JP2001056281A - 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】探針先端の変位変化を直接検出することを可能
にするカンチレバーを提供する。 【解決手段】カンチレバー１４２は、両持ち梁形状の単
結晶シリコン製のレバー部１４０を有し、このレバー部
１４０の中央に略三角錐形状の探針部１３８が形成され
ている。レバー部１４０は第１の支持部１１４に支持さ
れ、第１の支持部１１４は酸化シリコン膜１０４を介し
て第２の支持部１３６に支持されている。また、探針部
１３８と反対側のレバー部１４０の面２８６は第１の支
持部側に正対しており、その面２８６の法線方向には溝
が形成されている。試料表面の凹凸の変化に伴う探針部
１３８の変位はそのままレバー部１４０の面２８６の変
位となる。従って、レバー部１４０の面２８６の変位を
検出することにより、試料表面の正確な凹凸情報を得る
ことが可能になる。

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、その相互作用の二次元マッピングを行う装置であ
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(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)
により変位するレバー部の動きを電気的あるいは光学的
にとらえて測定しつつ、試料あるいはカンチレバーをＸ
Ｙ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】ＳＰＭにおけるレバー部の弾性的な変形量
(撓み量)を検出する方法の例は、例えば特開平５−３４
０７１８号や特開平９−１５２５０号に示されており、
これらは参照により本明細書に組み込まれる。これらの
文献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、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「Atomic Re
solution 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Ｓｉ０2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
とともに、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号に記載されており、これらは参照
により本明細書に組み込まれる。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. Sc
i. 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号に記載されており、これらは参照により本明細
書に組み込まれる。

【０００８】加えて、カンチレバー自体に変位を検出す
る機能を設けた集積型ＡＦＭセンサーがM. Tortoneseら
により提案されている。この集積型ＡＦＭセンサーは、
例えば「Atomic force microscopy using a piezoresist
ive cantilever; Transducerand Sensor '91」やＰＣＴ
出願ＷＯ９２/１２３９８に記載されており、これらは
参照により本明細書に組み込まれる。

【０００９】近年、カンチレバーをその固有振動数もし
くは近傍で振動させて、振幅や周波数の変化を検出して
測定を行うＳＰＭ測定が広く行われるようになってお
り、この手法は例えば、ＡＣモードと呼ばれている。

【００１０】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。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。このような高速走査ＳＰＭは生
物だけでなく、測定時間の短縮から、半導体などの微小
構造の検査装置として注目されつつある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述の全てのカンチレ
バーにおいては、探針は一端が支持部に固定された片持
ち梁形状の板バネであるレバー部の自由端に設けられて
おり、レバー部の自由端の撓み量を探針の変位に準じる
ものとして検出している。このため、実際に試料表面を
なぞっている探針先端の変位変化を正確に検出している
とは言えない。現在のＳＰＭ測定においては、レバー部
の撓み量を一定に保った状態で、試料表面上をＸＹ方向
に走査して測定を行うサーボ測定が主流である。このこ
とから、サーボ測定であれば、探針先端の変位変化を検
出しようが、レバー部の撓み量を検出しようが画像化さ
れた試料表面の凹凸像のスケールに変化は起きないと考
えられている。しかしながら、試料表面の凹凸に対して
レバー部の撓み量を一定に保つサーボには、常にタイム
ラグが生じており、このことから探針の引きずりとして
画像に影響を及ぼしている。

【００１２】また、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うＳＰＭ測定等においては、
高速にカンチレバーを走査するため、現在のサーボでは
変位検出が間に合わず、カンチレバーの撓み量を直接画
像化するコンスタントハイト測定が主流である。このコ
ンスタントハイト測定においては、探針の引きずりが直
接画像化される。加えて、探針部の変位ではなく、レバ
ー部の撓み量を検出していることから、正確な高さ情報
が得られず、実際の試料表面と異なる高さスケールで画
像化されると言う不具合が生じている。

【００１３】加えて、近年トレンチ溝やコンタクトホー
ルやダマシン等アスペクト比の高い微小な穴の底部を正
確に測定する事が望まれている。この為、アスペクト比
の高い探針が幾つか開発され、アスペクト比の高い微小
な穴のＡＦＭ測定を試みている。しかしながら、探針先
端部が細く成りすぎているため、ＡＦＭ測定中に探針の
先端部が湾曲し、正確なＡＦＭ像が画像化出来ないと言
う問題が生じている。加えて、探針先端部が細いことに
より、ＡＦＭ測定中の大きな段差に対するサーボの追従
が十分でなく探針先端部を破損しやすいと言う不具合が
生じている。

【００１４】このような問題を考慮すると、特開平１−
１５６０２号や特開平５−２３１８１５号のような両持
ち梁形状のカンチレバーが考えられる。しかしながら、
従来の両持ち梁では、その構造や形態により実際のＳＰ
Ｍ測定において普及しなかった。例えば、特開平１−１
５６０２号に示すような両持ち梁では、カンチレバーの
支持部が測定サンプル側にあり、カンチレバーの交換は
カンチレバーのみとなり、測定者によるカンチレバー交
換の作業性が現在主流の半導体プロセスを応用したカン
チレバーより悪かった。また、カンチレバー自体も大き
いため、共振周波数が低く、現在主流であるカンチレバ
ーを振動させるＳＰＭ測定には不向きである。加えて、
半導体プロセスでの作製が困難であるため、同じ特性を
持つカンチレバーの作製が困難であった。また、特開平
５−２３１８１５号のカンチレバーは半導体プロセスを
応用して作られているが、支持部の真下にカンチレバー
と探針が配置されており、片持ち梁のカンチレバーのよ
うに測定する部分の試料表面を光学顕微鏡等で観察する
ことは不可能であり、測定したい箇所とカンチレバーの
位置合わせが困難であった。加えて探針側の支持部の面
がほぼ探針の高さ分しかなく、試料表面と支持部との接
触のため探針が試料表面に接触もしくは近傍に配置でき
ず、ＳＰＭ測定が行えない等の問題が頻繁に起きてい
た。また、双方のカンチレバーともバネ定数が高く、試
料を傷つけずに表面を観察するＳＰＭには不向きであっ
た。

【００１５】本発明は、このような事情を鑑みて成され
たものであり、その目的は、探針先端の変位変化を直接
検出することを可能にするカンチレバーを提供すること
である。

【００１６】加えて、本発明は、従来の両持ち梁形状の
カンチレバーが抱えている問題点を解消されたものであ
り、その目的は、カンチレバーを振動させてＳＰＭ測定
を行ういわゆるＡＣモード測定において、探針先端を試
料表面に対して垂直に振動することを可能にするカンチ
レバーを提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】探針部と両持ち梁形状の
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
チレバーにおいて、その支持部がレバー部と探針を含む
面のほぼ片側に設けられている事を特徴とする。

【００１８】加えて、探針部と両持ち梁形状のレバー部
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
において、探針部の真裏に変位を検出する為の平面(反
射面)が設けられていることがより好ましい。

【００１９】一方で、上記の走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーは、探針部の変位量を歪み抵抗により検出す
ると、より好ましい。

【００２０】

【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。

【００２１】図１〜図９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。

【００２２】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５μｍである。

【００２３】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の表面に窒化シリコン膜
１１２を形成する。

【００２４】図３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、窒化シリコン膜１１２
と第２のシリコン基板(活性層)１０６を、ＳＯＩ基板１
０８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１１４と、レバー部の母体で
あるレバーべース部１２０と、探針部の母体である探針
形成部１２２を形成する。

【００２５】第１の支持部１１４は２つに分割されてお
り、探針形成部１２２が第１の支持部１１４を分割して
いる溝の延長線上に設けられている。レバーべース部１
２０は分割された第１の支持部１１４からそれぞれ探針
形成部１２２に向かって延出しており、探針形成部１２
２を中心に両持ち梁の原型を形成している。探針形成部
１２２の反対に位置するレバーべース部１２０の面１１
８は、第１の支持部１１４を分割している溝に対して正
対している。

【００２６】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、例えば２μｍ
である。また、レバーべース部１２０の形状は、完成後
の探針の変位方向を考慮して形成しており、例えば、第
１の支持部１１４のレバーべース１２０側の端面に対し
て４５°で延出している。

【００２７】レバーベース部１２０と探針形成部１２２
の連結部付近の拡大図を図１０に示す。図１０に示すよ
うに、探針形成部１２２のエッチング面１２４は、<１
１０>方向から傾けて、例えば４５°傾けて形成してい
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。

【００２８】次に、図４に示すように、第１の支持部１
１４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する。

【００２９】図５に示すように、探針形成部１２２の表
面部分の窒化シリコン膜１１２を除去してシリコン１０
６を露出させる。残った窒化シリコン膜１１２の探針形
成部１２２付近の拡大図を図１１に示す。図１１に示す
ように、窒化シリコン膜１１２の探針形成部１２２側の
端部２８０,２８２は<１１０>方向に平行もしくは垂直
に形成されている。

【００３０】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。

【００３１】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難
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１１２の端部２８
０,２８２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。

【００３２】探針べース部１３０周辺の拡大図を図１２
に示す。図１２に示すように、窒化シリコン膜１１２の
端部２８２から露出した(１１１)面と中間酸化シリコン
膜１０４の(１００)面とエッチング面１２６側の酸化シ
リコン膜の壁１２８の３つの側面を有する三角錐形状の
単結晶シリコンが探針べース部１３０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。

【００３３】また、窒化シリコン膜１１２の端部２８０
から露出した(１１１)面を有する残存シリコンも、中間
酸化シリコン膜１０４の(１００)面とエッチング面１２
４側の酸化シリコン膜の壁１２８に囲まれた面から三角
錐形状を構成するが、この三角錐の突起２８４は、レバ
ーべース部１２０に対して平行に突出しているため、後
の測定上何ら問題はない。

【００３４】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。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。

【００３５】図８に示すように、第１のシリコン基板１
０２を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。

【００３６】最後に、図９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１１４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。

【００３７】このカンチレバー１４２は、レバー部１４
０が第１の支持部１１４より斜めに延出した両持ち梁形
状であり、その中央に探針部１３８が形成されている。
図１３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、残る１
つの面１４４は人為的な加工により形成される。

【００３８】上述した作製方法では、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として、第
２のシリコン基板１０６表面に窒化シリコン膜１１２を
形成しているが、第２のシリコン基板１０６の厚さがレ
バー部の幅の設計値よりも大きい場合には、図２の窒化
シリコン膜１１２を形成する前にレバーべース部から探
針形成部を形成する部分をエッチング処理して厚さを調
整する。このとき、エッチング方法は乾式でも湿式でも
構わないが、後の工程を考えて、表面あれを少なくする
ため、湿式エッチングが好ましい。また、後の第１の支
持部１１４の剛性を考えた場合は、レバー部とのつなが
りに(１１１)面を形成する様に湿式異方性エッチングで
厚さ調整を行ってもよい。

【００３９】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９に示すように、両持ち梁形状
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の中央に略三角錐形状の探針部１３８が形成
されている。レバー部１４０は第１の支持部１１４に支
持され、第１の支持部１１４は酸化シリコン膜１０４を
介して第２の支持部１３６に支持されている。また、探
針部１３８と反対側のレバー部１４０の面２８６は第１
の支持部側に正対しており、その面２８６の法線方向に
は溝が形成されている。

【００４０】本実施形態のカンチレバーは図１４に示す
ように、試料表面にほぼ垂直に立てて測定を行う。試料
表面の凹凸の変化に伴う探針部１３８の変位の変化はそ
のまま、レバー部１４０の面２８６の上下運動に移行さ
れる。このとき、第１の支持部１１４の溝を通して光学
変位センサーの光をレバー部１４０の面２８６に照射し
て、その変位を検出する。また、第２の支持部１３６の
第１の支持部１１４側の面２８６に一度反射させてから
レバー部１４０の面２９０に照射して、その変位を検出
してもよい。光学変位センサーとしては、光ファイバー
を用いた干渉型の変位センサー等を用いる。

【００４１】ここで、本実施形態のカンチレバーは両持
ち梁形状であるため、探針部１３８の変位がそのままレ
バー部１４０の面２８６の変位となり、試料表面の正確
な情報を上方に配置した変位センサーに伝えられる。

【００４２】このとき、本実施形態のカンチレバーは図
９に示すように、カンチレバーを支持する支持部は、レ
バー部と探針を含む面のほぼ片側にしか存在せず、しか
も、支持部がカンチレバーに向かって薄くなっているた
め、探針以外の部分が試料表面に接触し難い構造になっ
ている。また、本実施形態のカンチレバーを図１４に示
すように試料表面上に配置すると、第２の支持部の第１
の支持部側、つまり、カンチレバーが設けてある側に遮
蔽物が存在しないので、この空間を利用して、例えば、
探針と試料表面の斜め上方に光学顕微鏡等の対物レンズ
を配置し、これにより観察しながら探針先端と試料表面
の位置合わせを行う。

【００４３】以上より、本実施形態のカンチレバーによ
れば、支持部の片側にレバー部と探針を含む両持ち梁形
状のカンチレバーを設けているため、測定に不必要な探
針の先端部以外の部分の試料表面への接触が容易に回避
でき、加えて、探針先端と測定する試料表面の位置が容
易に観察できるため、両持ち梁形状のカンチレバーの利
点である試料表面の正確な凹凸情報の取得が短時間で容
易に得ることを可能にする。

【００４４】加えて、本実施形態のカンチレバーによれ
ば、光学変位センサーで検出する部位は、探針の真裏に
形成された面であるので、探針の変位変化が直接光学変
位センサーで検出する探針真裏の反射面の変位変化とな
るため、試料表面の正確な凹凸情報を得ることが可能に
なる。

【００４５】加えて、本実施形態のカンチレバーによれ
ば、ＸＹ走査したときの探針の引きずりの影響も少なく
なる。

【００４６】また、本実施形態のカンチレバーによれ
ば、カンチレバーを共振させて測定を行うＡＣモードに
おいても、両持ち梁形状であるため、探針が上下に振動
するだけであることから、振動による探針先端位置のぶ
れがなく、正確なＡＦＭ測定が可能になる。

【００４７】加えて、本実施形態のカンチレバーにおい
ては、カンチレバーのバネ定数は第１の支持部１１４か
ら斜めに延出した部分のレバー部１４０で決定される。
このため、図１５に示すように、斜めに延出した部分を
重ねたようなレバー部の形状にして、バネ定数の低減を
図ってもよい。図１５においては、斜めのレバー部を２
つ重ねているが、より多くのレバー部を重ねてもよく、
この数の設定は設計者の意図によって選択される。

【００４８】また、本実施形態のカンチレバーによれ
ば、レバー部１４０の第１の支持部１１４からの延出角
を４５°としたが、この角度は任意に選択ができ、例え
ば、本実施形態のバネ定数より柔らかくするためには、
この角度を４５°よりも小さく設定すればよい。

【００４９】例えば、図３６に示すように角度を０°に
しても良い。尚、このカンチレバーの場合も、本実施形
態の最終工程のシリコン酸化膜除去により、カンチレバ
ー部分の第２の支持部１３６との間の中間酸化膜１０４
も除去されるため、探針の変位方向、つまり探針の上下
運動を妨げることはない。

【００５０】また、このカンチレバーの特性は、例え
ば、カンチレバーの長さが１００μｍ、幅が５μｍ、厚
さが０.４μｍで共振周波数が約２ＭＨｚ、バネ定数が
１Ｎ/ｍ以下にであるが、上述の実施形態と同様に、そ
の形状は測定サンプルや測定方法により任意に変更でき
る。

【００５１】加えて、上述した作製方法によれば、レバ
ー部の厚さが図３のフォトリソグラフィとドライエッチ
ングと図４及び図７の酸化により容易に薄く作製するこ
とができ、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うＳＰＭ測定に好適なカンチレバー
が容易に作製できる。

【００５２】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１３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、残る１つの面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３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。

【００５３】図１０に示すように、図３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。

【００５４】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１２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。

【００５５】また、探針部１３８のアスペクト比は、図
１０に示すように、<１１０>を含み(１００)面に直交す
る面(これは後に形成される探針部１３８と反対側の面
２８６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。<１１０>を含み(１
００)面に直交する面に対するエッチング面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。

【００５６】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、さらにさらに大きい値を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。

【００５７】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
するときより低い温度に設定することにより、図１６に
示されるような、より尖った探針部１３８を形成するこ
とができる。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。

【００５８】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１３に示すように、レ
バー部１４０の面２８６と平行な方向に突出する三角錐
形状の突起２８４も探針部１３８と同時に形成される。
前述の作製方法のなかでは、図１０に示すように、<１
１０>に対するエッチング面１２４の傾きαを便宜的に
４５°と設定したが、探針部１３８を用いたＳＰＭ測定
に邪魔にならない角度であればよく、本実施形態の設定
角に限るものではない。

【００５９】また、図１７に示すように、窒化シリコン
膜１１２の端部２８０をずらすことで、エッチング面１
２４をＶ字状に折れ曲がった面とすることにより、図１
８に示すように、突起２８４の長さを短くしてもよい。

【００６０】加えて、本実施形態の作製方法において
は、探針部１３８を構成する(１１１)面をきれいに形成
するため、突起２８４を形成するようなパターニングを
行ったが、探針部１３８に影響を及ぼさない限りにおい
て、図１１に示す探針べース部１３０作製時のマスクの
エッジ２８０の部分の形状を変更することにより、突起
以外の形状を形成してもよい。

【００６１】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１３に示すように、探
針部１３８を支持するレバー部１４０の厚み２９０は、
探針部１３８先端が試料表面から受けた力よりレバー部
の面２８６が湾曲しないように十分に厚さを取っておい
た方が好ましい。

【００６２】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１３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。

【００６３】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。

【００６４】第一の変形例では、図１９に示すように、
探針形成部１２２のエッチング面１２６'は、<１１０>
を含み((１００))面に垂直な面に対して傾きθを持つ平
面１２６ａと、<１１０>を含み((１００))面に垂直な面
に対して傾きφ(>θ)を持つ平面１２６ｂとで構成され
る。

【００６５】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、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
リコンの壁が形成され、探針べース部は、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。

【００６６】その結果、図２０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(１００)面と面１
４４'とで規定され、この面１４４'は、探針形成部１２
２のエッチング面１２６'の形状を反映して、<１１０>
を含み((１００))面に垂直な面に対して傾きθを持つ平
面１４４ａと、<１１０>を含み((１００))面に垂直な面
に対して傾きφ(>θ)を持つ平面１４４ｂとで構成され
る。

【００６７】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。

【００６８】図１３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。

【００６９】これに対して、図２０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１３の探針部１３
８のそれよりも高いものとなる。

【００７０】第二の変形例では、図２１に示すように、
探針形成部１２２のエッチング面１２６''は、<１１０>
を含み((１００))面に垂直な面に対して傾きθを持つ平
面１２６ａと、<１１０>を含み((１００))面に垂直な面
に対して傾きφ(>θ)を持つ平面１２６ｂと、<１１０>
を含み((１００))面に垂直な面に対して傾きψ(<θ)を
持つ平面１２６ｃとで構成される。

【００７１】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、エッチ
ング面１２６''の形状を反映してニカ所で折れ曲がった
酸化シリコンの壁が形成され、探針べース部は、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。

【００７２】その結果、図２２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
み((１００))面に垂直な面に対して傾きθを持つ平面１
４４ａと、<１１０>を含み((１００))面に垂直な面に対
して傾きφ(>θ)を持つ平面１４４ｂと、<１１０>を含
み((１００))面に垂直な面に対して傾きψ(<θ)を持つ
平面１４４ｃとで構成される。

【００７３】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。

【００７４】さらに、第一の変形例、第二の変形例とも
に、図７の工程において、探針べース部を９００〜１０
００℃、好ましくは９５０℃で酸化することにより、図
１６に示すような効果がそれぞれの先端や頂点に現れ、
より尖鋭化された探針部が得られる。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。加えて、本発明のカンチレバーは
探針をほぼ正確に上下運動させることができ、尚かつ、
探針の先端部が細いため、トレンチ溝やコンタクトホー
ル、及びダマシン等アスペクト比の高い微小な溝や穴の
底部の観察も容易にできる。

【００７８】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９に示すように、完成品のカンチレ
バー１４２の両側に支持部の肩が平行に残っている。

【００７９】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。加
えて、第１の支持部１１４の形状は図３の工程における
フォトリソグラフィのパターニングに依存している。従
って、エッチングマスク１１０の形状と図３の工程にお
けるフォトリソグラフィのパターニングを変更すること
により、図２３に示すような、両側の支持部の肩が削ら
れている形状のカンチレバー１４２'を得ることも可能
である。

【００８０】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９のカンチレバー１４
２に比べて、第１の支持部１１４及び第２の支持部１３
６と試料と接触を回避し易くなる。

【００８１】ここで、第１の支持部１１４のカンチレバ
ー１４２側の端面と第２の支持部１３６のカンチレバー
１４２側の端面が一致しているが、第１の支持部１１４
側の端面が第２の支持部１３６よりカンチレバー１４２
側にはみ出していても構わない。この場合、ＳＰＭ測定
を行う試料表面に対して探針１３８の方が第２の支持部
１３６より突出する事になり、より段差の大きな試料表
面の測定も行える。また、第１の支持部１１４のカンチ
レバー１４２側の形状を探針表面と接触を回避するよう
な形状に任意に変更しても良い。この場合、カンチレバ
ー１４２を共振させる際に第１の支持部１１４の剛性が
保たれればよく、特に制限はない。また、この第１の支
持部１１４の形状変更は、図３の第１の支持部１１４形
成時のパターン変更により容易に行える。

【００８２】レバー部の面２８６の反射率を高めるた
め、上述した製造プロセス(図１〜図９の工程)に、レバ
ー部の面２８６に金属膜等をコーティングする工程を加
えてもよい。

【００８３】また、光てこ方式をはじめとする光学セン
サーによる探針１３８の変位検出を行なう場合の変形例
を以下に示す。本変形例では、図１から図９に示す一連
の作製方法において、図３の工程の際にフォトリソグラ
フィで形成される探針形成部のマスクを、図３０に示す
形状に変更し、図３１に示すように、探針１３８の反対
側に(１１１)面からなるミラー面４０１を有するカンチ
レバーを形成する。光学センサーによる変位検出は、ミ
ラー面３０１に光を入射させて行われる。

【００８４】図３２にカンチレバー４４２と光学センサ
ー４０２の位置関係を簡単に示す。例えば、光学センサ
ー４０２は、破線矢印で示されるように、入射光の光路
と反射光の光路が同軸のものが用いられる。光学センサ
ー４０２には、例えば、入射光と反射光が同軸の光てこ
方式や臨界角検出等の合焦検出方式や干渉方式などが適
用できる。ここで、入射光と反射光が同軸の光てこ方式
とは、例えば、変位検出対象物に対しては同軸の光路で
あり、変位検出を行う検出器の前で光路がλ/４板など
で分離可能な光てこ方式のことである。

【００８５】このような構成においては、探針１３８の
変位は、ミラー面４０１のずれとして検出される。本変
形例の横から見た図を図３３(ａ)に、ミラー面と光路の
模式図を図３３(ｂ)に示す。このような光路同軸な光学
センサーは、図３３(ｂ)に示されるように、入射光Ｌa
が(１１１)面のミラー面４０１に垂直に入射するように
配置される。このときの測定サンプル表面に対する入射
光の角度は５４.７°である。

【００８６】また、光学センサーは、入射光の光路と反
射光の光路が非同軸な一般の光てこの光学センサーが用
いられてもよい。このような一般の光てこの光学センサ
ーでは、入射光はミラー面４０１の法線に対して傾きを
もって入射されればよく、図３３(ｂ)に示されるよう
に、入射光Ｌbは、例えば、ミラー面４０１に対して１
０°の入射角で入射される。この光てこ方式では、レー
ザー光源とカンチレバーの間に検出器が位置する構成を
示しているが、レーザー光源と検出器の位置、つまり入
射光と反射光の光路は逆に設定されても構わない。

【００８７】さらに、第２の支持部１３６のカンチレバ
ー４４２側の露出面を光学センサーの反射面３０３とし
て用いてもよい。この場合、図３３(ｂ)に示されるよう
に、入射光Ｌcは、例えば、測定サンプル表面に平行
に、すなわち、ミラー面３０１に５４.７°の入射角で
入射される。ミラー面４０１からの反射光は、カンチレ
バーの支持部の反射面４０３に対して７０.６°の入射
角で入射し反射される。反射面４０３を利用した構成で
は、光てこ方式の光路を長くとれるので、より感度の高
い変位検出が行なえる。

【００８８】また、より高い感度で探針の変位を検出す
るため、カンチレバーは、図３５に示されるように、ミ
ラー面４０１に金属膜の反射膜４０４が形成されてもよ
い。この反射膜４０４は、本実施形態の作製工程中の図
７の工程と図８の工程の間に、図３４(ａ)〜図３４(ｄ)
に示される一連の工程を加えることにより形成される。

【００８９】図３４(ａ)〜図３４(ｄ)は、図３の工程の
マスクを図３０に示されるマスクに変更した場合におけ
る図７の工程の直後からの数工程を、図３０におけるＡ
−Ａ'線による断面で示している。図３４(ａ)に示すよ
うに、カンチレバー４４２が形成されている第１の支持
部１１４表面をシリコン酸化膜１３２で覆った後、図３
４(ｂ)に示すように、ミラー面４０１上のシリコン酸化
膜１３２をフォトリソグラフィとエッチングにより除去
する。

【００９０】次に、図３４(ｃ)に示すように、ミラー面
４０１上に金属膜の反射膜４０４を形成する。その後、
図３４(ｄ)に示すように、反射膜４０４を含む第１の支
持部１１４表面全体を再度シリコン酸化膜４０５で覆
う。最後に、上述した実施形態と同様の手順に従い、図
９に示す作製工程を経て完成品のカンチレバーを得る。
完成したカンチレバーの探針付近を反射膜４０４側から
見た図を図３５に示す。

【００９１】以上、本実施形態において、探針の反対
側、言い換えれば、レバー部の探針が形成されている位
置の探針の裏側にシリコン(１１１)面のミラー面４０１
を設けたことにより、光学変位センサーの配置が容易に
行える。また、このミラー面４０１に金属製の反射膜４
０４を形成することにより、光学変位センサーの感度が
向上する。

【００９２】同様に、本実施形態においても探針の裏側
に光学変位センサーで変位検出するための反射膜が形成
されているため、探針の変位変化を直接光学変位センサ
ーで検出することから、探針の正確な変位検出が行え、
しいては、試料表面の正確な凹凸のＳＰＭ測定が可能に
なる。

【００９３】以下、上述した作製方法を応用して作製す
る変位センサーを内蔵した集積型ＡＦＭセンサーについ
て説明する。

【００９４】ひずみ抵抗層を利用した変位センサーを内
蔵した集積型ＡＦＭセンサーを図２４に示す。この集積
型ＡＦＭセンサーは、上述した作製方法にイオン注入と
アルミ電極３１０を形成する工程を加えて作製される。
イオン注入により形成されたひずみ抵抗層３０２はカン
チレバー１４２及び、第１の支持部１１４の表面上に形
成され、アルミ電極３１０により、外部回路と接触可能
にしてある。図２４に示す実施形態においては、Ｐ型の
シリコン基板に、リンもしくはヒ素等を注入してｎ型の
ひずみ抵抗層３０２を形成してある。このため、第１の
支持部１１４から延出しているレバー部１４０の傾きは
<１１０>に対して４５°である。言い換えるならば、レ
バー部の向きは<１００>であり、ｎ型のひずみ抵抗層３
０２の感度が一番高い向きをレバー部として選択してい
る。

【００９５】この集積型ＡＦＭセンサーは、探針部１３
８先端で受けた力により、レバー部１４０が歪み、レバ
ー部１４０表面のひずみ抵抗層３０２抵抗値が変化し、
アルミ電極３１０間に流れる電流量を検出してその変化
量を検出する。この電流量の変化を探針の変位の変化と
して、表面凹凸を画像化する。

【００９６】本実施形態の集積型ＡＦＭセンサーにおい
ては、上述のカンチレバーの作製方法に、わずか２工程
増やすだけで、容易に変位センサーを内蔵することがで
きる。

【００９７】加えて、本実施形態の集積型ＡＦＭセンサ
ーにおいては、探針の変位を検出するセンサーが内蔵さ
れている。このため、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ＳＰＭ測定に好適な微小カン
チレバーにおいても、光学変位センサーの光の大きさを
気にすることなくより小さなカンチレバーの変位測定が
可能になる。

【００９８】本実施形態の集積型ＡＦＭセンサーにおい
ては、ひずみ抵抗層をイオン注入により形成したが、高
濃度のｎ型シリコンを第２のシリコン基板に持つＳＯＩ
基板を用意して作製してもよい。

【００９９】加えて、本実施形態の集積型ＡＦＭセンサ
ーにおいては、ｎ型のひずみ抵抗層３０２を用いたが、
図２５に示すように、ｎ型のシリコン基板に、ボロン等
を注入してｐ型のひずみ抵抗層３０４を形成してもよ
い。ｐ型のひずみ抵抗層３０４を形成した場合は、カン
チレバー１４２のレバー部の形状を図２５に示すよう
に、<１１０>方向に沿った形状にした方がより感度の向
上が見込める。図２５に示す変形例においても、高濃度
のｐ型シリコンを第２のシリコン基板に持つＳＯＩ基板
を用意して作製してもよい。

【０１００】また、本実施形態の集積型ＡＦＭセンサー
において、上述の探針部の変形例の全てをカンチレバー
の探針として設けることは上述の作製方法により容易で
ある。

【０１０１】以下、上述した集積型ＡＦＭセンサーを応
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。

【０１０２】上述した作製方法により作製されるカンチ
レバーでは、探針部及び探針周辺のの形状は、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。

【０１０３】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２６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。

【０１０４】図２６に示されるように、カンチレバー２
４２は、レバー部１４０の面２８６に対して探針部２３
８が垂直に延出しており、その先端部には、探針部２３
８の延出方向に対して左右に位置する一対の終端点２０
１と２０２を有している。他の言い方をすれば、カンチ
レバー２４２は、探針部２３８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２
３８を有している。

【０１０５】探針部２３８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２０３,２０４とで構成
され、終端点２０１,２０２は各々、(１１１)面と(１０
０)面と面２０３,２０４の交点である。

【０１０６】この探針部を形成する際の探針形成部２２
２の形状を図２７に示す。探針形成部２２２は、<１１
０>方向に垂直な面２２６,２２４の先にわずかに傾斜し
た面２０３,２０４により形成されている。面２０３,２
０４の<１１０>を含み(１００)面に垂直な面に対する角
度βは同じである。この探針形成部２２２は、図３の工
程におけるフォトリソグラフィのパターニングの変更に
より容易である。次に図５の工程における窒化シリコン
１１２の除去部分を面２０３,２０４で挟まれた部分の
みにすることにより、その先端に２つの終端点２０１と
２０２を有する探針部２３８を備えるカンチレバー２４
２が作製される。

【０１０７】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２８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。

【０１０８】このカンチレバー２４２を用いた垂直壁測
定の様子を図２９に示す。垂直壁測定は、カンチレバー
２４２を探針部２３８(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
行われる。

【０１０９】また、垂直壁測定の検出には集積型ＡＦＭ
センサーを使用しており、そのひずみ抵抗層はｐ型であ
る。

【０１１０】このようなカンチレバー２４２は、薄い探
針部２３８(２３８')の先端に左右に突出した一対の終
端点２０１(２０１')と２０２(２０２')を有しているた
め、図２９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。

【０１１１】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、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われるすべての実施を含む。

【０１１２】

【発明の効果】本発明によれば、支持部の片側にレバー
部と探針を含む両持ち梁形状のカンチレバーを設けてい
るため、測定に不必要な先端部以外の部分の試料表面へ
の接触が容易に回避でき、加えて、探針先端と測定する
試料表面の位置が容易に観察できるため、両持ち梁形状
のカンチレバーの利点である試料表面の正確な凹凸情報
が短時間で容易に得ることを可能にする。

【０１１３】加えて、本発明によれば、カンチレバーの
バネ定数を任意に柔らかくできるため、探針先端を湾曲
させることなくアスペクト比の高い探針をＳＰＭ測定に
用いることができ、トレンチ溝やコンタクトホールやダ
マシン等の微細化が進むアスペクト比の高い溝や穴など
の測定が正確に行える。

【０１１４】また、光学変位センサーを検出系に使用す
るＳＰＭ測定に用いる本発明のカンチレバーによれば、
探針の真裏に変位検出を行う反射面を設けているため、
探針先端の変位の変位情報が正確に検出できるため、試
料表面の正確なＳＰＭ測定が可能である。

【０１１５】また、歪み抵抗による変位検出を行う本発
明のカンチレバーによれば、探針の変位検出を行う歪み
抵抗がカンチレバー自体に内蔵されているため、カンチ
レバー全体のサイズの微小化が可能となり、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ＳＰＭ
測定に有効である。

【０１１６】また、本発明は、半導体プロセスを応用し
たバッチプロセスで作製されているため、ほぼ同様の特
性を持ち、先端が鋭い探針を持つカンチレバーが同時に
大量に安定して作製できる。

【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】図１〜図８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１０】図３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１１】図５の工程の後に残存する窒化シリコン膜の
探針形成部付近を拡大して示している。

【図１２】図１０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１３】図１２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１４】図９に示されるカンチレバーが測定のため
に、試料表面にほぼ垂直に立てられた様子を示してい
る。

【図１５】レバー部の形状を変更することによりレバー
部のバネ定数の低減を図ったカンチレバーを示してい
る。

【図１６】図７の工程におい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１７】窒化シリコン膜の端部をずらして形成される
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形成さ
れる、レバー部の面と平行な方向に突出する突起が短い
探針部を示している。

【図１９】図３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３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２２】図２１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２３】作製工程を若干変更して得られる両側の支持
部の肩が削られているカンチレバーを示している。

【図２４】ひずみ抵抗層を利用した変位センサーを内蔵
した集積型ＡＦＭセンサーを示している。

【図２５】図２４に示す集積型ＡＦＭセンサーと異な
り、カンチレバーのレバー部が<１１０>方向に沿って延
びている集積型ＡＦＭセンサーを示している。

【図２６】垂直壁測定に好適な探針部を示している。

【図２７】図２６に示す探針部を形成する際の探針形成
部を示している。

【図２８】低温熱酸化処理を施すことにより形成される
垂直壁測定に好適な探針部を示している。

【図２９】図２６または図２８に示す探針部を備えるカ
ンチレバーを用いた垂直壁測定の様子を示している。

【図３０】図３１に示される探針部の反対側に(１１１)
面の反射面を有するカンチレバーを形成するために、図
３の工程で適用される探針形成部のマスクの変形例を示
している。

【図３１】図３０に示されるマスクに従って形成される
探針部の反対側に(１１１)面の反射面を有するカンチレ
バーを示している。

【図３２】図３１に示されるカンチレバーと、その変位
を検出する光学センサーの配置関係を示している。

【図３３】(ａ)は図３２に示すカンチレバーの側面図で
あり、(ｂ)はその光学的反射面の配置の模式図である。

【図３４】図３１に示されるカンチレバーのミラー面に
金属膜の反射膜を形成するための、図７の工程の直後に
追加される一連の数工程を示している。

【図３５】図３４に示される工程を経て後に図９の工程
を経て得られるカンチレバーの探針付近を反射膜側から
見た図である。

【図３６】図９に示されるカンチレバーの変形例を示し
ており、第１の支持部からのレバー部の延出角が０°で
あるカンチレバーの斜視図である。

【符号の説明】

１１４ 第１の支持部 １３６ 第２の支持部 １３８ 探針部 １４０ レバー部 １４２ カンチレバー ２８６ 面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 探針部と両持ち梁形状のレバー部と支持
   部を有する走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおい
   て、 その支持部がレバー部と探針を含む面のほぼ片側に設け
   られている事を特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カン
   チレバー。
2. 【請求項２】 探針部と両持ち梁形状のレバー部と支持
   部を有する走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおい
   て、 探針部の真裏に変位を検出する為の平面(反射面)が設け
   られていることを特徴とする請求項１に記載の走査型プ
   ローブ顕微鏡用カンチレバー。
3. 【請求項３】 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において、 探針部の変位量を歪み抵抗により検出することを特徴と
   する請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡用カンチレ
   バー。