JPH08313541A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】分解能が高いＳＰＭ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及びその製造方法を提供す
ることにある。 【構成】第１の基板１０２の一方の面に形成された酸化
膜１０４と第２の基板１０６とを貼り合わせた貼り合わ
せ基板１０８を用意し、第２の基板１０６にレバー部の
形状を形成し、レバー部の側端面に酸化膜１１２を形成
し、第２の基板を所定の厚さまでエッチングし、レバー
部の一部に探針部を形成し、第２に基板の表面に酸化膜
を形成し、第１の基板に支持部を形成し、前記第１の基
板面に形成された酸化膜の一部、レバー部の側端面に形
成された酸化膜、及び第２の基板表面に形成された酸化
膜を除去する走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、走査型プローブ顕微
鏡用のカンチレバー及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、試料表面の微細形状を原子レベ
ルで観察できる装置として、例えば、走査型トンネル顕
微鏡 (以下、ＳＴＭと称する) 、及び原子間力顕微鏡
(以下、ＡＦＭと称する) などの走査型プローブ顕微鏡
(以下、ＳＰＭと称する) が実用化されている。

【０００３】ＳＴＭは、自由端に鋭く尖った導電性の突
起部分、すなわち探針を有するカンチレバーを備え、導
電性試料の表面の凹凸情報を三次元的な像として観察で
きる装置である。すなわち、この導電性探針と導電性試
料の間にバイアス電圧が印加され、探針を試料に極めて
近接させた際に探針と試料の間に流れるトンネル電流を
検出する。この検出されるトンネル電流を一定に保つよ
うに探針試料間距離を制御しながら探針を試料表面に沿
って走査する。トンネル電流の大きさは、探針試料間距
離に指数関数的に依存し、探針試料間距離の微小な変化
に対して大きく変化するため、このトンネル電流の変化
量に基づいて制御される探針の高さ情報と試料表面に対
する探針の位置情報とから、原子レベルの分解能で試料
表面の像が形成される。

【０００４】また、ＡＦＭは、自由端に鋭く尖った絶縁
性の探針を有するカンチレバーを備え、ＳＴＭでは測定
し難い絶縁性試料の表面の凹凸情報を三次元的な像とし
て観察できる装置である。すなわち、柔軟なカンチレバ
ーの先端に支持した探針を試料に極めて近接させた際
に、探針先端と試料表面との間に働く、距離依存性を有
する相互作用力（例えば、原子間力、静電気力など）に
より生じるカンチレバーの先端の変位を電気的または光
学的に測定し、この変位量を検出する。この変位を一定
に保つように探針と試料の間隔を制御しながら探針を試
料表面に平行に走査する。原子間力はその大きさが探針
試料間距離の微小な変化に対しても大きく変化するた
め、この原子間力の変化量に基づいて制御される探針の
高さ情報と試料表面に対する探針の位置情報とから、原
子レベルの分解能で試料表面の像が形成される。

【０００５】ところで、このような走査型プローブ顕微
鏡に使用されるカンチレバーは、Thomas R.Albrecht 、
Calvin F.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(Atomic resolution Imagi
ng of a nonconductor by Atomic force Microscop
y)”； J.Appl.Pys 62(1987)2599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Ｓｉ
Ｏ₂ カンチレバーが提案されて以来、ミクロンオーダの
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成したも
のが主流となっている。

【０００６】例えば、Thomas R.Albrecht らによる“原
子間力顕微鏡用のカンチレバー形状のミクロ成形加工(M
icrofabrication of cantilever styli for the atomic
force microscope)”；J.Vac.Sci.Technol A8(4)3386
1990 に記載されているように、ＳｉＯ₂ 膜の代わりに
窒化シリコン膜をカンチレバー構成材料に用いたカンチ
レバーチップは、既に実用化されている。このカンチレ
バーは、長さが５０乃至２００μｍ程度、厚さが０．５
乃至１μｍ程度で、形状として中抜きの三角形や長方形
がある。

【０００７】また、Ｓ・アカミネらによる“尖鋭なチッ
プを有するミクロカンチレバーを使用した改良型原子間
力顕微鏡の像(Improved atomic force microscope imag
es using microcantilevers with sharp tips)”；App
l.Phys.Lett 57(3)316 1990によれば、図１０に示され
ているように、窒化シリコンのレバー部に単結晶シリコ
ンで形成された探針が提案されている。この探針は、水
酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などによる湿式異方性エ
ッチングにより三角錐形状に形成される。この探針の先
端は、３本の稜線が１本で交わるため、原理的には安定
した鋭い探針が形成できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のＳ・アカミネら
の提案 (例えば、米国特許 5021364号) によるカンチレ
バーは、そのレバーの基端部側にレバー支持部を形成
し、レバー形状を整え、そしてレバー作成の最終工程に
おいて、シリコンを湿式異方性エッチング処理すること
で探針を形成している。このように形成される探針先端
の尖鋭度は、湿式異方性エッチングにより形成されたシ
リコンの(111) 面の面精度により決定される。すなわ
ち、探針先端の曲率半径は、探針形成時のエッチング液
の種類やエッチング条件に依存しているため、安定性に
欠けている。例えば、クリーンルームの汚染を少なくす
るため、湿式異方性エッチング液として水酸化カリウム
水溶液の代わりに、テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド（ＴＭＡＨ）をシリコンのエッチングに用い
ると、面あれが発生するため、きれいな面が出ず、探針
形状が理想的な三角錐形状にならないことがある。この
ため、安定して探針先端を尖鋭化することが困難であ
り、高分解能のＳＰＭ測定ができない問題がある。

【０００９】また、従来の作製法では、レバー形状が三
角形以外のカンチレバーを作製することが困難である。
さらに、レバー材料として、窒化シリコン膜またはイオ
ン注入したシリコン層が用いられているため、作製でき
るカンチレバーの厚さに限界がある。このため、ＳＴ
Ｍ、ＡＦＭ、ＬＦＭ(Lateral Force Microscopy)) に代
表される様々なＳＰＭ測定に対応できるレバー形状のカ
ンチレバーを作製できない問題がある。

【００１０】従って、この発明の目的は、上述したよう
な事情に鑑み成されたものであって、先端が尖鋭化され
分解能が高いＳＰＭ測定を可能とする探針を有する走査
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
供することにある。

【００１１】加えて、この発明の目的は、レバーの厚
さ、及びレバーの形状を任意に設定することができ、測
定方法に応じた走査型顕微鏡用カンチレバーを安定して
作製できる製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
に基づきなされたもので、レバー部及び探針部を有する
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法であっ
て、第１の半導体基板の一方の面に形成された酸化膜層
と第２の半導体基板とを貼り合わせた貼り合わせ基板を
用意する第１工程と、前記第２の半導体基板を前記酸化
膜層が露出するまで選択的に除去してレバー部に近似し
た形状のレバーベース部を形成する第２工程と、前記レ
バーベース部の側端面に酸化膜を形成する第３工程と、
前記第２の半導体基板の表面部分を所定厚さ除去して前
記レバーベース部に探針部に近似した形状の探針ベース
部を形成する第４工程と、前記第２の半導体基板の表面
に酸化膜を形成する第５工程と、前記第１の半導体基板
に支持部を形成する第６工程と、前記酸化膜層の一部、
レバーベース部の側端面に形成された酸化膜、及び第２
の半導体基板表面に形成された酸化膜を除去する第７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
製造方法を提供するものである。

【００１３】また、この発明によれば、レバー部及び探
針部を有する走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製
造方法であって、第１の半導体基板の一方の面に形成さ
れた酸化膜層と第２の半導体基板とを貼り合わせた貼り
合わせ基板を用意する第１工程と、前記第２の半導体基
板の表面部分を所定厚さ除去してレバー部に近似した形
状のレバーベース部を形成する第２工程と、前記レバー
ベース部を含む第２の半導体基板を前記酸化膜層が露出
するまで選択的に除去した後、前記第２の半導体基板の
側端面に酸化膜を形成する第３工程と、前記レバーベー
ス部の厚さを維持しつつ、前記第２の半導体基板を選択
的に除去して探針部に近似した形状の探針ベース部を形
成する第４工程と、前記第２の半導体基板の表面に酸化
膜を形成する第５工程と、前記第１の半導体基板に支持
部を形成する第６工程と、前記酸化膜層の一部、レバー
ベース部の側端面に形成された酸化膜、及び第２の半導
体基板表面に形成された酸化膜を除去する第７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製造方
法が提供される。

【００１４】さらに、この発明によれば、支持部から延
出されたレバー部の自由端に三角錐形状の探針を有する
カンチレバーであって、前記探針の先端で交わる３本の
稜線のうち２本の稜線を含む３つの面が曲面であること
を特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーが提
供される。

【００１５】

【作用】従来、三角錐形状のシリコン探針部を有するカ
ンチレバーにおいて、三角錐の探針形状をシリコンウエ
ハ加工プロセスの最終工程で作製していたのに対して、
この発明のＳＰＭ用カンチレバーの製造方法によれば、
カンチレバーの支持部を形成する前に探針部を形成す
る。このため、三角錐形状のシリコン探針部を形成した
後に、探針部全面に低温熱酸化処理による探針部の尖鋭
化処理ができる。従って、探針部のエッチング時のエッ
チング条件がふらついても、先端の鋭い探針部が安定し
て作製でき、その結果、より分解能の高いＳＰＭ測定が
可能とするＳＰＭ用カンチレバーを提供できる。

【００１６】また、この発明の製造方法によれば、探針
部を形成した後にレバー形状をパターニングしてカンチ
レバーを作製する。このため、三角形のレバー形状だけ
でなく、矩形やあな抜きなどの任意のレバー形状のカン
チレバーが作製できる。加えて、単結晶シリコンをエッ
チングしてカンチレバーを作製するため、エッチング量
を調整することでカンチレバーの厚さが任意に設定でき
る。従って、ＳＴＭや、ＡＦＭに限られず、ＬＦＭ測定
やノンコンタクトモードＡＦＭ測定など、様々なＳＰＭ
測定に応じたレバー形状のカンチレバーが作製できる。

【００１７】さらに、従来は、単結晶シリコンウエハを
用いてカンチレバーが作製されていたのに対して、この
発明によれば、中間層にシリコン酸化膜を設けて貼り合
わせたＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板を用いてカン
チレバーを作製する。従って、作製プロセスが簡素化さ
れ、容易に安定してカンチレバーが作製できる。

【００１８】またさらに、この発明によれば、イオンイ
ンプランテーションにより、カンチレバー表面に導電層
を形成する。従って、より分解能の高いＳＴＭ測定、及
びＡＦＭ測定を同時にできるカンチレバーが提供でき
る。

【００１９】また、この発明のカンチレバーは、探針の
先端で交わる３本の稜線が探針内部に向かって張り出し
た円弧状の曲線であり、この３本の稜線のうち２本の稜
線を含む３つの面が曲面である。従って、このカンチレ
バーは、探針先端のアスペクト比が高く、先端の曲率半
径が小さいため、このカンチレバーを用いてＳＰＭ測定
することにより、高分解能のＳＰＭ測定が可能となる。

【００２０】さらに、この発明のカンチレバーによれ
ば、探針部先端がカンチレバーの自由端に位置するた
め、観察試料の測定位置と探針の先端位置とがほぼ一致
している。従って、間接的に試料と探針部との位置が確
認できる。以上のことから、このカンチレバーを用いて
ＳＰＭ測定をする際に、探針と試料との位置合わせが容
易となる。

【００２１】またさらに、この発明のカンチレバーによ
れば、探針先端からレバー部の極表面に導電層が形成で
きるので、このカンチレバーを用いることにより、ＳＴ
Ｍ及びＡＦＭ測定を同時にすることが可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて詳細に説明する。図１は、この発明の走査型プロー
ブ顕微鏡 (以下、ＳＰＭと称する) 用カンチレバーの製
造方法の第一実施例を概略的に示す図である。

【００２３】まず、図１の（ａ）に示すように、第１の
半導体基板として機能する面方位(100) の単結晶シリコ
ンからなる第１のシリコン基板１０２表面に中間酸化シ
リコン膜１０４を形成した後、第２の半導体基板として
機能し、活性層となる面方位(100) の単結晶シリコンか
らなる第２のシリコン基板１０６を貼り合わせた、いわ
ゆる貼り合わせＳＯＩ基板１０８を用意する。なお、こ
の実施例では、第１のシリコン基板１０２の厚さは、例
えば５００μｍ、中間酸化シリコン膜１０４の厚さが１
μｍ、第２のシリコン基板１０６の厚さが１０μｍであ
る。

【００２４】次に、図１の（ｂ）に示すように、第１の
シリコン基板１０２の裏面には、後述する支持部を形成
する際のエッチングマスク１１０となる酸化シリコン
膜、または窒化シリコン膜などのパターンを形成する。
一方、図１の（ｂ）及び図２に示すように、フォトリソ
グラフィ及びエッチング処理により、活性層としての第
２のシリコン基板１０６を中間酸化シリコン膜１０４が
露出するまで選択的に除去して、例えば三角形状のカン
チレバーのレバー部に近似した形状のレバーベース部１
１１を形成する。すなわち、第２のシリコン基板１０６
の一部を中間酸化シリコン膜が露出するまで除去して凹
部を形成することによりレバー部がパターニングされ、
後にレバー部となるレバーベース部１１１を形成する。
次に、この三角形状に形成された第２のシリコン基板１
０６の側端面に、酸化シリコン膜の壁１１２を形成す
る。この酸化シリコン膜の壁１１２は、後述するカンチ
レバーの探針部を形成する際に、有効に作用する。な
お、この三角形の頂角は、図２に示すように、図中の矢
印の方向、すなわち(110) 方向を向くように形成する。

【００２５】次に、図１の（ｃ）に示すように、第２の
シリコン基板１０６を湿式異方性エッチング処理して、
カンチレバーの探針部に近似した形状の三角錐形状の探
針ベース部１１４と三角形状のレバー部１１６とを形成
する。この湿式異方性エッチングでは、所定の濃度の水
酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミ
ン・ピロカテコール・アンド・ウォータ（ＥＤＰもしく
はＥＰＷと呼ばれる）などが用いられる。この第２のシ
リコン基板のような単結晶シリコンのエッチング処理で
は、シリコン基板の(100) 面に比べて(111) 面の方がエ
ッチングされにくいので、湿式異方性エッチング処理に
より、図２に示すような三角形の頂角付近の単結晶シリ
コンが、酸化シリコン膜の壁１１２から(111) 面を露出
するようにエッチングされ、残存した探針ベース部１１
４の単結晶シリコンは三角錐形状となる。この探針ベー
ス部１１４は、後に尖鋭化処理されて探針部となる。

【００２６】次に、図１の（ｄ）に示すように、三角錐
形状の探針部１１４及び三角形状のレバー部１１６の表
面に酸化シリコン膜１１８を形成する。この酸化シリコ
ン膜１１８は、熱拡散炉などで９００乃至１０００℃、
好ましくは９５０℃の温度でシリコン表面を酸化するこ
とにより形成される。このとき、探針ベース部１１４の
シリコン部分に着目すると、酸化シリコン膜の成長スピ
ードが探針部の先端近傍で遅くなるため、酸化されない
シリコン部分１２０は、図３に示すように、探針の先端
に向かって尖鋭化される。

【００２７】次に、図１の（ｅ）に示すように、第１の
シリコン基板１０２を裏面から湿式異方性エッチング処
理して、支持部１２２を形成した後、フッ化水素水溶液
などにより中間酸化シリコン膜１０４の一部、酸化シリ
コン膜の壁１１２及び探針ベース部１１４とレバー部１
１６との表面に形成された酸化シリコン膜１１８を除去
して、単結晶シリコン製の尖鋭化された探針部１２０及
び所望する厚さのレバー部１２４が露出される。この露
出されたカンチレバーのレバー部１２４の厚さを含まな
い探針部１２０の厚さ（高さ）は、この実施例では約１
０μｍである。なお、探針部１２０の厚さ（高さ）は、
第２のシリコン基板１０６の厚さに依存するため、シリ
コン基板１０６の厚さを変更することで、探針部１２０
の厚さ（高さ）を変えることができる。

【００２８】以上の製造プロセスにより、単結晶シリコ
ン製のカンチレバーが作製される。なお、この製造プロ
セスの最後に、カンチレバーの探針部が形成されていな
い面に金属膜などをコーティングして、カンチレバーの
変位量を測定するための反射膜を形成する工程を加えて
も良い。

【００２９】図４は、上述した製造プロセスにより作製
されたカンチレバーを概略的に示す図である。図５は、
図４に示されているカンチレバーの探針部を拡大した拡
大図である。

【００３０】図４に示すように、カンチレバー１２６
は、三角形状に形成された単結晶シリコン製のレバー部
１２４を有し、このレバー部１２４の自由端に三角錐形
状の探針１２０が設けられている。また、レバー部１２
４の基端には、支持部１２２が形成されている。この探
針部１２０は、単結晶シリコンを三角錐形状に形成した
後、９００乃至１０００℃の低温で熱酸化されるため、
図５の（ａ）に示すように、探針部１２０は、探針部の
内部に向かって張り出した３本の円弧状の稜線１２８ａ
乃至１２８ｃで形成され、この３本の稜線は探針部１２
０の先端の頂角１３０で１点で交わっている。また、図
３の（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、稜線１２８ａと１
２８ｂとの間に形成されている面１２９ａ、稜線１２８
ｂと１２８ｃとの間に形成されている面１２９ｂ、及び
稜線１２８ｃと１２８ａとの間に形成されている面１２
９ｃは、いずれも曲面となり、探針のアスペクト比は、
探針部１２０の先端ほど向上している。また、この探針
部１２０における先端の頂角１３０の曲率半径は、１０
ｎｍ以下である。

【００３１】このように、この第一実施例の製造方法に
よれば、アスペクト比の高い探針を有するＳＰＭ用カン
チレバーが容易、且つ安定に作製でき、より分解能の高
いＳＰＭ測定を可能とするＳＰＭ用カンチレバーを提供
できる。特に、光ディスクの溝などの段差の大きな試料
のＡＦＭ測定に有効である。

【００３２】また、この第一実施例の製造方法によれ
ば、第２のシリコン基板をエッチングする際のエッチン
グ量によりカンチレバーの厚さが決定できるので、用途
に応じて任意の厚さのカンチレバーが作製できる。例え
ば、カンチレバーの厚さを厚くすることにより共振周波
数を大きくすることができ、カンチレバーを振動させる
ノンコンタクトモードＡＦＭ測定に有効である。このよ
うに、レバー部の厚さの選択幅が広いため、様々なＳＰ
Ｍ測定において有効な、感度の高いカンチレバーを提供
することができる。

【００３３】さらに、第一実施例の製造方法により作製
されるカンチレバーは、図６のに示すようなカンチレバ
ーの断面図によれば、探針部１２０の先端１３０は、三
角形状のレバー部１２４の頂角１３２を通り、レバー部
１２４に対して垂直な軸線Ｌ上にほぼ位置している。そ
のため、この軸線Ｌ上の観察点からレバー部の頂角１３
２を基準に位置合わせすることで、間接的に探針部１２
０の先端１３０の位置が確認できる。従って、このカン
チレバーを用いてＳＰＭ測定をする際に、探針部１２０
と試料との位置合わせが容易となる。

【００３４】このようなＳＰＭ用カンチレバーの製造方
法の第一実施例を利用して、図７に示すような矩形のレ
バー形状を有するカンチレバーを作製することも可能で
ある。すなわち、図１の（ａ）ないし（ｃ）に示されて
いるような製造方法と同様の工程の後に、フォトリソグ
ラフィ及びエッチング処理によりレバー部１１６の基端
側を矩形状にパターニングし、図７に示すように、破線
の部分を除去する。そして、図１の（ｄ）、（ｅ）の工
程を経て、単結晶シリコン製のカンチレバーを作製す
る。言い換えれば、上述のフォトリソグラフィ及びエッ
チング処理の工程を新たに加えることで、カンチレバー
基端部から先端に向けて矩形のレバー形状を有するカン
チレバーが作製される。

【００３５】以上の製造プロセスにより、図７に示すよ
うな変形の五角形状のレバー部を有するカンチレバー１
４０が形成される。このような形状のカンチレバー１４
０は、探針部の先端に図中の矢印で示すような横方向の
力が作用した場合、容易にねじれるように変位する。し
たがって、このようなカンチレバーの変位量を検出して
試料表面の形状を測定するＬＦＭ測定において有効な、
感度の高いカンチレバーを提供できる。

【００３６】また、シリコンのエッチング量でカンチレ
バーの厚さを決定できるので、カンチレバーの厚さを厚
くすることにより共振周波数の高いカンチレバーが作製
できる。さらに、三角形状のレバーと比べて、上述の矩
形のレバーは、空気抵抗を受けにくいため機械的Ｑ値が
高くなる。このため、カンチレバーを振動させるノンコ
ンタクトモードＡＦＭ測定において有効な、感度の高い
カンチレバーを提供できる。

【００３７】なお、この第一実施例、及び変形例では、
レバー形状をパターニングすることにより、三角形、及
び五角形のカンチレバーを作製したが、パターニングの
形状は任意に変更できるため、用途に応じて様々な形状
のＳＰＭ測定用カンチレバーが作製できる。

【００３８】次に、この発明の走査型プローブ顕微鏡用
カンチレバーの製造方法の第二実施例について説明す
る。図８は、この発明の第二実施例に係るＳＰＭ用カン
チレバーの製造方法を概略的に示す図である。

【００３９】まず、第１実施例と同様に、第１の半導体
基板として機能する面方位(100) の単結晶シリコンから
なる第１のシリコン基板２０２表面に中間酸化シリコン
膜２０４を形成した後、第２の半導体基板として機能
し、活性層となる面方位(100)の単結晶シリコンからな
る第２のシリコン基板２０６を貼り合わせた、いわゆる
貼り合わせＳＯＩ基板２０８を用意する。次に、図８の
（ａ）に示すように、第１のシリコン基板２０２の裏面
に、後述する支持部を形成する際のエッチングマスク２
１０となる酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜など
のパターンを形成する。次に、フォトリソグラフィ、及
び湿式異方性エッチングにより、活性層としての第２シ
リコン基板２０６の一部の表面を所定の厚さ分だけ除去
して、矩形状のカンチレバーのレバー部に近似した形状
のレバーベース部２１２を形成する。このとき、レバー
ベース部２１２の壁面には、エッチングされ難い (111)
面が露出する。このレバーベース部２１２は、後にレバ
ー部となる。なお、後述するカンチレバーのレバー部の
厚さは、この工程で形成されるレバーベース部２１２の
厚さに相当し、この工程におけるエッチング量で任意に
レバー部の厚さを設定できる。

【００４０】次に、図８の（ｂ）に示すように、ＳＯＩ
基板２０８の中間酸化シリコン膜２０４が露出するまで
第２のシリコン基板の一部を選択的に除去して、レバー
ベース部２１２を含む部分を三角形状に形成する。この
後、三角形状に形成された第２のシリコン基板２０６の
側端面に酸化シリコン膜の壁２１４を形成する。

【００４１】次に、図８の（ｃ）に示すように、レバー
ベース部２１２及びレバーベース部２１２の両側に位置
する三角形の面２１６を含む第２のシリコン基板２０６
を湿式異方性エッチング処理する。このとき、レバーベ
ース部２１２と三角形の面２１６との段差を維持しなが
ら、三角形の面２１６がＳＯＩ基板２０８の中間酸化シ
リコン膜２０４に到達するまで(100) 面が等方的にエッ
チングされる。一方、湿式異方性エッチングにより、三
角形状に形成されたレバーベース部２１２を含む部分の
頂角付近が、酸化シリコン膜の壁２１４の作用でエッチ
ングされ難い(111) 面が露出され、カンチレバーの探針
部に近似した形状の三角錐形状の探針ベース部２１８を
形成する。この探針ベース部２１８は、後に尖鋭化処理
されて探針部となる。これによって、三角錐形状の探針
ベース部２１８、及び所望する厚さに形成され、断面が
台形のレバー部２２０を形成する。

【００４２】この後、第一実施例と同様に、活性層とし
ての第２のシリコン基板２０６の表面が熱拡散炉などで
低温熱酸化され、酸化シリコン膜が形成される（図１の
（ｄ）参照）。

【００４３】次に、図８の（ｄ）に示すように、第１の
シリコン基板２０２を裏面から湿式異方性エッチング処
理して、支持部２２２を形成する。この後、例えばフッ
化水素水溶液で中間酸化シリコン膜２０４の一部、酸化
シリコン膜の壁２１４、及び第２のシリコン基板２０６
の表面に形成された酸化シリコン膜を除去して、酸化さ
れていない単結晶シリコン製の尖鋭化された探針部２１
８及び所望する厚さのレバー部２２０が露出される。

【００４４】以上の製造プロセスにより、単結晶シリコ
ン製のカンチレバーが作製される。このカンチレバーの
探針部２１８も、第一実施例で作製されたカンチレバー
と同様に、３本の円弧状の稜線で形成され、この３本の
稜線は探針部の先端の頂角で１点で交わっている。した
がって、この第二実施例の製造方法によれば、アスペク
ト比の高い探針を有するＳＰＭ用カンチレバーが容易
に、且つ安定して作製でき、より分解能の高いＳＰＭ測
定を可能とするＳＰＭ用カンチレバーを提供できる。

【００４５】また、この第二実施例の製造方法によれ
ば、探針部２１８を形成する前にレバー部の母体２１２
が形成されるため、カンチレバーの厚さが探針部を形成
する時のエッチング量に影響され難い。したがって、カ
ンチレバーの厚さは、用途に応じて任意に、しかも容易
に設定でき、ばね定数や共振周波数が設計値に極めて近
いＳＰＭ用カンチレバーが作製できる。

【００４６】上述したように、第一及び第二実施例の製
造方法で作製されたカンチレバーは、いずれも単結晶シ
リコン製であり、絶縁性であるが、以下に述べるよう
に、イオンインプランテーションによりカンチレバーの
極表面に導電層を形成するようにしてもよい。なお、カ
ンチレバー極表面にイオンインプランテーションするの
は、例えばＳＴＭ測定においては、導電層の厚さが薄い
ほどトンネル電流の検出感度が高くなるためである。具
体的な数値としては、導電層の厚さは０．２μｍ以下の
厚さであることが好ましい。また、ＡＦＭ測定を行うカ
ンチレバーの表面に、そのカンチレバーの撓み及び捩じ
れを検出するためのピエゾ抵抗層を有するようなカンチ
レバーについても、導電層の厚さが薄いほど撓み及び捩
じれの検出感度が高くなることがいえる。

【００４７】図９は、導電層が形成されたカンチレバー
を概略的に示す図であり、図９の（ａ）は酸化シリコン
膜を介して不純物が注入された探針部の拡大図、図９の
（ｂ）は導電層が形成されたカンチレバーの断面図をそ
れぞれ示している。例えば、第一実施例において、図１
の（ｄ）に示すように、探針ベース部１１４及びレバー
部１１６を含む第２のシリコン基板２０６の表面を低温
熱酸化して、酸化シリコン膜１１８を形成した後、イオ
ンインプランテーションを実行する。図９の（ａ）に示
すように、このイオンインプランテーションにより、カ
ンチレバーの酸化シリコン膜３００より内部の極表面の
シリコンに不純物として、例えばボロン(B) を注入して
導電層３０２を形成する。

【００４８】次に、図９の（ｂ）に示すように、第１の
シリコン基板３０４を裏面から湿式異方性エッチングし
て、支持部３０８を形成した後、例えばフッ化水素水溶
液により酸化シリコン膜３００及び中間酸化シリコン膜
３０６の一部を除去する。それにより、探針部側に導電
層３０２を有するカンチレバーが作製される。

【００４９】なお、第二実施例でも同様に、第２のシリ
コン基板表面を酸化した後に、上述したようなイオンイ
ンプランテーションプロセスを加えることにより、カン
チレバー表面に導電層が形成され、導電性のカンチレバ
ーが作製できる。

【００５０】また、この実施例では、不純物としてボロ
ン(B) を注入したが、シリコン表面に導電層が形成でき
る不純物であれば注入される不純物は特に限定されな
い。このように作製されたカンチレバーは、探針部側に
導電層が形成されているため、ＡＦＭ測定に限られずＳ
ＴＭ測定にも適用できる。したがって、ＳＴＭ／ＡＦＭ
の同時測定を可能とするカンチレバーが提供できる。

【００５１】また、このカンチレバーの導電層は、イオ
ンインプランテーションにより形成されているため、コ
ーティングなどにより導電層を形成するよりも探針部の
形状の劣化がない。したがって、より分解能の高いＳＰ
Ｍ測定を可能とするＳＰＭ用カンチレバーが提供でき
る。

【００５２】さらに、このカンチレバーの製造プロセス
において、探針部の先端を尖鋭化するために形成される
酸化シリコン膜は、イオン注入時のパッシベーション膜
としても作用するため、容易に、しかも安定して導電性
を有するカンチレバーを作製できる。なお、上述したよ
うなＳＰＭ用カンチレバーの材質は単結晶シリコンに限
られず、他の半導体材料でも作製できる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＳＰＭ
用カンチレバーの製造方法によれば、三角錐形状の探針
部を形成した後、この探針部に尖鋭化処理を施している
ため、エッチング条件に関係なく探針先端部のアスペク
ト比が高く、曲率半径の小さい探針部を有するＳＰＭ用
カンチレバーを安定して作製でき、その結果、分解能の
高いＳＰＭ測定が可能なＳＰＭ用カンチレバーを提供で
きる。

【００５４】また、この発明によれば、レバー形状やレ
バー部の厚さを任意に設定できるため、ＬＦＭ測定やノ
ンコンタクトモードＡＦＭ測定など、用途に応じて様々
なＳＰＭ測定用のカンチレバーを作製できる。

【００５５】さらに、この発明の製造方法によって作製
されるカンチレバーは、探針部の先端位置が、この探針
部を支持するレバー部の頂角を通り、レバー部に対して
垂直な軸線上に位置するため、このカンチレバーを用い
てＳＰＭ測定をする際に、間接的に探針部の位置が確認
でき、探針部と試料との位置合わせが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（ａ）ないし（ｅ）は、この発明の第一
実施例に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製
造方法を概略的に示す図である。

【図２】図２は、図１の（ｂ）に示されているＳＯＩ基
板の斜視図である。

【図３】図３は、図１の（ｄ）に示されている探針部の
拡大図である。

【図４】図４は、図１に示されている製造方法により製
造されたカンチレバーを示す図である。

【図５】図５の（ａ）は、図４に示されている探針部の
拡大図であり、図５の（ｂ）は（ａ）に示す探針部を
(1) の方向から見た図であり、図５の（ｃ）は（ａ）に
示す探針部を(2) の方向から見た図であり、図５の
（ｄ）は（ａ）に示す探針部を(3) の方向から見た図で
ある。

【図６】図６は、図５に示されているカンチレバーの断
面を示す図である。

【図７】図７は、図１に示されている製造方法を変形し
て製造されるカンチレバーの変形例を示す図である。

【図８】図８の（ａ）ないし（ｄ）は、この発明の第二
実施例に係るＳＰＭ用カンチレバーの製造方法を概略的
に示す図である。

【図９】図９の（ａ）は、酸化シリコン膜を介して不純
物が注入された探針部の拡大図、図９の（ｂ）は、導電
層が形成されたカンチレバーの断面図をそれぞれ示して
いる。

【図１０】図１０は、従来、ＳＰＭ測定に使用されてい
るカンチレバーの一例を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１０２…第１のシリコン基板 １０４…中間酸化
シリコン膜 １０６…第２のシリコン基板 １０８…貼り合わ
せＳＯＩ基板 １１０…エッチングマスク １１１…レバーベ
ース部 １１２…酸化シリコン膜 １１４…探針ベー
ス部 １１６…レバー部 １１８…酸化シリ
コン膜 １２０…シリコン探針部 １２２…支持部 １２４…シリコンレバー部 １２６…カンチレ
バー １２８…稜線 １２９…曲面 １３０…探針先端 １３２…レバー部
の頂角 １４０…カンチレバーの変形例 ２０２…第１のシ
リコン基板 ２０４…中間酸化シリコン膜 ２０６…第２のシ
リコン基板 ２０８…貼り合わせＳＯＩ基板 ２１０…エッチン
グマスク ２１４…酸化シリコン膜 ２１８…探針部 ２２０…レバー部 ２２２…支持部 ３０２…導電層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レバー部及び探針部を有する走査型プロー
   ブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法であって、 第１の半導体基板の一方の面に形成された酸化膜層と第
   ２の半導体基板とを貼り合わせた貼り合わせ基板を用意
   する第１工程と、 前記第２の半導体基板を前記酸化膜層が露出するまで選
   択的に除去してレバー部に近似した形状のレバーベース
   部を形成する第２工程と、 前記レバーベース部の側端面に酸化膜を形成する第３工
   程と、 前記第２の半導体基板の表面部分を所定厚さ除去して前
   記レバーベース部に探針部に近似した形状の探針ベース
   部を形成する第４工程と、 前記第２の半導体基板の表面に酸化膜を形成する第５工
   程と、 前記第１の半導体基板に支持部を形成する第６工程と、 前記酸化膜層の一部、レバーベース部の側端面に形成さ
   れた酸化膜、及び第２の半導体基板表面に形成された酸
   化膜を除去する第７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製造方
   法。
2. 【請求項２】レバー部及び探針部を有する走査型プロー
   ブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法であって、 第１の半導体基板の一方の面に形成された酸化膜層と第
   ２の半導体基板とを貼り合わせた貼り合わせ基板を用意
   する第１工程と、 前記第２の半導体基板の表面部分を所定厚さ除去してレ
   バー部に近似した形状のレバーベース部を形成する第２
   工程と、 前記レバーベース部を含む第２の半導体基板を前記酸化
   膜層が露出するまで選択的に除去した後、前記第２の半
   導体基板の側端面に酸化膜を形成する第３工程と、 前記レバーベース部の厚さを維持しつつ、前記第２の半
   導体基板を選択的に除去して探針部に近似した形状の探
   針ベース部を形成する第４工程と、 前記第２の半導体基板の表面に酸化膜を形成する第５工
   程と、 前記第１の半導体基板に支持部を形成する第６工程と、 前記酸化膜層の一部、レバーベース部の側端面に形成さ
   れた酸化膜、及び第２の半導体基板表面に形成された酸
   化膜を除去する第７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製造方
   法。
3. 【請求項３】前記第５工程は、前記第２の半導体基板表
   面に酸化膜を形成した後、この酸化膜を介して第２の半
   導体基板に導電層を形成することを特徴とする請求項１
   乃至２のいずれか一方に記載の走査型プローブ顕微鏡用
   カンチレバーの製造方法。
4. 【請求項４】支持部から延出されたレバー部の自由端に
   三角錐形状の探針を有するカンチレバーであって、前記
   探針の先端で交わる３本の稜線のうち２本の稜線を含む
   ３つの面が曲面であ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。
5. 【請求項５】前記探針先端の位置が、前記レバー部の自
   由端を通り、前記レバー部に対して垂直な軸線上にほぼ
   一致することを特徴とする請求項４に記載の走査型プロ
   ーブ顕微鏡用カンチレバー。
6. 【請求項６】前記探針先端及び前記レバー部表面に導電
   層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の
   走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー。