JP2002310883A

JP2002310883A - 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー

Info

Publication number: JP2002310883A
Application number: JP2001119174A
Authority: JP
Inventors: Koichi Shiotani; 浩一塩谷; Masashi Kitazawa; 正志北澤; Kenji Sato; 健志佐藤; Akitoshi Toda; 明敏戸田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP4257044B2; US20020152804A1; US6694805B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軽くて剛性のある探針部をもち、位置合わせ
が容易であって安定して高い分解能での測定の可能な走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを提供する。【解決手段】支持部と、該支持部より伸びたレバー部
１と、該レバー部の自由端に設けた探針部２とを備えて
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、探針部
を、前記レバー部の自由端に形成したＶ字状切れ込みの
異なる二辺３，４をそれぞれ一辺とした２つの三角形状
の薄板５，６を形成し、該薄板を対向させてそれぞれの
他の一辺を交えた構造に構成する。

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
（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope ）などの走査型プ
ローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）
に用い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）は、原
子オーダーの測定分解能を有し、試料表面の凹凸形状の
計測などに利用される装置であって広く普及している。
ＳＰＭは、探針・試料間に生じるトンネル電流や原子間
力等の物理量を検出することにより、この測定量が一定
となるように探針と試料の間を所定の距離に保持しなが
ら、両者を相対的にＸＹ方向に走査し、試料表面の微細
形状の測定を行うものであり、これらの測定には、先端
に探針部を備えたカンチレバーが用いられている。

【０００３】特開平１−２６２４０３号公報には、この
ような用途のカンチレバーについて開示がなされてい
る。図12の（Ａ）〜（Ｃ）は、該公報に開示されている
カンチレバーの主要部を示す斜視図である。図におい
て、101 ，103 及び105 はレバー部、102 ，104 及び10
6 は探針部である。図12の（Ａ）及び（Ｂ）に示すカン
チレバーは、レバー部101 及び103 の自由端近傍に、そ
れぞれ四角錐状の探針部102 及び円錐状の探針部104 を
有している。これらはいずれも、探針部102 ，104はレ
バー部101 ，103 の自由端には形成されず、自由端近傍
に形成されている。一方、図12の（Ｃ）に示すカンチレ
バーは、レバー部105 の自由端に平面形状の探針部106
を有している。

【０００４】また、上記公報には、レバー部及び探針部
の構成材料として、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
を用いた実施例が開示されている。図12の（Ａ）に示す
四角錐状の探針部102 をもつカンチレバーの製造法とし
ては、シリコン基板に溝を形成し、レバー部及び探針部
となるシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を、シリコン
基板及び溝部分に形成した後、ガラスからなる支持部を
レバー部固定端後方部分と接合すると共に、シリコン基
板をエッチングにより除去して製造する手法が示されて
いる。この方法は、いわゆるマイクロキャスト法と呼ば
れる方法である。

【０００５】また、図12の（Ｄ）には、シリコンのエッ
チング加工により探針部を形成したカンチレバーの代表
例として、米国特許第5,021,364 号に開示されているカ
ンチレバーを示す。図12の（Ｄ）に示すように、レバー
部107 の自由端に探針部108が形成されているが、この
探針部108 は薄膜ではなく、シリコンのブロック片で形
成されたバルク状探針部が設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のカンチレバーには、次のような課題がある。まず、
図12の（Ａ）及び（Ｂ）に示したもののように、レバー
部101 ，103 の自由端先端に、探針部102 ，104 が形成
されていない構成のカンチレバーでは、探針部がレバー
部分に覆われているため、カンチレバー上方からは探針
部が隠れた状態となり、見えない状態になっている。し
たがって、これらのカンチレバーをＳＰＭで用いる場合
には、試料と探針部の位置合わせ用の光学顕微鏡から、
探針先端部と測定対象物の測定箇所を同時に観察するこ
とができず、ＳＰＭ装置にカンチレバーをセットしたと
きに、測定箇所のマイクロメータレベルの位置合わせが
困難になる。

【０００７】また探針位置が確認できないため、必ずし
も最初から試料上の所望の部位の測定を開始できず、測
定位置を少しづつずらして操作を行うため、その所望の
部位を測定するまでに時間がかかり、結果として測定が
終了するまでに長い時間を必要とする。あるいはまた、
位置合わせの走査中にゴミなどが付着したり、試料との
磨耗で探針部が太くなり、分解能を低下させてしまうこ
とがある。

【０００８】その点、図12の（Ｃ）及び（Ｄ）に示すよ
うなカンチレバーは、探針部がレバー部の自由端先端に
あり、探針部を試料の注目する部位に近づけることが容
易である。すなわち使い易い。しかしながら、いずれの
構成のものも改善すべき課題をかかえている。すなわ
ち、図12の（Ｃ）に示したカンチレバーでは、探針先端
の尖鋭度がフォトリソグラフィーの分解能で頭打ちにな
るので、高分解能のＳＰＭ測定にとって大切な、尖った
探針先端を実現することが難しい。具体的には、探針先
端の曲率半径を50nm以下にするのは容易ではない。ま
た、探針部が三角形の平板状であるため探針部は剛性に
欠け、試料と探針部との間に大きな力をかけると、レバ
ー部分だけでなく探針部を構成する三角形の平板が変形
し、測定が不安定になる。カンチレバーを振動させなが
ら行うＳＰＭの測定法で、このようなカンチレバーを使
うと、基本周波数の比較的近くの周波数域に、別の振動
モードによるピークが出て、測定が不安定になったり感
度が落ちたりする。

【０００９】また、図12の（Ｄ）に示したカンチレバー
では、探針部108 がシリコンからなるバルク探針部であ
り、図12の（Ａ）〜（Ｃ）に示した他のカンチレバーと
比較すると、同じ探針高さとしたときに、探針部が重く
なる。これは、カンチレバーの長さが短く共振周波数の
高いカンチレバーを作製するときに、障害になる。すな
わち、先端が重い構造となって、共振周波数の高いカン
チレバーの設計が難しくなる。

【００１０】また、ＳＰＭ測定では高分解能測定を行う
ために、カンチレバーの探針部には極めて尖った先端を
有していることが求められるが、この点に関して、図12
の（Ａ）に示した四角錐状の探針部102 は、その構造の
原理上、その先端を一点に終端させるのが難しく、探針
部の尖鋭度について課題を抱えている。これは、四角錐
では４つの稜線が探針先端に向かってのびており、４本
の線分は理論的には一点では交わらないためである。ま
た、図12の（Ｂ）に示した円錐状の探針部についても、
四角錐状探針部が多角錐状探針部となったものが円錐状
探針部であると見なすと、上記と同様の理由で、一点に
終端した探針部を作るのはなかなか難しい。

【００１１】更に、当初ＳＰＭは、結晶試料の表面や堆
積した薄膜の表面を観察するために使用されていたが、
近年はＳＰＭにより、例えば100nm から数μｍのより大
きな凹凸をもった試料（例えば半導体ＩＣデバイス）の
表面形状をも測定したいというニーズが高まり、探針先
端だけでなく探針先端からレバー側に離れた位置での探
針部の太さも、より細いものが要望されるようになって
いる。つまりアスペクト比が高い探針部が求められてい
るが、従来のカンチレバーでは実現が困難であった。

【００１２】本発明は、上記課題を解消するためになさ
れたもので、ＳＰＭ測定（走査）を行う前に、試料上の
注目する部位に探針部を位置合わせすることが容易であ
って、高い分解能でのＳＰＭ測定が可能であり、更には
高速走査測定にも適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。

【００１３】また、ＳＰＭ測定（走査）を行う前に、試
料上の注目する部位への探針部の位置合わせを容易にし
た結果として、探針部の磨耗や異物の付着による探針部
の形状変化を低減し、安定してあるいはより長い時間に
わたって安定して高い分解能での測定を可能とする走査
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。更にまた、構造として安定して尖った探針先端
形状を得られる構造であって、アスペクト比の高い探針
部を有す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。更にまた、探針部の剛性が高く
安定して動作す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。更にまた、低共振周波数
から高共振周波数にわたって適用が可能な探針部構造を
有す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。更にまた、高共振周波数を有するも
のについては、高速走査測定を可能とする長さの短い走
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
的とするものである。

【００１４】また、請求項毎の目的を述べると、次の通
りである。すなわち、請求項１に係る発明は、探針部の
位置合わせが容易で、共振周波数の低下が少なく安定し
て高い分解能での測定を可能とす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、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、アスペクト比の高い探針部を
提供することを目的とする。請求項３に係る発明は、請
求項１又は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、アスペクト比が高く、更に位置合わせの容
易な探針部を提供することを目的とする。請求項４〜６
に係る発明は、請求項１〜３に係る走査型プローブ顕微
鏡用カンチレバーにおいて、探針部を形成する薄板の具
体的な形状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１〜６に係る走査型プローブ顕微鏡用
カンチレバーにおいて、製造方法が容易となる構成を提
供することを目的とする。請求項８に係る発明は、請求
項７に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおい
て、導電性を備えている構成を提供することを目的とす
る。請求項９に係る発明は、請求項１〜６に係る走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、設計の幅を広
げることの可能な構成を提供することを目的とする。請
求項10に係る発明は、請求項１〜９に係る走査型プロー
ブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、探針部及びレバー部
の特性を容易に変えることの可能な構成を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、支持部と、該支持部より延
びたレバー部と、該レバー部の自由端に設けた探針部と
を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおい
て、前記探針部は、前記レバー部自由端に形成されたＶ
字状の切れ込みの異なる辺をそれぞれ一辺とした２つの
薄板を対向させ交わった形状で構成されていることを特
徴とするものである。このような構成とすることによ
り、軽くて剛性のある探針部が得られ、探針部の位置合
わせが容易で、且つ共振周波数の低下が少なく安定して
高い分解能での測定を可能とす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。

【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
部を構成する２つの薄板は、それぞれ対向している側に
反って湾曲していることを特徴とするものである。この
ような構成とすることにより、軽くて剛性があり、且つ
先端が安定して尖ったアスペクト比の高い探針部を提供
することができる。

【００１７】請求項３に係る発明は、請求項１又は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
記探針部の頂頭部が、前記レバー部の自由端位置もしく
は前記レバー部の自由端より突出した位置に配設される
ように構成されていることを特徴とするものである。こ
のような構成とすることにより、軽くて剛性があり、且
つ先端が安定して尖ってアスペクト比が高く、更に位置
合わせがより容易な探針部を提供することができる。

【００１８】請求項４に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
において、前記探針部を構成する２つの薄板は、三角形
状であることを特徴とするものであり、また請求項５に
係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記探針部を
構成する２つの薄板は、四角形状であることを特徴とす
るものであり、また請求項６に係る発明は、請求項１〜
３のいずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーにおいて、前記探針部を構成する２つの薄板は、
扇形状であることを特徴とするものである。このような
構成とすることにより、探針部の剛性を確保したまま軽
量化が図られ、共振周波数の低下を抑えることが可能な
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。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項１〜６のい
ずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
において、前記探針部と前記レバー部は、同一部材で一
体に形成されていることを特徴とするものである。この
ような構成とすることにより、容易な製造工程で製作す
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
提供することができる。

【００２０】請求項８に係る発明は、請求項７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
部とレバー部とを一体に形成する部材は、導電性膜であ
ることを特徴とするものである。このような構成とする
ことにより、導電性を有するレバー部と探針部とを備え
た走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを実現すること
ができる。

【００２１】請求項９に係る発明は、請求項１〜６のい
ずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
において、前記探針部と前記レバー部は、異なる部材で
形成されていることを特徴とするものである。このよう
な構成とすることにより、探針部の剛性とレバー部のバ
ネ定数、共振周波数等の設計範囲を容易に広げることが
可能になる。

【００２２】請求項10に係る発明は、請求項１〜９のい
ずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
において、前記探針部と前記レバー部の表面に、前記探
針部及び前記レバー部の構成部材とは異なる部材の膜が
形成されていることを特徴とするものである。このよう
な構成とすることにより、探針部及びレバー部の硬度を
調整したり、導電性を付加したりすることが可能にな
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。まず、本発明の第１の実施の形態について
説明する。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の実施の形態のレバー部と探針部の全体の
構造を図１に示す。図２の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）
に、図１に示したカンチレバーをそれぞれＡ方向（上面
図）、Ｂ方向（側面図）及びＣ方向（正面図）からみた
構造を示す。図３には下面からみた拡大斜視図を示す。
なお、ここではカンチレバーの支持部は省略して示して
いる。この実施の形態で示すように本発明においては、
レバー部１の自由端側に探針部２が形成されている。こ
こで探針部２は、レバー部１の自由端側に形成されたＶ
字状の切れ込みの異なる二辺３及び４をそれぞれ一辺と
し、他の一辺を共通にする三角形の２つの薄板５及び６
からなり、探針部２の頂頭部７はレバー自由端に位置す
るように構成されている。すなわち、三角錐の底面及び
１つの側面がない形状の探針部２が、レバー部１の先端
に形成されていることになる。

【００２４】レバー自由端すなわち先端部は、両角部を
切り落とした形状となっている。これは、レバー先端部
には探針部２が存在し、カンチレバーの振れを検出する
光を反射する部分として用いることができないため、不
要な部分を切り落とした形状となっている。これにより
レバー先端まわりの質量が軽減され、且つ探針部が実質
的に占有する空間の体積が小さい探針部が形成されるこ
とによって、試料とレバー部との間の媒質（空気や水）
による振動のダンピングも低減されるので、共振周波数
の低下が少なく、応答性のよいレバー先端部の形状とな
っている。

【００２５】一例として、レバー部１の長さは 100μ
ｍ，幅は30μｍ，厚さは1500Å，探針部２の高さは７μ
ｍ程度で形成されている。また探針先端の曲率半径は、
上記のような薄いレバー部であっても、20nm程度であ
る。レバー部１及び探針部２はシリコン窒化膜から構成
されているが、これに限定されるものではない。また、
上記のカンチレバー寸法は一例であって、これに限定さ
れるものではない。

【００２６】次に、上記実施の形態で示したカンチレバ
ーの製造工程の例を図４の（Ａ）〜（Ｇ）に基づいて説
明する。なお、図４の（Ａ）〜（Ｆ）は全て断面部分の
形状を示している。まず、通常の〈０１１〉方向にある
ＯＦ（Orientation Flat）ではなく、〈０１１〉方向か
ら45°傾けた方向にＯＦを有する（１００）面のシリコ
ンウェーハを用意し、該シリコンウェーハからなるシリ
コン基板８に所望のマスクを用いて、ＫＯＨ（水酸化カ
リウム），ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウ
ム）などのアルカリ水溶液で異方性エッチングを行い、
図４の（Ａ）に示すような探針部形成用溝９をシリコン
基板８の一面に複数個形成する。溝９は４つのシリコン
の（１１１）面で囲まれた逆ピラミッド型となる。

【００２７】次に、図４の（Ｂ）に示すように、溝９の
表面にシリコン酸化膜10を形成し、尖鋭化酸化処理を行
う。このときの熱酸化温度は 950℃以下が望ましい。こ
れは、シリコン酸化膜のガラス転移以下の温度で熱酸化
処理することにより、溝頂部のシリコン酸化膜厚が薄膜
化し、結果的にシリコン酸化膜10を設けた溝９の凹頂部
を尖鋭化させることができるからである。

【００２８】次に、図４の（Ｃ）に示すように、溝９内
部以外のシリコン酸化膜10を取り去り、溝９内のみにシ
リコン酸化膜11を残す。その上に、レバー部及び探針部
となるシリコン窒化膜12を、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressu
re Chemical Vapor Deposition）等により堆積させる。

【００２９】次に、図４の（Ｄ）に示すように、レバー
部及び探針部を形成するために、レジスト13をパターニ
ングする。ここでは、探針部先端は溝９の中心よりレバ
ー側に位置するように、レジスト13のパターニングを行
う。このレジスト13のパターニングの様子をウェーハ上
面から見ると、図４の（Ｇ）に示すようになる。すなわ
ち、溝９の斜辺の中間部分にレバー部先端が配置される
ようにパターニングが行われる。なお、シリコンウェー
ハ上のレバー部形成用のレジストパターンは、探針部を
形成するために作製した溝９の数に対応して複数個形成
される。

【００３０】次に、図４の（Ｅ）に示すように、ドライ
エッチングを行ってレバー部14ａ及び探針部14ｂからな
るカンチレバー14を形成する。ここで、ドライエッチン
グはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が適しているが、
これに限定されることなく、例えばＩＣＰ−ＲＩＥ（In
ductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching ）を
用いてもよい。このようにして探針部14ｂを形成するこ
とにより、探針部先端は必ず１点に終端される。

【００３１】次に、図４の（Ｆ）に示すように、レバー
部（固定端延長上）14ａに接合層15を介してガラスから
なる支持部16を接合すると共に、シリコン基板８並びに
溝内のシリコン酸化膜11をエッチングにより除去するこ
とにより、カンチレバー14が完成する。ここで、接合層
15としてはシリコン酸化膜が適している。また、支持部
16としてはガラスを用いたものを示したが、これに限定
されることなく、シリコン等を接合してもかまわない。

【００３２】上記一連の製造プロセスは、複数個のカン
チレバーが一括して作製されるので、いわゆるバッチフ
ァブリケーションによるカンチレバー作製方法であっ
て、低コストでカンチレバーを製造することができる。

【００３３】本実施の形態のカンチレバーでは、探針部
がレバー自由端にあり、光学顕微鏡が組み合わされたＳ
ＰＭ装置に取り付けて使用することによって、測定（走
査）を行う際、試料上の注目する部位に短時間で探針部
を位置合わせすることが容易になり、測定時間の短縮化
を図ることかできる。また、探針部先端は、３つの稜線
が交わって形成されており、原理的に尖りやすい構造で
あり、安定して鋭い探針部先端が実現できる。したがっ
て、この構成のカンチレバーを用いれば、高い分解能で
のＳＰＭ測定が可能となる。また、探針部は２つの薄板
がもたれかかり合った構造となっているので、三次元の
構造体として十分な剛性を有している。

【００３４】それに加え、探針部の重量が小さいので、
バネ定数が小さく且つ高い共振周波数用の短いカンチレ
バーに応用することができ、重量の重い探針部をレバー
先端に形成した場合と比べ、より高い共振周波数のカン
チレバーとすることが可能になる。例えば、高速走査Ｓ
ＰＭ測定に使うカンチレバーとか、低振動ノイズの柔ら
かく長さの短いカンチレバーなどを構成するときに、本
実施の形態の構成は有効である。

【００３５】なお、本実施の形態では、レバー部及び探
針部の材料として絶縁性のシリコン窒化膜を用いたもの
を示したが、これに限定されることなく、シリコン窒化
膜以外の膜を用いてもよい。例えば、導電性を有するＤ
ＬＣ（Diamond Like Carbon）を用いてもよい。このよ
うにレバー部及び探針部に導電性を付加することによ
り、ＳＣＭ（Scanning Capacitance Microscope ）のカ
ンチレバーとしても使用可能になり、またレバー部の静
電気の帯電も防止することができ、静電気の帯電による
測定試料とレバー部の悪影響も低減できることになり、
測定精度を向上させることができる。

【００３６】また、本実施の形態では、探針部を構成す
る薄板は三角形とし、探針頂頭部の位置はレバー自由端
位置としたものを示したが、図５〜図７に示すような形
態にすることも可能である。すなわち、図５の（Ａ），
（Ｂ）には探針部を構成する薄板を四角形薄板18とした
ものを示し、図６の（Ａ），（Ｂ）には薄板を変形の三
角形薄板19としたものを示し、図７の（Ａ），（Ｂ）に
は薄板を扇形薄板20としたものを示しており、更に各探
針部の探針頂頭部の位置を、レバー自由端から突出した
位置としたものである。このような構造とするとによ
り、位置合わせの精度が更に向上するものと考えられ
る。更に上記図５〜図７に示した変形例においては、探
針頂頭部の位置をレバー自由端から固定端方向に移動さ
せた位置にした構成としてもかまわない。このような形
状にすると、探針部を構成する薄板がより小さくて済む
ため、探針部の質量を低減させる効果が得られる。

【００３７】更に、本実施の形態では、レバー自由端の
両角部を切り落とした形状としたものを示したが、これ
に限定されることなく、図８の（Ａ）に示すように角部
をそのまま残した長方形角部21をもつレバー自由端、あ
るいは図８の（Ｂ）に示すように角部に曲率Ｒをもた
せ、丸みを帯びた角部22をもつレバー自由端でも良いこ
とは勿論である。レバー自由端を長方形形状にすれば、
製法が容易になると共に、角部に曲率Ｒをもたせれば、
角部を切り落とした形状と同様な効果が得られる。

【００３８】更に、本実施の形態に関する製造方法にお
いては、通常の方向よりＯＦを45°傾けたウェーハを用
いて説明したが、通常のＯＦを有するウェーハを用い
て、レバー部及び探針部の形成時にフォトマスクを45°
傾けてフォトリソグラフィを行うことも可能である。ま
た、レバー部をＬＰ−ＣＶＤ等を用いて堆積する方法に
すると、シリコン等をエッチングしてレバー部を形成す
る手法に比べ、薄膜レバー部が容易に安定に作製できる
副次的効果も得られる。

【００３９】次に、第２の実施の形態について、図９を
参照しながら説明する。図９に示すように、本実施の形
態に係るカンチレバーにおいては、探針部を構成する薄
板24が図示のように内側に反って湾曲した構成となって
いる。これにより、探針部頂角が探針部先端に向けて小
さくなり、第１の実施の形態のものに比べ探針部先端の
アスペクト比が向上する。その他の構成は、第１の実施
の形態とほぼ同じである。

【００４０】この第２の実施の形態に係るカンチレバー
の製造方法は、第１の実施の形態に関する製造方法とほ
ぼ同じであるが、図４の（Ｂ）に示す工程において、尖
鋭化酸化処理を十分長く行えばよい。このように第２の
実施の形態によれば、アスペクト比が向上するため、凸
凹の大きな試料を測定するときに有効となる。

【００４１】次に、第３の実施の形態について、図10の
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照しながら説明する。図10
の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、26，28，29及び30
はシリコン炭化膜からなるレバー部、27はシリコン窒化
膜からなる探針部で、上記第１あるいは第２の実施の形
態で説明したと同様な形状を有しているが、上記のよう
に、両者はそれぞれ異なる部材で別体に形成されてい
る。図10の（Ａ）及び（Ｂ）に示す構造のものは、レバ
ー部26及び28と探針部27は片面のみで接合されている。
この構造では、探針部27がレバー部片面のみでの保持と
なるので、接合剛性はそれほど強くはない。一方、図10
の（Ｃ）に示す構造では、探針部27を２枚のレバー部29
及び30の自由端部で挟み込むようにして接合している。
この場合は、探針部27をレバー部で両面保持できるた
め、接合剛性はより強固となる。ここで、レバー部と探
針部は、ＬＰ−ＣＶＤ等で形成されている。

【００４２】このように、レバー部と探針部を異なる部
材で形成することにより、カンチレバーの設計の幅が広
がる。例えば、探針部に高い硬度を有する材料を、レバ
ー部に低い硬度を有するカンチレバーを用いれば、探針
部の磨耗を防ぐことができると共に、バネ定数の低い柔
らかいカンチレバーを作製することができる。バネ定数
の低い柔らかいカンチレバーでは、破壊されやすい柔ら
かな試料も測定できる。その他の例としては、蛍光観察
とＳＰＭを同時に行う場合、シリコン窒化膜は材料自体
が発光してしまい、測定精度が低下する可能性もある。
そのような場合、探針部のみをポリシリコンで形成し、
レバーをシリコン窒化膜等で形成することが望ましい。

【００４３】また、本実施の形態では、レバー部にシリ
コン炭化膜、探針部にシリコン窒化膜を用いたものを示
したが、これに限定されることなく、レバー部、探針部
それぞれにポリシリコン，シリコン炭化膜，シリコン窒
化膜，ＤＬＣ等を適宜組み合わせて用いてもよい。更
に、図10の（Ｃ）に示す構造に関しては、探針部を挟み
込む２枚のレバー部について同一部材を用いたものを示
したが、上下のレバー部で異なる部材を用いてもよいこ
とは勿論である。このとき、レバー部の材質としては、
熱膨脹率がほぼ等しい材質が望ましい。このような構造
とすることにより、レバー部の反りを低減することがで
きるようになる。更に探針部の先端の向きと反対側に配
置されるレバー形成膜に反射率の大きな材料を用いれ
ば、測定時のＳ／Ｎ比が向上し、より高精度な測定が可
能になる。

【００４４】また、図10の（Ｃ）に示す構造において、
２枚のレバー部として、故意に膨脹率が異なる膜を用い
れば、反ったカンチレバーを作製することができ、側壁
等の測定に適用することが可能になる。

【００４５】次に、第４の実施の形態について、図11を
参照しながら説明する。図11において、31，32はシリコ
ン窒化膜からなる探針部及びレバー部、33は探針部31及
びレバー部32の表面に形成されている例えば導電性を有
するコーティング膜，例えばＰt （白金）膜であり、ス
パッタリング、蒸着などにより形成されている。このよ
うに、絶縁体であるシリコン窒化膜からなるカンチレバ
ーの探針部31及びレバー部32を導電性を有するコーティ
ング膜33でコーティングすることにより、カンチレバー
に導電性を付加することができる。

【００４６】ここで、カンチレバーの材質はシリコン窒
化膜に限定されず、シリコン炭化膜などでもよい。また
コーティング膜も導電性膜の代わりに、探針部の磨耗を
しにくくする場合には、硬度が高い材料などでコーティ
ング膜を形成しても構わない。例えば、コーティング膜
としてＤＬＣを用いれば、導電性を付加でき、更に探針
部の磨耗が生じにくいカンチレバーを構成することも可
能である。

【００４７】この第４の実施の形態の構成を、上記第
１，第２，第３のいずれかの実施の形態で説明したカン
チレバーに合わせて適用することが可能である。また、
この第４の実施の形態ではコーティング膜を有するカン
チレバーを、コーティング膜を含めて２層構造に限定し
た説明をしたが、カンチレバーを３層以上の構成にする
ことも、勿論可能である。例えば、シリコン窒化膜の上
にＡu を蒸着する場合、中間層としてＣr 等を用いても
よい。また、磁性薄膜をコーティングすることにより、
磁気力顕微鏡（Magnetic force Microscopy,ＭＦＭ）の
カンチレバーとしても使用できる。この場合、磁性薄膜
は例えばニッケルをスパッタリッグ又は蒸着して形成す
る。

【００４８】

【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、軽くて剛性のある探
針部が得られ、位置合わせが容易で安定して高い分解能
での測定を可能とす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、軽くて剛性があると共に、よりアスペクト比
の高い探針部を得ることができる。また請求項３に係る
発明によれば、位置合わせがより容易な探針部を有する
カンチレバーを実現することができる。また請求項４〜
６に係る発明によれば、剛性を確保したまま軽量化を図
った簡単な構成の探針部を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、容易な製造工程で製作す
ることの可能なカンチレバーを提供することができる。
また請求項８に係る発明によれば、導電性を有するレバ
ー部と探針部を備えたカンチレバーを提供することがで
きる。また請求項９に係る発明によれば、探針部の剛性
やレバー部のバネ定数などの設計範囲を容易に広げるこ
との可能なカンチレバーを提供することができる。また
請求項10に係る発明によれば、探針部及びレバー部の特
性を容易に変えることを可能にしたカンチレバーを提供
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の実施の形態の支持部を除いた全体構成を示
す斜視図である。

【図２】図１に示した実施の形態の主要部の上面図、側
面図及び正面図である。

【図３】図１に示した実施の形態の探針部の拡大斜視図
である。

【図４】図１に示した第１の実施の形態の製造工程の一
例を示す図である。

【図５】第１の実施の形態の探針部の変形例を示す上面
図及び側面図である。

【図６】第１の実施の形態の探針部の他の変形例を示す
上面図及び側面図である。

【図７】第１の実施の形態の探針部の更に他の変形例を
示す上面図及び側面図である。

【図８】第１の実施の形態のレバー部の自由端の変形例
を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態の探針部を示す斜視
図である。

【図10】本発明の第３の実施の形態の断面部分を示す図
である。

【図11】本発明の第４の実施の形態を示す正面図であ
る。

【図12】従来のカンチレバーの構成例の主要部を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１レバー部２探針部３，４Ｖ字状切れ込み辺５，６探針部構成の薄板７探針部頂頭部８シリコン基板９探針部形成用溝 10 シリコン酸化膜 11 溝内シリコン酸化膜 12 シリコン窒化膜 13 レバー形状にパターニングされたレジスト 14 カンチレバー 14ａレバー部 14ｂ探針部 15 接合層 16 支持部 17 レバー部 18 四角形薄板 19 変形三角形薄板 20 扇形薄板 21 長方形角部 22 丸みを帯びた角部 24 探針部構成湾曲薄板 26，28，29，30 レバー部 27 探針部 31 探針部 32 レバー部 33 コーティング膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤健志東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者戸田明敏東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部と、該支持部より延びたレバー部
と、該レバー部の自由端に設けた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において、前記探針部
は、前記レバー部自由端に形成されたＶ字状の切れ込み
の異なる辺をそれぞれ一辺とした２つの薄板を対向させ
交わった形状で構成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】前記探針部を構成する２つの薄板は、そ
れぞれ対向している側に反って湾曲していることを特徴
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３】前記探針部の頂頭部が、前記レバー部の
自由端位置もしくは前記レバー部の自由端より突出した
位置に配設されるように構成されていることを特徴とす
る請求項１又は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】前記探針部を構成する２つの薄板は、三
角形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項５】前記探針部を構成する２つの薄板は、四
角形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項６】前記探針部を構成する２つの薄板は、扇
形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項７】前記探針部と前記レバー部は、同一部材
で一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜６
のいずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレ
バー。
【請求項８】前記探針部とレバー部とを一体に形成す
る部材は、導電性膜であることを特徴とする請求項７に
係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。
【請求項９】前記探針部と前記レバー部は、異なる部
材で形成されていることを特徴とする請求項１〜６のい
ずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバ
ー。
【請求項10】前記探針部と前記レバー部の表面に、前
記探針部及び前記レバー部の構成部材とは異なる部材の
膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のい
ずれか１項に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバ
ー。