(57)【要約】【課題】  走査型プローブ顕微鏡での利用に適したカンチレバーを高い歩留まりと高い信頼性で安価に製造する。【解決手段】カンチレバーを構成するプローブは半導体、又は半導体関連材料により一体成型で作製し、大台座(主に装置取り付け等に使用)はセラミックス、又はガラス、又は水晶で作製して両者を接着、或いは接合して複合化することによりカンチレバーを形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームまたはチップの少なくとも一方を備えたプローブと、当該プローブを支持する台座とから構成されるカンチレバーであって、半導体で作製したプローブとセラミックスで作製した大台座を高精度に接着又は接合することにより複合化して形成されていることを特徴とするカンチレバー。
【請求項２】
前記大台座としてガラスで作成したものを用いて形成されていることを特徴とする請求項１記載のカンチレバー。
【請求項３】
前記大台座として水晶で作成したものを用いて形成されていることを特徴とする請求項１記載のカンチレバー。
【請求項４】
前記半導体、又は半導体関連材料としてシリコン（Ｓｉ）を用いて作製したプローブをもつ請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバー
【請求項５】
前記半導体、又は半導体関連材料としてシリコン酸化物（ＳｉＯｘ、ただし０＜ｘ＜１）を用いて作製したプローブをもつ請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバー。
【請求項６】
前記半導体、又は半導体関連材料としてシリコン窒化物（ＳｉＮｘ、ただし０＜ｘ＜１）を用いて作製したプローブをもつ請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバー。
【請求項７】
前記半導体、又は半導体関連材料として砒素系３−５族化合物半導体（ＩｎｘＧａｙＡｌｚＡｓ、ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）により形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバー。
【請求項８】
前記半導体として、アンチモン系３−５族化合物半導体（ＩｎｘＧａｙＡｌｚＳｂ、ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いて作製したプローブをもつことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバー。
【請求項９】
前記半導体として、窒素系３−５族化合物半導体（ＩｎｘＧａｙＡｌｚＮ、ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いて作製したプローブをもつ請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバー。
【請求項１０】
請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバーにおいて、請求項４ないし９のいずれか記載の半導体、または半導体関連材料で作製したプローブと大台座を、エポキシ系接着剤で接合することを特徴とするカンチレバー。  
【請求項１１】
請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバーにおいて、請求項４ないし９のいずれか記載の半導体、又は半導体関連材料で作製したプローブと大台座を、間に挟んだガラス（粒）を溶融して接合することを特徴とするカンチレバー。  
【請求項１２】
請求項１ないし３のいずれか記載のカンチレバーにおいて、請求項４ないし９のいずれか記載の半導体、又は半導体関連材料で作製したプローブと大台座を、間に挟んだ金属（粒）を溶融して接合することを特徴とするカンチレバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査プローブ顕微鏡用の部品（カンチレバー）として利用する。特に、走査プローブ顕微鏡において、原子間力、静電気力、磁気力をビーム(梁)のたわみ、或いはビームの共振周波数の変化として検出できるカンチレバーに関するものである。また特に、同じく走査プローブ顕微鏡においてチップ（探針）先端から発光できたり、或いはチップ先端で受光できたりするチップをもつカンチレバーに関するものである。さらに、特に各種センサーへの応用において、チップ、またはビームに修飾した吸着剤などにより気相中の物質や液相中の物質を吸着することによりビームのたわみ、または共振周波数が変化し、その物質のセンサーとして利用できるカンチレバーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査プローブ顕微鏡分野、或いはセンサー分野において用いられてきたカンチレバーはその殆どがシリコン、及びその関連材料（例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなど）を素材とするものであった。（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００３】
これらのカンチレバーは、シリコン結晶からリソグラフィ技術とエッチング技術により一体成型で作られる場合が殆どのため、製造設備、装置が大型になり多品種少量生産には不向きで、製品としての精度、均一性、歩留まりを向上させることが困難であり、また一個当たりの製造コストも大きくなるという問題があった。
【０００４】
また、シリコンを用いたカンチレバーはその素材故に、光信号、磁気信号などを効率良く扱ったり、検出したりするカンチレバーとしては必ずしも最適ではないという問題点があった。また走査プローブ顕微鏡分野、或いはセンサー分野の両方において、カンチレバーで得られた種々の微小信号を低雑音で直ちに増幅することもしばしば求められるが、その用途に供される微小信号増幅器自体の性能はシリコン素材よりも３−５族化合物半導体素材の方が優れているにも拘らず、シリコンを素材として用いる場合にはカンチレバーと当該化合物半導体増幅器をモノリシックで一体化できないという問題点があった。
【０００５】
シリコン以外の半導体を用いたカンチレバーでは、光信号、磁気信号などを効率良く扱ったり、検出したりすることができ、光信号を扱う素子、磁気信号を扱う素子、前記増幅器などをその半導体自身で作製することができるため、カンチレバーとの一体化、複合化が容易である。また、これらのカンチレバーはシリコンの場合と同じく当該半導体材料からの一体成型で作製可能であるが、特に化合物半導体の場合は原料のコストが高いためカンチレバーの製造コストも著しく高くなり、製品としての実用化に問題があった。（特許文献２を参照）
【特許文献１】特開平８−２６２０３９号公報
【特許文献２】特開平７−５０３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような問題を解決する技術として本発明は、シリコン、または化合物半導体で作製したプローブ（チップ+ビーム+小台座）とセラミックス等で作製した台座を複合化して製造するカンチレバーを、高機能、又は多機能、かつ高い精度、均一性、歩留まり、信頼性をもつ走査プローブ顕微鏡用、又はセンサー用カンチレバーとして安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は、シリコン、及びシリコン関連材料、砒素系、アンチモン系、窒素系3−5族化合物半導体で作製したビーム+チップ、或いは小台座+ビーム+チップとセラミックス、ガラス、水晶で作製した台座を複合化してカンチレバーを製造するもので、プローブ（チップ+ビーム+小台座）の作製には半導体の種類に応じた湿式(ウエット)、又は乾式エッチングを利用した一体成型法を用いる。
【０００８】
また、台座部は特殊なセラミックスにマイクロ機械加工を施すか、または、ガラス板、水晶版を切断加工して製作する。そのようにしてそれぞれ作製したプローブ(ビーム+チップ、或いは小台座+ビーム+チップ)と台座を接合、又は複合化して、走査プローブ顕微鏡用、又はセンサー用カンチレバーを製造する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体で作製したプローブ(チップ+ビーム+小台座)とセラミックス等で作製した台座を複合化して走査プローブ顕微鏡用、又はセンサー用カンチレバーを安価に製造・提供することが容易となる。また、異方性エッチング技術を主とする半導体プロセス技術を応用すれば、プローブ(チップ+ビーム+小台座)を作製する半導体としてシリコン以外の適切様々な化合物半導体を用いることが可能となり、高機能、又は多機能で高い信頼性をもつカンチレバーを安価に製造・提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した微小カンチレバー及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施形態を説明する図であり、走査型プローブ顕微鏡用半導体・セラミックス複合カンチレバーの構造及び利用方法を示す。チップ1、ビーム2、小台座3は請求範囲記載の各種半導体からエッチング等を利用した一体成型法によりプローブとして作製される。大台座4はセラミックス、又はガラス、又は水晶を加工することにより作製され、一体成型されたプローブ（１＋２＋３）と大台座4は小台座3と大台座4を接着剤等により張り合わせるか、又は高温で液体化するガラス、又は金属を間に挟んで圧着することにより複合化する。  
【００１２】
この複合化により完成されたカンチレバーは、図1中の矢印に示すようにチップ1の先端を観察したい物質表面から一定の距離（縦矢印で示すような微小な振動も含む）をおいた平行平面内で走査し、それに伴う表面との各種相互作用力を検出することにより表面の解析を行う。相互作用力が原子間力、又は摩擦力の時には絶縁性の半導体により作製したチップを用いる。相互作用力が磁気力のときには、磁性膜を被覆したチップ、又は磁性半導体により作製したチップを用いる。相互作用が光学的な場合には先端に発光機能、又は受光機能をもたせた誘電体、又は半導体チップを用いる。この場合、走査に付随して試料表面を局所的に光で照射したり、試料表面からの光信号を局所的に収集・検出できる。
【００１３】
一方、センサーとしての応用では、特にチップ1、又はビーム２の（先端）部分に様々の物理的、化学的、又は生物関連の修飾を施すことにより、圧力、加速度、ガス、薬品、酵素、たんぱく質、DNAなどに対する高感度センサーとしての応用が期待できる。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【００１５】
プローブ(チップ+ビーム+小台座)を一体成型で作製する製造方法を以下に説明する。図２に製造方法の実施例を工程毎の断面図により示す。
【００１６】
この実施例ではまず、半導体（基板）の両面にレジストを塗布し図２(a)、片面のレジストのみをチップ作製のためパターニングする図２(b)。この際のパターン計上は、円、または4角形としその直径、または一辺は約10~20μmとする。
【００１７】
これにウエット、またはドライ方式の異方性エッチングを施し、先端の鋭い(即ち、アスペクト比が大きく曲率半径が小さい)チップを形成する図2(c)。このときエッチング速度はなるべく遅いことが必要であり、半導体がGaAsでウエットエッチングを用いる場合には、燐酸系のエッチャントが適している。このときの曲率半径の目標値は数10nm以下が望ましい。
【００１８】
形成したチップを保護するため表面に再び厚膜レジストを塗布する図2(d)。
【００１９】
次にその厚膜レジストをビーム形成のためパターニングする図2(e)。
【００２０】
これに再度異方性エッチングを施してビームを形成する図2(f)。このときエッチングは比較的深い(数10μm)エッチングであるため、エッチング速度が速めのエッチングが望ましい。半導体がGaAsでウエットエッチングを用いる場合には、硫酸系のエッチャントが適している。
【００２１】
ビーム形成の後表面のレジストは(チップ保護の役割ももつため)そのままにしておき、小台座形成のための裏面レジストのパターニングを行う図2(g)。
【００２２】
この状態で3度目の異方性エッチングを裏面から行い小台座を形成する図2(h)。この際はビーム形成時よりもさらに深い(数100μm)エッチングを行うためよりエッチング速度の早い方法が望ましい。半導体がGaAsでウエットエッチングを用いる場合には、この際もやはり硫酸系のエッチャントが適している。
【００２３】
最後に表面・裏面のレジストを除去し、小台座をもつビーム+チップが完成する図2(i)。小台座の下面を利用して接着剤などによりセラミックス、またはガラス、または水晶で作製した(大きい)台座に固定すれば、半導体・セラミックス複合カンチレバーが完成する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態を説明する図。
【図２】製造方法の実施例を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１  チップ（探針）、２  ビーム（梁）、３  小台座、４  大台座、５  レジスト、６  半導体、又は、半導体関連材料、７  チップ用レジストパターン（マスキング）、８  ビーム用レジストパターン（マスキング）、９  小台座用レジストパターン（マスキング）
【図１】
2008122330.tif 000003
【図２】
2008122330.tif 000004