JPH09105755A - Ａｆｍカンチレバー及びその製造方法 - Google Patents
Ａｆｍカンチレバー及びその製造方法Info
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- JPH09105755A JPH09105755A JP28813695A JP28813695A JPH09105755A JP H09105755 A JPH09105755 A JP H09105755A JP 28813695 A JP28813695 A JP 28813695A JP 28813695 A JP28813695 A JP 28813695A JP H09105755 A JPH09105755 A JP H09105755A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 片持ち梁の先端や探針部の側面が試料に接触
することなく、試料の穴の側壁の観察を行えるようにし
たＡＦＭカンチレバーを提供する。 【解決手段】 片持ち梁101 と、該片持ち梁101 の先端
部に設けられた探針部102 と、該片持ち梁101 の基部に
設けられた支持部104 とで構成されたＡＦＭカンチレバ
ー100 において、探針部102 を片持ち梁101 の末端部分
に該片持ち梁101に対して鈍角になるように形成し、且
つ探針部102 の先端部には突起103a〜103cを設け、その
うちの一本は支持部104 の配置位置とは逆向きに片持ち
梁101 に平行となるように形成する。
することなく、試料の穴の側壁の観察を行えるようにし
たＡＦＭカンチレバーを提供する。 【解決手段】 片持ち梁101 と、該片持ち梁101 の先端
部に設けられた探針部102 と、該片持ち梁101 の基部に
設けられた支持部104 とで構成されたＡＦＭカンチレバ
ー100 において、探針部102 を片持ち梁101 の末端部分
に該片持ち梁101に対して鈍角になるように形成し、且
つ探針部102 の先端部には突起103a〜103cを設け、その
うちの一本は支持部104 の配置位置とは逆向きに片持ち
梁101 に平行となるように形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、原子間力顕微鏡
（Atomic Force Microscope : ＡＦＭ）に用いるＡＦＭ
カンチレバー及びその製造方法に関する。
（Atomic Force Microscope : ＡＦＭ）に用いるＡＦＭ
カンチレバー及びその製造方法に関する。
【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 : ＳＴＭ）が Binni
ng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。
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 : ＳＴＭ）が Binni
ng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）が提案されている。このＡＦＭは、例えば特開昭６
２−１３０３０２号（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。
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）が提案されている。このＡＦＭは、例えば特開昭６
２−１３０３０２号（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（ＳＰＭ）の一つとして位置づけら
れる。ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を
持つ片持ち梁を、試料に対向、近接して配置し、探針部
の先端の原子と試料原子との間に働く相互作用により、
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三次元
的にとらえることができるようになっている。
査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置づけら
れる。ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を
持つ片持ち梁を、試料に対向、近接して配置し、探針部
の先端の原子と試料原子との間に働く相互作用により、
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三次元
的にとらえることができるようになっている。
【０００５】上述したようなＡＦＭ等における走査型プ
ローブ顕微鏡（ＳＰＭ）用のカンチレバーチップとして
は、T.R.Albrecht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〔 ThomasR. Albrecht and Calvin F.
Quate : Atomic resolution imaging of a nonconduct
or Atomforce Microscopy, J. Appl. Phy. 62(1987)259
9参照〕、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
なカンチレバーチップは、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。よって
現在では、半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作製され
るカンチレバーチップが主流となっている。
ローブ顕微鏡（ＳＰＭ）用のカンチレバーチップとして
は、T.R.Albrecht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〔 ThomasR. Albrecht and Calvin F.
Quate : Atomic resolution imaging of a nonconduct
or Atomforce Microscopy, J. Appl. Phy. 62(1987)259
9参照〕、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
なカンチレバーチップは、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。よって
現在では、半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作製され
るカンチレバーチップが主流となっている。
【０００６】一方、近年半導体集積回路をより集積化す
るため、シリコン基板にトレンチホールを形成し、その
内部にキャパシタやトランジスタを形成する試みがなさ
れている。その際、トレンチホール形状やその側壁表面
の荒れが、前記キャパシタあるいはトランジスタの特性
を左右する事から、トレンチホール形成後、それらを簡
便に評価する手法が望まれている。そして、このような
評価をＡＦＭにて行うために、有効な探針の形成方法を
トマス．バイエルらが提案している。（特開平３−１０
４１３６号公報，出願人：ＩＢＭ，発明者：トマス．バ
イエル他，発明の名称：超微細シリコン・テイップを形
成する方法，参照）
るため、シリコン基板にトレンチホールを形成し、その
内部にキャパシタやトランジスタを形成する試みがなさ
れている。その際、トレンチホール形状やその側壁表面
の荒れが、前記キャパシタあるいはトランジスタの特性
を左右する事から、トレンチホール形成後、それらを簡
便に評価する手法が望まれている。そして、このような
評価をＡＦＭにて行うために、有効な探針の形成方法を
トマス．バイエルらが提案している。（特開平３−１０
４１３６号公報，出願人：ＩＢＭ，発明者：トマス．バ
イエル他，発明の名称：超微細シリコン・テイップを形
成する方法，参照）
【０００７】上記公報開示の探針形成方法を、図38の
（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら説明する。スタート基板
として酸化シリコン膜を表面に形成したシリコン基板を
用い、探針を形成するための一般に円形のパターンを酸
化シリコン膜に転写し、この酸化シリコン膜をマスクと
してシリコン基板を異方性ＲＩＥ処理することにより、
図38の（Ａ）に示すように、シリコン基板1101に柱状突
起軸1102を形成する。なお1103は酸化シリコン膜マスク
である。次に、前記柱状突起軸1102の側壁を浅く等方性
エッチング処理することにより、図38の（Ｂ）に示すよ
うに、突起軸径を小さくすると共に、軸下部に円錐形の
基部1102ａを形成し、突起軸の機械的安定性を向上させ
る。次に、異方性湿式エッチングを施すことにより、図
38の（Ｃ）に示すように、酸化シリコン膜マスク1103の
真下に負の断面形状部1102ｂを形成する。最後に酸化シ
リコン膜マスク1103を除去することにより、図38の
（Ｄ）に示すように、先端が外側に拡がった形状の探針
1104が形成される。
（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら説明する。スタート基板
として酸化シリコン膜を表面に形成したシリコン基板を
用い、探針を形成するための一般に円形のパターンを酸
化シリコン膜に転写し、この酸化シリコン膜をマスクと
してシリコン基板を異方性ＲＩＥ処理することにより、
図38の（Ａ）に示すように、シリコン基板1101に柱状突
起軸1102を形成する。なお1103は酸化シリコン膜マスク
である。次に、前記柱状突起軸1102の側壁を浅く等方性
エッチング処理することにより、図38の（Ｂ）に示すよ
うに、突起軸径を小さくすると共に、軸下部に円錐形の
基部1102ａを形成し、突起軸の機械的安定性を向上させ
る。次に、異方性湿式エッチングを施すことにより、図
38の（Ｃ）に示すように、酸化シリコン膜マスク1103の
真下に負の断面形状部1102ｂを形成する。最後に酸化シ
リコン膜マスク1103を除去することにより、図38の
（Ｄ）に示すように、先端が外側に拡がった形状の探針
1104が形成される。
【０００８】このように先端が外側に拡がった形状の探
針を用いることにより、負の勾配角をもつトレンチホー
ル形状やその側壁が測定可能となる。
針を用いることにより、負の勾配角をもつトレンチホー
ル形状やその側壁が測定可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図39の（Ａ），（Ｂ）
は、先に述べた方法により作製されたＡＦＭカンチレバ
ーで、1201は片持ち梁、1202は探針部、1203は探針部先
端の突起を示している。探針部1202は片持ち梁1201の先
端部より若干内側に形成されている。これは前記作製方
法のように、探針部と片持ち梁部を順次形成しているた
めである。
は、先に述べた方法により作製されたＡＦＭカンチレバ
ーで、1201は片持ち梁、1202は探針部、1203は探針部先
端の突起を示している。探針部1202は片持ち梁1201の先
端部より若干内側に形成されている。これは前記作製方
法のように、探針部と片持ち梁部を順次形成しているた
めである。
【００１０】ＡＦＭでは、試料観察時にカンチレバーを
通常十数度傾けて走査する。そのため、図39の（Ｃ）に
示すように、片持ち梁1201の先端部1201ａと試料1211の
表面1212とが接触したり、探針部1202の側面1202ａと試
料の穴1213の角部1214とが接触して、深穴の観察の妨げ
となっていた。
通常十数度傾けて走査する。そのため、図39の（Ｃ）に
示すように、片持ち梁1201の先端部1201ａと試料1211の
表面1212とが接触したり、探針部1202の側面1202ａと試
料の穴1213の角部1214とが接触して、深穴の観察の妨げ
となっていた。
【００１１】また、前述したトマス．バイエルらが提案
したＡＦＭカンチレバーの探針部は、前記作製方法から
わかるように、その先端面が平面である。したがって、
そのような探針部を用いてトレンチホール底部の側壁を
測定した場合は、探針部先端面とホール底との相互作用
により、測定分解能が著しく減少してしまうという問題
点がある。
したＡＦＭカンチレバーの探針部は、前記作製方法から
わかるように、その先端面が平面である。したがって、
そのような探針部を用いてトレンチホール底部の側壁を
測定した場合は、探針部先端面とホール底との相互作用
により、測定分解能が著しく減少してしまうという問題
点がある。
【００１２】本発明は、従来の側壁観察用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、側壁の観察に要求される片持ち梁形状と探針部形
状を満足するＡＦＭカンチレバー及びその製造方法提供
することを目的とし、各請求項記載の発明毎の目的を述
べると次の通りである。請求項１記載の発明は、探針部
の側面部分が試料の穴の角部に接触しないようにしたＡ
ＦＭ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、片持ち梁の先端が試料に接触しないよ
うにしたＡＦＭカンチレバーを提供することを目的とす
る。請求項３記載の発明は、試料の穴の側面、底部の
角、底面を観察可能なＡＦＭカンチレバーを提供するこ
とを目的とする。請求項４記載の発明は、試料の側壁の
情報を観察可能なＡＦＭカンチレバーを提供することを
目的とする。請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載
のＡＦＭカンチレバーを簡単に制御性よく製造する方法
を提供することを目的とする。請求項６記載の発明は、
先端が外側に拡がっているトレンチホール側壁評価に適
した探針部をもつＡＦＭカンチレバーにおいて、トレン
チホール底部における側壁観察の分解能を向上させるこ
とを目的とする。請求項７記載の発明は、請求項６記載
のＡＦＭカンチレバーを容易に作製可能なＡＦＭカンチ
レバーの製造方法を提供することを目的とする。請求項
８記載の発明は、分解能をより向上させた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、請求項６〜８記載のＡＦＭカンチレバーを容易に
精度よく実現することを目的とする。
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、側壁の観察に要求される片持ち梁形状と探針部形
状を満足するＡＦＭカンチレバー及びその製造方法提供
することを目的とし、各請求項記載の発明毎の目的を述
べると次の通りである。請求項１記載の発明は、探針部
の側面部分が試料の穴の角部に接触しないようにしたＡ
ＦＭ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、片持ち梁の先端が試料に接触しないよ
うにしたＡＦＭカンチレバーを提供することを目的とす
る。請求項３記載の発明は、試料の穴の側面、底部の
角、底面を観察可能なＡＦＭカンチレバーを提供するこ
とを目的とする。請求項４記載の発明は、試料の側壁の
情報を観察可能なＡＦＭカンチレバーを提供することを
目的とする。請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載
のＡＦＭカンチレバーを簡単に制御性よく製造する方法
を提供することを目的とする。請求項６記載の発明は、
先端が外側に拡がっているトレンチホール側壁評価に適
した探針部をもつＡＦＭカンチレバーにおいて、トレン
チホール底部における側壁観察の分解能を向上させるこ
とを目的とする。請求項７記載の発明は、請求項６記載
のＡＦＭカンチレバーを容易に作製可能なＡＦＭカンチ
レバーの製造方法を提供することを目的とする。請求項
８記載の発明は、分解能をより向上させた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、請求項６〜８記載のＡＦＭカンチレバーを容易に
精度よく実現することを目的とする。
【００１３】
【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記載の発明は、片持ち梁の支持部と、該支
持部より延びるように配置された片持ち梁と、該片持ち
梁の自由端であって、該片持ち梁に対して前記支持部配
置側とは反対側である裏面に、該片持ち梁に対して鈍角
に形成された探針部とを備え、該探針部は、その先端部
分に１〜４個の突起を有し、そのうちの１個は前記支持
部の配置方向に対して反対方向に向けて形成してＡＦＭ
カンチレバーを構成するものである。この構成により、
測定状態で探針部側面部分が試料の穴の角部にあたるの
を防止することができる。
め、請求項１記載の発明は、片持ち梁の支持部と、該支
持部より延びるように配置された片持ち梁と、該片持ち
梁の自由端であって、該片持ち梁に対して前記支持部配
置側とは反対側である裏面に、該片持ち梁に対して鈍角
に形成された探針部とを備え、該探針部は、その先端部
分に１〜４個の突起を有し、そのうちの１個は前記支持
部の配置方向に対して反対方向に向けて形成してＡＦＭ
カンチレバーを構成するものである。この構成により、
測定状態で探針部側面部分が試料の穴の角部にあたるの
を防止することができる。
【００１４】請求項２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、探針部を片持ち梁の先端の
角部に設けて構成するものである。これにより、片持ち
梁の先端が試料に接触するのを回避することができる。
ＦＭカンチレバーにおいて、探針部を片持ち梁の先端の
角部に設けて構成するものである。これにより、片持ち
梁の先端が試料に接触するのを回避することができる。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載のＡ
ＦＭカンチレバーにおいて、探針部の先端部分の突起を
片持ち梁と平行な方向に向けて形成するものである。こ
の構成により、試料の穴の側面はもちろん、底面（表
面）や、角の内側を走査して観察することも可能とな
る。
ＦＭカンチレバーにおいて、探針部の先端部分の突起を
片持ち梁と平行な方向に向けて形成するものである。こ
の構成により、試料の穴の側面はもちろん、底面（表
面）や、角の内側を走査して観察することも可能とな
る。
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項２記載のＡ
ＦＭカンチレバーにおいて、探針部の先端部分の突起を
探針部と直交する方向に向けて形成するものである。こ
れにより、探針部を傾けた場合にも探針部の先端部分の
突起を試料側面に垂直に接触させることが可能となり、
試料の側壁が観察可能となる。
ＦＭカンチレバーにおいて、探針部の先端部分の突起を
探針部と直交する方向に向けて形成するものである。こ
れにより、探針部を傾けた場合にも探針部の先端部分の
突起を試料側面に垂直に接触させることが可能となり、
試料の側壁が観察可能となる。
【００１７】請求項５記載の発明は、貼り合わせＳＯＩ
基板に異方性エッチング処理により片持ち梁パターンを
形成する工程と、湿式異方性エッチング処理により前記
片持ち梁パターンを所望の厚さの片持ち梁に形成すると
同時に該片持ち梁の自由端に探針部を形成する工程と、
前記探針部先端にエッチング処理により突起を形成する
工程と、前記基板裏面にエッチング処理により支持部を
形成する工程とでＡＦＭカンチレバーの製造方法を構成
するものである。これにより請求項１〜４記載のＡＦＭ
カンチレバーを容易に制御性よく製造することができ
る。
基板に異方性エッチング処理により片持ち梁パターンを
形成する工程と、湿式異方性エッチング処理により前記
片持ち梁パターンを所望の厚さの片持ち梁に形成すると
同時に該片持ち梁の自由端に探針部を形成する工程と、
前記探針部先端にエッチング処理により突起を形成する
工程と、前記基板裏面にエッチング処理により支持部を
形成する工程とでＡＦＭカンチレバーの製造方法を構成
するものである。これにより請求項１〜４記載のＡＦＭ
カンチレバーを容易に制御性よく製造することができ
る。
【００１８】請求項６記載の発明は、片持ち梁の支持部
と、該支持部より延びるように配置された片持ち梁とを
備え、該片持ち梁の自由端近傍に、先端周縁部が外側に
拡がり且つ該先端上面が凹型形状とした柱状突起状の探
針部を設けてＡＦＭカンチレバーを構成するものであ
る。このように探針部を構成することにより、トレンチ
ホール底部においてもホール底と探針部先端上面との相
互作用が小さいため、ホール側壁を高分解能で測定する
ことが可能となる。
と、該支持部より延びるように配置された片持ち梁とを
備え、該片持ち梁の自由端近傍に、先端周縁部が外側に
拡がり且つ該先端上面が凹型形状とした柱状突起状の探
針部を設けてＡＦＭカンチレバーを構成するものであ
る。このように探針部を構成することにより、トレンチ
ホール底部においてもホール底と探針部先端上面との相
互作用が小さいため、ホール側壁を高分解能で測定する
ことが可能となる。
【００１９】請求項７記載の発明は、請求項６記載のＡ
ＦＭカンチレバーの製造方法において、前記柱状突起状
探針部をシリコンで構成すると共に、その先端部にＰ型
不純物拡散層を形成する工程を備えるものである。Ｐ型
不純物を拡散したシリコン層は異方性湿式エッチングに
おいてエッチングレートが低下するので、このように柱
状突起先端部にＰ型不純物拡散層を設けた後、柱状突起
を異方性湿式エッチング処理することにより、側壁観察
に適している先端が外側に拡がった探針部を容易に形成
することが可能となる。
ＦＭカンチレバーの製造方法において、前記柱状突起状
探針部をシリコンで構成すると共に、その先端部にＰ型
不純物拡散層を形成する工程を備えるものである。Ｐ型
不純物を拡散したシリコン層は異方性湿式エッチングに
おいてエッチングレートが低下するので、このように柱
状突起先端部にＰ型不純物拡散層を設けた後、柱状突起
を異方性湿式エッチング処理することにより、側壁観察
に適している先端が外側に拡がった探針部を容易に形成
することが可能となる。
【００２０】請求項８記載の発明は、請求項６記載のＡ
ＦＭカンチレバーにおいて、前記柱状突起状の探針部
は、先端周縁部に十字状に四方向に突出する尖鋭部を備
え、該四方向の尖鋭部の対角線は、前記片持ち梁が支持
部から延びる方向及びその直角方向と一致するように構
成するものである。このように先端周縁部に十字状の尖
鋭部を構成することにより、試料面に接する探針部先端
の表面積は従来のものよりも小さくなるので、側壁観察
分解能が更に向上する。またその尖鋭部を片持ち梁が支
持部より延びる方向及びその直角方向に配備することに
より、探針部先端が試料面から受ける力を最も効率よく
片持ち梁の反りあるいはねじれの変位に変換できるた
め、側壁観察分解能が向上する。
ＦＭカンチレバーにおいて、前記柱状突起状の探針部
は、先端周縁部に十字状に四方向に突出する尖鋭部を備
え、該四方向の尖鋭部の対角線は、前記片持ち梁が支持
部から延びる方向及びその直角方向と一致するように構
成するものである。このように先端周縁部に十字状の尖
鋭部を構成することにより、試料面に接する探針部先端
の表面積は従来のものよりも小さくなるので、側壁観察
分解能が更に向上する。またその尖鋭部を片持ち梁が支
持部より延びる方向及びその直角方向に配備することに
より、探針部先端が試料面から受ける力を最も効率よく
片持ち梁の反りあるいはねじれの変位に変換できるた
め、側壁観察分解能が向上する。
【００２１】請求項９記載の発明は、請求項６記載のＡ
ＦＭカンチレバーにおいて、前記片持ち梁は、表面が
（１００）の結晶面をもつ単結晶シリコンで形成され、
該片持ち梁が前記支持部から延びる方向は、該片持ち梁
を構成する単結晶シリコンの＜０１０＞若しくはそれに
同等の単結晶軸方向であるように構成すると共に、前記
支持部は表面が（１００）の結晶面をもつ単結晶シリコ
ンで形成され、前記片持ち梁が延びる方向は、支持部を
構成する単結晶シリコン＜１１０＞若しくはそれに同等
の単結晶軸方向であるように構成するものである。この
ように構成することにより、片持ち梁上に形成した探針
部先端上面に異方性湿式エッチングにより逆四角錐型の
凹型領域を形成した場合、探針部先端上面の４つの頂点
の対角線は、自己整合的に片持ち梁が支持部より延びる
方向及びその直角方向に配備される。また、支持部を四
角形のマスクにて異方性湿式エッチングすることにより
形成した場合、支持部の稜線が片持ち梁の延びる方向に
垂直になるため、片持ち梁の長さの制御もしやすいの
で、請求項６〜８記載のＡＦＭカンチレバーを容易に精
度よく作製することが可能となる。
ＦＭカンチレバーにおいて、前記片持ち梁は、表面が
（１００）の結晶面をもつ単結晶シリコンで形成され、
該片持ち梁が前記支持部から延びる方向は、該片持ち梁
を構成する単結晶シリコンの＜０１０＞若しくはそれに
同等の単結晶軸方向であるように構成すると共に、前記
支持部は表面が（１００）の結晶面をもつ単結晶シリコ
ンで形成され、前記片持ち梁が延びる方向は、支持部を
構成する単結晶シリコン＜１１０＞若しくはそれに同等
の単結晶軸方向であるように構成するものである。この
ように構成することにより、片持ち梁上に形成した探針
部先端上面に異方性湿式エッチングにより逆四角錐型の
凹型領域を形成した場合、探針部先端上面の４つの頂点
の対角線は、自己整合的に片持ち梁が支持部より延びる
方向及びその直角方向に配備される。また、支持部を四
角形のマスクにて異方性湿式エッチングすることにより
形成した場合、支持部の稜線が片持ち梁の延びる方向に
垂直になるため、片持ち梁の長さの制御もしやすいの
で、請求項６〜８記載のＡＦＭカンチレバーを容易に精
度よく作製することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態及び実施例】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
実施例を示す図で、図１の（Ａ）は全体斜視図、図１の
（Ｂ）はレバー先端部の拡大図である。本実施例のＡＦ
Ｍカンチレバー100 は、片持ち梁101 と、該片持ち梁10
1 の先端に設けられた探針部102 と、該片持ち梁101 の
基部に設けられた支持部104 より構成されている。探針
部102 は片持ち梁101 の末端部分に該片持ち梁101 に対
して鈍角をなすように形成されている。探針部102 の先
端部には突起103a〜103cが設けられ、そのうちの一本
（103a）は支持部104 の配置位置とは逆向きに、且つ片
持ち梁101 に平行となるように形成されている。
明する。図１は本発明に係るＡＦＭカンチレバーの第１
実施例を示す図で、図１の（Ａ）は全体斜視図、図１の
（Ｂ）はレバー先端部の拡大図である。本実施例のＡＦ
Ｍカンチレバー100 は、片持ち梁101 と、該片持ち梁10
1 の先端に設けられた探針部102 と、該片持ち梁101 の
基部に設けられた支持部104 より構成されている。探針
部102 は片持ち梁101 の末端部分に該片持ち梁101 に対
して鈍角をなすように形成されている。探針部102 の先
端部には突起103a〜103cが設けられ、そのうちの一本
（103a）は支持部104 の配置位置とは逆向きに、且つ片
持ち梁101 に平行となるように形成されている。
【００２３】次に、本実施例の製造方法を、図２〜図10
の製造工程図に沿って説明する。図２において、200 は
スタート基板で、該スタート基板200 は貼り合わせＳＯ
Ｉ（Silicon On Insulator）基板であり、カンチレバー
形成領域200a及び支持部形成領域200bは（１００）Ｓi
であり、貼り合わせ領域200cはSiＯ2 膜である。この基
板200 の表面にマスク用SiＮ膜211aを堆積し、裏面に支
持部のマスク（Si3 Ｎ4 膜）214 を形成する。次いで図
３に示すように、表面側にカンチレバーパターンマスク
211 を形成し、これをエッチングマスクとしてカンチレ
バー形成領域200aを貼り合わせ領域200cまで異方性エッ
チングして、カンチレバーパターン201aを形成する。次
に図４に示すように、カンチレバーパターンマスク（Si
3 Ｎ4 膜）211 を残したままカンチレバーパターン201a
の側面を熱酸化処理して、SiＯ2膜212 を形成する。次
に図５に示すように、カンチレバーパターン201a上のパ
ターンマスク211 を探針部先端の突起形成部分の探針部
マスク213 のみ残して除去し、シリコンよりなるカンチ
レバーパターン201aを露出する。
の製造工程図に沿って説明する。図２において、200 は
スタート基板で、該スタート基板200 は貼り合わせＳＯ
Ｉ（Silicon On Insulator）基板であり、カンチレバー
形成領域200a及び支持部形成領域200bは（１００）Ｓi
であり、貼り合わせ領域200cはSiＯ2 膜である。この基
板200 の表面にマスク用SiＮ膜211aを堆積し、裏面に支
持部のマスク（Si3 Ｎ4 膜）214 を形成する。次いで図
３に示すように、表面側にカンチレバーパターンマスク
211 を形成し、これをエッチングマスクとしてカンチレ
バー形成領域200aを貼り合わせ領域200cまで異方性エッ
チングして、カンチレバーパターン201aを形成する。次
に図４に示すように、カンチレバーパターンマスク（Si
3 Ｎ4 膜）211 を残したままカンチレバーパターン201a
の側面を熱酸化処理して、SiＯ2膜212 を形成する。次
に図５に示すように、カンチレバーパターン201a上のパ
ターンマスク211 を探針部先端の突起形成部分の探針部
マスク213 のみ残して除去し、シリコンよりなるカンチ
レバーパターン201aを露出する。
【００２４】次に図６に示すように、図４で示した工程
で形成したSiＯ2 膜212 と図５で示した工程で残した探
針部マスク213 をエッチングマスクとして、ＫＯＨ水溶
液でカンチレバーパターン201aを所望の厚さまでエッチ
ングし、片持ち梁201 を得る。このとき、ＫＯＨ水溶液
は、（１１１）面のエッチング速度が（１００）面のそ
れの400 分の１であることから、片持ち梁先端部では
（１１１）面でエッチングが停止し、その結果、探針部
202 が同時に形成される。このあと図７に示すように、
片持ち梁側面のSiＯ2 膜212 を除去し、次いで図８に示
すように、熱酸化処理して酸化膜（SiＯ2 膜）222 を成
長させて、探針部202 を細くしてゆくと同時に、探針部
先端に突起203 を形成する。最後に図９に示すように、
支持部204をＫＯＨ水溶液にて形成し、更に図10に示す
ように、マスク214 ，213 ，表面酸化膜222 ，貼り合わ
せ領域200cを除去して、ＡＦＭカンチレバー210 を完成
する。
で形成したSiＯ2 膜212 と図５で示した工程で残した探
針部マスク213 をエッチングマスクとして、ＫＯＨ水溶
液でカンチレバーパターン201aを所望の厚さまでエッチ
ングし、片持ち梁201 を得る。このとき、ＫＯＨ水溶液
は、（１１１）面のエッチング速度が（１００）面のそ
れの400 分の１であることから、片持ち梁先端部では
（１１１）面でエッチングが停止し、その結果、探針部
202 が同時に形成される。このあと図７に示すように、
片持ち梁側面のSiＯ2 膜212 を除去し、次いで図８に示
すように、熱酸化処理して酸化膜（SiＯ2 膜）222 を成
長させて、探針部202 を細くしてゆくと同時に、探針部
先端に突起203 を形成する。最後に図９に示すように、
支持部204をＫＯＨ水溶液にて形成し、更に図10に示す
ように、マスク214 ，213 ，表面酸化膜222 ，貼り合わ
せ領域200cを除去して、ＡＦＭカンチレバー210 を完成
する。
【００２５】上記の方法で製造されたＡＦＭカンチレバ
ーは、片持ち梁と探針部を同時に形成しているため、探
針部が片持ち梁の自由端先端から立ち上がった構成とな
っている。また、（１１１）面を利用して探針部を形成
しているので、探針部が片持ち梁に対して鈍角に形成さ
れる。したがって、本実施例によれば、試料に対してカ
ンチレバーを傾けて行われるＡＦＭ測定において、片持
ち梁先端部あるいは探針部側面が試料に接触しないＡＦ
Ｍカンチレバーを提供することが可能である。
ーは、片持ち梁と探針部を同時に形成しているため、探
針部が片持ち梁の自由端先端から立ち上がった構成とな
っている。また、（１１１）面を利用して探針部を形成
しているので、探針部が片持ち梁に対して鈍角に形成さ
れる。したがって、本実施例によれば、試料に対してカ
ンチレバーを傾けて行われるＡＦＭ測定において、片持
ち梁先端部あるいは探針部側面が試料に接触しないＡＦ
Ｍカンチレバーを提供することが可能である。
【００２６】なお、本実施例においては、探針部の先端
部に３個の突起を有するＡＦＭカンチレバーについて説
明しているが、前記図５に示した製造工程において探針
部の先端の突起形成部分のマスク213 の形状を変えるこ
とにより、図11の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、探針部
の先端に１〜４個の突起203a，203b，203c，203dを有す
るＡＦＭカンチレバーを任意に形成することが可能であ
る。
部に３個の突起を有するＡＦＭカンチレバーについて説
明しているが、前記図５に示した製造工程において探針
部の先端の突起形成部分のマスク213 の形状を変えるこ
とにより、図11の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、探針部
の先端に１〜４個の突起203a，203b，203c，203dを有す
るＡＦＭカンチレバーを任意に形成することが可能であ
る。
【００２７】次に第２実施例について説明する。図12は
第２実施例の探針部部分の拡大図である。本実施例は、
探針部302 の片持ち梁301 側の側面302aと対向する反対
側の側面（または辺）302bを、片持ち梁側の側面302aと
平行か又はそれに近い面に形成した構成を備えているも
ので、その他の構成は、第１実施例と全く同じである。
そして、この実施例でも探針部302 の先端部に３つの突
起303a，303b，303cを備えている。
第２実施例の探針部部分の拡大図である。本実施例は、
探針部302 の片持ち梁301 側の側面302aと対向する反対
側の側面（または辺）302bを、片持ち梁側の側面302aと
平行か又はそれに近い面に形成した構成を備えているも
ので、その他の構成は、第１実施例と全く同じである。
そして、この実施例でも探針部302 の先端部に３つの突
起303a，303b，303cを備えている。
【００２８】次に、本実施例の製造方法について図13〜
図21に示した製造工程図に基づいて説明する。図13に示
すスタート基板400 は貼り合わせＳＯＩ基板であり、カ
ンチレバー形成領域400a及び支持部形成領域400bは（１
００）Ｓi であり、貼り合わせ領域400cはSiＯ2 膜であ
る。この基板400 の表面にSiＮ膜411aを堆積し、裏面に
支持部のマスク414 を形成する。続いて図14に示すよう
に、表面側にカンチレバーパターンマスク411 を形成
し、これをエッチングマスクとしてカンチレバー形成領
域400aを貼り合わせ領域400cまで、片持ち梁の長手方向
に対しておよそ55度傾けた方向に、異方性エッチングし
てカンチレバーパターン401aを形成する。以下、第１実
施例について図４〜図10に示した製造工程と同様に、図
15〜図21に示す製造工程を進め、最終的に図21に示すＡ
ＦＭカンチレバー410 を得る。なお、図15〜図21におい
て、図４〜図10に示した第１実施例の製造工程図の200
台の符号で示した部分に対応する部分には、400 台の符
号を付して示している。
図21に示した製造工程図に基づいて説明する。図13に示
すスタート基板400 は貼り合わせＳＯＩ基板であり、カ
ンチレバー形成領域400a及び支持部形成領域400bは（１
００）Ｓi であり、貼り合わせ領域400cはSiＯ2 膜であ
る。この基板400 の表面にSiＮ膜411aを堆積し、裏面に
支持部のマスク414 を形成する。続いて図14に示すよう
に、表面側にカンチレバーパターンマスク411 を形成
し、これをエッチングマスクとしてカンチレバー形成領
域400aを貼り合わせ領域400cまで、片持ち梁の長手方向
に対しておよそ55度傾けた方向に、異方性エッチングし
てカンチレバーパターン401aを形成する。以下、第１実
施例について図４〜図10に示した製造工程と同様に、図
15〜図21に示す製造工程を進め、最終的に図21に示すＡ
ＦＭカンチレバー410 を得る。なお、図15〜図21におい
て、図４〜図10に示した第１実施例の製造工程図の200
台の符号で示した部分に対応する部分には、400 台の符
号を付して示している。
【００２９】本実施例では、３個の突起を持つＡＦＭカ
ンチレバーを示しているが、第１実施例と同様に１〜４
個の突起を形成することが可能である。上記第２実施例
によれば、よりアスペクト比が高い探針部を実現するこ
とが可能となり、深い穴や細い穴、高い側壁などの測定
に有用なＡＦＭカンチレバーを提供することが可能とな
る。
ンチレバーを示しているが、第１実施例と同様に１〜４
個の突起を形成することが可能である。上記第２実施例
によれば、よりアスペクト比が高い探針部を実現するこ
とが可能となり、深い穴や細い穴、高い側壁などの測定
に有用なＡＦＭカンチレバーを提供することが可能とな
る。
【００３０】次に第３実施例について説明する。図22の
（Ａ）は第３実施例の探針部部分の拡大図である。本実
施例では、探針部502 の先端の突起503a，503b，503cを
探針部502 と直交する（１１１）面上に形成した構成を
特徴としている。その他の構成は第１実施例及び第２実
施例と全く同じであり、501 は片持ち梁を示している。
（Ａ）は第３実施例の探針部部分の拡大図である。本実
施例では、探針部502 の先端の突起503a，503b，503cを
探針部502 と直交する（１１１）面上に形成した構成を
特徴としている。その他の構成は第１実施例及び第２実
施例と全く同じであり、501 は片持ち梁を示している。
【００３１】本実施例によるＡＦＭカンチレバーの製造
方法は、探針部先端の突起形成部分をＫＯＨ水溶液でエ
ッチングして、あらかじめ（１１１）面を露出する工程
の他は、第１実施例及び第２実施例に示した製造方法と
全く同じであるので、ここでの説明は省略する。本実施
例でも３個の突起を持つＡＦＭカンチレバーを示してい
るが、第１実施例及び第２実施例と同様に１〜４個の突
起を形成することが可能である。なお、図22の（Ｂ）は
図12に示した第２実施例に対応する第３実施例の変形例
を示している。
方法は、探針部先端の突起形成部分をＫＯＨ水溶液でエ
ッチングして、あらかじめ（１１１）面を露出する工程
の他は、第１実施例及び第２実施例に示した製造方法と
全く同じであるので、ここでの説明は省略する。本実施
例でも３個の突起を持つＡＦＭカンチレバーを示してい
るが、第１実施例及び第２実施例と同様に１〜４個の突
起を形成することが可能である。なお、図22の（Ｂ）は
図12に示した第２実施例に対応する第３実施例の変形例
を示している。
【００３２】本実施例によれば、探針部先端の突起を、
片持ち梁に対して鈍角に形成された探針部と垂直に形成
することが可能となる。したがって、ＡＦＭ測定時に探
針部の突起を試料に垂直に対向させることが可能とな
り、測定精度が向上する。
片持ち梁に対して鈍角に形成された探針部と垂直に形成
することが可能となる。したがって、ＡＦＭ測定時に探
針部の突起を試料に垂直に対向させることが可能とな
り、測定精度が向上する。
【００３３】次に第４実施例について説明する。図23は
第４実施例を示す図で、図23の（Ａ）は横断面、図23の
（Ｂ）はその上面図である。この実施例のＡＦＭカンチ
レバー600 においては、探針部611 ，片持ち梁612 ，支
持部613 はいずれも単結晶シリコンで形成されており、
片持ち梁612 の自由端近傍に形成された探針部611 は、
先端部が外側に拡がっていると共に、先端面には逆四角
錐状の凹部615 が形成されている。
第４実施例を示す図で、図23の（Ａ）は横断面、図23の
（Ｂ）はその上面図である。この実施例のＡＦＭカンチ
レバー600 においては、探針部611 ，片持ち梁612 ，支
持部613 はいずれも単結晶シリコンで形成されており、
片持ち梁612 の自由端近傍に形成された探針部611 は、
先端部が外側に拡がっていると共に、先端面には逆四角
錐状の凹部615 が形成されている。
【００３４】また、本実施例のＡＦＭカンチレバー600
は、片持ち梁612 を構成する単結晶シリコン基板と支持
部613 を構成する単結晶シリコン基板との間に、酸化シ
リコン層614 が形成されており、片持ち梁612 を構成す
る単結晶シリコン基板において、探針部611 が形成され
ている面は（１００）結晶面であり、片持ち梁612 が支
持部613 から延びている方向は＜０１０＞結晶軸若しく
はその等価な軸方向である。また支持部613 を構成する
単結晶シリコン基板において、探針部611 が形成されて
いる面と反対側の面、すなわち支持部裏面（１００）結
晶面であり、その支持部裏面から斜めに片持ち梁612 に
向かっている面は（１１１）結晶面である。そして支持
部基板における片持ち梁612 の延びている方向は、＜１
１０＞結晶軸若しくはその等価な軸方向である。
は、片持ち梁612 を構成する単結晶シリコン基板と支持
部613 を構成する単結晶シリコン基板との間に、酸化シ
リコン層614 が形成されており、片持ち梁612 を構成す
る単結晶シリコン基板において、探針部611 が形成され
ている面は（１００）結晶面であり、片持ち梁612 が支
持部613 から延びている方向は＜０１０＞結晶軸若しく
はその等価な軸方向である。また支持部613 を構成する
単結晶シリコン基板において、探針部611 が形成されて
いる面と反対側の面、すなわち支持部裏面（１００）結
晶面であり、その支持部裏面から斜めに片持ち梁612 に
向かっている面は（１１１）結晶面である。そして支持
部基板における片持ち梁612 の延びている方向は、＜１
１０＞結晶軸若しくはその等価な軸方向である。
【００３５】図24の（Ａ）は、本実施例の探針部を拡大
して示す横断面図であり、図24の（Ｂ）はその斜視図で
ある。次に図24の（Ａ），（Ｂ）を参照しながら探針部
を詳細に説明する。前述したように探針部611 の先端部
は外側に拡がり、その先端面には逆四角錐状の凹部615
が形成されている。この凹部615 の表面は（１１１）結
晶面で構成されており、探針部先端部には４つの尖鋭部
616 〜619 が形成されている。また４つの尖鋭部616 〜
619 のうち対向する２つの尖鋭部616 と617 を結ぶ線
は、片持ち梁612 が支持部613 から延びる方向に沿って
おり、他の２つの対向する尖鋭部618 と619 を結ぶ線
は、前記片持ち梁612 が延びる方向と垂直の方向を向い
ている。更にまた、探針部611 の先端部にはＰ型不純物
拡散層620 が形成されている。
して示す横断面図であり、図24の（Ｂ）はその斜視図で
ある。次に図24の（Ａ），（Ｂ）を参照しながら探針部
を詳細に説明する。前述したように探針部611 の先端部
は外側に拡がり、その先端面には逆四角錐状の凹部615
が形成されている。この凹部615 の表面は（１１１）結
晶面で構成されており、探針部先端部には４つの尖鋭部
616 〜619 が形成されている。また４つの尖鋭部616 〜
619 のうち対向する２つの尖鋭部616 と617 を結ぶ線
は、片持ち梁612 が支持部613 から延びる方向に沿って
おり、他の２つの対向する尖鋭部618 と619 を結ぶ線
は、前記片持ち梁612 が延びる方向と垂直の方向を向い
ている。更にまた、探針部611 の先端部にはＰ型不純物
拡散層620 が形成されている。
【００３６】次に、このような構成の本実施例に係るＡ
ＦＭカンチレバーの製法について説明する。図25〜図30
は本実施例のＡＦＭカンチレバーの探針部の製造工程を
示す図である。まず本実施例のＡＦＭカンチレバーを作
製するため、スタート基板として２枚の（１００）シリ
コン基板を酸化シリコン膜を介して貼り合わせた基板、
すなわち貼り合わせＳＯＩ基板を用意するが、このＳＯ
Ｉ基板を作製する際、２枚の単結晶シリコン基板の基板
表面に垂直な結晶軸方向が45°互いにずれるように貼り
合わせる。すなわち片方の基板の＜０１０＞若しくはそ
れに等価な結晶軸方向と、他方の基板の＜１１０＞若し
くはそれに等価な結晶軸方向が重なるように貼り合わせ
る。また貼り合わせたこの２枚の基板の厚さは、一方が
例えば15μｍであり、これは片持ち梁及び探針部を形成
する基板として使用される。そして他方の基板は例えば
500 μｍであり、こちらは支持部の形成に使用される。
更にまた、中間の酸化シリコン膜の厚さは、例えば１μ
ｍである。
ＦＭカンチレバーの製法について説明する。図25〜図30
は本実施例のＡＦＭカンチレバーの探針部の製造工程を
示す図である。まず本実施例のＡＦＭカンチレバーを作
製するため、スタート基板として２枚の（１００）シリ
コン基板を酸化シリコン膜を介して貼り合わせた基板、
すなわち貼り合わせＳＯＩ基板を用意するが、このＳＯ
Ｉ基板を作製する際、２枚の単結晶シリコン基板の基板
表面に垂直な結晶軸方向が45°互いにずれるように貼り
合わせる。すなわち片方の基板の＜０１０＞若しくはそ
れに等価な結晶軸方向と、他方の基板の＜１１０＞若し
くはそれに等価な結晶軸方向が重なるように貼り合わせ
る。また貼り合わせたこの２枚の基板の厚さは、一方が
例えば15μｍであり、これは片持ち梁及び探針部を形成
する基板として使用される。そして他方の基板は例えば
500 μｍであり、こちらは支持部の形成に使用される。
更にまた、中間の酸化シリコン膜の厚さは、例えば１μ
ｍである。
【００３７】次に、図25の（Ａ）に示すように、上記Ｓ
ＯＩ基板721 の表面に窒化シリコン膜722 を、例えば10
0 nm形成した後、探針部を形成すべき所定の場所に四角
形型の窒化シリコン膜開口部722aを形成する。この後、
前記窒化シリコン膜開口部722aより基板721 に異方性湿
式エッチングを施すことにより、図25の（Ａ），（Ｂ）
に示すように、逆四角錐状の凹部715 を形成する。この
結果、凹部715 の表面には異方性湿式エッチングによっ
て形成される（１１１）結晶面が露出する。
ＯＩ基板721 の表面に窒化シリコン膜722 を、例えば10
0 nm形成した後、探針部を形成すべき所定の場所に四角
形型の窒化シリコン膜開口部722aを形成する。この後、
前記窒化シリコン膜開口部722aより基板721 に異方性湿
式エッチングを施すことにより、図25の（Ａ），（Ｂ）
に示すように、逆四角錐状の凹部715 を形成する。この
結果、凹部715 の表面には異方性湿式エッチングによっ
て形成される（１１１）結晶面が露出する。
【００３８】次に、図26に示すように、凹部715 の表面
に選択的にＰ型不純物拡散層720 を形成する。Ｐ型不純
物としては例えばボロンが用いられる。次に、この基板
を酸化処理すると窒化シリコン膜開口部722aのみ選択的
に酸化されるため、図27に示すように、凹部715 の表面
に酸化シリコン膜724 が形成される。次に窒化シリコン
膜722 を剥離した後、前記酸化シリコン膜724 をマスク
として、シリコン基板721 に例えば反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）処理を施すことにより、図28に示すよう
に、上面に凹部を持つ柱状のシリコン突起725 を自己整
合的に形成できる。
に選択的にＰ型不純物拡散層720 を形成する。Ｐ型不純
物としては例えばボロンが用いられる。次に、この基板
を酸化処理すると窒化シリコン膜開口部722aのみ選択的
に酸化されるため、図27に示すように、凹部715 の表面
に酸化シリコン膜724 が形成される。次に窒化シリコン
膜722 を剥離した後、前記酸化シリコン膜724 をマスク
として、シリコン基板721 に例えば反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）処理を施すことにより、図28に示すよう
に、上面に凹部を持つ柱状のシリコン突起725 を自己整
合的に形成できる。
【００３９】次に、再度異方性湿式エッチング処理を施
すと、柱状突起725 の径は小さくなるが、その先端部に
はＰ型不純物拡散層720 が形成されているため、異方性
湿式エッチングのエッチングレートが低下するので、結
果として図29に示すように、先端部のみ外側に張り出し
た形状となる。次に、酸化シリコン膜のガラス転移温度
以下、例えば950 °Ｃで例えば10時間処理することによ
り、酸化シリコン膜726 を形成する。このような酸化処
理を行うと尖鋭部では酸化レートが低下するため他部に
比べ酸化されないので、結果として図30に示すように、
前記柱状のシリコン突起725 の先端部が非常に尖った形
状となる。
すと、柱状突起725 の径は小さくなるが、その先端部に
はＰ型不純物拡散層720 が形成されているため、異方性
湿式エッチングのエッチングレートが低下するので、結
果として図29に示すように、先端部のみ外側に張り出し
た形状となる。次に、酸化シリコン膜のガラス転移温度
以下、例えば950 °Ｃで例えば10時間処理することによ
り、酸化シリコン膜726 を形成する。このような酸化処
理を行うと尖鋭部では酸化レートが低下するため他部に
比べ酸化されないので、結果として図30に示すように、
前記柱状のシリコン突起725 の先端部が非常に尖った形
状となる。
【００４０】次に、片持ち梁のマスクパターンを、前記
窒化シリコン膜開口部722aにおける対角線の方向に片持
ち梁が延びるように形成し、ＲＩＥ処理により前記基板
の中間酸化シリコン膜が露出するまでエッチング処理す
る。次に、片持ち梁形成面を酸化シリコン膜等で覆った
後、基板裏面に四角形状の支持部マスクパターンを片持
ち梁が延びている方向に向けて配備し、異方性湿式エッ
チング処理により裏面側から前記中間酸化シリコン膜が
露出するまでエッチング処理し、最後に表面の酸化シリ
コン膜を剥離することにより、本実施例のＡＦＭカンチ
レバーが完成する。
窒化シリコン膜開口部722aにおける対角線の方向に片持
ち梁が延びるように形成し、ＲＩＥ処理により前記基板
の中間酸化シリコン膜が露出するまでエッチング処理す
る。次に、片持ち梁形成面を酸化シリコン膜等で覆った
後、基板裏面に四角形状の支持部マスクパターンを片持
ち梁が延びている方向に向けて配備し、異方性湿式エッ
チング処理により裏面側から前記中間酸化シリコン膜が
露出するまでエッチング処理し、最後に表面の酸化シリ
コン膜を剥離することにより、本実施例のＡＦＭカンチ
レバーが完成する。
【００４１】次に、図25〜図30に示した第４実施例の製
造方法の変形例を、図31〜図36に基づいて説明する。図
25〜図30に示した第４実施例の製造方法と同様の基板を
用意し、図31に示すように、基板821 の表面に窒化シリ
コン膜822 を形成した後、更にその上にＲＩＥ時のマス
クとなる酸化シリコン膜827 を減圧気相成長法等を用い
て堆積する。その後、探針部を形成すべき所定の箇所に
のみ、前記窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜が残るよ
うにパターン形成する。次に、これをマスクとしてＲＩ
Ｅ等により基板821 を異方性エッチング処理することに
より、柱状突起825 を形成する。
造方法の変形例を、図31〜図36に基づいて説明する。図
25〜図30に示した第４実施例の製造方法と同様の基板を
用意し、図31に示すように、基板821 の表面に窒化シリ
コン膜822 を形成した後、更にその上にＲＩＥ時のマス
クとなる酸化シリコン膜827 を減圧気相成長法等を用い
て堆積する。その後、探針部を形成すべき所定の箇所に
のみ、前記窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜が残るよ
うにパターン形成する。次に、これをマスクとしてＲＩ
Ｅ等により基板821 を異方性エッチング処理することに
より、柱状突起825 を形成する。
【００４２】次に、エッチングマスクに用いた酸化シリ
コン膜827 のみ除去した後、基板表面を酸化処理するこ
とにより、図32に示すように基板表面及び柱状突起825
の側面に酸化シリコン膜828 を形成する。次に、柱状突
起825 の上面に形成されている窒化シリコン膜822 を除
去した後、異方性湿式エッチング処理を施すと、柱状突
起825 の上面のみシリコンが露出しているので、図33に
示すように、そこに逆四角錐型の凹部815 が形成され
る。次に、Ｐ型不純物拡散処理を行うことにより、図34
に示すように、選択的にＰ型不純物拡散層820 を前記凹
部815 の下側に形成する。
コン膜827 のみ除去した後、基板表面を酸化処理するこ
とにより、図32に示すように基板表面及び柱状突起825
の側面に酸化シリコン膜828 を形成する。次に、柱状突
起825 の上面に形成されている窒化シリコン膜822 を除
去した後、異方性湿式エッチング処理を施すと、柱状突
起825 の上面のみシリコンが露出しているので、図33に
示すように、そこに逆四角錐型の凹部815 が形成され
る。次に、Ｐ型不純物拡散処理を行うことにより、図34
に示すように、選択的にＰ型不純物拡散層820 を前記凹
部815 の下側に形成する。
【００４３】次に、前述した柱状突起825 の酸化シリコ
ン膜828 を除去した後、異方性湿式エッチング処理を行
うことにより、図35に示すように、第４実施例の製造方
法において示した理由により、先端が外側に拡がった柱
状突起形状にすることができる。次に、図25〜図30に示
した製造方法と同様に、酸化シリコン膜のガラス転移温
度以下で酸化処理して酸化シリコン膜826 を形成するこ
とにより、図36に示すように、先端部の尖った探針部を
形成する。その後、図25〜図30に示した製造方法と全く
同様の方法によって、支持部を形成して、第４実施例と
同様のＡＦＭカンチレバーを得る。
ン膜828 を除去した後、異方性湿式エッチング処理を行
うことにより、図35に示すように、第４実施例の製造方
法において示した理由により、先端が外側に拡がった柱
状突起形状にすることができる。次に、図25〜図30に示
した製造方法と同様に、酸化シリコン膜のガラス転移温
度以下で酸化処理して酸化シリコン膜826 を形成するこ
とにより、図36に示すように、先端部の尖った探針部を
形成する。その後、図25〜図30に示した製造方法と全く
同様の方法によって、支持部を形成して、第４実施例と
同様のＡＦＭカンチレバーを得る。
【００４４】次に、第５実施例について説明する。本実
施例のＡＦＭカンチレバーは、前述した各実施例のＡＦ
Ｍカンチレバーにおいて、その探針部が片持ち梁に接す
る根元付近で太くなるように構成している点において特
徴がある。このような形状にすることにより、測定時に
探針が折れることが少なくなる。
施例のＡＦＭカンチレバーは、前述した各実施例のＡＦ
Ｍカンチレバーにおいて、その探針部が片持ち梁に接す
る根元付近で太くなるように構成している点において特
徴がある。このような形状にすることにより、測定時に
探針が折れることが少なくなる。
【００４５】次に、このような構成の探針部の製造方法
について、図37の（Ａ）〜（Ｃ）の製造工程図を用いて
説明する。なお探針根元部を太くする工程以外は図31〜
図36に示した製造方法と全く同様のため、その太くする
工程のみについて説明する。図31〜図36にに示した製造
方法における図34に示した工程まで終了した後、図37の
（Ａ）に示すように、フォトレジスト膜929 を柱状突起
925 の根元部が埋もれる程度の厚さに形成した後、柱状
突起925 の側壁に形成した酸化シリコン膜928をエッチ
ング処理する。次いで、フォトレジスト膜929 を除去し
た後、第４実施例の製造方法の変形例において示したと
同様に、異方性湿式エッチング処理を施すことにより、
図37の（Ｂ）に示すように柱状突起925 の先端が外側に
拡がると共に、その根元付近が太くなる。次に、前記実
施例と同様に酸化処理を施すことにより、図37の（Ｃ）
に示すように先端の尖った探針部を得ることができる。
について、図37の（Ａ）〜（Ｃ）の製造工程図を用いて
説明する。なお探針根元部を太くする工程以外は図31〜
図36に示した製造方法と全く同様のため、その太くする
工程のみについて説明する。図31〜図36にに示した製造
方法における図34に示した工程まで終了した後、図37の
（Ａ）に示すように、フォトレジスト膜929 を柱状突起
925 の根元部が埋もれる程度の厚さに形成した後、柱状
突起925 の側壁に形成した酸化シリコン膜928をエッチ
ング処理する。次いで、フォトレジスト膜929 を除去し
た後、第４実施例の製造方法の変形例において示したと
同様に、異方性湿式エッチング処理を施すことにより、
図37の（Ｂ）に示すように柱状突起925 の先端が外側に
拡がると共に、その根元付近が太くなる。次に、前記実
施例と同様に酸化処理を施すことにより、図37の（Ｃ）
に示すように先端の尖った探針部を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項１記載の発明によれば、先端部分に突起を有する
探針部を片持ち梁に対して鈍角に形成した構成としてい
るので、測定状態で探針部の側面が試料にあたらないＡ
ＦＭカンチレバーを実現することが可能である。請求項
２記載の発明によれば、探針部を片持ち梁の先端の角部
に設ける構成としているので、片持ち梁の先端が試料に
接触しないＡＦＭカンチレバーを実現できる。請求項３
記載の発明によれば、探針部の先端部分を片持ち梁と平
行な方向に向けて形成する構成としているので、試料側
面はもちろん、底面（表面）や、角の内側を走査するこ
とも可能なＡＦＭカンチレバーを実現できる。請求項４
記載の発明によれば、探針部の先端部分の突起を探針部
と直交する方向に形成する構成としているので、探針部
を傾けた場合にも探針部の先端部分の突起を試料側面に
垂直に接触させることが可能となり、より高精度に側壁
の観察が可能なＡＦＭカンチレバーを実現できる。請求
項５記載の発明によれば、請求項１〜４記載のＡＦＭカ
ンチレバーを簡単に制御性よく作製する方法を実現する
ことが可能となる。
請求項１記載の発明によれば、先端部分に突起を有する
探針部を片持ち梁に対して鈍角に形成した構成としてい
るので、測定状態で探針部の側面が試料にあたらないＡ
ＦＭカンチレバーを実現することが可能である。請求項
２記載の発明によれば、探針部を片持ち梁の先端の角部
に設ける構成としているので、片持ち梁の先端が試料に
接触しないＡＦＭカンチレバーを実現できる。請求項３
記載の発明によれば、探針部の先端部分を片持ち梁と平
行な方向に向けて形成する構成としているので、試料側
面はもちろん、底面（表面）や、角の内側を走査するこ
とも可能なＡＦＭカンチレバーを実現できる。請求項４
記載の発明によれば、探針部の先端部分の突起を探針部
と直交する方向に形成する構成としているので、探針部
を傾けた場合にも探針部の先端部分の突起を試料側面に
垂直に接触させることが可能となり、より高精度に側壁
の観察が可能なＡＦＭカンチレバーを実現できる。請求
項５記載の発明によれば、請求項１〜４記載のＡＦＭカ
ンチレバーを簡単に制御性よく作製する方法を実現する
ことが可能となる。
【００４７】請求項６記載の発明によれば、先端周辺部
が外側に拡がり且つ該先端上面が凹型形状とした柱状突
起状の探針部を備えて構成しているので、トレンチホー
ル底部における側壁観察の分解能が向上する構成のＡＦ
Ｍカンチレバーを実現することができる。また請求項７
記載の発明によれば、前記柱状突起状探針部の先端部に
Ｐ型不純物拡散層を設けることにより、上記探針部の先
端部が外側に拡がる形状を自己整合的に形成できるの
で、請求項６記載のＡＦＭカンチレバーをきわめて容易
に作製することができる。また請求項８記載の発明によ
れば、前記柱状突起状探針部は、先端周辺部に十字状に
４方向に突出する尖鋭部を備え、該４方向の尖鋭部は試
料から受ける力を最も効率よく片持ち梁の変位に変換で
きる位置に配備するよう構成しているので、測定分解能
を一層向上させることができる。更にまた請求項９記載
の発明によれば、片持ち梁の延びる方向を、＜０１０＞
若しくはそれに同等な結晶軸に選んでいるので、上記４
つの尖鋭部配備方向も自己整合的に決まるため、作製が
きわめて容易となる。
が外側に拡がり且つ該先端上面が凹型形状とした柱状突
起状の探針部を備えて構成しているので、トレンチホー
ル底部における側壁観察の分解能が向上する構成のＡＦ
Ｍカンチレバーを実現することができる。また請求項７
記載の発明によれば、前記柱状突起状探針部の先端部に
Ｐ型不純物拡散層を設けることにより、上記探針部の先
端部が外側に拡がる形状を自己整合的に形成できるの
で、請求項６記載のＡＦＭカンチレバーをきわめて容易
に作製することができる。また請求項８記載の発明によ
れば、前記柱状突起状探針部は、先端周辺部に十字状に
４方向に突出する尖鋭部を備え、該４方向の尖鋭部は試
料から受ける力を最も効率よく片持ち梁の変位に変換で
きる位置に配備するよう構成しているので、測定分解能
を一層向上させることができる。更にまた請求項９記載
の発明によれば、片持ち梁の延びる方向を、＜０１０＞
若しくはそれに同等な結晶軸に選んでいるので、上記４
つの尖鋭部配備方向も自己整合的に決まるため、作製が
きわめて容易となる。
【図１】本発明に係るＡＦＭカンチレバーの第１実施例
を示す全体斜視図及びレバー先端部の拡大図である。
を示す全体斜視図及びレバー先端部の拡大図である。
【図２】図１に示した第１実施例の製造方法を説明する
ための製造工程を示す図である。
ため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。
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。
である。
【図５】図４に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図６】図５に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
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。
である。
【図８】図７に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図９】図８に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
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。
である。
【図11】第１実施例の変形例の先端部を示す拡大図であ
る。
る。
【図12】第２実施例の先端部を示す拡大図である。
【図13】第２実施例の製造方法を説明するための製造工
程を示す図である。
程を示す図である。
【図14】図13に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図15】図14に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図16】図15に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図17】図16に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図18】図17に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図19】図18に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図20】図19に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図21】図20に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図22】第３実施例及びその変形例の先端部を示す拡大
図である。
図である。
【図23】第４実施例の横断面図及び上面図である。
【図24】第４実施例の探針部の拡大横断面図及び斜視図
である。
である。
【図25】第４実施例の製造方法を説明するための製造工
程を示す図である。
程を示す図である。
【図26】図25に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図27】図26に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図28】図27に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図29】図28に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図30】図29に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図31】第４実施例の他の製造方法を説明するための製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図32】図31に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図33】図32に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図34】図33に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図35】図34に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図36】図35に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
である。
【図37】第５実施例及びその製造方法を説明するための
製造工程を示す図である。
製造工程を示す図である。
【図38】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。
るための製造工程を示す図である。
【図39】図38で示した製造方法で作製された従来のＡＦ
Ｍカンチレバー及びその問題点を示す説明図である。
Ｍカンチレバー及びその問題点を示す説明図である。
100 ＡＦＭカンチレバー 101 片持ち梁 102 探針部 103a，103b，103c 突起 104 支持部 200 スタート基板 200a カンチレバー形成領域 200b 支持部形成領域 200c 貼り合わせ領域 201 片持ち梁 201a カンチレバーパターン 202 探針部 203 突起 204 支持部 210 ＡＦＭカンチレバー 211 カンチレバーパターンマスク 211a SiＮ膜 212 SiＯ2 膜 213 探針部マスク 214 支持部マスク 222 酸化膜 301 片持ち梁 302 探針部 302a，302b 探針部側面 303a，303b，303c 突起 400 スタート基板 400a カンチレバー形成領域 400b 支持部形成領域 400c 貼り合わせ領域 410 ＡＦＭカンチレバー 411 カンチレバーパターンマスク 411a SiＮ膜 412 SiＯ2 膜 413 探針部マスク 414 支持部マスク 501 片持ち梁 502 探針部 503a，503b，503c 突起 600 ＡＦＭカンチレバー 611 片持ち梁 612 探針部 613 支持部 614 酸化シリコン層 615 凹部 616 〜619 尖鋭部 620 Ｐ型不純物拡散層 715 凹部 720 Ｐ型不純物拡散層 721 基板 722 窒化シリコン膜 722a 開口部 724 酸化シリコン膜 725 柱状突起 726 酸化シリコン膜 815 凹部 820 Ｐ型不純物拡散層 821 基板 822 窒化シリコン膜 825 柱状突起 826,827,828 酸化シリコン膜 915 凹部 920 Ｐ型不純物拡散層 921 基板 925 柱状突起 928 酸化シリコン膜 929 フォトレジスト膜
Claims (9)
- 【請求項１】 片持ち梁の支持部と、該支持部より延び
るように配置された片持ち梁と、該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配置側とは反対
側である裏面に、該片持ち梁に対して鈍角に形成された
探針部とを備え、該探針部は、その先端部分に１〜４個
の突起を有し、そのうちの１個は前記支持部の配置方向
に対して反対方向に向けて形成されていることを特徴と
するＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項２】 前記探針部は、前記片持ち梁先端角部に
配置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】 前記探針部の先端部分の突起は、前記片
持ち梁と平行な方向に向けて形成されていることを特徴
とする請求項２記載のＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項４】 前記探針部の先端部分の突起は、該探針
部と直交する方向に向けて形成されていることを特徴と
する請求項２記載のＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項５】 貼り合わせＳＯＩ基板に異方性エッチン
グ処理により片持ち梁パターンを形成する工程と、湿式
異方性エッチング処理により前記片持ち梁パターンを所
望の厚さの片持ち梁に形成すると同時に該片持ち梁の自
由端に探針部を形成する工程と、前記探針部先端にエッ
チング処理により突起を形成する工程と、前記基板裏面
にエッチング処理により支持部を形成する工程とを有す
ることを特徴とするＡＦＭカンチレバーの製造方法。 - 【請求項６】 片持ち梁の支持部と、該支持部より延び
るように配置された片持ち梁とを有し、該片持ち梁の自
由端近傍に、先端周縁部が外側に拡がり且つ該先端上面
が凹型形状とした柱状突起状の探針部を備えていること
を特徴とするＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項７】 請求項６記載のＡＦＭカンチレバーの製
造方法において、前記柱状突起状探針部をシリコンで形
成すると共に、その先端部にＰ型不純物拡散層を形成す
る工程を備えていることを特徴とするＡＦＭカンチレバ
ーの製造方法。 - 【請求項８】 前記柱状突起状の探針部は、先端周縁部
に十字状に四方向に突出する尖鋭部を備え、該四方向の
尖鋭部の対角線は、前記片持ち梁が支持部から延びる方
向及びその直角方向と一致するように構成されているこ
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】 前記片持ち梁は、表面が（１００）の結
晶面をもつ単結晶シリコンで形成され、該片持ち梁が前
記支持部から延びる方向は、該片持ち梁を構成する単結
晶シリコンの＜０１０＞若しくはそれに同等の単結晶軸
方向であるように構成すると共に、前記支持部は表面が
（１００）の結晶面をもつ単結晶シリコンで形成され、
前記片持ち梁が延びる方向は、支持部を構成する単結晶
シリコン＜１１０＞若しくはそれに同等の単結晶軸方向
であるように構成することを特徴とする請求項６記載の
ＡＦＭカンチレバー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28813695A JPH09105755A (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Ａｆｍカンチレバー及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28813695A JPH09105755A (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Ａｆｍカンチレバー及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105755A true JPH09105755A (ja) | 1997-04-22 |
Family
ID=17726283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28813695A Withdrawn JPH09105755A (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Ａｆｍカンチレバー及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09105755A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0848248A1 (en) * | 1996-12-10 | 1998-06-17 | Seiko Instruments Inc. | Cantilever and method of manufacturing the same |
| WO2001025720A1 (de) * | 1999-10-07 | 2001-04-12 | Rainer Kassing | Verfahren zur herstellung von sonden für die rastersondenmikroskopie |
| JP2002357529A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Olympus Optical Co Ltd | Ｓｐｍカンチレバー |
| EP1359593A1 (de) * | 2002-03-20 | 2003-11-05 | Nanoworld AG | SPM-Sensor und Verfahren zur Herstellung desselben |
| US6979407B2 (en) | 2002-03-20 | 2005-12-27 | Nanoworld Ag | Process for producing an SPM sensor |
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| EP1993103A1 (en) | 2003-11-04 | 2008-11-19 | Nanoworld AG | Cantilever assembly and process of manufacturing the same |
-
1995
- 1995-10-11 JP JP28813695A patent/JPH09105755A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030107 |