JPH1138022A - 光カンチレバー及びその製造方法 - Google Patents

光カンチレバー及びその製造方法

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JPH1138022A
JPH1138022A JP19421197A JP19421197A JPH1138022A JP H1138022 A JPH1138022 A JP H1138022A JP 19421197 A JP19421197 A JP 19421197A JP 19421197 A JP19421197 A JP 19421197A JP H1138022 A JPH1138022 A JP H1138022A
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JP
Japan
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cantilever
film
etching
base end
transparent substrate
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JP19421197A
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English (en)
Inventor
Yasushi Nishioka
康 西岡
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査型プローブ顕微鏡等への取付が容易で且
つ、光学的な変位検出を容易にした光カンチレバーとそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 透明基板1上に、a−Si膜20及びカ
ンチレバー用の金属膜30を順次積層形成し、金属膜3
0を選択エッチングしてレバー部3bの幅に比べて縦横
幅の大きい基端部3aを持つカンチレバー3をパターン
形成し、a−Si膜20を、CF4+O2ガスを用いたR
IEによりエッチングすることにより、基端部3aの直
下にのみ支持体2として残して、レバー部3bの直下部
分を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、走査型プローブ
顕微鏡等に用いられる光カンチレバーとその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡(STM)や原子
間力顕微鏡(AFM)に代表される走査型プローブ顕微
鏡(SPM)では、試料表面を走査する触針付きのカン
チレバーが用いられる。カンチレバーは、マイクロマシ
ン技術により作られる。その一つの方法として例えば、
単結晶シリコン基板を用いてこの上に薄膜を堆積し、こ
の薄膜を選択エッチングしてカンチレバーのパターンを
形成した後、不要な基板部分をエッチング除去する方法
がある(例えば、特開平6−1232621号公報参
照)。基板として用いたシリコンをワイヤ放電加工によ
り加工する方法も提案されている。
【0003】図6は、この様な方法で作られるカンチレ
バー61を示す。カンチレバー61の基端部にはシリコ
ン基板62が台座として残される。カンチレバー61の
先端(自由端)には、触針63が取り付けられる。図6
に示すカンチレバーは、AFM等の変位検出部に適当な
治具を用いて取り付けられるが、全体が小さいために、
取り付け精度を出すことが難しい。そこで、図7に示す
ように、カンチレバー61の直下の基板62を全て除去
することなく、そのまま取り付け用の治具として残すよ
うな加工を行うことが望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7の
構造は、レーザ光ビームやLED光ビームを用いて変位
検出を行う光カンチレバーとしては不都合がある。なぜ
なら、基板62の裏面側からレーザ光ビームを照射して
カンチレバー61の変位を検出することができないから
である。この図7の構造を用いて、光学的にカンチレバ
ーの変位を検出しようとすると、斜め方向から光ビーム
照射を行うといった工夫が必要になる(例えば、特開平
9−5023号公報参照)。
【0005】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、走査型プローブ顕微鏡等への取付が容易で且
つ、光学的な変位検出を容易にした光カンチレバーとそ
の製造方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光カンチ
レバーは、透明基板上に支持体を介して基端部が支持さ
れ、前記透明基板に対して空隙を保持して対向するよう
に先端を自由端とするレバー部を有することを特徴とす
る。この発明に係る静電制御型光カンチレバーは、透明
基板上に透明電極膜及び誘電体膜がこの順に積層形成さ
れ、前記誘電体膜上に支持体を介して基端部が支持さ
れ、前記誘電体膜に対して空隙を保持して対向するよう
に先端を自由端とするレバー部を有することを特徴とす
る。
【0007】この発明に係る光カンチレバーの製造方法
は、透明基板上に、支持材料膜及びカンチレバー用の金
属膜を順次積層形成する工程と、前記金属膜を選択エッ
チングしてレバー部の幅に比べて縦横幅の大きい基端部
を持つカンチレバーをパターン形成する工程と、前記支
持材料膜を、サイドエッチングが生じるエッチング法で
エッチングすることにより前記基端部の直下にのみ支持
体として残して前記レバー部の直下部分を除去する工程
とを備えたことを特徴とする。
【0008】この発明に係る光カンチレバーの製造方法
はまた、透明基板上に、透明電極膜、誘電体膜、支持材
料膜及びカンチレバー用の金属膜を順次積層形成する工
程と、前記金属膜を選択エッチングしてレバー部の幅に
比べて縦横幅の大きい基端部を持つカンチレバーをパタ
ーン形成する工程と、前記支持材料膜を、サイドエッチ
ングが生じるエッチング法でエッチングすることにより
前記基端部の直下にのみ支持体として残して前記レバー
部の直下部分を除去する工程とを備えたことを特徴とす
る。この発明の製造方法において例えば、前記支持材料
膜をアモルファスシリコン膜、前記金属膜をNi膜とし
て、前記支持材料膜のエッチングをフッ素系ガスとO2
ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより行う。
【0009】この発明による光カンチレバーは、透明基
板上にマイクロマシン技術で一体に作られるため、カン
チレバーの変位(位置)を光学的に検出する場合に光ビ
ームを基板を透過して送受することができる。しかも、
透明基板は切り離されることなく、そのまま支持治具と
して用いられ、AFM等への取付も容易になる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1(a)(b)は、この発明の
一実施例による光カンチレバーの平面図と断面図であ
る。このカンチレバー3は、ガラス,石英等の透明基板
1上にアモルファスシリコン(以下、a−Siという)
等の支持体2を介して基端部3aが支持され、透明基板
1に対して空隙を保持して対向するように先端を自由端
とするレバー部3bを有する。基端部3a及びレバー部
3bは、後述するように基板1上に形成した金属膜をパ
ターン形成して得られたものである。レバー部3bの先
端には、触針4が取り付けられる。
【0011】図2(a)〜(c)は、この実施例のカン
チレバーの製造工程を示している。図2(a)に示すよ
うに、透明基板1上に先ず、a−Si膜20及びNi等
の金属膜30を順次堆積形成する。次に、図2(b)に
示すように、金属膜30をウェットエッチングにより選
択エッチングして、図1に示したように、レバー部3b
の幅W3に比べて縦横幅W1,W2の大きい基端部3a
を持つカンチレバーをパターン形成する。
【0012】その後、金属膜30をエッチングする事な
く、a−Si膜20に対してはサイドエッチングが生じ
るようなエッチング法でエッチングすることにより、図
2(c)に示すように、a−Si膜20を、基端部3a
の直下にのみ支持体2として残してレバー部3bの直下
部分を除去する。具体的には、フッ素系ガス例えば、C
4,C38等のガスとO2ガスの混合ガスプラズマを用
いたドライエッチング法(RIE法)を用いる。このガ
ス系では、金属膜30がNiであるとすると金属膜エッ
チングは殆ど生じず、幅の狭いレバー部3bの直下のa
−Si膜20をアンダーカットにより除去することがで
きる。
【0013】レバー部3bの長さL1は、サブμm から
1mmの範囲で任意に選択でき、幅W3についても、サブ
μm から50μm 程度の範囲で選択できる。基端部3a
の幅W1,W2については、レバー部3bの幅W1に対
して、数倍程度以上あればよい。なお、レバー部3b
は、図示のように残留応力によって先端部が反った形に
なる。この反り量は、金属膜30の厚み、レバー部3b
の幅と長さにより決まり、これらにより反り量を最適設
計することができる。
【0014】図3は、この実施例によるカンチレバー3
をAFMに取り付けた状態を模式的に示す。X,Y,Z
の3次元駆動が行われるステージ31上に試料32が載
置され、カンチレバー3はこの試料32の表面を走査す
るようにAFM本体に取り付けられる。変位検出用光学
系33は、カンチレバー3の上方にLD,LED等の光
源とPD等の受光部を備えて構成される。
【0015】先の製造工程から明らかなようにこの実施
例では、カンチレバー3を支持する透明基板1がカンチ
レバー3の全体をカバーする大きさがあるから、これを
そのまま取り付け治具として用いて簡単にAFM本体に
取り付けることができる。また、図示のように、変位検
出用光学系33とカンチレバー3の間の送受光ビーム3
4は透明基板1を透過してやりとりすることができる。
【0016】図4(a)(b)は、この発明を静電制御
型の光カンチレバー(静電アクチュエータ)に適用した
実施例の平面図と断面図であり、図5(a)〜(c)は
その製造工程断面図である。これらの図で、先の実施例
と対応する部分には先の実施例と同じ符号を付して詳細
な説明は省く。
【0017】この実施例では、透明基板1上には、IT
O,SnO2,ZnO2等の透明電極膜41及び、SiO
2,Si34等の誘電体膜42が順次形成され、この上
に先の実施例と同様に支持体2に支持されたカンチレバ
ー3が作られている。製造工程的には、透明電極膜4
1,誘電体膜42,a−Si膜20及び金属膜30をこ
の順に積層形成し(図5(a))、以下、先の実施例と
同様に金属膜30をパターニングしてカンチレバー3を
形成し(図5(b))、その後フッ素系ガスとO2ガス
を用いたプラズマによりa−Si膜20の不要部分をエ
ッチングする(図5(c))。
【0018】この実施例のカンチレバー3は、図4に示
すように透明電極膜41とカンチレバー基端部3aの間
に印加する電圧をオンオフし、或いは交流電圧を印加す
ることにより、静電力によってレバー部3bの動きを制
御することができる。なお誘電体膜42は、空気であっ
てもよい。この実施例によっても、先の実施例と同様の
効果が得られる。
【0019】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、光
カンチレバーは、透明基板上にマイクロマシン技術で一
体に作られ、カンチレバーの変位を光学的に検出する場
合に光ビームを基板を透過して送受することができる。
しかも、透明基板は切り離されることなく支持治具とし
て用いられ、AFM等への取付も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例によるカンチレバーを示
す。
【図2】 同実施例のカンチレバーの製造工程を示す。
【図3】 同実施例のカンチレバーのAFMへの取り付
け状態を示す。
【図4】 この発明の他の実施例によるカンチレバーを
示す。
【図5】 同実施例のカンチレバーの製造工程を示す。
【図6】 従来のカンチレバーを示す。
【図7】 基板を完全除去しないカンチレバーを示す。
【符号の説明】
1…透明基板、2…支持体、3…カンチレバー、3a…
基端部、3b…レバー部、4…触針、20…a−Si
膜、30…金属膜、41…透明電極膜、42…誘電体
膜。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明基板上に支持体を介して基端部が支
    持され、前記透明基板に対して空隙を保持して対向する
    ように先端を自由端とするレバー部を有することを特徴
    とする光カンチレバー。
  2. 【請求項2】 透明基板上に透明電極膜及び誘電体膜が
    この順に積層形成され、前記誘電体膜上に支持体を介し
    て基端部が支持され、前記誘電体膜に対して空隙を保持
    して対向するように先端を自由端とするレバー部を有す
    ることを特徴とする静電制御型光カンチレバー。
  3. 【請求項3】 透明基板上に、支持材料膜及びカンチレ
    バー用の金属膜を順次積層形成する工程と、 前記金属膜を選択エッチングしてレバー部の幅に比べて
    縦横幅の大きい基端部を持つカンチレバーをパターン形
    成する工程と、 前記支持材料膜を、サイドエッチングが生じるエッチン
    グ法でエッチングすることにより前記基端部の直下にの
    み支持体として残して前記レバー部の直下部分を除去す
    る工程と、を備えたことを特徴とする光カンチレバーの
    製造方法。
  4. 【請求項4】 透明基板上に、透明電極膜、誘電体膜、
    支持材料膜及びカンチレバー用の金属膜を順次積層形成
    する工程と、 前記金属膜を選択エッチングしてレバー部の幅に比べて
    縦横幅の大きい基端部を持つカンチレバーをパターン形
    成する工程と、 前記支持材料膜を、サイドエッチングが生じるエッチン
    グ法でエッチングすることにより前記基端部の直下にの
    み支持体として残して前記レバー部の直下部分を除去す
    る工程と、を備えたことを特徴とする光カンチレバーの
    製造方法。
  5. 【請求項5】 前記支持材料膜をアモルファスシリコン
    膜、前記金属膜をNi膜として、前記支持材料膜のエッ
    チングをフッ素系ガスとO2ガスのプラズマを用いたド
    ライエッチングにより行うことを特徴とする請求項3又
    は4に記載の光カンチレバーの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1351256A2 (en) 2002-03-29 2003-10-08 Xerox Corporation Scanning probe system with spring probe
JP2011252849A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Shimadzu Corp 原子間力顕微鏡におけるカンチレバー励振方法及び原子間力顕微鏡

Cited By (4)

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