JPH09304411A - カンチレバー及びカンチレバー連結体並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 個々のカンチレバーに分離する際に発生して
いたトラブルを未然に防止する。 【解決手段】 カンチレバー１１は、先端側に探針１２
を有するレバー部１３とと、該レバー部１３を支持する
支持体１４とを備える。カンチレバー連結体は、複数の
カンチレバー１１が、隣り合う支持体１４間で分離自在
に連結されてなる。支持体１４間が刃物にて切断可能な
アルミニウム膜（箔）１９で架橋されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡等で用いられるカンチレバー及び該カンチレバーが
複数連結されてなるカンチレバー連結体、並びにそれら
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微
鏡が開発された当初は、カンチレバーとして金属線や金
属箔が用いられた。その後、シリコンデバイスを製作す
る半導体製造技術を応用した例えば１ｍｍ以下の長さの
マイクロカンチレバーが作られ、飛躍的に走査型プロー
ブ顕微鏡が発展した。このカンチレバーのレバー部は、
通常、シリコンナイトライドあるいはシリコン製のもの
が使われる。これらの走査型プローブ顕微鏡に用いられ
るカンチレバーは、レバー部の長さが例えば１ｍｍ以下
であるため、該レバー部が数ｍｍの支持体と一体化され
た形で製造される。１枚のウエハを用いて多数のカンチ
レバーが製造されるが、製造直後に個々のカンチレバー
に分離してしまうと、その取り扱いが不便であるので、
複数のカンチレバーの隣り合う支持体間が分離自在に連
結されている。カンチレバーを単体で販売する際や、支
持体間が連結された複数のカンチレバーからなるカンチ
レバー連結体を購入してカンチレバーを使用する際に、
連結されていた支持体間を分離して単体のカンチレバー
を得る。

【０００３】ここで、従来の原子間力顕微鏡用のカンチ
レバー連結体及びカンチレバーの一例について、図５を
参照して説明する。

【０００４】図５は従来のカンチレバー連結体を示す図
であり、図５（ａ）はその概略平面図、図５（ｂ）は図
５（ａ）中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図、図５
（ｃ）は図５（ａ）中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面
図である。

【０００５】この従来のカンチレバー連結体は、図５に
示すように、先端側に探針２を有するレバー部３と該レ
バー部３を支持する支持体４とを備えた複数のカンチレ
バー１が、隣り合う支持体４間で分離自在に連結されて
構成されている。

【０００６】レバー部３は、窒化珪素（シリコンナイト
ライド）膜５，６で構成され、三角形の板ばね状の形状
をしている。なお、両方の膜５，６が同一の材料で構成
されているので、両者は実質的には単一の膜となってい
る。探針２は、レバー部３の窒化珪素膜６が突出して形
成されている。支持体４は、ガラス部材７と、該ガラス
部材７が接合されている箇所の前記窒化珪素膜５，６と
から構成されている。

【０００７】ガラス部材７は並列された各支持体４に渡
って連続して構成されており、ガラス部材７には隣り合
う支持体４間において分離溝７ａが形成され、ガラス部
材７における分離溝７ａを形成した箇所の厚みが薄くさ
れている。このように、この従来のカンチレバー連結体
では、カンチレバー１の支持体４を構成するガラス部材
７が連続しするとともにガラス部材７に分離溝７ａが形
成されることによって、複数のカンチレバー１が隣り合
う支持体４間で分離自在に連結されている。

【０００８】この従来のカンチレバー連結体によれば、
カンチレバー１を使用する際などには、使用者等が支持
体４に力を加えて分離溝７ａに沿って割って破断させる
ことによって、連結されていた支持体４間を分離して単
体のカンチレバー１を得る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のカンチレバー連結体では、前述したように、個々の
カンチレバー１への分離は、支持体４を構成する堅い物
質であるガラス部材７を分離溝７ａが形成された薄い部
分で割って破断させることにより行う。したがって、こ
の分離の際、力を加えすぎてカンチレバー１を破損する
ことがある。また、支持体４の破片が生じる。この破片
が支持体４や、場合によってはレバー部３に付着した
り、さらにはレバー部３の先端部に作りつけた探針２に
付着する。これにより、カンチレバー１の支持体４をホ
ルダーに取り付ける際にホルダーと支持体４との間に破
片が挟まったり、カンチレバー１の取付位置や取付角度
を微妙に変化させたり、レバー部３の機械的な特性を変
化させたり、あるいは探針２の先端を破損させたりする
などの問題があった。

【００１０】以上説明した事情は、原子間力顕微鏡用の
カンチレバーのみならず、他の種々の走査型プローブ顕
微鏡用のカンチレバーや他の用途に用いられる同様の構
造を有するカンチレバーに関しても、同様であった。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、個々のカンチレバーに分離する際に従来生じ
ていた、力を加えすぎることによるカンチレバーの破
損、カンチレバーの取付位置や角度の変化、レバー部３
の機械的な特性の変化、探針先端の破損などのトラブル
を未然に防止することができる、カンチレバー及びカン
チレバー連結体並びにそれらの製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様によるカンチレバーは、先端側
に探針を有するレバー部と該レバー部を支持する支持体
とを備えたカンチレバーにおいて、単体においては切断
可能な薄膜を前記支持体に備えたものである。

【００１３】なお、本明細書では、「切断可能」とは、
当該物質の粉や破片等を実質的に生ずることなく切るこ
とができることをいう。

【００１４】従来のカンチレバーでは、支持体は、堅い
物質であり、切断不能であって分離させるためには破断
させざるを得ない物質のみから構成されていた。例え
ば、前述した図５に示す従来のカンチレバー１では、支
持体４はガラス部材７及び窒化珪素膜５，６で構成され
ているが、これらはいずれも、堅い物質であり、切断不
能であって分離させるためには破断させざるを得ない。
したがって、複数のカンチレバーを隣り合う支持体間で
連結するためには、支持体を構成する破断させざるを得
ない物質で支持体間を連結しなければならず、そのた
め、前述したような分離時のトラブルが発生していたの
である。

【００１５】これに対し、前記第１の態様によるカンチ
レバーでは、従来のカンチレバーと異なり、支持体は切
断可能な薄膜を有している。したがって、複数のカンチ
レバーを隣り合う支持体間の連結を当該切断可能な薄膜
により行うことができる。このため、支持体間の分離は
当該連結した薄膜を切断することにより行うことがで
き、例えば、刃物により薄膜を切断したりあるいは薄膜
を複数回折り曲げることにより切断したりすることがで
き、ほとんど力を要することなくかつ破片を生ずること
なく支持体間を分離することができる。よって、前述し
たような分離時のトラブルを未然に防止することができ
る。

【００１６】本発明の第２の態様によるカンチレバー連
結体は、先端側に探針を有するレバー部と該レバー部を
支持する支持体とを備えた複数のカンチレバーが、隣り
合う前記支持体間で分離自在に連結されてなるカンチレ
バー連結体において、前記支持体間が切断可能な薄膜で
架橋されたものである。

【００１７】この第２の態様によれば、支持体間が切断
可能な薄膜で架橋されているので、支持体間の分離は当
該薄膜を切断することにより行うことができ、例えば、
刃物により薄膜を切断したりあるいは薄膜を複数回折り
曲げることにより切断したりすることができ、ほとんど
力を要することなくかつ破片を生ずることなく支持体間
を分離することができる。よって、前述したような分離
時のトラブルを未然に防止することができる。

【００１８】本発明の第３の態様によるカンチレバー連
結体は、前記第２の態様によるカンチレバー連結体にお
いて、前記薄膜が柔軟性を有するものである。前記薄膜
が切断可能であるためには、この第３の態様のように、
前記薄膜が柔軟性を有していることが好ましい。

【００１９】本発明の第４の態様によるカンチレバー連
結体は、前記第２又は第３の態様によるカンチレバー連
結体において、前記薄膜が金属箔又は有機膜であるもの
である。切断可能な薄膜としては、この第４の態様のよ
うに、金属箔や有機膜を挙げることができる。

【００２０】本発明の第５の態様によるカンチレバー連
結体は、前記第２乃至第４のいずれかの態様によるカン
チレバー連結体において、前記薄膜が刃物にて切断可能
であるものである。この第５の態様によれば、前記薄膜
が刃物にて切断可能であるので、支持体間の分離に際し
て、身近な道具であるナイフや剃刀の刃などを用いるこ
とができ、特別な道具を要しないので、好ましい。

【００２１】本発明の第６の態様によるカンチレバーの
製造方法は、先端側に探針を有するレバー部と該レバー
部を支持する支持体とを備えた複数のカンチレバーを１
枚のウエハを用いて製造する方法において、隣り合う支
持体間を架橋するための切断可能な薄膜を成膜する工程
を備えたものである。

【００２２】本発明の第７の態様によるカンチレバー連
結体の製造方法は、先端側に探針を有するレバー部と該
レバー部を支持する支持体とを備えた複数のカンチレバ
ーが、隣り合う前記支持体間で分離自在に連結されてな
るカンチレバー連結体を１枚のウエハを用いて製造する
方法において、隣り合う支持体間を架橋するための切断
可能な薄膜を成膜する工程を備えたものである。

【００２３】前記第６及び第７の態様による製造方法に
よれば、隣り合う支持体間を架橋するための切断可能な
薄膜を成膜する工程を備えているので、前記第１乃至第
５の態様によるカンチレバー又はカンチレバー連結体を
製造することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態によるカン
チレバー連結体及びカンチレバーについて、図１を参照
して説明する。

【００２５】図１は、本実施の形態によるカンチレバー
連結体を示す図であり、図１（ａ）はその概略平面図、
図１（ｂ）は図１（ａ）中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略
断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＹ３−Ｙ４線に沿
った概略断面図である。

【００２６】本実施の形態によるカンチレバー連結体
は、図１に示すように、先端側に探針１２を有するレバ
ー部１３と該レバー部１３を支持する支持体１４とを備
えた複数のカンチレバー１１が、隣り合う支持体４間で
分離自在に連結されて構成されている。

【００２７】レバー部１３は、窒化珪素（シリコンナイ
トライド）膜１５，１６及びこの上面に形成されたシリ
コン膜１７で構成され、三角形の板ばね状の形状をして
いる。なお、膜１５，１６が同一の材料で構成されてい
るので、両者は実質的には単一の膜となっている。探針
１２は、レバー部１３の窒化珪素膜１６が突出して形成
されている。支持体１４は、ガラス部材１８と、該ガラ
ス部材１８が接合されている箇所のアルミニウム膜（金
属箔）１９、前記窒化珪素膜１５，１６及び前記シリコ
ン膜１７とから構成されている。切断可能な薄膜として
のアルミニウム膜１９は、並列された各支持体１４に渡
って連続して構成されており、該アルミニウム膜１９に
より隣り合う支持体１４間が架橋されている。アルミニ
ウム膜１９の厚みは、例えば１０〜３０μｍ程度とさ
れ、柔軟性を有し、ナイフや剃刀の刃などの刃物にて切
断可能である。なお、ガラス部材１８は、各支持体１４
間で分離されており連続していない。また、窒化珪素膜
１５，１６及びシリコン膜１７も、各支持体１４間で分
離されており連続していない。

【００２８】次に、図１に示すカンチレバー連結体の製
造方法の一例について、図２乃至図４を参照して説明す
る。図２乃至図４は、図１に示すカンチレバー連結体の
製造工程の一例を示す図である。図２（ａ）〜（ｄ）及
び図３（ａ）（ｃ）は、図１（ｂ）に対応する概略断面
図である。図２（ｅ）は、図２（ｄ）中のＹ５−Ｙ６線
に沿った概略断面図であり、図１（ｃ）に対応してい
る。図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＸ５−Ｘ６矢視図で
あり、図１（ａ）に対応している。図３（ｄ）は、図３
（ｃ）中のＹ７−Ｙ８線に沿った概略断面図であり、図
１（ｃ）に対応している。なお、図２乃至図４におい
て、図１中の各要素と対応する要素には同一符号を付し
ている。

【００２９】まず、半導体基板（ウエハ）として、（１
００）面方位のシリコン単結晶基板２１を用い、ＣＶＤ
法等により基板２１の両面に厚み２５０ｎｍの窒化珪素
膜１５，２５を形成する（図２（ａ））。次に、リソグ
ラフィー法及びドライエッチング法を用いて窒化珪素膜
１５をパターニングすることによって、窒化珪素膜１５
の所定箇所に、基板２１の表面を露出させる四角形状の
開口１５ａを形成する（図２（ｂ））。開口１５ａのパ
ターン形状、大きさ、数量は任意に設定することが可能
である。次に、この基板を水酸化カリウム（ＫＯＨ）水
溶液又はテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
（ＴＭＡＨ）水溶液などのシリコン用のエッチング液に
浸漬し、窒化珪素膜１５，２５をマスクとし、開口１５
ａから露出した基板２１の部分を四角錐状にエッチング
して、開口１５ａに連続する四角錐状（ピラミッド型）
のトレンチ２１ａを形成する（図２（ｃ））。

【００３０】その後、図２（ｃ）に示す状態の基板の両
面にＣＶＤ法等により再び厚み２５０ｎｍの窒化珪素膜
１６，２６を成膜し、更にこの両面にＣＶＤ法等により
シリコン膜１７，２７を成膜する（図２（ｄ））。な
お、トレンチ２１ａの部分に成膜された窒化珪素膜１６
の部分が、探針１２となる。

【００３１】次いで、基板２１の下面の窒化珪素膜２
５，２６及びシリコン膜２７をドライエッチング法によ
り除去するとともに、基板２１の上面の窒化珪素膜１
６，１７及びシリコン膜１７に対して、レバー部１３及
び支持体１４の所望の形状に合わせて、リソグラフィー
法及びドライエッチング法によりパターニングを施す
（図３（ａ）（ｂ））。例えば、支持体１４の大きさを
２×４ｍｍとし、レバー部１３の形状を三角形の板ばね
状の形状とし、レバー部１３の長さを２００μｍとする
ことができる。なお、図３（ｂ）では一列分のカンチレ
バーのパターンのみを示しているが、実際には、基板２
１上には複数列分のカンチレバーのパターンが形成され
ることは言うまでもない。

【００３２】一方、以上説明した工程とは別に、厚み１
ｍｍの所定の大きさのガラス板１８の片面に無電界メッ
キでアルミニウム膜１９を１００μｍの厚みで成膜する
（図４（ａ））。次に、アルミニウム膜１９を成膜した
ガラス板１８をダイシングソーで支持体１４に合わせて
個々のガラス部材１８に切り離す（図４（ｂ））。この
とき、列方向（図４中の左右方向であって、図１（ａ）
中の上下方向に相当している。）のアルミニウム膜１９
は切り離さず、アルミニウム膜１９は各列毎に切り離
す。

【００３３】そして、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、
図４（ｂ）に示す状態の各列のアルミニウム膜１９及び
ガラス部材１８を、アルミニウム膜１９を下側にして図
３（ａ）（ｂ）に示す状態の基板上に位置合わせしてセ
ットする。次いで、これらを数百度に加熱してシリコン
膜１７とガラス部材１８との間でシリコンとアルミニウ
ムとの混晶を成長させて、シリコン膜１７とガラス部材
１８との間を接合する。

【００３４】その接合の後に、図３（ｃ）（ｄ）に示す
状態の基板をＫＯＨ水溶液又はＴＭＡＨ水溶液等に浸漬
して基板２１を除去する。これにより、図１に示すカン
チレバー連結体が完成する。なお、基板２１を除去する
ことにより、各列のカンチレバー連結体間は分離され
る。

【００３５】以上説明した図１に示すカンチレバー連結
体では、支持体１４間が切断可能な薄膜としてのアルミ
ニウム膜１９で架橋されているので、単体のカンチレバ
ー１１を得る場合の支持体１４間の分離は当該連結した
アルミニウム膜１９を切断することにより行うことがで
き、例えば、刃物によりアルミニウム膜１９を切断する
ことができ、ほとんど力を要することなくかつ破片を生
ずることなく支持体間を分離することができる。よっ
て、前述したような従来生じていた分離時のトラブルを
未然に防止することができる。

【００３６】以上、本発明の一実施の形態について説明
したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものでは
ない。

【００３７】例えば、前記実施の形態では、架橋用の切
断可能な薄膜としてアルミニウム膜１９が用いられてい
たが、当該薄膜としてモリブデン、タングステン等の金
属箔を用いてもよい。モリブデンやタングステン等もシ
リコンと混晶を作るので、アルミニウム膜１９と同様
に、シリコン膜１７に接合可能である。もっとも、本発
明では、接合の方法自体は何ら限定されるものではな
く、例えば、接着剤等を用いて接合してもよい。この場
合、前記シリコン膜１７は成膜しなくてもよい。また、
切断可能な薄膜としては金属箔に限定されるものではな
く、例えば、合成樹脂等による有機膜を用いてもよい。
また、架橋用の薄膜１９は、前記実施の形態ではガラス
部材１８の下面に設けられていたが、例えば、上面に設
けてもよい。また、カンチレバー連結体として、適度な
強度を有し、複数回折り曲げることで切断可能な薄膜状
の物質を用いることでも構わない。

【００３８】また、前記実施の形態によるカンチレバー
は、基板を最終的に完全に除去するタイプのものであっ
たが、本発明は、例えば、基板の一部を支持体として残
すタイプのカンチレバーにも適用することができる。

【００３９】さらに、前記実施の形態によるカンチレバ
ーは、原子間力顕微鏡用のカンチレバーの例であった
が、本発明は、他の種々の走査型プローブ顕微鏡用のカ
ンチレバーに適用することができるのみならず、他の用
途に用いられる同様の構造を有するカンチレバーにも適
用することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
個々のカンチレバーに分離する際に従来生じていた、力
を加えすぎることによるカンチレバーの破損、カンチレ
バーの取付位置や角度の変化、レバー部３の機械的な特
性の変化、探針先端の破損などのトラブルを未然に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるカンチレバー連結
体を示す図であり、図１（ａ）はその概略平面図、図１
（ｂ）は図１（ａ）中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面
図、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＹ３−Ｙ４線に沿った
概略断面図である。

【図２】図１に示すカンチレバー連結体の製造工程の一
例を示す概略図である。

【図３】図１に示すカンチレバー連結体の前記製造工程
を示す他の概略図である。

【図４】図１に示すカンチレバー連結体の前記製造工程
を示す更に他の概略図である。

【図５】従来のカンチレバー連結体を示す図であり、図
５（ａ）はその概略平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中
のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図、図５（ｃ）は図５
（ａ）中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。

【符号の説明】

１１ カンチレバー １２ 探針 １３ レバー部 １４ 支持体 １５，１６ 窒化珪素膜 １７ シリコン膜 １８ ガラス部材 １９ アルミニウム膜（金属箔）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端側に探針を有するレバー部と該レバ
   ー部を支持する支持体とを備えたカンチレバーにおい
   て、切断可能な薄膜を前記支持体に備えたことを特徴と
   するカンチレバー。
2. 【請求項２】 先端側に探針を有するレバー部と該レバ
   ー部を支持する支持体とを備えた複数のカンチレバー
   が、隣り合う前記支持体間で分離自在に連結されてなる
   カンチレバー連結体において、前記支持体間が切断可能
   な薄膜で架橋されたことを特徴とするカンチレバー連結
   体。
3. 【請求項３】 前記薄膜が柔軟性を有することを特徴と
   する請求項２記載のカンチレバー連結体。
4. 【請求項４】 前記薄膜が金属箔又は有機膜であること
   を特徴とする請求項２又は３記載のカンチレバー連結
   体。
5. 【請求項５】 前記薄膜が刃物にて切断可能であること
   を特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のカンチ
   レバー連結体。
6. 【請求項６】 先端側に探針を有するレバー部と該レバ
   ー部を支持する支持体とを備えた複数のカンチレバーを
   １枚のウエハを用いて製造する方法において、隣り合う
   支持体間を架橋するための切断可能な薄膜を成膜する工
   程を備えたことを特徴とするカンチレバーの製造方法。
7. 【請求項７】 先端側に探針を有するレバー部と該レバ
   ー部を支持する支持体とを備えた複数のカンチレバー
   が、隣り合う前記支持体間で分離自在に連結されてなる
   カンチレバー連結体を１枚のウエハを用いて製造する方
   法において、隣り合う支持体間を架橋するための切断可
   能な薄膜を成膜する工程を備えたことを特徴とするカン
   チレバー連結体の製造方法。