JPH10300762A - カンチレバーの製造方法 - Google Patents

カンチレバーの製造方法

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JPH10300762A
JPH10300762A JP12651397A JP12651397A JPH10300762A JP H10300762 A JPH10300762 A JP H10300762A JP 12651397 A JP12651397 A JP 12651397A JP 12651397 A JP12651397 A JP 12651397A JP H10300762 A JPH10300762 A JP H10300762A
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JP
Japan
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etching
probe
cantilever
silicon wafer
insulating film
Prior art date
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Application number
JP12651397A
Other languages
English (en)
Inventor
Akimasa Onozato
陽正 小野里
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウェハを使用し半導体集積回路の製
造法を利用して探針付きカンチレバーを作る製造方法
で、カンチレバーのレバー部分の大きさに影響を与える
ことなく、細長い探針を作る。 【解決手段】 探針付きカンチレバーを製造する方法で
あり、絶縁膜12とクロム金膜13が積層されたシリコンウ
ェハ11を用意し、シリコンウェハに対して、最初に目の
大きなマスクパターン14を用いて絶縁膜とクロム金膜を
エッチングし、次に目の小さいチップパターン18を用い
て一番上の金属膜のみをエッチングし、次に絶縁膜を用
いてシリコンウェハをエッチングして凸部11a を作り、
最後に金属膜と絶縁膜を用いて凸部とシリコンウェハに
対して等方性エッチングを行い、探針17を作る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はカンチレバーの製造
方法に関し、特に、原子間力顕微鏡等において探針を先
端に備えたカンチレバーの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原子間力顕微鏡等で利用される探針付き
カンチレバーの従来の製造方法は、例えば特開平3−2
18998号公報に開示される。探針は、片持ち梁とし
ての機能を有するカンチレバーの先端に形成されるもの
である。カンチレバー先部の探針は、測定時に測定対象
である試料表面に接近して配置され、探針と試料の間で
生じる原子間力によって変位し、カンチレバーにおいて
たわみ変形を生じさせる働きを有する。カンチレバーの
たわみ変形は例えば光てこ式検出光学系で検出され、こ
れによって探針に生じた変位量が計測される。
【0003】上記の文献に記載された探針付きカンチレ
バーの製造方法では、原材料としてのシリコンウェハ
(またはシリコン基板)を使用し、半導体集積回路の製
造方法を利用して探針付きカンチレバーを製造してい
る。この文献では、探針はシリコンチップと呼ばれてお
り、特に、探針としての当該シリコンチップを尖鋭化す
るための方法が提案されている。
【0004】上記文献に示されるカンチレバーの製造方
法では、探針を先端に設けたカンチレバーを製造する際
に、1回のエッチング処理で探針(チップ)を形成する
ようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記文献に示されたカ
ンチレバーの製造方法によれば、1回のエッチング処理
で探針を形成するため、長い探針を作るときにはエッチ
ングマスクのパターンが必然的に大きくなる。その結
果、カンチレバーのレバー部分(アーム部分)も大きく
なり、カンチレバーの剛性が高くなって検出感度が低下
するという問題が起きる。特に前述の従来技術では、細
長い探針を作るという観点については、十分に配慮され
ていなかった。従って、従来技術で細長い探針を作る場
合には、探針の根元部分が太くなり、カンチレバーのレ
バー部分の幅も必然的に広くなるという不具合があっ
た。
【0006】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、シリコンウェハを使用し半導体集積回路の製
造方法を利用して探針付きカンチレバーを作る製造方法
において、カンチレバーのレバー部分の大きさに影響を
与えることなく、細長い探針を作ることができるカンチ
レバーの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】第1の本発明
(請求項1に対応)に係るカンチレバーの製造方法は、
上記目的を達成するため、片持ち梁構造で使用され先端
に探針を有するカンチレバーを、複数の膜が積層された
シリコンウェハに対してエッチング処理を施して製造す
る方法であり、絶縁膜と金属膜が積層された上記のシリ
コンウェハを用意し、このシリコンウェハに対して、最
初に相対的に目の大きな第1網目のエッチングマスク
(マスクパターン14)を用いて第1エッチングを行っ
て絶縁膜と金属膜をエッチングし、次に相対的に目の小
さい第2網目のエッチングマスク(チップパターン1
8)を用いて第2エッチングを行って一番上の金属膜の
みをエッチングし、次に第1網目に対応した上記絶縁膜
を用いて第3エッチングを行ってシリコンウェハをエッ
チングし、最後に第2網目に対応する金属膜と絶縁膜を
用いて等方性エッチングを行い、上記の探針を作る方法
である。
【0008】第1の発明では、シリコンウェハに対して
第2網目のエッチングマスク(チップパターン)を利用
し等方性エッチングを施して探針付きカンチレバーの当
該探針を作るにあたって、上記の第1エッチングと第2
エッチングに基づきシリコンウェハの表面において予め
探針が形成される部分を好ましい形状に整形するように
し、これによってカンチレバーのレバー部分の大きさに
影響を与えることなく、所望の長さを有する細長い探針
を有するカンチレバーを製造することが可能となる。上
記のエッチング処理には、ドライエッチングやウェット
エッチングが使用される。
【0009】第2の本発明(請求項2に対応)に係るカ
ンチレバーの製造方法は、第1の発明において、上記第
3エッチングによってシリコンウェハ上に凸部を形成
し、この凸部とシリコンウェハの表面を等方性エッチン
グで削って細長い前記探針を作るようにした。等方性エ
ッチングの処理の前の段階で、シリコンウェハ上にかか
る凸部を形成することによって望ましい細長い形状の探
針部を作ることが可能となる。
【0010】第3の本発明(請求項3に対応)に係るカ
ンチレバーの製造方法は、第2の発明において、凸部の
径は第1網目のエッチングマスクで制御され、凸部の高
さは第3エッチングによるエッチング量で制御される。
【0011】第4の本発明(請求項4に対応)に係るカ
ンチレバーの製造方法は、第1の発明において、第1エ
ッチングと第2エッチングに基づいて絶縁膜と金属膜の
間に段差を作り、この段差の程度に応じて探針の尖鋭度
を決めるようにした。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【0013】図1は、本発明に係るカンチレバーの製造
方法の工程を示している。この工程図では、シリコンウ
ェハの一部から1つの探針付きカンチレバーを製造する
工程を示し、特に、カンチレバーの先部に位置する探針
(チップ)の部分のみを示して細長い探針部の製造工程
を示している。このカンチレバーの製造方法は、工程
(A)〜(F)の5段階の工程から構成されている。当
該カンチレバーの製造方法では、ホトリソグラフィやエ
ッチング等の半導体集積回路を製造する技術が利用され
る。
【0014】図1に示されるごとく、シリコン単結晶か
らなるシリコンウェハ11の上には2種類の膜が形成さ
れている。下側の膜は絶縁膜(SiO2 )12であり、
上側の膜は例えばクロム金膜(Au/Cr膜)13であ
る。クロム金膜13は蒸着によって成膜される。クロム
金膜13の代りに同様な他の金属膜を用いることもでき
る。なお図1では、前述のとおり、絶縁膜12とクロム
金膜13が堆積されたシリコンウェハ11において製造
される1つの探針に対応する部分のみが示されている。
最終的に製造された細長い探針17は工程(F)に示さ
れる。
【0015】最初の工程(A)では、後述する工程
(C)に示されるチップパターン(エッチング処理で探
針17を製造するために用いられるパターン)18より
も少し大きめに絶縁膜12とクロム金膜13をエッチン
グする。そのため、工程(A)に示されたクロム金膜1
3の上に、チップパターン18よりも大きい最初のマス
クパターン14を形成する。マスクパターン14は、レ
ジストを塗布し、パターンを形成し、不要部分を除去す
ることにより作られる。そして工程(B)では、マスク
パターン14を利用して、最初にクロム金膜13のエッ
チングを行い、次にエッチング液を異ならせて絶縁膜1
2のエッチングを行う。エッチングで作られたクロム金
膜13aと絶縁膜12aの平面形状は好ましくは円形で
ある。
【0016】次に工程(C)では、チップパターン18
が形成され、クロム金膜13aがエッチングされる。チ
ップパターン18は、再度、レジストを塗布し、パター
ンを形成し、不要部分を除去して作られる。チップパタ
ーン18は、探針先部の尖鋭度を決めるものであり、平
面形状は好ましくは円形であって、前述のマスクパター
ン14よりも小さめの径にて形成される。その結果、エ
ッチングで形成されたクロム金膜13bと下側の絶縁膜
12aとの間に段差15が形成される。この段差15の
径方向の大きさの程度を調整することによって、後述の
ごとく作られる探針17の尖鋭度を決めることができ
る。
【0017】工程(D)では、絶縁膜12aをマスクと
して用いて、シリコンウェハ11の表面をドライエッチ
ングまたは異方性エッチングによって厚み方向に必要な
深さだけエッチングする。シリコンウェハ11における
エッチングの深さdは、作製しようとする探針17の長
さに応じて決められる。シリコンウェハ11において残
留した円柱状の凸部11aを利用して探針17が作製さ
れる。なお工程(D)では、前述のチップパターン18
は除去されている。
【0018】次に、工程(E)で探針17を作製するた
めのエッチングが実行される。このエッチングは、シリ
コンウェハ11に対して行われる等方性エッチングであ
る。当該等方性エッチングを行う前に、まずクロム金膜
13bをマスクとして絶縁膜12aをエッチングし、ク
ロム金膜13bと同形の絶縁膜12bを形成する。次
に、矢印16に示すように等方性エッチングを実行し、
シリコンウェハ11の表面と凸部11aを削りながら細
長い探針17を形成する。その結果、工程(F)に示す
ように細長い先が尖った探針17が形成される。探針1
7の長さおよび尖鋭度は、探針17が工程(E)に示す
等方性エッチングで作られることから、工程(D)で作
られる凸部11aの径や高さを調整することによって決
定することができる。最終的に、残存したクロム金膜1
3bと絶縁膜12bの部分を除去することにより、細長
い探針17を備えたカンチレバーが製造される。なお図
1の工程ではカンチレバーのレバー部分の図示は省略さ
れている。シリコンウェハ11における残った部分がカ
ンチレバーのレバー部として機能する。
【0019】シリコンウェハ11上に形成された凸部1
1aを等方性エッチングの処理で削って細長い探針17
を作るようにしたが、上記凸部11aの径はマスクパタ
ーン14を調整すること制御することができ、また凸部
11aの高さはエッチングの量を調整することで制御す
ることができる。
【0020】以上の説明では、シリコンウェハの一部か
ら1つの探針付きカンチレバーを作製する工程を説明し
た。探針付きカンチレバーの上記製造方法をシリコンウ
ェハ全体の観点で説明すると、絶縁膜12とクロム金膜
13が積層状態で堆積されたシリコンウェハ11を用意
し、このシリコンウェハ11に対して、最初に目の大き
な第1網目(網目の形は好ましくは円形)のエッチング
マスク(マスクパターン14)を用いてエッチングを行
い(工程(B))、それによって絶縁膜12aとクロム
金膜13aを作り、次に目の小さい第2網目(網目の形
は好ましくは円形)のエッチングマスク(チップパター
ン18)を用いてエッチングを行い(工程(C))、そ
れによってクロム金膜13bを作り、次に第1網目に対
応した絶縁膜12aを利用してエッチングを行い(工程
(D))、それによってシリコンウェハ11上に凸部1
1aを作り、最後に第2網目に対応するクロム金膜13
bと絶縁膜12bを利用して等方性エッチングを行い、
凸部11aとシリコンウェハ11を削って探針17を作
製するものである。
【0021】
【発明の効果】以上の説明で明らかなよう本発明によれ
ば、シリコンウェハに対してチップパターンを利用し等
方性エッチングを施して探針付きカンチレバーの当該探
針部分を作るにあたって、マスクパターンを用いた第1
エッチングとチップパターンを用いた第2エッチングに
基づき、シリコンウェハにおいて探針となるべきシリコ
ン部分を予め望ましい形状に整形し、その後、上記等方
性エッチングを行うようにしたため、カンチレバーのレ
バー部分の大きさに影響を与えることなく、所望の長さ
を有する細長い探針部を有したカンチレバーを製造でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るカンチレバーの製造方法の工程を
示す部分断面図である。
【符号の説明】
11 シリコンウェハ 12 絶縁膜 13 クロム金膜 14 マスクパターン 15 段差 17 探針 18 チップパターン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンウェハに対してエッチング処理
    を施して探針付きカンチレバーを製造する方法におい
    て、 絶縁膜と金属膜が積層された前記シリコンウェハを用意
    し、このシリコンウェハに対して、最初に大きな第1網
    目のエッチングマスクを用いて第1エッチングを行い、
    次に目の小さい第2網目のエッチングマスクを用いて第
    2エッチングを行い、次に第1網目に対応した前記絶縁
    膜を用いて第3エッチングを行い、最後に第2網目に対
    応する前記金属膜と前記絶縁膜を用いて等方性エッチン
    グを行い、前記探針を作ることを特徴とするカンチレバ
    ーの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第3エッチングによって前記シリコ
    ンウェハ上に凸部を形成し、この凸部と前記シリコンウ
    ェハを前記等方性エッチングで削って細長い前記探針を
    作ることを特徴とする請求項1記載のカンチレバーの製
    造方法。
  3. 【請求項3】 前記凸部の径は第1網目の前記エッチン
    グマスクで制御され、前記凸部の高さは前記第3エッチ
    ングによるエッチング量で制御されることを特徴とする
    請求項2記載のカンチレバーの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1エッチングと前記第2エッチン
    グに基づいて前記絶縁膜と前記金属膜の間に段差を作
    り、この段差の程度に応じて前記探針の尖鋭度を決める
    ことを特徴とする請求項1記載のカンチレバーの製造方
    法。
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