JPH08262040A

JPH08262040A - Ａｆｍカンチレバー

Info

Publication number: JPH08262040A
Application number: JP8447895A
Authority: JP
Inventors: Michio Takayama; 美知雄高山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】四面体状のシリコン探針部をもつＡＦＭカン
チレバーにおいて、片持ち梁と探針部とのなす最低角度
を任意に設定することを可能にする。【構成】シリコン又は低応力化した窒化シリコンから
なる片持ち梁102 と、シリコン又はガラス等からなる片
持ち梁支持部103 と、片持ち梁102 の自由端に支持部10
3 とは反対側に設けた四面体状探針部101 とからなるＡ
ＦＭカンチレバー100 において、前記探針部101 を単結
晶シリコンで構成し、且つ片持ち梁102 と接する底面は
（１００）面から任意角度傾けて切り出された結晶面で
形成し、他の側面のうち１つを（１１１）面で形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、原子間力顕微鏡に用
いるＡＦＭカンチレバーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、導電性試料を原子サイズオーダー
の分解能で観察できる装置として、走査トンネル顕微鏡
（Scanning Tunneling Microscope : 以下ＳＴＭと略称
する）がBinnigとRohrerらにより発明されてから、原子
オーダーの表面凹凸を観察できる顕微鏡として各方面で
の利用が進んでいる。しかしＳＴＭでは、観察できる試
料は導電性のものに限られている。

【０００３】そこで、ＳＴＭにおけるサーボ技術を始め
とする要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し難か
った絶縁性の試料を原子サイズオーダーの精度で観察す
ることのできる顕微鏡として、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）が提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−
１３０３０２号（特許出願人：ＩＢＭ，発明者：Ｇ．ビ
ニッヒ，発明の名称：サンプル表面の像を形成する方法
及び装置）に開示されている。

【０００４】ＡＦＭの構造はＳＴＭに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。ＡＦ
Ｍでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つ片持ち
梁（カンチレバー）を、試料に対向して近接させ、探針
の先端の原子と試料原子との間に働く相互作用力により
変位する片持ち梁の動きを、電気的あるいは光学的にと
らえて測定しつつ、試料をＸＹ方向に走査し、片持ち梁
の探針部と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原子サイズオーダーで３次元
的にとらえることができるようになっている。

【０００５】そして、上述したようなＡＦＭ等における
走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーとして、T.R.Al
brechtらが半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作製する
ことのできる酸化シリコン膜製のカンチレバーを提案し
て以来〔Thomas R. Albrechtand Calvin F. Quate : At
omic resolution imaging of a nonconductor Atomforc
e Microscopy, J. Appl. Phy. 62(1987) 2599参照〕、
ミクロンオーダーの高精度で優れた再現性をもって作製
することが可能になっている。またこのようなカンチレ
バーは、バッチプロセスによって作製することができ、
低コスト化が実現されている。したがって現在では、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。

【０００６】このような半導体ＩＣ製造プロセスを応用
して作製したカンチレバーには、例えば S.Akamineらに
よって提案された四面体状のシリコン製探針を持つもの
がある〔S.Akamine, R.C.Barrett and C.F.Quate : Imp
roved atomic force microscope images using microca
ntilevers with sharp tips, Appl.Phy.Lett.57(1990)3
16参照〕。

【０００７】次に、図11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11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
（Reactiv Ion Etching ）等を用いてエッチングする。

【０００８】次いで、図11の（Ｂ）に示すように、基板
1101を950 ℃以下で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膜1103を形成する。続い
て、図11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。最後に、側壁に残った酸
化シリコン膜1103をエッチング除去することにより、図
11の（Ｄ）に示すように、シリコン製の支持部1105に連
なる窒化シリコン製片持ち梁1106と、その先端に四面体
状のシリコン製探針1104を持つ窒化シリコン膜製カンチ
レバー1107が得られる。

【０００９】このような製法による四面体状のシリコン
探針1104を持つＡＦＭカンチレバー1107において、片持
ち梁1106と探針1104のなす一番小さな角度は、探針1104
の（１１１）面にて構成される探針面と片持ち梁1106の
なす角度となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般のＡＦＭ測定にお
いて、カンチレバーの探針は片持ち梁上にできるだけ急
峻な角度を持って形成されていることが望ましい。これ
は深い溝等を測定する場合に、探針が試料と接しないよ
うにするためである。

【００１１】また一方、最近ではカンチレバー上にフォ
トダイオードを形成して光信号を検出可能とすることに
より、ＡＦＭとＳＮＯＭ（Scanning Nearfield Optical
Microscope ）の同時測定を行えるＡＦＭカンチレバー
も開発されている〔S.Akamine,山田啓文，福沢健二，桑
野博善：ＳＮＯＭ用光検出カンチレバーの開発，第55回
応用物理学会学術講演会講演予稿集，No.2 P457 参
照〕。このような場合、探針部にセンサを形成できれ
ば、感度が向上すると考えられるが、その場合は前述し
たのとは逆に、探針が片持ち梁上に緩やかな角度で形成
されていた方が、作製が容易となる。

【００１２】しかしながら、先に説明した四面体状のシ
リコン探針を持つＡＦＭカンチレバーにおいて、片持ち
梁に接する探針底面は（１００）の結晶面にて構成され
るため、片持ち梁と探針のなす最低角度は、シリコン結
晶における（１００）面と（１１１）面とのなす角度、
すなわち約55度に規定されてしまう。

【００１３】本発明は、従来のＡＦＭ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、請求
項１記載の発明は、四面体状のシリコン探針部を持つＡ
ＦＭカンチレバーにおいて、片持ち梁と探針部のなす最
低角度を任意に設定することが可能なＡＦＭカンチレバ
ーを提供することを目的とする。請求項２記載の発明
は、非接触のＡＦＭ測定に適した厚い片持ち梁を形成す
ることが容易なＡＦＭカンチレバーを提供することを目
的とする。請求項３記載の発明は、特殊な装置を要せ
ず、基板片面からの加工で形成可能な非接触のＡＦＭ測
定に適したＡＦＭカンチレバーを提供することを目的と
する。請求項４記載の発明は、接触式ＡＦＭ測定に適し
た薄い片持ち梁を形成することが容易なＡＦＭカンチレ
バーを提供することを目的とする。請求項５記載の発明
は、特殊な装置を要せず、基板片面からの加工で形成可
能な接触式ＡＦＭ測定に適したＡＦＭカンチレバーを提
供することを目的とする。請求項６記載の発明は、ＡＦ
Ｍ装置の小型化や他のＳＰＭ測定との同時計測を可能と
するＡＦＭカンチレバーを提供することを目的とする。
請求項７記載の発明は、上記請求項６記載の発明におい
て特にＡＦＭ装置の小型化等に有効なＡＦＭカンチレバ
ーを提供することを目的とする。請求項８記載の発明
は、上記請求項６記載の発明において特にＳＮＯＭとの
同時測定を可能とするＡＦＭカンチレバーを提供するこ
とを目的とする。請求項９記載の発明は、探針部と片持
ち梁とのなす角度を多段に変化可能とし、更に自由に探
針形状を設定可能としたＡＦＭカンチレバーを提供する
ことを目的とする。請求項10記載の発明は、片持ち梁の
厚みを再現よく作製することを容易としたＡＦＭカンチ
レバー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及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、片持ち梁と、片持
ち梁支持部と、前記片持ち梁の自由端であって、該片持
ち梁に対して前記支持部と反対側である裏面に設けた四
面体状探針部とからなるＡＦＭカンチレバーにおいて、
前記四面体状探針部は単結晶シリコンからなり、前記片
持ち梁と接する四面体状探針底面は（１００）面から任
意角度傾けて切り出された結晶面であり、他の側面のう
ち一つは（１１１）面で構成するものである。

【００１５】このように、片持ち梁と接している四面体
状シリコン探針の底面を、（１００）面から任意の角度
傾いた結晶面となるように構成しているので、片持ち梁
と探針部のなす最低角度、すなわち（１１１）面からな
る探針面と片持ち梁とのなす角度を任意に設定すること
が可能となる。したがって、安定して鋭い先端を得るこ
とができる四面体状単結晶シリコン探針部における探針
部全体のアスペクト比を更に向上させたり、探針部上へ
センサを容易に形成することが可能となる。

【００１６】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
のＡＦＭカンチレバーにおいて、片持ち梁及び片持ち梁
支持部とも単結晶シリコンで構成するものである。これ
により、非接触モードでのＡＦＭ測定に適した厚くて堅
い片持ち梁を有するＡＦＭカンチレバーを実現すること
ができる。

【００１７】また請求項３記載の発明は、請求項１記載
のＡＦＭカンチレバーにおいて、片持ち梁支持部をガラ
ス材で構成し、片持ち梁を単結晶シリコンで構成するも
のである。これにより、特殊な装置を要せず、表面から
の加工のみで非接触モードのＡＦＭ測定に適したＡＦＭ
カンチレバーを実現することができる。

【００１８】また請求項４記載の発明は、請求項１記載
のＡＦＭカンチレバーにおいて、片持ち梁支持部を単結
晶シリコンで構成し、片持ち梁を窒化シリコン膜で構成
するものである。これにより、接触モードのＡＦＭ測定
に適した薄くて柔らかな片持ち梁を有するＡＦＭカンチ
レバーを実現することができる。

【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１記載のＡ
ＦＭカンチレバーにおいて、片持ち梁支持部をガラス材
で構成し、片持ち梁を窒化シリコン膜で構成するもので
ある。これにより、特殊な装置を要せず、表面からの加
工のみで接触モードのＡＦＭ測定に適したＡＦＭカンチ
レバーを実現することができる。

【００２０】また請求項６記載の発明は、請求項１〜３
のいずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、
探針部もしくは片持ち梁上に半導体センサを形成するも
のである。これにより、ＡＦＭ装置全体の構成の小型化
や、他のＳＰＭ測定と同時測定を可能とするＡＦＭカン
チレバーを実現することができる。

【００２１】また請求項７記載の発明は、請求項６記載
のＡＦＭカンチレバーにおいて、半導体センサとしてピ
エゾ抵抗からなる変位センサを設けるものである。これ
により、特に高真空中等でのＡＦＭ測定に有効なＡＦＭ
カンチレバーを実現することができる。

【００２２】また請求項８記載の発明は、請求項６記載
のＡＦＭカンチレバーにおいて、半導体センサとしてフ
ォトダイオードからなる光センサを設けるものである。
これにより、特にＡＦＭとＳＮＯＭの同時測定を可能と
するＡＦＭカンチレバーを実現することができる。

【００２３】また請求項９記載の発明は、請求項１〜８
のいずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、
探針部の（１１１）面で構成する側壁を、該側壁と片持
ち梁とのなす角度が多段状に異なるように構成するもの
である。これにより、探針部と片持ち梁とのなす角度を
多段に変化可能とし、自由に探針部形状を設定可能とし
た、例えば折れにくい形状に設定可能なＡＦＭカンチレ
バーを実現することができる。

【００２４】また請求項10記載の発明は、請求項１又は
２記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、片持ち梁の表面
を（１１１）面で構成するものである。これにより、片
持ち梁の厚みを再現よく均一に作製することが容易なＡ
ＦＭカンチレバーを実現することができる。

【００２５】

【実施例】

（第１実施例）次に実施例について説明する。図１は本
発明に係るＡＦＭカンチレバーの第１実施例の構成を示
す図で、図１の（Ａ）はその横断面図、図１の（Ｂ）は
その斜視図である。この実施例のＡＦＭカンチレバー10
0 は、探針部101 ，片持ち梁102 ，支持部103 とで構成
されている。探針部101 は単結晶シリコンからなり、四
面体形状をしている。また、この四面体状の探針部側面
のうち、符号111 で示した側面はシリコン単結晶中の
（１１１）結晶面を持つ。四面体状探針部101 の他の２
側面は片持ち梁102 に対してほぼ垂直に立ち上がってい
る。したがって、探針部101 の側面と片持ち梁102 のな
す最小角度は、上記探針部101 の側面111 と片持ち梁10
2 のなす角αとなる。

【００２６】先に従来例として説明した、S.Akamine ら
の発明した四面体状シリコン探針を持つＡＦＭカンチレ
バーにおいては、この角αは、シリコン単結晶中で（１
１１）面と（１００）面とがなす角、すなわち約55度に
規定されているが、本発明に係るＡＦＭカンチレバーに
おいては、この角αを任意の角度に設定可能としてい
る。そして、これを可能とするため、四面体状探針部10
1 の底面101aすなわち片持ち梁102 と接している面は、
シリコン単結晶中の（１００）面から（α−55度）の絶
対値分、傾けて切り出した面となっている。例えば、角
αを約65度に設定したい場合には、探針部底面101aは
（１００）面から15度傾いた面となる。一方、片持ち梁
102 の形成部材としては、シリコン又は低応力化した窒
化シリコンが適している。そして、支持部103 にはシリ
コン，ガラス等を用いることができる。

【００２７】次に、このような構成のＡＦＭカンチレバ
ーの第１実施例の製造方法として、片持ち梁，支持部共
にシリコンで形成するものについて、図２の（Ａ）〜
（Ｄ）に示す製造工程図に基づいて説明する。まずスタ
ート基板として、図２の（Ａ）に示すように、面方位
（１００）のシリコンウェーハ211 の表面に酸化シリコ
ン膜212 を形成した後、例えばｎ型の面方位が（１０
０）から指定角度傾いたシリコンウェーハ213 を貼り合
わせたもの、いわゆる貼り合わせＳＯＩ（Silicon OnIn
sulator）基板を使用する。ここで、シリコンウェーハ2
13 は片持ち梁と探針部を形成するものであり、その厚
さは必要とする特性に合わせて設定される。例えば、そ
の厚さは20μｍ程度である。

【００２８】次に、図２の（Ｂ）に示すように、上記基
板裏面に支持部を形成するためのマスクパターン204
を、酸化シリコンあるいは窒化シリコン等で形成する。
その後、図３に示すようなＶ字状突出部301 を有するマ
スク302 を使用して片持ち梁形成用のフォトレジストパ
ターンを基板表面に形成した後、ＲＩＥ等を用いて酸化
シリコン膜212 が露出するまで、シリコンウェーハ213
をエッチングすることにより、先端がＶ字状の片持ち梁
パターン205 を形成し、更にこの片持ち梁パターン205
の側壁にのみ酸化シリコン膜206 を形成する。この側壁
にのみ酸化シリコン膜206 を形成する方法としては、例
えば片持ち梁パターン205 の表面全面を酸化処理後、Ｒ
ＩＥにより表面の酸化シリコン膜をエッチングすれば良
い。あるいは従来例と同様に、あらかじめ片持ち梁パタ
ーン表面に窒化シリコン膜を形成しておき、酸化処理後
に表面の窒化シリコン膜を除去しても良い。なお側面を
酸化処理する時、酸化温度は950 ℃以下が望ましい。こ
れは探針部先端を、より鋭利にするためである。

【００２９】次に、図２の（Ｃ）に示すように、片持ち
梁パターン205 の表面にＫＯＨ，ＥＤＰ，ＴＭＡＨ等の
アルカリ水溶液による湿式エッチングを施すことによ
り、片持ち梁パターン205 の先端に四面体状探針部201
を形成する。四面体状探針部201 の形成原理は、従来例
において説明したのと同様である。但し、この製造例に
おいては、片持ち梁をシリコンで形成するため、上記湿
式エッチングは酸化シリコン膜212 が露出する前に、必
要とする片持ち梁の厚さが残るように停止させる。この
後必要により、表面にレジストパターンを形成し、再度
片持ち梁パターンをエッチングすることにより片持ち梁
パターン形状を最適なものに変更しても良い。また探針
部先端を鋭利にするため、950 ℃以下の温度にて表面を
酸化処理しても良い。

【００３０】次に、図２の（Ｄ）に示すように、表面を
酸化シリコン膜等で保護した後、アルカリ水溶液による
湿式エッチングを酸化シリコン膜212 が露出するまで基
板裏面に施し、最後にフッ化水素酸水溶液で酸化シリコ
ン膜212 を除去することによって、本発明の第１実施例
に係るシリコン製の支持部203 及び片持ち梁202 と四面
体状探針部201 とで構成されたＡＦＭカンチレバー200
を得ることができる。

【００３１】またこの製造例においては、貼り合わせＳ
ＯＩ基板を用いたが、これは基板裏面より湿式エッチン
グを施したとき片持ち梁が確実に残るようにするためで
あり、他のエッチストップ技術、例えば高濃度ｐ型拡散
層を用いるとか、電気化学エッチング法を用いるとかす
る場合には、単に（１００）結晶面から指定角度傾けて
切り出したシリコン基板を用いれば良い。

【００３２】（第２実施例）次に、本発明に係るＡＦＭ
カンチレバーの第２実施例について、その製造工程断面
図である図４の（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明する。この
実施例においては、片持ち梁の構成部材としてシリコン
を、支持部の構成部材としてガラスを用いる。まずスタ
ート基板として第１実施例と同様に、図４の（Ａ）に示
すように面方位（１００）のシリコンウェーハ411 の表
面に酸化シリコン膜412 を形成した後、例えばｎ型の面
方位が（１００）から指定角度傾いたシリコンウェーハ
413 を貼り合わせたＳＯＩ基板を用いる。但し本実施例
においては、シリコンウェーハ413 は片持ち梁のみを形
成するため、その厚さは所望の片持ち梁の厚さとする。
例えば、その厚さは３〜10μｍ程度である。

【００３３】次に、図４の（Ｂ）に示すように、フォト
レジスト等をマスクとして基板表面よりＲＩＥ等を用い
て酸化シリコン膜412 を貫通し、更に所望の探針部の長
さ分、例えば15μｍほどシリコンウェーハ411 が掘り込
まれるまでエッチングする。この時マスクパターンとし
ては、第１実施例と同様、先端がＶ字状の片持ち梁パタ
ーンを用いる。この後、基板表面を950 ℃以下で酸化処
理して酸化シリコン膜406 を形成し、更に基板裏面の酸
化シリコン膜を剥離する。

【００３４】次に、図４の（Ｃ）に示すように、支持部
となるガラス材403 （例えばコーニング♯7740等）を、
例えば陽極接合法を用いて接合する。この後、基板裏面
よりアルカリ系湿式エッチング液を用いて、酸化シリコ
ン膜412 が露出するまでエッチング処理することによ
り、図４の（Ｄ）に示すように、片持ち梁402 の先端部
に四面体状シリコン探針部401 が形成される。最後に表
面の酸化シリコン膜406をエッチング除去することによ
り、第２実施例のＡＦＭカンチレバー400 を得ることが
できる。

【００３５】この実施例のＡＦＭカンチレバーは表面か
らの加工のみで作製可能なため、特殊な装置を要せず、
作製することができる。また片持ち梁402 の厚みは、シ
リコンウェーハ413 の厚みで決定されるため、片持ち梁
の厚さのコントロールが容易であるという利点を持って
いる。

【００３６】（第３実施例）次に、本発明に係るＡＦＭ
カンチレバーの第３実施例について説明する。この実施
例は、片持ち梁の構成部材として窒化シリコン膜を、支
持部の構成部材としてシリコンを用いたものである。次
に、この実施例の製造方法を図５の（Ａ）〜（Ｅ）に基
づいて説明する。この実施例の製造方法は、従来例に示
したものとほとんど同様であるが、スタート基板として
第１実施例と同様に、図５の（Ａ）に示すように、面方
位（１００）のシリコンウェーハ511 の表面に酸化シリ
コン膜512 を形成した後、例えばｎ型の面方位が（１０
０）から指定角度傾いたシリコンウェーハ513 を貼り合
わせたＳＯＩ基板を用いる。この時シリコンウェーハ51
3 の厚さは、所望の探針部の長さ程度であり、例えば15
μｍ程度である。

【００３７】その後、従来例に示したと同様の作製方
法、すなわち上記ＳＯＩ基板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
異方性エッチング液で、図５の（Ｂ）に示すように、酸
化シリコン膜512 が露出するまでエッチングする。更
に、この露出した酸化シリコン膜512 をエッチング除去
することによりＳＯＩ基板に薄いシリコンメンブレンを
形成する。

【００３８】この後、図５の（Ｃ）に示すように、基板
両面に低応力化した窒化シリコン膜514 を形成し、基板
表面にカンチレバー状のレジストパターンを形成、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ＲＩ
Ｅ等を用いてエッチングし、カンチレバーパターンを形
成する。次いで基板を950 ℃以下で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515 を形成する。

【００３９】続いて、図５の（Ｄ）に示すように、基板
表面の窒化シリコン膜514 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514 を露出させることにより、四面体状シリコン
探針部501 を形成する。最後に、側壁に残った酸化シリ
コン膜515 をエッチング除去することにより、図５の
（Ｅ）に示すような、探針部501 と窒化シリコン膜から
なる片持ち梁502 とシリコンからなる支持部503 とで構
成された第３実施例のＡＦＭカンチレバー500 を得るこ
とができる。

【００４０】（第４実施例）次に、本発明に係るＡＦＭ
カンチレバーの第４実施例について説明する。この実施
例は、片持ち梁の構成部材として窒化シリコン膜を、支
持部の構成部材としてガラスを用いるものである。次
に、この実施例の製造方法を図６の（Ａ）〜（Ｄ）に基
づいて説明する。まず図６の（Ａ）に示すように、スタ
ート基板として例えばｎ型の面方位が（１００）から指
定角度傾いたシリコンウェーハ613 を用いる。そしてシ
リコンウェーハ613 上に、片持ち梁部材となる低応力化
した窒化シリコン膜622 を形成する。

【００４１】以後、図６の（Ｂ）に示すように、第２実
施例と同様にフォトレジスト等をマスクとして基板表面
よりＲＩＥ等を用いて所望の探針部の長さ分、例えば15
μｍほどシリコンウェーハ613 が掘り込まれるまでエッ
チングする。この時マスクパターンとしては、第１実施
例と同様に、先端がＶ字状の片持ち梁パターンを用い
る。この後、基板表面を950 ℃以下で酸化処理して酸化
シリコン膜606 を形成し、更に基板裏面の酸化シリコン
膜を剥離する。

【００４２】次に、図６の（Ｃ）に示すように、ガラス
材（例えばコーニング♯7740等）からなる支持部603
を、例えば陽極接合法を用いて接合する。この後、基板
裏面よりアルカリ系湿式エッチング液を用いて、窒化シ
リコン膜622 が露出するまでエッチング処理することに
より、片持ち梁先端部に四面体状シリコン探針部601 が
形成される。最後に表面の酸化シリコン膜606 をエッチ
ング除去することにより、図６の（Ｄ）に示すような、
探針部601 と窒化シリコン膜からなる片持ち梁602 とガ
ラスからなる支持部603 とで構成された第４実施例のＡ
ＦＭカンチレバー600 を得ることができる。

【００４３】本実施例のカンチレバーは、表面からの加
工のみで作製可能なため、特殊な装置を要せず作製する
ことができる。また片持ち梁の厚みは、窒化シリコン膜
622の厚みで決定されるため、片持ち梁の厚さコントロ
ールが容易であると共に、薄膜化が容易であり、柔らか
い片持ち梁の作製に有利であるという利点を持つ。

【００４４】（第５実施例）次に、本発明に係るＡＦＭ
カンチレバーの第５実施例を図７に基づいて説明する。
この実施例のＡＦＭカンチレバー700 の構成は、第１実
施例や第２実施例と同様に、片持ち梁形成部材にシリコ
ンを使用して構成した片持ち梁702 の表面上に、ピエゾ
抵抗層707 を形成し、そのピエゾ抵抗層707 への電源供
給及び信号取り出し用の電極パッド部708 をシリコンか
らなる支持部703 上に形成したものである。なお図７に
おいて、701 は探針部、712 ，715 は酸化シリコン膜で
ある。

【００４５】この実施例のＡＦＭカンチレバーでは、片
持ち梁702 が変位するとその変位量に応じて片持ち梁表
面層に形成したピエゾ抵抗層707 の抵抗値が変化するた
め、この抵抗変化に応じた電流値もしくは電圧値の変化
を検出することにより、片持ち梁702 の変位を検出する
ことが可能となる。したがって、一般のＡＦＭ装置のよ
うに片持ち梁の変位検出センサを別に設ける必要がない
ので、装置の小型化が容易となり、高真空中でのＡＦＭ
測定等に有効である。

【００４６】なお本実施例においては、片持ち梁上に変
位センサを形成したものについて示したが、用途に応じ
他のセンサを片持ち梁上に形成しても勿論構わない。ま
た支持部の構成部材としてシリコンを用いたものを示し
たが、第２実施例に示したように支持部の構成部材とし
てガラスを用いても勿論構わない。

【００４７】（第６実施例）次に、本発明に係るＡＦＭ
カンチレバーの第６実施例を図８に基づいて説明する。
この実施例のＡＦＭカンチレバー800 の構成は、第１実
施例や第２実施例と同様に、シリコンを用いて構成した
片持ち梁802 の端部に設けた探針部801 の（１１１）面
で構成された探針側面上に、フォトダイオード809 を形
成し、そのフォトダイオード809 への電源供給及び信号
取り出し用の電極パッド部808 を、片持ち梁802 及び支
持部803 上に形成したものである。なお図８において、
812 ，815 は酸化シリコン膜である。

【００４８】このように探針部801 の付近にフォトダイ
オード809 を形成することにより、ＳＮＯＭ測定への応
用が可能となるが、この実施例のＡＦＭカンチレバーに
おいては、（１１１）面で構成される探針側面の片持ち
梁表面に対する傾き角度を任意に選定できるため、この
角度を緩めることにより、図示のように探針側面上へフ
ォトダイオードを容易に形成することが可能となり、感
度の向上が期待できる。

【００４９】なお本実施例においては、探針部上にフォ
トダイオードを形成したものについて示したが、用途に
応じ他のセンサを探針部上に形成しても勿論構わない。
また支持部の構成部材としてシリコンを用いたものを示
したが、第２実施例に示したように、支持部の構成部材
としてはガラスを用いても勿論構わない。

【００５０】（第７実施例）次に、本発明に係るＡＦＭ
カンチレバーの第７実施例を図９に基づいて説明する。
この実施例のＡＦＭカンチレバー900 は、図９の（Ａ）
に示すように、探針部901 の側壁角度を二段に変えて形
成したものである。なお図９の（Ａ）において、902 は
片持ち梁、903 は支持部である。このような形状の探針
部901 を作製するためには、スタート基板として図９の
（Ｂ）に示すように、面方位（１００）のシリコンウェ
ーハ911 の表面に酸化シリコン膜912 を形成した後、例
えばｎ型の面方位が（１００）から指定角度傾いたシリ
コンウェーハ913 を貼り合わせ、更に例えばｎ型の面方
位が（１００）からシリコンウェーハ913 において傾け
た角度とは異なる指定角度傾いたシリコンウェーハ914
を貼り合わせたＳＯＩ基板を使用する。

【００５１】本実施例のような探針部形状とすることに
より、探針部を折れにくくしたり、探針部先端の角度を
急峻に保ったまま、探針部裾部分にセンサの形成を容易
とすることが可能となる。

【００５２】なお本実施例においては、探針部の側壁角
度を二段に変えたものについて説明したが、スタート基
板として異なる面方位のシリコンウェーハを更に貼り合
わせ、上述した製法と同様の作製方法を用いることによ
り三段以上の異なる側壁角度を持つ探針部を作製するこ
とも可能である。

【００５３】（第８実施例）次に、本発明に係るＡＦＭ
カンチレバーの第８実施例を図10に基づいて説明する。
この実施例は第１実施例において説明した構成のＡＦＭ
カンチレバーを、より再現よく作製できるように、表面
が（１１１）の結晶面を持つもので片持ち梁を構成する
ものである。すなわち、本実施例のＡＦＭカンチレバー
の作製においては、スタート基板として、図10に示すよ
うに、面方位（１００）のシリコンウェーハ1011の表面
に、酸化シリコン膜1012を形成した後、例えばｎ型の面
方位が（１１１）のシリコンウェーハ1014を貼り合わ
せ、更に例えばｎ型の面方位が（１００）から指定角度
傾いたシリコンウェーハ1013を貼り合わせたＳＯＩ基板
を使用する。この時シリコンウェーハ1014の厚さは、所
望の片持ち梁の厚さに設定し、またシリコンウェーハ10
13の厚さは、所望の探針部の長さに設定すればよい。例
えば、その厚さはそれぞれ７μｍ，15μｍである。

【００５４】このようなスタート基板を用いて、第１実
施例で説明した工程によりＡＦＭカンチレバーを作製す
ることにより、探針形成のための湿式シリコンエッチン
グ工程時に、片持ち梁の厚みがオーバーエッチングによ
り所望の厚さより薄くなってしまうことを防止できる。
これは、（１１１）面においてシリコンのエッチング速
度が低下するため、多少オーバーエッチングしても片持
ち梁の厚みは殆ど変化しないためである。

【００５５】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
各請求項記載の発明に係るＡＦＭカンチレバーの効果を
まとめると、次の通りである。請求項１記載の発明にお
いては、四面体構造のシリコン製探針部のアスペクト比
を任意に変更することが可能となり、アスペクト比を大
きくすることにより微細な構造を持つ試料のＡＦＭ測定
を可能としたり、また逆にアスペクト比を小さくするこ
とによって、探針部側壁上へのセンサの形成等を容易に
し、ＳＮＯＭ測定感度の向上等を図ることが可能とな
る。請求項２記載の発明においては、請求項１記載の発
明の効果を持ち、且つ非接触モードでのＡＦＭ測定に有
効な厚くて堅いＡＦＭカンチレバーを提供することがで
きる。請求項３記載の発明においては、請求項２記載の
発明の効果を持つＡＦＭカンチレバーを、表面からの加
工のみで形成可能となる。請求項４記載の発明において
は、請求項１記載の発明の効果を持ち、且つ非接触モー
ドでのＡＦＭ測定に有効な柔らかいＡＦＭカンチレバー
を提供することができる。請求項５記載の発明において
は、請求項４記載の発明の効果を持つＡＦＭカンチレバ
ーを、表面からの加工のみで形成可能となる。請求項６
記載の発明においては、請求項１記載の発明の効果を持
ち、且つＡＦＭ装置全体の構成を簡便にし、他のＳＰＭ
測定を同時に行うことの可能なＡＦＭカンチレバーを提
供することができる。請求項７記載の発明においては、
請求項６記載の発明の効果を持つＡＦＭカンチレバーに
おいて、特に高真空中等でのＡＦＭ測定に有効なＡＦＭ
カンチレバーを提供することができる。請求項８記載の
発明においては、請求項６記載の発明の効果を持つＡＦ
Ｍカンチレバーにおいて、特にＡＦＭとＳＮＯＭの同時
測定を可能とするＡＦＭカンチレバーを提供することが
できる。請求項９記載の発明においては、請求項１記載
の発明の効果を持ち、且つ探針が折れにくいＡＦＭカン
チレバーを提供することができる。請求項10記載の発明
においては、請求項１記載の発明の効果を持つＡＦＭカ
ンチレバーにおいてレバー厚みを容易に均一化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＡＦＭカンチレバーの第１実施例
を示す横断面図及び斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例の製造方法を説明するため
の製造工程図である。

【図３】図２に示した製造方法において用いる片持ち梁
パターン形成用マスクパターンを示す図である。

【図４】本発明の第２実施例を説明するための製造工程
を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例を説明するための製造工程
を示す図である。

【図６】本発明の第４実施例を説明するための製造工程
を示す図である。

【図７】本発明の第５実施例を示す横断面図である。

【図８】本発明の第６実施例を示す横断面図である。

【図９】本発明の第７実施例を示す横断面図及び製造時
に用いるスタート基板を示す図である。

【図10】本発明の第８実施例の製造時に用いるスタート
基板を示す図である。

【図11】従来のＡＦＭカンチレバーの製造方法を説明す
るための製造工程を示す図である。

【符号の説明】

100,200,400,500,600,700,800,900 ＡＦＭカンチレバ
ー 101,201,401,501,601,701,801,901 探針部 102,202,402,502,602,702,802,902 片持ち梁 103,203,403,503,603,703,803,903 支持部 111 四面体探針部中の（１１１）面からなる側面 211,411,511,911,1011 シリコンウェハー 212,412,512,712,812,912,1012 酸化シリコン膜 213,413,513,913,914,1013 表面が（１００）面から任
意角度傾けて切り出した面を持つシリコンウェハー 204 支持部形成用マスクパターン 205 片持ち梁パターン 206,406,515,606,712,715,812,815,912,1012 酸化シリ
コン膜 514,622 窒化シリコン膜 707 ピエゾ抵抗層 708,808 電極パッド 809 フォトダイオード 1014 表面が（１１１）面のシリコンウェハー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片持ち梁と、片持ち梁支持部と、前記片
持ち梁の自由端であって、該片持ち梁に対して前記支持
部と反対側である裏面に設けた四面体状探針部とからな
るＡＦＭカンチレバーにおいて、前記四面体状探針部は
単結晶シリコンからなり、前記片持ち梁と接する四面体
状探針底面は（１００）面から任意角度傾けて切り出さ
れた結晶面であり、他の側面のうち一つは（１１１）面
であることを特徴とするＡＦＭカンチレバー。
【請求項２】前記片持ち梁及び片持ち梁支持部は、共
に単結晶シリコンで構成されていることを特徴とする請
求項１記載のＡＦＭカンチレバー。
【請求項３】前記片持ち梁支持部はガラス材で構成さ
れ、前記片持ち梁は単結晶シリコンで構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載のＡＦＭカンチレバー。
【請求項４】前記片持ち梁支持部は単結晶シリコンで
構成され、前記片持ち梁は窒化シリコン膜で構成されて
いることを特徴とする請求項１記載のＡＦＭカンチレバ
ー。
【請求項５】前記片持ち梁支持部はガラス材で構成さ
れ、前記片持ち梁は窒化シリコン膜で構成されているこ
とを特徴とする請求項１記載のＡＦＭカンチレバー。
【請求項６】前記探針部もしくは片持ち梁上に、半導
体センサが形成されていることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバー。
【請求項７】前記半導体センサは、ピエゾ抵抗からな
る変位センサであることを特徴とする請求項６記載のＡ
ＦＭカンチレバー。
【請求項８】前記半導体センサは、フォトダイオード
からなる光センサであることを特徴とする請求項６記載
のＡＦＭカンチレバー。
【請求項９】前記探針部の（１１１）面で構成する側
壁は、該側壁と片持ち梁とのなす角度が多段状に異なら
せて形成されていることを特徴とする請求項１〜８のい
ずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバー。
【請求項10】前記片持ち梁の表面が、（１１１）面で
構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の
ＡＦＭカンチレバー。