JPH11337563A - 走査型プロ―ブ顕微鏡用カンチレバ―の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レバー部の長さと厚さのばらつきが少ないカン
チレバーを安定に作製する方法を提供する。 【解決手段】レバーべース部１２０の最初の厚さＴ0(例
えば２μｍ)は、フォトリソグラフィとドライエッチン
グの工程によって決められる。その後、レバーべース部
１２０のシリコンが酸化されて酸化シリコン膜の壁１２
８が形成される。その結果として、レバーベース部１２
０の厚さはＴ0からＴ1(例えば１.２μｍ)に減少する。
さらに、レバーべース部１２０の残りのシリコンの一部
が酸化されて酸化シリコン膜１３２が形成される。その
結果として、レバーベース部１２０の厚さはＴ1からＴ2
(例えば０.４μｍ)に減少する。この工程の終了後に残
っているレバーべース部１２０が、その後の酸化シリコ
ン膜を除去する工程を経てレバー部１４０となる。

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
微鏡に用いられるカンチレバーの作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡(ＳＰＭ)は、プロ
ーブすなわち探針部を試料表面に１μｍ以下に近接ある
いは接触させたときに両者間に働く相互作用(例えば、
原子間力、接触力など)を検出しながら、探針部あるい
は試料をＸＹ方向あるいはＸＹＺ方向に走査することに
より、その相互作用の三次元マッピングを行なう装置で
あり、走査型トンネリング顕微鏡(ＳＴＭ)、原子間力顕
微鏡(ＡＦＭ)、磁気力顕微鏡(ＭＦＭ)、走査型近接場光
顕微鏡(ＳＮＯＭ)などの総称である。なかでもＡＦＭ
は、試料表面の凹凸情報を得る装置としてＳＰＭのなか
で最も普及している。

【０００３】ＡＦＭでは、片持ち支持されたレバー部の
自由端に鋭い突起部分(鋭利な先端を有する探針部)を持
つカンチレバーを試料に対向させて近接させ、探針の先
端の原子と試料の表面の原子との間に働く相互作用力
(原子間力や接触力等)により変位する探針の変位量とレ
バー部の弾性的な変形量(たわみ量)を電気的あるいは光
学的にとらえて測定しつつ、試料あるいはカンチレバー
をＸＹ方向に走査し、カンチレバーの探針部と試料の位
置関係を相対的に変化させることによって、試料の凹凸
情報などを三次元的にとらえることができる。

【０００４】例えば、ＳＰＭにおけるレバー部の弾性的
な変形量(撓み量)を検出する方法の一例は、特開平５−
３４０７１８号公報や特開平９−１５２５０号公報に示
されている。これらの公報に示されるレバー部の撓み量
検出は、既知の「光てこ方式の変位検出センサー」を用い
ることにより行われている。他にもレバー部の撓み量検
出に関しては、「臨界角プリズムを用いた焦点ずれ検出
法」や「光干渉計を応用した変位検出センサー」などが知
られている。

【０００５】この変位検出センサーを用いたＳＰＭ測定
は、次のように行われる。探針部が試料の測定領域をＸ
Ｙ方向に走査し、この測定領域におけるレバー部の撓み
量は上述の変位検出センサーにより随時検出される。検
出された撓み量は、試料の表面凹凸、磁気力などの試料
情報として原子レベルの分解能で画像化され、図示しな
いモニタに表示される。

【０００６】このようなＳＰＭに用いられるカンチレバ
ーは、Thomas R. AlbrechtとCalvinF. Quateによる「Ato
mic Resolution Imaging of a Nonconductor by Atomic
Force Microscopy」(J. Appl. Pys. 62 (1987) 2599頁)
に記載されているように、半導体ＩＣ製造プロセスを応
用して作製されるＳｉＯ₂カンチレバーが提案されて以
来、ミクロンオーダーの高精度で非常に再現性良く作製
できると共に、バッチプロセスを用いることによりコス
ト的にも優れているとの理由から、このＩＣ製造プロセ
スを応用して作製したものが主流となっている。

【０００７】現在市販されているカンチレバーには、窒
化シリコン製のカンチレバーとシリコン製のカンチレバ
ーの２種類のタイプがある。窒化シリコン製のカンチレ
バーは、Tomas R. Albrechtらの「Microfabrication of
cantilever styli for the atomic force microscope」
(J. Vac. Sci. Technol. A8,3386(1990))に記載された
カンチレバーが主流であり、詳細な作製方法は米国特許
第５,３９９,２３２号に記載されている。また、シリコ
ン製のカンチレバーは、O. Wolterらの「Micromachined
silicon sensors for scanning force microscopy」(J.
Vac. Sci. Technol. B9,1353(1991))に記載されたカン
チレバーが主流であり、詳細な作製方法は米国特許第
５,０５１,３７９号に記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述の窒化シリコン製
のカンチレバーは、窒化シリコン製のレバー母材と装置
に取り付けられる支持部を別々に形成した後、両者を陽
極接合等により接合して作製され、レバー母材のうち支
持部に接合されずに延出している部分がレバー部とな
る。

【０００９】このため、レバー部の長さのばらつきは、
レバー母材と支持部の接合の精度に依存する。陽極接合
では、レバー母材と支持部材の接合部に１０〜３０μｍ
程度のばらつきが生じる。従って、窒化シリコン製のカ
ンチレバーでは、レバー部の長さに１０〜３０μｍ程度
のばらつきがある。

【００１０】また、前述のシリコン製のカンチレバー
は、シリコンウェハーの片面からドライエッチングを行
なってレバー部を形成し、レバー部を形成した面と反対
側の面から湿式異方性エッチングを行なってシリコン製
の支持部を形成している。

【００１１】このため、レバー部の長さのばらつきは、
シリコンウェハーの厚さと、シリコンウェハーの両面に
形成されるレバー部形成用マスクと支持部形成用マスク
の間のずれに依存する。通常、一般に入手可能なシリコ
ンウェハーには厚さに１０μｍ以上の各々のシリコンウ
ェハー間のばらつきがあり、また、シリコンウェハーの
両面に形成されるマスクの間には１０〜２０μｍ程度の
ばらつきがある。従って、シリコン製のカンチレバーで
は、レバー部の長さに１０〜３０μｍ程度のばらつきが
ある。

【００１２】また、シリコン製のカンチレバーでは、一
枚のシリコンウェハー上に存在する厚さのばらつきは、
そのままレバー部の厚さのばらつきに反映される。従っ
て、シリコン製のカンチレバーでは、レバー部の厚さに
１μｍ以上のばらつきがある。

【００１３】ＳＰＭ測定に用いるカンチレバーでは、レ
バー部のバネ定数が既知であることが要求される。ま
た、カンチレバーに振動を与える励振モードのＳＰＭ測
定に用いるカンチレバーでは、バネ定数に加えて、レバ
ー部の共振周波数が既知であることが要求される。正確
なＳＰＭ測定結果を得るため、バネ定数と共振周波数の
ばらつきが少ないことが望ましい。

【００１４】カンチレバーのレバー部の共振周波数は、
長さの二乗に逆比例し、厚さに比例する。また、バネ定
数は、長さの三乗に逆比例し、厚さの三乗に比例する。
従って、バネ定数と共振周波数のばらつきが少ないカン
チレバーを得るには、レバー部の長さと厚さの設計値か
らのずれが少ないことが必要である。つまり、レバー部
を長さと厚さに関して高い寸法精度で形成する技術が必
要である。

【００１５】本発明は、このような事情に鑑みて成され
たものであり、その主な目的は、レバー部の長さと厚さ
のばらつきが少ないカンチレバーを安定に作製する方法
を提供することである。

【００１６】また、最近、ＳＰＭを用いて、１秒間に１
画面以上のラスター走査を行なうような高速走査を行な
い、生体試料などのミクロな動作を観察する試みが盛ん
になされている。さらに、高密度記録にＳＰＭ技術を利
用しようとする試みもなされており、入出力の速度を速
くするためにも、共振周波数の高いカンチレバー形状の
プローブが求められている。

【００１７】このような高速走査のＳＰＭ測定に使用す
るカンチレバーは、走査速度を速くするため、その共振
周波数がＭＨｚオーダー以上である必要がある。また、
測定試料と探針との接触に伴なう両者の破損などを防ぐ
ため、バネ定数は４０〜５０Ｎ／ｍ以下である必要があ
る。

【００１８】これまで、ＳＰＭ測定で一般に使用されて
いるカンチレバーは、通常、共振周波数が約３００ｋＨ
ｚ、バネ定数は２０〜５０Ｎ／ｍ程度であり、レバー部
の長さは１００〜２００μｍである。従って、このよう
なカンチレバーは、上述した新しい高速走査のＳＰＭ測
定への適用には好適ではない。

【００１９】前述したように、レバー部の共振周波数
は、長さの二乗に逆比例し、厚さに比例し、バネ定数
は、長さの三乗に逆比例し、厚さの三乗に比例する。従
って、バネ定数が低く、共振周波数が高いレバー部を選
るには、レバー部の長さを短く、厚さを薄くする必要が
ある。

【００２０】例えば、従来の一般的なシリコン製のカン
チレバー、すなわち、レバー部の長さが１２０μｍで厚
さが３μｍで共振周波数が約３００ｋＨｚのカンチレバ
ーと同等のバネ定数で、１ＭＨｚの共振周波数を実現す
るには、例えば、レバー部の長さを４０μｍ以下にし、
厚さを１μｍ以下にする必要がある。

【００２１】しかしながら、前述した従来の作製方法で
は、レバー部の長さの１０〜３０μｍ程度のばらつきの
発生を避けられないため、レバー部の長さが４０μｍ以
下のカンチレバーを安定に作製することは実質的に無理
である。

【００２２】また、前述のシリコン製のカンチレバーの
作製方法では、一枚のシリコンウェハー上に存在する厚
さのばらつきがレバー部の厚さのばらつきに反映され、
普通に入手し得るシリコンウェハーには１μｍ以上の厚
さのばらつきがあるため、レバー部の厚さが１μｍ以下
のカンチレバーを安定に作製することは実質的に無理で
ある。

【００２３】本発明は、このような事情をも鑑みて成さ
れたものであり、その目的は、レバー部の共振周波数が
ＭＨｚオーダーでバネ定数が４０〜５０Ｎ／ｍ以下のカ
ンチレバーを安定に作製する方法を提供することであ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板を
選択的に除去して、レバー部を備えた走査型プローブ顕
微鏡用カンチレバーを作製する方法において、形成する
レバー部の長さ方向と厚さ方向が半導体基板の主面に平
行に選ばれ、レバー部の幅方向が半導体基板の厚さ方向
に選ばれていることを特徴とする。

【００２５】また、本発明は、半導体基板を選択的に除
去して、探針部とレバー部と支持部を有する走査型プロ
ーブ顕微鏡用カンチレバーを作製する方法において、半
導体基板の主面にエッチングマスクを形成し、このエッ
チングマスクを介してエッチングを行なうことにより、
探針部とレバー部と支持部の大まかな形状が形成される
ことを特徴とする。

【００２６】また、本発明は、探針部を有するレバー部
を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方
法であり、第１の半導体基板の一方の面に形成された酸
化膜と第２の半導体基板を貼り合わせて作製された貼り
合わせ基板を用意する第１の工程と、形成するレバー部
の幅に応じて第２の半導体基板を選択的に除去する第２
の工程と、第２の半導体基板を酸化膜が露出するまで選
択的に除去して、第１の支持部とレバーベース部と探針
形成部を形成する第３の工程と、レバーベース部の側面
に酸化半導体膜を形成する第４の工程と、探針形成部の
第２の半導体基板を露出させる第５の工程と、露出した
探針形成部の第２の半導体基板を除去して探針部の予備
成形部である探針ベース部を形成する第６の工程と、第
２の半導体基板の表面に酸化膜を形成する第７の工程
と、第１の半導体基板を選択的に除去して第２の支持部
を形成する第８の工程とを有している。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００２８】図１〜図１０は、本発明の走査型プローブ
顕微鏡(ＳＰＭ)用カンチレバーの作製方法を概略的に示
している。

【００２９】まず、図１に示すように、いわゆる貼り合
わせＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板１０８を用意す
る。この貼り合わせＳＯＩ基板１０８は、面方位(１０
０)の単結晶シリコンからなる第１のシリコン基板１０
２の表面に中間酸化シリコン膜１０４を形成した後、活
性層となる面方位(１００)の単結晶シリコンからなる第
２のシリコン基板１０６を貼り合わせて作製される。例
えば、第１のシリコン基板１０２の厚さは５００μｍ、
中間酸化シリコン膜１０４の厚さは１μｍ、第２のシリ
コン基板１０６の厚さは２０μｍである。

【００３０】次に、図２に示すように、第１のシリコン
基板１０２の裏面に、後述する第２の支持部を形成する
際のエッチングマスク１１０を、酸化シリコン膜または
窒化シリコン膜などをパターニングして形成する。一
方、第２のシリコン基板１０６の表面にも同様に、レバ
ー部の幅を決定する際のエッチングマスク１１２を、酸
化シリコン膜または窒化シリコン膜などをパターニング
して形成する。

【００３１】図３に示すように、第２のシリコン基板１
０６を湿式異方性エッチング処理して、後にレバー部を
形成する部分１１４の厚さを決定する。レバー部を形成
する部分１１４の厚さは、レバー部の幅になり、ここで
は５μｍに設定する。

【００３２】なお、カンチレバーのレバー部の幅の設計
値と貼り合わせＳＯＩ基板１０８の第２のシリコン基板
１０６の厚さがほぼ等しい場合には図２と図３の工程は
省略することができる。

【００３３】図４に示すように、フォトリソグラフィ及
びドライエッチング処理により、第２のシリコン基板１
０６の表面に窒化シリコン膜１１６を形成しパターンニ
ングした後、これをマスクにして第２のシリコン基板
(活性層)１０６を、ＳＯＩ基板１０８の中間酸化シリコ
ン膜１０４が露出するまで選択的に除去して、第１の支
持部１１８と、レバー部の母体であるレバーべース部１
２０と、探針部の母体である探針形成部１２２を形成す
る。

【００３４】レバーべース部１２０の幅(横寸法)はフォ
トリソグラフィのパターン形成で決まり、ここでは２μ
ｍの幅でエッチングした。また、レバーべース部１２０
の長さは、後に形成するレバー部の形状を考慮して１７
μｍとした。また、探針形成部１２２のエッチング面１
２４は、<１１０>方向から若干傾けて形成する。また、
探針形成部１２２のエッチング面１２６の<１１０>方向
からの傾きは、探針部の高さ(言い換えればアスペクト
比)を決定し、例えば、１０μｍの高さの探針部の形成
する場合には、約７０°が選ばれる。

【００３５】次に、図５に示すように、第１の支持部１
１８とレバーべース部１２０と探針形成部１２２が形成
された第２のシリコン基板１０６の側端面に、酸化シリ
コン膜の壁１２８を熱拡散炉により形成した後、探針形
成部１２２の表面部分の窒化シリコン膜１１６を除去し
てシリコン１０６を露出させる。

【００３６】図６に示すように、探針形成部１２２の第
２のシリコン基板１０６を中間酸化シリコン膜１０４が
露出するまで湿式異方性エッチング処理して、カンチレ
バーの探針部に近い形状の三角錐形状の探針べース部１
３０を形成する。この湿式異方性エッチングでは、所定
の濃度の水酸化カリウム水溶液(ＫＯＨ)、テトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイド(ＴＭＡＨ)、エチレン
ジアミン・ピロカテコール・アンド・ウォータ(ＥＤＰ
もしくはＥＰＷと呼ばれる)などが用いられる。

【００３７】この第２のシリコン基板のような単結晶シ
リコンの湿式異方性エッチング処理では、シリコン基板
の(１００)面に比べて(１１１)面の方がエッチングされ
にくいので、湿式異方性エッチング処理により、レバー
べース部１２０に残存する窒化シリコン膜１１６の端部
から単結晶シリコンが(１１１)面を露出するようにエッ
チングされる。残存した探針べース部１３０の単結晶シ
リコンは、露出した(１１１)面と中間酸化シリコン膜１
０４の(１００)面とエッチング面１２６側の酸化シリコ
ン膜の壁１２８の三つの側面を有する三角錐形状とな
る。この探針べース部１３０は、後に酸化の工程を踏ん
で探針部となる。

【００３８】次に、図７に示すように、三角錐形状の探
針べース部１３０及びレバーべース部１２０の表面に酸
化シリコン膜１３２を熱拡散炉により形成する(熱酸
化)。図７では、前の工程の酸化シリコンの壁１２８を
除去して酸化シリコン膜１３２を形成しているが、酸化
シリコンの壁１２８を除去せずに酸化シリコン膜１３２
を形成してもよい。

【００３９】図８に示すように、第２のシリコン基板１
０６側の中間酸化シリコン膜１０４の一部を除去して、
後述する第２の支持部を形成する際のエッチングパター
ンを形成する。

【００４０】続いて、図９に示すように、第１のシリコ
ン基板１０２を表面及び裏面から湿式異方性エッチング
処理して第２の支持部１３６を形成する。

【００４１】最後に、図１０に示すように、熱リン酸水
溶液やフッ化水素水溶液などにより第１の支持部１１８
と第２の支持部１３６の間に挟まれた中間酸化シリコン
膜１０４を除く酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を全て
除去して、完成品であるカンチレバー１４２が得られ
る。

【００４２】このカンチレバー１４２は、例えば、レバ
ー部１４０の厚さが０.４μｍ、長さが２０μｍ、幅が
５μｍで、探針部の高さが約１０μｍであり、その共振
周波数は１.４ＭＨｚ、バネ定数は１.７Ｎ／ｍである。

【００４３】上述した作製方法では、図１０に示すよう
に、レバー部１４０の延出方向に対して左側に第２の支
持部１３６が位置しているカンチレバー１４２を作製し
ているが、図４の工程の窒化シリコン膜１１６のパター
ニング形状を変更することによって、図１１に示すよう
に、レバー部の延出方向に対して右側に第２の支持部１
３６が位置するカンチレバーを作製することもできる。

【００４４】現在、１秒間に１画面以上のラスター走査
を行うような高速走査を行い、生体試料などのミクロな
動作を観察する試みが盛んになされているが、本実施形
態の作製方法は、このような高速走査に好適なカンチレ
バーを提供することができる。

【００４５】ここで、高速走査に好適なカンチレバーと
は、共振周波数がＭＨｚオーダーで、測定試料と探針と
の接触に伴う両者の破損を防ぐため、バネ定数が４０〜
５０Ｎ／ｍ以下のものをいう。この条件を満たすカンチ
レバーでは、例えば、レバー部の長さは４０μｍ以下、
厚さは１μｍ以下となる。

【００４６】従来、レバー部の長さ及び厚さを上記の通
り安定に作製することはできなかったが、本実施の形態
による作製方法では、レバー部の長さ及び厚さを安定に
制御できるため、このようなカンチレバーを容易に提供
することができる。

【００４７】上述の実施の形態の一つの特徴は、半導体
プロセスを用いて半導体基板を選択的に除去し、探針
部、レバー部及び支持部からなるカンチレバーを作製し
た点にあり、更に言えば、作製するカンチレバーの平板
状のレバー部の幅方向に半導体基板をエッチングするこ
とで、カンチレバーを作製している点に特徴がある。

【００４８】本実施形態の作製方法により作製されたカ
ンチレバー１４２は、図１０に示すように、短冊形状の
単結晶シリコン製のレバー部１４０を有し、このレバー
部１４０の自由端に略三角錐形状の探針１３８が形成さ
れている。レバー部１４０は第１の支持部１１８に支持
され、第１の支持部１１８は中間酸化シリコン膜１０４
を介して第２の支持部１３６に支持されている。

【００４９】レバー部１４０と第１の支持部１１８は、
第２のシリコン基板１０６に対して半導体プロセス処理
を施すことにより一体的に作られる。このため、レバー
部１４０の長さは、図３の工程の湿式エッチングと図４
の工程のフォトリソグラフィと図７の工程の酸化により
決まる。従って、レバー部１４０の長さのばらつきは、
１μｍ以下に、適正な条件下では１００ｎｍ以下に抑え
ることができる。その結果、レバー部１４０は、例えば
１０μｍの長さで、１０％以下のばらつきで作製でき
る。

【００５０】レバー部１４０の厚さは、図４の工程のフ
ォトリソグラフィと図５の工程の酸化と図７の工程の酸
化により決まる。つまり、レバー部１４０の厚さはこれ
らの３工程によって制御される。

【００５１】最初に、図１２(ａ)に示すように、図４の
フォトリソグラフィとドライエッチングの工程によっ
て、レバーべース部１２０の最初の厚さＴ0が決められ
る。このレバーべース部１２０の厚さＴ0は例えば２μ
ｍである。

【００５２】次に、図１２(ｂ)に示すように、図５のシ
リコンを酸化する工程によって、レバーべース部１２０
のシリコンの一部が酸化されて酸化シリコンとなること
で、酸化シリコン膜の壁１２８が形成される。その結果
として、レバーベース部１２０の厚さはＴ0からＴ1に減
少する。このレバーベース部１２０の厚さＴ1は例えば
１.２μｍである。

【００５３】最後に、図１２(ｃ)に示すように、図７の
シリコンを酸化する工程によって、レバーべース部１２
０の残りのシリコンの一部が酸化されて酸化シリコン膜
１３２が形成される。その結果として、レバーベース部
１２０の厚さはＴ1からＴ2に減少する。この工程の終了
後に残っているレバーべース部１２０が、その後の酸化
シリコン膜を除去する工程を経てレバー部１４０とな
る。つまり、厚さＴ2のレバー部１４０が形成される。
このレバー部１４０の厚さＴ2は例えば０.４μｍであ
る。

【００５４】このように、レバーベース部１２０は、フ
ォトリソグラフィとドライエッチングによって従って高
い寸法精度で２μｍ程度の厚さ(横寸法)に加工されてお
り、これを横方向から酸化することでレバー部１４０の
最終的な厚さを決めており、酸化の進行は高い精度で制
御できるので、レバー部１４０を希望の厚さ例えば０.
４μｍに精度良く形成することができる。このように、
レバー部１４０の厚さのばらつきは、フォトリソグラフ
ィのパターニング精度とシリコンの酸化の制御性に依存
し、１００ｎｍ以下に、適正な条件下では１０ｎｍ以下
に抑えることができる。

【００５５】レバーべース部１２０の形成に用いるドラ
イエッチングには、主にプラズマを利用したＲＩＥ(Rea
ctive Ion Etching)、特に、異方性の高いプラズマの条
件や導入ガスを使用したＲＩＥや、ＩＣＰ型ＲＩＥ(Ind
uctively Coupled Plasma)が適しており、これらはレバ
ー部１４０の断面形状の制御に有効である。

【００５６】また、フォトリソグラフィとドライエッチ
ングにより所定の厚さに形成したレバーベース部１２０
を、横方向から酸化し、出来た酸化シリコンを除去して
レバー部１４０を形成しているので、フォトリソグラフ
ィの解像限界よりも薄いレバー部を持つカンチレバーを
作製することもできる。

【００５７】このように、上述した作製方法によれば、
レバー部１４０を所望の形状に高い寸法精度で安定に作
製できる。従って、様々なＳＰＭ測定法に適応した共振
周波数やバネ定数を有するＳＰＭ用カンチレバーを提供
できる。

【００５８】特に、上述した作製方法によれば、短く薄
いレバー部１４０を備えたカンチレバー１４２を作製す
ることができ、このようなカンチレバーは、測定試料の
時間変化などを観察する際に利用される高速走査を行な
うＳＰＭ測定に好適である。

【００５９】また、本実施形態の作製方法により作製さ
れるカンチレバー１４２では、図１５に示すように、探
針部１３８は三角錐形状の先端部を有しており、先端部
を規定する３つの面のうちの２つはシリコンの(１１１)
面と(１００)面であり、残りの支持部側の面１４４は人
為的な加工により形成される。従って、探針部１３８の
先端の曲率半径は、支持部側の面１４４を形成する工程
に起因する。この面１４４は、図４の工程で形成される
探針形成部１２２のエッチング面１２６によって定めら
れる。

【００６０】図１３に示すように、図４の工程で形成さ
れる探針形成部１２２のエッチング面１２６は、平面
で、フォトリソグラフィとドライエッチングで形成され
ている。従って、ドライエッチングで生じるエッチング
面１２６の面あれが、探針部１３８の先端の曲率半径を
決定する。

【００６１】一般にドライエッチングによる面あれは１
０ｎｍ以下であるので、図１４に示すように、シリコン
の(１１１)面を露出させて探針べース部１３０を形成し
た時点で、探針べース部１３０の先端の曲率半径は既に
１０ｎｍ以下である。従って、後の酸化の工程を経て形
成される探針部１３８の曲率半径は１０ｎｍ以下に安定
して尖る。

【００６２】また、探針部１３８のアスペクト比は、図
１３に示すように、<１１０>を含む面(これは後に形成
されるレバー部１４０の面に平行である)に対する探針
形成部１２２のエッチング面１２６の傾きθで決まる。
このエッチング面１２６の傾きθは、カンチレバーの製
作者が任意に選べる設計上のパラメータである。

【００６３】従って、上述した実施の形態では、θ＝７
０°を選び、頂角が２０°の探針部１３８を形成した
が、さらに更に大きい値をθに選ぶことにより、さらに
高いアスペクト比を持つ探針部を形成することもでき
る。

【００６４】さらに、図７の工程において、探針べース
部１３０を酸化する熱拡散炉などで酸化しているが、こ
のときの温度を９００乃至１０００℃、好ましくは９５
０℃と、通常の半導体プロセスで酸化シリコン膜を形成
する時より低い温度に設定することにより、より尖った
探針部１３８を形成することができる(低温熱酸化)。こ
れは、酸化シリコン膜の成長スピードが、探針部１３８
の先端近傍で遅くなるためであり、その結果、酸化され
ないシリコン部分つまり最終的に探針部になる部分は先
端に向かって尖鋭化され、先端の曲率半径は数ｎｍ以下
になる。

【００６５】このカンチレバー１４２では、探針部１３
８の先端は、レバー部１４０の中心軸からずれたレバー
部１４０の自由端側のほぼ先端の位置している。このた
め、切り立った段差がある試料に対して、段差のギリギ
リまでＳＰＭ測定を行なうことが可能である。

【００６６】加えて、探針部１３８の先端が、レバー部
１４０の自由端側の頂点のほぼ真下に位置しているた
め、レバー部１４０の自由端側の頂点を基準に位置合わ
せすることで、間接的に探針部１３８の先端の位置合わ
せが行なえる。例えば、光学顕微鏡を用いてレバー部と
測定試料の位置合わせが行なえる多くのＳＰＭ装置にお
いて、レバー部の頂点を測定試料上のＳＰＭ測定を行な
いたい場所に合わせることにより、探針部の先端が測定
試料上のＳＰＭ測定を行ないたい場所の上方に配置され
る。従って、このカンチレバー１４２を用いてＳＰＭ測
定をする際に、探針部と試料との位置合わせが容易とな
る。

【００６７】前述したように、探針部１３８の先端部
は、シリコンの(１１１)面と(１００)面と人為的に加工
し得る面１４４とで規定され、この面１４４は探針形成
部１２２のエッチング面１２６によって定められる。し
かも、このエッチング面１２６の形状は任意に選ぶこと
ができる。従って、エッチング面１２６の形状を変える
ことにより、図１５に示した探針部１３８とは異なる形
状の探針部を作製することも可能である。

【００６８】以下、エッチング面の変形例とこの変形例
のエッチング面に基づいて形成される探針部について説
明する。

【００６９】第一の変形例では、図１６に示すように、
探針形成部１２２のエッチング面１２６'は、<１１０>
を含む面に対して傾きθを持つ平面１２６ａと、<１１
０>を含む面に対して傾きφ(＞θ)を持つ平面１２６ｂ
とで構成される。

【００７０】このような形状のエッチング面１２６'に
対して、上述した作製方法を同様に適用すると、図１７
に示すように、エッチング面１２６'の形状を反映して
途中で曲がった酸化シリコンの壁１２８'が形成され、
探針ベース部１３０'は、先端部が三角錐台の先にこれ
よりもアスペクト比が高い三角錐が連続した形状とな
る。

【００７１】その結果、図１８に示すように、三角錐台
の先にこれよりもアスペクト比が高い三角錐が連続した
形状の先端部を持つ探針部１３８'が得られる。この探
針部１３８'の先端部は、シリコンの(１１１)面と(１０
０)面と面１４４'とで規定され、この面１４４'は、探
針形成部１２２のエッチング面１２６'の形状を反映し
て、<１１０>を含む面に対して傾きθを持つ平面１４４
ａと、<１１０>を含む面に対して傾きφ(＞θ)を持つ平
面１４４ｂとで構成される。

【００７２】この形状の探針部１３８'は、全体の剛性
や強度を殆ど低下させることなく、先端のアスペクト比
の向上と高さ寸法の増大を実現し得る。

【００７３】図１５に示すような単純な三角錐形状の探
針部１３８において、傾きθの値を大きくすることによ
って、先端のアスペクト比の向上あるいは高さ寸法の増
大を図ると、必然的に探針部全体の剛性や強度の低下を
伴なう。従って、探針部１３８の先端のアスペクト比や
高さ寸法は、この探針部の使用目的や材料(単結晶シリ
コン)の剛性や強度から上限が定まる。

【００７４】これに対して、図１８に示すような探針部
１３８'では、レバー部１４０に近い三角錐台の部分(面
１４４ａを含む部分)が強度をかせぐので、その先の三
角錐のアスペクト比を高めても、全体の強度はさほど低
下しない。従って、実際に実現し得る探針部１３８'の
アスペクト比と高さ寸法の上限は、図１５の探針部１３
８のそれよりも高いものとなる。

【００７５】第二の変形例では、図１９に示すように、
探針形成部１２２のエッチング面１２６''は、<１１０>
を含む面に対して傾きθを持つ平面１２６ａと、<１１
０>を含む面に対して傾きφ(＞θ)を持つ平面１２６ｂ
と、<１１０>を含む面に対して傾きψ(＜θ)を持つ平面
１２６ｃとで構成される。

【００７６】このような形状のエッチング面１２６''に
対して、上述した作製方法を同様に適用すると、図２０
に示すように、エッチング面１２６''の形状を反映して
二カ所で折れ曲がった酸化シリコンの壁１２８''が形成
され、探針ベース部１３０''は、その先端部が、三角錐
台の先にこれよりもアスペクト比が高い三角錐が連続
し、その頂点部分が斜めに切り取られた形状となる。

【００７７】その結果、図２１に示すように、三角錐台
の先にこれよりもアスペクト比が高い三角錐が連続し、
その頂点部分が斜めに切り取られた形状の先端部を持つ
探針部１３８''が得られる。この探針部１３８''の先端
部は、シリコンの(１１１)面と(１００)面と面１４４''
とで規定され、この面１４４''は、探針形成部１２２の
エッチング面１２６''の形状を反映して、<１１０>を含
む面に対して傾きθを持つ平面１４４ａと、<１１０>を
含む面に対して傾きφ(＞θ)を持つ平面１４４ｂと、<
１１０>を含む面に対して傾きψ(＜θ)を持つ平面１４
４ｃとで構成される。

【００７８】この形状の探針部１３８''は、その先端近
くに３つの頂点１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃを有して
いるため、特に垂直壁の測定や溝の底面の測定などの用
途に適している。面１４４ｂの傾きφを大きくするとと
もに、これに対応する部分を長くすることにより、特に
深い溝の壁や底の測定に適したカンチレバーが得られ
る。

【００７９】さらに、図７の工程において、探針べース
部１３０''を９００〜１０００℃、好ましくは９５０℃
で酸化することにより、図２２に示すように、３つの頂
点１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃがより尖鋭化された探
針部１３８'''が得られる。

【００８０】この探針部１３８'''は、先端近くに、尖
った３つの頂点部１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃを有し
ているため、垂直壁の測定や溝底面の測定などの用途に
特に好適である。

【００８１】このように、上述した作製方法によれば、
先端の曲率半径が小さい探針部を備えたＳＰＭ用カンチ
レバーを容易かつ安定に作製できる。従って、より分解
能の高いＳＰＭ測定を可能にするＳＰＭ用カンチレバー
を提供できる。

【００８２】また、様々な特性のカンチレバーにおいて
同様の探針部を常に精度よく安定に形成できるため、Ｓ
ＰＭ測定法の違いによる分解能の劣化がなくなり、常に
分解能の高いＳＰＭ測定を可能にするＳＰＭ用カンチレ
バーを提供できる。

【００８３】さらに、高いアスペクト比を持つ探針部を
備えたＳＰＭ用カンチレバーを容易かつ安定に作製でき
る。従って、より分解能の高いＳＰＭ測定を可能にする
ＳＰＭ用カンチレバーを提供できる。このように高いア
スペクト比を持つ探針部を備えたＳＰＭ用カンチレバー
は、特に光ディスクの溝などの段差の大きな試料のＳＰ
Ｍ測定に好適である。

【００８４】また、本実施形態の作製方法により作製さ
れたカンチレバー１４２は、例えば、図１５に示すよう
に、探針部１３８の裏側(先端と反対側)に、レバー部１
４０の面１５２に対して傾斜した面１５０を有してい
る。この面１５０は、図４の工程で形成される探針形成
部１２２のエッチング面１２４によって定められ、図１
３に示すように、エッチング面１２４はフォトリソグラ
フィとドライエッチングで形成され、<１１０>を含む面
に対する傾きηはカンチレバーの製作者が適当に選ぶこ
とができる。

【００８５】通常、レバー部１４０の動きを検出する光
学センサーの反射面には、レバー部１４０の面１５２が
使用されるが、この面１５０をこれに使用することもで
きる。言い換えれば、カンチレバー１４２は、光学的検
出に利用可能な反射面を２つ備えている。

【００８６】また、２つの反射面１５０と１５２のそれ
ぞれに対して異なるセンサーを設け、反射面毎に異なる
ＳＰＭ測定を行ない、異なる情報を別々に検出すること
も可能である。例えば、探針部１３８の裏側の反射面１
５０を用いて探針先端のＺ方向の変位を検出しながら、
レバー部１４０の反射面１５２を用いてレバー部１４０
のねじれ角を検出することができる。

【００８７】レバー部の面１５２や探針部１３８の裏側
の面１５０の反射率を高めるため、上述した製造プロセ
ス(図１〜図１０の工程)に、レバー部の面１５２や探針
部１３８の裏側の面１５０に金属膜等をコーティングす
る工程を加えてもよい。

【００８８】本実施形態では、第２の支持部１３６を形
成するためのエッチングマスク１１０の形状は長方形で
あり、このため、図２３に示すように、完成品のカンチ
レバー１４２における第２の支持部１３６の形状は平行
六面体である。

【００８９】第２の支持部１３６の形状は、図２の工程
で形成するエッチングマスク１１０に依存している。従
って、エッチングマスク１１０の形状を変更することに
より、第２の支持部１３６の形状を変更することができ
る。例えば、図２４に示すように、第１の支持部１１８
の全面を支持する形状の第２の支持部１３６'に変更し
てもよい。

【００９０】このカンチレバー１４２'は、カンチレバ
ーを振動させるＳＰＭ測定への適用に適しており、第２
の支持部１３６'がレバー部１４０の近くまで延び、第
１の支持部１１８の剛性、特にレバー部１４０に近い部
分の剛性が向上されているため、レバー部１４０以外の
振動が軽減される。

【００９１】また、第１の支持部１１８とレバー部１４
０の形状に関する相互の関係は、図４の工程で形成した
窒化シリコン膜１１６のパターニング形状で決まる。従
って、窒化シリコン膜１１６のパターニング形状を変更
することにより、第１の支持部１１８とレバー部１４０
の相互の形状を変更することができる。例えば、図２５
に示すように、第１の支持部１１８の底面とレバー部１
４０の面が傾きδを持つように形成してもよい。

【００９２】このカンチレバー１４２''は、走査型プロ
ーブ顕微鏡に取り付けた際に、図２３のカンチレバー１
４２に比べて、第２の支持部１３６と試料との間に広い
空間を確保できる。つまり、図２５のカンチレバー１４
２''と図２３のカンチレバー１４２を、探針部１３８が
試料に対して同じ姿勢となるように走査型プローブ顕微
鏡に取り付けた際、カンチレバー１４２''(図２５)の第
２の支持部１３６の方がカンチレバー１４２(図２３)の
第２の支持部１３６よりも試料から遠くに位置する。

【００９３】続いて、図２３〜図２５のカンチレバーを
保持するいくつかのカンチレバー保持機構について説明
する。以下に述べるカンチレバー保持機構はいずれも、
図２３〜図２５のカンチレバーを同様に保持するので、
以下では代表的に図２３のカンチレバー１４２を保持す
るものとして説明する。

【００９４】図２６に示すカンチレバー保持機構１７０
は、カンチレバー１４２の第２の支持部１３６に対応し
た形状の溝１７４が形成されたホルダー本体１７２と、
この溝１７４の上に延出するようにホルダー本体１７２
に固定された板バネ１７６とを有している。

【００９５】このカンチレバー保持機構１７０では、カ
ンチレバー１４２の第２の支持部１３６がホルダー本体
１７２に形成された溝１７４に挿入され、ホルダー本体
１７２の側面に設けられた板バネ１７６がカンチレバー
１４２の第１の支持部１１８に接触して第２の支持部１
３６の当て付け面を溝１７４の底面に押し付けることに
より、カンチレバー１４２が保持される。ここで、当て
付け面とは、第２の支持部１３６が第１の支持部１１８
を支持する面の反対に位置する面であり、図２３におい
ては(１１１)面に囲まれた(１００)面を指している。以
下、このような面を単に「当て付け面」と呼ぶ。

【００９６】カンチレバー保持機構１７０では、カンチ
レバー１４２を押圧する板バネ１７６がホルダー本体１
７２の側面に取り付けられており、試料に面するホルダ
ー本体１７２の下面には何の部品も設けられていない。
従って、試料との間に比較的広い空間を確保できる。ま
た、試料との間に空間を確保する目的から板バネ１７６
の形状や大きさが制限されることはない。従って、板バ
ネ１７６の厚さや形状の変更が比較的自由に行なえ、カ
ンチレバー１４２をより強固に保持することができる。

【００９７】図２７に示すカンチレバー保持機構１７
０'は、カンチレバー１４２の第２の支持部１３６に対
応した形状の溝１７４が形成されたホルダー本体１７
２'を有し、この溝１７４の底面に真空チャック用の穴
１７８が形成されており、この穴１７８は吸引装置１７
９に接続されている。

【００９８】このカンチレバー保持機構１７０'では、
カンチレバー１４２の第２の支持部１３６がホルダー本
体１７２'に形成された溝１７４に挿入され、穴１７８
を介してカンチレバー１４２の第２の支持部１３６の当
て付け面を吸引することにより、カンチレバー１４２が
保持される。

【００９９】カンチレバー保持機構１７０'のホルダー
本体１７２'は、カンチレバー１４２を保持するための
部品を全く備えていない。従って、試料との間に比較的
広い空間を確保することができる。また、カンチレバー
１４２を保持する力は、吸引装置の吸引力を高めること
により、比較的自由に高めることができる。

【０１００】図２８に示すカンチレバー保持機構１７
０''は、カンチレバー１４２の第２の支持部１３６に対
応した形状の溝１７４が形成されたホルダー本体１７
２''と、この溝１７４の上に延出するようにホルダー本
体１７２''に固定された板バネ１７６と、ホルダー本体
１７２''に固定された圧電体１８０とを有している。

【０１０１】このカンチレバー保持機構１７０''では、
カンチレバー１４２の第２の支持部１３６がホルダー本
体１７２''に形成された溝１７４に挿入され、ホルダー
本体１７２''の側面に設けられた板バネ１７６がカンチ
レバー１４２の第１の支持部１１８に接触して第２の支
持部１３６の当て付け面を溝１７４の底面に押し付ける
ことにより、カンチレバー１４２が保持される。

【０１０２】また、圧電体１８０は、カンチレバー１４
２のレバー部１４０を振動させて行なう励振モードのＳ
ＰＭ測定のために設けられており、電源部(図示せず)か
らの交流電圧印加を受けて振動して、カンチレバー１４
２のレバー部１４０に振動を与える。

【０１０３】カンチレバー保持機構１７０''では、カン
チレバー１４２を押圧する板バネ１７６がホルダー本体
１７２''の側面に取り付けられているため、試料との間
に比較的広い空間を確保できる。また、板バネ１７６の
形状や大きさの変更が比較的自由に行なえ、カンチレバ
ー１４２をより強固に保持することができる。

【０１０４】これまでに説明したカンチレバーでは、図
２３と図２４に示したように、第２の支持部は平行六面
体かこれに類似した形状を有している。前述したよう
に、第２の支持部の形状は、図２の工程で形成するエッ
チングマスク１１０に依存しており、このエッチングマ
スク１１０の形状や位置を変更することにより変更でき
る。

【０１０５】以下では、これまで説明したものと異なる
形状の第２の支持部を備えたカンチレバーを図２９と図
３０に示し、これらのカンチレバーを保持するカンチレ
バー保持機構を図３１と図３２に示す。

【０１０６】図２９に示すカンチレバー１８２は、四角
錐台形状の第２の支持部１８４を有している。この形状
の第２の支持部１８４を形成するには、図２の工程にお
いて、エッチングマスク１１０の形状を、窒化シリコン
膜１１６の第１の支持部を形成する部分よりも小さい長
方形とし、この部分のほぼ中央に来るように配置するだ
けである。これにより、図９の工程の湿式異方性エッチ
ングでは、エッチングマスク１１０の側に４つの(１１
１)面が露出するようにエッチングされ、その結果、四
角錐台形状の第２の支持部１８４が形成される。

【０１０７】また、図２の工程において、エッチングマ
スク１１０の形状を台形とすることにより、図３０に示
すように、第１の支持部１１８の全面を支持する形状の
第２の支持部１８４'を持つカンチレバー１８２'が作製
される。このカンチレバー１８２'は、図２４のカンチ
レバー１４２'と同様に、カンチレバーを振動させるＳ
ＰＭ測定への適用に適している。

【０１０８】図３１と図３２のカンチレバー保持機構は
いずれも、図２９と図３０のカンチレバーを同様に保持
するので、以下では代表的に図２９のカンチレバー１４
２を保持するものとして説明する。

【０１０９】図３１に示すカンチレバー保持機構１９０
は、カンチレバー１８２の第２の支持部１８４に対応し
た形状の溝１９４が形成されたホルダー本体１９２と、
この溝１９４の上に延出するようにホルダー本体１９２
に固定された板バネ１９６とを有している。

【０１１０】このカンチレバー保持機構１９０では、カ
ンチレバー１８２の第２の支持部１８４がホルダー本体
１９２に形成された溝１９４に挿入され、ホルダー本体
１９２の側面に設けられた板バネ１９６がカンチレバー
１８２の第１の支持部１１８に接触して第２の支持部１
８４の当て付け面を溝１９４の底面に押し付けることに
より、カンチレバー１８２が保持される。

【０１１１】カンチレバー保持機構１９０では、カンチ
レバー１８２を押圧する板バネ１９６がホルダー本体１
９２の側面に取り付けられているため、試料との間に比
較的広い空間を確保できる。また、板バネ１９６の形状
や大きさは比較的自由に変更でき、カンチレバー１４２
をより強固に保持することができる。

【０１１２】図３１に示すカンチレバー保持機構１９
０'は、カンチレバー１８２の第２の支持部１８４に対
応した形状の溝１９４が形成されたホルダー本体１９
２'を有し、この溝１９４の底面に真空チャック用の穴
１９８が形成されており、この穴１９８は吸引装置１９
９に接続されている。

【０１１３】このカンチレバー保持機構１９０'では、
カンチレバー１８２の第２の支持部１８４がホルダー本
体１９２'に形成された溝１９４に挿入され、穴１９８
を介してカンチレバー１８２の第２の支持部１８４の当
て付け面を吸引することにより、カンチレバー１８２が
保持される。

【０１１４】カンチレバー保持機構１９０'のホルダー
本体１９２'は、カンチレバー１４２を保持するための
部品を全く備えていないので、試料との間に比較的広い
空間を確保することができる。

【０１１５】なお、図３１及び図３２に示される保持機
構１９０、１９０'に、図２８に示される圧電体１８０
を付加した構成としてもよい。

【０１１６】以下、上述した作製方法を応用して作製可
能な特に垂直壁測定に好適なカンチレバーを作製につい
て説明する。

【０１１７】上述した作製方法により作製されるカンチ
レバーでは、探針部の形状は、シリコンの２つの結晶
面、(１１１)面と(１００)面と、人為的な加工により形
成される２つの面によって規定されている。これらの人
為的な加工により形成される２つの面を変更することに
よって、上述した探針とは全く異なる形状の、垂直壁測
定に好適な探針部を備えるカンチレバーを作製すること
もできる。

【０１１８】この垂直壁測定に好適な探針部を備えるカ
ンチレバーを図３３に示す。図中、既に説明した部材と
同等の部材は、同一の参照符号を付して示されている。

【０１１９】図３３に示されるように、カンチレバー２
４２は、レバー部１４０の軸に対して側方に位置する一
対の終端点２０１と２０２を持つ探針部２３８を有して
いる。他の言い方をすれば、カンチレバー２４２は、レ
バー部１４０を(１００)面の方向で、且つ、レバー部の
基端部側から見た場合、レバー部１４０の延出方向の左
右に対称的に突出した一対の三角錐形状の突起部を含む
探針部２３８を有している。

【０１２０】図３４に示されるように、探針部２３８の
一方の突起部の側面は、交差する２つの結晶面すなわち
(１１１)面と(１００)面と、人為的な加工によって形成
された面２０３とで構成され、終端点２０１はこれら３
つの面すなわち(１１１)面と(１００)面と面２０３の交
点である。同様に、探針部２３８の他方の突起部の側面
は、交差する２つの結晶面すなわち(１１１)面と(１０
０)面と、人為的な加工によって形成された面２０４と
で構成され、終端点２０２はこれら３つの面すなわち
(１１１)面と(１００)面と面２０４の交点である。

【０１２１】人為的な加工によって形成された面２０３
と面２０４は、それぞれ、図４の工程で形成される探針
形成部１２２のエッチング面１２６とエッチング面１２
４によって定められる。つまり、このような探針部２３
８を持つカンチレバー２４２は、図４の工程における窒
化シリコン膜１１６のパターニングに変更を加える以外
は、図１〜図１０を用いて説明したカンチレバーの作製
方法を適用して作製できる。

【０１２２】つまり、図４の工程において、窒化シリコ
ン膜１１６のパターンを変更し、これをマスクにして第
２のシリコン基板(活性層)１０６を、ＳＯＩ基板１０８
の中間酸化シリコン膜１０４が露出するまで選択的に除
去することにより、図３６に示されるように、第１の支
持部１１８と、レバー部の母材であるレバーベース部１
２０と、探針部の母体である探針形成部１２２が形成さ
れると共に、探針形成部１２２のエッチング面１２４及
び１２６が、<１１０>を含み(１００)面に直交する面に
対して等しい角度の傾斜を有するように形成される。

【０１２３】その後、図５〜図１０に示される工程を適
用して、図３３に示されるカンチレバー、つまり、その
先端に２つの終端点２０１と２０２を有する探針部２３
８を備えるカンチレバー２４２が作製される。

【０１２４】さらに、図７の工程において、９００〜１
０００℃、好ましくは９５０℃で酸化することにより、
図３５に示されるように、より尖鋭化された一対の終端
点２０１'と２０２'を持つ探針部２３８'が得られる。

【０１２５】このようなカンチレバー２４２は、探針部
２３８がレバー部１４０の軸に対して側方すなわちレバ
ー部１４０の上下面の方向に突出した一対の終端点２０
１(２０１')と２０２(２０２')を有しているため、図３
７から分かるように、特に垂直壁の測定の測定に好適で
ある。

【０１２６】図３７は、このカンチレバー２４２を用い
た垂直壁測定の様子を示しており、垂直壁測定は、カン
チレバー２４２を探針部２３８の２つの終端点２０１
(２０１')と２０２(２０２')を結ぶ稜線方向に励振して
行なわれる。

【０１２７】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれ
る実施の全てを含む。

【０１２８】例えば、本発明の実施の形態に示したカン
チレバー保持機構を以下に示す従来からの装置に取り付
けてもよい。

【０１２９】特開平９−１５２５０号公報には、カンチ
レバー支持部と一体に構成されたカンチレバーと、カン
チレバー支持部を保持するカンチレバー保持機構(カン
チレバーホルダー)と、一端がＳＰＭ装置本体に固定さ
れたスキャナと、このスキャナの他端に設けられた光て
こ方式の変位検出センサーユニットとが示されている。

【０１３０】この構成において、カンチレバーはカンチ
レバー保持機構と共に変位検出センサーユニットに対し
て着脱可能であり、測定に応じて本発明におけるカンチ
レバー及び保持機構を上記変位検出センサーユニットに
取り付けることが可能である。

【０１３１】以上の説明から本実施の形態における走査
型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法は以下のよ
うに言える。

【０１３２】１. 半導体ＩＣ製造技術を応用して、半
導体基板から、レバー部を備えた走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーを作製する方法において、形成されるレ
バー部は、その長さ方向と厚さ方向が半導体基板の主面
に平行に選ばれ、幅方向が半導体基板の厚さ方向に選ば
れていることを改善とする走査型プローブ顕微鏡用カン
チレバーの作製方法。

【０１３３】２. 半導体ＩＣ製造技術を応用して、半
導体基板から、探針部とレバー部と支持部を有する走査
型プローブ顕微鏡用カンチレバーを作製する方法におい
て、半導体基板を用意する工程と、半導体基板の主面に
エッチングマスクを形成する工程と、エッチングマスク
を介してエッチングを行ない、探針部とレバー部と支持
部の大まかな形状を形成する工程とを有していることを
改善とする走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製
方法。

【０１３４】３. レバー部を備えた走査型プローブ顕
微鏡用カンチレバーの作製方法であり、第１の半導体基
板の一方の面に形成された酸化膜と第２の半導体基板を
貼り合わせて作製された貼り合わせ基板を用意する工程
と、酸化膜が露出するまで第２の半導体基板を選択的に
除去して、少なくとも第１の支持部とレバーベース部を
形成する工程と、残っている第２の半導体基板を酸化し
て、レバーベース部の側面に酸化膜を形成する工程と、
第１の半導体基板を選択的に除去して、第２の支持部を
形成する工程と、不要な酸化膜を除去して、カンチレバ
ーの完成品を得る工程とを有しており、形成されるレバ
ー部の厚さは、第２の半導体基板を選択的に除去する工
程と第２の半導体基板を酸化する工程とによって制御さ
れる、走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方
法。

【０１３５】４. 第３項において、貼り合わせ基板を
用意する工程と第２の半導体基板を選択的に除去する工
程との間に、形成するレバー部の幅に応じて、第２の半
導体基板の少なくとも一部をエッチングして、その厚さ
を低減させる工程を更に有しており、レバーベース部は
厚さが低減された部分に作られる、作製方法。

【０１３６】５. 探針部を有するレバー部を備えた走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法であり、
第１の半導体基板の一方の面に形成された酸化膜と第２
の半導体基板を貼り合わせて作製された貼り合わせ基板
を用意する第１の工程と、第２の半導体基板を酸化膜が
露出するまで選択的に除去して、第１の支持部とレバー
ベース部と探針形成部を形成する第２の工程と、残った
第２の半導体基板を酸化して、レバーベース部の側面に
酸化膜を形成する第３の工程と、探針形成部の第２の半
導体基板を露出させる第４の工程と、露出した探針形成
部の第２の半導体基板を選択的に除去して探針部の予備
成形部である探針ベース部を形成する第５の工程と、第
１の半導体基板を選択的に除去して第２の支持部を形成
する第６の工程と、不要な酸化膜を除去して、カンチレ
バーの完成品を得る第７の工程とを有しており、形成さ
れるレバー部の厚さは、第２の工程と第３の工程によっ
て制御される、走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの
作製方法。

【０１３７】６. 第５項において、第１の工程と第２
の工程の間に、形成するレバー部の幅に応じて、第２の
半導体基板の少なくとも一部をエッチングして、その厚
さを低減させる工程を更に有しており、レバーベース部
は厚さが低減された部分に作られる、作製方法。

【０１３８】７. 第５項において、第５の工程と第６
の工程の間に、第２の半導体基板の表面に酸化膜を形成
する工程を更に有しており、形成されるレバー部の厚さ
は、第２の工程と第３の工程に加えて本工程によって制
御される、作製方法。

【０１３９】８. 第７項において、前述の酸化膜を形
成する工程は第２の半導体基板を低温熱酸化する工程を
有し、この工程によって探針ベース部は尖鋭化処理され
る、作製方法。

【０１４０】９. 第５項において、探針ベース部の先
端部は三角錐形状もしくは略三角錐形状をしており、そ
の側面の２つは結晶面で構成され、残る１つの側面は人
為的な加工により形成される面で構成されている、作製
方法。

【０１４１】１０. 第９項において、前述の２つの結
晶面は(１００)面と(１１１)面であり、前記探針ベース
部が形成されたレバーベース部の面は(１００)面と(１
１１)面に対してほぼ垂直に選ばれている、作製方法。

【０１４２】１１. 第９項において、前述の探針ベー
ス部の側面の残る１つの面は、前記探針ベース部が形成
されたレバーベース部の面に対して傾きθを持つ平面で
構成されている、作製方法。

【０１４３】１２. 第９項において、前述の探針ベー
ス部の側面の残る１つの面は、前記探針ベース部が形成
されたレバーベース部の面に対して傾きθを持つ平面
と、前記探針ベース部が形成されたレバーベース部の面
に対して傾きφ(＞θ)を持つ平面とで構成されている、
作製方法。

【０１４４】１３. 第９項において、前述の探針ベー
ス部の側面の残る１つの面は、この探針ベース部が形成
されたレバーベース部の面に対して傾きθを持つ平面
と、この探針ベース部が形成されたレバーベース部の面
に対して傾きφ(＞θ)を持つ平面と、この探針ベース部
が形成されたレバーベース部の面に対して傾きψ(＜φ)
を持つ平面とで構成されている、作製方法。

【０１４５】１４. 第９項において、前述の酸化膜を
形成する工程は第２の半導体基板を低温熱酸化する工程
を有し、この工程によって探針ベース部は尖鋭化処理さ
れる、作製方法。

【０１４６】１５. 第５項において、探針ベース部は
レバーベース部の延出方向の左右に対称的に突出する一
対の三角錐形状もしくは略三角錐形状の突起部を含んで
おり、突起部の各々の側面の２つは結晶面で構成され、
残る１つの側面は人為的な加工により形成される面で構
成されている、作製方法。

【０１４７】１６. 第１５項において、前述の２つの
結晶面は(１００)面と(１１１)面であり、前記探針ベー
ス部が形成されたレバーベース部の面は(１００)面と
(１１１)面に対してほぼ垂直に選ばれている、作製方
法。

【０１４８】１７. 第１５項において、前述の探針ベ
ース部の各々の側面の残る１つの面は、前記探針ベース
部が形成されたレバーベース部の面に対して等しい傾き
を持つ平面で構成されている、作製方法。

【０１４９】１８. 第１５項において、前述の酸化膜
を形成する工程は第２の半導体基板を低温熱酸化する工
程を有し、この工程によって探針ベース部の一対の三角
錐形状の突起部は尖鋭化処理される、作製方法。

【０１５０】

【発明の効果】本発明によれば、レバー部の長さと厚さ
をエッチングマスクにより規定することによって、長さ
と厚さのばらつきが少ないレバー部を備えたカンチレバ
ーを安定に作製し得る方法が提供される。さらに、レバ
ー部の長さと厚さを高精度に制御でき、従って、レバー
部の共振周波数がＭＨｚオーダーでバネ定数が４０〜５
０Ｎ／ｍ以下のカンチレバーを安定に作製し得る方法が
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における第１の工程を示している。

【図２】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図１の工程に続く第２の工程を示してい
る。

【図３】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図２の工程に続く第３の工程を示してい
る。

【図４】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図３の工程に続く第４の工程を示してい
る。

【図５】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図４の工程に続く第５の工程を示してい
る。

【図６】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図５の工程に続く第６の工程を示してい
る。

【図７】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図６の工程に続く第７の工程を示してい
る。

【図８】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図７の工程に続く第８の工程を示してい
る。

【図９】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作製
方法における図８の工程に続く第９の工程を示してい
る。

【図１０】図１〜図９の工程を経て得られる完成品とし
てのカンチレバーを概略的に示している。

【図１１】図４の工程における窒化シリコン膜のパター
ニング形状を変更することにより作製し得る、図１０の
カンチレバーに対して面対称な形状のカンチレバーを示
している。

【図１２】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作
製方法におけるレバー部の形成過程を示しており、(ａ)
は図４の工程におけるレバーベース部の断面、(ｂ)は図
５の工程におけるレバーベース部の断面、(ｃ)は図７の
工程におけるレバーベース部の断面を模式的に示してい
る。

【図１３】図４の工程において形成される探針形成部の
形状を示している。

【図１４】図１３に示す形状の探針形成部に基づいて図
６の工程において形成される探針ベース部を示してい
る。

【図１５】図１４に示す探針ベース部に基づいて最終的
に形成される探針部を示している。

【図１６】図４の工程において形成される探針形成部の
形状の第一の変形例を示している。

【図１７】図１６に示す形状の探針形成部に基づいて図
６の工程において形成される探針ベース部を示してい
る。

【図１８】図１７に示す探針ベース部に基づいて最終的
に形成される探針部を示している。

【図１９】図４の工程において形成される探針形成部の
形状の第二の変形例を示している。

【図２０】図１９に示す形状の探針形成部に基づいて図
６の工程において形成される探針ベース部を示してい
る。

【図２１】図２０に示す探針ベース部に基づいて最終的
に形成される探針部を示している。

【図２２】図２０に示す探針ベース部に対して低温熱酸
化処理を施すことにより最終的に形成される探針部を示
している。

【図２３】本発明の実施の形態によるカンチレバーの作
製方法によって作製される、平行六面体形状の第２の支
持部を備えたカンチレバーを示している。

【図２４】図２の工程で形成する第２の支持部を形成す
るためのエッチングマスクの形状を変更することにより
作製し得る、第１の支持部のほぼ全体を支持する、平行
六面体に類する形状の第２の支持部を備えたカンチレバ
ーを示している。

【図２５】図４の工程で形成する窒化シリコン膜のパタ
ーニング形状を変更することにより作製し得る、レバー
部の面が第１の支持部の底面に対して傾きを持っている
カンチレバーを示している。

【図２６】図２３〜図２５に示したカンチレバーを保持
するためのカンチレバー保持機構を示している。

【図２７】図２３〜図２５に示したカンチレバーを保持
するための別のカンチレバー保持機構を示している。

【図２８】図２３〜図２５に示したカンチレバーを保持
するための、カンチレバーのレバー部を振動させる機能
を備えた更に別のカンチレバー保持機構を示している。

【図２９】図２の工程で形成する第２の支持部を形成す
るためのエッチングマスクの形状を変更することにより
作製し得る、四角錐台形状の第２の支持部を備えたカン
チレバーを示している。

【図３０】図２の工程で形成する第２の支持部を形成す
るためのエッチングマスクの形状を変更することにより
作製し得る、第１の支持部のほぼ全体を支持する、四角
錐台に類する形状の第２の支持部を備えたカンチレバー
を示している。

【図３１】図２９と図３０に示したカンチレバーを保持
するためのカンチレバー保持機構を示している。

【図３２】図２９と図３０に示したカンチレバーを保持
するための別のカンチレバー保持機構を示している。

【図３３】図４の工程における窒化シリコン膜のパター
ニング形状を変更することにより作製し得る、特に垂直
壁の測定に好適なカンチレバーを示している。

【図３４】図３３に示したカンチレバーの探針部を拡大
して示している。

【図３５】図３４に示した探針部の探針ベース部に対し
て低温熱酸化処理を施すことにより形成される探針部を
示している。

【図３６】図３３に示したカンチレバーのために変更さ
れた窒化シリコン膜のパターニングに従って形成される
探針形成部を示している。

【図３７】図３３に示したカンチレバーを用いた垂直壁
測定の様子を示している。

【符号の説明】

１０２ 第１のシリコン基板 １０４ 中間酸化シリコン膜 １０６ 第２のシリコン基板 １０８ ＳＯＩ基板 １１６ 窒化シリコン膜 １１８ 第１の支持部 １２０ レバーべース部 １２２ 探針形成部 １３０ 探針べース部 １３２ 酸化シリコン膜 １３６ 第２の支持部 １３８ 探針部 １４０ レバー部 １４２ カンチレバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板を選択的に除去して、レバー部
   を備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを作製す
   る方法において、 形成するレバー部の長さ方向と厚さ方向が半導体基板の
   主面に平行に選ばれ、レバー部の幅方向が半導体基板の
   厚さ方向に選ば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の作製方法。
2. 【請求項２】半導体基板を選択的に除去して、探針部と
   レバー部と支持部を有する走査型プローブ顕微鏡用カン
   チレバーを作製する方法において、 半導体基板の主面にエッチングマスクを形成し、このエ
   ッチングマスクを介してエッチングを行なうことによ
   り、探針部とレバー部と支持部の大まかな形状が形成さ
   れることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カンチレ
   バーの作製方法。
3. 【請求項３】 探針部を有するレバー部を備えた走査型
   プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法であり、 第１の半導体基板の一方の面に形成された酸化膜と第２
   の半導体基板を貼り合わせて作製された貼り合わせ基板
   を用意する第１の工程と、 形成するレバー部の幅に応じて第２の半導体基板を選択
   的に除去する第２の工程と、 第２の半導体基板を酸化膜が露出するまで選択的に除去
   して、第１の支持部とレバーベース部と探針形成部を形
   成する第３の工程と、 レバーベース部の側面に酸化半導体膜を形成する第４の
   工程と、 探針形成部の第２の半導体基板を露出させる第５の工程
   と、 露出した探針形成部の第２の半導体基板を除去して探針
   部の予備成形部である探針ベース部を形成する第６の工
   程と、 第２の半導体基板の表面に酸化膜を形成する第７の工程
   と、 第１の半導体基板を選択的に除去して第２の支持部を形
   成する第８の工程とを有している、走査型プローブ顕微
   鏡用カンチレバーの作製方法。