(57)【要約】【課題】支持部によるレーザー光のけられを抑えると共に、レバー長のばらつきを低減して安定した高い共振周波数を有するショートレバー型のＳＰＭカンチレバー及びその製造方法を提供する。【解決手段】単結晶シリコン製の支持部１と、該支持部に固定された該支持部より伸びるように配置された窒化シリコン膜からなるレバー部２と、該レバー部の自由端近傍に設けられた窒化シリコン膜からなる探針部３とを備え、前記レバー部のレバー長は５０μｍ以下とし、前記レバー部の固定端に接する前記支持部のレバー部伸長方向面は、（１１１）面からなる後退傾斜面で形成し、ＳＰＭカンチレバーを構成する。【選択図】　　　　図１
2004012401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン製支持部と、該支持部に固定され該支持部より伸びるように配置されたシリコン又はシリコン化合膜からなるレバー部と、該レバー部の自由端近傍に設けられたシリコン又はシリコン化合膜からなる探針部とを備え、前記レバー部のレバー長を５０μｍ以下としたＳＰＭカンチレバーにおいて、前記レバー部の固定端に接する前記支持部のレバー部伸長方向面は、（１１１）面からなる後退傾斜面で構成されていることを特徴とするＳＰＭカンチレバー。
【請求項２】
前記レバー部の固定端部分に、アルカリ溶液に対しシリコンとの選択比が５０以上あるシリコン化合膜からなるバッファ部が設けられていることを特徴とする請求項１に係るＳＰＭカンチレバー。
【請求項３】
前記支持部は、底面に突出部を有し、前記レバー部は前記突出部に固定され該突出部から伸びるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に係るＳＰＭカンチレバー。
【請求項４】
前記支持部に、ＳＰＭ装置に装着の際のホルダー当てつけ用凹部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係るＳＰＭカンチレバー。
【請求項５】
前記シリコン化合膜は、低応力のシリコン化合膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に係るＳＰＭカンチレバー。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法において、前記探針部を、シリコン基板の（１１１）斜面上に一部重ね合わせた２枚のマスクを用いて露光・エッチング処理により形成する工程を含むことを特徴とするＳＰＭカンチレバーの製造方法。
【請求項７】
前記レバー部の固定端に合わせたマスクを用いてシリコン基板裏面あるいは表面から垂直にＤｅｅｐ−ＲＩＥを行った後、異方性のアルカリ溶液エッチングを行って支持部を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項６に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に用いるＳＰＭカンチレバー、特にレバー長の短いショートレバー型のＳＰＭカンチレバー及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＳＰＭカンチレバーとして、ピラミダル探針部を有するＳＰＭカンチレバーの断面構造を、図１０に示す。図１０において、１０１　はガラスを加工して作製したカンチレバー支持部、１０２　は支持部１０１　に支持され該支持部１０１　より伸びるように配置されたレバー部、１０３　はレバー部１０２　の自由端側に測定試料表面１０４　に向かって配置されたピラミダル探針部であり、レバー部１０２　及び探針部１０３　は窒化シリコン製である。そして、市販のＳＰＭカンチレバーでは、レバー部１０２　の支持部１０１　より伸びている部分の長さであるレバー長は、６０μｍ以上であり、一般には　２００μｍ程度の長さのカンチレバーが使われている。探針部先端の曲率半径は２０ｎｍ〜４０ｎｍ以下で、分解能が高く、高解像度の測定が可能であり、バネ定数も１Ｎ／ｍ以下と低く、測定試料が柔らかい場合も測定が可能であるが、共振周波数は大気中でもせいぜい数十ｋＨｚ　である。
【０００３】
一方、シリコン製のテトラ探針部を有するＳＰＭカンチレバーにおいても、探針部先端の曲率半径は１０ｎｍ程度以下ではあるが、一般にはレバー部のレバー長は１００μｍから　２５０μｍと長く、共振周波数は大気中で数百ｋＨｚ　，液中では高々数十ｋＨｚ　程度である。また、レバー部の厚さに関しては、厚い方が制御しやすいため製造も容易であるが、極端に硬く、バネ定数の大きな特性のものになってしまい、ＳＰＭ測定の際には、測定試料及び探針部にダメージを与えてしまう。したがって、レバー部の厚さは薄い方が好ましいが、シリコンの薄膜制御は非常に難しいため、２〜５μｍのレバー厚のものが多く利用されている。このようなＳＰＭカンチレバーにおいては、バネ定数は窒化シリコン製のピラミダル探針を有するＳＰＭカンチレバーに比べて高く、数十Ｎ／ｍ程度の特性をもつものもある。
【０００４】
しかしながら、最近はＳＰＭ測定において高速化や高解像度化の要求が高くなっており、そのためには共振周波数が高く、且つ測定試料が柔らかい場合には傷つけずにスキャンさせるために、バネ定数の小さい柔らかなレバーが要求される。従来のＳＰＭカンチレバーでは共振周波数が低いため、高速化の要求を満たすことが困難になったり、比較的共振周波数が高いＳＰＭカンチレバーであると、バネ定数が大きいため、測定試料や探針部にダメージを与えてしまう。更に、ガラス製支持部１０１　を備えたレバー長が短いＳＰＭカンチレバーの場合は、図１１に示すように、レーザー光１１１　がガラス支持部１０１　に遮られてしまい、レバー部１１２　の表面まで届かない問題が生じ、測定自体できないことが発生する。
【０００５】
また、ＥＢＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で探針部を形成したり、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ　Ｎａｎｏ　Ｔｕｂｅ）を用いて探針部を形成して、ＳＰＭカンチレバーの探針部の質量を軽減し、共振周波数を高くする手法がある。しかし、探針部先端の曲率半径は、５０ｎｍ〜１０ｎｍと大きくなるため、分解能が低下し、高解像度の測定が不可能になってしまうと共に、これらの探針部を精度良く形成するのは、非常に困難である。またＥＢＤ，ＣＮＴ探針部は、その取り付け部の接着強度が弱く、測定中に脱落してしまう問題も発生する。
【０００６】
以上のような不具合を解消するものとして、レバー部のレバー長の短いＳＰＭカンチレバー、いわゆるショートレバー型のＳＰＭカンチレバーが注目を浴びている。ＳＰＭカンチレバーの共振周波数は、レバー長とレバー厚に依存しており、レバー長をＬ，レバー厚をｔとすれば共振周波数ｆは、ｆ∝（ｔ／Ｌ２）のように表すことができる。すなわち、レバー長を短く、レバー厚を厚くすれば共振周波数は高くなるが、レバー長の方が支配的であるため、レバー厚を厚くするよりもレバー長を短くすれば、その効果は顕著になる。
【０００７】
研究あるいは実験レベルのショートレバー型のＳＰＭカンチレバーの場合、レバー長は１０μｍ程度のものが試作されており、共振周波数は大気中では１〜２ＭＨｚ　以上、液中でも　５００ｋＨｚ　以上が可能である。更に、バネ定数ｋは、レバー厚ｔとレバー長Ｌとの間に、ｋ∝ｔ３／Ｌ３のような関係がある。したがって、窒化シリコン製のレバー部を備えたＳＰＭカンチレバーの場合、薄膜制御が比較的容易であるため、３乗で効いてくるレバー厚を薄くすることができ、共振周波数が高い状態でバネ定数を小さくすることができるので、柔らかなＳＰＭカンチレバーを用いて高速測定が可能になる。勿論、共振周波数やバネ定数以外にも、ショートレバー型のＳＰＭカンチレバーにすることで、レバー部面積が小さくなり、レバー部の揺らぎに起因する測定ノイズも小さくなり、測定精度は向上する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ショートレバー型のＳＰＭカンチレバーには、次のような課題がある。まず、支持部を含めた全体の長さが３ｍｍ〜４ｍｍのＳＰＭカンチレバーの先端に、１０μｍ程度のレバー部を設け、そして該レバー部の先端に探針部を形成する必要があり、このように非常に短いレバー部を精度よく、ばらつきを抑えて形成するのは非常に困難である。
【０００９】
従来のＳＰＭカンチレバーの製造方法では、シリコン基板表面側にレバー部や探針部を形成した後、支持部となる形状を、異方性ウエットエッチングによってシリコン基板の裏面側より形成するため、図１２に示すように、レバー部２０２　の固定端２０２ａの位置が、シリコンウエハ基板の厚さのばらつきや異方性ウエットエッチングばらつきによって、矢印で示すように大きく左右されてしまう。具体的には、支持部２０１　の厚さが　３００μｍ程度のＳＰＭカンチレバーでは、最低でも±１０μｍ程度以上のレバー部２０２　のレバー長のばらつきが発生する。なお、図１２において、２０３　は探針部である。したがって、長さが５０μｍ程度以下のレバー部２０２を形成する場合、このばらつきは致命的であり、最悪の場合には、設計通りのレバー長を有するレバー部が形成できなくなってしまう。
【００１０】
このようなレバー部のレバー長のばらつきを抑えるには、Ｓｉ　ウエハの厚さのばらつきが小さいものを用い、且つ支持部形成時のエッチングのばらつきを抑える必要があるが、その方法も容易ではない。また、ＳＰＭカンチレバーの製造コストも非常に高くなってしまう。更に、レバー部のレバー長のばらつきにより共振周波数がばらついてしまい、レバー長が短くなった場合は、バネ定数が高くなり測定試料にダメージを与えるだけでなく、探針部の磨耗を促進させることになる。逆にレバー長が長くなった場合は、共振周波数が低下し高速動作ができなくなる。
【００１１】
一方、図１３の（Ａ）に示すように、従来の原子間力顕微鏡などのＳＰＭで測定するとき、ＳＰＭカンチレバー３０１　を試料３０２　に対して１０°程度傾けてホルダー３０３　に装着している。そのため、ＳＰＭカンチレバー３０１　の全体の長さ（チップ長）が３ｍｍ程度の場合、中心部をホルダー当てつけアーム３０４　の当てつけ部とすると、ホルダー当てつけアーム３０４　と試料３０２　とのギャップは０．２５ｍｍ程度となり、図示のような測定状態になる。これがショートレバー型のＳＰＭカンチレバー３０５　の場合、図１３の（Ｂ）に示すように、そのギャップが１０％以上狭まり、ホルダー当てつけアーム３０４　が試料３０２　と接触してしまう問題が発生してしまう。また、ショートレバー型のＳＰＭカンチレバーにより高速動作を行う場合、探針部の質量が大きい場合には共振周波数を低下させる原因になってしまい、高速動作が行えない。
【００１２】
更に、図１４の（Ａ），（Ｂ）に示すようにＳＰＭカンチレバー３０１　，３０５　の支持部３０１ａ，３０５ａが傾いてホルダー３０３　にセットされていると、図１４の（Ａ）に示すような従来のＳＰＭカンチレバーの場合、支持部３０１ａと測定試料３０２　間のギャップが十分あるため、支持部３０１ａの肩部が測定試料３０２　に接触することはない。それに対し、図１４の（Ｂ）に示すようにショートレバー型のＳＰＭカンチレバーの場合、支持部３０５ａの肩部分が容易に測定試料３０２　と接触してしまい、取り扱いが難しい。以上のように、精度のよい測定が不可能になるばかりか、測定自体ができなくなる恐れがある。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、共振周波数が高く高速測定が可能なショートレバー型ＳＰＭカンチレバーを簡単に精度良く製造可能とし、レバー部のレバー長のばらつきを低減して、短いレバー長のレバー部でも精度良く、ばらつきのない安定した高い共振周波数が得られるようにしたＳＰＭカンチレバーを提供することを目的とする。また、ＳＰＭ装置への装着がし易くなると共に、試料測定の際に支持部によるレーザー光のけられがなく、試料を傷つけることなしに安定した測定を可能としたＳＰＭカンチレバーを提供することを目的とする。
【００１４】
請求項毎の目的を述べると、請求項１に係る発明は、支持部によるレーザー光のけられのない、高い共振周波数を有するＳＰＭカンチレバーを提供することを目的とする。請求項２に係る発明は、ウエハの厚さや異方性ウエットエッチングのばらつきが発生しても、レバー長のばらつきによる共振周波数やバネ定数等の特性への悪影響を抑えることの可能なＳＰＭカンチレバーを提供することを目的とする。請求項３及び４に係る発明は、ＳＰＭ装置への装着が容易で、測定試料を傷つけることなく正確な測定が可能なＳＰＭカンチレバーを提供することを目的とする。請求項５に係る発明は、薄膜で小さいレバー部を備える場合においても、レバー部と探針部を一体構造で作製することが容易で、より強度の高いＳＰＭカンチレバーを提供することを目的とする。請求項６に係る発明は、鋭い探針頂角を有する探針部を備えたＳＰＭカンチレバーを製造する方法を提供することを目的とする。請求項７に係る発明は、ショートレバー型のＳＰＭカンチレバーの最適な製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、単結晶シリコン製支持部と、該支持部に固定され該支持部より伸びるように配置されたシリコン又はシリコン化合膜からなるレバー部と、該レバー部の自由端近傍に設けられたシリコン又はシリコン化合膜からなる探針部とを備え、前記レバー部のレバー長を５０μｍ以下としたＳＰＭカンチレバーにおいて、前記レバー部の固定端に接する前記支持部のレバー部伸長方向面は、（１１１）面からなる後退傾斜面で構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
このように構成されたＳＰＭカンチレバーにおいては、レバー部の固定端に接する支持部のレバー部伸長方向面が、（１１１）面からなる後退傾斜面で構成されているので、支持部によるレーザー光のけられを抑えることの可能な高い共振周波数を有するショートＳＰＭカンチレバーを実現することができる。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係るＳＰＭカンチレバーにおいて、前記レバー部の固定端部分に、アルカリ溶液に対しシリコンとの選択比が５０以上あるシリコン化合膜からなるバッファ部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
このように構成されたＳＰＭカンチレバーにおいては、レバー部の固定端部分にバッファ部が設けられているので、ウエハの厚さのばらつきあるいは異方性ウエットエッチングのばらつきが発生したとしても、ばらつきはバッファ部で吸収され、レバー部のレバー長のばらつきが抑えられた安定した共振周波数を有するＳＰＭカンチレバーが得られる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係るＳＰＭカンチレバーにおいて、前記支持部は、底面に突出部を有し、前記レバー部は前記突出部に固定され該突出部から伸びるように設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】
このような構成とすることにより、ショートレバー型のＳＰＭカンチレバーにおいても、ＳＰＭ装置への装着が容易で、測定試料を傷つけることなく正確な測定が可能となる。
【００２１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係るＳＰＭカンチレバーにおいて、前記支持部に、ＳＰＭ装置に装着の際のホルダー当てつけ用凹部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２２】
このように構成されたＳＰＭカンチレバーにおいては、支持部にホルダー当てつけ用凹部を設けているので、ＳＰＭ装置への装着が容易で、測定試料を傷つけることなく正確な測定が可能となる。
【００２３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係るＳＰＭカンチレバーにおいて、前記シリコン化合膜は、低応力のシリコン化合膜であることを特徴とするものである。
【００２４】
このように構成されたＳＰＭカンチレバーにおいては、前記シリコン化合膜として低応力のシリコン化合膜を用いているので、膜の内部応力が緩和され、薄膜で小さいレバー部を備えた場合においても、レバー部の反りを抑えてレーザー反射光を感度良くフォトディテクターで検出できる構造のＳＰＭカンチレバーを形成することができる。また、レバー部と探針部を一体構造で作製することができるため、より強度の高いＳＰＭカンチレバーを実現することが可能となる。
【００２５】
請求項６に係る発明は、前記請求項１〜５のいずれか１項に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法において、前記探針部を、シリコン基板の（１１１）斜面上に一部重ね合わせた２枚のマスクを用いて露光・エッチング処理により形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２６】
このように一部重ね合わせた２枚のマスクを用いて探針部を露光・エッチング処理により形成することにより、２枚のマスクのパターンエッジの交点により探針部が形成されるため、頂角がより鋭い探針部を備えたカンチレバーを容易に製造することができる。
【００２７】
請求項７に係る発明は、請求項６に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法において、前記レバー部の固定端に合わせたマスクを用いてシリコン基板裏面あるいは表面から垂直にＤｅｅｐ−ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行った後、異方性のアルカリ溶液エッチングを行って支持部を形成する工程を備えていることを特徴とするものである。
【００２８】
このような製造方法により、ウエハ厚のばらつきや異方性ウエットエッチングのばらつきの影響を受けずに、マスク合わせ精度と垂直シリコンエッチング精度で、レバー部の固定端が決定されるため、レバー部のレバー長のばらつきを小さくすることが可能となり、安定した共振周波数を有するＳＰＭカンチレバーを製造することができる。また、レバー部の固定端に接する支持部のレバー部伸長方向面は、アルカリ溶液エッチングにより（１１１）面からなる傾斜面に形成されているので、ＳＰＭ装置に装着したときに、支持部によるレーザー光のけられのないＳＰＭカンチレバーが得られる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第１の実施の形態を示す断面図である。図１において、１は単結晶シリコン基板を加工して作製した支持部、２は支持部１の下面に固定支持され該支持部１より伸びるように配置された窒化シリコン膜からなるレバー部、３はレバー部２の自由端側に形成された窒化シリコン膜からなる探針部である。そして、レバー部の支持部１に対する固定端４に接する支持部１のレバー部伸長方向面５は、（１１１）面からなる後退傾斜面で形成されており、またレバー部２の支持部１から伸びているレバー長は、１０μｍに設定されている。
【００３０】
次に、図１に示した第１の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を、図２に基づいて説明する。まず図２の（Ａ）に示すように、（１００）面を有する単結晶シリコンからなるウエハ１１の表裏両面に酸化膜を形成し、ウエハ裏面側にパターニングを行って、後述する支持部形成時のエッチングマスクとなる領域の酸化膜を残して不要な酸化膜を除去し、マスク酸化膜１３を形成する。このとき、マスク酸化膜１３は、レバー部固定端の位置１２より若干内側、つまりレバー部自由端側に伸ばして形成される。
【００３１】
次に、図２の（Ｂ）に示すように、減圧ＣＶＤ法により窒化シリコン膜１４をウエハ１１の両面に形成し、ウエハ表面側にパターニングを行い、探針部形成時のマスクとなる領域の窒化シリコン膜を残して表面側の不要な窒化シリコン膜を除去し、マスク窒化シリコン膜１５を形成する。
【００３２】
次に、図２の（Ｃ）に示すように、ＫＯＨなどのアルカリ溶液にて異方性エッチングをすることにより、ウエハ１１の表面側に探針部を形成する（１１１）斜面１６を形成する。ここで、エッチングする深さは、探針部の長さにある程度の余裕をもたせた深さとする。例えば、３μｍの探針長の探針部を形成する場合には、５μｍ程度のエッチング深さでよい。
【００３３】
次に、図２の（Ｄ）に示すように、ウエハ１１の両面に形成されている窒化シリコン膜１４，１５を熱リン酸にて除去した後、レバー部及び探針部となる薄膜の窒化シリコン膜１７を減圧ＣＶＤ法で形成する。ここでレバー部及び探針部を形成する窒化シリコン膜としては、一般的な窒化シリコン膜でもよいが、低応力の窒化シリコン膜がより好ましい。具体的には、膜応力としては圧縮応力あるいは引っ張り応力のいずれでもよく、膜応力が　２００Ｍｐａ（パスカル）以下の低応力窒化シリコン膜が好適である。
【００３４】
このような低応力窒化シリコン膜を用いることにより、膜厚が　０．１μｍ程度の非常に薄いレバー部を形成する場合であっても、膜応力を低減でき、下地のシリコン基板（シリコンウエハ１１）から離脱してフリーな状態になっても、応力による反りを抑えることができるため、レーザー反射光を感度よくフォトディテクターで検出することができる。なお、低応力窒化シリコン膜は、減圧ＣＶＤの反応ガスであるジクロールシランガスとアンモニアガスの混合比を、ジクロールシランガスを多めにすることにより達成できる。
【００３５】
次に、図２の（Ｅ）に示すように、（１１１）斜面１６に探針部１８を形成する。ここで、探針部の形成にあたっては２枚のマスクを用いて行う。具体的には、図３の（Ａ）に示すように、第１のマスクパターン２５で露光を行い、続いて図３の（Ｂ）に示すように、第２のマスクパターン２６を用いて露光を行ってからエッチングを行う。あるいは、図３の（Ａ）に示す第１のマスクパターン２５を用いて露光及びエッチングを行い、続いて図３の（Ｂ）に示す第２のマスクパターン２６を用いて露光及びエッチングを行う。その結果、先端がよりシャープな探針部１８が形成される。これは、２枚のマスクパターン２５，２６のパターンエッジの交点により探針部が形成されるため、１枚のマスクで探針部を形成する場合に比べて、露光の影響が少なくなり、探針部の頂角がより鋭くなるためである。
【００３６】
次に、図２の（Ｆ）に示すように、表面保護用のＣＶＤ酸化膜１９を形成する。次に、図２の（Ｇ）に示すように、ウエハ裏面側の窒化シリコン膜１７を除去した後、マスク酸化膜１３をマスクとして、裏面側からエッチングを行う。このときのエッチングは、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ法により垂直に行うもので、マスク酸化膜１３がレバー部固定端位置１２より内側、つまりレバー部自由端側に伸びて形成されているため、レバー部固定端位置１２より内側に垂直孔２０を形成する。
【００３７】
次に、図２の（Ｈ）に示すように、ＫＯＨなどのアルカリ溶液にて、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ法によって形成された垂直孔２０の垂直面２０ａを、ウエットエッチングすることにより、支持部の（１１１）斜面２１の一部である、レバー部に対する固定端２１ａが形成される。ここで、ウエットエッチングレートは、（１００）面の方が（１１１）面に対して　１００倍程度速いが、（１１１）斜面２１もエッチングされ、レバー部に対する固定端２１ａが図示のように後退する。そのため、図２の（Ａ）で示したマスク酸化膜１３の位置で最終的にレバー部のレバー長を決定することができる。
【００３８】
次に、図２の（Ｉ）に示すように、ウエハ裏面のマスク酸化膜１３を除去した後、再度ＫＯＨなどのアルカリ溶液にてエッチングすることにより、ウエハのひさし領域２２を除去し、次いで表面酸化膜１９をフッ酸系のエッチング液で除去して、支持部２３とレバー部２４と探針部１８とからなるＳＰＭカンチレバーが完成する。
【００３９】
このような構造及び製造方法により、レバー部のレバー長のばらつきを抑えたショートレバー型のＳＰＭカンチレバーが実現でき、支持部のレバー部伸長方向面〔（１１１）斜面２１〕は後退傾斜面となるため、支持部によるレーザー光のけられもなくなり、高い共振周波数を有して高速スキャンも可能となる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、ウエハ裏面側よりＤｅｅｐ−ＲＩＥ法によって垂直加工してから、アルカリ溶液のウエットエッチングによる垂直面の加工処理を用いているが、これに限定されず、レバー部と支持部を保護して、それ以外のシリコン基板を表面よりＤｅｅｐ−ＲＩＥによって垂直加工してから、アルカリ溶液によるウエットエッチング加工処理を用いてもよいことは言うまでもなく、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ法の垂直制御性を考慮すると、表面側からのエッチングの方が望ましい。
【００４１】
また、本実施の形態では、レバー部及び探針部を窒化シリコン膜で形成したものを示したが、レバー部及び探針部はポリシリコンあるいはアモルファスシリコンなどのシリコン膜で形成してもよい。この場合は、図２の（Ｄ）に示した工程において、窒化シリコン膜を形成する代わりに、ポリシリコンあるいはアモルファスシリコン膜をＣＶＤ法等に形成すればよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第２の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーのレバー部の固定端付近に、バッファ部を形成したものである。すなわち、図４において、１は単結晶シリコン基板を加工して作製した支持部、２は支持部１より伸びた窒化シリコン膜からなるレバー部、３はレバー部２の自由端側に形成された窒化シリコン膜からなる探針部、６はレバー部２の固定端４の位置を正確に決定するためのバッファ部で、レバー部２の固定端部分に形成されており、そしてレバー部２の固定端４に接する支持部１の傾斜面５は（１１１）面にて形成されている。
【００４３】
次に、本実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を、図５７に基づいて説明する。まず図５の（Ａ）に示すように、（１００）面を有する単結晶シリコンからなるウエハ３１の表裏両面に、減圧ＣＶＤ法により窒化シリコン膜３２を形成し、ウエハ表面側にパターニングを行って、探針部形成時のエッチングマスクとなる領域の窒化シリコン膜を残して不要な窒化シリコン膜を除去し、マスク窒化シリコン膜３３を形成した後、ＫＯＨなどのアルカリ溶液にて異方性エッチングをすることにより、探針部を形成する（１１１）斜面３４を形成する。ここで、エッチングする深さは、探針部の長さにある程度の余裕をもたせた深さとする。例えば、３μｍの探針長の探針部を形成する場合には、５μｍ程度のエッチング深さでよい。
【００４４】
次に、ウエハ面上の窒化シリコン膜３２，３３を熱リン酸で除去した後、ウエハ両面に酸化膜３５を形成し、ウエハ表面においてレバー部の固定端に形成されるバッファ部のパターニングを行う。続いて図５の（Ｂ）に示すように、バッファ部の領域のウエハ表面をＤｅｅｐ−ＲＩＥ法を用いて１μｍ程度エッチングして、凹部３６を形成する。更に、ウエハ裏面側の酸化膜にパターニングを行って、支持部のエッチングを行う際のマスク領域となるマスク酸化膜３７を形成する。
【００４５】
次に、図５の（Ｃ）に示すように、ウエハ表面に形成されていた酸化膜３５をエッチングし、ウエハ両面全面にわたって減圧ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成して、バッファ部形成用凹部３６を窒化シリコン膜で埋めてバッファ部３８を形成した後、その他の窒化シリコン膜をエッチング除去する。ここで形成される窒化シリコン膜からなるバッファ部３８は、ウエハを構成するシリコンとのエッチング時の選択比を、容易に５０以上とすることができる。なお、このバッファ部は酸化シリコン膜などでも形成することができる。
【００４６】
次に、図５の（Ｄ）に示すように、レバー部及び探針部となる窒化シリコン膜３９を再度減圧ＣＶＤ法にてウエハ３１の両面に形成し、次いで、図５の（Ｅ）に示すように、第１の実施の形態と同様に２枚のマスクを用いて、探針部４０及びレバー部４１を形成する。ここでは第１の実施の形態と同様に、窒化シリコン膜３９としては低応力の窒化シリコン膜が好ましい。次いで、表面保護用のＣＶＤ酸化膜４２を形成し、裏面に形成されていた窒化シリコン膜３９も除去する。
【００４７】
次に、図５の（Ｆ）に示すように、ウエハ裏面からマスク酸化膜３７をマスクとして、ＫＯＨなどのアルカリ溶液にて異方性エッチングを行って、支持部４３を作製する。このとき、ウエハ裏面から直接エッチングを行うと、ウエハの厚さあるいはエッチングレートなどのばらつきにより、エッチング終点の位置が所望の位置に定まらないことが多々あるが、バッファ部３８を設けているため、バッファ部３８の領域内にエッチング終点位置が入ればよい。
【００４８】
ここでは、ウエハ裏面から直接異方性エッチングを行って支持部を形成しているが、第１の実施の形態と同様にして、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥを用いて支持部を作製してもよいことは言うまでもない。
【００４９】
最後に図５の（Ｇ）に示すように、探針部４０及びレバー部４１の表面の酸化膜４２及び裏面のマスク酸化膜３７をフッ酸により取り除いて、ＳＰＭカンチレバーが完成する。
【００５０】
このような構造及び製造方法により、レバー部の固定端部に、レバー部の固有振動数とは測定上問題とならないほど大きな共振周波数を有する厚膜のバッファ部を設けているために、ウエハ厚さのばらつき、あるいは支持部形成時にエッチングのばらつきがあっても、ばらつきはバッファ部により吸収されるため、レバー部のレバー長への影響はなく、レバー長のばらつきを抑えると共に、安定した共振周波数を有するショートレバー型ＳＰＭカンチレバーを実現することができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。図６は、本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第３の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は、支持部底面の一部に高さ数μｍ〜十数μｍの突出部を長手方向に設け、その突出部にレバー部を固定支持し、その突出部から伸びるように形成するものである。ここでは、第１の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーに、本実施の形態の特徴を適用したものについて説明する。
【００５２】
図６の（Ａ）において、１は単結晶シリコン基板を加工して作製した、底面に突出部７を有する支持部、２は支持部１の突出部７の底面より伸びた窒化シリコン膜からなるレバー部、３はレバー部２の自由端側に形成された窒化シリコン膜からなる探針部であり、レバー部２の固定端４に接する支持部１の傾斜面５は（１１１）面にて形成されている。ここで、図６の（Ｂ）の正面図に示すように、支持部１は通常の支持部とは異なり、底面に突出部７を備えており、レバー部２は突出部７に固定支持され、該突出部７より伸びるように形成されている。
【００５３】
次に、本実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を、図７に基づいて説明する。まず図７の（Ａ）に示すように、第１の実施の形態と同様にして、（１００）面を有する単結晶シリコンからなるウエハ１１の表裏両面に酸化膜を形成し、ウエハ表裏面にパターニングを行って、マスク酸化膜１３ａ，１３ｂを形成し、次いでウエハ表面をＫＯＨなどのアルカリ溶液にて異方性エッチングをすることにより、探針部を形成する（１１１）斜面１６を形成する。
【００５４】
次に、図７の（Ｂ）に示すように、ウエハ表面のマスク酸化膜１３ｂを除去した後、レバー部及び探針部となる窒化シリコン膜１７を減圧ＣＶＤ法にて形成する。続いて、支持部底面となるウエハ表面において、レバー部面に対応する支持部底面を他の支持部底面から突出させるパターニングを行い、ＫＯＨなどのアルカリ溶液の異方性エッチングにより支持部の底面の突出部４６を形成する。
【００５５】
以降の工程は、第１の実施の形態と全く同様にして、図７の（Ｃ）に示すように、支持部２３から突出した突出部の表面に、自由端に探針部１８を有するレバー部２４が伸びるように形成されているＳＰＭカンチレバーが完成する。
【００５６】
このような構造及び製造方法により、図６の（Ｂ）に示した正面図からもわかるように、突出部７の肩部が支持部１の肩幅と比較して十分小さく、支持部１と測定試料間の間隙が大きくとれるため、突出部７の肩部が試料面と接触する可能性が解消されると共に、ＳＰＭ装置へのＳＰＭカンチレバーの取り付けも容易になる。したがって、精度の良い安定したＳＰＭ測定が可能となる。ここで、支持部に形成される突出部は、その肩部が支持部肩幅と比較して十分小さく、肩部が試料面と接触しなければ、その高さあるいは幅などの大きさは一切問わない。
【００５７】
なお、支持部面にレバー部を支持する突出部を支持部面から突出形成させるパターニングには、ＲＩＥ等のドライエッチングを用いてよいことは言うまでもない。また、レバー部及び探針部には、第１の実施の形態と同様に、低応力の窒化シリコン膜を用いてもよいことは言うまでもない。更に、本実施の形態では、第１の実施の形態のＳＰＭカンチレバーに、その特徴点を適用した例を示したが、第２の実施の形態のレバー部の固定端付近にバッファ部を設けたＳＰＭカンチレバーに、本実施の形態の特徴を適用してもよいことは勿論である。
【００５８】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの支持部に、ＳＰＭ装置への装着の際のホルダー当てつけ用凹部を形成するように構成したものである。ここでは、第１の実施の形態のＳＰＭカンチレバーに本実施の形態の特徴を適用した場合について説明する。
【００５９】
本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第４の実施の形態の断面図を図８に示す。図８において、１は単結晶シリコン基板を加工して作製した支持部、２は支持部１より伸びた窒化シリコン膜からなるレバー部、３はレバー部２の自由端側に形成された窒化シリコン膜からなる探針部、レバー部２の固定端４に接する支持部斜面５は（１１１）面にて形成され、支持部１にはＳＰＭ装置への装着に際してのホルダー当てつけ用の凹部８が形成されている。
【００６０】
次に、本実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を、図９に基づいて説明する。まず図９の（Ａ）に示すように、第１の実施の形態と同様にして、（１００）面を有する単結晶シリコンからなるウエハ１１の表裏両面に酸化膜を形成し、ウエハ表裏面にパターニングを行って、マスク酸化膜１３ａ，１３ｂを形成し、次いでウエハ表面をＫＯＨなどのアルカリ溶液にて異方性エッチングをすることにより、探針部を形成する（１１１）斜面１６を形成する。
【００６１】
次に、図９の（Ｂ）に示すように、ウエハ表面のマスク酸化膜１３ｂを除去した後、レバー部及び探針部となる窒化シリコン膜１７を減圧ＣＶＤ法にて形成する。続いて、ウエハ表面をパターニングして、ＫＯＨなどのアルカリ溶液の異方性エッチングにより、ホルダー当てつけ用の凹部５１を形成する。
【００６２】
以降の工程は、第１の実施の形態と全く同様にして、図９の（Ｃ）に示すように、支持部２３にホルダー当てつけ用の凹部５１を備えたＳＰＭカンチレバーが完成する。
【００６３】
このような構造及び製造方法により、ショートレバー型のＳＰＭカンチレバーの場合、支持部と測定試料間のギャップが小さくなるという課題に対しても、ＳＰＭカンチレバーをＳＰＭ装置のホルダーにセットする際、ホルダーの当てつけ部が、シリコン製支持部１に形成した凹部８に嵌まるため、測定試料とホルダー当てつけ部が接しないようなショートレバー型ＳＰＭカンチレバーを実現することができる。
【００６４】
ここで、レバー部及び探針部には、第１の実施の形態と同様に、低応力の窒化シリコン膜を用いてもよいことは言うまでもない。また、本実施の形態では、第１の実施の形態のＳＰＭカンチレバーに、その特徴点を適用した例を示したが、第２あるいは第３の実施の形態のＳＰＭカンチレバーに適用してもよいことは勿論である。
【００６５】
なお、上記各実施の形態では、シリコン化合膜として窒化シリコン膜を用いたものを示したが、これに限定されず、酸化シリコン膜あるいは炭化シリコン膜を用いてもよいことは言うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、レバー部と同一材料で鋭い先端をもつ探針部を有し、共振周波数が高く高速測定が可能なショートレバー型のＳＰＭカンチレバーを簡単に精度良く製造可能となる。また、レバー部のレバー長のばらつきを低減して、短いレバー長のレバー部を備えている場合でも精度良くばらつきのない安定した高い共振周波数が得られると共に、ウエハの厚さのばらつきやエッチングのばらつきが発生しても、ばらつきを吸収し安定した高い共振周波数が得られるショートレバー型のＳＰＭカンチレバーが実現可能となる。また、ＳＰＭ装置への装着がし易く、試料測定の際に支持部によるレーザー光のけられの心配がなく、試料を傷つけることなしに精度の良い測定が可能なショートレバー型のＳＰＭカンチレバーが得られる。そして、このような特徴をもつ本願発明に係るショートレバー型のＳＰＭカンチレバーを用いることにより、高速スキャンが実現し、細胞や蛋白質を生きた状態で且つ無傷で高分解能で測定可能になると共に、静止画像ばかりではなく動画像までも観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した第１の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を説明するための製造工程を示す図である。
【図３】図２に示した製造方法における探針部の形成方法を示す説明図である。
【図４】本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第２の実施の形態を示す断面図である。
【図５】図４に示した第２の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を説明するための製造工程を示す図である。
【図６】本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第３の実施の形態を示す断面図及び正面図である。
【図７】図６に示した第３の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を説明するための製造工程を示す図である。
【図８】本発明に係るＳＰＭカンチレバーの第４の実施の形態を示す断面図である。
【図９】図８に示した第４の実施の形態に係るＳＰＭカンチレバーの製造方法を説明するための製造工程を示す図である。
【図１０】従来のガラス支持部をもつＳＰＭカンチレバーの構成を示す断面図である。
【図１１】従来のガラス支持部をもつショートレバー型のＳＰＭカンチレバーの問題点を示す説明図である。
【図１２】ウエハ基板の厚さばらつきや異方性ウエットエッチングのばらつきがレバー部の固定端に与える影響を示す説明図である。
【図１３】ＳＰＭカンチレバーを装置のホルダーに装着したときのホルダー当てつけアームと試料との関係を示す説明図てある。
【図１４】ＳＰＭカンチレバーが装置のホルダーに傾いてセットされた場合における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１　シリコン製支持部
２　レバー部
３　探針部
４　レバー部の固定端
５　レバー部の固定端と接する支持部のレバー部伸長方向面
６　バッファ部
７　突出部
８　ホルダー当てつけ用凹部
１１　単結晶シリコンウエハ
１２　レバー部の固定端位置
１３　マスク酸化膜
１４　窒化シリコン膜
１５　マスク窒化シリコン膜
１６　（１１１）斜面
１７　窒化シリコン膜
１８　探針部
１９　表面保護用ＣＶＤ酸化膜
２０　垂直孔
２１　（１１１）斜面
２２　ひさし領域
２３　支持部
２４　探針部
２５　第１のマスクパターン
２６　第２のマスクパターン
３１　単結晶シリコンウエハ
３２　窒化シリコン膜
３３　マスク窒化シリコン膜
３４　（１１１）斜面
３５　酸化膜
３６　バッファ部形成用凹部
３７　マスク酸化膜
３８　バッファ部
３９　窒化シリコン膜
４０　探針部
４１　レバー部
４２　表面保護用ＣＶＤ酸化膜
４３　支持部
４６　突出部
５１　ホルダー当てつけ用凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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