JPH05299015A - 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法Info
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- JPH05299015A JPH05299015A JP10460992A JP10460992A JPH05299015A JP H05299015 A JPH05299015 A JP H05299015A JP 10460992 A JP10460992 A JP 10460992A JP 10460992 A JP10460992 A JP 10460992A JP H05299015 A JPH05299015 A JP H05299015A
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】単層膜からなる走査型プローブ顕微鏡用カンチ
レバーを、優れた再現性をもって安定的に且つ簡易に作
製することを目的とする。 【構成】Ｓｉ基板１１にエッチング処理によりレプリカ
穴１３を形成し、この基板を熱酸化処理し、レプリカ穴
１３の内面上に酸化膜１４を形成する。次に、この酸化
膜１４上にレジストパターン１６を形成し、当該パター
ンをマスクとして、基板１１に上記熱酸化処理時に不可
避的に形成された酸化膜１５をエッチング処理によって
除去する。続いて、レプリカ穴１３を含む基板上の領域
に窒化シリコン膜１７を形成し、これをカンチレバーの
形状にパターニングする。この後、基板１１を除去し、
レバー部２０および探針部２１を具備するカンチレバー
２２を得る。
レバーを、優れた再現性をもって安定的に且つ簡易に作
製することを目的とする。 【構成】Ｓｉ基板１１にエッチング処理によりレプリカ
穴１３を形成し、この基板を熱酸化処理し、レプリカ穴
１３の内面上に酸化膜１４を形成する。次に、この酸化
膜１４上にレジストパターン１６を形成し、当該パター
ンをマスクとして、基板１１に上記熱酸化処理時に不可
避的に形成された酸化膜１５をエッチング処理によって
除去する。続いて、レプリカ穴１３を含む基板上の領域
に窒化シリコン膜１７を形成し、これをカンチレバーの
形状にパターニングする。この後、基板１１を除去し、
レバー部２０および探針部２１を具備するカンチレバー
２２を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レバー部及びその自由
端側に配設された探針部を具備する走査型プローブ顕微
鏡用カンチレバーの作製方法に関する。
端側に配設された探針部を具備する走査型プローブ顕微
鏡用カンチレバーの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ；Scanni
ng Tunneling Microscope ）はBinnig、Rohrerらにより
発明されてから（G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber a
nd E.Weibel: Surface Studies by Scanning Tunnelin
g Microscope. Phys. Rev. Lett., 49 (1982) 57）、
原子オーダの表面の凹凸を観察できる顕微鏡として、各
方面での利用が進んでいる。
ng Tunneling Microscope ）はBinnig、Rohrerらにより
発明されてから（G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber a
nd E.Weibel: Surface Studies by Scanning Tunnelin
g Microscope. Phys. Rev. Lett., 49 (1982) 57）、
原子オーダの表面の凹凸を観察できる顕微鏡として、各
方面での利用が進んでいる。
【０００３】特に近年では、ＳＴＭにおけるサーボ技術
を始めとする要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定
できなかった絶縁性の試料を原子オーダーの精度で観察
することのできる顕微鏡として原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ；Atomic Force Microscope）が提案されている（特
開昭６２−１３０３０２号公報；ＩＢＭ、Ｇ．ビニッ
ヒ、サンプル表面の像を形成する方法及び装置）。
を始めとする要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定
できなかった絶縁性の試料を原子オーダーの精度で観察
することのできる顕微鏡として原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ；Atomic Force Microscope）が提案されている（特
開昭６２−１３０３０２号公報；ＩＢＭ、Ｇ．ビニッ
ヒ、サンプル表面の像を形成する方法及び装置）。
【０００４】ＡＦＭの構造はＳＴＭに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。一般
的なＡＦＭでは、自由端部に鋭い突起部分（探針部）を
有するカンチレバーチップが、被測定試料に対向且つ近
接して配置されている。この探針部の先端を試料に近付
けて行くと、探針部先端の原子と試料原子との間に相互
作用が働き、両者の間隔距離に応じた力が作用する。こ
の状態で試料と探針部とを相対的にＸＹ方向に走査すれ
ば、試料の凹凸に従ってカンチレバーチップ部が変位す
る。よって、この変位するカンチレバーチップの動きを
電気的あるいは光学的に測定することにより、試料表面
の凹凸に関する情報を三次元的にとらえることが可能に
なる。
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。一般
的なＡＦＭでは、自由端部に鋭い突起部分（探針部）を
有するカンチレバーチップが、被測定試料に対向且つ近
接して配置されている。この探針部の先端を試料に近付
けて行くと、探針部先端の原子と試料原子との間に相互
作用が働き、両者の間隔距離に応じた力が作用する。こ
の状態で試料と探針部とを相対的にＸＹ方向に走査すれ
ば、試料の凹凸に従ってカンチレバーチップ部が変位す
る。よって、この変位するカンチレバーチップの動きを
電気的あるいは光学的に測定することにより、試料表面
の凹凸に関する情報を三次元的にとらえることが可能に
なる。
【０００５】上述したようなＡＦＭ等における走査型プ
ローブ顕微鏡用のカンチレバーチップとしては、T. R.
Albrechtらが半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作製す
ることのできるＳｉＯ2 製のカンチレバーチップを提案
して以来（Thomas R. Albrecht and Calvin F. Quate:
Atomic resolution Imaging ofa nonconductor Atomfo
rce Microscopy J. Appl. Psy. 62 (1987)2599）、ミ
クロンオーダーの高
ローブ顕微鏡用のカンチレバーチップとしては、T. R.
Albrechtらが半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作製す
ることのできるＳｉＯ2 製のカンチレバーチップを提案
して以来（Thomas R. Albrecht and Calvin F. Quate:
Atomic resolution Imaging ofa nonconductor Atomfo
rce Microscopy J. Appl. Psy. 62 (1987)2599）、ミ
クロンオーダーの高
【０００６】精度で優れた再現性をもって作製すること
が可能になっている。また、このようなカンチレバーチ
ップは、バッチプロセスによって作製することができ、
低コスト化が実現されている。よって、現在では、半導
体ＩＣ製造プロセスを応用して作製されるカンチレバー
チップが主流となっている。以下、図４を参照して、従
来より行われている半導体ＩＣ製造プロセスを応用した
カンチレバーの作製方法について説明する。
が可能になっている。また、このようなカンチレバーチ
ップは、バッチプロセスによって作製することができ、
低コスト化が実現されている。よって、現在では、半導
体ＩＣ製造プロセスを応用して作製されるカンチレバー
チップが主流となっている。以下、図４を参照して、従
来より行われている半導体ＩＣ製造プロセスを応用した
カンチレバーの作製方法について説明する。
【０００７】まず、面方位（１００）のＳｉ基板４１上
に、窒化シリコン膜パターン４２を形成する（図４
（ａ））。次に、この窒化シリコン膜パターン４２を耐
エッチングマスクとして、Ｓｉ基板４１に対しＫＯＨ等
を用いた湿式異方性エッチングを施すことにより、当該
基板４１にカンチレバーの探針部の型となる四角錐状の
レプリカ穴４３を形成する（図４（ｂ））。この後、一
旦窒化シリコン膜パターン４２を除去し、Ｓｉ基板上
に、新たにカンチレバーの母材料となる窒化シリコン膜
４４を堆積する（図４（ｃ））。更に、この窒化シリコ
ン膜４４をカンチレバーの形状に選択エッチングするこ
とにより、カンチレバーパターン４５を形成する（図４
（ｄ））。
に、窒化シリコン膜パターン４２を形成する（図４
（ａ））。次に、この窒化シリコン膜パターン４２を耐
エッチングマスクとして、Ｓｉ基板４１に対しＫＯＨ等
を用いた湿式異方性エッチングを施すことにより、当該
基板４１にカンチレバーの探針部の型となる四角錐状の
レプリカ穴４３を形成する（図４（ｂ））。この後、一
旦窒化シリコン膜パターン４２を除去し、Ｓｉ基板上
に、新たにカンチレバーの母材料となる窒化シリコン膜
４４を堆積する（図４（ｃ））。更に、この窒化シリコ
ン膜４４をカンチレバーの形状に選択エッチングするこ
とにより、カンチレバーパターン４５を形成する（図４
（ｄ））。
【０００８】次いで、このカンチレバーパターン４５上
の所定領域に、カンチレバーの支持部材となるパイレッ
クスガラス４６を陽極接合し（図４（ｅ））する。続い
て、Ｓｉ基板４１をエッチングにより除去し、レバー部
４７および探針部４８を具備するカンチレバー４９を得
る（図４（ｆ））。
の所定領域に、カンチレバーの支持部材となるパイレッ
クスガラス４６を陽極接合し（図４（ｅ））する。続い
て、Ｓｉ基板４１をエッチングにより除去し、レバー部
４７および探針部４８を具備するカンチレバー４９を得
る（図４（ｆ））。
【０００９】この方法では、上述したようにミクロンオ
ーダの高精度で非常に再現性よくカンチレバーを作製す
ることができる。しかしながら、当該方法で作製された
カンチレバーは、特にその探針部の性能について、必ず
しも十分ではない。
ーダの高精度で非常に再現性よくカンチレバーを作製す
ることができる。しかしながら、当該方法で作製された
カンチレバーは、特にその探針部の性能について、必ず
しも十分ではない。
【００１０】即ち、上記方法により作製されたカンチレ
バー４９の探針部４８は、湿式異方性エッチングによっ
て形成されたＳｉのエッチピット、即ち四角錐状の穴の
レプリカを取るように形成されている為、Ｓｉの結晶構
造により、探針部の各面は７２度の角度で交わる。また
その探針部先端から伸びる４本の稜線の内の２本で形成
される角度は、最も大きいもので９０度となる。これら
は通常ＳＴＭで使われる電解研磨した探針の先端角が３
０度以下であることと比べると、かなり先端角が大き
く、深い穴や溝のある試料の測定が難しくなるので、決
して望ましい形状とはいえなかった。
バー４９の探針部４８は、湿式異方性エッチングによっ
て形成されたＳｉのエッチピット、即ち四角錐状の穴の
レプリカを取るように形成されている為、Ｓｉの結晶構
造により、探針部の各面は７２度の角度で交わる。また
その探針部先端から伸びる４本の稜線の内の２本で形成
される角度は、最も大きいもので９０度となる。これら
は通常ＳＴＭで使われる電解研磨した探針の先端角が３
０度以下であることと比べると、かなり先端角が大き
く、深い穴や溝のある試料の測定が難しくなるので、決
して望ましい形状とはいえなかった。
【００１１】よって、カンチレバーには、前述のように
半導体プロセスなどを応用して高い精度で作製すると同
時に、先端角の小さな探針部を持ったものとすることが
求められており、この要求に応えるべく様々な試みがな
されている。
半導体プロセスなどを応用して高い精度で作製すると同
時に、先端角の小さな探針部を持ったものとすることが
求められており、この要求に応えるべく様々な試みがな
されている。
【００１２】例えば、特願平３−１２１０８０には、次
のようなカンチレバーの作製方法が記載されている。即
ち、まずＳｉ基板をＳｉＯ2 膜等をマスクとしてドライ
エッチング等の選択エッチングを行い、レプリカ穴を形
成する。続いて、この基板を熱酸化処理して、レプリカ
穴の内面に酸化膜を形成し、当該レプリカ穴を含む基板
上の領域にカンチレバーの母材料となる窒化シリコン膜
を形成する。更に、この窒化シリコン膜をレバー形状に
エッチングし、Ｓｉ基板を除去することによって、鋭い
探針部を有するカンチレバーを得る。
のようなカンチレバーの作製方法が記載されている。即
ち、まずＳｉ基板をＳｉＯ2 膜等をマスクとしてドライ
エッチング等の選択エッチングを行い、レプリカ穴を形
成する。続いて、この基板を熱酸化処理して、レプリカ
穴の内面に酸化膜を形成し、当該レプリカ穴を含む基板
上の領域にカンチレバーの母材料となる窒化シリコン膜
を形成する。更に、この窒化シリコン膜をレバー形状に
エッチングし、Ｓｉ基板を除去することによって、鋭い
探針部を有するカンチレバーを得る。
【００１３】しかしながら、このプロセスでは、レプリ
カ穴の内面以外のＳｉ基板表面（ＳｉＯ2 膜表面）も熱
酸化される。このため、当該Ｓｉ基板表面には、レプリ
カ穴の内面に連続して非常に膜厚の大きな酸化膜が不可
避的に形成される。更に、この酸化膜の表面には、カン
チレバーの母材料となる窒化シリコン膜が形成されるこ
とになるが、この酸化膜は、窒化シリコン膜と、支持部
材、即ちパイレックスガラスとの陽極接合性を劣化させ
る。また、上記Ｓｉ基板上に不可避的に形成された酸化
膜は、基板を除去した後も残存し、レバー形状にエッチ
ングされた窒化シリコン膜と二層構造を形成する。従っ
て、最終的に窒化シリコン膜からなるカンチレバーを得
るためには、この酸化膜を除去する工程が必要となり、
プロセスの繁雑化を招く上、更にカンチレバーの膜厚制
御性を劣化させる
カ穴の内面以外のＳｉ基板表面（ＳｉＯ2 膜表面）も熱
酸化される。このため、当該Ｓｉ基板表面には、レプリ
カ穴の内面に連続して非常に膜厚の大きな酸化膜が不可
避的に形成される。更に、この酸化膜の表面には、カン
チレバーの母材料となる窒化シリコン膜が形成されるこ
とになるが、この酸化膜は、窒化シリコン膜と、支持部
材、即ちパイレックスガラスとの陽極接合性を劣化させ
る。また、上記Ｓｉ基板上に不可避的に形成された酸化
膜は、基板を除去した後も残存し、レバー形状にエッチ
ングされた窒化シリコン膜と二層構造を形成する。従っ
て、最終的に窒化シリコン膜からなるカンチレバーを得
るためには、この酸化膜を除去する工程が必要となり、
プロセスの繁雑化を招く上、更にカンチレバーの膜厚制
御性を劣化させる
【００１４】また、上記プロセスでは、レプリカ穴を形
成する工程においてエッチングマスクとして窒化シリコ
ン膜を使用し、当該工程後もこれを残存させておき、レ
プリカ穴内面に酸化膜を形成した後、この表面にカンチ
レバーの母材料となる窒化シリコン膜を形成することも
できる。しかしこの場合、作製されるカンチレバーは、
二層構造、あるいはエッチングマスクとして使用される
窒化シリコン膜表面が若干熱酸化されて、窒化シリコン
膜／酸化膜／窒化シリコン膜の三層構造となる。このた
め、上記同様に、最終的に得られるカンチレバーの膜厚
制御性が劣化し、特にバッチプロセスにおいて、各カン
チレバーの特性にバラツキが生じる。
成する工程においてエッチングマスクとして窒化シリコ
ン膜を使用し、当該工程後もこれを残存させておき、レ
プリカ穴内面に酸化膜を形成した後、この表面にカンチ
レバーの母材料となる窒化シリコン膜を形成することも
できる。しかしこの場合、作製されるカンチレバーは、
二層構造、あるいはエッチングマスクとして使用される
窒化シリコン膜表面が若干熱酸化されて、窒化シリコン
膜／酸化膜／窒化シリコン膜の三層構造となる。このた
め、上記同様に、最終的に得られるカンチレバーの膜厚
制御性が劣化し、特にバッチプロセスにおいて、各カン
チレバーの特性にバラツキが生じる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる観点に
鑑みてなされたものであり、走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを、優れた再現性をもって、安定的に且つ簡
易に作製できる方法を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを、優れた再現性をもって、安定的に且つ簡
易に作製できる方法を提供することを目的とする。
【００１６】具体的には、単膜層からなるレバー部及び
その自由端側に配設された探針部を具備し、その探針部
の先端がより尖鋭化された、走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを安定して作製する方法を提供することを目
的とする。
その自由端側に配設された探針部を具備し、その探針部
の先端がより尖鋭化された、走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを安定して作製する方法を提供することを目
的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、レ
バー部及びその自由端側に配設された探針部を具備する
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法であっ
て、半導体基板にエッチング処理により前記探針部用の
レプリカ穴を形成する工程と、前記半導体基板を熱酸化
処理し、レプリカ穴の内面上に酸化膜を形成する工程
と、前記レプリカ穴内面の酸化膜上にレジストパターン
を形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとし
て、前記熱酸化処理時に半導体基板上に不可避的に形成
された酸化膜をエッチング除去する工程と、前記レプリ
カ穴を含む基板上の領域に、前記レバー部及び前記探針
部の母材料を堆積させる工程と、前記母材料を所定の形
状にパターニングする工程と、前記基板を除去する工程
とを具備する方法によって達成される。
バー部及びその自由端側に配設された探針部を具備する
走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法であっ
て、半導体基板にエッチング処理により前記探針部用の
レプリカ穴を形成する工程と、前記半導体基板を熱酸化
処理し、レプリカ穴の内面上に酸化膜を形成する工程
と、前記レプリカ穴内面の酸化膜上にレジストパターン
を形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとし
て、前記熱酸化処理時に半導体基板上に不可避的に形成
された酸化膜をエッチング除去する工程と、前記レプリ
カ穴を含む基板上の領域に、前記レバー部及び前記探針
部の母材料を堆積させる工程と、前記母材料を所定の形
状にパターニングする工程と、前記基板を除去する工程
とを具備する方法によって達成される。
【００１８】
【作用】本発明にかかるカンチレバーの作製方法によれ
ば、半導体基板を熱酸化処理し、レプリカ穴の内面に酸
化膜を形成することにより、この穴内面の形状が尖鋭化
され、最終的に非常に鋭い先端を有する探針部が形成さ
れ得る。更に、この尖鋭化されたレプリカ穴内面（酸化
膜）をレジストパターンで被覆し、当該パターンを耐エ
ッチングマスクとして、基板上に不可避的に形成された
酸化膜を、即ち、上記レプリカ穴内面以外の基板表面に
不可避的に形成された酸化膜を、エッチング除去する。
こうして、尖鋭化されたレプリカ穴内面の形状を損なう
ことなく、レプリカ穴以外の基板表面を露出させること
ができる。ひいては、後工程において、直接基板表面に
カンチレバーの母材料を堆積させることができ、単膜層
のカンチレバーを安定して作製することが可能になる。
ば、半導体基板を熱酸化処理し、レプリカ穴の内面に酸
化膜を形成することにより、この穴内面の形状が尖鋭化
され、最終的に非常に鋭い先端を有する探針部が形成さ
れ得る。更に、この尖鋭化されたレプリカ穴内面（酸化
膜）をレジストパターンで被覆し、当該パターンを耐エ
ッチングマスクとして、基板上に不可避的に形成された
酸化膜を、即ち、上記レプリカ穴内面以外の基板表面に
不可避的に形成された酸化膜を、エッチング除去する。
こうして、尖鋭化されたレプリカ穴内面の形状を損なう
ことなく、レプリカ穴以外の基板表面を露出させること
ができる。ひいては、後工程において、直接基板表面に
カンチレバーの母材料を堆積させることができ、単膜層
のカンチレバーを安定して作製することが可能になる。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明の実施例を、図面を参照して
説明する。尚、これら実施例は、本発明の理解を容易に
する目的で記載されるものであり、本発明を特に限定す
るものではない。図１は、本発明の方法の第一実施例を
その工程に沿って示す断面図である。
説明する。尚、これら実施例は、本発明の理解を容易に
する目的で記載されるものであり、本発明を特に限定す
るものではない。図１は、本発明の方法の第一実施例を
その工程に沿って示す断面図である。
【００２０】まず、面方位（１００）を有するＳｉ基板
１１に、窒化シリコン膜を形成し、これに対して常法に
従ってＰＥＰ（Photo Engraving Process ）を施すこと
により、窒化シリコン膜パターン１２を形成する（図１
（ａ））。次に、このパターン１２を耐エッチングマス
クとして基板１１をエッチング処理し、レプリカ穴１３
を形成する（図１（ｂ））。
１１に、窒化シリコン膜を形成し、これに対して常法に
従ってＰＥＰ（Photo Engraving Process ）を施すこと
により、窒化シリコン膜パターン１２を形成する（図１
（ａ））。次に、このパターン１２を耐エッチングマス
クとして基板１１をエッチング処理し、レプリカ穴１３
を形成する（図１（ｂ））。
【００２１】ここで、基板１１には、Ｓｉ基板以外にも
一般的な半導体基板が適用され得る。また、パターン１
２の材質としては、耐エッチングマスクとして一般的に
使用されるものであればよく、窒化シリコンをはじめ、
例えばＳｉＯ2 等も用いることができる。
一般的な半導体基板が適用され得る。また、パターン１
２の材質としては、耐エッチングマスクとして一般的に
使用されるものであればよく、窒化シリコンをはじめ、
例えばＳｉＯ2 等も用いることができる。
【００２２】一方、上記エッチング処理には、ＫＯＨ水
溶液のようなアルカリ系シリコンエッチング溶液、ＥＰ
Ｗ（エチレン・ジアミン・ピロカテコール・水）等を使
用したウェットエッチング法、またはプラズマエッチン
グ等のドライエッチング法の何れの方法が適用されても
よい。但し、ウェットエッチング法を適用した場合、形
成されるレプリカ穴１３は四角錐状になり、一方ドライ
エッチング法を適用した場合、レプリカ穴１３は円錐状
になる。特に円錐状のレプリカ穴を形成した場合、これ
を型として最終的に得られるカンチレバーの探針部のア
スペクト比（レプリカ穴の深ささ：開口部の径）をより
大きくすることができる。
溶液のようなアルカリ系シリコンエッチング溶液、ＥＰ
Ｗ（エチレン・ジアミン・ピロカテコール・水）等を使
用したウェットエッチング法、またはプラズマエッチン
グ等のドライエッチング法の何れの方法が適用されても
よい。但し、ウェットエッチング法を適用した場合、形
成されるレプリカ穴１３は四角錐状になり、一方ドライ
エッチング法を適用した場合、レプリカ穴１３は円錐状
になる。特に円錐状のレプリカ穴を形成した場合、これ
を型として最終的に得られるカンチレバーの探針部のア
スペクト比（レプリカ穴の深ささ：開口部の径）をより
大きくすることができる。
【００２３】次に、Ｓｉ基板１１を、熱酸化処理するこ
とによって、レプリカ穴１３の内面に酸化膜（ＳｉＯ2
膜）１４を形成する。このとき、レプリカ穴１３の先端
部分は、Ｓｉが酸化されてＳｉＯ2 に変化するときに起
こる体積膨脹によってより尖鋭化される。また、レプリ
カ穴内面以外の基板表面、即ち窒化シリコン膜パターン
１２上にも不可避的に酸化膜１５が形成される（図１
（ｃ））。
とによって、レプリカ穴１３の内面に酸化膜（ＳｉＯ2
膜）１４を形成する。このとき、レプリカ穴１３の先端
部分は、Ｓｉが酸化されてＳｉＯ2 に変化するときに起
こる体積膨脹によってより尖鋭化される。また、レプリ
カ穴内面以外の基板表面、即ち窒化シリコン膜パターン
１２上にも不可避的に酸化膜１５が形成される（図１
（ｃ））。
【００２４】続いて、基板１１上にポジ型フォトレジス
トを塗布して製膜し、このレジスト膜全面を露光した
後、現像処理を行いレジスト膜を溶解除去する。ここ
で、レプリカ穴１３内のレジスト膜は、基板１１の他の
表面におけるレジスト膜に比べて、その膜厚が大きくな
っている。このため、上記露光のエネルギーを適切に設
定することにより、レプリカ穴１３内のレジスト膜は、
現像処理の際に一部除去されずに選択的に残存する。こ
うして、レジストパターン１６が形成される（図１
（ｄ））。
トを塗布して製膜し、このレジスト膜全面を露光した
後、現像処理を行いレジスト膜を溶解除去する。ここ
で、レプリカ穴１３内のレジスト膜は、基板１１の他の
表面におけるレジスト膜に比べて、その膜厚が大きくな
っている。このため、上記露光のエネルギーを適切に設
定することにより、レプリカ穴１３内のレジスト膜は、
現像処理の際に一部除去されずに選択的に残存する。こ
うして、レジストパターン１６が形成される（図１
（ｄ））。
【００２５】次に、レジストパターン１６を耐エッチン
グマスクとして、基板を緩衝弗酸溶液により処理し、不
可避的に形成された酸化膜１５を選択的に剥離する。続
いて、パターン１６を耐エッチングマスクとして、基板
をリン酸溶液によりエッチング処理し、窒化シリコン膜
パターン１２を除去する。こうして、Ｓｉ基板１１のレ
プリカ穴１３以外の表面を露出させる（図１（ｅ））。
グマスクとして、基板を緩衝弗酸溶液により処理し、不
可避的に形成された酸化膜１５を選択的に剥離する。続
いて、パターン１６を耐エッチングマスクとして、基板
をリン酸溶液によりエッチング処理し、窒化シリコン膜
パターン１２を除去する。こうして、Ｓｉ基板１１のレ
プリカ穴１３以外の表面を露出させる（図１（ｅ））。
【００２６】次に、レジストパターン１６を除去し、レ
プリカ穴１３を含む基板１１上の領域に、カンチレバー
の母材料となる窒化シリコンを堆積させて膜１７を形成
する（図１（ｆ））。更に、常法に従いＰＥＰを行うこ
とによって、窒化シリコン膜１７をカンチレバー形状に
パターニングして、カンチレバーパターン１８を形成す
る（図１（ｇ））。
プリカ穴１３を含む基板１１上の領域に、カンチレバー
の母材料となる窒化シリコンを堆積させて膜１７を形成
する（図１（ｆ））。更に、常法に従いＰＥＰを行うこ
とによって、窒化シリコン膜１７をカンチレバー形状に
パターニングして、カンチレバーパターン１８を形成す
る（図１（ｇ））。
【００２７】この後、パターン１８の所定の領域上に、
カンチレバーの支持部材となるパイレックスガラス１９
を陽極接合により接着する（図１（ｈ））。続いて、Ｓ
ｉ基板１１を、ＫＯＨ溶液等を用いてウェットエッチン
グにより除去し、カンチレバーパターン１８を残存させ
る。更に、弗酸により酸化膜１４を除去する。このよう
にして、レバー部２０およびその自由端部に配設された
探針部２１を具備するカンチレバー２２が形成される
（図１（ｉ））。
カンチレバーの支持部材となるパイレックスガラス１９
を陽極接合により接着する（図１（ｈ））。続いて、Ｓ
ｉ基板１１を、ＫＯＨ溶液等を用いてウェットエッチン
グにより除去し、カンチレバーパターン１８を残存させ
る。更に、弗酸により酸化膜１４を除去する。このよう
にして、レバー部２０およびその自由端部に配設された
探針部２１を具備するカンチレバー２２が形成される
（図１（ｉ））。
【００２８】尚、カンチレバーの母材料としては、上述
した窒化シリコンの他、ＳｉＯ2 、金属等の半導体の製
造プロセス使用される膜形成材料であれば、上述したよ
うなプロセスへの適合性に依存して、特に限定されな
い。但し、Ｓｉとエッチング比が大きくとれない材料に
ついては、最終工程においてＳｉをエッチング除去する
ときに、当該カンチレバーの母材料までエッチングされ
てしまうので不都合を生じる場合がある。よって、カン
チレバーの母材料は、その作製プロセスの条件等に応じ
て適宜選択する必要がある。
した窒化シリコンの他、ＳｉＯ2 、金属等の半導体の製
造プロセス使用される膜形成材料であれば、上述したよ
うなプロセスへの適合性に依存して、特に限定されな
い。但し、Ｓｉとエッチング比が大きくとれない材料に
ついては、最終工程においてＳｉをエッチング除去する
ときに、当該カンチレバーの母材料までエッチングされ
てしまうので不都合を生じる場合がある。よって、カン
チレバーの母材料は、その作製プロセスの条件等に応じ
て適宜選択する必要がある。
【００２９】一方、カンチレバーの支持部材には、ガラ
ス、セラミックス、プラスチックス、金属、またはシリ
コンウェハ等が用いられる。特に、カンチレバーが組み
合わされる走査型プローブ顕微鏡が原子オーダーのサイ
ズを問題にする装置であって、小さな部品の熱膨張もデ
ータに影響を与える可能性があることから、剛性が高い
ことと共に、熱膨張係数の小さな材料が選択される。
ス、セラミックス、プラスチックス、金属、またはシリ
コンウェハ等が用いられる。特に、カンチレバーが組み
合わされる走査型プローブ顕微鏡が原子オーダーのサイ
ズを問題にする装置であって、小さな部品の熱膨張もデ
ータに影響を与える可能性があることから、剛性が高い
ことと共に、熱膨張係数の小さな材料が選択される。
【００３０】また、これら支持部材とカンチレバーとの
接合には、上述した陽極接合法、即ち接合面の汚れ等を
除去したのち、高温下で支持部材とカンチレバーとに電
圧を印加して行う方法の他、接着剤を用いる等などが適
用可能である。但し、これら接合方法によって、本発明
は限定されるものではない。
接合には、上述した陽極接合法、即ち接合面の汚れ等を
除去したのち、高温下で支持部材とカンチレバーとに電
圧を印加して行う方法の他、接着剤を用いる等などが適
用可能である。但し、これら接合方法によって、本発明
は限定されるものではない。
【００３１】以上のような方法によれば、レプリカ穴１
３の内面に酸化膜１４を形成したとき、レプリカ穴１３
の先端部分が尖鋭化されているため、この穴をレプリカ
として形成されたカンチレバーの探針部２１の先端部分
は尖鋭化される。更に、レプリカ穴１３に相応する領域
にレジストパターン１６を形成し、これをマスクとして
Ｓｉ基板上１１に不可避的に形成された酸化膜１５を除
去したことにより、続く工程において、カンチレバーの
母材料をＳｉ基板上に直接堆積することができる。よっ
て、Ｓｉ基板上には単層膜からなるカンチレバーパター
ンを作製することができ、その膜厚制御性も向上され、
大量生産時の性能の再現性も実現され得る。また、レバ
ー表面に対する支持部材の接合性も改善され、安定して
高性能のカンチレバーを作製することができる。
３の内面に酸化膜１４を形成したとき、レプリカ穴１３
の先端部分が尖鋭化されているため、この穴をレプリカ
として形成されたカンチレバーの探針部２１の先端部分
は尖鋭化される。更に、レプリカ穴１３に相応する領域
にレジストパターン１６を形成し、これをマスクとして
Ｓｉ基板上１１に不可避的に形成された酸化膜１５を除
去したことにより、続く工程において、カンチレバーの
母材料をＳｉ基板上に直接堆積することができる。よっ
て、Ｓｉ基板上には単層膜からなるカンチレバーパター
ンを作製することができ、その膜厚制御性も向上され、
大量生産時の性能の再現性も実現され得る。また、レバ
ー表面に対する支持部材の接合性も改善され、安定して
高性能のカンチレバーを作製することができる。
【００３２】次に、本発明の第二および第三実施例を説
明する。これら実施例は、上記第一実施例の変形例であ
り、レプリカ穴内面の酸化膜上にレジストパターンを形
成する際に第一実施例とは異なるプロセスが適用されて
いる。
明する。これら実施例は、上記第一実施例の変形例であ
り、レプリカ穴内面の酸化膜上にレジストパターンを形
成する際に第一実施例とは異なるプロセスが適用されて
いる。
【００３３】まず第二実施例では、上記第一実施例同様
に図１（ａ）〜（ｃ）に示す工程を行い、レプリカ穴１
３の内面に酸化膜１４を形成した後、レプリカ穴１３を
含む基板上の領域にポジ型フォトレジストを塗布する。
続いて、レプリカ穴１３に相応する領域を未露光部とし
て、パターン露光を行った後、現像処理を行い、当該レ
ジスト膜の未露光部を選択的に残存させる。このように
して、図２（ａ）に示す如くレジストパターン１６を形
成する。この後、上記実施例と同様に図１（ｆ）〜
（ｉ）に示す工程を行ってカンチレバーを得る。
に図１（ａ）〜（ｃ）に示す工程を行い、レプリカ穴１
３の内面に酸化膜１４を形成した後、レプリカ穴１３を
含む基板上の領域にポジ型フォトレジストを塗布する。
続いて、レプリカ穴１３に相応する領域を未露光部とし
て、パターン露光を行った後、現像処理を行い、当該レ
ジスト膜の未露光部を選択的に残存させる。このように
して、図２（ａ）に示す如くレジストパターン１６を形
成する。この後、上記実施例と同様に図１（ｆ）〜
（ｉ）に示す工程を行ってカンチレバーを得る。
【００３４】この例では、上述したようなレジスト膜に
対して全面露光を行う場合に比べて、露光エネルギーを
選択する必要はなく、レプリカ穴内面の酸化膜１４上に
確実にレジストパターン１６を形成することができる。
尚、このプロセスで得られるレジストパターン１６は、
図２（ｂ）に示す如くレプリカ穴１３の周辺部をも僅か
に被覆することがある。従って、続く工程では、Ｓｉ基
板１１上において、レプリカ穴１３の周辺部の窒化シリ
コン膜１２および酸化膜１５を完全に除去することがで
きず、Ｓｉ基板上に部分的に二層構造となったカンチレ
バーパターンが形成されることがある。しかしながら、
最終的に得られるカンチレバーの性能には特に影響はな
い。
対して全面露光を行う場合に比べて、露光エネルギーを
選択する必要はなく、レプリカ穴内面の酸化膜１４上に
確実にレジストパターン１６を形成することができる。
尚、このプロセスで得られるレジストパターン１６は、
図２（ｂ）に示す如くレプリカ穴１３の周辺部をも僅か
に被覆することがある。従って、続く工程では、Ｓｉ基
板１１上において、レプリカ穴１３の周辺部の窒化シリ
コン膜１２および酸化膜１５を完全に除去することがで
きず、Ｓｉ基板上に部分的に二層構造となったカンチレ
バーパターンが形成されることがある。しかしながら、
最終的に得られるカンチレバーの性能には特に影響はな
い。
【００３５】また第三実施例では、上記第一実施例同様
に、図１（ａ）〜（ｃ）に示す如くレプリカ穴１３を形
成してその内面に酸化膜１４を形成した後、レプリカ穴
１３を含む基板上の領域にポジ型フォトレジストを塗布
する。続いて、このレジスト膜を、単色光により全面露
光する。但しこのとき、基板上に形成されるポジ型フォ
トレジスト膜の厚み、即ち、レプリカ穴１３を除いたＳ
ｉ基板上（酸化膜１５上）に形成されるレジスト膜の厚
みを、上記単色光による露光の際の当該レジスト膜にお
いて、入射光と基板表面からの反射光との干渉光の強度
が極大となるように設定する。続いて、露光後のレジス
ト膜を現像処理し、レジストパターン１６を形成する。
に、図１（ａ）〜（ｃ）に示す如くレプリカ穴１３を形
成してその内面に酸化膜１４を形成した後、レプリカ穴
１３を含む基板上の領域にポジ型フォトレジストを塗布
する。続いて、このレジスト膜を、単色光により全面露
光する。但しこのとき、基板上に形成されるポジ型フォ
トレジスト膜の厚み、即ち、レプリカ穴１３を除いたＳ
ｉ基板上（酸化膜１５上）に形成されるレジスト膜の厚
みを、上記単色光による露光の際の当該レジスト膜にお
いて、入射光と基板表面からの反射光との干渉光の強度
が極大となるように設定する。続いて、露光後のレジス
ト膜を現像処理し、レジストパターン１６を形成する。
【００３６】一般に、ポジ型フォトレジストを単色光で
露光する場合、そのレジスト膜では、入射光と基板から
の反射光との間で干渉作用に起こり、図３に示す如く、
適正露光量（エネルギー）は、レジスト膜厚によって周
期的に変化する。ここで本例では、レジスト膜の厚みが
レプリカ穴部とそれ以外の基板上の領域とで異なるた
め、レプリカ穴１３を除いたＳｉ基板上に形成されるレ
ジスト膜の厚みを、上記干渉光の強度が極大値となるよ
うに設定すれば、レプリカ穴１３内に形成されるレジス
ト膜では、上記干渉光の強度が極大値から外れる。この
結果、レプリカ穴１３内に形成されるレジスト膜では、
他のＳｉ基板上に形成されるレジスト膜の表面に比べて
受ける光の強度が小さくなり、露光による変化も少なく
ポジ型レジスト用現像液に対する溶解度が小さくなる。
従って、露光後の現像処理において、レプリカ穴１３内
のレジスト膜は除去されず残存し、レジストパターン１
６が形成される。この例では、比較的容易に、安定して
レジストパターンを形成することができるようになる。
露光する場合、そのレジスト膜では、入射光と基板から
の反射光との間で干渉作用に起こり、図３に示す如く、
適正露光量（エネルギー）は、レジスト膜厚によって周
期的に変化する。ここで本例では、レジスト膜の厚みが
レプリカ穴部とそれ以外の基板上の領域とで異なるた
め、レプリカ穴１３を除いたＳｉ基板上に形成されるレ
ジスト膜の厚みを、上記干渉光の強度が極大値となるよ
うに設定すれば、レプリカ穴１３内に形成されるレジス
ト膜では、上記干渉光の強度が極大値から外れる。この
結果、レプリカ穴１３内に形成されるレジスト膜では、
他のＳｉ基板上に形成されるレジスト膜の表面に比べて
受ける光の強度が小さくなり、露光による変化も少なく
ポジ型レジスト用現像液に対する溶解度が小さくなる。
従って、露光後の現像処理において、レプリカ穴１３内
のレジスト膜は除去されず残存し、レジストパターン１
６が形成される。この例では、比較的容易に、安定して
レジストパターンを形成することができるようになる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の方法によ
れば、単膜層からなるレバー部及びその自由端側に配設
された探針部を具備し、その探針部が鋭い先端形状を有
する走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを、優れた再
現性をもって安定的に且つ簡易に作製することができ
る。
れば、単膜層からなるレバー部及びその自由端側に配設
された探針部を具備し、その探針部が鋭い先端形状を有
する走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを、優れた再
現性をもって安定的に且つ簡易に作製することができ
る。
【図１】本発明のカンチレバーの作製方法の第一実施例
をその工程に沿って示す断面図。
をその工程に沿って示す断面図。
【図２】本発明のカンチレバーの作製方法の第二実施例
における、レジストパターンの形成プロセスを示す断面
図。
における、レジストパターンの形成プロセスを示す断面
図。
【図３】基板上でポジ型フォトレジストを使用した場合
における、レジスト膜厚と適正露光量との関係を示す線
図。
における、レジスト膜厚と適正露光量との関係を示す線
図。
【図４】従来のカンチレバーの作製方法をその工程に沿
って示す断面図。
って示す断面図。
１１，４１…Ｓｉ基板、１２，４２…窒化シリコン膜パ
ターン、１３，４３…レプリカ穴、１４，１５…酸化
膜、１６…レジストパターン、１７、４４…窒化シリコ
ン膜、１８，４５…カンチレバーパターン、１９，４６
…パイレックスガラス、２０，４７…レバー部、２１，
４８…探針部、２２，４９…カンチレバー
ターン、１３，４３…レプリカ穴、１４，１５…酸化
膜、１６…レジストパターン、１７、４４…窒化シリコ
ン膜、１８，４５…カンチレバーパターン、１９，４６
…パイレックスガラス、２０，４７…レバー部、２１，
４８…探針部、２２，４９…カンチレバー
Claims (4)
- 【請求項１】 レバー部及びその自由端側に配設された
探針部を具備する走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
の作製方法であって、 半導体基板にエッチング処理により前記探針部用のレプ
リカ穴を形成する工程と、 前記半導体基板を熱酸化処理し、レプリカ穴の内面上に
酸化膜を形成する工程と、 前記レプリカ穴内面の酸化膜上にレジストパターンを形
成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして、前記熱酸化処理
時に半導体基板上に不可避的に形成された酸化膜をエッ
チング処理によって除去する工程と、 前記レプリカ穴を含む基板上の領域に、前記レバー部及
び前記探針部の母材料を堆積させる工程と、 前記母材料を所定の形状にパターニングする工程と、 前記基板を除去する工程とを具備する方法。 - 【請求項２】 前記レプリカ穴内面の酸化膜上にレジス
トパターンを形成する工程において、該酸化膜の表面を
含む基板上の領域にフォトレジスト膜を形成し、該レジ
スト膜に対して選択的な露光を行い、更に現像処理を行
うことによって前記酸化膜上のレジスト膜のみを残存さ
せてレジストパターンを得る請求項１記載のカンチレバ
ーの作製方法。 - 【請求項３】 前記レプリカ穴内面の酸化膜上にレジス
トパターンを形成する工程において、該酸化膜の表面を
含む基板上の領域にポジ型フォトレジスト膜を形成し、
該ポジ型フォトレジスト膜全面に対して露光を行い、更
に現像処理を行うことによって前記酸化膜上のレジスト
膜のみを残存させてレジストパターンを得る請求項１記
載のカンチレバーの作製方法。 - 【請求項４】 前記露光が単色光を用いて行われ、且つ
前記基板上に形成されるポジ型フォトレジスト膜の厚み
は、前記単色光による露光の際、レジスト膜における、
入射光と基板表面からの反射光との干渉光の強度が極大
となるように設定される請求項３記載のカンチレバーの
作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10460992A JPH05299015A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10460992A JPH05299015A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299015A true JPH05299015A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=14385175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10460992A Withdrawn JPH05299015A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05299015A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6307392B1 (en) | 1997-10-28 | 2001-10-23 | Nec Corporation | Probe card and method of forming a probe card |
| WO2007142413A1 (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Phicom Corporation | Method of fabricating cantilever type probe and method of fabricating probe card using the same |
| JP2008122330A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用半導体・セラミックス複合カンチレバー |
| JP2008151673A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用化合物半導体カンチレバー、及びその製造法 |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP10460992A patent/JPH05299015A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6307392B1 (en) | 1997-10-28 | 2001-10-23 | Nec Corporation | Probe card and method of forming a probe card |
| WO2007142413A1 (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Phicom Corporation | Method of fabricating cantilever type probe and method of fabricating probe card using the same |
| US8114302B2 (en) | 2006-06-07 | 2012-02-14 | Phicom Corporation | Method of fabricating cantilever type probe and method of fabricating probe card using the same |
| JP2008122330A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用半導体・セラミックス複合カンチレバー |
| JP2008151673A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku | 走査型プローブ顕微鏡用化合物半導体カンチレバー、及びその製造法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990706 |