JP2000193672A - 走査型プロ―ブ顕微鏡用カンチレバ―およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】先端の曲率半径が小さく耐磨耗性に優れる探針
を備える走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを提供す
る。 【解決手段】カンチレバー１３０は、支持部１２２によ
って片持ちに支持されたレバー部１２６を有し、このレ
バー部１２６は主に窒化シリコン製のレバー基材１１８
からなり、その自由端に略三角錐形状の探針１２４を有
している。探針１２４は、レバー基材１１８と一体的に
形成され、従って、窒化シリコン製であり、シリコン製
の探針に比べて硬度が高く耐磨耗性に優れている。ま
た、探針１２４は、略三角錐形状をしており、従って、
必ず一点で終端するため、その先端の曲率半径は小さ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡に用いられるカンチレバーに関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡（SPM; Scanning
Probe Microscope）としては、走査トンネル顕微鏡(ST
M; Scanning Tunneling Microscope)や原子間力顕微鏡
(AFM; Atomic Force Microscope)がよく知られている。

【０００３】ＡＦＭでは、片持ち支持されたレバー部の
自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカンチレバーを
試料に対向させて近接させ、探針の先端の原子と試料の
表面の原子との間に働く相互作用力により変位するレバ
ー部の動きを電気的あるいは光学的にとらえて測定しつ
つ、試料あるいはカンチレバーをＸＹ方向に走査し、カ
ンチレバーの探針部と試料の位置関係を相対的に変化さ
せることによって、試料の凹凸情報などを三次元的にと
らえている。

【０００４】このようなＳＰＭに用いられるカンチレバ
ーは、Thomas R. AlbrechtとCalvinF. Quate による
「原子間力顕微鏡による非導電体の原子的解像度の画像
形成」（J. Appl. Pys. 62 (1987) 2599頁）に記載され
ているように、半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作製
されるＳｉＯ₂ カンチレバーが提案されて以来、ミクロ
ンオーダーの高精度で非常に再現性良く作製できると共
に、バッチプロセスを用いることによりコスト的にも優
れているとの理由から、このＩＣ製造プロセスを応用し
て作製したものが主流となっている。

【０００５】現在市販されているカンチレバーには、窒
化シリコン製のカンチレバーとシリコン製のカンチレバ
ーの２種類のタイプがある。窒化シリコン製のカンチレ
バーは、Tomas R. Albrecht らのMicrofabrication of
cantilever styli for the atomic force microscope;
J. Vac. Sci. Technol. A8, 3386(1990)に記載されたカ
ンチレバーが主流であり、詳細な作製方法は米国特許第
５，３９９，２３２号に記載されている。また、シリコ
ン製のカンチレバーは、O. Wolter らのMicromachined
silicon sensors for scanning force microscopy; J.
Vac. Sci. Technol. B9, 1353(1991) に記載されたカン
チレバーが主流であり、詳細な作製方法は米国特許第
５，０５１，０７９号に記載されている。

【０００６】この２種類のカンチレバーは、大別して２
種類の測定法に分けて広く用いられている。窒化シリコ
ン製のカンチレバーは、そのバネ定数の柔らかさから、
探針に一定荷重を加えた状態で、試料表面をなぞる様に
測定を行なうＤＣモードに主に使用されている。このカ
ンチレバーの探針はピラミッドもしくはこれに近い形状
をしている。

【０００７】また、シリコン製のカンチレバーは、その
探針の鋭さ、加えてレバー自体を厚く作製し共振周波数
を窒化シリコン製のカンチレバーより高くできることか
ら、カンチレバーをその共振周波数もしくはその付近で
振動させて測定を行なうＡＣモードに主に使用されてい
る。このカンチレバーの探針は、円錐に近い形状や、三
角錐に近い形状など様々な形状がある。これらの探針
は、その曲率半径及び頂角とも、概してＤＣモード用の
カンチレバーの探針より鋭い。

【０００８】また、最近、ＳＰＭを用いて、１秒間に１
画面以上のラスター走査を行なうような高速走査を行な
い、生体試料などのミクロな動作を観察する試みが盛ん
になされている。加えて、高密度記録にＳＰＭ技術を利
用しようとする試みもなされており、入出力の速度を速
くするためにも、共振周波数の高いカンチレバー形状の
プローブが求められている。同様に、微細化が進む半導
体産業においても、表面形状の検査手段として導入が注
目されており、検査時間の短縮と、測定データの安定が
求められている。

【０００９】このようなＳＰＭ測定に使用するカンチレ
バーは、走査速度を速くするため、その共振周波数がＭ
Ｈｚオーダー以上と高くする必要がある。加えて、測定
試料及びカンチレバーの探針の破損などを防ぐため、バ
ネ定数が高くとも１０Ｎ／ｍ以下である必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来、ＤＣモードによ
るＡＦＭ測定は、探針に直接荷重をかけ、常に探針と試
料表面が接触している状態でラスター走査を行なってい
る。この為、探針先端の摩擦、摩耗による形状変化を最
小限に抑えるため、バネ定数の柔らかいカンチレバーが
求められている。窒化シリコン製のカンチレバーは、レ
バー部の厚さを薄く制御し易いＣＶＤ法などの堆積法を
利用して作製される。従って、バネ定数が柔らかいレバ
ー部を容易に作製でき、このため、窒化シリコン製のカ
ンチレバーがＤＣモードによるＡＦＭ測定に主に使用さ
れている。

【００１１】窒化シリコン製のカンチレバーの主な作製
法は、シリコンウエハーに探針の型を形成し、窒化シリ
コン膜などの薄膜を堆積した後、型材であるシリコンを
除去する、いわゆるマイクロキャスティング法である。
この作製方法によれば、探針の型を変えることにより、
様々な形状の探針を作製可能ではあるが、現実には、曲
率半径や頂角などの形状変化が少なく安定に形成できる
探針の形状は、ピラミッド形状もしくはピラミッドに近
い形状だけである。

【００１２】一方、ＡＣモードによるＡＦＭ測定は、探
針を上下に振動させた状態で試料表面をラスター走査し
ている。このとき、探針先端には、主に垂直荷重が加わ
り、ＤＣモードのように探針を引きずることは少ない。
この為、測定画像の高分解能化より、探針の尖鋭度が特
に重要視され、鋭い探針が形成し易い、単結晶シリコン
をエッチングして探針を作製する方法により主に作製さ
れている。加えて、カンチレバーのＱ値が高い方が測定
感度がよく、一般にカンチレバーの共振周波数を上げる
事によりＱ値が上昇すると考えられている。

【００１３】シリコン製のカンチレバーは、単結晶シリ
コンをエッチングしてカンチレバーを作製しているた
め、レバー部の厚さを厚くし、その共振周波数を高くす
ることが容易である。従って、探針が鋭く、共振周波数
の高いカンチレバーが容易に作製できることから、シリ
コン製のカンチレバーがＡＣモードによるＡＦＭ測定に
主に使用されている。しかしながら、ＡＣモードにおい
ては、理論的には、探針に加わる力は垂直荷重のみであ
るが、カンチレバーの挙動を一定に保つサーボが不安定
である場合、ＤＣモードと同様に探針を引きずる事がし
ばしばある。探針はシリコンの単結晶を鋭くしているた
め、この引きずりによる横方向のカには弱く、探針の破
損や摩耗により、長く測定ができない。

【００１４】加えて、半導体産業における表面形状評価
においても、探針の尖鋭度及び探針の形状の安定性が重
要な課題である。

【００１５】以上の課題に対して、シリコン製の探針に
硬質材料の薄膜をコーティングして探針の形状安定を図
る試みが行なわれているが、探針の曲率半径が大きくな
る、コーティングした薄膜が剥がれる、と言った問題が
発生している。

【００１６】近年、期待されている高速測定等において
も、探針の尖鋭度及び探針の形状の安定性とバネ定数の
低下が重要な課題である。

【００１７】本発明は、このような実状を鑑みてなされ
たものであり、その主な目的は、先端の曲率半径が小さ
く耐磨耗性に優れる探針を備えた走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーを提供することであり、またその作製方
法を提供することでもある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーは、支持部と、支持部によって片
持ちに支持されたレバー部と、その自由端に設けられた
探針とを有し、探針はシリコンより硬質な材料で作られ
ており、略三角錐形状をしている。

【００１９】ここで、硬質材料は、例えば、窒化シリコ
ン膜、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカー
ボン、炭化シリコン、窒化チタンのグループから選択さ
れる。

【００２０】このようなカンチレバーは、例えば、第一
の基板に探針の原型となる突起を形成する工程と、前記
突起を覆う第一の膜を形成する工程と、第二の基板に前
記突起が入る穴を形成する工程と、第一の膜を介して第
一の基板と第二の基板を接合する工程と、第一の基板を
除去して前記突起の形状が転写された第一の膜から成る
探針の型を露出させる工程と、前記型を埋めるシリコン
より硬質な材料から成る第二の膜を形成する工程と、第
二の膜を成形してレバー基材を形成する工程と、レバー
基材にこれを片持ちに支持する支持部を設ける工程と、
第二の基板を除去する工程とを経て作製される。

【００２１】

【発明の実施の形態】＜第一の実施の形態＞図１〜図１
７を参照して本実施形態のＳＰＭ用カンチレバーの作製
プロセスを説明する。

【００２２】スタート基板として、図１に示される面方
位（１００）のシリコン基板１００を用いる。この基板
１００の表面に対してレジストをコートし、フォトリソ
グラフィーとエッチングを行ない、続いて酸化処理を行
なうことにより、図２と図３に示されるように、探針を
形成するための酸化シリコン膜の壁１０２を形成する。
壁１０２の三角形の突起の延出方向は＜１１０＞方向に
設定される。

【００２３】この基板１００の表面から湿式異方性エッ
チングを行なうことにより、図４と図５に示されるよう
に、三角錐形状の突起１０４を形成する。この三角錐の
形状は、壁１０２の三角形の突起を定める二面とシリコ
ンの（１１１）面によって定められる。

【００２４】上述の三角錐形状の突起１０４を形成する
プロセスは、特別なマスクを使用しないで突起１０４を
所定の位置（例えばカンチレバーの自由端部）に自動的
に形成する自己整合プロセスであって、（１１１）面の
結晶面が残留した一点に終端する三角錐形状の突起１０
４を正確かつ確実に得ることができる。

【００２５】次に、酸化シリコン膜の壁１０２を除去し
た後、熱拡散炉などにより、図６に示されるように、シ
リコン基板１００の表面に酸化シリコン膜１０６を形成
する。酸化シリコン膜１０６の形成の際に、突起１０４
の酸化されずに残った部分１０８が、最終的に作られる
探針の原型となる。つまり、最終的に作られる探針は、
原型１０８の形状を反映したものとなる。

【００２６】この探針の原型１０８は、シリコン基板１
００の加熱温度の違いによって、若干違った形状にな
る。このため、最終的に作られる探針は若干違った形状
に仕上がる。これについては後で詳しく述べる。

【００２７】上述したシリコン基板１００とは別に、図
７に示されるシリコン基板１１０を用意する。このシリ
コン基板１１０の表面に、図８に示されるように、シリ
コン基板１０２に形成した探針の原型１０８の位置と形
状に合わせて穴１１２を形成する。穴１１２は、探針の
原型１０８とこれを覆う酸化シリコン膜１０６からなる
突起が全て入る大きさと形状に作られる。また、穴１１
２は、ドライエッチングやウエットエッチング等によっ
て形成される。

【００２８】次に、図９に示されるように、穴１１２に
探針の原型１０８の部分の突起が入るようにシリコン基
板１００とシリコン基板１１０を陽極接合や直接接合等
により接合する。続いて、シリコン基板１００をウェッ
トエッチングにより除去して、図１０に示されるよう
に、酸化シリコン膜１０６を露出させる。このウェット
エッチングは、ＫＯＨやＴＭＡＨやＥＤＰ等のアルカリ
系の薬品やフッ酸と硝酸の混合液等を用いて行なう。こ
の結果として、シリコン基板１１０上に探針の原型１０
８をかたどった酸化シリコン膜１０６の略三角錐形状の
探針の型１１４が形成される。

【００２９】続いて、図１１に示されるように、酸化シ
リコン膜１０６表面に対してＬＰ−ＣＶＤ等を行なって
窒化シリコン膜１１６を形成する。さらに、図１２に示
されるように、窒化シリコン膜１１６をフォトリソグラ
フィとドライエッチングによりパターニングしてレバー
基材１１８を形成する。

【００３０】上述した工程とは別に、図１３に示される
ように、支持部となるパイレックスガラス１２０を加工
する。この加工されたパイレックスガラス１２０を、図
１４に示されるように、シリコン基板１１０のレバー基
材１１８及び窒化シリコン膜１１６側に陽極接合により
貼り付ける。

【００３１】さらに、図１５に示されるように、パイレ
ックスガラス１２０を加工して支持部１２２を形成す
る。続いて、シリコン基板１１０と酸化シリコン膜１０
６をウェットエッチングにより除去し、図１６に示され
るように、レバー基材１１８を露出させる。これによ
り、支持部１２２によって片持ちに支持され、自由端に
略三角錐形状の探針１２４を備えた窒化シリコン膜製の
レバー部１２６が得られる。

【００３２】最後に、図１７に示されるように、レバー
部１２６の上面すなわち探針１２４の反対側の面に反射
膜１２８を形成する。この反射膜１２８は、光学的変位
検出の精度を上げるために、反射率を高める目的で設け
られる。

【００３３】以上のプロセスにより、本実施形態の窒化
シリコン製のカンチレバー１３０が作製される。

【００３４】図１８に示されるように、カンチレバー１
３０のレバー部１２６は、支持部１２２によって片持ち
に支持された窒化シリコン製のレバー基材１１８を有
し、その自由端に略三角錐形状の探針１２４を有してい
る。探針１２４は窒化シリコン製であるため、シリコン
製の探針に比べて硬度が高く耐磨耗性に優れている。ま
た、探針１２４は、略三角錐形状をしており、従って、
必ず一点で終端するため、その先端の曲率半径は小さ
い。

【００３５】前述したように、探針１２４の形状は、酸
化シリコン膜１０６を形成する図６の工程において、シ
リコン基板１００を加熱する温度の違いにより若干の違
いが生じる。この加熱は、１０００℃を越える高温によ
る加熱と、９００〜１０００℃の低温による加熱とに大
別される。

【００３６】高温による加熱では、シリコン基板１００
は、１０００℃を越える温度で加熱される。このような
温度では、突起１０４の部分における酸化シリコン膜は
均一のスピードで成長する。このため、形成される酸化
シリコン膜１０６に内部応力はほとんどない。従って、
酸化されずに残る探針の原型１０８、言い換えれば、図
１０に示される探針の型１１４は、三平面で決まる三角
錐となる。その結果、最終的に作られる探針１２４は、
図１９に示されるように、三角錐形状となる。

【００３７】一方、低温による加熱では、シリコン基板
１００は、９００〜１０００℃、好ましくは９５０℃の
温度で加熱される。このような温度では、突起１０４の
部分における酸化シリコン膜は均一のスピードで成長せ
ず、その成長スピードは先端近傍で遅い。このため、こ
のため、酸化されずに残る探針の原型１０８、言い換え
れば、図１０に示される探針の型１１４は、三角錐の錐
面が内側に湾曲した形状となる。言い換えれば、原型１
０８あるいは型１１４は、頂角および曲率半径ともに先
端に向かって尖鋭化される。従って、最終的に作られる
探針１２４は、図２０に示されるように、三角錐が先端
に向かって尖鋭化された形状となり、その先端の曲率半
径は１０ｎｍ以下となる。

【００３８】このように、この第一実施形態の製造方法
によれば、曲率半径が小さく、アスペクト比が高く、耐
磨耗性が高い探針を持つＳＰＭ用カンチレバーが容易か
つ安定に作製できる。このＳＰＭ用カンチレバーは、よ
り分解能の高いＳＰＭ測定をより長く安定して測定を行
なうことを可能にする。

【００３９】具体的には、ＤＣモードにおけるＳＰＭ測
定の高分解能化が行なえ、ＡＣモードにおけるＳＰＭ測
定の測定データの安定化が行なえ、特に、測定時間の短
縮や測定データの安定性を求めるＡＦＭ測定において有
効である。

【００４０】また、本実施形態の作製プロセスは、窒化
シリコンを堆積させることによりレバー部の厚さを決定
しているので、任意の厚さのレバー部を作製できる。つ
まり、高速走査に好適な厚さの薄いカンチレバーを提供
することが可能である。

【００４１】なお、本実施形態において、レバー部の形
状は、図１２のフォトリソグラフィに用いるマスクの形
状により決定されるため、レバー部は、用途に合わせて
三角形や矩形など様々な形状に形成可能である。

【００４２】また、本実施形態では、図１１の工程にお
いて、窒化シリコン膜を堆積させることで探針を作って
いるが、これに代えてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカー
ボン）、アモルファスカーボン、炭化シリコン、窒化チ
タンを始めとするシリコンより硬質な薄膜を堆積させて
探針を作ってもよい。これにより、探針先端の形状安定
性が更に向上され、ＳＰＭ測定の長期安定化が図れる。

【００４３】さらに、本実施形態では、ドライエッチン
グやウエットエッチングをはじめとする手法を用いてシ
リコン基板上に突起を形成し、この突起に基づいて三角
錐形状の探針の原型とその形状に合わせた酸化シリコン
膜の型を形成しているため、最終的に作られる探針はシ
リコン基板上に形成された突起の形状を反映したものと
なる。従って、シリコン基板上に形成可能なあらゆる形
状の突起を反映したあらゆる形状の探針を作製可能であ
る。

【００４４】＜第二の実施の形態＞図２１〜図４１を参
照して本実施形態のＳＰＭ用カンチレバーの作製プロセ
スを説明するスタート基板として、図２１に示される面
方位（１００）のシリコン基板２００を用いる。この基
板２００の表面に対してレジストをコートし、フォトリ
ソグラフィーとエッチングを行ない、続いて酸化処理を
行なうことにより、図２２と図２３に示されるように、
探針２０６を形成するための酸化シリコン膜の壁２０２
を形成する。壁２０２の三角形の突起の延出方向は＜１
１０＞方向に設定される。

【００４５】この基板２００の表面から湿式異方性エッ
チングを行なうことにより、図２４と図２５に示される
ように、三角錐形状の突起２０４を形成する。この三角
錐の形状は、壁２０２の三角形の突起を定める二面とシ
リコンの（１１１）面によって定められる。

【００４６】上述の三角錐形状の突起２０４を形成する
プロセスは、特別なマスクを使用しないで突起２０４を
所定の位置（例えばカンチレバーの自由端部）に自動的
に形成する自己整合プロセスであって、（１１１）面の
結晶面が残留した一点に終端する三角錐形状の突起２０
４を正確かつ確実に得ることができる。

【００４７】次に、酸化シリコン膜の壁２０２を除去し
た後、熱拡散炉などにより、図２６に示されるように、
シリコン基板２００の表面に酸化シリコン膜２０６を形
成する。酸化シリコン膜２０６の形成の際に、突起２０
４の酸化されずに残った部分２０８が、最終的に作られ
る探針の原型となる。つまり、最終的に作られる探針
は、原型２０８の形状を反映したものとなる。

【００４８】上述したシリコン基板２００とは別に、図
２７に示されるシリコン基板２１０を用意する。このシ
リコン基板２１０の表面に、図２８に示されるように、
シリコン基板２０２に形成した探針の原型２０８に合わ
せて穴２１２を形成する。穴２１２は、探針の原型２０
８とこれを覆う酸化シリコン膜２０６からなる突起が全
て入る大きさと形状に作られる。また、穴２１２は、ド
ライエッチングやウエットエッチング等によって形成さ
れる。

【００４９】次に、図２９に示されるように、穴２１２
に探針の原型２０８の部分の突起が入るようにシリコン
基板２００とシリコン基板２１０を陽極接合や直接接合
等により接合する。続いて、シリコン基板２００をウェ
ットエッチングにより除去して、図３０に示されるよう
に、酸化シリコン膜２０６を露出させる。このウェット
エッチングは、ＫＯＨやＴＭＡＨやＥＤＰ等のアルカリ
系の薬品やフッ酸と硝酸の混合液等を用いて行なう。こ
の結果として、シリコン基板２１０上に探針の原型２０
８をかたどった酸化シリコン膜２０６の略三角錐形状の
探針の型２１４が形成される。

【００５０】続いて、図３１に示されるように、酸化シ
リコン膜２０６表面に対してＬＰ−ＣＶＤ等を行なって
窒化シリコン膜２１６を形成する。窒化シリコン膜２１
６は、低ストレスの窒化シリコンで作られる。ここで、
低ストレスの窒化シリコンとは、通常の窒化シリコンは
シリコンと窒素の成分比が３：４であるが、この成分比
に比べてシリコンの含有量が多い窒化シリコンを指す。
このような窒化シリコンは、一般に、シリコンリッチの
窒化シリコンと呼ばれている。

【００５１】図３２に示されるように、窒化シリコン膜
２１６をフォトリソグラフィとドライエッチングあるい
はウェットエッチングにより選択的に除去して探針の型
２１４を露出させる。この工程により、図３３に示され
るように、酸化シリコン膜２０６でかたどられた探針の
型２１４が露出される。図３３では、窒化シリコン膜２
１６に形成する開口の形状は、探針の型２１４に合わせ
て三角形であるが、酸化膜２０６の探針の型２１４が露
出すれば形状であればどのような形状であってもよい。

【００５２】次に、窒化シリコン膜２１６および探針の
型２１４上にシリコンと窒素の成分比が３：４の窒化シ
リコン膜を形成した後、図３４に示されるように、フォ
トリソグラフィとドライエッチングあるいはウェットエ
ッチングにより選択的に除去して探針部２３２を形成す
る。続いて、図３５に示されるように、この探針部２３
２を挟み込むように、窒化シリコン膜２１６と同じ成分
の窒化シリコン膜２３４を形成する。さらに、図３６に
示されるように、フォトリソグラフィとドライエッチン
グあるいはウエットエッチングにより、探針部２３２を
挟み込んだ窒化シリコン膜２１６と２３４をパターニン
グしてレバー基材２１８を形成する。

【００５３】上述した工程とは別に、図３７に示される
ように、支持部となるパイレックスガラス２２０を加工
する。この加工されたパイレックスガラス２２０を、図
３８に示されるように、レバー基材２１８の窒化シリコ
ン膜２３４側に陽極接合により貼り付ける。

【００５４】さらに、図３９に示されるように、パイレ
ックスガラス２２０を加工して支持部２２２を形成す
る。続いて、シリコン基板２１０と酸化シリコン膜２０
６をウェットエッチングにより除去し、図４０に示され
るように、レバー基材２１８の窒化シリコン膜２１６側
を露出させる。これにより、支持部２２２によって片持
ちに支持され、その自由端に略三角錐形状の探針部２３
２を備えた窒化シリコン膜製のレバー部２３６が得られ
る。

【００５５】最後に、図４１に示されるように、レバー
部２３６の上面すなわち探針部２３２の反対側の面に反
射膜２３８を形成する。この反射膜２３８は、光学的変
位検出の精度を上げるために、反射率を高める目的で設
けられる。以上のプロセスにより、本実施形態の窒化シ
リコン製のカンチレバー２４０が作製される。

【００５６】カンチレバー２４０は、支持部２２２によ
って片持ちに支持されたレバー部２３６を有し、このレ
バー部２３６は、主に低ストレスの二枚の窒化シリコン
膜２１６と２３４で作られているため、比較的柔軟性を
持たせることができる。

【００５７】レバー部２３６は、その自由端に略三角錐
形状の探針部２３２を備えており、この探針部２３２
は、シリコンと窒素の成分比が３：４の窒化シリコンで
作られているため、低ストレスの窒化シリコン製の探針
に比べて硬度が高く耐摩耗性に優れている。また、探針
２３２は、略三角錐形状をしており、従って、必ず一点
で終端するため、その先端の曲率半径は小さい。

【００５８】探針部２３２は、二枚の窒化シリコン膜２
１６と２３４に挟み込まれて支持されているので、レバ
ー部２３６に強固に固定されている。

【００５９】本実施形態においても、図２６の工程にお
ける加熱温度を制御することによって、第一実施形態と
同様に、探針部２３２の形状を制御できる。つまり、図
２６の工程で、シリコン基板２００を１０００℃を越え
る温度で加熱することにより、図４２に示されるよう
に、探針部２３２の形状を、三つの平面で形作られる三
角錐形状とすることができる。

【００６０】また、図２６の工程で、シリコン基板２０
０を９００〜１０００℃、好ましくは９５０℃の温度で
加熱することにより、図４３に示されるように、探針部
２３２の形状を、三角錐が先端に向かって尖鋭化された
形状とすることができる。

【００６１】このように、この第二実施形態の製造方法
によれば、曲率半径が小さく、アスペクト比が高く、耐
磨耗性が非常に高い探針を持つＳＰＭ用カンチレバーが
容易かつ安定に作製できる。このＳＰＭ用カンチレバー
は、より分解能の高いＳＰＭ測定をより長く安定して測
定を行なうことを可能にする。

【００６２】具体的には、ＤＣモードにおけるＳＰＭ測
定の高分解能化が行なえ、ＡＣモードにおけるＳＰＭ測
定の測定データの安定化が行なえ、特に、測定時間の短
縮や測定データの安定性を求めるＡＦＭ測定において有
効である。

【００６３】また、本実施形態の作製プロセスは、窒化
シリコン膜を二枚重ねてレバー部を形成しているため、
ＡＣモード用の共振周波数の高いカンチレバーを作製す
ることができる。このため、カンチレバーを振動させる
ＡＣモードＡＦＭ測定等において、探針の破損や摩耗が
少なく、安定したＡＦＭ測定が行なえる。

【００６４】なお、本実施形態において、レバー部の形
状は、図３６のフォトリソグラフィに用いるマスクの形
状により決定されるため、レバー部は、用途に合わせて
三角形や矩形など様々な形状に形成可能である。

【００６５】また、本実施形態では、図３４の工程にお
いて、シリコンと窒素の成分比が３：４の窒化シリコン
で探針部を作っているが、これに代えてＤＬＣ（ダイヤ
モンドライクカーボン）、アモルファスカーボン、炭化
シリコン、窒化チタンを始めとするシリコンより硬質な
薄膜を堆積させて作ってもよい。これにより、探針先端
の形状安定性が更に向上され、ＳＰＭ測定の長期安定化
が図れる。

【００６６】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれ
るすべての実施を含む。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、先端の曲率半径が小さ
く耐磨耗性に優れる探針を備える走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーが提供される。このカンチレバーの探針
は、例えば、シリコンより硬質な窒化シリコンによっ
て、必ず一点で終端する略三角錐形状に作られる。この
ようなカンチレバーの提供により、分解能の高いＳＰＭ
測定を、より長く安定に行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法の最初の工程を説明
するための図であり、最初に用意するスタート基板を示
している。

【図２】図１に続く工程を説明するための図であり、図
１のシリコン基板に酸化シリコンの壁が形成された様子
を示している。

【図３】図２の III-III線に沿った断面を部分的に示し
ている。

【図４】図２に続く工程を説明するための図であり、三
角錐形状の突起が形成された様子を示している。

【図５】図４の IV-IV線に沿った断面を部分的に示して
いる。

【図６】図４に続く工程を説明するための図であり、三
角錐形状の突起を覆う酸化シリコン膜が形成された様子
を示している。

【図７】図１のスタート基板と別に用意されるシリコン
基板を示している。

【図８】図７に続く工程を説明するための図であり、図
７のシリコン基板に穴が形成された様子を示している。

【図９】図６の構造体と図８の構造体が張り合わされた
様子を示している。

【図１０】図９に続く工程を説明するための図であり、
探針の型が形成された様子を示している。

【図１１】図１０に続く工程を説明するための図であ
り、探針の型を覆う窒化シリコン膜が形成された様子を
示している。

【図１２】図１１に続く工程を説明するための図であ
り、レバー基材が形成された様子を示している。

【図１３】図１２の構造体とは別に用意されるパイレッ
クスガラスを示している。

【図１４】図１２の構造体に図１３のパイレックスガラ
スが張り合わされた様子を示している。

【図１５】図１４に続く工程を説明するための図であ
り、支持部が形成された様子を示している。

【図１６】図１５に続く工程を説明するための図であ
り、シリコンが除去された様子を示している。

【図１７】図１６に続く最終工程を説明するための図で
あり、反射膜が形成された完成品であるカンチレバーを
示している。

【図１８】第一の実施の形態による走査型プローブ顕微
鏡用カンチレバーの斜視図である。

【図１９】図６の工程において高温の加熱により形成さ
れた酸化シリコン膜に基づいて作製される探針の斜視図
である。

【図２０】図６の工程において低温の加熱により形成さ
れた酸化シリコン膜に基づいて作製される探針の斜視図
である。

【図２１】本発明の第二の実施の形態による走査型プロ
ーブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法の最初の工程を説
明するための図であり、最初に用意するスタート基板を
示している。

【図２２】図２１に続く工程を説明するための図であ
り、図２１のシリコン基板に酸化シリコンの壁が形成さ
れた様子を示している。

【図２３】図２２の XXIII-XXIII線に沿った断面を部分
的に示している。

【図２４】図２２に続く工程を説明するための図であ
り、三角錐形状の突起が形成された様子を示している。

【図２５】図２４の XXV-XXV線に沿った断面を部分的に
示している。

【図２６】図２４に続く工程を説明するための図であ
り、三角錐形状の突起を覆う酸化シリコン膜が形成され
た様子を示している。

【図２７】図２１のスタート基板と別に用意されるシリ
コン基板を示している。

【図２８】図２７に続く工程を説明するための図であ
り、図２７のシリコン基板に穴が形成された様子を示し
ている。

【図２９】図２６の構造体と図２８の構造体が張り合わ
された様子を示している。

【図３０】図２９に続く工程を説明するための図であ
り、探針の型が形成された様子を示している。

【図３１】図３０に続く工程を説明するための図であ
り、探針の型を覆う窒化シリコン膜が形成された様子を
示している。

【図３２】図３１に続く工程を説明するための図であ
り、窒化シリコン膜に探針の型を露出させる開口が形成
された様子を示している。

【図３３】図３２に示される窒化シリコン膜の開口を介
して露出した探針の型の斜視図である。

【図３４】図３２に続く工程を説明するための図であ
り、探針の型を埋める探針部が形成された様子を示して
いる。

【図３５】図３４に続く工程を説明するための図であ
り、探針部を覆う窒化シリコン膜が形成された様子を示
している。

【図３６】図３５に続く工程を説明するための図であ
り、レバー基材が形成された様子を示している。

【図３７】図３６の構造体とは別に用意されるパイレッ
クスガラスを示している。

【図３８】図３６の構造体に図３７のパイレックスガラ
スが張り合わされた様子を示している。

【図３９】図３８に続く工程を説明するための図であ
り、支持部が形成された様子を示している。

【図４０】図３９に続く工程を説明するための図であ
り、シリコンが除去された様子を示している。

【図４１】図４０に続く最終工程を説明するための図で
あり、反射膜が形成された完成品であるカンチレバーを
示している。

【図４２】図２６の工程において高温の加熱により形成
された酸化シリコン膜に基づいて作製される探針の斜視
図である。

【図４３】図２６の工程において低温の加熱により形成
された酸化シリコン膜に基づいて作製される探針の斜視
図である。

【符号の説明】

１２２ 支持部 １２４ 探針 １２６ レバー部 １３０ カンチレバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA43 CA30 DA01 DA02 DA04 DA05 DB01 DB04 DD02 EA16 EB01 EB05 EB15 EB23 EB27 FA07 GA57 2F069 AA60 DD06 GG01 GG04 GG06 HH05 JJ06 JJ13 JJ25 LL03 LL11 RR09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査型プローブ顕微鏡に用いられるカン
   チレバーであり、支持部と、支持部によって片持ちに支
   持されたレバー部と、その自由端に設けられた探針とを
   有し、探針はシリコンより硬質な材料で作られており、
   略三角錐形状をしている走査型プローブ顕微鏡用カンチ
   レバー。
2. 【請求項２】 前記硬質材料は、窒化シリコン膜、ダイ
   ヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン、炭化
   シリコン、窒化チタンのグループから選択される、請求
   項１に記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
3. 【請求項３】 走査型プローブ顕微鏡に用いられるカン
   チレバーの作製方法であり、 第一の基板に探針の原型となる突起を形成する工程と、 前記突起を覆う第一の膜を形成する工程と、 第二の基板に前記突起が入る穴を形成する工程と、 第一の膜を介して第一の基板と第二の基板を接合する工
   程と、 第一の基板を除去して前記突起の形状が転写された第一
   の膜から成る探針の型を露出させる工程と、 前記型を埋めるシリコンより硬質な材料から成る第二の
   膜を形成する工程と、 第二の膜を成形してレバー基材を形成する工程と、 レバー基材にこれを片持ちに支持する支持部を設ける工
   程と、 第二の基板を除去する工程とを有する、走査型プローブ
   顕微鏡用カンチレバーの作製方法。