JPH11271347A

JPH11271347A - 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

Info

Publication number: JPH11271347A
Application number: JP9220998A
Authority: JP
Inventors: Michio Takayama; 美知雄高山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】レバーの共振周波数を高めるためにレバー長
を短くした場合においても、カンチレバー変位検出用の
レーザ光が支持部でけられにくい構造の走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーを提供する。【解決手段】支持部１より伸びたカンチレバー部２の
自由端近傍に探針部３を備えたＡＦＭカンチレバーにお
いて、支持部１のカンチレバー部２の主面と平行な上面
及び底面を｛１００｝結晶面で構成し、カンチレバー部
２の主面と平行でない支持部側面を｛３１１｝結晶面で
構成する。これにより支持部１の底面と側面とのなす角
度は約25度となり、レバー長を短くしても支持部１でレ
ーザ光がけられる可能性を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ： Atomic Force Microscope）などの走査型プ
ローブ顕微鏡（ＳＰＭ： Scanning Probe Microscope）
に用いる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
（ＳＴＭ： Scanning Tunneling Microscope）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）が提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−
１３０３０２号公報（ＩＢＭ、Ｇ．ビニッヒ、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ている。
走査型プローブ顕微鏡としては、この他に磁気力顕微鏡
（ＭＦＭ）、走査型近接場光顕微鏡などが挙げられる。
ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つ片
持ち梁（カンチレバー）を、試料に対向して近接させ、
探針部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
三次元的にとらえることができるようになっている。

【０００５】このような構成のＡＦＭ等の走査型プロー
ブ顕微鏡用のカンチレバーチップとしては、T.R.Albrec
ht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. Albrecht andCalvin F. Quate : Atomic
resolution imaging of a nonconductor AtomforceMic
roscopy J. Appl. Phy. 62(1987)2599）、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。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
チップが主流となっている。

【０００６】ＡＦＭの測定方式としては、試料と探針部
を１nm程度に近接させて測定する接触方式、５〜10nm離
して測定する非接触方式、試料表面を探針部で軽くたた
きながら移動させて測定するタッピング方式等がある。
これらの測定方式のうち、非接触方式及びタッピング方
式では、硬いカンチレバーを用いる必要がある。硬いカ
ンチレバーを作製するためには、レバー膜を厚くする必
要があり、このようなＡＦＭカンチレバーとして、探針
部、レバー部、支持部をシリコンで一体に形成するもの
が広く知られている（例えば、O. Wolter, Th. Bayer,
and J. Greschner : Micromachined silicon sensors f
or scanning force microscopy J. Vac.Sci. Technol.
B9(2), May/April 1991参照）。

【０００７】また、最近では測定時間を短縮するため、
カンチレバーを速くＸＹ方向に走査させる検討がなされ
ている。このような目的に用いるＡＦＭカンチレバーと
しては、レバーの共振周波数を、通常の非接触測定用Ａ
ＦＭカンチレバーのｋＨｚオーダーからＭＨｚオーダー
に高めたものが必要となる。レバーの共振周波数は、前
述のＧ．ビニッヒの特許公開公報にも記載されているよ
うに、レバー厚をｔ，レバー長をＬとした時、ｔ／Ｌ²
に比例する。したがって、レバー厚ｔを厚くするかレバ
ー長Ｌを短くすれば、レバーの共振周波数を高くするこ
とが可能となるが、作製便宜上レバー厚はせいぜい数倍
程度しか厚くできないため、レバー長を短くして対処せ
ざるを得ない。

【０００８】次に、図８を参照しながら、従来より実施
されている半導体ＩＣ製造プロセスを応用してシリコン
製ＡＦＭカンチレバーを作製する方法について説明す
る。まずスタート基板として、表面が｛１００｝結晶面
である２枚のシリコン基板を酸化シリコン膜層を介して
貼り合わせて接合したＳＯＩ基板101 を用い、図８の
（Ａ）に示すように、一方のシリコン基板に探針部とな
る突起102 を形成する。次に、図８の（Ｂ）に示すよう
に、前記突起102 がパターン先端に配置されるようにカ
ンチレバーパターン103aを形成する。次に、図８の
（Ｃ）に示すように、前記突起102 及びカンチレバーパ
ターン103aを酸化シリコン膜104 等で保護し、下地シリ
コン基板に支持部を形成するための所定のエッチングマ
スク105 を形成した後、下地シリコン基板をＫＯＨ水溶
液等のアルカリ水溶液を用いて異方性湿式エッチングす
ることにより、支持部106 を形成する。最後に前記エッ
チング保護膜104 及びＳＯＩ基板の中間の酸化シリコン
膜を剥離することにより、図８の（Ｄ）に示すように、
先端に探針部となる突起102 を備えたカンチレバー部10
3 と支持部106 とからなるシリコン製ＡＦＭカンチレバ
ー107 が完成する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記ＡＦＭカンチレバ
ーの作製方法において述べたように、通常カンチレバー
支持部は、異方性湿式エッチングにより形成されるが、
通常用いられる表面が｛１００｝結晶面のシリコン基板
を用いた場合、支持部の側面は｛１１１｝面となるた
め、カンチレバー面と支持部側面のなす角度は約55度と
なる。

【００１０】ところで、測定時カンチレバーの変位は、
通常カンチレバーの自由端近傍にレーザ光をあて、カン
チレバーにより反射されるレーザ光を検出することによ
り求められる。光てこ方式と呼ばれる検出方式において
は、このレーザ光はカンチレバー面に傾けて照射され
る。

【００１１】前述したように高速走査用ＡＦＭカンチレ
バーにおいては、レバーの共振周波数を高めるためレバ
ー長を短くせねばならないが、図９の（Ａ）に示すよう
にレバー長が長い場合には問題はないけれども、図９の
（Ｂ）に示すようにレバー長が短くなると、検出用レー
ザ光が支持部でけられてしまうおそれが生ずる。

【００１２】一方また、カンチレバーの支持部上面はカ
ンチレバーをしっかり固定するために、一定の幅を持た
ねばならないが、前述したように支持部側面は支持部底
面と約55度をなすため、結果的にカンチレバーチップ幅
は、支持部上面の幅に、（２×支持部厚／ tan55°）を
加えたものとなる。所定の支持部上面幅を持っていれ
ば、カンチレバーチップ幅は小さければ小さいほど基板
１枚あたりのカンチレバーチップ収量が増えるため、安
価にＡＦＭカンチレバーを提供することが可能となる。
図10の（Ａ），（Ｂ）に示すように、支持部上面幅ａを
一定にして、支持部の厚みｃを減らせばカンチレバーチ
ップ幅ｄを低減でき、結果的に図10の（Ｂ）に示すよう
にカンチレバーチップ収量を増やすことができるが、薄
い基板を用いて製造せねばならないため、製造工程途中
でカンチレバーチップが破損してしまうおそれが生ず
る。なお、図10の（Ａ），（Ｂ）において、ｂはチップ
間隔（一定）である。

【００１３】本発明は、従来のＡＦＭカンチレバーなど
の走査型プローブ顕微鏡用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及び２
に係る発明は、レバー長の短いカンチレバーにおいても
カンチレバー変位検出用のレーザ光が支持部でけられに
くい構成の走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを提供
することを目的とする。請求項３に係る発明は、支持部
厚みを薄くすることなく、シリコン基板１枚あたりのカ
ンチレバーチップ収量が多くコスト低減の可能な走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバーを提供することを目的と
する。請求項４に係る発明は、請求項１に係る走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーを容易に製造することの可
能な製造方法を提供することを目的とする。請求項５に
係る発明は、請求項２に係る走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを容易に製造することの可能な製造方法を提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、支持部より伸びたカンチレ
バー部の自由端近傍に探針部を備えた走査型プローブ顕
微鏡用カンチレバーにおいて、前記支持部は単結晶シリ
コンで形成され、前記カンチレバー部の主面と平行でな
い前記支持部側面の少なくとも一部が｛３１１｝結晶面
で構成されていることを特徴とするものである。

【００１５】通常のアルカリ水溶液による異方性湿式エ
ッチングを用いて作製する支持部のカンチレバー面と平
行でない面は、｛１１１｝面で形成されるため、支持部
底面と支持部側面とのなす角度は約55度であるが、支持
部側面の少なくとも一部を｛３１１｝面で形成すること
により、支持部底面との角度を約25度とすることができ
るため、レバー長を短くしても支持部でレーザ光がけら
れる可能性を低くすることができる。

【００１６】請求項２に係る発明は、支持部より伸びた
カンチレバー部の自由端近傍に探針部を備えた走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記支持部は単
結晶シリコンで形成され、前記カンチレバー部の主面と
平行な前記支持部上面及び底面は、該上面及び底面の垂
線が｛１００｝面から〈１１０〉方向に任意の角度傾斜
して切り出された結晶面で構成され、且つ前記カンチレ
バー部は前記〈１１０〉方向のうち、前記支持部底面と
支持部側面のなす角度が小さくなる方向に伸びているこ
とを特徴とするものである。

【００１７】表面の垂線が｛１００｝面から〈１１０〉
方向に任意の角度傾斜して切り出した結晶面を持つ基板
を用いて、アルカリ水溶液による異方性湿式エッチング
をおこなった場合、そのエッチング側面は｛１１１｝面
で形成されるため、基板表面と〈１１０〉方向のエッチ
ング側面との角度は、通常の表面が｛１００｝面の場合
の約55度から、基板表面が｛１００｝面から傾斜してい
る角度分ずれたものとなる。したがって、支持部の上面
及び底面がそのような基板表面になるようにすれば、
｛１００｝面から〈１１０〉方向に傾斜して切り出す際
の角度をθとした場合、〈１１０〉方向の支持部側面の
うち片方の支持部側面と支持部底面とのなす角度は、約
55°＋θ°であり、もう一方の支持部側面と支持部底面
との角度は約55°−θ°となる。そこでカンチレバー部
が伸びる方向を、支持部側面と底面との角度が約55°−
θ°になる側面側にすることにより、請求項１に係る発
明と同様に、レバー長を短くしても支持部でレーザ光が
けられる可能性を低くすることが可能となる。

【００１８】請求項３に係る発明は、支持部より伸びた
カンチレバー部の自由端近傍に探針部を備えた走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記支持部は単
結晶シリコンで形成され、前記カンチレバー部の主面と
平行でない前記支持部側面の一部が、該支持部底面に対
して約90度に構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１９】このように構成することにより、通常の約
55度で支持部側面が構成されるものに比べ、支持部上面
の幅を同一に保ちながらカンチレバーチップの横幅を細
くすることが可能となる。したがって、薄い基板を用い
る必要なく基板１枚あたりのカンチレバーチップ収量を
多くすることが可能となるため、製造工程途中で破損す
るおそれもなく、安価な走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーを提供することが可能となる。

【００２０】請求項４に係る発明は、前記請求項１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にお
いて、面方位｛１００｝の単結晶シリコン基板に支持部
を形成するための所定のエッチングマスクを形成し、ア
ルカリ水溶液により第１の異方性湿式エッチングをした
後、前記エッチングマスクを剥離して更にアルカリ水溶
液により第２の異方性湿式エッチングを行うことにより
支持部を形成する工程を備えていることを特徴とするも
のである。

【００２１】このような手法を用いることにより、第２
の異方性湿式エッチングによって、第１の異方性湿式エ
ッチングにて形成された支持部側面と支持部表面との角
部からエッチングが進行し、｛３１１｝面が形成される
ため、容易に請求項１に係る走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを製造することが可能となる。

【００２２】請求項５に係る発明は、前記請求項２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にお
いて、基板表面の垂線が｛１００｝面から〈１１０〉方
向に任意の角度傾斜して切り出された結晶面で構成され
た第１の単結晶シリコン基板を酸化シリコン膜層を介し
て第２の単結晶シリコン基板と貼り合わせて作成したＳ
ＯＩ基板を用い、前記第１の単結晶シリコン基板で前記
支持部を形成する工程を備えていることを特徴とするも
のである。

【００２３】このような基板を用いることにより、支持
部を形成するための異方性湿式エッチング工程でカンチ
レバー部をそこなうことなく容易に請求項２に係る走査
型プローブ顕微鏡用カンチレバーを製造することが可能
となる。

【００２４】なお、本明細書では｛１００｝面、｛３１
１｝面、〈１１０〉方向というような表記を用いている
が、例えば支持部の一側面が｛３１１｝面であった場
合、他の三方の支持部側面はそれぞれ｛１３１｝面、
｛３１１｝面、｛１３１｝面と表記すべきであるが、こ
れらは全て等価（相対的なもの）であるため、簡便に
｛３１１｝面で代表して示している。同様に各結晶面、
結晶軸と等価なものは、その一表記で代表して示すこと
とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る走査型プロ
ーブ顕微鏡用カンチレバーの第１の実施の形態のＡＦＭ
カンチレバーの上面、横側面及び後方側面を示す概略図
である。図において、１は支持部、２は該支持部１より
伸びたカンチレバー部、３はカンチレバー部２の自由端
近傍に設けられた探針部で、これらの支持部１，カンチ
レバー部２及び探針部３は全て単結晶シリコンにて形成
されている。但し、カンチレバー部２及び探針部３は必
ずしも単結晶シリコンで形成する必要はない。そして、
支持部１のカンチレバー部２の主面、すなわち探針部３
が形成されている面と平行をなす支持部上面及び底面は
｛１００｝結晶面であり、カンチレバー部主面とは平行
でない他の側面すなわち支持部側面は、｛３１１｝結晶
面で構成されている。したがって、カンチレバー部主面
は｛１００｝結晶面で構成されているため、支持部１の
側面とカンチレバー部２の主面とのなす角度は約25度と
なる。

【００２６】次に、本実施の形態に係るＡＦＭカンチレ
バーの製造方法を、図２の（Ａ）〜（Ｆ）に示す製造工
程図に基づいて説明する。スタート基板として、表面が
｛１００｝結晶面である２枚のシリコン基板を酸化シリ
コン膜を介して貼り合わせたＳＯＩ（Silicon on Insul
ator）基板11を用いる。まず図２の（Ａ）に示すよう
に、ＳＯＩ基板11の裏面に支持部を形成するための所定
のエッチングマスク12を形成する。このマスク12の材質
としては酸化シリコン，窒化シリコン等が用いられ、マ
スクパターンの四角には、異方性湿式エッチングでの横
方向へのエッチング進行による支持部形状劣化を押さえ
るため、いわゆる補償パターンを付加しておくことが望
ましい。

【００２７】次に図２の（Ｂ）に示すように、探針部13
となる突起を前記支持部形成用エッチングマスク12を形
成した面と逆の面に形成する。なお、図では錐体状の探
針部を示したが、探針部の形状には特に規定はなく、ま
た特に大きな突起を設けずレバーの先端を探針部として
用いるようにしても構わない。更にカンチレバー作製途
中で探針部を形成せず、カンチレバー完成後に何らかの
方法で探針部となる部材をレバー先端に接着するように
しても構わない。次に図２の（Ｃ）に示すように、カン
チレバーパターン14を前記探針部13がその先端に配置さ
れるように形成する。なお、上記図２の（Ａ）〜（Ｃ）
に示した各工程は順序を入れ換えても構わない。

【００２８】次に図２の（Ｄ）に示すように、カンチレ
バーパターン14及び探針部13を酸化シリコン膜等の保護
膜15で保護した後、前述したエッチングマスク12をマス
クとして、基板をＫＯＨあるいはＴＭＡＨ等のアルカリ
水溶液にて第１の異方性湿式エッチングを施し、保護膜
15を除去することにより、図２の（Ｅ）に示すように、
仮支持部16を備えた通常のカンチレバー形態を形成す
る。この状態においては、仮支持部16の側面は｛１１
１｝結晶面で構成されるため、仮支持部底面と仮支持部
側面とは約55度の角度を形成することになる。

【００２９】次に、エッチングマスク12を剥離し、ＫＯ
Ｈ等のアルカリ水溶液にて第２の異方性湿式エッチング
を施すと、仮支持部16が上面からエッチングされると共
に、上面と側面の角部からもエッチングが進行し、新た
に｛３１１｝結晶面が表出してくる。エッチングを更に
続け、支持部側面を｛３１１｝結晶面が覆いつくしたと
ころで第２の異方性湿式エッチングを停止することによ
り、図２の（Ｆ）に示すように、支持部底面と支持部側
面とが約25度をなす支持部17が形成され、該支持部17と
カンチレバー部18と探針部13とからなる上記第１の実施
の形態のＡＦＭカンチレバーが完成する。

【００３０】なお、上記第１の実施の形態においては、
支持部側面が全て｛３１１｝結晶面が覆いつくされるま
で第２の異方性湿式エッチングを行い、支持部低面と側
面とが約25度の角度をなす支持部を形成したものを示し
たが、第２の異方性湿式エッチングを途中で停止させる
ことにより、図３の（Ａ）〜（Ｃ）の上面図、横側面図
及び後方側面図に示すように、支持部側面を｛３１１｝
結晶面と｛１１１｝結晶面とで形成し、支持部低面と約
55度をなす側面と、約25度をなす側面をもつ支持部１′
を構成するようにしてもよい。

【００３１】次に、第２の実施の形態について説明す
る。図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の実施の形態に係る
ＡＦＭカンチレバーの上面、横側面、後方側面を示す概
略図である。図において、21は支持部、22は該支持部21
より伸びたカンチレバー部、23はカンチレバー部22の自
由端近傍に設けられた探針部で、これらの支持部21，カ
ンチレバー部22及び探針部23は全て単結晶シリコンにて
形成されている。但し、第１の実施の形態と同様に、カ
ンチレバー部22及び探針部23は必ずしも単結晶シリコン
で形成する必要はない。そして、支持部21のカンチレバ
ー部22の主面と平行をなす上面及び底面は、その面の垂
線が｛１００｝面から〈１１０〉方向に任意の角度θ°
傾斜して切り出された結晶面で構成されている。一方、
支持部21の側面は全て｛１１１｝結晶面で構成されてい
る。

【００３２】また、カンチレバー部22は、〈１１０〉方
向のうち、支持部側面と支持部底面とのなす角度が約55
°−θ°となる側面のある方向に伸びている。ちなみに
カンチレバー部22が伸びている側と反対側の支持部側面
と支持部底面とのなす角度は、約55°＋θ°である。

【００３３】次に、本実施の形態に係るＡＦＭカンチレ
バーの製造方法を、図５の（Ａ）〜（Ｅ）に示す製造工
程図に基づいて説明する。スタート基板として、第１の
実施の形態と同様に貼り合わせＳＯＩ（Silicon on Ins
ulator）基板を用いるが、本実施の形態では基板表面の
垂線が｛１００｝面から〈１１０〉方向に任意の角度θ
°傾斜して切り出された結晶面で構成された単結晶シリ
コン基板32（第１の単結晶シリコン基板）を、酸化シリ
コン膜層33を介して他の単結晶シリコン基板34（第２の
単結晶シリコン基板）と貼り合わせて作製したＳＯＩ基
板31を、ＡＦＭカンチレバー製造用スタート基板として
使用する。

【００３４】まず、図５の（Ａ）に示すように、第１の
単結晶シリコン基板32側の面に支持部を形成するための
所定のエッチングマスク35を形成する。このマスク35の
材質としては、酸化シリコン，窒化シリコン等が用いら
れ、マスクパターンの四角には、異方性湿式エッチング
での横方向へのエッチング進行による支持部形状劣化を
押さえるため、いわゆる補償パターンを付加しておくこ
とが望ましい。

【００３５】次に図５の（Ｂ）に示すように、探針部36
となる突起を前記支持部形成用エッチングマスク35を形
成した面と逆の面、すなわち第２の単結晶シリコン基板
34側に形成する。なお図では錐体状の探針部を示した
が、探針部の形状には特に規定はなく、また特に大きな
突起を設けずにレバーの先端を探針部として用いるよう
にしても構わない。更に、カンチレバー作製途中で探針
部を形成せず、カンチレバー完成後に何らかの方法で探
針部となる部材をレバー先端に接着するようにしても構
わない。次に図５の（Ｃ）に示すように、カンチレバー
パターン37を前記探針部36がその先端に配置されるよう
に形成する。なお、上記図５の（Ａ）〜（Ｃ）に示した
各工程は順序を入れ換えても構わない。

【００３６】次に図５の（Ｄ）に示すように、カンチレ
バーパターン37及び探針部36を酸化シリコン膜等の保護
膜38で保護した後、前述したエッチングマスク35をマス
クとして、第１の単結晶シリコン基板32にＫＯＨあるい
はＴＭＡＨ等のアルカリ水溶液にて異方性湿式エッチン
グを施し、最後にエッチングマスク35やエッチング保護
膜38を剥離することにより、図５の（Ｅ）に示すよう
に、底面となす角度が55°−θ°及び55°＋θ°となる
側面を有する支持部39と、カンチレバー部40と探針部36
とからなる上記第２の実施の形態に係るＡＦＭカンチレ
バーが完成する。

【００３７】次に、第３の実施の形態について説明す
る。図６の（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施の形態に係る
ＡＦＭカンチレバーの上面、横側面、及び後方側面を示
す概略図である。図において、41は支持部、42は該支持
部41より伸びたカンチレバー部、43はカンチレバー部42
の自由端近傍に設けられた探針部で、これらの支持部4
1，カンチレバー部42，探針部43は全て単結晶シリコン
にて形成されている。但し第１の実施の形態と同様に、
カンチレバー部42及び探針部43は必ずしも単結晶シリコ
ンで形成する必要はない。そして、支持部41のカンチレ
バー部42の主面と平行をなす支持部上面及び底面は｛１
００｝結晶面であり、支持部41のカンチレバー部42の伸
びる側の側面は｛１１１｝結晶面で構成されている。一
方、支持部41の他の三方の側面は全て、｛１１１｝結晶
面と、支持部底面と約90度をなす面とで構成されてい
る。このため、従来例に比べ、支持部41をカンチレバー
部42に対して探針部43とは反対側の端部に寄せて形成す
ることができるので、ウェハー１枚あたりのカンチレバ
ー収量を多くすることが可能となる。一方、カンチレバ
ー部の伸びる側の側面は従来同様｛１１１｝結晶面で構
成されているため、変位検出用レーザ光が従来例に比
べ、支持部でけられやすくなるようなことはない。

【００３８】次に、本実施の形態に係るＡＦＭカンチレ
バーの製造方法を、図７の（Ａ）〜（Ｈ）に示す製造工
程図に基づいて説明する。スタート基板として、第１の
実施の形態と同様に、表面が｛１００｝面もしくはその
等価な結晶面である２枚のシリコン基板52，53を、酸化
シリコン膜層54を介して貼り合わせたＳＯＩ（Silicon
on Insulator）基板51を用いる。まず図７の（Ａ）に示
すように、基板51の裏面に支持部を形成するための所定
のエッチングマスク55を形成する。このマスク55の材質
としては酸化シリコン、窒化シリコン等が用いられ、マ
スクパターンの四角には、異方性湿式エッチングでの横
方向へのエッチング進行による支持部形状劣化を押さえ
るため、いわゆる補償パターンを付加しておくことが望
ましい。

【００３９】次に図７の（Ｂ）に示すように、探針部56
となる突起を前記支持部形成用エッチングマスク55を形
成した面と逆の面に形成する。なお、図では錐体状の探
針部を示したが、探針部の形状に特に規定はなく、また
特に大きな突起を設けずレバーの先端を探針部として用
いるようにしても構わない。更に、カンチレバー作製途
中で探針部を形成せず、カンチレバー完成後に何らかの
方法で探針部となる部材をレバー先端に接着するように
しても構わない。次に図７の（Ｃ）に示すように、カン
チレバーパターン57を前記探針部56がその先端に配置さ
れるように形成する。なお、上記図７の（Ａ）〜（Ｃ）
に示した各工程は順序を入れ換えても構わない。

【００４０】次に図７の（Ｄ）に示すように、カンチレ
バーパターン57及び探針部56を酸化シリコン膜等の保護
膜58で保護する。次に図７の（Ｅ）に示すように、カン
チレバーパターン周辺の中間酸化膜54のみ剥離した後、
図７の（Ｆ）に示すように、ＲＩＥ（Riactive ion etc
hing）等の反応性ガスを用いたドライエッチングにて下
地シリコン基板52を掘り込み、カンチレバーパターン周
辺に溝59を形成する。このとき掘り込む溝59の深さは、
数十μｍから 300μｍ程度である。掘り込む溝59の深さ
が深ければ深いほど、隣接するカンチレバーチップ間隔
を狭められるため、ウェハー内のカンチレバーチップ収
量を上げることができる。

【００４１】次に図７の（Ｅ）に示すように、ＲＩＥに
てエッチングした溝59の表面に酸化シリコン膜等の保護
膜60を形成した後、前述のエッチングマスク55をマスク
として、下地シリコン基板52をＫＯＨあるいはＴＭＡＨ
等のアルカリ水溶液にて異方性湿式エッチングを施す。
最後に、エッチングマスク55やエッチング保護膜58，60
等を剥離することにより、図７の（Ｈ）に示すように、
カンチレバー部の伸びる側の側面は｛１１１｝結晶面で
構成され、他の三方の側面は全て｛１１１｝結晶面と、
底面と約90度をなす面とで構成されている支持部61と、
カンチレバー部62と、探針部56とからなる上記第３の実
施の形態のＡＦＭカンチレバーが完成する。

【００４２】なお、本実施の形態では、支持部41のカン
チレバー部42の伸びる側の側面は｛１１１｝結晶面のみ
で構成されるような構造としたが、変位検出用レーザ光
が支持部でけられるおそれのないものであれば、この側
面にもカンチレバー部42の主面と90度をなす面を一部に
設けて支持部を形成しても、勿論構わない。

【００４３】以上、各実施の形態においては、本発明を
ＡＦＭカンチレバーに適用したものについて説明を行っ
たが、本発明は走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、磁気
力顕微鏡（ＭＦＭ）、走査型近接場光顕微鏡などの他の
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーに適用することも
できる。

【００４４】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項１及び２に係る発明によれば、支持部側面と
支持部底面との角度を通常の約55度よりも小さく作製す
ることが容易にできるので、レバー長の短いカンチレバ
ーにおいてもカンチレバー変位検出用のレーザ光が支持
部でけられにくい構成の走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーを提供することができる。また請求項３に係る発
明によれば、カンチレバー部の伸びる方向以外の支持部
側面の一部に支持部底面と90度をなす面を形成している
ため、薄い基板を用いる必要なくウェハー１枚あたりの
カンチレバーチップ収量を多くすることが可能となるた
め、製造工程途中で破損するおそれもなく、コストの低
減可能な走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを提供す
ることができる。また請求項４及び５に係る発明によれ
ば、レバー長の短いカンチレバーにおいてもカンチレバ
ー変位検出用のレーザ光が支持部でけられにくい構成の
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを容易に作製する
ことができる製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレ
バーの第１の実施の形態に係るＡＦＭカンチレバーを示
す図である。

【図２】図１に示した第１の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程図であ
る。

【図３】本発明に係る第１の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーの変形例を示す図である。

【図４】本発明に係る第２の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーを示す図である。

【図５】図４に示した第２の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程図であ
る。

【図６】本発明に係る第３の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーを示す図である。

【図７】図６に示した第３の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程図であ
る。

【図８】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。

【図９】従来のＡＦＭカンチレバーの構造の問題点を説
明するための図である。

【図10】従来のＡＦＭカンチレバーの構造の他の問題点
を説明するための図である。

【符号の説明】

１，１′ 支持部２カンチレバー部３探針部 11 ＳＯＩ基板 12 支持部形成用マスクパターン 13 探針部 14 カンチレバーパターン 15 エッチング保護膜 16 仮支持部 17 支持部 18 カンチレバー部 21 支持部 22 カンチレバー部 23 探針部 31 ＳＯＩ基板 32 第１の単結晶シリコン基板 33 酸化シリコン膜層 34 第２の単結晶シリコン基板 35 支持部形成用マスクパターン 36 探針部 37 カンチレバーパターン 38 エッチング保護膜 39 支持部 40 カンチレバー部 41 支持部 42 カンチレバー部 43 探針部 51 ＳＯＩ基板 52，53 単結晶シリコン基板 54 酸化シリコン膜層 55 支持部形成用マスクパターン 56 探針部 57 カンチレバーパターン 58 エッチング保護膜 59 溝 60 エッチング保護膜 61 支持部 62 カンチレバー部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部より伸びたカンチレバー部の自由
端近傍に探針部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーにおいて、前記支持部は単結晶シリコンで形成さ
れ、前記カンチレバー部の主面と平行でない前記支持部
側面の少なくとも一部が｛３１１｝結晶面で構成されて
い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。
【請求項２】支持部より伸びたカンチレバー部の自由
端近傍に探針部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーにおいて、前記支持部は単結晶シリコンで形成さ
れ、前記カンチレバー部の主面と平行な前記支持部上面
及び底面は、該上面及び底面の垂線が｛１００｝面から
〈１１０〉方向に任意の角度傾斜して切り出された結晶
面で構成され、且つ前記カンチレバー部は前記〈１１
０〉方向のうち、前記支持部底面と支持部側面のなす角
度が小さくなる方向に伸びてい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。
【請求項３】支持部より伸びたカンチレバー部の自由
端近傍に探針部を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーにおいて、前記支持部は単結晶シリコンで形成さ
れ、前記カンチレバー部の主面と平行でない前記支持部
側面の一部が、該支持部底面に対して約90度に構成され
てい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。
【請求項４】前記請求項１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において、面方位｛１０
０｝の単結晶シリコン基板に支持部を形成するための所
定のエッチングマスクを形成し、アルカリ水溶液により
第１の異方性湿式エッチングをした後、前記エッチング
マスクを剥離して更にアルカリ水溶液により第２の異方
性湿式エッチングを行うことにより支持部を形成する工
程を備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーの製造方法。
【請求項５】前記請求項２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において、基板表面の垂線
が｛１００｝面から〈１１０〉方向に任意の角度傾斜し
て切り出された結晶面で構成された第１の単結晶シリコ
ン基板を酸化シリコン膜層を介して第２の単結晶シリコ
ン基板と貼り合わせて作成したＳＯＩ基板を用い、前記
第１の単結晶シリコン基板で前記支持部を形成する工程
を備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用
カンチレバーの製造方法。