JPH04115452A - Canti-lever for inter-atomic power microscope and its manufacture - Google Patents
Canti-lever for inter-atomic power microscope and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、原子開力顕微鏡に関するものであり、とりわ
け微小平板の自由端側に探針を有する原子間力顕微鏡用
薄膜カンチレバー及びその製造方法に関するものである
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an atomic force microscope, and more particularly to a thin film cantilever for an atomic force microscope having a probe on the free end side of a microplate, and a method for manufacturing the same. It is.
従来の技術
従来、固体表面を原子オーダて観察てきる装置として走
査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと呼ぶ）が開発されて
いる。しかし、ＳＴＭは試料と探針間のトンネル電流を
検出して試料表面を観察するため、絶縁体表面は観察不
可能であった。この問題を解決するために試料と探針間
に働く原子間力を検出して試料表面を観察しようとする
原子開力顕微鏡（以後ＡＦＭと呼ぶ）が提案されている
。2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM) has been developed as a device for observing solid surfaces on the atomic order. However, since STM observes the sample surface by detecting the tunneling current between the sample and the probe, it was not possible to observe the insulator surface. In order to solve this problem, an atomic force microscope (hereinafter referred to as AFM) has been proposed, which attempts to observe the surface of a sample by detecting the atomic force acting between the sample and the probe.
このＡＦＭの分解能はＳＴＭと同様に探針先端部の曲率
半径に大きく依存し、曲率半径が小さいほど分解能は上
がる。ＡＦＭでは微小な力を検出するため微小な探針を
有するカンチレバーが必要である。原子間力顕微鏡用カ
ンチレバーの一例を第５図に示す。この例では、カンチ
レバー１８は、５ｉＯｐ薄膜あるいは５ｉ３ＮｎＦｉｉ
膜で形成され、平板形状のカンチレバーとなっている。Similar to STM, the resolution of this AFM largely depends on the radius of curvature of the tip of the probe, and the smaller the radius of curvature, the higher the resolution. AFM requires a cantilever with a minute probe to detect minute forces. An example of a cantilever for an atomic force microscope is shown in FIG. In this example, the cantilever 18 is a 5iOp thin film or a 5i3NnFii
It is made of a membrane and is a flat cantilever.
このカンチレバーは、通常、フォトエツチング技術によ
り作製される。さらにカンチレバー先端部には探針１９
が設けられている。従来、この探針としては、カンチレ
バー先端部分を探針として併用したもの、結晶のエッチ
ビットを鋳型として利用し作製したもの、異方性エツチ
ングや等方性エツチングにより作製したもの等が使用さ
れ、先端部の曲率半径が最小で３００Ａ程度の探針が得
られている。This cantilever is usually produced by photoetching technology. Furthermore, a probe 19 is placed at the tip of the cantilever.
is provided. Conventionally, this probe has been made by using the tip of a cantilever as a probe, by using a crystal etch bit as a template, by anisotropic etching or isotropic etching, etc. A probe with a minimum radius of curvature of about 300A at the tip was obtained.
発明が解決しようとする課題
ＡＦＭ用カンチレバーは上記のような種々の手法によっ
て作製されているにもかかわらず、それぞれに課題を残
している。すなわち、カンチレバー先端部分を探針とし
て利用する場合には、カンチレバーと探針間の密着性に
関する問題はなく、製造工程も比較的簡単であるが、フ
ォトリソグラフィの精度で先端曲率半径が決まるため、
通常のフォトエツチング技術では数１０００Ａ程度が限
界であり、顕微鏡としての分解能は低くなる。これ以下
の曲率半径の微細加工にはＦＩＢ等のマスクレスエツチ
ング技術が必要となるが、製造工程が複雑化するととも
に、コスト面の課題も生じてくる。結晶のエッチピット
を鋳型として探針を先端部に作製したカンチレバーでは
、曲率半径は比較的小さくできるが、工程が複雑となる
という課題も生じてくる。Problems to be Solved by the Invention Although AFM cantilevers have been manufactured by various methods as described above, each method still has its own problems. In other words, when using the tip of a cantilever as a probe, there are no problems with the adhesion between the cantilever and the probe, and the manufacturing process is relatively simple, but the radius of curvature of the tip is determined by the precision of photolithography.
The limit of ordinary photoetching technology is about several thousand A, and the resolution of the microscope is low. Microfabrication with a radius of curvature smaller than this requires a maskless etching technique such as FIB, but this complicates the manufacturing process and raises cost issues. A cantilever in which a probe is made at the tip using a crystal etch pit as a template can have a relatively small radius of curvature, but the process becomes complicated.
さらに、現在のところいずれの手法においても、作製可
能な探針先端部の最小曲率半径は３００Ａ程度が限界で
あり、原子オーダの分解能を有する原子開力顕微鏡を実
現する上での大きな課題となっている。Furthermore, in any of the current methods, the minimum radius of curvature of the probe tip that can be fabricated is limited to approximately 300A, which poses a major challenge in realizing an atomic force microscope with resolution on the atomic order. ing.
そこで、本発明は、従来の原子間力顕微鏡用カンチレバ
ーの課題に鑑み、容易に先端部が微小曲率半径の探針を
有する原子間力顕微鏡用カンチレバーを作製し、原子オ
ーダの分解能を有する原子閉力顕微鏡を提供することを
目的とする。Therefore, in view of the problems with conventional cantilevers for atomic force microscopes, the present invention aims to easily fabricate a cantilever for atomic force microscopes having a tip with a minute radius of curvature, and to create a cantilever for atomic force microscopes that has a resolution on the atomic order. The purpose is to provide a force microscope.
課題を解決するための手段
本発明は、頂点の尖ったシリコン突起物を自由端側先端
部に有し、本体がシリコンで形成されている原子間力顕
微鏡用カンチレバーである。Means for Solving the Problems The present invention is a cantilever for an atomic force microscope, which has a silicon protrusion with a pointed apex at its free end side tip and whose main body is made of silicon.
また、本発明は、シリコン基板を放電加工し、一端が自
由端となるカンチレバーを作製後、前記カンチレバー表
面をエツチングしてシリコン突起物を形成する原子間力
顕微鏡用カンチレバーの製造方法である。Further, the present invention is a method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope, in which a silicon substrate is subjected to electrical discharge machining to produce a cantilever having one end free, and then the surface of the cantilever is etched to form a silicon protrusion.
また、本発明は、シリコン基板を放電加工し、一端が自
由端となるカンチレバーを作製後、前記カンチレバー先
端部に、エツチング用マスクを形成し、前記カンチレバ
ーを等方性エツチングすることにより、前記マスク下部
に頂点の尖ったシリコン突起物を同時に形成する原子間
力顕微鏡用カンチレバーの製造方法である。Further, the present invention provides a method of fabricating a cantilever with one end free by electrical discharge machining of a silicon substrate, forming an etching mask on the tip of the cantilever, and etching the cantilever isotropically. This is a method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope, in which a silicon protrusion with a pointed apex is simultaneously formed at the bottom.
また、本発明は、シリコン基板を放電加工し、一端が自
由端となり、シリコン＜１００＞面が平板面となるカン
チレバーを作製後、前記カンチレバー先端部に、各辺が
＜１１０＞方向に沿った正方形のエツチング用マスクを
形成し、前記カンチレバーを異方性エツチングすること
により、前記マスク下部に四角踵状のシリコン突起物を
同時に形成することを特徴とする原子間力顕微鏡用カン
チレバーの製造方法である。In addition, the present invention applies electrical discharge machining to a silicon substrate to produce a cantilever in which one end becomes a free end and the silicon <100> plane becomes a flat plate surface, and then the tip of the cantilever is formed so that each side is along the <110> direction. A method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope, characterized in that a square etching mask is formed and the cantilever is anisotropically etched to simultaneously form a square heel-shaped silicon protrusion at the bottom of the mask. be.
また、本発明は、試料表面と探針間に働く原子間力によ
り前記試料表面を観察する原子間力顕微鏡用カンチレバ
ーに於て、前記探針の先端曲率半径が１００Ａ以下で、
前記探針がシリコンで形成されている原子間力顕微鏡用
カンチレバーである。The present invention also provides a cantilever for an atomic force microscope that observes the sample surface using an atomic force acting between the sample surface and the probe, in which the tip of the probe has a radius of curvature of 100 A or less,
This is a cantilever for an atomic force microscope in which the probe is made of silicon.
また、試料表面と探針間に働く原子間力により前記試料
表面を観察する原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方
法に於て、シリコン基板にエツチング用マスクを形成す
る工程と、前記シリコン基板を、前記エツチング用マス
クを利用してエツチングし、シリコン突起物を形成する
工程と、前記シリコン突起物を熱酸化し酸化膜を形成す
るか、又は熱窒化し窒化膜を形成する工程と、前記酸化
膜、又は前記窒化膜を除去することによって前記探針を
形成する工程とを備えた原子問力顕ｒｊ＆鏡用カンチレ
バーの製造方法である。Further, in a method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope that observes the sample surface by atomic force acting between the sample surface and the probe, the step of forming an etching mask on a silicon substrate, and the step of forming an etching mask on a silicon substrate, a step of etching using the etching mask to form a silicon projection; a step of thermally oxidizing the silicon projection to form an oxide film or thermal nitriding to form a nitride film; and a step of thermally nitriding the silicon projection to form a nitride film; or a step of forming the probe by removing the nitride film.
作用
本発明では、放電加工とエツチング（程を組み合わせる
ことで、探針として利用できるシリコン突起物を有する
シリコン本体を備えたカンチレバーを作製することがで
きる。Function: In the present invention, by combining electrical discharge machining and etching, it is possible to fabricate a cantilever having a silicon body having a silicon protrusion that can be used as a probe.
また、シリコン突起物の尖った先端部を熱酸化すれば、
シリコンの酸化に伴う体積膨張により先端部には応力が
発生する。特に、１０５０℃以下の低温で熱酸化すれは
、酸化膜の粘度が高いため、酸化により生した応力の緩
和速度がシリコンの酸化速度に比べて特に、遅くなるた
め、先端部では応力が特に増大し、他の部分に比べてシ
リコンの酸化が抑制される。この結果、先端部では、生
成された酸化膜下部のシリコン先端部の形状は熱酸化以
前の曲率半径よりもかなり小さな曲率半径となる。以上
の作用は１１５０°Ｃ以下の温度で熱窒化した場合にも
現れる。したがって、先端部表面の酸化膜あるいは窒化
膜を除去すれば、非常に微小な先端曲率半径の探針を有
する原子間力顕微鏡用カンチレバーが得られ、このカン
チレバーを用いることで原子オーダの分解能を有する原
子開力顕微鏡が実現可能となる。In addition, if the sharp tip of the silicon protrusion is thermally oxidized,
Stress is generated at the tip due to volumetric expansion due to oxidation of silicon. In particular, thermal oxidation at low temperatures below 1050°C causes stress to increase particularly at the tip because the viscosity of the oxide film is high and the relaxation rate of stress generated by oxidation is particularly slow compared to the oxidation rate of silicon. However, oxidation of silicon is suppressed compared to other parts. As a result, at the tip, the shape of the silicon tip under the generated oxide film has a radius of curvature that is considerably smaller than the radius of curvature before thermal oxidation. The above effect also appears when thermal nitriding is performed at a temperature of 1150°C or lower. Therefore, by removing the oxide film or nitride film on the surface of the tip, a cantilever for an atomic force microscope having a tip with a very small radius of curvature can be obtained, and by using this cantilever, it is possible to obtain a resolution on the atomic order. Atomic open force microscope becomes possible.
実施例
以下に、本発明の実施例について、図面を参町しながら
説明する。Examples Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明に係る原子間力顕微鏡用カンチレバーの製
造方法の一実施例について説明する。First, an embodiment of the method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope according to the present invention will be described.
厚さ３００〜４００１ｉ ｍ、抵抗率が０．１Ωｃｍ以
下のシリコン基板を放電加工により、一端が自由端とな
る厚さ１０８ｍから３０７ｚ ｍのカンチレバーを作製
した。放電加工を用いれば工具が被加工物に接触せずに
加工できるためにこのような超微細な加工が可能である
。このカンチレバーをエツチング液を用いてエツチング
することにより厚さが１７ｚｍから５μ「ｎ程度のカン
チレバーが作製された。本実施例では、エツチング液と
しては、ＨＦ、ＨＮＯ３、ＣＩ ３ ＣＯＯＨの混合液
を用いた。A cantilever with a thickness of 108 m to 307 z m and one free end of which is a free end was fabricated by electrical discharge machining a silicon substrate having a thickness of 300 to 4001 m and a resistivity of 0.1 Ωcm or less. If electrical discharge machining is used, such ultra-fine machining is possible because the tool can perform machining without contacting the workpiece. By etching this cantilever using an etching liquid, a cantilever with a thickness of about 17 zm to 5 µm was fabricated. In this example, a mixed solution of HF, HNO3, and CI 3 COOH was used as the etching liquid. there was.
例えばＨＦＩ容、ＨＮ ０３２５容、ＣＨ３ＣＯＯＨ２
Ｏ容の混合液では約０．５μｍ ／ ｍ ｉ ｎのエツ
チング速度が得られる。For example, HFI volume, HN 0325 volume, CH3COOH2
An etching rate of approximately 0.5 μm/min is obtained with a volume of the mixture.
また、このエツチング工程の前段階でカンチレバー先端
部に、エツチング用マスクを形成し、前記カンチレバー
をエツチングすることにより、頂点の尖ったシリコン突
起物を有するシリコンカンチレバーを作製することがで
きた。第１図（ａ）〜（Ｃ）にこの製造プロセスを示す
。シリコン基板１を放電加工し作製された厚さ１０７１
１ＴＩのカンチレバー２の平板面に厚さ１００ＯＡの熱
酸化膜を形成し、先端部ここフォトエツチング技術を用
いて、直径約５μｒｎのエツチング用マスク３を作製し
たく第１図（ｂ））。なお、このマスクは、Ｓｉ３Ｎ４
膜を用いてもよい。このカンチレバーをＨＦ、 ＨＮ
０３、ＣＨ３ＣＯＯＨの混合液に浸たし、等方性エツ
チングすることで、マスク下部のシリコンがエツチング
され、高さ４μｔｎで頂点の尖ったシリコン突起物４と
厚さが２μｎ１のシリコンカンチレバー５が同時に作製
された（第１図（Ｃ））。Furthermore, by forming an etching mask on the tip of the cantilever before this etching step and etching the cantilever, a silicon cantilever having a silicon protrusion with a pointed apex could be manufactured. This manufacturing process is shown in FIGS. 1(a) to (C). Thickness 1071 manufactured by electrical discharge machining of silicon substrate 1
A thermal oxide film with a thickness of 100 OA is formed on the flat plate surface of a 1TI cantilever 2, and a photo-etching technique is used to fabricate an etching mask 3 with a diameter of about 5 μrn at the tip (FIG. 1(b)). Note that this mask is made of Si3N4
A membrane may also be used. This cantilever is HF, HN
03. By immersing it in a CH3COOH mixture and performing isotropic etching, the silicon at the bottom of the mask is etched, and a silicon protrusion 4 with a height of 4 μtn and a pointed apex and a silicon cantilever 5 with a thickness of 2 μn1 are formed at the same time. (Fig. 1(C)).
上記のエツチング工程は異方性エツチングを用いても可
能である。放電加工により、シリコン＜ｉｏｏ＞面が平
板面となるカンチレバーを作製後、前記カンチレバー左
端部に、各辺がシリコン基板の＜１１０＞方向に沿った
６μｍ角の正方形のマスクを作製した。その後エチレン
ジアミン６８０ｍ１、ピロカテコール１２０ｇ、水３２
０ｍ１を混合して作製したエツチング液に１１０℃で浸
漬し、シリコンを異方性エツチングした。この溶液にお
ける各結晶面に対するエツチング速度を表１に示す。The above etching process can also be performed using anisotropic etching. After producing a cantilever with a silicon <ioo> plane as a flat surface by electric discharge machining, a square mask of 6 μm square with each side along the <110> direction of the silicon substrate was produced at the left end of the cantilever. Then 680ml of ethylenediamine, 120g of pyrocatechol, 32ml of water
Silicon was anisotropically etched by immersing it in an etching solution prepared by mixing 0ml of silicon at 110°C. Table 1 shows the etching rate for each crystal plane in this solution.
表１
エツチングが進行すれば、シリコン＜１１１＞面のエツ
チング速度が極端に遅いため、ＳｉＯ２マスク下部には
＜１１１＞面を側面とする四角錘のシリコン突起物が形
成される。突起物の側面はカンチレバーに対し、５５度
の角度を成す。本実施例では、先端部の曲率半径が５０
０ Ａ程度のシリコン突起物を有するカンチレバーが作
製された。Table 1 As etching progresses, since the etching speed of the silicon <111> plane is extremely slow, a square pyramidal silicon protrusion with <111> planes as side surfaces is formed at the bottom of the SiO2 mask. The sides of the protrusion form an angle of 55 degrees with the cantilever. In this example, the radius of curvature of the tip is 50
A cantilever having a silicon protrusion of approximately 0 A was fabricated.
エツチング用マスクはバッファエッチ溶液（ＨＦ１容と
Ｎ Ｈａ Ｆ ６容の混合ｔｆｆｌ）でエツチングでき
る。The etching mask can be etched with a buffered etch solution (tffl, a mixture of 1 volume of HF and 6 volumes of N Ha F).
なお、シリコンの異方性エツチング液は、エチレンシア
ミン、ピロカテコール、水の混合液に限られるものでは
なく、ＫＯＨ水溶液やヒドラジン水溶液をシリコンのエ
ツチング液として用いても異方性エツチングにより同様
の形状のシリコン突起物を有するカンチレバーが作製さ
れた。Note that the anisotropic etching solution for silicon is not limited to a mixed solution of ethylenecyamine, pyrocatechol, and water; even if a KOH aqueous solution or a hydrazine aqueous solution is used as the silicon etching solution, the same result can be achieved by anisotropic etching. A cantilever with a shaped silicon protrusion was fabricated.
作製したシリコン突起物の先端部の曲率半径をさらに微
小化するために、第２図（ａ）〜（ｃ）に示すような処
理を施した。シリコン突起物６の表面を、９５０℃で乾
燥酸素によりトライ酸化し、酸化膜７を形成した（第２
図（ｂ））。この酸化過程では、尖端部のシリコンは酸
化時の体積膨張による応力を受け、他の部分に比へ酸化
速度が遅くなり、酸化膜下部のシリコン尖端部の曲率半
径は酸化以前に比べて小さくなる。酸化膜の厚さが厚く
なると酸化速度が遅くなり、発生する応力の緩和速度の
方が早くなり、上記のような作用が得られなくなる。従
って、この工程での酸化膜の厚さは、１μｍ以下が望ま
しい。本実施例では１０００Ａの酸化膜を作製した。次
に、表面酸化膜７をバッファエッチ溶液（ＨＦＩ容とＮ
Ｈ４Ｆ６容の混合液）で除去することにより非常に小さ
な曲率半径の先端部分８を有するシリコン突起物９が得
られた（第２図（Ｃ））。In order to further reduce the radius of curvature of the tip of the produced silicon protrusion, treatments as shown in FIGS. 2(a) to 2(c) were performed. The surface of the silicon protrusion 6 was tri-oxidized with dry oxygen at 950°C to form an oxide film 7 (second
Figure (b)). In this oxidation process, the silicon at the tip is subjected to stress due to volume expansion during oxidation, and the oxidation rate slows down compared to other parts, and the radius of curvature of the silicon tip below the oxide film becomes smaller than before oxidation. . As the thickness of the oxide film increases, the oxidation rate slows down, and the relaxation rate of generated stress becomes faster, making it impossible to obtain the above-mentioned effect. Therefore, the thickness of the oxide film in this step is preferably 1 μm or less. In this example, an oxide film of 1000A was fabricated. Next, the surface oxide film 7 is etched with a buffer etch solution (HFI and N
By removing the silicon protrusion 9 with a tip portion 8 having a very small radius of curvature (FIG. 2(C)).
本実施例では、１００Ａ以下の曲率半径の先端部分を有
するシリコン突起物９が作製された。In this example, a silicon protrusion 9 having a tip portion with a radius of curvature of 100A or less was produced.
なお、本実施例ではシリコン突起物表面を１０５０℃以
下の温度て熱酸化したが、１１５０℃以下の温度て熱窒
化しても、同様の効果が得られる。In this example, the surface of the silicon protrusion was thermally oxidized at a temperature of 1050° C. or lower, but the same effect can be obtained even if the surface is thermally nitrided at a temperature of 1150° C. or lower.
この場合、熱窒化は、窒素あるいはアンモニア雰囲気中
で行うことができ、作製された窒化膜はＨＦによりエツ
チングできる。In this case, thermal nitridation can be performed in a nitrogen or ammonia atmosphere, and the produced nitride film can be etched with HF.
又、本実施例では、結果的に、シリコン基板を用いて、
探針及びカンチレバー本体を一体としていたが、カンチ
レバー本体は、別材料として、その先端部に、シリコン
材料を付着し、それを利用し、探針を形成するようにし
てもよい。Moreover, in this example, as a result, using a silicon substrate,
Although the probe and the cantilever main body are integrated, the cantilever main body may be made of a separate material, and a silicon material may be attached to the tip thereof, and this may be used to form the probe.
第３図に本実施例で作製した原子間力顕微鏡用カンチレ
バーの概略図を示す。カンナしバー１０は長さ１００μ
ｒｎ、幅２０μｍ、厚さ２Ｉ１ｍのシリコンからなり、
先端部に高さ４７１ｍのシリコン突起物１１からなる探
針が形成されている。探針先端部分の曲率半径は１００
Ａ以下である。FIG. 3 shows a schematic diagram of a cantilever for an atomic force microscope manufactured in this example. Planing bar 10 has a length of 100μ
rn, made of silicon with a width of 20 μm and a thickness of 2I1 m,
A probe consisting of a silicon protrusion 11 with a height of 471 m is formed at the tip. The radius of curvature of the tip of the probe is 100
A or below.
第４図に本実施例により作製されたカンナしバー１２を
有する原子開力顕微鏡の測定部の概略図を示す。測定試
料１３はＸ、 Ｙ、 Ｚの３方向に微動可能な試料
台１４上に固定される。探針１５を試料表面に近づける
と探針１５と試Ｎ１３間に原子間力が働き、カンチレバ
ー１２がたわむ。このたわみ量をレーザー１６と光検出
器１７を組み合わせた光てこにより測定しながら、試料
１３をＸ、Ｙ方向に走査することで、試料表面の形状を
観測する。この原子開力顕微鏡では、原子オーダの分解
能が得られた。FIG. 4 shows a schematic diagram of a measuring section of an atomic force microscope having a planar bar 12 manufactured according to this example. The measurement sample 13 is fixed on a sample stage 14 that can be moved slightly in three directions: X, Y, and Z. When the probe 15 is brought close to the sample surface, atomic force acts between the probe 15 and the sample N13, causing the cantilever 12 to bend. The shape of the sample surface is observed by scanning the sample 13 in the X and Y directions while measuring the amount of deflection using an optical lever that is a combination of a laser 16 and a photodetector 17. This atomic open force microscope achieved resolution on the atomic order.
なお、カンチレバーのたわみ量の測定は、光干渉計を用
いてもよく、さらに、カンチレバーの背面を導電材料で
被覆することによりＳＴＭを用いても測定可能である。Note that the amount of deflection of the cantilever may be measured using an optical interferometer, or may also be measured using STM by coating the back surface of the cantilever with a conductive material.
発明の詳細
な説明したところから明らかなように、本発明は、シリ
コンでてきた探針を有するシリコンカンチレバーが作製
できるため、探針先端部の微小化が容易である。As is clear from the detailed description of the invention, in the present invention, a silicon cantilever having a probe made of silicon can be manufactured, so that it is easy to miniaturize the tip of the probe.
また、１００Ａ以下の先端曲率半径の探針を有する原子
間力顕微鏡用カンチレバーを作製することが可能となる
。Moreover, it becomes possible to produce a cantilever for an atomic force microscope having a probe with a tip radius of curvature of 100 A or less.
このカンチレバーを有する原子開力顕微鏡によれば、分
解能が非常に高いため、絶縁体を含むあらゆる材料の表
面形状を原子オーダて観察可能となる。An atomic open force microscope with a cantilever has extremely high resolution, making it possible to observe the surface shape of any material, including insulators, on the atomic order.
第１図は本発明の一実施例における原子間力顕微鏡用カ
ンチレバーの製造プロセスを説明するための工程図、第
２図は上記実施例により作製した原子間力顕微鏡用カン
チレバーの探針をさらに尖らせるための工程図、第３図
は上記実施例により作製したカンチレバーの概略を示す
斜視図、第４図は上記実施例により作製したカンチレバ
ーを有する原子開力顕微鏡の測定部の概略側面図、第５
図は従来の原子間力顕微鏡用カンチレバーおよび探針の
斜視図である。
ｌ・・・シリコン基板、２．５、１０、１２、１８・・
・カンチレバー ３・・・マスク、４．６．９、 ｌｌ
・・・シリコン突起物、７・・・酸化膜、８・・・探針
先端部、 １５、１９・・・探針。
代理人 弁理士 松 １）正 道
第１図
２カンチレバー
／
第
図
第
図
第
図FIG. 1 is a process diagram for explaining the manufacturing process of a cantilever for an atomic force microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a perspective view schematically showing the cantilever manufactured according to the above example, and FIG. 4 is a schematic side view of the measuring section of an atomic force microscope having the cantilever manufactured according to the above example. 5
The figure is a perspective view of a conventional cantilever and probe for an atomic force microscope. l...Silicon substrate, 2.5, 10, 12, 18...
・Cantilever 3...Mask, 4.6.9, ll
...Silicon protrusion, 7...Oxide film, 8...Tip tip, 15, 19...Tip. Agent Patent Attorney Matsu 1) Tadashi Michi Figure 1 2 Cantilever / Figure Figure Figure Figure
Claims (9)
有し、本体がシリコンで形成されていることを特徴とす
る原子間力顕微鏡用カンチレバー。(1) A cantilever for an atomic force microscope, characterized in that the main body is made of silicon and has a silicon protrusion with a pointed apex on the free end side tip.
カンチレバーを作製後、前記カンチレバー表面をエッチ
ングしてシリコン突起物を形成することを特徴とする原
子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。(2) A method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope, which comprises performing electric discharge machining on a silicon substrate to produce a cantilever with one end free, and then etching the surface of the cantilever to form a silicon protrusion.
カンチレバーを作製後、前記カンチレバー先端部に、エ
ッチング用マスクを形成し、前記カンチレバーを等方性
エッチングすることにより、前記マスク下部に頂点の尖
ったシリコン突起物を形成することを特徴とする原子間
力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。(3) After fabricating a cantilever with one free end by electrical discharge machining on a silicon substrate, an etching mask is formed on the tip of the cantilever, and the cantilever is isotropically etched to create a vertex at the bottom of the mask. A method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope, characterized by forming a pointed silicon protrusion.
、シリコン＜１００＞面が平板面となるカンチレバーを
作製後、前記カンチレバー先端部に、各辺が＜１１０＞
方向に沿つた正方形のエッチング用マスクを形成し、前
記カンチレバーを異方性エッチングすることにより、前
記マスク下部に四角錘状のシリコン突起物を形成するこ
とを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方
法。(4) After fabricating a cantilever in which one end becomes a free end and the silicon <100> surface becomes a flat surface by electrical discharge machining of the silicon substrate, each side is <110> at the tip of the cantilever.
A cantilever for an atomic force microscope, characterized in that a square etching mask is formed along the direction, and a square pyramid-shaped silicon protrusion is formed at the bottom of the mask by anisotropically etching the cantilever. Production method.
カンチレバー先端部のシリコン突起物を熱酸化し、続い
て前記突起物表面に形成された酸化物を除去することを
特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。(5) Atomic force characterized by thermally oxidizing the silicon protrusion at the tip of the cantilever produced by the manufacturing method according to claim 3 or 4, and subsequently removing the oxide formed on the surface of the protrusion. A method of manufacturing a cantilever for a microscope.
カンチレバー先端部のシリコン突起物を熱窒化し、続い
て前記突起物表面に形成された窒化物を除去することを
特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。(6) An atomic force characterized by thermally nitriding the silicon protrusion at the tip of the cantilever produced by the manufacturing method according to claim 3 or 4, and subsequently removing nitride formed on the surface of the protrusion. A method for manufacturing a cantilever for a microscope.
表面を観察する原子間力顕微鏡用カンチレバーに於て、
前記探針の先端曲率半径が１００Ａ以下で、前記探針が
シリコンで形成されていることを特徴とする原子間力顕
微鏡用カンチレバー。(7) In a cantilever for an atomic force microscope that observes the sample surface by the atomic force acting between the sample surface and the probe,
A cantilever for an atomic force microscope, characterized in that the tip of the probe has a radius of curvature of 100 A or less, and the probe is made of silicon.
表面を観察する原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方
法に於て、基板にエッチング用マスクを形成する工程と
、前記基板を、前記エッチング用マスクを利用してエッ
チングし、シリコン突起物を形成する工程と、前記シリ
コン突起物を熱酸化し酸化膜形成するか、又は、熱窒化
し窒化膜を形成する工程と、前記酸化膜、又は前記窒化
膜を除去することによって前記探針を形成する工程とを
備えたことを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチレバー
の製造方法。(8) A method for manufacturing a cantilever for an atomic force microscope that observes the sample surface by atomic force acting between the sample surface and the probe, including the step of forming an etching mask on the substrate; a step of etching using an etching mask to form a silicon protrusion; a step of thermally oxidizing the silicon protrusion to form an oxide film or thermally nitriding the silicon protrusion to form a nitride film; or a step of forming the probe by removing the nitride film.
は、等方性エッチングであることを特徴とする請求項８
記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。(9) Claim 8, wherein the etching in the step of forming silicon protrusions is isotropic etching.
The method for manufacturing the cantilever for an atomic force microscope described above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23428690A JPH04115452A (en) | 1990-09-04 | 1990-09-04 | Canti-lever for inter-atomic power microscope and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23428690A JPH04115452A (en) | 1990-09-04 | 1990-09-04 | Canti-lever for inter-atomic power microscope and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04115452A true JPH04115452A (en) | 1992-04-16 |
Family
ID=16968603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23428690A Pending JPH04115452A (en) | 1990-09-04 | 1990-09-04 | Canti-lever for inter-atomic power microscope and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04115452A (en) |
-
1990
- 1990-09-04 JP JP23428690A patent/JPH04115452A/en active Pending
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