JPH11304824A - 探針およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カンチレバーの先端部に設けられる探針をハ
イアスペクト比から成る細長い形状に形成して、被測定
面の凹凸に対する正確なトレースを可能とし、真の形状
に近い観察像を得ることができるようにすること。 【解決手段】 基板上に略円形のエッチングマスクを形
成する工程と、基板に対して等方性エッチングを行っ
て、エッチングマスクの直下をなだらかに削り取り、円
錐状の突起を形成し、エッチングマスクを用いて基板に
対して異方性エッチングを行い、エッチングマスクの下
の基板を円筒状に削り出し、形成された円錐形状の下に
円筒形状が続く突起を形成することによって、探針１２
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、探針およびその製
造方法に係り、さらに詳しくは、試料表面の微細形状を
検出するカンチレバーの先端部に設けられる探針および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、原子構造を解明するために用いら
れる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：AtomicForce Microscope
）などでは、先端部に探針を設けたカンチレバーを走
査プローブとして利用している。このようなカンチレバ
ーを用いた原子間力顕微鏡は、その先端の探針を試料表
面で走査することにより、試料表面と探針との間に原子
間力に基づく引力または斥力が発生し、その原子間力を
カンチレバーの撓み量として検出することで試料表面の
形状を測定している。このように、原子間力顕微鏡は、
試料表面の形状を原子レベルで観察することができる。

【０００３】この種の従来の原子間力顕微鏡８０は、例
えば、図１２に示されるように構成されている。図１２
における原子間力顕微鏡８０は、カンチレバー８４の先
端部に設けられた探針（Ｔｉｐ）８２を試料９０の表面
で走査させると、試料９０の表面と探針８２との間に原
子間力に基づく引力または斥力を生じ、カンチレバー８
４が一点鎖線で示すように撓む。この時、コヒーレント
な光を発生させるレーザ光源（半導体レーザ）８６から
のレーザ光がカンチレバー８４の反射面に常に照射され
ていて、カンチレバー８４が撓むと破線で示すように、
２分割（４分割）フォトダイオード８８に受光される受
光位置がずれるため、カンチレバー８４の撓み量と撓み
方向とが分かる。原子間力顕微鏡８０は、カンチレバー
８４の撓み情報を監視しながら試料を載置するステージ
側、又はカンチレバー８４側を動かして、探針と試料９
０との間の力（あるいは、距離）を一定に保つようにし
ながらスキャンさせる。そして、これらの情報を重ね合
わせることにより、試料９０の表面の立体像を得てい
た。

【０００４】従って、カンチレバー８４に設けられる探
針の先端部は、極めて小さく形成されることが要求され
ており、現在市販されているカンチレバーの探針先端の
曲率半径はおおむね５０ｎｍ以下のところまで来てい
る。

【０００５】そして、従来の探針の形状は、図１３や図
１６に示されるように、多角錐または円錐形状などから
成る探針８２，１０４などが主であって、カンチレバー
１００の先端部に設けられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の図
１３や図１６に示される形状のカンチレバーの探針８
２，１０４にあっては、その製造方法が探針の形成材料
の結晶面を利用したり、図１７（ａ）〜（ｃ）に示され
るように、探針の形成材料１００上にマスク１０６を形
成し、等方性エッチング等を用いたエッチングプロセス
で突起を形成するものであったため、探針８２，１０４
の先端部までの高さ（縦）と裾野部の径（横）との比
（アスペクト比）が略「１」前後であった。このカンチ
レバーの探針８２又は１０４を用いて表面の平坦な試料
を測定する場合には問題ないが、図１４に示されるよう
に、試料９０表面に幅Ｗの凸部９０ａがある場合、探針
８２をトレースさせると探針の斜面に凸部９０ａのエッ
ジが接触するため、探針の先端部は試料９０の表面形状
とは異なる軌跡（図中に太い実線で示す）を描くことに
なる。

【０００７】特に、図１５に示されるように、試料９０
の表面に２つ以上の凸部９０ａ，９０ｂが狭い間隔で並
んでいるライン・アンド・スペースのような表面形状の
場合、探針８２を紙面右方向にトレースさせると、探針
８２ａが探針８２ｆまで移動する間に、凸部９０ａの右
側のエッジに探針８２ｂの斜面が接触し、探針の先端部
の軌跡１０２が８２ｃ，８２ｄに示す位置まで移動した
後、溝の底面を正確にトレースするまでもなく、次の凸
部９０ｂの左側のエッジに探針８２ｅの斜面が接触する
ことになる。

【０００８】このように、従来の探針８２（１０４の場
合もほぼ同様）が設けられたカンチレバーを用いて大き
な凹凸のある試料表面の形状を観察しようとすると、探
針の形状が大きく反映された不正確な観察像（軌跡１０
２で示す像）しか得られないという問題があった。

【０００９】また、先端の太い従来の探針８２（１０
４）では、上記したように試料表面に大きな凸部がある
場合だけでなく、トレンチ底部の表面状態を観察する場
合についても同様の理由により不正確な観察像しか得ら
れないため、レプリカ法や超高加速電圧を用いた電子顕
微鏡観察などの特殊な方法を用いて観察するしかないと
いう問題があった。

【００１０】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、カンチレバーの先端部に設け
られる探針をハイアスペクト比から成る細長い形状に形
成して、被測定面の凹凸に対する正確なトレースを可能
とし、真の形状に近い観察像を得ることができる探針お
よびその製造方法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、試料表面の微細形状を
検出するカンチレバーの先端部に突設配置される探針で
あって、その形状が前記カンチレバーに配設された裾野
部の径に対して、該配設位置から先端部までの高さが少
なくとも２倍以上あるアスペクト比を有している。

【００１２】これによれば、試料表面の微細形状を検出
する原子間力顕微鏡などに用いられるカンチレバーの先
端部の探針が、裾野部の径に対して配設位置から先端部
までの高さが少なくとも２倍以上あるハイアスペクト比
から成る細長い形状としたため、試料表面に大きな凹凸
があっても探針の先端部が奥まで入り込んで正確にトレ
ースすることが可能となり、真の形状に近い観察像を得
ることができる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、試料表面の微細
形状を検出するカンチレバーの先端部に突設配置される
探針の製造方法であって、前記探針を形成する基板上に
略円形のエッチングマスクを形成する工程と、前記基板
に対して等方性エッチングを行って、前記エッチングマ
スクの直下をなだらかに削り取り、円錐状の突起を形成
する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記基板に
対して異方性エッチングを行い、前記エッチングマスク
の下の基板を円筒状に削り出し、前記工程で形成された
円錐形状の下に円筒形状が続く突起を形成する工程と、
を含んでいる。

【００１４】これによれば、探針の形成材料から成る基
板上に略円形のエッチングマスクを形成し、その基板を
等方性エッチングによりエッチングマスクの直下をなだ
らかに削り取って円錐状の突起を形成した後、さらにエ
ッチングマスクを用いて基板に対して異方性エッチング
を行って、エッチングマスクの下の基板を円筒状に削り
出し、前に形成した円錐形状の下に円筒形状が続く突起
が形成される。このように、探針を形成する際に、同じ
エッチングマスクを使って、最初に等方性エッチングを
行い、次に異方性エッチングを行う２段階のエッチング
プロセスを用いたため、探針の裾野部を広げることなく
従来の２倍以上（アスペクト比が２以上）の高さを持っ
た細長い形状に仕上げることができる。

【００１５】請求項３に記載の発明は、試料表面の微細
形状を検出するカンチレバーの先端部に突設配置される
探針の製造方法であって、前記探針を形成する基板上に
略円形のエッチングマスクを形成する工程と、前記基板
に対して異方性エッチングを行って、前記エッチングマ
スクの直下の基板を円筒状に削り出す工程と、前記エッ
チングマスクを用いて前記基板に対して等方性エッチン
グ行い、前記エッチングマスクの直下をなだらかに削り
取り、前記削り出した円筒状の基板の少なくとも先端部
に円錐状の突起を形成する工程と、を含んでいる。

【００１６】これによれば、探針の形成材料から成る基
板上に略円形のエッチングマスクを形成し、その基板に
対して異方性エッチングによりエッチングマスクの直下
の基板を円筒状に削り出した後、さらにエッチングマス
クを用いて基板に対して等方性エッチング行って、エッ
チングマスクの直下をなだらかに削り取り、前に削り出
した円筒状の基板の少なくとも先端部に円錐状の突起が
形成される。このように、探針を形成する際に、同じエ
ッチングマスクを使って、最初に異方性エッチングを行
い、次に等方性エッチングを行う２段階のエッチングプ
ロセスを用いたため、探針の裾野部を広げることなく従
来の２倍以上（アスペクト比が２以上）の高さを持った
細長い形状に仕上げることができる。

【００１７】請求項４に記載の発明は、試料表面の微細
形状を検出するカンチレバーの先端部に突設配置される
探針の製造方法であって、前記探針を形成する基板上に
略円形で、その円の中心から外周のエッジ部に向かって
徐々に膜厚が薄くなるようにテーパが付けられたエッチ
ングマスクを形成する工程と、前記基板に対して前記エ
ッチングマスクを介して異方性エッチングを行う工程
と、を含み、前記異方性エッチングを行う工程では、前
記エッチングマスクの直下の基板材料を残しつつ、前記
基板及び前記エッチングマスクの膜厚の薄い外側のエッ
ジ部を徐々に削り、エッチングマスクの径の縮小に伴っ
て前記エッチングマスクの直下に残る基板材料の裾野部
を削って裾野部の広がりを小さくし、高さの高い突起を
形成するものである。

【００１８】これによれば、探針の形成材料から成る基
板上に略円形で、その円の中心から外周のエッジ部に向
かって徐々に膜厚が薄くなるようにテーパを付けたエッ
チングマスクが形成され、そのエッチングマスクを介し
て基板を異方性エッチングするようにする。このよう
に、外周部にテーパの付いたエッチングマスクを用いて
基板を異方性エッチングすると、基板を削るとともに、
膜厚の薄いエッチングマスクの外周部を徐々に削り、エ
ッチングマスクの径が縮小するのに伴ってエッチングマ
スクの直下に残る基板材料の裾野部の広がりを小さくし
つつ、高さの高い突起を形成することができる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項２ないし
４の何れか一項に記載の探針の製造方法において、前記
基板上に形成された突起の表面に所定膜厚の酸化膜を形
成する工程と、前記酸化膜を除去して先端部が先鋭化し
た突起を形成する工程と、をさらに含んでいる。

【００２０】これによれば、上記の各製造方法で形成さ
れたアスペクト比の高い突起に対して、その突起の表面
に所定膜厚の酸化膜を形成し、その後、酸化膜を除去す
るようにしたため、突起の先端部をさらに先鋭化するこ
とができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る探針および
その製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明
する。

【００２２】図１及び図３には、本実施の形態に係る２
つのタイプの探針の形状例を示す側面図が示されてい
る。これらの探針１２，１４は、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）のマイクロカンチレバー１０の先端部に配置され、
この探針を試料の表面で走査させる際に、試料表面と探
針との間に生じる原子間力に基づく引力または斥力によ
るカンチレバー１０の撓み量を検出することで、試料表
面の形状を観察（測定）するものである。

【００２３】本実施の形態の探針形状は、例えば、図１
に示されるように、探針１２の裾野部の径Ｗ１に対し
て、その高さＬ１が少なくとも２倍以上のハイアスペク
ト比（縦横比）を持っている点に特徴がある。また、図
３に示される本実施の形態の探針１４についても、形状
自体は図１の探針１２と異なっているが、探針１４の裾
野部における径Ｗ２に対して、その高さＬ２が少なくと
も２倍以上のハイアスペクト比を持っている点について
共通の特徴を有している。

【００２４】このように、本実施の形態の探針は、裾野
部の径に比べて先端部までの高さを２倍以上としたハイ
アスペクト比で構成されているため、例えば、図２に示
されるように、探針１２の先端を凹凸のある試料１６に
接触させた状態でトレースした場合（探針１２ａ〜１２
ｅの位置まで）、段差部分でも探針がエッジ部に邪魔さ
れることなく入り込むことが可能となり、実際の試料１
６の表面形状（図中に細い実線で示す）に近い軌跡１８
（図中に太い実線で示す）を探針１２の先端部でトレー
スすることができる。さらに、先端部をより細く構成し
た探針１４を用いて試料１６上をトレースさせた場合は
（探針１４ａ〜１４ｆの位置まで）、図４に示されるよ
うに、凹凸の段差部に探針１４の先端部が確実に入り込
めるため、実際の試料１６の表面形状（図中に細い実線
で示す）により一層近い軌跡２０（図中に太い実線で示
す）を探針１４の先端部でトレースすることができる。

【００２５】〔探針のアスペクト比とトレースの正確性
との関係〕次に、図５を用いてアスペクト比の異なる探
針を用いた場合のトレースの正確性について説明する。
図５は、凹凸のある試料表面に対して本発明と従来例の
アスペクト比を持った探針を用いてそれぞれトレースさ
せた場合を示している。

【００２６】まず、試料表面が平坦あるいは小さな凹凸
がある場合は、使用する探針のアスペクト比の違いに関
係なく正確にトレースすることが可能であり、正しい観
察像を得ることができる。

【００２７】しかし、図５に示されるように、試料１６
の表面にライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）のような
狭い間隔で、比較的大きな凸部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ
が配列されている場合は、「１」前後のアスペクト比を
持った先端の太い従来の探針２４を凸部間で移動させる
と（探針２４ａ〜２４ｄ）、探針２４の傾斜部に凸部の
エッジが当たって図中の破線矢印で示す距離しか移動で
きず、凸部間においては正確なトレースが行えないこと
がわかる。

【００２８】これに対して、「２」以上のアスペクト比
を持つ先端の細い本発明の探針２２を凸部間で移動させ
た場合（図中のハッチングで示した探針２２ａ，２２
ｂ）は、従来の探針２４の場合と比べると先端が細い分
だけ探針２２の傾斜部に凸部のエッジが接触せずに図中
の実線矢印で示す距離だけ移動できるので、より正確に
凸部間をトレースすることができる。

【００２９】このように、原子間力顕微鏡などのカンチ
レバーに用いられる本実施の形態に係る探針は、裾野部
の径の横寸法に対する高さ方向の縦寸法、すなわちアス
ペクト比が少なくとも「２」以上あるため、大きな凹凸
部のある試料表面を観察する場合でも正確にトレースす
ることが可能となり、真の形状に近い観察像を得ること
ができる。

【００３０】以下、アスペクト比が「２」以上の本実施
の形態に係る探針の製造方法について、図６〜図１１を
用いて説明する。

【００３１】〔探針の製造方法（１）−等方性エッチン
グから異方性エッチング〕図６及び図７には、図１に示
す形状の探針を製造する場合の工程図が示されている。

【００３２】まず、図６（ａ）に示されるように、シリ
コン基板（Ｓｉ）３０の表面に所定膜厚のシリコン酸化
膜（ＳｉＯ₂ ）３２を形成し、さらにその上にフォトレ
ジストを塗布して、フォトプロセスによりエッチングマ
スクとなる円形のフォトレジスト膜３４をパターニング
形成する（図６（ｂ））。

【００３３】次に、このフォトレジスト膜３４をマスク
として緩衝フッ酸溶液（６：１のＢＨＦ）を用いて酸化
膜をエッチングすることにより、探針を形成するための
マスクとなるシリコン酸化膜３２をパターニングする
（図６（ｃ）参照）。

【００３４】そして、シリコン基板３０上にパターニン
グされたシリコン酸化膜３２及びフォトレジスト膜３４
をエッチングマスクとし、反応性イオンエッチングによ
る等方性エッチングを行うことにより、図６（ｄ）に示
されるように、シリコン酸化膜３２の直下をなだらかに
削り取り、円錐状の突起部３６を形成する。この反応性
イオンエッチングによる等方性エッチングの条件として
は、エッチャントにＳＦ₆ ガスを使用し、ガス圧力を２
０ｐａとし、エッチングイオン出力を１００Ｗとしてエ
ッチングを行なっている。

【００３５】次に、突起部３６上のシリコン酸化膜３２
及びフォトレジスト膜３４を再度エッチングマスクとし
て使用し、反応性イオンエッチングによる異方性エッチ
ングを行って、図７（ｅ）に示されるように、円錐状の
突起部３６の下に続く円筒状の突起部３８を形成する。
この反応性イオンエッチングによる異方性エッチングの
条件としては、エッチャントに（ＳＦ₆ ＋Ｏ₂ ）ガスを
使用し、ガス圧力を１０ｐａとし、エッチングイオン出
力を１００Ｗとしてエッチングを行なっている。

【００３６】そして、図７（ｆ）でエッチングマスクの
シリコン酸化膜３２及びフォトレジスト膜３４を除去し
た後、突起部３６の先端を先鋭化するため、図７（ｇ）
に示されるように、表面を熱酸化して所定膜厚の熱酸化
膜４０を形成するようにする。次に、緩衝フッ酸溶液
（６：１のＢＨＦ）を用いて熱酸化膜４０を除去し、図
７（ｈ）に示されるように、先端部が先鋭化された探針
４２を形成することができる。

【００３７】このように、上記の探針の製造方法によれ
ば、等方性エッチングから異方性エッチングへと連続す
る２段階のエッチングプロセスを用いて探針となる突起
部を形成するようにしたため、従来の１段階のエッチン
グプロセスで形成する場合と比べると２倍以上のハイア
スペクト比から成る探針を形成することができ、その結
果、凹凸のある試料表面であっても正確な観察像を得る
ことができる。特に、この製造方法で形成される探針の
形状は、円筒状の突起の先に円錐状の突起が形成された
構造をしているため、機械強度を大きくすることができ
るという利点がある。

【００３８】なお、上記方法で製造された図７（ｈ）に
示される探針４２の形状は、説明の便宜上、図面の縦横
比を変えて描いたため、アスペクト比が高くないように
見えるが、実際には図１と同様に「２」以上のアスペク
ト比を有する探針を製造することができる。

【００３９】〔探針の製造方法（２）−異方性エッチン
グから等方性エッチング〕図８及び図９には、図１に示
す形状の探針を製造する場合の別の工程図が示されてい
る。

【００４０】まず、図８（ａ）に示されるように、シリ
コン基板（Ｓｉ）３０の表面に所定膜厚のシリコン酸化
膜（ＳｉＯ₂ ）３２を形成し、さらにその上にフォトレ
ジストを塗布して、フォトプロセスによりエッチングマ
スクとなる円形のフォトレジスト膜３４をパターニング
形成する（図８（ｂ））。

【００４１】次に、このフォトレジスト膜３４をマスク
として緩衝フッ酸溶液（６：１のＢＨＦ）を用いて酸化
膜をエッチングすることにより、探針を形成するための
マスクとなるシリコン酸化膜３２をパターニングする
（図８（ｃ）参照）。

【００４２】そして、シリコン基板３０上にパターニン
グされたシリコン酸化膜３２及びフォトレジスト膜３４
をエッチングマスクとし、反応性イオンエッチングによ
る異方性エッチングを行うことにより、図８（ｄ）に示
されるように、シリコン酸化膜３２の直下のシリコン基
板３０を削り出して、円筒状の突起部５０を形成する。
この反応性イオンエッチングによる異方性エッチングの
条件としては、エッチャントに（ＳＦ₆ ＋Ｏ₂ ）ガスを
使用し、ガス圧力を１０ｐａとし、エッチングイオン出
力を１００Ｗとしてエッチングを行なっている。その
後、図８（ｅ）に示されるように、シリコン酸化膜３２
上のフォトレジスト膜３４が除去される。

【００４３】次に、突起部５０上のシリコン酸化膜３２
を再度エッチングマスクとして使用し、反応性イオンエ
ッチングによる等方性エッチングを行うことにより、図
９（ｆ）に示されるように、シリコン酸化膜３２の直下
をなだらかに削り取り、前に削り出された円筒状の突起
部５０の先に円錐状の突起部５２を形成する。この反応
性イオンエッチングによる等方性エッチングの条件とし
ては、エッチャントにＳＦ₆ ガスを使用し、ガス圧力を
２０ｐａとし、エッチングイオン出力を１００Ｗとして
エッチングを行なったものである。

【００４４】そして、図９（ｇ）でエッチングマスクの
シリコン酸化膜３２を除去した後、突起部３６の先端を
先鋭化するため、図９（ｈ）に示されるように、表面を
熱酸化して所定膜厚の熱酸化膜５４を形成する。次に、
緩衝フッ酸溶液（６：１のＢＨＦ）を用いて熱酸化膜５
４を除去することにより、図９（ｉ）に示されるよう
に、先端部が先鋭化された探５６を形成することができ
る。

【００４５】このように、上記の探針の製造方法によれ
ば、異方性エッチングから等方性エッチングへと連続す
る２段階のエッチングプロセスを用いて探針となる突起
部を形成するようにしたため、従来の１段階のエッチン
グプロセスで形成する場合と比べると２倍以上のハイア
スペクト比から成る探針を形成することができ、その結
果、凹凸のある試料表面であっても正確な観察像を得る
ことができる。特に、この製造方法で形成される探針の
形状は、円筒状の突起の先に円錐状の突起が形成された
構造をしているため、機械強度を大きくすることができ
るという利点がある。

【００４６】なお、図９（ｉ）に示される探針５６の形
状も、上記した図７（ｈ）の場合と同様に説明の便宜上
図面の縦横比を変えて描いたもので、実際には図１と同
様に「２」以上のアスペクト比を有する探針を製造する
ことができる。

【００４７】〔探針の製造方法（３）−異方性エッチン
グから等方性エッチング〕図１０（ｆ）〜（ｉ）は、図
３に示す形状の探針を製造する場合の工程図を示したも
のである。なお、図１０（ｆ）より前の製造工程は、上
記した図８（ａ）〜（ｅ）で説明したものと同じである
ので、図示及びその説明を省略するものとする。

【００４８】すなわち、図８（ｅ）においては、異方性
エッチングより削り出された円筒状の突起部５０上にシ
リコン酸化膜３２が乗っている状態であって、このシリ
コン酸化膜３２を再度エッチングマスクとして使用し、
反応性イオンエッチングによる等方性エッチングを行う
ことにより、図１０（ｆ）に示されるように、シリコン
酸化膜３２の直下を大きくなだらかに削り取る。これに
より、円錐形の先端部をより細長く形成した突起部６０
を形成するようにする。この際の反応性イオンエッチン
グによる等方性エッチングの条件としては、エッチャン
トにＳＦ₆ ガスを使用し、ガス圧力を３０ｐａに上げ、
エッチングイオン出力を５０Ｗに下げてエッチングを行
なっている。

【００４９】そして、図１０（ｇ）でエッチングマスク
のシリコン酸化膜３２を除去した後、突起部６０の先端
を先鋭化するため、図１０（ｈ）に示されるように、表
面を熱酸化して所定膜厚の熱酸化膜６２を形成する。次
に、緩衝フッ酸溶液（６：１のＢＨＦ）を用いてこの熱
酸化膜６２を除去することにより、図１０（ｉ）に示さ
れるように、先端部がさらに先鋭化された探針６４を形
成することができる。

【００５０】このように、上記の探針の製造方法によれ
ば、異方性エッチングから等方性エッチングへと連続す
る２段階のエッチングプロセスを用いて探針となる突起
部を形成するようにしたため、従来の１段階のエッチン
グプロセスで形成する場合と比べると２倍以上のハイア
スペクト比から成る探針を形成することができ、その結
果、凹凸のある試料表面であっても正確な観察像を得る
ことができる。特に、この製造方法で形成される探針の
形状は、先端部分をより細く形成することができるた
め、試料表面に大きな凹凸の段差部があっても確実にト
レースすることが可能となり、より正確な観察像を得る
ことができるという利点がある。

【００５１】なお、図１０（ｉ）に示される探針６４の
形状についても、上記した図７（ｈ）や図１０（ｉ）の
場合と同様に説明の便宜上図面の縦横比を変えて描いた
もので、実際には図３と同様に「２」以上のアスペクト
比を有する探針を製造することができる。

【００５２】〔探針の製造方法（４）−外周部ほど薄い
マスクを用いた異方性エッチング〕図１１（ａ）〜
（ｄ）は、図３に類似した形状の探針を製造する場合の
工程図を示したものである。

【００５３】まず、図１１（ａ）に示されるように、シ
リコン基板（Ｓｉ）３０上にエッチングマスクとなるシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）３２を形成する。この製造方
法の特徴は、上記したシリコン基板３０上に形成される
シリコン酸化膜３２の膜厚が中心部から外周部にいくに
したがって徐々に薄く形成され、これをエッチングマス
クとしてエッチング処理する点にある。

【００５４】図１１（ａ）のように、外周部にテーパの
付いたシリコン酸化膜３２を形成するには、種々の工程
が考えられるが、例えば、通常の段差部のあるシリコン
酸化膜からなるマスクをフォトリソグラフィ工程により
シリコン基板上に形成し、その上に所定膜厚のシリコン
酸化膜を全面に形成した後、全面エッチバックを行うこ
とにより、段差部にテーパの付いたシリコン酸化膜を形
成することができる。もちろん、外周部にテーパの付い
たシリコン酸化膜を形成する製造方法は、これに限定さ
れるものではない。さらに外周部にテーパーの付いたマ
スクはシリコン酸化膜に限定されず、たとえば耐プラズ
マ性の高いフォトレジストを用いても同様の形状を得る
ことが実現可能である。

【００５５】次に、図１１（ｂ）〜（ｄ）では、反応性
イオンエッチングによる異方性エッチングを行いながら
シリコン基板３０及び外周部にテーパの付いたシリコン
酸化膜３２を徐々にエッチングしてアスペクト比の高い
突起を形成するようにする。

【００５６】すなわち、図１１（ｂ）では、異方性エッ
チングにより直接シリコン基板３０が削られるととも
に、エッチングマスクであるシリコン酸化膜３２の外周
部の下についても回り込みにより削られる。

【００５７】図１１（ｃ）では、さらに異方性エッチン
グによりシリコン基板３０が削られるとともに、エッチ
ングマスクであるシリコン酸化膜３２の膜厚の薄い外周
部から徐々に削られ、シリコン酸化膜３２自体の径も小
さくなる（破線は図１１（ｂ）に示したシリコン酸化膜
３２の大きさ）。このため、異方性エッチングによって
直接削られるシリコン基板３０の面積が増加して、形成
される突起の裾野部の径を小さくすることができる。

【００５８】図１１（ｄ）では、さらに異方性エッチン
グによりシリコン基板３０が削られ、突起の高さが高く
なるとともに、エッチングマスクであるシリコン酸化膜
３２の外周部から徐々に削られて径が小さくなる（破線
は図１１（ｂ）及び（ｃ）に示したシリコン酸化膜３２
の大きさ）。このため、異方性エッチングによって直接
削られるシリコン基板３０の面積がさらに増加し、形成
される突起部７０の裾野部の径を一層小さく形成するこ
とができる。

【００５９】その後の工程は、エッチングマスクのシリ
コン酸化膜３２を除去した後、突起部７０の先端を先鋭
化するため、表面を熱酸化して所定膜厚の熱酸化膜を形
成し、緩衝フッ酸溶液（６：１のＢＨＦ）などを用いて
この熱酸化膜を除去することにより、先端部が先鋭化さ
れた探針を形成することができる。

【００６０】このように、上記の探針の製造方法によれ
ば、外周部にテーパの付いたシリコン酸化膜をエッチン
グマスクとして使用し、異方性エッチングにより探針と
なる突起を削り出すようにしたため、アスペクト比の高
い探針を形成することができ、その結果、凹凸のある試
料表面であっても正確な観察像を得ることができる。特
に、この製造方法で形成される探針の形状は、先端部分
をより細く形成することができるため、試料表面に大き
な凹凸の段差部があっても確実にトレースすることが可
能となり、より正確な観察像を得ることができるという
利点がある。

【００６１】なお、上記した実施の形態では、原子力間
顕微鏡のカンチレバーに用いる探針として説明したが、
これ以外の顕微鏡に用いる探針を製造する場合にも好適
に適用することができる。

【００６２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、試料表
面に大きな凹凸があっても探針の先端部が奥まで入り込
んで正確にトレースすることができ、真の形状に近い観
察像を得ることができる。

【００６３】請求項２ないし４に記載の発明によれば、
探針の裾野部の径に対して、探針の先端部までの高さが
少なくとも２倍以上あるアスペクト比を有するトレース
性の良好な探針を製造することができる。

【００６４】請求項５に記載の発明は、探針を形成する
突起の先端部をさらに先鋭化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る探針の形状例を示した側面
図である。

【図２】図１の探針を用いて凹凸のある試料表面をトレ
ースする状態を説明する図である。

【図３】本実施の形態に係る他の探針の形状例を示した
側面図である。

【図４】図３の探針を用いて凹凸のある試料表面をトレ
ースする状態を説明する図である。

【図５】凹凸のある試料表面に対して本発明と従来例の
アスペクト比を持った探針をトレースさせた場合の状態
を説明する図である。

【図６】探針の製造方法（１）を説明する工程図であ
る。

【図７】探針の製造方法（１）を説明する工程図であ
る。

【図８】探針の製造方法（２）を説明する工程図であ
る。

【図９】探針の製造方法（２）を説明する工程図であ
る。

【図１０】探針の製造方法（３）を説明する工程図であ
る。

【図１１】探針の製造方法（４）を説明する工程図であ
る。

【図１２】従来の原子間力顕微鏡の概略構成を説明する
図である。

【図１３】従来例の探針の形状例を示した側面図であ
る。

【図１４】従来例の課題を説明する図である。

【図１５】図１３の探針を用いて凹凸のある試料表面を
トレースする状態を説明する図である。

【図１６】従来例の他の探針の形状例を示した側面図で
ある。

【図１７】図１６の探針を製造方法を説明する工程図で
ある。

【符号の説明】

１０ カンチレバー １２、１４ 探針 １６ 試料 １８ 軌跡 ３０ シリコン基板 ３２ シリコン酸化膜 ３４ フォトレジスト膜 ３６、３８ 突起部 ４０ 熱酸化膜 ４２ 探針 ５０、５２ 突起部 ５４ 熱酸化膜 ５６ 探針 ６０ 突起部 ６２ 熱酸化膜 ６４ 探針 ７０ 突起部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面の微細形状を検出するカンチレ
   バーの先端部に突設配置される探針であって、 その形状が前記カンチレバーに配設された裾野部の径に
   対して、該配設位置から先端部までの高さが少なくとも
   ２倍以上あるアスペクト比を有していることを特徴とす
   る探針。
2. 【請求項２】 試料表面の微細形状を検出するカンチレ
   バーの先端部に突設配置される探針の製造方法であっ
   て、 前記探針を形成する基板上に略円形のエッチング
   マスクを形成する工程と、 前記基板に対して等方性エッチングを行って、前記エッ
   チングマスクの直下をなだらかに削り取り、円錐状の突
   起を形成する工程と、 前記エッチングマスクを用いて前記基板に対して異方性
   エッチングを行い、前記エッチングマスクの下の基板を
   円筒状に削り出し、前記工程で形成された円錐形状の下
   に円筒形状が続く突起を形成する工程と、 を含むことを特徴とする探針の製造方法。
3. 【請求項３】 試料表面の微細形状を検出するカンチレ
   バーの先端部に突設配置される探針の製造方法であっ
   て、 前記探針を形成する基板上に略円形のエッチングマスク
   を形成する工程と、 前記基板に対して異方性エッチングを行って、前記エッ
   チングマスクの直下の基板を円筒状に削り出す工程と、 前記エッチングマスクを用いて前記基板に対して等方性
   エッチング行い、前記エッチングマスクの直下をなだら
   かに削り取り、前記削り出した円筒状の基板の少なくと
   も先端部に円錐状の突起を形成する工程と、 を含むことを特徴とする探針の製造方法。
4. 【請求項４】 試料表面の微細形状を検出するカンチレ
   バーの先端部に突設配置される探針の製造方法であっ
   て、 前記探針を形成する基板上に略円形で、その円の中心か
   ら外周のエッジ部に向かって徐々に膜厚が薄くなるよう
   にテーパが付けられたエッチングマスクを形成する工程
   と、 前記基板に対して前記エッチングマスクを介して異方性
   エッチングを行う工程と、 を含み、 前記異方性エッチングを行う工程では、前記エッチング
   マスクの直下の基板材料を残しつつ、前記基板及び前記
   エッチングマスクの膜厚の薄い外側のエッジ部を徐々に
   削り、エッチングマスクの径の縮小に伴って前記エッチ
   ングマスクの直下に残る基板材料の裾野部を削って裾野
   部の広がりを小さくし、高さの高い突起を形成すること
   を特徴とする探針の製造方法。
5. 【請求項５】 前記基板上に形成された突起の表面に所
   定膜厚の酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜を除去して先端部が先鋭化した突起を形成す
   る工程と、 をさらに含むことを特徴とする請求項２ないし４の何れ
   か一項に記載の探針の製造方法。