原子間力顕微鏡用カンチレバーとその製造方法
【目的】 先端が鋭利でアスペクト比の高い急峻な形状の探針と、常に一定のバネ定数を有しながらその一端に探針を支える片持つ梁を具備する原子間力顕微鏡用カンチレバー及びそ製造方法を提供すること。
【構成】 充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材１１と、母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁１２と、該片持ち梁１２上の母材１１に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われている。また、片持ち梁を両側から囲むように母材から加工され且つ充分な強度を有する片持ち梁を機械的破損から防ぐための保護板を具備する。
【構成】 充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材１１と、母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁１２と、該片持ち梁１２上の母材１１に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われている。また、片持ち梁を両側から囲むように母材から加工され且つ充分な強度を有する片持ち梁を機械的破損から防ぐための保護板を具備する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子間力顕微鏡用カンチレバーとその製造方法に関し、原子レベルの表面形状測定法として急速に普及しつつある、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に不可欠な探針を組み込んだカンチレバーとその製造方法に関するもので、単にＡＦＭのみならず最近注目されてきている走査型マックスウェルストレス顕微鏡（ＳＭＭ）に対して特に有効なカンチレバーとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】これまでに市販或いは発表されているこの種の原子間力顕微鏡用カンチレバーを整理すると図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す３種類である。図６の（ａ）は現在市販されているカンチレバーで、シリコン単結晶母材５１から主としてＫＯＨ水溶液によるウエットチエッチング法により片持ち梁５２及び探針５３を形成することを特徴としている。探針５３の先端角は用いるシリコン単結晶母材５１の面方位によって決まり、通常（１００）面方位の母材を用いるため、約７０度である。
【０００３】図６の（ｂ）は、T.R.Albrechtらが１９９０年に発表したカンチレバーで、母材５１は（１００）面方位のシリコン単結晶膜を用い、片持ち梁５２と探針５３が熱酸化膜又は窒化膜で形成されている（T.R.Albrecht,et al.,J.Vac.Sci.Technol,A8(1990)3386-3396）。この場合、熱酸化膜の探針５３の先端を先鋭化することが極めて困難であることから、探針先端はあまり鋭くならない。
【０００４】図６の（ｃ）は、M.M.Farooquiらが１９９２年に発表したもので、Ｎ型シリコンの母材５１の表面に高濃度にボロンをドープした層を形成し、その層から片持ち梁５２と探針５３の両方を形成したものである（M.M.Farooqui,et al.,Nanotecnology 3(1992)91-97）。この場合、ボロン拡散層の厚さが探針５３の高さと片持ち梁５２の厚みの合計となるが、該探針５３をドライエッチングで加工した残りの層がそのまま片持ち梁５２の厚みとなる。従って、該高さや厚みは特に探針５３を加工するドライエッチング条件に強く依存する。
【０００５】図６の（ｄ）は、L.C.Kongらが１９９３年に発表したもので、シリコン単結晶の母材５１に片持ち梁５２をシリコン酸化膜又は窒化膜で形成し、該片持ち梁５２の上にポリシリコン層を形成し、それをドライエッチングと熱酸化法によって加工して探針５３を形成している（L.C.Kong.et al.,J.Vac.Sci.Technol,B11(1993)634-641）。この場合、ポリシリコンが０．１μｍ程度の微小粒界を有しているため、それ以下の寸法に探針の先端を尖らせることが困難で、実際発表された探針の先端はその程度の大きさを持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＡＦＭ用カンチレバーが具備すべき条件には下記（１）乃至（３）が必要である。
（１）探針５３が原子レベルの形状評価にふさわしい鋭利な先端を有しつつ大きなアスペクト比（底部の直径に対する探針の高さの比）で加工されていること、（２）片持ち梁５２のバネ定数がいつも一定であること、（３）片持ち梁５２が取扱中の機械的破損に強いこと。
【０００７】上記条件の内（２）については、片持ち梁の膜質は勿論のこと、梁の寸法、特に厚さが高い再現性と安定性を持って形成される必要がある。図６に示す従来例では、いずれの場合も上記三つの条件を同時には満たしていない。即ち、図６の（ａ），（ｂ），（ｄ）のカンチレバーの場合は、探針５３の先端を尖らせることが原理的に困難であり、同図の（ｃ）のカンチレバーの場合は、探針５３の高さと梁５２の厚さが形成プロセスの条件の僅かな変化で大きく変動する欠点を原理的に持っているとともに、内部応力の大きい高濃度ボロン拡散層（１０20個／ｃｍ3）を片持ち梁材料としているため、梁それ自身で最初から撓んでおり、バネ定数もその撓み量によって非線形に変化してしまい、ＡＦＭ測定に重大な支障をきたす。
【０００８】また、いずれの従来例でも、探針５３の高さはせいぜい３〜５μｍ程度であり、アスペクト比は１以下である。また、全ての従来例では片持ち梁５２が母材５１から完全に露出しており、保護機構を有していない。
【０００９】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、先端が鋭利でアスペクト比の高い急峻な形状の探針と、常に一定のバネ定数を有しながらその一端に探針を支える片持ち梁を具備する原子間力顕微鏡用カンチレバー、更に該片持ち梁を機械的損傷から保護する保護板を有する原子間力顕微鏡用カンチレバー及びこれらの原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため本願請求項１の発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の前記母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする。
【００１１】また、本願請求項２の発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針と、シリコン単結晶母材から張り出した片持ち梁の母材側に該片持ち梁から充分な間隔をおき、該片持ち梁を両側から囲むように母材から加工され且つ充分な強度を有する片持ち梁を機械的破損から防ぐための保護板とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする。
【００１２】また、本願請求項１に記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、下記の（ａ）乃至（ｋ）の工程からなることを特徴とする。
（ａ）充分な機械的強度を有する（１００）面方位のシリコン単結晶母材と、その上に熱酸化法により形成されたシリコン酸化膜と、該熱酸化皮膜の上に貼り合わせ法により形成された（１００）面方位のシリコン単結晶膜とから構成される基板を熱酸化することによって、前記熱酸化膜上のシリコン単結晶膜面に０．５〜１μｍの熱酸化膜を形成する工程、（ｂ）前記貼り合わせシリコン単結晶膜表面の熱酸化膜を直径１０〜１５μｍの円形に加工する工程、（ｃ）前記円形に加工された熱酸化膜をマスクとして反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）とＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングを組み合わせた方法により、前記貼り合わせシリコン単結晶膜を概略コーン形探針形状に加工するとともに、該貼り合わせシリコン単結晶膜の下地である熱酸化膜を露出させる工程、（ｄ）前記露出した熱酸化膜を片持ち梁形状に加工する工程、（ｅ）前記（ａ）乃至（ｄ）の工程で形成された構造体の全表面に薄い熱酸化膜を形成する工程、（ｆ）前記概略加工されたコーン形探針を保護するために、厚さ５μｍ以上のレジストを塗布し、且つ前記（ｄ）の工程で加工した片持ち梁形状に位置合わせして該レジストを加工する工程、（ｇ）上記レジストとして（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜を片持ち梁形状に加工してその下地となるシリコン母材を露出させ、且つ前記レジストを剥離する工程、（ｈ）前記（ｇ）の工程で露出した片持ち梁周囲のシリコン母材をＫＯＨ水溶液によるウエットエッチング法によりエッチングして、前記熱酸化膜から成る片持ち梁を該シリコン母材から浮かせる工程、（ｉ）探針表面に前記（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜をエッチングして探針を先鋭化する工程、（ｊ）前記（ｈ）の工程で片持ち梁が母材から浮いている部位を母材裏面からカッターで切り込み、前記片持ち梁裏側の母材を切り離す工程、（ｋ）前記（ａ）乃至（ｊ）の工程で形成された構造体の全表面を薄い導電性薄膜で覆う工程。
【００１３】また、本願請求項２に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、上記（ａ）乃至（ｋ）の工程の内、（ｈ）の工程で前記熱酸化膜から成る片持ち梁から浮いた前記シリコン母材の所望の部位にレーザ光を該片持ち梁裏面に照射するための開口部をドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせた加工法により形成することを特徴とする。
【００１４】
【作用】請求項１に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、上記構造及び上記（ａ）乃至（ｋ）の工程を採用することにより、カンチレバーの母材となるシリコン単結晶体の基板の表面に予め設計された膜厚を有する熱酸化膜（ＳｉＯ2）を形成し、さらにその上に一定の設計値の膜厚でシリコン単結晶体の基板を形成した３層構造の基板を用意し、熱酸化膜を片持ち梁として加工し、その上の一定厚さで形成されたシリコン単結晶体の基板から探針を加工することにより、先端が鋭利で高さが一定のシリコン単結晶からなる探針と、バネ定数が一定な片持ち梁を具備する原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。
【００１５】また、請求項２に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、更に、片持ち梁を取り囲むように充分な機械的強度を有する保護板を設けるので、片持つ梁１２を機械的損傷から保護できる原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。
【００１６】また、探針の材質がシリコン単結晶体であるため、ポリシリコンのように微小粒界などが存在せずドライエッチングと熱酸化を組み合わせた方法などにより、探針の先端の曲率半径を１０ｎｍ以下まで先鋭化できる。
【００１７】シリコン単結晶膜の面方位を（１００）にすることで、ＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速エッチングが可能となり、上記探針の高さを１０μｍ程度まで高くでき、高いアスペクト比の探針が実現できる。
【００１８】また、片持ち梁は一定の膜厚を有する熱酸化膜から形成されシリコン母材から切り離されるが、その際、該母材をエッチングする手段、例えばＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングは該熱酸化膜を全くエッチングしない。そのため、プロセス途中で該熱酸化膜の厚さが変化することなく、片持ち梁は設計値通りの厚さで再現性良く形成されることになり、バネ定数の再現性が極めて高くなる。
【００１９】また、シリコン単結晶体の母材の面方位を（１００）にすることにより、ＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速選択エッチングが可能となるため、該母材から前記保護板を加工することが容易となる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔実施例１〕図１は請求項１に記載する発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの基本構造を示す外観斜視図で、図２は原子間力顕微鏡用カンチレバーの縦断面図である。図１に示すように、本カンチレバーは、厚さが５００μｍ程度のシリコン単結晶からなる母材１１に厚さ１〜２μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）からなる片持ち梁１２が一端で強固に接合されている。この片持ち梁１２は梁部１２ｂと基体部１２ａからなり、該基体部１２ａが母材１１に強固に接合されている。該片持ち梁１２の前記母材１１の側とは反対側の端部にシリコン単結晶から加工された鋭利な先端を有する高アスペクト比のコーン形の探針１３が設けられている。
【００２１】上記探針１３の高さは８〜１０μｍ、アスペクト比は２以上である。また、上記片持ち梁１２の幅は１５〜３０μｍ、張り出し長さは１２０〜１５０μｍである。この時の片持ち梁１２の共鳴振動数は５０ｋＨｚ以上である。
【００２２】上記基本構造の原子間力顕微鏡用カンチレバーの全表面には、導電性を持たせるため金（Ａｕ）薄膜１４で覆っている。この場合の金薄膜１４の厚さは１０ｎｍ以下で充分である。このように構造体の全面を金薄膜１４で覆っても前記共鳴振動数には殆ど変化はない。
【００２３】〔実施例２〕図３は請求項２に記載する発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す外観斜視図である。本カンチレバーは、図１に示すカンチレバーにおいて外部からの機械的応力に弱い片持ち梁１２を機械的破損から保護するための保護板１５，１５が設けられている。該保護板１５，１５は母材１１から張り出した片持ち梁１２の母材１１側に該片持ち梁１２から充分な間隔をおき、該片持ち梁１２を両側から囲むように母材１１から加工され、充分な強度を有する。また、保護板１５と保護板１５の間から片持ち梁１２の裏面に該片持ち梁１２の変位を検知するためのレーザ光を照射できるようになっている。
【００２４】図４及び図５は図１及び図２、図３に示す構造の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造プロセスを説明するための図である。本カンチレバーの製造には厚さ２μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０１を上下から単結晶のシリコン（Ｓｉ）基板１０２，１０３で挟んでなる貼り合わせウエハを使用する。先ずＫＯＨ水溶液で前記貼り合わせウエハの上部の（１００）面方位の単結晶のシリコン基板１０１の面を２０μｍにエッチングし、該シリコン基板１０１の厚さを１０μｍ程度とする。
【００２５】次に、図４の（ａ）に示すように探針１３を形成するため、ＲＩＥのマスクとして厚さ０．７μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０４をシリコン基板１０１の表面に形成する。
【００２６】次に、図４の（ｂ）に示すように探針１３を形成するため、熱酸化膜１０４の上面に直径１０μｍ（又は１５μｍ）の円形パターンのレジスト１０５を形成し、このレジスト１０５をマスクとしてＢＨＦ（緩衝ふっ酸）により、上面に露出している部分の熱酸化膜１０４をエッチング除去する。
【００２７】次に、上記（ｂ）で形成された円形の熱酸化膜１０４をマスクとしてＲＩＥで図４の（ｃ）に示すように、シリコン基板１０２を探針形状部１３−１に加工する。更に、ＫＯＨ水溶液（ＫＯＨ：Ｈ2Ｏ＝３０ｇ：１００ｍｌ）で探針の形を整える。この時探針以外の部分はＲＩＥとＫＯＨによって厚さ２μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０１の表面が露出している。
【００２８】次に、図４の（ｄ）に示すように、露出した熱酸化膜１０１の上面にレジストを塗布し、基体部１２ａと梁部１２ｂからなる片持ち梁１２の形状のレジスト層１０６を熱酸化膜１０１の上面に形成する。更に、ＢＨＰ処理でレジスト層１０６で覆われていない部分の熱酸化膜１０１をエッチングして除去し、熱酸化膜１０１を片持ち梁１２の形状に形成する。
【００２９】次に、図４の（ｅ）に示すように、上記（ｄ）で形成されたレジスト層１０６を剥離し、後に行なうＫＯＨ処理からの保護と探針形状部１３−１の先端先鋭化のために全体を熱酸化し厚さ約０．２μｍの熱酸化膜１０７で全面を覆う。
【００３０】次に、図５の（ａ）に示すように、ＢＨＦ処理から片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１を保護するために、先ずＯＦＰＲ−８６００層１０８を片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１の上面に形成し、更に探針形状部１３−１をＢＨＦから保護するために厚塗り用レジスト（ＡＺ−４６２０；厚さ６μｍ）を２度塗りしてレジスト層１０９を片持ち梁１２の形状の前記ＯＦＰＲ−８６００層１０８の上に形成する。
【００３１】次に、図５の（ｂ）に示すように、ＢＨＦ処理で片持ち梁１２の形状の周囲の前記０．２μｍの熱酸化膜１０７をエッチングして除去し、カンチレバーの土台である母材１１となる部分の単結晶のシリコン基板１０３を露出させた後、片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１を保護したＯＦＰＲ−８６００層１０８とレジスト層１０９を剥離する。
【００３２】次に、図５の（ｃ）に示すように、露出した片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１の周囲のシリコン基板１０３をＫＯＨ水溶液（ＫＯＨ：Ｈ2Ｏ＝３０ｇ：１００ｍｌ）で異方性エッチング処理を行ない、片持ち梁１２の梁部１２ｂの部分を浮かせる。この時、探針形状部１３−１は前記０．２μｍ厚の熱酸化膜１０７で保護されているのでエッチングされることはない。
【００３３】次に、図５の（ｄ）に示すように、探針形状部１３−１を保護している熱酸化膜をＢＨＦでかるくエッチングして探針形状部１３−１の先端を先鋭化し、探針１３を形成する。
【００３４】最後に裏側からシリコン基板１０３を切削し、母材１１を形成し、図１及び図２に示す原子間力顕微鏡用カンチレバーが完成する。また、図３に示す原子間力顕微鏡用カンチレバーとする場合はシリコン基板１０３を切削する過程において、保護板１５，１５を形成すればよい。
【００３５】上記の構造とすることにより、カンチレバーの母材１１となるシリコン単結晶体の基板１０３の表面に予め設計された膜厚を有する熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０１を形成し、さらにその上に一定の設計値の膜厚でシリコン単結晶体の基板１０２を形成した３層構造の基板を用意し、熱酸化膜１０１を片持ち梁１２として加工し、その上の一定厚さで形成されたシリコン単結晶体の基板１０２から探針１３を加工することにより、先端が鋭利で高さが一定のシリコン単結晶からなる探針１３と、バネ定数が一定な片持ち梁１２を具備する原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。更に、片持ち梁１２を取り囲むように充分な機械的強度を有する保護板１５，１５を設けるので、片持つ梁１２を機械的損傷から保護できる原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。
【００３６】また、探針１３の材質がシリコン単結晶であるため、ポリシリコンのように微小粒界などが存在せずドライエッチングと熱酸化を組み合わせた方法などにより、探針１３の先端の曲率半径を１０ｎｍ以下まで先鋭化できる。
【００３７】シリコン単結晶膜の面方位を（１００）にすることで、ＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速エッチングが可能となり、上記探針１３の高さを１０μｍ程度まで高くでき、高いアスペクト比の探針１３が実現できる。これは従来例にみられる、熱酸化膜そのもの或いはポリシリコンから探針１３が形成されている場合には実現できない利点である。
【００３８】また、片持ち梁１２は一定の膜厚を有する熱酸化膜から形成されシリコン母材１１から切り離されるが、その際、該母材１１をエッチングする手段、例えばＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングは該熱酸化膜を全くエッチングしない。そのため、プロセス途中で該熱酸化膜の厚さが変化することなく、従って片持ち梁１２は設計値通りの厚さで再現性良く形成されることになり、バネ定数の再現性が極めて高くなる。
【００３９】また、シリコン単結晶の母材１１の面方位を（１００）にすることにより、前述のＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速選択エッチングが可能となるため、該母材１１から前記保護板１５を加工することが容易となる。最後にカンチレバー全体の導電性を確保する場合には、片持ち梁１２の梁部１２ｂのバネ定数を変えない程度に柔らかく、且つ化学的に安定で変質しない金等を１０ｎｍ程度以下の厚さで全面に塗布する。この塗布は市販のスパッタリング装置を利用することにより、充分に実現できる。
【００４０】なお、前記３層構造の基板は所謂貼り合わせ基板として既に実用化されており、容易に準備することができる。また、それ以外にも、レーザアニール法やイオン注入法などの公知既存の方法で製造できる。
【００４１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば下記のような効果が得られる。
（１）請求項１に記載の構成とすることにより、先端が鋭利でアスペクト比の高い急峻な形状の探針と、常に一定のバネ定数を有しながらその一端に上記探針を支える片持ち梁とを具備する原子力間顕微鏡用カンチレバーが得られる。
【００４２】（２）請求項２に記載の構成とすることにより、支持母材から加工された片持ち梁を機械的損傷から保護する保護板を設けるから、上記原子力間顕微鏡用カンチレバーを機械的損傷に強い構造とすることができる。
【００４３】（３）請求項９又は請求項１０の製造方法を採用することにより、上記のような優れた原子力間顕微鏡用カンチレバーを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す外観斜視図である。
【図４】図４の（ａ）乃至（ｅ）は本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造工程を説明するための図である。
【図５】図５の（ａ）乃至（ｅ）は本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造工程を説明するための図である。
【図６】図６の（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ従来の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す図である。
【符号の説明】
１１ 母材
１２ 片持ち梁
１３ 探針
１４ 金薄膜
１５ 保護板
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子間力顕微鏡用カンチレバーとその製造方法に関し、原子レベルの表面形状測定法として急速に普及しつつある、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に不可欠な探針を組み込んだカンチレバーとその製造方法に関するもので、単にＡＦＭのみならず最近注目されてきている走査型マックスウェルストレス顕微鏡（ＳＭＭ）に対して特に有効なカンチレバーとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】これまでに市販或いは発表されているこの種の原子間力顕微鏡用カンチレバーを整理すると図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す３種類である。図６の（ａ）は現在市販されているカンチレバーで、シリコン単結晶母材５１から主としてＫＯＨ水溶液によるウエットチエッチング法により片持ち梁５２及び探針５３を形成することを特徴としている。探針５３の先端角は用いるシリコン単結晶母材５１の面方位によって決まり、通常（１００）面方位の母材を用いるため、約７０度である。
【０００３】図６の（ｂ）は、T.R.Albrechtらが１９９０年に発表したカンチレバーで、母材５１は（１００）面方位のシリコン単結晶膜を用い、片持ち梁５２と探針５３が熱酸化膜又は窒化膜で形成されている（T.R.Albrecht,et al.,J.Vac.Sci.Technol,A8(1990)3386-3396）。この場合、熱酸化膜の探針５３の先端を先鋭化することが極めて困難であることから、探針先端はあまり鋭くならない。
【０００４】図６の（ｃ）は、M.M.Farooquiらが１９９２年に発表したもので、Ｎ型シリコンの母材５１の表面に高濃度にボロンをドープした層を形成し、その層から片持ち梁５２と探針５３の両方を形成したものである（M.M.Farooqui,et al.,Nanotecnology 3(1992)91-97）。この場合、ボロン拡散層の厚さが探針５３の高さと片持ち梁５２の厚みの合計となるが、該探針５３をドライエッチングで加工した残りの層がそのまま片持ち梁５２の厚みとなる。従って、該高さや厚みは特に探針５３を加工するドライエッチング条件に強く依存する。
【０００５】図６の（ｄ）は、L.C.Kongらが１９９３年に発表したもので、シリコン単結晶の母材５１に片持ち梁５２をシリコン酸化膜又は窒化膜で形成し、該片持ち梁５２の上にポリシリコン層を形成し、それをドライエッチングと熱酸化法によって加工して探針５３を形成している（L.C.Kong.et al.,J.Vac.Sci.Technol,B11(1993)634-641）。この場合、ポリシリコンが０．１μｍ程度の微小粒界を有しているため、それ以下の寸法に探針の先端を尖らせることが困難で、実際発表された探針の先端はその程度の大きさを持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＡＦＭ用カンチレバーが具備すべき条件には下記（１）乃至（３）が必要である。
（１）探針５３が原子レベルの形状評価にふさわしい鋭利な先端を有しつつ大きなアスペクト比（底部の直径に対する探針の高さの比）で加工されていること、（２）片持ち梁５２のバネ定数がいつも一定であること、（３）片持ち梁５２が取扱中の機械的破損に強いこと。
【０００７】上記条件の内（２）については、片持ち梁の膜質は勿論のこと、梁の寸法、特に厚さが高い再現性と安定性を持って形成される必要がある。図６に示す従来例では、いずれの場合も上記三つの条件を同時には満たしていない。即ち、図６の（ａ），（ｂ），（ｄ）のカンチレバーの場合は、探針５３の先端を尖らせることが原理的に困難であり、同図の（ｃ）のカンチレバーの場合は、探針５３の高さと梁５２の厚さが形成プロセスの条件の僅かな変化で大きく変動する欠点を原理的に持っているとともに、内部応力の大きい高濃度ボロン拡散層（１０20個／ｃｍ3）を片持ち梁材料としているため、梁それ自身で最初から撓んでおり、バネ定数もその撓み量によって非線形に変化してしまい、ＡＦＭ測定に重大な支障をきたす。
【０００８】また、いずれの従来例でも、探針５３の高さはせいぜい３〜５μｍ程度であり、アスペクト比は１以下である。また、全ての従来例では片持ち梁５２が母材５１から完全に露出しており、保護機構を有していない。
【０００９】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、先端が鋭利でアスペクト比の高い急峻な形状の探針と、常に一定のバネ定数を有しながらその一端に探針を支える片持ち梁を具備する原子間力顕微鏡用カンチレバー、更に該片持ち梁を機械的損傷から保護する保護板を有する原子間力顕微鏡用カンチレバー及びこれらの原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため本願請求項１の発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の前記母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする。
【００１１】また、本願請求項２の発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針と、シリコン単結晶母材から張り出した片持ち梁の母材側に該片持ち梁から充分な間隔をおき、該片持ち梁を両側から囲むように母材から加工され且つ充分な強度を有する片持ち梁を機械的破損から防ぐための保護板とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする。
【００１２】また、本願請求項１に記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、下記の（ａ）乃至（ｋ）の工程からなることを特徴とする。
（ａ）充分な機械的強度を有する（１００）面方位のシリコン単結晶母材と、その上に熱酸化法により形成されたシリコン酸化膜と、該熱酸化皮膜の上に貼り合わせ法により形成された（１００）面方位のシリコン単結晶膜とから構成される基板を熱酸化することによって、前記熱酸化膜上のシリコン単結晶膜面に０．５〜１μｍの熱酸化膜を形成する工程、（ｂ）前記貼り合わせシリコン単結晶膜表面の熱酸化膜を直径１０〜１５μｍの円形に加工する工程、（ｃ）前記円形に加工された熱酸化膜をマスクとして反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）とＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングを組み合わせた方法により、前記貼り合わせシリコン単結晶膜を概略コーン形探針形状に加工するとともに、該貼り合わせシリコン単結晶膜の下地である熱酸化膜を露出させる工程、（ｄ）前記露出した熱酸化膜を片持ち梁形状に加工する工程、（ｅ）前記（ａ）乃至（ｄ）の工程で形成された構造体の全表面に薄い熱酸化膜を形成する工程、（ｆ）前記概略加工されたコーン形探針を保護するために、厚さ５μｍ以上のレジストを塗布し、且つ前記（ｄ）の工程で加工した片持ち梁形状に位置合わせして該レジストを加工する工程、（ｇ）上記レジストとして（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜を片持ち梁形状に加工してその下地となるシリコン母材を露出させ、且つ前記レジストを剥離する工程、（ｈ）前記（ｇ）の工程で露出した片持ち梁周囲のシリコン母材をＫＯＨ水溶液によるウエットエッチング法によりエッチングして、前記熱酸化膜から成る片持ち梁を該シリコン母材から浮かせる工程、（ｉ）探針表面に前記（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜をエッチングして探針を先鋭化する工程、（ｊ）前記（ｈ）の工程で片持ち梁が母材から浮いている部位を母材裏面からカッターで切り込み、前記片持ち梁裏側の母材を切り離す工程、（ｋ）前記（ａ）乃至（ｊ）の工程で形成された構造体の全表面を薄い導電性薄膜で覆う工程。
【００１３】また、本願請求項２に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、上記（ａ）乃至（ｋ）の工程の内、（ｈ）の工程で前記熱酸化膜から成る片持ち梁から浮いた前記シリコン母材の所望の部位にレーザ光を該片持ち梁裏面に照射するための開口部をドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせた加工法により形成することを特徴とする。
【００１４】
【作用】請求項１に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、上記構造及び上記（ａ）乃至（ｋ）の工程を採用することにより、カンチレバーの母材となるシリコン単結晶体の基板の表面に予め設計された膜厚を有する熱酸化膜（ＳｉＯ2）を形成し、さらにその上に一定の設計値の膜厚でシリコン単結晶体の基板を形成した３層構造の基板を用意し、熱酸化膜を片持ち梁として加工し、その上の一定厚さで形成されたシリコン単結晶体の基板から探針を加工することにより、先端が鋭利で高さが一定のシリコン単結晶からなる探針と、バネ定数が一定な片持ち梁を具備する原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。
【００１５】また、請求項２に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーは、更に、片持ち梁を取り囲むように充分な機械的強度を有する保護板を設けるので、片持つ梁１２を機械的損傷から保護できる原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。
【００１６】また、探針の材質がシリコン単結晶体であるため、ポリシリコンのように微小粒界などが存在せずドライエッチングと熱酸化を組み合わせた方法などにより、探針の先端の曲率半径を１０ｎｍ以下まで先鋭化できる。
【００１７】シリコン単結晶膜の面方位を（１００）にすることで、ＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速エッチングが可能となり、上記探針の高さを１０μｍ程度まで高くでき、高いアスペクト比の探針が実現できる。
【００１８】また、片持ち梁は一定の膜厚を有する熱酸化膜から形成されシリコン母材から切り離されるが、その際、該母材をエッチングする手段、例えばＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングは該熱酸化膜を全くエッチングしない。そのため、プロセス途中で該熱酸化膜の厚さが変化することなく、片持ち梁は設計値通りの厚さで再現性良く形成されることになり、バネ定数の再現性が極めて高くなる。
【００１９】また、シリコン単結晶体の母材の面方位を（１００）にすることにより、ＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速選択エッチングが可能となるため、該母材から前記保護板を加工することが容易となる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔実施例１〕図１は請求項１に記載する発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの基本構造を示す外観斜視図で、図２は原子間力顕微鏡用カンチレバーの縦断面図である。図１に示すように、本カンチレバーは、厚さが５００μｍ程度のシリコン単結晶からなる母材１１に厚さ１〜２μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）からなる片持ち梁１２が一端で強固に接合されている。この片持ち梁１２は梁部１２ｂと基体部１２ａからなり、該基体部１２ａが母材１１に強固に接合されている。該片持ち梁１２の前記母材１１の側とは反対側の端部にシリコン単結晶から加工された鋭利な先端を有する高アスペクト比のコーン形の探針１３が設けられている。
【００２１】上記探針１３の高さは８〜１０μｍ、アスペクト比は２以上である。また、上記片持ち梁１２の幅は１５〜３０μｍ、張り出し長さは１２０〜１５０μｍである。この時の片持ち梁１２の共鳴振動数は５０ｋＨｚ以上である。
【００２２】上記基本構造の原子間力顕微鏡用カンチレバーの全表面には、導電性を持たせるため金（Ａｕ）薄膜１４で覆っている。この場合の金薄膜１４の厚さは１０ｎｍ以下で充分である。このように構造体の全面を金薄膜１４で覆っても前記共鳴振動数には殆ど変化はない。
【００２３】〔実施例２〕図３は請求項２に記載する発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す外観斜視図である。本カンチレバーは、図１に示すカンチレバーにおいて外部からの機械的応力に弱い片持ち梁１２を機械的破損から保護するための保護板１５，１５が設けられている。該保護板１５，１５は母材１１から張り出した片持ち梁１２の母材１１側に該片持ち梁１２から充分な間隔をおき、該片持ち梁１２を両側から囲むように母材１１から加工され、充分な強度を有する。また、保護板１５と保護板１５の間から片持ち梁１２の裏面に該片持ち梁１２の変位を検知するためのレーザ光を照射できるようになっている。
【００２４】図４及び図５は図１及び図２、図３に示す構造の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造プロセスを説明するための図である。本カンチレバーの製造には厚さ２μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０１を上下から単結晶のシリコン（Ｓｉ）基板１０２，１０３で挟んでなる貼り合わせウエハを使用する。先ずＫＯＨ水溶液で前記貼り合わせウエハの上部の（１００）面方位の単結晶のシリコン基板１０１の面を２０μｍにエッチングし、該シリコン基板１０１の厚さを１０μｍ程度とする。
【００２５】次に、図４の（ａ）に示すように探針１３を形成するため、ＲＩＥのマスクとして厚さ０．７μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０４をシリコン基板１０１の表面に形成する。
【００２６】次に、図４の（ｂ）に示すように探針１３を形成するため、熱酸化膜１０４の上面に直径１０μｍ（又は１５μｍ）の円形パターンのレジスト１０５を形成し、このレジスト１０５をマスクとしてＢＨＦ（緩衝ふっ酸）により、上面に露出している部分の熱酸化膜１０４をエッチング除去する。
【００２７】次に、上記（ｂ）で形成された円形の熱酸化膜１０４をマスクとしてＲＩＥで図４の（ｃ）に示すように、シリコン基板１０２を探針形状部１３−１に加工する。更に、ＫＯＨ水溶液（ＫＯＨ：Ｈ2Ｏ＝３０ｇ：１００ｍｌ）で探針の形を整える。この時探針以外の部分はＲＩＥとＫＯＨによって厚さ２μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０１の表面が露出している。
【００２８】次に、図４の（ｄ）に示すように、露出した熱酸化膜１０１の上面にレジストを塗布し、基体部１２ａと梁部１２ｂからなる片持ち梁１２の形状のレジスト層１０６を熱酸化膜１０１の上面に形成する。更に、ＢＨＰ処理でレジスト層１０６で覆われていない部分の熱酸化膜１０１をエッチングして除去し、熱酸化膜１０１を片持ち梁１２の形状に形成する。
【００２９】次に、図４の（ｅ）に示すように、上記（ｄ）で形成されたレジスト層１０６を剥離し、後に行なうＫＯＨ処理からの保護と探針形状部１３−１の先端先鋭化のために全体を熱酸化し厚さ約０．２μｍの熱酸化膜１０７で全面を覆う。
【００３０】次に、図５の（ａ）に示すように、ＢＨＦ処理から片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１を保護するために、先ずＯＦＰＲ−８６００層１０８を片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１の上面に形成し、更に探針形状部１３−１をＢＨＦから保護するために厚塗り用レジスト（ＡＺ−４６２０；厚さ６μｍ）を２度塗りしてレジスト層１０９を片持ち梁１２の形状の前記ＯＦＰＲ−８６００層１０８の上に形成する。
【００３１】次に、図５の（ｂ）に示すように、ＢＨＦ処理で片持ち梁１２の形状の周囲の前記０．２μｍの熱酸化膜１０７をエッチングして除去し、カンチレバーの土台である母材１１となる部分の単結晶のシリコン基板１０３を露出させた後、片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１を保護したＯＦＰＲ−８６００層１０８とレジスト層１０９を剥離する。
【００３２】次に、図５の（ｃ）に示すように、露出した片持ち梁１２の形状の熱酸化膜１０１の周囲のシリコン基板１０３をＫＯＨ水溶液（ＫＯＨ：Ｈ2Ｏ＝３０ｇ：１００ｍｌ）で異方性エッチング処理を行ない、片持ち梁１２の梁部１２ｂの部分を浮かせる。この時、探針形状部１３−１は前記０．２μｍ厚の熱酸化膜１０７で保護されているのでエッチングされることはない。
【００３３】次に、図５の（ｄ）に示すように、探針形状部１３−１を保護している熱酸化膜をＢＨＦでかるくエッチングして探針形状部１３−１の先端を先鋭化し、探針１３を形成する。
【００３４】最後に裏側からシリコン基板１０３を切削し、母材１１を形成し、図１及び図２に示す原子間力顕微鏡用カンチレバーが完成する。また、図３に示す原子間力顕微鏡用カンチレバーとする場合はシリコン基板１０３を切削する過程において、保護板１５，１５を形成すればよい。
【００３５】上記の構造とすることにより、カンチレバーの母材１１となるシリコン単結晶体の基板１０３の表面に予め設計された膜厚を有する熱酸化膜（ＳｉＯ2）１０１を形成し、さらにその上に一定の設計値の膜厚でシリコン単結晶体の基板１０２を形成した３層構造の基板を用意し、熱酸化膜１０１を片持ち梁１２として加工し、その上の一定厚さで形成されたシリコン単結晶体の基板１０２から探針１３を加工することにより、先端が鋭利で高さが一定のシリコン単結晶からなる探針１３と、バネ定数が一定な片持ち梁１２を具備する原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。更に、片持ち梁１２を取り囲むように充分な機械的強度を有する保護板１５，１５を設けるので、片持つ梁１２を機械的損傷から保護できる原子間力顕微鏡用カンチレバーとなる。
【００３６】また、探針１３の材質がシリコン単結晶であるため、ポリシリコンのように微小粒界などが存在せずドライエッチングと熱酸化を組み合わせた方法などにより、探針１３の先端の曲率半径を１０ｎｍ以下まで先鋭化できる。
【００３７】シリコン単結晶膜の面方位を（１００）にすることで、ＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速エッチングが可能となり、上記探針１３の高さを１０μｍ程度まで高くでき、高いアスペクト比の探針１３が実現できる。これは従来例にみられる、熱酸化膜そのもの或いはポリシリコンから探針１３が形成されている場合には実現できない利点である。
【００３８】また、片持ち梁１２は一定の膜厚を有する熱酸化膜から形成されシリコン母材１１から切り離されるが、その際、該母材１１をエッチングする手段、例えばＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングは該熱酸化膜を全くエッチングしない。そのため、プロセス途中で該熱酸化膜の厚さが変化することなく、従って片持ち梁１２は設計値通りの厚さで再現性良く形成されることになり、バネ定数の再現性が極めて高くなる。
【００３９】また、シリコン単結晶の母材１１の面方位を（１００）にすることにより、前述のＫＯＨ水溶液による膜厚方向への高速選択エッチングが可能となるため、該母材１１から前記保護板１５を加工することが容易となる。最後にカンチレバー全体の導電性を確保する場合には、片持ち梁１２の梁部１２ｂのバネ定数を変えない程度に柔らかく、且つ化学的に安定で変質しない金等を１０ｎｍ程度以下の厚さで全面に塗布する。この塗布は市販のスパッタリング装置を利用することにより、充分に実現できる。
【００４０】なお、前記３層構造の基板は所謂貼り合わせ基板として既に実用化されており、容易に準備することができる。また、それ以外にも、レーザアニール法やイオン注入法などの公知既存の方法で製造できる。
【００４１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば下記のような効果が得られる。
（１）請求項１に記載の構成とすることにより、先端が鋭利でアスペクト比の高い急峻な形状の探針と、常に一定のバネ定数を有しながらその一端に上記探針を支える片持ち梁とを具備する原子力間顕微鏡用カンチレバーが得られる。
【００４２】（２）請求項２に記載の構成とすることにより、支持母材から加工された片持ち梁を機械的損傷から保護する保護板を設けるから、上記原子力間顕微鏡用カンチレバーを機械的損傷に強い構造とすることができる。
【００４３】（３）請求項９又は請求項１０の製造方法を採用することにより、上記のような優れた原子力間顕微鏡用カンチレバーを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す外観斜視図である。
【図４】図４の（ａ）乃至（ｅ）は本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造工程を説明するための図である。
【図５】図５の（ａ）乃至（ｅ）は本発明の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造工程を説明するための図である。
【図６】図６の（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ従来の原子間力顕微鏡用カンチレバーの構造を示す図である。
【符号の説明】
１１ 母材
１２ 片持ち梁
１３ 探針
１４ 金薄膜
１５ 保護板
【特許請求の範囲】
【請求項１】 充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の前記母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項２】 充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の前記母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針と、前記シリコン単結晶母材から張り出した前記片持ち梁の前記母材側に該片持ち梁から充分な間隔をおき、該片持ち梁を両側から囲むように前記母材から加工され、充分な強度を有する前記片持ち梁を機械的破損から防ぐための保護板とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項３】 請求項２に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記保護板が前記片持ち梁が原子間力によって撓む量を測定するためのレーザ光を該片持ち梁表面に照射するための開口部を有することを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜の片持ち梁上に形成されたコーン形探針が、該シリコン酸化膜面上に貼り合わせ法により形成されたシリコン単結晶体から加工されたものであることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜面上に貼り合わせ法により形成されたシリコン単結晶体の面方位が（１００）であることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜面上に貼り合わせ法により形成されたシリコン単結晶体の厚さが８〜１０μｍであって、前記コーン形探針の高さが該シリコン単結晶体の厚さと等しいことを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜の片持ち梁の寸法が、厚さが１〜３μｍ、幅１５〜３０μｍ、母材からの張り出し長さ１２０〜１５０μｍで、且つ前記コーン形探針が母材接合部材から１００μｍ以上離れて形成されていることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記カンチレバーの全面を覆っている導電性材料がスパッタリング法で堆積された厚さ１０ｎｍ以下の金であることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項９】 請求項１又は４乃至８のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法であって、下記の（ａ）乃至（ｋ）の工程からなることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。
（ａ）充分な機械的強度を有する（１００）面方位のシリコン単結晶母材と、その上に熱酸化法により形成された熱酸化皮膜（シリコン酸化膜）と、該熱酸化皮膜の上に貼り合わせ法により形成された（１００）面方位のシリコン単結晶膜とから構成される基板を熱酸化することによって、前記熱酸化膜上のシリコン単結晶膜面に０．５〜１μｍの熱酸化膜を形成する工程、（ｂ）前記貼り合わせシリコン単結晶膜表面の熱酸化膜を直径１０〜１５μｍの円形に加工する工程、（ｃ）前記円形に加工された熱酸化膜をマスクとして反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）とＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングを組み合わせた方法により、前記貼り合わせシリコン単結晶膜を概略コーン形探針形状に加工するとともに、該貼り合わせシリコン単結晶膜の下地である熱酸化膜を露出させる工程、（ｄ）前記露出した熱酸化膜を片持ち梁形状に加工する工程、（ｅ）前記（ａ）乃至（ｄ）の工程で形成された構造体の全表面に薄い熱酸化膜を形成する工程、（ｆ）前記概略加工されたコーン形探針を保護するために、厚さ５μｍ以上のレジストを塗布し、且つ前記（ｄ）の工程で加工した片持ち梁形状に位置合わせして該レジストを加工する工程、（ｇ）上記レジストとして（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜を片持ち梁形状に加工してその下地となるシリコン母材を露出させ、且つ前記レジストを剥離する工程、（ｈ）前記（ｇ）の工程で露出した片持ち梁周囲のシリコン母材をＫＯＨ水溶液によるウエットエッチング法によりエッチングして、前記熱酸化膜から成る片持ち梁を該シリコン母材から浮かせる工程、（ｉ）探針表面に前記（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜をエッチングして探針を先鋭化する工程、（ｊ）前記（ｈ）の工程で片持ち梁が母材から浮いている部位を母材裏面からカッターで切り込み、前記片持ち梁裏側の母材を切り離す工程、（ｋ）前記（ａ）乃至（ｊ）の工程で形成された構造体の全表面を薄い導電性薄膜で覆う工程。
【請求項１０】前記請求項２乃至８に記載のいずれか一つに記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法であって、前記請求項９の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法の（ａ）乃至（ｋ）の工程の内、（ｈ）の工程で前記熱酸化膜から成る片持ち梁から浮いた前記シリコン母材の所望の部位にレーザ光を該片持ち梁裏面に照射するための開口部をドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせた加工法により形成することを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。
【請求項１】 充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の前記母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項２】 充分な機械的強度を有するシリコン単結晶母材と、該母材に一端が接合されたシリコン酸化膜からなる片持ち梁と、該片持ち梁上の前記母材に接合された一端とは反対側の一端に形成された鋭い先端を有するコーン形探針と、前記シリコン単結晶母材から張り出した前記片持ち梁の前記母材側に該片持ち梁から充分な間隔をおき、該片持ち梁を両側から囲むように前記母材から加工され、充分な強度を有する前記片持ち梁を機械的破損から防ぐための保護板とを具備し、且つ全表面が導電性薄膜で覆われていることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項３】 請求項２に記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記保護板が前記片持ち梁が原子間力によって撓む量を測定するためのレーザ光を該片持ち梁表面に照射するための開口部を有することを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜の片持ち梁上に形成されたコーン形探針が、該シリコン酸化膜面上に貼り合わせ法により形成されたシリコン単結晶体から加工されたものであることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜面上に貼り合わせ法により形成されたシリコン単結晶体の面方位が（１００）であることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜面上に貼り合わせ法により形成されたシリコン単結晶体の厚さが８〜１０μｍであって、前記コーン形探針の高さが該シリコン単結晶体の厚さと等しいことを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記シリコン酸化膜の片持ち梁の寸法が、厚さが１〜３μｍ、幅１５〜３０μｍ、母材からの張り出し長さ１２０〜１５０μｍで、且つ前記コーン形探針が母材接合部材から１００μｍ以上離れて形成されていることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記カンチレバーの全面を覆っている導電性材料がスパッタリング法で堆積された厚さ１０ｎｍ以下の金であることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー。
【請求項９】 請求項１又は４乃至８のいずれか一つに記載された原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法であって、下記の（ａ）乃至（ｋ）の工程からなることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。
（ａ）充分な機械的強度を有する（１００）面方位のシリコン単結晶母材と、その上に熱酸化法により形成された熱酸化皮膜（シリコン酸化膜）と、該熱酸化皮膜の上に貼り合わせ法により形成された（１００）面方位のシリコン単結晶膜とから構成される基板を熱酸化することによって、前記熱酸化膜上のシリコン単結晶膜面に０．５〜１μｍの熱酸化膜を形成する工程、（ｂ）前記貼り合わせシリコン単結晶膜表面の熱酸化膜を直径１０〜１５μｍの円形に加工する工程、（ｃ）前記円形に加工された熱酸化膜をマスクとして反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）とＫＯＨ水溶液によるウエットエッチングを組み合わせた方法により、前記貼り合わせシリコン単結晶膜を概略コーン形探針形状に加工するとともに、該貼り合わせシリコン単結晶膜の下地である熱酸化膜を露出させる工程、（ｄ）前記露出した熱酸化膜を片持ち梁形状に加工する工程、（ｅ）前記（ａ）乃至（ｄ）の工程で形成された構造体の全表面に薄い熱酸化膜を形成する工程、（ｆ）前記概略加工されたコーン形探針を保護するために、厚さ５μｍ以上のレジストを塗布し、且つ前記（ｄ）の工程で加工した片持ち梁形状に位置合わせして該レジストを加工する工程、（ｇ）上記レジストとして（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜を片持ち梁形状に加工してその下地となるシリコン母材を露出させ、且つ前記レジストを剥離する工程、（ｈ）前記（ｇ）の工程で露出した片持ち梁周囲のシリコン母材をＫＯＨ水溶液によるウエットエッチング法によりエッチングして、前記熱酸化膜から成る片持ち梁を該シリコン母材から浮かせる工程、（ｉ）探針表面に前記（ｅ）の工程で形成された薄い熱酸化膜をエッチングして探針を先鋭化する工程、（ｊ）前記（ｈ）の工程で片持ち梁が母材から浮いている部位を母材裏面からカッターで切り込み、前記片持ち梁裏側の母材を切り離す工程、（ｋ）前記（ａ）乃至（ｊ）の工程で形成された構造体の全表面を薄い導電性薄膜で覆う工程。
【請求項１０】前記請求項２乃至８に記載のいずれか一つに記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法であって、前記請求項９の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法の（ａ）乃至（ｋ）の工程の内、（ｈ）の工程で前記熱酸化膜から成る片持ち梁から浮いた前記シリコン母材の所望の部位にレーザ光を該片持ち梁裏面に照射するための開口部をドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせた加工法により形成することを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開平７−９２１７３
【公開日】平成７年（１９９５）４月７日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−２６１４８０
【出願日】平成５年（１９９３）９月２４日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【上記１名の復代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】熊谷 隆 （外２名）
【出願人】（０００１４０１００）株式会社荏原総合研究所 (6)
【上記１名の代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】熊谷 隆 （外１名）
【公開日】平成７年（１９９５）４月７日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）９月２４日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【上記１名の復代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】熊谷 隆 （外２名）
【出願人】（０００１４０１００）株式会社荏原総合研究所 (6)
【上記１名の代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】熊谷 隆 （外１名）
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