JP2001242061A

JP2001242061A - 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001242061A
Application number: JP2000056629A
Authority: JP
Inventors: Michio Takayama; 美知雄高山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】レバー変位検出用レーザー光のけられの少な
い支持部と、膜厚制御性のよいレバー部と、先端の尖鋭
度が高いか若しくは磨耗性の低い探針部を備えた走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法を提供
する。【解決手段】単結晶シリコン製支持部101 と、該支持
部より延びた低応力化した窒化シリコン製レバー部102
と、該レバー部の自由端近傍に設けた探針部103とを有
し、支持部とレバー部とはSi-B-Oガラス層を介して接合
して走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを構成する。
そして、探針部は支持部方向に面する側面が（１１１）
結晶面である四面体状の単結晶シリコン、又は錐体状の
Si₃N₄膜，低応力化した窒化シリコン膜，高融点金属，
ＤＬＣ膜のいずれかで形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、原子間力顕微鏡
などの走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバー及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、原子間力顕微鏡（ＡＦＭと略称さ
れている）などの走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチ
レバーとしては、半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作
製されるカンチレバーが主流となっている。半導体ＩＣ
製造プロセスを用いたＡＦＭカンチレバーとしては、探
針部、レバー部及び支持部の全てがシリコンで一体加工
されたもの、あるいは探針部とレバー部が窒化シリコン
膜、支持部がガラスで形成されたものの二種類に大別さ
れ、それぞれレバー部の材質の特徴及び特性を生かした
用途に使い分けられている。

【０００３】今後のカンチレバーとしては、例えば高速
での生物試料観察用のカンチレバーとしては、レバー部
の共振周波数が高く、バネ定数の小さいものが要求され
ている。これらの要求に応えるためには、レバー部の長
さを数十μｍと短くすると共に、レバー部の厚さを数百
ｎｍに薄くする必要がある。レバー部の厚さを数百ｎｍ
に薄く制御するためには、シリコンを加工して薄膜化す
るよりは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：化学
的気相成長）法等を用いて薄膜を堆積させた方が容易で
ある。したがって、レバー部の材質については、窒化シ
リコン膜が適している。

【０００４】一方、支持部に関しては、一般にガラスは
エッチングによる加工が難しく、壁面が垂直になるダイ
シング法で加工される。したがって、ガラス製の支持部
では、レバー部の長さが短くなるにつれて変位検出用の
レーザー光が支持部壁面でけられやすくなり、正確な変
位検出ができなくなる。これをガラス製のまま回避しよ
うとすると、ガラス加工が複雑になると共に、コストが
かかってしまう。

【０００５】また、シリコン基板で支持部を作製すれ
ば、エッチング法にて結晶面で規定される角度に支持部
を加工することが容易であるため、レバー部の変位を検
出するためのレーザー光のけられが少ない構造とするこ
とができる。したがって、支持部についてはシリコン製
が適している。

【０００６】以上の観点からレバー部を窒化シリコン膜
で、支持部をシリコンで作製したカンチレバーが求めら
れる。このようなカンチレバーの一例としては、特開平
３−２１８９９８号に開示されているように、シンヤア
カミネによって発明された四面体状のシリコン製探針を
持つものがある。

【０００７】次に、図12を参照して、この四面体状シリ
コン製探針を持つＡＦＭカンチレバーの作製方法につい
て説明する。まず、図12の（Ａ）に示すように、面方位
（１００）のＳｉ基板1101の裏面に支持部となるパター
ンを形成し、これをマスクとしてＫＯＨ等を用いた湿式
異方性エッチングを施すことにより、基板1101に薄いシ
リコンメンブレンを形成する。この後、基板両面に低応
力化した窒化シリコン膜1102を形成し、次いで基板表面
にカンチレバー状のレジストパターンを形成し、これを
マスクとしてシリコンメンブレンを貫通するまでＲＩＥ
（Reactive IonEtching）等を用いてエッチングする。
次いで、図12の（Ｂ）に示すように、基板1101を酸化処
理することにより、カンチレバーパターンの側壁にのみ
酸化シリコン膜1103を形成する。

【０００８】続いて、図12の（Ｃ）に示すように、基板
表面の窒化シリコン膜1102を選択的にエッチング除去
し、更に基板表面からＫＯＨ等の湿式異方性エッチング
を施して、シリコンメンブレン裏面に形成した窒化シリ
コン膜1102を露出させる。その結果、窒化シリコン膜か
らなるカンチレバーパターン先端には、四面体状のシリ
コン突起1104が形成される。これは四面体状シリコン突
起1104の底面は窒化シリコン膜で、二つの側面は酸化シ
リコン膜にてマスクされており、残る一面は（１１１）
面が露出することによりエッチングが停止するためであ
る。

【０００９】次に、側壁に残った酸化シリコン膜1103を
エッチング除去し、更に窒化シリコン膜製カンチレバー
部1106の支持部側の面に金等の反射膜を蒸着あるいはス
パッタ法等によって形成することにより、図12（Ｄ）に
示すように、シリコン製の支持部1105に連なる窒化シリ
コン膜製カンチレバー部1106と、その先端に四面体状の
シリコン突起1104からなる探針部を持つＡＦＭカンチレ
バー1107が完成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成のシリコン製支持部と窒化シリコン膜製のレバー部
を持つＡＦＭカンチレバーには、次のような課題があ
る。まず、通常のシリコン製レバー部を持つカンチレバ
ーにおいては、探針部はレバー部を片持ち梁状にする前
に形成しているため、探針部の形成後、酸化処理するこ
とにより探針部先端をより尖鋭化しているが、上記従来
の製造技術によれば、探針部と片持ち梁状レバー部とが
同時に形成されるため、探針部の尖鋭化のための酸化処
理を追加しようとすると、洗浄工程中にレバー部が破損
したり、酸化の熱工程でレバー部が反ってしまう等の問
題が発生してしまう。したがって、探針部の先端はエッ
チング直後の状態であるため、尖鋭度が劣ってしまうと
いう課題がある。

【００１１】更に、探針部は必ずシリコン製となるが、
シリコンは窒化シリコンなどに比べて硬度が低いため、
窒化シリコン製の探針部に比べると、探針部先端が磨耗
しやすく使用寿命が短いという不具合もある。

【００１２】本発明は、従来のカンチレバーにおける上
記問題点を解消するためになされたもので、レバー変位
検出用レーザー光のけられの少ない支持部と、膜厚制御
性のよいレバー部と、先端の尖鋭度が高いか若しくは磨
耗性の低い探針部とを備えた走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバー、並びにそのカンチレバーを容易に作製可能
な製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】各請求項毎の目的を述べると、請求項１に
係る発明は、レバー変位検出用レーザー光のけられが少
なく、レバー部の膜厚制御性がよく、且つ支持部とレバ
ー部との良好な接合が得られる走査型プローブ顕微鏡用
カンチレバーを提供することを目的とする。請求項２に
係る発明は、先端尖鋭度の高い探針部を備えた走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーを提供することを目的とす
る。請求項３に係る発明は、更に先端尖鋭度の高い探針
部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを提供
することを目的とする。請求項４に係る発明は、探針部
の先端尖鋭度を更に向上させることの可能な走査型プロ
ーブ顕微鏡用カンチレバーを提供することを目的とす
る。請求項５に係る発明は、先端尖鋭度を向上させた探
針部を容易に形成できるようし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を目的とする。請求項６
に係る発明は、先端部の磨耗の少ない探針部を備えた走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを提供することを目
的とする。請求項７に係る発明は、請求項１〜５のいず
れか１項に係る構成の走査型プローブ顕微鏡用カンチレ
バーを容易に製造することが可能な製造方法を提供する
ことを目的とする。請求項８に係る発明は、請求項１又
は６に係る構成の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
を容易に製造することが可能な製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、単結晶シリコン製支持部よ
り延びた低応力化した窒化シリコン膜製レバー部の自由
端近傍に探針部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーにおいて、前記支持部と前記レバー部とが、その
間にSi-B-Oガラス層を挟んで接合されていることを特徴
とするものである。

【００１５】このように支持部を単結晶シリコンで構成
しているので、レバー変位検出用レーザー光のけられを
少なくすることができ、またレバー部を低応力化した窒
化シリコン膜で形成しているので、レバー部の膜厚を薄
く形成する制御性を向上させることができ、更に支持部
とレバー部とをSi-B-Oガラス層で接合しているので、単
結晶シリコン製の支持部と窒化シリコン膜製のレバー部
の良好な接合が得られる。

【００１６】請求項２に係る発明は、請求項１に係る走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記探針
部は、前記支持部方向に面する側面が（１１１）結晶面
である四面体状の単結晶シリコンからなることを特徴と
するものである。このように構成することにより、結晶
面によるエッチングレートの違いを利用して、安定して
先端の尖った形状の探針部を容易に得ることが可能とな
る。

【００１７】請求項３に係る発明は、請求項２に係る走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記探針
部は、前記レバー部と接する底面が（１００）面から所
定の角度傾いていることを特徴とするものである。この
ようにレバー部と接する探針部底面を（１００）面から
傾けることにより、（１１１）面とレバー部の面とのな
す角度を、単結晶シリコンにおける（１００）面と（１
１１）面とのなす角度約55°より大きくし、探針部先端
の項角を小さくして尖鋭度を高めることができる。

【００１８】請求項４に係る発明は、請求項２又は３に
係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前
記探針部は、（１１１）結晶面にて形成される側面が、
他の側面より低抵抗であることを特徴とするものであ
る。このように（１１１）結晶面で形成される側面を他
の側面より低抵抗に形成することにより、酸化速度を大
きくして探針部の先端を容易に尖鋭化することが可能と
なる。

【００１９】請求項５に係る発明は、請求項４に係る走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記探針
部の低抵抗面は、拡散層で形成されていることを特徴と
するものである。このように低抵抗面を拡散層で形成す
ることにより、低抵抗面を容易に構成することができ、
先端を尖鋭化した探針部を容易に形成することができ
る。

【００２０】請求項６に係る発明は、請求項１に係る走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記探針
部は、錐体状の Si₃N₄膜，低応力化した窒化シリコン
膜，高融点金属，ＤＬＣ膜のいずれかで構成されている
ことを特徴とするものである。このように探針部の構成
材料として、単結晶シリコンに比べて硬度が高い材質を
用いているため、先端の磨耗しにくい探針部を備えた走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを実現することがで
きる。

【００２１】請求項７に係る発明は、単結晶シリコン製
支持部より延びた低応力化した窒化シリコン膜製レバー
部の自由端近傍に探針部を備えた走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーの製造方法において、第１のシリコン基
板に低応力化した窒化シリコン膜を成膜する工程と、第
１のシリコン基板の窒化シリコン膜を成膜した面を、Si
-B-O層を挟んで第２のシリコン基板上に重ね、熱処理す
ることにより第１及び第２のシリコン基板を接合する工
程と、第１のシリコン基板に探針部を形成する工程と、
窒化シリコン膜をレバー部に加工する工程と、第２のシ
リコン基板に支持部を形成する工程と、レバー部の支持
部側の面に反射膜を形成する工程とを少なくとも含むこ
とを特徴とするものである。このような製造方法を用い
ることにより、上記請求項１〜５のいずれか１項に係る
構成の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを容易に製
造することが可能となる。

【００２２】請求項８に係る発明は、単結晶シリコン製
支持部より延びた低応力化した窒化シリコン膜製レバー
部の自由端近傍に探針部を備えた走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーの製造方法において、第１のシリコン基
板に低応力化した窒化シリコン膜を成膜する工程と、第
１のシリコン基板の窒化シリコン膜を成膜した面に探針
部の型となる錐体状の溝を形成する工程と、この錐体状
溝を形成した面上に Si₃N₄膜，低応力化した窒化シリコ
ン膜，高融点金属膜，ＤＬＣ膜のいずれかを形成する工
程と、前記 Si₃N₄膜，低応力化した窒化シリコン膜，高
融点金属膜，ＤＬＣ膜のいずれかを前記錐体状溝上及び
その周囲にのみ残す工程と、前記低応力化した窒化シリ
コン膜をレバー部に加工する工程と、前記窒化シリコン
膜からなるレバー部を形成した第１のシリコン基板の面
上にSi-B-O層を成膜する工程と、Si-B-O層を挟んで第１
のシリコン基板に第２のシリコン基板を重ね、熱処理す
ることにより接合する工程と、第２のシリコン基板に支
持部を形成する工程と、第１のシリコン基板をエッチン
グ除去する工程と、レバー部の支持部側の面に反射膜を
形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とするもの
である。このような製造方法を用いることにより、上記
請求項１又は６に係る構成の走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを容易に製造することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】〔第１の実施の形態〕次に、実施
の形態について説明する。まず、本発明に係る走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーの第１の実施の形態を図１
に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る走査
型プローブ顕微鏡用カンチレバーの全体像を示す斜視図
である。図１において、101 は面方位（１００）の単結
晶シリコンウェハーを湿式異方性エッチングにより加工
して作製した支持部である。102 はレバー部で低応力化
した窒化シリコン膜で形成されている。103 は単結晶シ
リコン製の探針部で四面体形状をしており、その底面は
（１００）結晶面であり、支持部方向に面する側面は
（１１１）結晶面で形成されている。104 はSi-B-Oガラ
ス層であり、このガラス層を接着層として支持部101 と
レバー部102 が接合されている。

【００２４】次に、図１に示した本実施の形態に係る走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法を、図２
〜図４に示す製造工程図に基づいて説明する。まず図２
の（Ａ）に示すように、面方位（１００）の第１の単結
晶シリコン基板201 と、同じく面方位（１００）の第２
の単結晶シリコン基板202 の２枚を準備し、そのうちの
１枚である第１の単結晶シリコン基板201 の底面に低応
力化した窒化シリコン膜203 を成膜する。この窒化シリ
コン膜203 はレバー部を形成するため、その成膜厚みは
所望のレバー厚みに設定する。

【００２５】次に、図２の（Ｂ）に示すように、前述し
た単結晶シリコン基板のうちの１枚である例えば第２の
単結晶シリコン基板202 上にSi-B-O微粒子を堆積させた
後、第１の単結晶シリコン基板201 を、窒化シリコン膜
203 を重ね合わせ面として重ね合わせ、例えば1280℃の
高温熱処理により２枚の基板を貼り合わせる。この熱処
理後Si-B-O微粒子はSi-B-Oガラス層204 となる。なお、
Si-B-O微粒子は２枚の基板のうちどちらに堆積させても
構わない。そして接合後、２枚の基板のうち窒化シリコ
ン膜203 を成膜した第１の単結晶シリコン基板201 を研
磨し、所定の厚さのシリコン層205 を窒化シリコン膜20
3 上に残す。このシリコン層205 の厚みは、例えば25μ
ｍである。このようにSi-B-Oガラス層204 を介すること
により、窒化シリコン膜203 が成膜された第１の単結晶
シリコン基板201 と第２の単結晶シリコン基板202 の接
合を容易に行うことができる。

【００２６】次に、図２の（Ｃ）に示すように、シリコ
ン層205 をＲＩＥ法等により垂直に加工し、パターン20
6 を形成する。加工パターン206 は図に示すように、三
角形状の突起をもっており、この三角形の頂点が加工後
探針部となる。

【００２７】次に、図２の（Ｄ）に示すように、パター
ン206 を一旦酸化処理した後、ＲＩＥ法により酸化膜を
エッチングすることにより、パターン206 の側壁部にの
み酸化シリコン膜207 を形成する。

【００２８】次に、ＴＭＡＨやＫＯＨのようなアルカリ
水溶液にてエッチング処理すると、パターン206 の側壁
部は酸化シリコン膜207 で保護されているため、アルカ
リ水溶液でのエッチングはパターン206 の表面からのみ
進行する。またアルカリ水溶液のエッチングにおいて
は、シリコンの（１１１）面のエッチングレートが（１
００）面のエッチングレートに比べ著しく低いため、
（１１１）面が表出したところでエッチングが停止す
る。したがって、パターン206 の三角形部においては、
酸化シリコン膜207 で保護された側面と、（１１１）面
が表出することによりエッチング停止した面で形成され
た四面体状突起が形成される。更にこの後、酸化シリコ
ン膜207 を剥離することにより、図３の（Ａ）に示すよ
うに、四面体状の先端が尖ったシリコン製探針部208 が
窒化シリコン膜203 上に形成できる。

【００２９】次に、図３の（Ｂ）に示すように、シリコ
ン製探針部208 の表面を熱酸化処理することにより、探
針部表面に酸化シリコン膜209 を形成する。このとき、
酸化温度を例えば 950℃程度の、酸化シリコン膜のガラ
ス転移温度よりも低い温度に設定して処理すれば、探針
最先端部の酸化速度は探針下方部に比べ低下する。その
結果、探針先端部はエッチング直後よりも尖鋭化され
る。その後、窒化シリコン膜203 をＲＩＥ法等により加
工し、レバーパターン210 を形成する。

【００３０】次に、図３の（Ｃ）に示すように、第２の
単結晶シリコン基板202 に支持部を形成するための酸化
シリコン製マスクパターン211 を形成する。

【００３１】次に、図４の（Ａ）に示すように、ＴＭＡ
ＨやＫＯＨのようなアルカリ水溶液にて、第２の単結晶
シリコン基板202 をエッチング処理して、支持部212 を
形成する。

【００３２】次に、図４の（Ｂ）に示すように、露出し
ている酸化シリコン膜209 ，211 やSi-B-Oガラス層204
を弗化水素酸水溶液にて除去して、探針部208 を備えた
レバー部213 を形成し、最後に図４の（Ｃ）に示すよう
に、レバー部213 の支持部側の面に、例えばＡｕ等の反
射膜214 を真空蒸着法等により成膜することにより、本
実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
215 が完成する。

【００３３】このような製造方法により、膜厚制御性の
よい窒化シリコン膜製のレバー部と、レーザー光のけら
れが少ないシリコン製の支持部を持つ走査型プローブ顕
微鏡用カンチレバーを容易に形成することが可能とな
る。

【００３４】〔第２の実施の形態〕次に、第２の実施の
形態について説明する。第１の実施の形態では、シリコ
ン層を四面体状に加工して探針部を形成していたが、本
実施の形態においては、錐体状突起で探針部を形成する
ように構成する。この錐体状突起の材質としては、Si₃N
₄膜，低応力化した窒化シリコン膜，チタン等の高融点
金属，ＤＬＣ（Diamond Like Carbon ）膜等が用いられ
る。これは単結晶シリコンに比べて硬度が高い材質を用
いることにより、単結晶シリコン製探針部より磨耗しに
くい探針部が得られるからである。

【００３５】第２の実施の形態に係わる走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーの全体構造を図５に示す。図５に
おいて、301 は面方位（１００）の単結晶シリコンウェ
ハーを湿式異方性エッチングにより加工して作製した支
持部である。302 はレバー部で、例えば低応力化した窒
化シリコン膜で形成される。303 は探針部で、例えばSi
₃N₄膜製であり、錐体形状をなしている。304 はSi-B-O
ガラス層であり、この層を接着層として支持部301 とレ
バー部302 が接合されている。

【００３６】次に、本実施の形態に係る走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーの製造方法を、図６及び図７に示
した製造工程の断面図に基づいて説明する。まず図６の
（Ａ）に示すように、第１のシリコン基板401 の表面上
にレバー部の材質となる、例えば低応力化した窒化シリ
コン膜402 を形成し、更に探針部の型となる錐体状の溝
403 を第１のシリコン基板401 に堀り込む。また第１の
シリコン基板401 の裏面にはパターン合わせ用のマーク
404 を形成する。

【００３７】次に、図６の（Ｂ）に示すように、探針部
を形成する膜として Si₃N₄膜，低応力化した窒化シリコ
ン膜，チタン等の高融点金属，ＤＬＣ膜等の探針部形成
膜を第１のシリコン基板401 上に形成し、探針部の型と
なる溝403 及びその付近にのみ残して探針部405 を形成
し、低応力化した窒化シリコン膜402 をレバーパターン
406 状に加工する。

【００３８】次に、図６の（Ｃ）に示すように、第１の
シリコン基板401 上にSi-B-O微粒子層407 を堆積する。
次に、図６の（Ｄ）に示すように、第２のシリコン基板
408を第１のシリコン基板401 上にSi-B-O微粒子層407
を介して重ね、熱処理することにより、第１のシリコン
基板401 と第２のシリコン基板408 を接合する。この
際、Si-B-O微粒子層407 は、Si-B-Oガラス層409 に変成
する。

【００３９】次に、図７の（Ａ）に示すように、第２の
シリコン基板408 上に、第１のシリコン基板401 裏面に
形成したマーク404 を目安として、支持部を形成するパ
ターン410 を、例えば酸化シリコン膜で形成する。

【００４０】次に、図７の（Ｂ）に示すように、ＴＭＡ
ＨやＫＯＨのようなアルカリ水溶液にてエッチング処理
することにより、第２のシリコン基板408 を加工して支
持部411 を形成すると共に、第１のシリコン基板401 を
除去する。

【００４１】次に、図７の（Ｃ）に示すように、露出し
ている酸化シリコン膜410 やSi-B-Oガラス層409 を、弗
化水素酸水溶液にて除去し、探針部405 を備えたレバー
部412 を形成する。

【００４２】最後に、図７の（Ｄ）に示すように、レバ
ー部412 の支持部411 側の面に、例えばＡｕ等の反射膜
413 を真空蒸着法等により成膜することにより、本実施
の形態に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー414
を完成する。

【００４３】このような製造方法により、先端の磨耗が
少ない探針部と、レーザー光のけられが少ないシリコン
製の支持部を持つ走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
を、容易に形成することが可能となる。

【００４４】〔第３の実施の形態〕次に、第３の実施の
形態について説明する。第１の実施の形態における四面
体状のシリコン製探針部のレバー面に接する底面は、
（１００）結晶面にて形成されるが、本実施の形態にお
いては、（１００）面より５°から15°の範囲で、所定
の角度傾いた結晶面になるよう構成される。

【００４５】第１の実施の形態において説明したよう
に、その製造方法によれば、四面体の支持部方向に面す
る側面は（１１１）結晶面で形成される。図８の
（Ａ），（Ｂ）は四面体状探針部501 を横方向から示し
た図であるが、図８の（Ａ）に示すように、レバー部50
2 に接する底面が（１００）結晶面であれば、（１１
１）結晶面と底面とのなす角度は約55°であり、したが
って探針部501 の先端頂角は約35°となる。

【００４６】一方、図８の（Ｂ）に示すように、レバー
部502 に接する探針部501 の底面が（１００）から例え
ば10°傾いた結晶面であれば、（１１１）結晶面と底面
のなす角度は約65°であり、したがって探針部501 の先
端頂角は約25°となる。このように、レバー部502 に接
する探針部501 の底面と（１１１）面とがなす角度が55
°より大きくなれば、その分探針部501 の先端部におい
て、レバー部502 の面の法線方向と（１１１）面からな
る側面とのなす角度は小さくなる。したがって、探針部
先端の頂角が小さくなるため、より尖鋭度が高い探針部
を容易に作製可能となる。

【００４７】以上のように、底面となる（１００）面を
傾けることにより、探針部先端頂角を安定して小さくで
きるため、先端尖鋭度をより鋭くすることが可能とな
る。ここで（１００）面を傾ける角度は５°から15°が
望ましい。それは、傾け角度が５°よりも小さければあ
まり意味がないし、15°以上傾けたシリコン基板は入手
が困難だからである。

【００４８】本実施の形態の走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバー製造方法は、第１の実施の形態で説明した製
造方法において、レバー部の材料である低応力化した窒
化シリコン膜を成膜するシリコン基板として、（１０
０）結晶面から所定の角度傾いた結晶面を持つシリコン
基板を使用することにより達成される。

【００４９】このような構成にすることにより、より尖
鋭度が高い探針部と、膜厚制御性のよい窒化シリコン膜
製のレバー部と、レーザー光のけられが少ないシリコン
製の支持部を持つ走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
を、容易に形成することが可能となる。

【００５０】〔第４の実施の形態〕次に、第４の実施の
形態について説明する。本実施の形態においては、第１
の実施の形態で説明した走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーにおいて、四面体状製探針部の（１１１）結晶面
で形成される側面を、他の側面よりも抵抗率が低くなる
よう構成したものである。

【００５１】次に、本実施の形態の走査型プローブ顕微
鏡用カンチレバーの製造方法を、図９〜図11に示す製造
工程図に基づいて説明する。この製造工程においては、
図９の（Ａ）に示す工程から図９の（Ｄ）に示す工程ま
では、第１の実施の形態で説明した走査型プローブ顕微
鏡用カンチレバーの製造工程と全く同様である。なお、
第１の実施の形態の製造工程を示す図２における 200台
の番号を付した部分と同一の部分には、 600台の対応す
る番号を付して示している。

【００５２】次に、図９の（Ｄ）に示す状態において、
第１の実施の形態と同様にＴＭＡＨやＫＯＨのようなア
ルカリ水溶液にてエッチング処理すると、図10の（Ａ）
に示すように、窒化シリコン膜603 上に四面体状の先端
の尖ったシリコン製探針部608 と、パターン606 の側壁
部に形成した酸化シリコン膜607 とを有する形態とな
る。

【００５３】次に、図10の（Ｂ）に示すように、イオン
注入法等により例えばリン，ヒ素，ボロン等の拡散層を
探針部608 に形成する。ここで拡散層を形成することに
より、不純物濃度が高くなって抵抗率が低くなる。この
際、（１１１）面以外の探針部608 の側面は酸化シリコ
ン膜607 で覆われているため、不純物層は（１１１）結
晶面からなる側面の表面層にのみ形成され、他の面には
形成されない。

【００５４】次に、図10の（Ｃ）に示すように、探針部
608 を熱酸化処理して酸化シリコン膜609 を形成する。
これにより、（１１１）結晶面からなる側面は不純物拡
散層を形成していない他の側面よりも酸化が進むため、
結果的に探針の尖鋭度が更に高まる。これは単結晶シリ
コンの酸化速度は抵抗率に依存し、抵抗率が低いほど酸
化速度が大きいためである。このように探針部608 をな
す側面のうち、特定面の酸化速度を大きくすれば、探針
形状形成後、酸化処理により探針部先端の尖鋭度を更に
向上させることができる。

【００５５】これ以降は、図10の（Ｄ）〜図11の（Ｃ）
に示すように、図３の（Ｄ）〜図４の（Ｃ）に示した第
１の実施の形態の製造方法と全く同様の工程を経て、本
実施の形態の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーが完
成する。なお、図10の（Ｄ）〜図11の（Ｃ）において
も、図３の（Ｄ）〜図４の（Ｄ）において 200台の符号
で示した部分と同一の部分には、 600台の対応する符号
を付して示している。

【００５６】このような製造方法により、更に尖鋭度を
高めた探針部と、膜厚制御性のよい窒化シリコン膜製の
レバー部と、レーザー光のけられが少ないシリコン製の
支持部を持つ走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを容
易に形成することが可能となる。

【００５７】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項１に係る発明によれば、レバー変位検出用レ
ーザー光のけられが少ない支持部と膜厚が薄く制御しや
すいレバー部を持ち、且つ支持部とレバー部との良好な
接合が得られる走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを
実現することができる。また請求項２に係る発明によれ
ば、探針部を支持部方向に面する側面が（１１１）結晶
面である四面体状の単結晶シリコンで構成しているの
で、先端尖鋭度の高い探針部を形成することができる。
また請求項３に係る発明によれば、探針部をレバー部と
接する底面が（１００）面から傾くように構成している
ので、一層先端尖鋭度の高い探針部を形成することがで
きる。また請求項４に係る発明によれば、（１１１）結
晶面で形成される側面が他の側面より低抵抗になるよう
にして探針部を形成しているので、探針部の先端尖鋭度
を容易に向上させることができる。また請求項５に係る
発明によれば、低抵抗面を拡散層で形成するようにして
いるので、探針部の先端尖鋭度を向上させるための低抵
抗面を容易に形成することができる。また請求項６に係
る発明によれば、先端部の磨耗の少ない探針部を容易に
実現することができる。また請求項７に係る発明によれ
ば、請求項１〜５のいずれか１項に係る構成の走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーを容易に製造することがで
きる。また請求項８に係る発明によれば、請求項１又は
６に係る構成の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを
容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレ
バーの第１の実施の形態の全体構造を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示した第１の実施の形態に係る走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーの製造工程を示す図であ
る。

【図３】図２に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。

【図４】図３に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。

【図５】第２の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーの全体構造を示す斜視図である。

【図６】図５に示した第２の実施の形態に係る走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーの製造工程を示す図であ
る。

【図７】図６に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。

【図８】第３の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーの探針部の構成を示す説明図である。

【図９】第４の実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーの製造工程を示す図である。

【図10】図９に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。

【図11】図10に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。

【図12】従来のＡＦＭカンチレバーの製造工程を示す図
である。

【符号の説明】

101 支持部 102 レバー部 103 探針部 104 Si-B-Oガラス層 201 第１のシリコン基板 202 第２のシリコン基板 203 窒化シリコン膜 204 Si-B-Oガラス層 205 シリコン層 206 加工パターン 207 酸化シリコン膜 208 シリコン製探針部 209 酸化シリコン膜 210 レバーパターン 211 酸化シリコン製マスクパターン 212 支持部 213 レバー部 214 反射膜 215 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー 301 支持部 302 レバー部 303 探針部 304 Si-B-Oガラス層 401 第１のシリコン基板 402 窒化シリコン膜 403 錐体状の溝 404 パターン合わせ用マーク 405 探針部 406 レバーパターン 407 Si-B-O微粒子層 408 第２のシリコン基板 409 Si-B-Oガラス層 410 支持部形成用パターン 411 支持部 412 レバー部 413 反射膜 414 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー 501 探針部 502 レバー部 601 第１のシリコン基板 602 第２のシリコン基板 603 窒化シリコン膜 604 Si-B-Oガラス層 605 シリコン層 606 加工パターン 607 酸化シリコン膜 608 シリコン製探針部 609 酸化シリコン膜 610 レバーパターン 611 酸化シリコン製マスクパターン 612 支持部 613 レバー部 614 反射膜 615 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶シリコン製支持部より延びた低応
力化した窒化シリコン膜製レバー部の自由端近傍に探針
部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおい
て、前記支持部と前記レバー部とが、その間にSi-B-Oガ
ラス層を挟んで接合されていることを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項２】前記探針部は、前記支持部方向に面する
側面が（１１１）結晶面である四面体状の単結晶シリコ
ンからなることを特徴とする請求項１に係る走査型プロ
ーブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項３】前記探針部は、前記レバー部と接する底
面が（１００）面から所定の角度傾いていることを特徴
とする請求項２に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレ
バー。
【請求項４】前記探針部は、（１１１）結晶面にて形
成される側面が、他の側面より低抵抗であることを特徴
とする請求項２又は３に係る走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバー。
【請求項５】前記探針部の低抵抗面は、拡散層で形成
されていることを特徴とする請求項４に係る走査型プロ
ーブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項６】前記探針部は、錐体状の Si₃N₄膜，低応
力化した窒化シリコン膜，高融点金属，ＤＬＣ膜のいず
れかで構成されていることを特徴とする請求項１に係る
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項７】単結晶シリコン製支持部より延びた低応
力化した窒化シリコン膜製レバー部の自由端近傍に探針
部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造
方法において、第１のシリコン基板に低応力化した窒化
シリコン膜を成膜する工程と、第１のシリコン基板の窒
化シリコン膜を成膜した面を、Si-B-O層を挟んで第２の
シリコン基板上に重ね、熱処理することにより第１及び
第２のシリコン基板を接合する工程と、第１のシリコン
基板に探針部を形成する工程と、窒化シリコン膜をレバ
ー部に加工する工程と、第２のシリコン基板に支持部を
形成する工程と、レバー部の支持部側の面に反射膜を形
成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法。
【請求項８】単結晶シリコン製支持部より延びた低応
力化した窒化シリコン膜製レバー部の自由端近傍に探針
部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造
方法において、第１のシリコン基板に低応力化した窒化
シリコン膜を成膜する工程と、第１のシリコン基板の窒
化シリコン膜を成膜した面に探針部の型となる錐体状の
溝を形成する工程と、この錐体状溝を形成した面上に S
i₃N₄膜，低応力化した窒化シリコン膜，高融点金属膜，
ＤＬＣ膜のいずれかを形成する工程と、前記 Si₃N₄膜，
低応力化した窒化シリコン膜，高融点金属膜，ＤＬＣ膜
のいずれかを前記錐体状溝上及びその周囲にのみ残す工
程と、前記低応力化した窒化シリコン膜をレバー部に加
工する工程と、前記窒化シリコン膜からなるレバー部を
形成した第１のシリコン基板の面上にSi-B-O層を成膜す
る工程と、Si-B-O層を挟んで第１のシリコン基板に第２
のシリコン基板を重ね、熱処理することにより接合する
工程と、第２のシリコン基板に支持部を形成する工程
と、第１のシリコン基板をエッチング除去する工程と、
レバー部の支持部側の面に反射膜を形成する工程とを少
なくとも含むことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用
カンチレバーの製造方法。