナライザー３はこのときの検出部４からの変位信号Ｂを受け取り、カンチレバー１の振動振幅および位相を計算する。この計算結果は表示部３ａで表示される。
【００２５】
この実施の形態では、ウエハー本体６０から１個単位のカンチレバー１を図２（ｂ）の点線位置で切り出す。次いで、カンチレバー１の固定端部１ａをベース１０の台座部１０ｂから突出する支持部１０ａに載置する。そして、固定端部１ａの反対側の面に対し、バネ２で付勢された圧電素子６を当接させ、押圧力によりカンチレバー１を支持する。
【００２６】
次いでスペクトラムアナライザー３から圧電素子６に対し、周波数を順次変化させながら加振信号Ａを印加する。この加振信号Ａによりカンチレバー１の自由端部１ｂは周波数毎に対応した振動を行う。この周波数ごとの振動を変位センサー４ａで測定し、かつ検出部４において各周波数の振動振幅に対応した変位信号Ｂが得られる。この変位信号Ｂがスペクトラムアナライザー３に出力されて、各周波数に対応した振動振幅が計算される。そしてスペクトラムアナライザー３によって振動状態の最大値が求められ、カンチレバー１の共振周波数が求められ、この数値が表示部３ａに表示される。
【００２７】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２を示し、骨組みの構造が略コ字状のベース１０の台座部にステージ１２が固定されている。このステージ１２には、上部に円錐状のゴム１１を配した支柱１８を少なくとも３本立設し、各ゴム１１の錐頂部を介して少なくとも３点で接することによりウエハー５９のウエハー本体６０を保持する。ゴム１１は圧電素子６によるウエハー本体６０の振動を減衰しないようにするためのものである。ステージ１２は、クロスステージで構成することにより、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。
【００２８】
ウエハー本体６０上には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。カンチレバー１はマイクロファブリケーション、マイクロマシニングとからなる半導体デバイス作成技術をベースに微細形状に加工されている。このカンチレバー１はその接続部がウエハー本体６０に連設するが、側面および先端側はウエハー本体６０と分離されている。そして、カンチレバー１は先端側がさらに３角形状に肉抜きされ且つ肉薄にされた自由端部１ｂと、自由端部１ｂよりも肉厚にされて前記３角形状部分を支持する固定端部１ａとから構成されている。なお、拡大図（ｂ）で示す点線位置でウエハー本体６０から切断されたカンチレバー１は、走査型プローブ顕微鏡の加振圧電体に貼り付けられることになる。
【００２９】
カンチレバー１の自由端部１ｂは先端に探針５を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。カンチレバー１の固定端部１ａ上部にはカンチレバーを振動させるための加振部材として、ゴム７に保持された圧電素子６が設けられている。ゴム７は上下に移動可能なローラステージを有するステージ９に支えられて圧電素子６をＺ方向に移動可能としている。
【００３０】
ステージ９はベース１０の水平部１０ｄに固定された取り付け板６１に取り付けられている。ファイバー１３は、カンチレバー１の自由端部１ｂの下部に配置され、これによりカンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅を測定する。このファイバー１３は、ファイバーセンサ１４を介して振動振幅を振動信号Ｂとして出力する。スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧電素子６に出力し圧電素子６を振動させると共に、この時の振動信号Ｂを入力するようにファイバーセンサ１４に接続されており、振動振幅および位相を計算する、周波数解析装置として機能する。また、このスペクトラムアナライザー３は計算結果の表示部３ａを有している。
【００３１】
この実施の形態では、ステージ１２は、ウエハー本体６０全体をＸ，Ｙ方向で移動させ、圧電素子６をカンチレバー１の固定端部１ａ上部に位置決めするように操作する。ステージ９を下降し、圧電素子６をカンチレバー１の固定端部１ａに押圧する。この時、ゴム７は押圧する圧力がカンチレバー１に急激に作用しないようにする緩衝材の働きをする。
【００３２】
圧電素子６はスペクトラムアナライザー３の加振信号Ａにより加振され、この圧電素子６が接触しているカンチレバー１は、加振信号Ａの周波数で振動する。振動振幅は、カンチレバー１の自由端部１ｂ下部に位置するファイバー１３により検出され、ファイバーセンサ１４により電気信号としての振動信号Ｂとなる。カンチレバー１の周波数特性を得るため、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させてカンチレバー１を加振し、同時にカンチレバー１の自由端部１ｂの振動信号Ｂの振幅および位相を順次検出し、これを表示部３ａで表示する。
【００３３】
またスペクトラムアナライザー３は、上記周波数を順次変化させ振幅および位相を検出する方法とは別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解析する機能を有している。従ってランダム信号により圧電素子６を加振し、振動信号Ｂをフーリエ解析しても同様の結果が得られる。
【００３４】
このような実施の形態では、ウエハー本体６０にカンチレバー１が一体化している状態で、カンチレバー１の特性を評価できるので、従来のように加振圧電体の固定部からの剥がし取りの工程が必要なくなる。このため評価したカンチレバー１に対して変形を与えることなく、良好な特性を有する多数のカンチレバーを準備することができる。よってウエハーのカンチレバーの全数検査や多量の抜き取り検査を行うことができるとともに、振動量が加振圧電体およびカンチレバーを保持している固定部位の振動特性に影響されない正確な評価ができる。即ち、カンチレバーの固定端部を直接加振するため、高周波で加振でき、高い共振周波数を持ったカンチレバーの評価が行える。
【００３５】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３を示す。ベース１０に固定されたステージ１２には、３箇所に均等配した円錐状のゴム１１が直接固定され、ゴム１１を介して３点で接することにより、図２に示すウエハー５９のウエハー本体６０を保持する。なお、ゴム１１は４個以上を均等配に保持してもよい。ステージ１２は、クロスローラステージ等で構成されており、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。
【００３６】
ウエハー５９には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。これはマイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体デバイス作成技術をベースに微細形状に加工される。
【００３７】
カンチレバー１の自由端部１ｂは、先端に探針５（図２参照）を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。
【００３８】
ベース１０の水平部に取り付けられる変位センサ５１はカンチレバー１の自由端部１ｂの上部に設けられ、自由端部１ｂの振動振幅を検出し振動信号Ｂを出力する。変位センサ５１は、光てこ法、ナイフエッジ法又は臨界角検出法等を利用して作られた光変位センサで構成することができる。
【００３９】
加振部材としての圧電素子５２は、カンチレバー１の基部であるウエハー本体６０上に取り付けられ、加振信号Ａに従い圧電素子５２を振動させる事によりウエハー本体６０全体が加振する。スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧電素子５２に出力して、圧電素子５２を振動させると共に、この時の振動信号Ｂが入力されて振動振幅および位相を計算する。圧電素子５２のウエハーへの取り付けは粘着剤による取り付け、あるいは、実施の形態２で示したゴム７とステージ９による取り付けが可能である。
【００４０】
この実施の形態では、ステージ１２はウエハー本体６０全体を移動させ、変位センサ５１をカンチレバー１の自由端部１ｂ上部に位置決めする。変位センサ５１から出射する検出光は、カンチレバー１の自由端部に当てられ、圧電素子５２により振動させられるカンチレバー１の自由端部１ｂにおける変位を検出している。即ち、圧電素子５２は、スペクトラムアナライザー３により出力される加振信号Ａにより振動させられる。この振動は、ウエハー本体６０全体に伝わって、結果的にカンチレバー１の自由端部１ｂを振動させる。このとき、ゴム１１は、ウエハー本体６０の振動を減衰しないように機能する。カンチレバー１の自由端部１ｂの振動振幅は、変位センサ５１により検出され、電気信号としての振動信号Ｂを出力する。カンチレバー１の周波数特性を得るために、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させてウエハー本体６０を加振し、同時にカンチレバー１の自由端部１ｂの振動信号Ｂの振幅および位相を順次検出し、表示部３ａで表示する。
【００４１】
またスペクトラムアナライザー３は、上記周波数を順次変化させ振幅および位相を検出する方法とは別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解析する機能を有している。従って、ランダム信号により圧電素子５２を加振し、振動信号Ｂをフーリエ解析しても同様の結果が得られる。
【００４２】
この実施の形態では、ウエハー本体６０全体を加振するため、各々個別に加振部を取付ける必要が無く、装置構成が簡略化できると共に加振部を取り付ける手順が一度で済むため測定時間が短縮できる。また加振部材である圧電素子５２を比較的強固なウエハー本体６０上に取り付けることにより、非常に壊れやすいカンチレバー１への接触が必要無くなり、操作性が向上すると共に、カンチレバーを安全に評価できる。
【００４３】
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４を示す。ベース１０に固定されたステージ１２には、３箇所に均等に配した円錐状のゴム１１が直接固定され、ゴム１１を介して３点で接することにより、図２に示すウエハー５９のウエハー本体６０を保持している。なお、ゴムは４個以上でウエハーを保持してもよい。ステージ１２は、クロスステージ等からなり、Ｘ，Ｙ方向に移動可能である。
【００４４】
ウエハー５９のウエハー本体６０上には、図２に示すように複数個のカンチレバー１が形成されている。これは、マイクロファブリケーション、マイクロマシニングからなる半導体デバイス製作技術をベースに微細形状に加工することができる。カンチレバー１の自由端部１ｂは、先端に探針５を設けた長さ５００〜２０００μｍ、幅２００μｍの窒化シリコンからなり、固定端部１ａは、シリコン又はパイレックスからなる。
【００４５】
ファイバーセンサ２３に接続されているファイバー２２の一端はカンチレバー１の自由端部１ｂの上部に隙間を設けて配置され、これにより自由端部１ｂの振動振幅を測定するとともにファイバーセンサ２３より振動信号Ｃを出力する。
【００４６】
ファイバーセンサ２４に接続されているファイバー２１の一端はカンチレバー１の固定端部１ａの上部に隙間を設けて配置し、固定端部１ａの振動振幅を測定するとともに、ファイバーセンサ２４より振動信号Ｄを出力する。圧電素子５２は、カンチレバー１の基部を構成しているウエハー本体６０上に取り付けられ、振動することによりウエハー本体６０全体を加振する。
【００４７】
スペクトラムアナライザー３は、加振信号Ａを圧電素子５２に印加して、圧電素子５２を振動させると共に、この時の振動信号ＣおよびＤが入力されることによりカンチレバー１の振動振幅および位相を計算する。さらに、このスペクトラムアナライザー３は、両者の振幅、位相を周波数軸上で差分し、カンチレバー１の自由端部１ｂだけの振動特性を得る機能を有している。
【００４８】
上記構成において、ステージ１２はウエハー本体６０全体を移動させ、ファイバーセンサ２２の一端およびファイバーセンサ２１の一端のそれぞれをカンチレバー１の自由端部１ｂの上部および固定端部１ａの上部に位置決めする。圧電素子５２は、加振信号Ａにより振動し、ウエハー本体６０全体にこの振動を伝え、結果としてカンチレバー１を振動させる。この時ゴム１１は、ウエハー本体６０の振動を減衰しないように機能する。
【００４９】
カンチレバー１の自由端部１ｂの振動状態は、圧電素子５２の振動特性およびその固定端部１ａおよびウエハー本体６０およびこれを保持しているゴム１１等の振動特性がカンチレバー１の自由端部１ｂの振動特性に含まれている。カンチレバー１の自由端部１ｂの振動特性だけを外乱より分離し検出するため、スペクトラムアナライザー３は加振信号Ａの周波数を順次変化させて、カンチレバー１を加振すると同時に、固定端部１ａの振動をファイバー２１で検出し、さらに自由端部１ｂの振動をファイバー２２で検出し、振幅、位相情報を得る。両者の振幅、位相を周波数軸上でスペクトラムアナライザー３により差分することによりカンチレバー１の自由端部１ｂだけの振動特性を得ることができる。
【００５０】
スペクトラムアナライザー３は、上記周波数を順次変化させ接続および位相を検出する方法とは別に、ランダム信号を出力し、入力信号をフーリエ解析する機能を有している。従って、ランダム信号により圧電素子５２を加振し、振動信号ＣおよびＤをフーリエ解析しこれらの差を計算しても同様の結果が得られる。
【００５１】
この実施の形態では、自由端部と固定端部の振動を検出するためファイバー２２および２１を配置したが、ファイバー２１の一端を自由端部および固定端部にスライド移動させる機構を設けても良く、これにより１本のファイバーだけでも同様の効果が得られる。
【００５２】
この実施の形態では、カンチレバー１の固定端部の振動特性と自由端部の振動特性を同時に検出し、差分を取るため、正確な評価ができる。またカンチレバー以外の振動特性を固定端部の信号でキャンセルできるため高精度で安定したカンチレバー評価が可能になる。
【００５３】
なお、図７では、ウエハー本体６０に圧電素子５２を粘着剤によって取り付けているが、実施の形態２で示したように、ウエハー内の１個のカンチレバーの固定端部に対して直接に圧電素子を接触させ且つこの圧電素子をゴム７を介してステージ９により押圧し、ゴム１１との間でウエハー本体６０あるいはカンチレバー１を支持してもよい。
【００５４】
なお、以上の実施の形態では、カンチレバーあるいはウエハーは水平状態にしてゴムで支えているが、これに限らず、垂直状態にして支えて実施することもできる。例えば図１に対しては、図３で示すように、カンチレバー１を支持する支持部１０ａの形状を、カンチレバーの固定端部１ａの一面側とカンチレバー１の後端面とを支持するＬ字形の屈曲形状とすることにより、他の構成をそのままにして測定が可能となる。
【００５５】
また図４に対しては、図５で示すように、ステージ１２上に、ウエハー本体６０の外周側面を支持するための支持用受け部材６２を追加する。この支持用受け部材６２の底面６２ａによってウエハー５９の落下を防止するとともに、各支柱１８のゴム１１に対して、ウエハー５９を押圧し固定するように、支持用受け部材６２の凹部内にバネ６３を配し、バネ６３に取り付けたレバー６４を設けている。このレバー６４の進退操作によりバネ６３による付勢を解除し、ウエハー５９を着脱自在にする。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、複数個のカンチレバーを同時に加振するため、カンチレバーに直接接触せずに複数個のカンチレバーを高速に評価できる。
【００５７】
請求項２、３記載の発明によれば、カンチレバーの固定端部と自由端部の振動を検出して周波数解析した後、両者を差分する信号処理部を設けたことにより、カンチレバーの振動特性を高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の側面図である。
【図２】本発明のウエハーの斜視図、（ｂ）はカンチレバーの斜視図である。
【図３】実施の形態１の変形例の側面図である。
【図４】実施の形態２の側面図である。
【図５】実施の形態２の変形例の側面図である。
【図６】実施の形態３の側面図である。
【図７】実施の形態４の側面図である。
【図８】従来装置の側面図である。
【図９】カンチレバーの振動特性図である。
【符号の説明】
１ カンチレバー
２ バネ
３ スペクトラムアナライザー
４ 検出部
５ 探針
６ 圧電素子
Claims (3)
- カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、
この加振部材によって振動するカンチレバーの少なくとも１つのカンチレバーの自由端部に対向して、カンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、
前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記検出手段からの変位信号が入力され、カンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、
前記ウエハー本体を支持する支持部材を介して、ウエハーに形成された各カンチレバーの自由端部を前記検出手段の位置に移動させるステージと、
を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。 - カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、
この加振部材によって振動するカンチレバーの固定端部に対向して固定端部の振動を検出し、変位信号を出力する第１の検出手段と、
前記加振部材によって振動するカンチレバーの自由端部の振動を検出し、変位信号を出力する第２の検出手段と、前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の検出手段からの変位信号と第２の検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、
を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。 - カンチレバーの固有振動数を検出し、その特性を評価するカンチレバーの評価装置において、
多数のカンチレバーの各固定端部をそれぞれウエハー本体に接続した状態で形成されたウエハーの前記ウエハー本体を支持する支持部材と、
この支持部材に支持されたウエハーの一面側における前記ウエハー本体上に固定もしくは当接して配置され、ウエハー本体を介して各カンチレバーを振動させる加振部材と、
この加振部材によって振動するカンチレバーの振動を検出し、変位信号を出力する検出手段と、
この検出手段がカンチレバーの固定端部に対向する第１の位置と自由端部に対向する第２の位置のいずれかに位置するように、前記検出手段と前記カンチレバーを相対的に移動させる移動手段と、
前記加振部材に加振信号を出力すると共に、前記第１の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号と前記第２の位置にあるときの前記検出手段からの変位信号とが入力され、これらの変位信号を差分してカンチレバーの固有振動数を検出する周波数解析装置と、
を有することを特徴とするカンチレバーの評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29887296A JP3670777B2 (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | カンチレバーの評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29887296A JP3670777B2 (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | カンチレバーの評価装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10142241A JPH10142241A (ja) | 1998-05-29 |
| JP3670777B2 true JP3670777B2 (ja) | 2005-07-13 |
Family
ID=17865285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29887296A Expired - Fee Related JP3670777B2 (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | カンチレバーの評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3670777B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001183257A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Mitsutoyo Corp | プローブの検査方法及び装置 |
| JP2005049219A (ja) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Toudai Tlo Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
| US7719663B2 (en) | 2005-03-02 | 2010-05-18 | Japan Science And Technology Agency | Heterodyne laser doppler probe and measurement system using the same |
| JP5004223B2 (ja) * | 2007-06-27 | 2012-08-22 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 振動測定装置及び振動測定方法 |
-
1996
- 1996-11-11 JP JP29887296A patent/JP3670777B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10142241A (ja) | 1998-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5183989B2 (ja) | 形状測定装置 | |
| US6050138A (en) | System and method for performing bulge testing of films, coatings and/or layers | |
| US6708556B1 (en) | Atomic force microscope and driving method therefor | |
| US7552645B2 (en) | Detection of resonator motion using piezoresistive signal downmixing | |
| JP2844181B2 (ja) | 材料試験デバイス、材料試験装置および材料試験方法 | |
| JPH0921816A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| KR102484671B1 (ko) | 헤테로다인 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템 | |
| JP3670777B2 (ja) | カンチレバーの評価装置 | |
| JPH10267945A (ja) | 走査型光顕微鏡 | |
| JP2001264373A (ja) | 圧電薄膜の圧電定数測定装置および測定方法 | |
| JP4388559B2 (ja) | 走査型近視野顕微鏡 | |
| WO2005090909A1 (ja) | 膜厚測定装置および膜厚測定方法 | |
| JP3595849B1 (ja) | マイクロ・ナノ材料用疲労試験装置 | |
| JP3512889B2 (ja) | 顕微ａｔｒマッピング測定装置 | |
| JPH0915137A (ja) | 摩擦力測定装置および走査型摩擦力顕微鏡 | |
| JP2013007666A (ja) | 表面形状測定用触針式段差計及び該段差計における測定精度の改善方法 | |
| JP2004325159A (ja) | 微細形状測定プローブおよび微細形状測定方法 | |
| EP2202197B1 (en) | Method for testing MEMS devices | |
| JP3117304B2 (ja) | 表面情報分離測定装置およびその方法 | |
| JP2004271318A (ja) | Ａｆｍ機能付き超微小硬度計 | |
| JP2012202840A (ja) | 密着性試験装置 | |
| JPH09318637A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH09236426A (ja) | 接触感知器及び接触感知システム | |
| JP3720173B2 (ja) | 微小開口プローブの評価装置 | |
| WO2005081929A2 (en) | Detection of resonator motion using piezoresistive signal downmixing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20030925 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20030925 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040921 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041122 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050329 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050415 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090422 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090422 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100422 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110422 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120422 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130422 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140422 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |