(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性樹脂に励起光を集光して照射することにより焦点付近で光重合を行いながら、集光位置を前記励起光の光軸に対して交わる線状領域で移動させ、レバーの厚みを形成する第一工程と、前記第一工程に続いて前記集光位置を前記励起光の前記光軸方向に移動させる第二工程とを繰り返し、レバーを形成することを特徴とするカンチレバーの作製方法。
【請求項２】
前記レバーと、
前記レバーの第一の端部にある支持部分と、
前記第一の端部とは逆の第二の端部にある探針と
を一体に形成することを特徴とする請求項１に記載のカンチレバーの作製方法。
【請求項３】
前記励起光の光軸を前記レバーの面と垂直な方向とし、前記面と前記励起光の前記焦点位置を前記励起光の前記光軸方向に移動させることにより、前記探針を形成することを特徴とする請求項２に記載のカンチレバーの作製方法。
【請求項４】
前記励起光を前記レバーの第一の面から照射し、前記励起光の前記焦点位置を前記第一の面側から前記レバー内に移動させることにより、前記第一の面に対向する第二の面側に前記探針を形成することを特徴とする請求項３に記載のカンチレバーの作製方法。
【請求項５】
前記探針の先端とは逆側にレンズを形成することを特徴とする請求項２〜４いずれか一項に記載のカンチレバーの作製方法。
【請求項６】
前記レバーの少なくとも１面に光反射膜を被覆することを特徴とする請求項１に記載のカンチレバーの作製方法。
【請求項７】
前記レバーの少なくとも１面に光反射膜を被覆することを特徴とする請求項２〜５いずれか一項に記載のカンチレバーの作製方法。
【請求項８】
前記光反射膜は、前記レバーの前記探針が設けられている側の１面を被覆するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載のカンチレバーの作製方法。
【請求項９】
前記支持部分と一体に形成され保持される開口マスク用ニードルの先端を前記探針の先端である探針先端に対向し、近接させて配置し、前記レバーの前記探針の形成された面に前記光反射膜を堆積することによって、前記開口マスク用ニードルの先端が前記探針先端に近接して配置されていることにより、前記探針先端には前記光反射膜が堆積されないことを利用して、前記探針先端に微小な光学開口を作製することを特徴とする請求項８に記載のカンチレバーの作製方法。
【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、近接場光学顕微鏡等に使用する探針付きカンチレバーや微少質量変化検知用の微小カンチレバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原子間力顕微鏡や近接場光学顕微鏡等に使用する探針付きカンチレバーおよび微少質量検知用の微小カンチレバーは、主にフォトリソグラフィなどを利用した半導体プロセスを用いて、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン等の材料によって製作されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のフォトリソグラフィなどを利用した半導体プロセスによるカンチレバーの製作法では、工程数が多くプロセスに長時間を要するという問題や、エッチング工程を必要とするため、エッチング液やエッチングガスなどの化学薬品を消費するという問題点があった。また、いわゆる２．５次元の加工法であるため、探針の高さは、基板の厚さやパターンの形状によって限定されるなどの制約があった。
【０００４】
このようなことから、本発明では、少ない工程で作製できるカンチレバーとその作製法を提供すること、より立体的な形状にも対応可能なカンチレバーの作製法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、微細なカンチレバーを作製するために、光硬化性樹脂に励起光を集光して照射することで焦点付近で光重合を行いながら、集光位置を移動させることで、カンチレバーとその支持部分を一体に光硬化性樹脂によって形成することにした。原子間力顕微鏡や近接場光学顕微鏡等に使用する探針付きカンチレバーの場合は、カンチレバーとその支持部分、および、支持部とは離れたカンチレバーの端付近の位置に探針チップを一体に形成することにした。さらに、励起光の光軸を前記カンチレバーのレバー面と同じ方向とすることによって、薄膜状にもレバーを形成できるようにした。一方、探針部分の形成の一つの方法といて、励起光の光軸が、探針を構成する膜の面と同じ方向となるようにすることによって、探針部分が薄い膜構造の頂点として形成する方法を考案した。もう一つの探針部分の形成法としては、励起光の光軸を前記カンチレバーのレバー面に垂直となる方向として照射するとともに、励起光の焦点をカンチレバー面内にずらすことによって、カンチレバーを伝搬した光が、光を照射した面とは反対の面で、光重合を起こすことによって、探針形状を形成するようにした。また、変位検出の一つの方法として、カンチレバーに平行で、僅かな隙間を隔てて、ブロック、あるいは、前記カンチレバーよりより共振周波数の高いカンチレバーを、対抗電極支持体として一体に形成し、カンチレバーおよび対抗電極支持体上に形成された電極によって、前記カンチレバーの静電的な変位検出が行えるようにした。
【０００６】
また、カンチレバーと一体に形成されている探針の先端に対向して、カンチレバー支持体と一体に形成された支持アームに保持された開口マスク用ニードルの先端を近接して配置し、続いて、探針の形成された面に光反射膜を堆積することによって、開口マスク用ニードルの先端が探針の先端に近接して配置されているため探針先端には反射膜が堆積されないことを利用して、探針先端に微小な光学開口を有するプローブを作製できるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、本発明のカンチレバーとその作製法について模式的に示したものである。図１（ａ）において、未硬化の光硬化性樹脂の満たされた容器１０１に、励起光１０２を集光して照射することで焦点付近１０３で光重合を行いながら、集光位置を移動させることで、カンチレバー１０４とその支持部分１０５が一体に光硬化性樹脂によって形成される様子が、模式的に示されている。図１（ｂ）においても、未硬化の光硬化性樹脂の満たされた容器１０１に、励起光１０２を集光して照射することで焦点付近１０３で光重合を行いながら、集光位置を移動させることで、カンチレバー１０４とその支持部１０５が一体に光硬化性樹脂によって形成される様子が示されており、さらに、支持部１０５とは離れたカンチレバー１０４の端付近の位置に探針１０６が一体に形成されている。このように、光硬化性樹脂を用いてカンチレバーを形成することで、従来のフォトリソグラフィなどを利用した半導体プロセスでは、難しかった形状の形成が可能になった。ここで、特に、図１（ａ）で示したケースでは、励起光の光軸を前記カンチレバーのレバー面と同じ方向とすることによって、レバー面と光軸を垂直にする場合に対して、分解能を高くでき、より薄いレバーを形成することができる。カンチレバーを薄く作成することで、微少質量変化の測定においては、検出感度を高めることができ、原子間力顕微鏡用プローブでは、より弱い力を検出することができるようになる。
【０００９】
次に、図２は、励起光の光軸が、探針を構成する膜の面と同じ方向となるようにすることによって、探針部分を薄い膜構造の頂点として形成する例を示したものである。図２（ａ）は、カンチレバー２０１の面が、励起光の光軸に対して垂直に位置する場合の例であり、探針２０２は、薄い膜構造の組み合わせとして形成されており、探針の先端２０３が微小な頂点となるように形成されている。図２（ｂ）は、カンチレバー２０４の面が、励起光の光軸に対して同じ方向にする場合の例であり、探針２０５は、薄い膜構造の組み合わせとして形成されており、探針の先端２０６が微小な頂点となるように形成されている。このように、本発明では、探針の長さを任意に設定することができ、シリコンウェハのエッチングや薄膜の堆積において問題となるチップ高さの制約がないという利点がある。
【００１０】
図３は、本発明のプローブを光プローブとして使用することを説明した図である。光硬化性樹脂としては、ウレタンアクリレート系やエポキシ系などの光硬化性樹脂を用いることができ、これらの材料は一定の光透過性を有しているため、探針先端と探針の背面に位置するカンチレバー面との間で光の伝搬が可能である。例えば、図３（ａ）のように、探針背面から光３１１を導入して、探針３１２から光３１３を放射したり、図３（ｂ）のように、探針先端３２１に入射した光３２２がカンチレバー内を伝搬した光３２３を探針の背面から取り出したりすることができる。
【００１１】
なお、本発明の励起光の光源としては、ヘリウムカドミウムレーザーやアルゴンレーザーなどで波長が３００〜４００ｎｍ程度の紫外光を発生できるものや、チタンサファイヤレーザーのように波長が７００〜８００ｎｍで２光子吸収を起こさせることができるものを用いることができる。
【００１２】
さらに、図４は、探針背面のレバー表面にレンズ形状４１１を形成した例を示したものである。図４（ａ）のように、探針背面から平行光４１２を導入した場合には、レンズ形状によって、探針先端に光を集光させることができ、探針からより密度の高い光４１３を放射させることができる。図４（ｂ）のように、探針先端４２１に入射した光４２２がカンチレバー内を伝搬した光４２１を探針の背面から取り出す場合には、レンズ形状によって、出射光をコリメートすることができ、検出効率を高めることができる。
【００１３】
図５は、原子間力顕微鏡用プローブとして使用する際に光によって変位検出を行うための光反射膜を形成した例を示している。図５（ａ）では、探針の背面側のカンチレバー面に光反射膜として、アルミ、クロムなどの金属薄膜５１１を形成した例である。変位検出用の光ビーム５１２は、金属薄膜によって反射され、カンチレバーの変位を反射した光ビームの角度変化として検出することができる。図５（ｂ）は、探針側のカンチレバー面に光反射膜を形成した例を示しており、変位検出用の光ビーム５２２は、カンチレバー内を経由して、金属薄膜５２１によって反射され、この場合も、カンチレバーの変位を反射した光ビームの角度変化として検出することができる。
【００１４】
図６は、光学的な微小開口を有する探針付きカンチレバーの作製方法を模式的に示したものである。図６（ａ）では、カンチレバー６１１と一体に形成されている探針６１２の先端に対向して、開口マスク用ニードル６１３の先端が近接して配置され、その支持アーム６１４とともにカンチレバー支持体６１５と一体に形成されている。図６（ｂ）に示すように、探針側に光反射膜６２６を堆積すると、開口マスク用ニードル６１３の先端が、探針６１２の先端に近接して配置されていることによって、探針先端には、反射膜が堆積されない。次に、図６（ｃ）に示すように、開口マスク用ニードル６１３と支持アーム６１４を除去することで、光プローブが完成する。ここで、支持アームは、光反射膜の堆積時にカンチレバー面に対して影にならないように、細く、また、カンチレバー面から離れた構造となっている必要がある。ここで、変位検出用の光ビーム６３１は、カンチレバー内を経由して、光反射膜６２６によって反射され、カンチレバーの変位をカンチレバーで反射した光ビームの角度変化として検出することができる。また、探針背面から光６３２を導入した場合には、探針先端の微小な開口から光を取り出す微小開口型の近接場光学顕微鏡用プローブとして機能させることができる。
【００１５】
図７は、静電的な変位検出を行う場合のカンチレバーの構造を模式的に示したものである。図７（ａ）では、カンチレバー７１１に平行で、僅かな隙間を隔てて、対抗電極支持体となるブロック７１２が、カンチレバー７１１と一体に形成されている。カンチレバー７１１上の電極７１３と対抗電極支持体上に形成された電極７１４によって、カンチレバーの変位の静電的な検出を行うことができる。図７（ａ）の例では、電極間の絶縁のために、段差を持つ分離領域７１５を形成している。
対向電極支持体は、前記カンチレバーより共振周波数の高いカンチレバーでもよく、この場合には、図７（ｂ）に示すように、カンチレバー７２１と対抗電極支持体７２２を対にして複数個、支持体７２３上に形成したマルチカンチレバーアレイを構成することもできる。このマルチカンチレバーアレイにそれぞれ感応膜を付けることで、複数の化学物質に対する選択的な微小重量センサーを構築することができる。
図８は、前記とは異なる探針の形成法の一例を示した図である。図８において、励起光８１１の光軸をカンチレバー８１２のレバー面に垂直となる方向から照射するとともに、励起光の焦点８１３をカンチレバー面内にずらすことによって、カンチレバーを伝搬した光８１４が、光を照射した面とは反対の面で、光重合を起こすことによって、探針形状８１５が形成される。
【００１６】
図９は、シアフォースタイプのプローブ顕微鏡用カンチレバーの例を示したものである。図９において、支持部９１１に形成されたカンチレバー９１２のレバー軸方向の先端に、軸方向に先端を向けた探針９１３が形成されている。レバーに対して、垂直方向に振動を加えることで、カンチレバーの弾性的な性質によって、シアフォースタイプのプローブとして使用することができる。この例においても、上記で述べたように、カンチレバー内に光を伝搬して、光プローブとして利用することもできる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によって、フォトリソグラフィなどを利用した半導体プロセスによるカンチレバーの製作法で問題であった、工程の複雑さや探針高さの制約を受けず、少ない工程で作製できるカンチレバーとその作製法を提供することが可能になり、より立体的な形状にも対応できるカンチレバーの作製が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカンチレバーとその作製法について模式的に示した図
【図２】発明のカンチレバーの探針部分の構成について模式的に示した図
【図３】本発明のプローブを光プローブとして使用例の説明図
【図４】本発明の探針背面のレバー表面にレンズ形状を形成したカンチレバーの模式図
【図５】本発明の光反射膜を形成したカンチレバーの模式図
【図６】本発明の光学的な微小開口を有する探針付きカンチレバーの作製方法を示す模式図
【図７】本発明の静電的な変位検出を行うカンチレバーの模式図
【図８】本発明の探針の形成法の一例を示す図
【図９】本発明のシアフォースタイプのプローブ顕微鏡用カンチレバーの模式図
【符号の説明】
１０１  容器
１０２  励起光
１０３  焦点付近
１０４  カンチレバー
１０５  支持部
１０６  探針
２０１  カンチレバー
２０２  探針
２０３  探針の先端
２０４  カンチレバー
２０５  探針
２０６  探針の先端
３１１  導入光
３１３  放射光
３２１  探針先端
３２２  入射した光
４１１  レンズ形状
４１２  平行光
４１３  放射光
４２１  探針先端
５１１  金属薄膜
５１２  光ビーム
５２１  金属薄膜
５２２  光ビーム
６１１  カンチレバー
６１２  探針
６１３  開口マスク用ニードル
６１４  支持アーム
６１５  カンチレバー支持体
６２６  光反射膜
６３１  光ビーム
６３２  導入光
７１１  カンチレバー
７１２  対抗電極支持体
７１３  電極
７１４  電極
７１５  分離領域
７２１  カンチレバー
７２２  対抗電極支持体
８１１  励起光
８１２  カンチレバー
８１３  励起光の焦点
８１４  伝搬した光
８１５  探針形状
９１１  支持部
９１２  カンチレバー
９１３  探針
【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】
0004902073.tif 000010