JP2004239704A - カンチレバーおよびその製造方法 - Google Patents
カンチレバーおよびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004239704A JP2004239704A JP2003027851A JP2003027851A JP2004239704A JP 2004239704 A JP2004239704 A JP 2004239704A JP 2003027851 A JP2003027851 A JP 2003027851A JP 2003027851 A JP2003027851 A JP 2003027851A JP 2004239704 A JP2004239704 A JP 2004239704A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- cone
- insulator
- probe
- conductive wiring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/46—SCM [Scanning Capacitance Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SCM probes
- G01Q60/48—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49007—Indicating transducer
Abstract
【課題】走査型容量顕微鏡(SCM)に用いられるカンチレバーにおいて、当該SCMの面分解能を従来のカンチレバーを用いた場合よりも、さらに向上させることができるカンチレバーを提供することを目的とする。
【解決手段】SCMに取り付けられる本発明に係るカンチレバーとして、当該カンチレバーは試料を走査する探針部1と当該探針部1を支持する電極部2とを有している。また、当該探針部1は、四角錘状の絶縁体1aと、当該四角錘状の絶縁体1aの一の面にのみ配設された導電性配線1bとを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】SCMに取り付けられる本発明に係るカンチレバーとして、当該カンチレバーは試料を走査する探針部1と当該探針部1を支持する電極部2とを有している。また、当該探針部1は、四角錘状の絶縁体1aと、当該四角錘状の絶縁体1aの一の面にのみ配設された導電性配線1bとを備えている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カンチレバーの構造およびその製造方法に係る発明であって、例えば、走査型容量顕微鏡に適するカンチレバーおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、探針部を試料表面に接近・走査させ、探針部と試料表面の電荷との間で形成される静電容量を測定することにより、試料表面の静電容量分布を検出する装置として、走査型容量顕微鏡(以下、SCMと称す)が使われている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
SCMによる測定では、導電性のカンチレバーが用いられており、例えば、ノンドープシリコンチップにPt、CoCr等の導電体を全面にコーティングしたカンチレバーが用いられている。
【0004】
しかし、SCMは、原子間力に比べて長距離から影響を受ける電気力を用いて測定を行うため、当該SCMの面分解能は、カンチレバーに取り付けられた探針部のごく先端のミクロな形状だけでなく、当該探針部の先端付近のマクロな形状によっても影響を受ける。
【0005】
ここで、面分解能とは、顕微鏡等の性能を表す指標であり、空間の異なる2点を分離して識別検出可能な限界能力を示す値のことである。
【0006】
そこで、長距離力である電気力の観点において(つまり、マクロ的観点において)、カンチレバーの探針部の直接観察に関与しない部分の影響を抑制するために、形状が三角錐である探針部の一面にのみ導電体をコーティングしたものを、SCMのカンチレバーの探針部として採用することが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−136555号公報(第2図)
【非特許文献1】
「第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集」、2002.3 東海大学 湘南校舎、P687
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、カンチレバーに取り付けられた三角錐形状の探針部の一面にのみ導電体のコーティングを行った場合では、三角錐の全面に導電体のコーティングを行った場合よりも面分解能は向上するものの、当該面分解能の向上には限度があった。
【0009】
そこで、この発明は、SCM等の顕微鏡の面分解能をさらに向上させることができるカンチレバーおよびそ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】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載のカンチレバーは、被観察試料を走査する探針部と前記探針部を支持する電極部とを有するカンチレバーにおいて、前記探針部は、錐体形状の絶縁体と、前記絶縁体の一の面上の一部に配設されており、一端が前記錐体形状の頂点に達しており、他端が前記電極部に達している導電性配線とを、備えている。
【0011】
また、本発明に係る請求項3に記載のカンチレバーの製造方法は、(a)頂点が基板内部に形成されるように、当該基板の表面内に錐体形状の孔を形成する工程と、(b)前記基板の表面上および前記錐体形状の孔の側面を覆うように犠牲膜を成膜する工程と、(c)前記犠牲膜上の、前記錐体形状の孔の側面部分に、一端が前記錐体形状の孔の頂点に達するように導電性配線を形成する工程と、(d)前記工程(c)後に、前記錐体形状の孔を充填するように、前記犠牲膜に対するエッチング選択比を有する絶縁体を埋設する工程と、(e)前記絶縁体の上面、前記導電性配線の他端および前記犠牲膜を覆うように電極部を形成する工程と、(f)前記工程(e)後に、前記犠牲膜をエッチングすることにより、前記基板から前記絶縁体、前記導電性配線および前記電極部を分離する工程とを、備えている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【0013】
図1,2に、本発明に係るカンチレバーの一実施の形態を示す。ここで、図1は、当該カンチレバーの断面図であり、図2は、図1で示した右手座標系のx方向から、当該カンチレバーを見たときの図である。
【0014】
図1,2に示すように、本発明のカンチレバーは、板状の電極部2と、電極部2の端領域に形成され、試料を走査する探針部1とから構成されている。
【0015】
探針部1は、四角錘形状の絶縁体1aと、導電性配線1bとから構成されている。導電性配線1bは、四角錘形状の絶縁体1aの一の面に配設されており、当該四角錘の頂点から前記一の面の中央部を通って、板状の電極部2に達するように配設されている。つまり、導電性配線1bの長さが最短となるように配設されている。
【0016】
ここで、本実施の形態では、絶縁体1aとして窒化シリコンを採用しており、導電性配線1bとしてタングステンを採用している。また、板状の電極部2として白金を採用している。
【0017】
次に、図1,2で示したカンチレバーの製造方法の一例について、図3〜14に基づいて説明する。ここで図3〜14は、各製造段階における製造途中のカンチレバーの断面図または斜視図を示している。
【0018】
まずはじめに、(100)主面の単結晶シリコン基板11を用意し、当該単結晶シリコン基板11の主面上にマスクを設ける。次に、マスクの所定の箇所に、所定の大きさの四角形状の開口部(当該開口部から単結晶シリコン基板11は露出している)を形成する。
【0019】
当該マスク付きの単結晶シリコン基板11を、水酸化カリウム(KOH)水溶液等のエッチング液に浸すことにより、結晶異方性エッチング(今、(100)面の単結晶シリコン基板11を用いているので、当該エッチングは(111)面で自動的に停止する)を行い、深さ約10μmの四角錘形状の孔12を形成する。その後マスクを除去した様子を図3に示す。
【0020】
次に、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法を用いることにより、図4に示すように、前記四角錘形状の孔12の側面上、および単結晶シリコン基板11の主面上を覆うように、犠牲膜としてシリコン酸化膜13を100nm程度成膜する。
【0021】
次に、CVD法を用いることにより、図5に示すように、前記シリコン酸化膜13を覆うようにタングステン膜14を、10nm程度の膜厚で成膜する。なお、ここで成膜する膜として導電性を有するものであれば、他の物質を用いて成膜処理を施してもかまわない。
【0022】
次に、タングステン膜14上にフォトレジスト15を塗布し、リソグラフィ工程により所定の形状にフォトレジスト15をパターニングする。このパターニングされたフォトレジスト15の様子を図6に示す。また図7に、その平面図を示す。
【0023】
次に、所定の形状にパターニングされたフォトレジスト15をマスクとして異方性ドライエッチングを施すことにより、図8に示すように、タングステン配線16を配設する。当該タングステン配線16は、四角錘形状の孔12の一の面において、一端が四角錘形状の孔12の頂点に達しており、当該頂点から前記一の面の中央部を通って、他端部分が当該四角錐形状の孔12から突出するように配設される。
【0024】
当該配設により、タングステン配線16は最短の長さとなる。ここで、タングステン配線16の線幅は10nm程度である。なお、図8はフォトレジスト15を除去した状態を図示している。
【0025】
さて次に、CVD法を用いることにより、図9に示すように、前記シリコン酸化膜13およびタングステン配線16を覆うように、シリコン窒化膜17を20μm程度成膜する。
【0026】
ここで、シリコン窒化膜17を採用したのは、シリコン酸化膜13に対するエッチング選択比を有するからである。したがって、両者の間でエッチング選択比を有するのであれば、シリコン酸化膜13、シリコン窒化膜17の代わりに他の材料を選択することもできる。なお、当該エッチング選択比が高ければ高いほど、完成品となるカンチレバーへの当該エッチングによる損傷を抑制することができる。
【0027】
次に、CMP(Chemical and Mechanical Polishing)研磨を用いることにより、図10に示すように、シリコン酸化膜13が露出するまでシリコン窒化膜17およびタングステン配線16の一部を研磨する。
【0028】
これにより、犠牲膜13が形成されている四角錘形状の孔12内にのみ、シリコン窒化膜17とタングステン配線16とが残ることとなる。
【0029】
次に、真空蒸着により、図11に示すようにシリコン酸化膜13、シリコン窒化膜17およびタングステン配線16を覆うように、白金膜18を5μm程度形成する。ここで、白金膜18の代わりに導電性のある他の物質を採用してもかまわない。
【0030】
次に、白金膜18上にフォトレジスト19を塗布し、リソグラフィ工程により所定の形状にフォトレジスト19をパターニングする。このパターニングされたフォトレジスト19の様子を図12に示す。
【0031】
次に、所定の形状にパターニングされたフォトレジスト19をマスクとして異方性ドライエッチングを施すことにより、図13に示すように白金膜18を、図1で示したカンチレバーの電極部2としての形状となるようにパターニングする。なお、図13は、フォトレジスト19を除去した状態を図示している。
【0032】
最後に、図13で示した各部材が形成された製造途中の単結晶シリコン基板11を、フッ酸液に浸しエッチング処理を施すことにより、図14に示すように、犠牲膜であるシリコン酸化膜13を除去し、当該除去により、単結晶シリコン基板11から、上方に形成されている部材(タングステン配線16、シリコン窒化膜17および白金膜18)を分離(リフトオフ)する。
【0033】
以上までの工程により、図1,2に示す本発明に係るカンチレバーを形成することができる。
【0034】
本発明に係るカンチレバーの探針部1は、四角錘形状の絶縁体1aと、当該四角錘形状の絶縁体1aの一の面のみに配設されている線状の導電性配線1bとを備えているので、当該カンチレバーをSCMに採用することにより、四角錘形状の絶縁体の全面に導電体をコーティングしたカンチレバーを採用するときよりも、さらにSCMの面分解能を向上させることができる。
【0035】
つまり、静電容量は長距離力であるため、SCMによる静電容量測定では、実際に測定に関与していない部分(探針部1の極先端部以外の部分)の導電体の影響も受ける。また、探針部1の導電体部分と試料との間の静電容量は、相互に対面している面積に比例して変化する。
【0036】
したがって、直接測定に関与する探針部の極先端部以外の導電体の、試料との対面面積を小さくすることにより、上記静電容量の変化を抑制することができ(つまり、実際に測定に関与していない部分の導電体の影響を抑制することができ)、当該抑制に応じてSCMの面分解能も向上させることができる。
【0037】
上記の考察を四角錘形状の絶縁体1aの一の面に測定部となる導電体1bを設ける場合に当てはめると、当該絶縁体1aの一の面の全面に導電体をコーティングする場合よりも、本発明のように、一の面に線状の導電性配線1bを配設する場合の方が、実際に測定に関与しない導電体部分と試料との対面面積を減少させることができ、その分、実際に測定に関与しない導電体部分と試料との間の静電容量を減少させることができる。したがって、これに応じてSCMの面分解能も向上させることが可能となる。
【0038】
また、導電性配線1bの一端が四角錘形状の絶縁体1aの頂点に達しており、他端が電極部2に達しているのであれば、どのような形状で導電性配線1bを配設してもよいが、上述のように、四角錘形状の絶縁体1aの一の面の中央部を通るように配設することにより、導電性配線1bの長さを最短とすることができ、よりSCMの面分解能を向上させることができる。
【0039】
また、導電性配線1bは線状であるため、機械的強度は弱くなるが、導電性配線1bは四角錘形状の絶縁体1aの面上に密接して配設されることとなるので、当該導電性配線1bの機械的強度が、弱くなることを抑制することもできる。
【0040】
また、四角錘形状の孔12が形成された単結晶シリコン基板11を用意し、当該単結晶シリコン基板11上に犠牲膜を形成し、当該犠牲膜上にカンチレバーとなる部材(カンチレバーの探針部1の絶縁体1aは犠牲膜に対するエッチング選択比は大きい)を形成する製造方法を採用しているので、犠牲膜をエッチング処理にて除去することにより、リフトオフによって簡易でかつ、カンチレバーへの損傷を抑制しながら、本発明に係るカンチレバーを形成することができる。
【0041】
本発明では、探針として四角錘の形状に限定して話を進めたが、これに限るものでなく、任意の錐体状の探針を採用してもよい。この場合、タングステン等の配線は、錐体状の探針表面の任意の一部分に形成されることとなる。
【0042】
【発明の効果】
本発明の請求項1に記載のカンチレバーは、被観察試料を走査する探針部と前記探針部を支持する電極部とを有するカンチレバーにおいて、前記探針部は、錐体形状の絶縁体と、前記絶縁体の一の面上の一部に配設されており、一端が前記錐体形状の頂点に達しており、他端が前記電極部に達している導電性配線とを、備えているので、例えばSCM等の顕微鏡に当該カンチレバーを採用することにより、直接測定に関与する探針部の極先端部以外の導電体の、被観察試料との対面面積が小さくなり、実際に測定に関与していない部分の導電体の影響を抑制することができる。したがって、当該抑制に応じてSCMの面分解能も向上させることができる。
【0043】
本発明の請求項3に記載のカンチレバーの製造方法は、(a)頂点が基板内部に形成されるように、当該基板の表面内に錐体形状の孔を形成する工程と、(b)前記基板の表面上および前記錐体形状の孔の側面を覆うように犠牲膜を成膜する工程と、(c)前記犠牲膜上の、前記錐体形状の孔の側面部分に、一端が前記錐体形状の孔の頂点に達するように導電性配線を形成する工程と、(d)前記工程(c)後に、前記錐体形状の孔を充填するように、前記犠牲膜に対するエッチング選択比を有する絶縁体を埋設する工程と、(e)前記絶縁体の上面、前記導電性配線の他端および前記犠牲膜を覆うように電極部を形成する工程と、(f)前記工程(e)後に、前記犠牲膜をエッチングすることにより、前記基板から前記絶縁体、前記導電性配線および前記電極部を分離する工程とを、備えているので、簡単なエッチング(リフトオフ)処理を用いて基板から、導電性配線と絶縁体とからなるカンチレバーの取り出しを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカンチレバーの断面を示す図である。
【図2】本発明のカンチレバーを他の方向から観察したときの様子を示す図である。
【図3】孔が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す斜視図である。
【図4】犠牲膜であるシリコン酸化膜が成膜されている様子を示す図である。
【図5】タングステン膜が成膜されている様子を示す図である。
【図6】タングステン配線形成のためのフォトレジストが形成されている様子を示す断面図である。
【図7】タングステン配線形成のためのフォトレジストが形成されている様子を示す平面図である。
【図8】タングステン配線が配設されている様子を示す斜視図である。
【図9】シリコン窒化膜が孔に充填されている様子を示す図である。
【図10】余分なシリコン窒化膜を除去した様子を示す図である。
【図11】白金膜を成膜した様子を示す図である。
【図12】所定の形状にパターニングされたフォトレジスが形成されている様子を示す図である。
【図13】所定の形状にパターニングされた白金膜の様子を示す図である。
【図14】単結晶シリコン基板からカンチレバーを取り出す様子を示す図である。
【符号の説明】
1 探針部、1a 絶縁体、1b 導電性配線、2 電極部、11 単結晶シリコン基板、12 孔、13 シリコン酸化膜、14 タングステン膜、15,19 フォトレジスト、16 タングステン配線、17 シリコン窒化膜、18白金膜。
【発明の属する技術分野】
この発明は、カンチレバーの構造およびその製造方法に係る発明であって、例えば、走査型容量顕微鏡に適するカンチレバーおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、探針部を試料表面に接近・走査させ、探針部と試料表面の電荷との間で形成される静電容量を測定することにより、試料表面の静電容量分布を検出する装置として、走査型容量顕微鏡(以下、SCMと称す)が使われている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
SCMによる測定では、導電性のカンチレバーが用いられており、例えば、ノンドープシリコンチップにPt、CoCr等の導電体を全面にコーティングしたカンチレバーが用いられている。
【0004】
しかし、SCMは、原子間力に比べて長距離から影響を受ける電気力を用いて測定を行うため、当該SCMの面分解能は、カンチレバーに取り付けられた探針部のごく先端のミクロな形状だけでなく、当該探針部の先端付近のマクロな形状によっても影響を受ける。
【0005】
ここで、面分解能とは、顕微鏡等の性能を表す指標であり、空間の異なる2点を分離して識別検出可能な限界能力を示す値のことである。
【0006】
そこで、長距離力である電気力の観点において(つまり、マクロ的観点において)、カンチレバーの探針部の直接観察に関与しない部分の影響を抑制するために、形状が三角錐である探針部の一面にのみ導電体をコーティングしたものを、SCMのカンチレバーの探針部として採用することが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−136555号公報(第2図)
【非特許文献1】
「第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集」、2002.3 東海大学 湘南校舎、P687
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、カンチレバーに取り付けられた三角錐形状の探針部の一面にのみ導電体のコーティングを行った場合では、三角錐の全面に導電体のコーティングを行った場合よりも面分解能は向上するものの、当該面分解能の向上には限度があった。
【0009】
そこで、この発明は、SCM等の顕微鏡の面分解能をさらに向上させることができるカンチレバーおよびそ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】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載のカンチレバーは、被観察試料を走査する探針部と前記探針部を支持する電極部とを有するカンチレバーにおいて、前記探針部は、錐体形状の絶縁体と、前記絶縁体の一の面上の一部に配設されており、一端が前記錐体形状の頂点に達しており、他端が前記電極部に達している導電性配線とを、備えている。
【0011】
また、本発明に係る請求項3に記載のカンチレバーの製造方法は、(a)頂点が基板内部に形成されるように、当該基板の表面内に錐体形状の孔を形成する工程と、(b)前記基板の表面上および前記錐体形状の孔の側面を覆うように犠牲膜を成膜する工程と、(c)前記犠牲膜上の、前記錐体形状の孔の側面部分に、一端が前記錐体形状の孔の頂点に達するように導電性配線を形成する工程と、(d)前記工程(c)後に、前記錐体形状の孔を充填するように、前記犠牲膜に対するエッチング選択比を有する絶縁体を埋設する工程と、(e)前記絶縁体の上面、前記導電性配線の他端および前記犠牲膜を覆うように電極部を形成する工程と、(f)前記工程(e)後に、前記犠牲膜をエッチングすることにより、前記基板から前記絶縁体、前記導電性配線および前記電極部を分離する工程とを、備えている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【0013】
図1,2に、本発明に係るカンチレバーの一実施の形態を示す。ここで、図1は、当該カンチレバーの断面図であり、図2は、図1で示した右手座標系のx方向から、当該カンチレバーを見たときの図である。
【0014】
図1,2に示すように、本発明のカンチレバーは、板状の電極部2と、電極部2の端領域に形成され、試料を走査する探針部1とから構成されている。
【0015】
探針部1は、四角錘形状の絶縁体1aと、導電性配線1bとから構成されている。導電性配線1bは、四角錘形状の絶縁体1aの一の面に配設されており、当該四角錘の頂点から前記一の面の中央部を通って、板状の電極部2に達するように配設されている。つまり、導電性配線1bの長さが最短となるように配設されている。
【0016】
ここで、本実施の形態では、絶縁体1aとして窒化シリコンを採用しており、導電性配線1bとしてタングステンを採用している。また、板状の電極部2として白金を採用している。
【0017】
次に、図1,2で示したカンチレバーの製造方法の一例について、図3〜14に基づいて説明する。ここで図3〜14は、各製造段階における製造途中のカンチレバーの断面図または斜視図を示している。
【0018】
まずはじめに、(100)主面の単結晶シリコン基板11を用意し、当該単結晶シリコン基板11の主面上にマスクを設ける。次に、マスクの所定の箇所に、所定の大きさの四角形状の開口部(当該開口部から単結晶シリコン基板11は露出している)を形成する。
【0019】
当該マスク付きの単結晶シリコン基板11を、水酸化カリウム(KOH)水溶液等のエッチング液に浸すことにより、結晶異方性エッチング(今、(100)面の単結晶シリコン基板11を用いているので、当該エッチングは(111)面で自動的に停止する)を行い、深さ約10μmの四角錘形状の孔12を形成する。その後マスクを除去した様子を図3に示す。
【0020】
次に、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法を用いることにより、図4に示すように、前記四角錘形状の孔12の側面上、および単結晶シリコン基板11の主面上を覆うように、犠牲膜としてシリコン酸化膜13を100nm程度成膜する。
【0021】
次に、CVD法を用いることにより、図5に示すように、前記シリコン酸化膜13を覆うようにタングステン膜14を、10nm程度の膜厚で成膜する。なお、ここで成膜する膜として導電性を有するものであれば、他の物質を用いて成膜処理を施してもかまわない。
【0022】
次に、タングステン膜14上にフォトレジスト15を塗布し、リソグラフィ工程により所定の形状にフォトレジスト15をパターニングする。このパターニングされたフォトレジスト15の様子を図6に示す。また図7に、その平面図を示す。
【0023】
次に、所定の形状にパターニングされたフォトレジスト15をマスクとして異方性ドライエッチングを施すことにより、図8に示すように、タングステン配線16を配設する。当該タングステン配線16は、四角錘形状の孔12の一の面において、一端が四角錘形状の孔12の頂点に達しており、当該頂点から前記一の面の中央部を通って、他端部分が当該四角錐形状の孔12から突出するように配設される。
【0024】
当該配設により、タングステン配線16は最短の長さとなる。ここで、タングステン配線16の線幅は10nm程度である。なお、図8はフォトレジスト15を除去した状態を図示している。
【0025】
さて次に、CVD法を用いることにより、図9に示すように、前記シリコン酸化膜13およびタングステン配線16を覆うように、シリコン窒化膜17を20μm程度成膜する。
【0026】
ここで、シリコン窒化膜17を採用したのは、シリコン酸化膜13に対するエッチング選択比を有するからである。したがって、両者の間でエッチング選択比を有するのであれば、シリコン酸化膜13、シリコン窒化膜17の代わりに他の材料を選択することもできる。なお、当該エッチング選択比が高ければ高いほど、完成品となるカンチレバーへの当該エッチングによる損傷を抑制することができる。
【0027】
次に、CMP(Chemical and Mechanical Polishing)研磨を用いることにより、図10に示すように、シリコン酸化膜13が露出するまでシリコン窒化膜17およびタングステン配線16の一部を研磨する。
【0028】
これにより、犠牲膜13が形成されている四角錘形状の孔12内にのみ、シリコン窒化膜17とタングステン配線16とが残ることとなる。
【0029】
次に、真空蒸着により、図11に示すようにシリコン酸化膜13、シリコン窒化膜17およびタングステン配線16を覆うように、白金膜18を5μm程度形成する。ここで、白金膜18の代わりに導電性のある他の物質を採用してもかまわない。
【0030】
次に、白金膜18上にフォトレジスト19を塗布し、リソグラフィ工程により所定の形状にフォトレジスト19をパターニングする。このパターニングされたフォトレジスト19の様子を図12に示す。
【0031】
次に、所定の形状にパターニングされたフォトレジスト19をマスクとして異方性ドライエッチングを施すことにより、図13に示すように白金膜18を、図1で示したカンチレバーの電極部2としての形状となるようにパターニングする。なお、図13は、フォトレジスト19を除去した状態を図示している。
【0032】
最後に、図13で示した各部材が形成された製造途中の単結晶シリコン基板11を、フッ酸液に浸しエッチング処理を施すことにより、図14に示すように、犠牲膜であるシリコン酸化膜13を除去し、当該除去により、単結晶シリコン基板11から、上方に形成されている部材(タングステン配線16、シリコン窒化膜17および白金膜18)を分離(リフトオフ)する。
【0033】
以上までの工程により、図1,2に示す本発明に係るカンチレバーを形成することができる。
【0034】
本発明に係るカンチレバーの探針部1は、四角錘形状の絶縁体1aと、当該四角錘形状の絶縁体1aの一の面のみに配設されている線状の導電性配線1bとを備えているので、当該カンチレバーをSCMに採用することにより、四角錘形状の絶縁体の全面に導電体をコーティングしたカンチレバーを採用するときよりも、さらにSCMの面分解能を向上させることができる。
【0035】
つまり、静電容量は長距離力であるため、SCMによる静電容量測定では、実際に測定に関与していない部分(探針部1の極先端部以外の部分)の導電体の影響も受ける。また、探針部1の導電体部分と試料との間の静電容量は、相互に対面している面積に比例して変化する。
【0036】
したがって、直接測定に関与する探針部の極先端部以外の導電体の、試料との対面面積を小さくすることにより、上記静電容量の変化を抑制することができ(つまり、実際に測定に関与していない部分の導電体の影響を抑制することができ)、当該抑制に応じてSCMの面分解能も向上させることができる。
【0037】
上記の考察を四角錘形状の絶縁体1aの一の面に測定部となる導電体1bを設ける場合に当てはめると、当該絶縁体1aの一の面の全面に導電体をコーティングする場合よりも、本発明のように、一の面に線状の導電性配線1bを配設する場合の方が、実際に測定に関与しない導電体部分と試料との対面面積を減少させることができ、その分、実際に測定に関与しない導電体部分と試料との間の静電容量を減少させることができる。したがって、これに応じてSCMの面分解能も向上させることが可能となる。
【0038】
また、導電性配線1bの一端が四角錘形状の絶縁体1aの頂点に達しており、他端が電極部2に達しているのであれば、どのような形状で導電性配線1bを配設してもよいが、上述のように、四角錘形状の絶縁体1aの一の面の中央部を通るように配設することにより、導電性配線1bの長さを最短とすることができ、よりSCMの面分解能を向上させることができる。
【0039】
また、導電性配線1bは線状であるため、機械的強度は弱くなるが、導電性配線1bは四角錘形状の絶縁体1aの面上に密接して配設されることとなるので、当該導電性配線1bの機械的強度が、弱くなることを抑制することもできる。
【0040】
また、四角錘形状の孔12が形成された単結晶シリコン基板11を用意し、当該単結晶シリコン基板11上に犠牲膜を形成し、当該犠牲膜上にカンチレバーとなる部材(カンチレバーの探針部1の絶縁体1aは犠牲膜に対するエッチング選択比は大きい)を形成する製造方法を採用しているので、犠牲膜をエッチング処理にて除去することにより、リフトオフによって簡易でかつ、カンチレバーへの損傷を抑制しながら、本発明に係るカンチレバーを形成することができる。
【0041】
本発明では、探針として四角錘の形状に限定して話を進めたが、これに限るものでなく、任意の錐体状の探針を採用してもよい。この場合、タングステン等の配線は、錐体状の探針表面の任意の一部分に形成されることとなる。
【0042】
【発明の効果】
本発明の請求項1に記載のカンチレバーは、被観察試料を走査する探針部と前記探針部を支持する電極部とを有するカンチレバーにおいて、前記探針部は、錐体形状の絶縁体と、前記絶縁体の一の面上の一部に配設されており、一端が前記錐体形状の頂点に達しており、他端が前記電極部に達している導電性配線とを、備えているので、例えばSCM等の顕微鏡に当該カンチレバーを採用することにより、直接測定に関与する探針部の極先端部以外の導電体の、被観察試料との対面面積が小さくなり、実際に測定に関与していない部分の導電体の影響を抑制することができる。したがって、当該抑制に応じてSCMの面分解能も向上させることができる。
【0043】
本発明の請求項3に記載のカンチレバーの製造方法は、(a)頂点が基板内部に形成されるように、当該基板の表面内に錐体形状の孔を形成する工程と、(b)前記基板の表面上および前記錐体形状の孔の側面を覆うように犠牲膜を成膜する工程と、(c)前記犠牲膜上の、前記錐体形状の孔の側面部分に、一端が前記錐体形状の孔の頂点に達するように導電性配線を形成する工程と、(d)前記工程(c)後に、前記錐体形状の孔を充填するように、前記犠牲膜に対するエッチング選択比を有する絶縁体を埋設する工程と、(e)前記絶縁体の上面、前記導電性配線の他端および前記犠牲膜を覆うように電極部を形成する工程と、(f)前記工程(e)後に、前記犠牲膜をエッチングすることにより、前記基板から前記絶縁体、前記導電性配線および前記電極部を分離する工程とを、備えているので、簡単なエッチング(リフトオフ)処理を用いて基板から、導電性配線と絶縁体とからなるカンチレバーの取り出しを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカンチレバーの断面を示す図である。
【図2】本発明のカンチレバーを他の方向から観察したときの様子を示す図である。
【図3】孔が形成された単結晶シリコン基板の様子を示す斜視図である。
【図4】犠牲膜であるシリコン酸化膜が成膜されている様子を示す図である。
【図5】タングステン膜が成膜されている様子を示す図である。
【図6】タングステン配線形成のためのフォトレジストが形成されている様子を示す断面図である。
【図7】タングステン配線形成のためのフォトレジストが形成されている様子を示す平面図である。
【図8】タングステン配線が配設されている様子を示す斜視図である。
【図9】シリコン窒化膜が孔に充填されている様子を示す図である。
【図10】余分なシリコン窒化膜を除去した様子を示す図である。
【図11】白金膜を成膜した様子を示す図である。
【図12】所定の形状にパターニングされたフォトレジスが形成されている様子を示す図である。
【図13】所定の形状にパターニングされた白金膜の様子を示す図である。
【図14】単結晶シリコン基板からカンチレバーを取り出す様子を示す図である。
【符号の説明】
1 探針部、1a 絶縁体、1b 導電性配線、2 電極部、11 単結晶シリコン基板、12 孔、13 シリコン酸化膜、14 タングステン膜、15,19 フォトレジスト、16 タングステン配線、17 シリコン窒化膜、18白金膜。
Claims (4)
- 被観察試料を走査する探針部と前記探針部を支持する電極部とを有するカンチレバーにおいて、
前記探針部は、
錐体形状の絶縁体と、
前記絶縁体の一の面上の一部に配設されており、一端が前記錐体形状の頂点に達しており、他端が前記電極部に達している導電性配線とを、
備えることを特徴とするカンチレバー。 - 前記導電性配線は、前記錐体形状の頂点から前記一の面の中央部を通って配設されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のカンチレバー。 - (a)頂点が基板内部に形成されるように、当該基板の表面内に錐体形状の孔を形成する工程と、
(b)前記基板の表面上および前記錐体形状の孔の側面を覆うように犠牲膜を成膜する工程と、
(c)前記犠牲膜上の、前記錐体形状の孔の側面部分に、一端が前記錐体形状の孔の頂点に達するように導電性配線を形成する工程と、
(d)前記工程(c)後に、前記錐体形状の孔を充填するように、前記犠牲膜に対するエッチング選択比を有する絶縁体を埋設する工程と、
(e)前記絶縁体の上面、前記導電性配線の他端および前記犠牲膜を覆うように電極部を形成する工程と、
(f)前記工程(e)後に、前記犠牲膜をエッチングすることにより、前記基板から前記絶縁体、前記導電性配線および前記電極部を分離する工程とを、
備えることを特徴とするカンチレバーの製造方法。 - 前記工程(c)は、
前記錐体形状の孔の頂点から当該錐体形状の孔の一の面の中央部を通るように前記導電性配線を形成する工程である、
ことを特徴とする請求項3に記載のカンチレバーの製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003027851A JP2004239704A (ja) | 2003-02-05 | 2003-02-05 | カンチレバーおよびその製造方法 |
US10/646,892 US20040150413A1 (en) | 2003-02-05 | 2003-08-25 | Cantilever having improved resolution and manufacturing method therof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003027851A JP2004239704A (ja) | 2003-02-05 | 2003-02-05 | カンチレバーおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004239704A true JP2004239704A (ja) | 2004-08-26 |
Family
ID=32767634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003027851A Pending JP2004239704A (ja) | 2003-02-05 | 2003-02-05 | カンチレバーおよびその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20040150413A1 (ja) |
JP (1) | JP2004239704A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011511270A (ja) * | 2008-01-06 | 2011-04-07 | ユニフェルジテイト・トウェンテ | ナノサブ構造を有する3次元ナノ構造を製作するための方法、および、この方法によって得ることのできる金属先端を有する絶縁角錐、ナノ開口を有する角錐、および、水平および/または垂直なナノワイヤを有する角錐 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5166520A (en) * | 1991-05-13 | 1992-11-24 | The Regents Of The University Of California | Universal, microfabricated probe for scanning probe microscopes |
CA2073919C (en) * | 1991-07-17 | 1999-10-19 | Kiyoshi Takimoto | Multiple probe electrode arrangement for scanning tunnelling microscope recording and reading |
JPH06241777A (ja) * | 1993-02-16 | 1994-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | 原子間力顕微鏡用カンチレバー、その製造方法、このカンチレバーを用いた原子間力顕微鏡及びこのカンチレバーを用いた試料表面密着性評価方法 |
US5581083A (en) * | 1995-05-11 | 1996-12-03 | The Regents Of The University Of California | Method for fabricating a sensor on a probe tip used for atomic force microscopy and the like |
JP3608009B2 (ja) * | 1995-07-05 | 2005-01-05 | 株式会社ニコン | 原子間力顕微鏡 |
US5892223A (en) * | 1997-06-30 | 1999-04-06 | Harris Corporation | Multilayer microtip probe and method |
EP0899538B1 (en) * | 1997-08-27 | 2003-05-14 | IMEC vzw | A probe tip configuration, a method of fabricating probe tips and use thereof |
JP3265569B2 (ja) * | 1998-04-15 | 2002-03-11 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
US6051825A (en) * | 1998-06-19 | 2000-04-18 | Molecular Imaging Corporation | Conducting scanning probe microscope with environmental control |
JP4526626B2 (ja) * | 1999-12-20 | 2010-08-18 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 電気特性評価装置 |
JP4610811B2 (ja) * | 2000-09-15 | 2011-01-12 | アイメック | プローブの製造方法及びその装置 |
JP4598307B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2010-12-15 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 自己検知型spmプローブ |
JP4656761B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2011-03-23 | オリンパス株式会社 | Spmカンチレバー |
KR100499127B1 (ko) * | 2002-07-05 | 2005-07-04 | 삼성전자주식회사 | 고밀도 정보저장매체 및 그 제조방법 및 정보저장장치 및이를 이용한 정보 기록 및 재생 및 소거방법 |
JP2004093352A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Seiko Instruments Inc | 極微小多探針プローブの製造方法及び表面特性解析装置 |
-
2003
- 2003-02-05 JP JP2003027851A patent/JP2004239704A/ja active Pending
- 2003-08-25 US US10/646,892 patent/US20040150413A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011511270A (ja) * | 2008-01-06 | 2011-04-07 | ユニフェルジテイト・トウェンテ | ナノサブ構造を有する3次元ナノ構造を製作するための方法、および、この方法によって得ることのできる金属先端を有する絶縁角錐、ナノ開口を有する角錐、および、水平および/または垂直なナノワイヤを有する角錐 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20040150413A1 (en) | 2004-08-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7691661B2 (en) | Method of fabricating a surface probing device | |
US6066265A (en) | Micromachined silicon probe for scanning probe microscopy | |
US8564027B2 (en) | Nano-devices formed with suspended graphene membrane | |
WO2008061224A1 (en) | Sample support structure and methods | |
JPH0748349B2 (ja) | Afm/stm/mfmのプロフィル測定用の精密機械センサ及びその製造方法 | |
EP1748447A1 (en) | Dual tip atomic force microscopy probe and method for producing such a probe | |
JPH03104136A (ja) | 超微細シリコン・テイツプを形成する方法 | |
JP2002520596A (ja) | 多探針プローブ | |
US8828243B2 (en) | Scanning probe having integrated silicon tip with cantilever | |
US20040119485A1 (en) | Probe finger structure and method for making a probe finger structure | |
US8661560B1 (en) | Microcantilever microwave probe | |
TWI634332B (zh) | 探針配置及其製造方法 | |
Arkan et al. | Monolithic integration of Si nanowires with metallic electrodes: NEMS resonator and switch applications | |
JP2015526743A5 (ja) | ||
JP2009300440A (ja) | 超高分解能電気測定用のダイヤモンドチップの費用効果のある製造方法およびこれにより得られるデバイス | |
JP5249245B2 (ja) | 原子間力顕微鏡法用のビデオレートを可能とするプローブ | |
KR20080006911A (ko) | 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법 | |
Shen et al. | Morphological and crystallographic evolution of patterned silicon substrate etched in TMAH solutions | |
JP2004239704A (ja) | カンチレバーおよびその製造方法 | |
US6794296B1 (en) | Aperture in a semiconductor material, and the production and use thereof | |
US9389244B2 (en) | Vertical embedded sensor and process of manufacturing thereof | |
RU2006101285A (ru) | Зонд для сканирующего зондового микроскопа и способ его изготовления | |
EP1061529A1 (en) | A probe tip for the investigation of a substrate and a method of fabrication therof | |
JP2010145124A (ja) | カンチレバー | |
JP2010232983A (ja) | 薄膜振動子およびその製造方法 |