JPH10170530A - Afm cantilever and its manufacture - Google Patents
Afm cantilever and its manufactureInfo
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- JPH10170530A JPH10170530A JP35181296A JP35181296A JPH10170530A JP H10170530 A JPH10170530 A JP H10170530A JP 35181296 A JP35181296 A JP 35181296A JP 35181296 A JP35181296 A JP 35181296A JP H10170530 A JPH10170530 A JP H10170530A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ： Atomic Force Microscope）に用いるＡＦＭ
カンチレバー及びその製造方法に関する。The present invention relates to an atomic force microscope (AFM) for use in an atomic force microscope (AFM).
The present invention relates to a cantilever and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、導電性試料を原子サイズオーダー
の分解能で観察できる装置として走査トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ： Scanning Tunneling Microscope）が Binni
ngと Rohrer らにより発明されてから、原子オーダーの
表面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。しかしＳＴＭでは、観察できる試料は導電性
のものに限られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning tunneling microscope (STM) has been known as a device capable of observing a conductive sample at a resolution of the order of the atomic size.
Since it was invented by ng and Rohrer et al., it has been used in various fields as a microscope that can observe surface irregularities on the atomic order. However, in STM, observable samples are limited to conductive ones.
【０００３】そこで、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では測定し難か
った絶縁性の試料を原子サイズ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）が提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−
１３０３０２号（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）に開示されている。Therefore, an atomic force microscope (hereinafter referred to as an atomic force microscope) is used as a microscope capable of observing an insulating sample, which has been difficult to measure by the STM, with an accuracy of the order of the atomic size while utilizing elemental technologies such as a servo technique in the STM. AF
M) was proposed. This AFM is disclosed in, for example,
No. 130302 (IBM, G. Binig, Method and Apparatus for Imaging a Sample Surface).
【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ている。
ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つ片
持ち梁（カンチレバー）を、試料に対向して近接させ、
探針部の先端の原子と試料原子との間に働く相互作用力
により変位する片持ち梁の動きを、電気的あるいは光学
的にとらえて測定しつつ、試料をＸＹ方向に走査し、片
持ち梁の探針部との位置関係を相対的に変化させること
によって、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダーで
三次元的にとらえることができるようになっている。The structure of the AFM is similar to that of the STM, and is positioned as one of the scanning probe microscopes.
In the AFM, a cantilever (a cantilever) having a sharp protrusion (probe) at its free end is brought close to and facing the sample.
Scanning the sample in the X and Y directions while measuring the movement of the cantilever, which is displaced by the interaction force acting between the atom at the tip of the probe and the sample atoms, electrically or optically, and scanning the cantilever By relatively changing the positional relationship between the beam and the probe portion, it is possible to three-dimensionally capture information on the unevenness of the sample in the order of the atomic size.
【０００５】このような構成のＡＦＭ等の走査型プロー
ブ顕微鏡用のカンチレバーチップとしては、Ｔ．Ｒ．Ａ
lbrecht らが半導体ＩＣ製造プロセスを応用して作製す
ることのできる酸化シリコン膜製のカンチレバーを提案
して以来〔 Thomas R. Albrecht and Calvin F. Quate
: Atomic resolution imaging of a nonconductor Ato
mforce Microscopy J. Appl. Phy. 62 (1987)2599〕、
ミクロンオーダーの高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。したがって、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。As a cantilever tip for a scanning probe microscope such as an AFM having such a structure, T.I. R. A
Since lbrecht et al. have proposed a silicon oxide film cantilever that can be fabricated using a semiconductor IC manufacturing process [Thomas R. Albrecht and Calvin F. Quate
: Atomic resolution imaging of a nonconductor Ato
mforce Microscopy J. Appl. Phy. 62 (1987) 2599),
It is possible to manufacture with high accuracy of micron order and excellent reproducibility. Further, such a cantilever chip can be manufactured by a batch process, and cost reduction is realized. Therefore, at present, cantilever chips manufactured by applying a semiconductor IC manufacturing process are mainly used.
【０００６】一方、近年半導体集積回路をより集積化す
るため、シリコン基板にトレンチホールを形成し、その
内部にキャパシタやトランジスタを形成する試みがなさ
れている。その際、トレンチホール形状やその側壁表面
の荒れが、前記キャパシタあるいはトランジスタの特性
を左右することから、トレンチホール形成後、その形状
や表面荒れを簡便に評価する手法が望まれている。そし
て、このような評価をＡＦＭによって行うために有効な
探針の形成方法を、トマス．バイエルらが提案している
（特開平３−１０４１３６号，ＩＢＭ，トマス．バイエ
ル他、超微細シリコン・テイップを形成する方法）。On the other hand, in recent years, in order to further integrate a semiconductor integrated circuit, an attempt has been made to form a trench hole in a silicon substrate and form a capacitor and a transistor therein. At this time, since the shape of the trench hole and the roughness of the side wall surface affect the characteristics of the capacitor or the transistor, a method for easily evaluating the shape and the surface roughness after the formation of the trench hole is desired. A method of forming a probe effective for performing such an evaluation by the AFM is described by Thomas. Proposed by Bayer et al. (Japanese Patent Laid-Open No. 3-104136, IBM, Thomas Bayer et al., A method of forming an ultra-fine silicon tape).
【０００７】次に、この探針の形成方法を図６を参照し
ながら説明する。まず図６の（Ａ）に示すように、スタ
ート基板として酸化シリコン膜102 を表面に形成したシ
リコン基板101 を用い、探針を形成するための一般に円
形のパターンを酸化シリコン膜102 に転写し、この酸化
シリコン膜102 をマスクとしてシリコン基板101 を異方
性ＲＩＥ処理することにより、柱状突起軸103 を形成す
る。次に図６の（Ｂ）に示すように、前記柱状突起軸10
3 の側壁を浅く等方性エッチング処理することにより、
突起軸径を小さくすると共に、突起軸下部に円錐形の基
部103aを形成し、突起軸103 の機械的安定性を向上させ
る。次に図６の（Ｃ）に示すように、異方性湿式エッチ
ングを施すことにより、酸化シリコン膜102 からなるマ
スクの真下に負の断面形状を形成する。最後に酸化シリ
コン膜102 からなるマスクを除去することにより、図６
の（Ｄ）に示すように、先端が外側に拡がった形状の探
針104 が形成される。Next, a method of forming the probe will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 6A, using a silicon substrate 101 on which a silicon oxide film 102 is formed as a start substrate, a generally circular pattern for forming a probe is transferred to the silicon oxide film 102. Using the silicon oxide film 102 as a mask, the silicon substrate 101 is subjected to anisotropic RIE processing to form pillar-shaped projection shafts 103. Next, as shown in FIG.
By shallow and isotropic etching of the side wall of 3,
In addition to reducing the diameter of the projection shaft, a conical base 103a is formed below the projection shaft to improve the mechanical stability of the projection shaft 103. Next, as shown in FIG. 6C, by performing anisotropic wet etching, a negative cross-sectional shape is formed immediately below the mask made of the silicon oxide film 102. Finally, by removing the mask made of the silicon oxide film 102, FIG.
As shown in (D), a probe 104 having a shape whose tip is expanded outward is formed.
【０００８】このように先端が外側に拡がった形状の探
針を用いることにより、負の勾配角をもつトレンチホー
ル形状や、その側壁荒れが測定可能となる。[0008] By using a probe having a shape whose tip is expanded outward, it becomes possible to measure the shape of a trench hole having a negative slope angle and the roughness of its side wall.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記トマ
ス．バイエルらが提案した従来のカンチレバーは、側壁
観察のみに用いられ、用途が制限されており、また上記
製造方法からわかるように、探針、レバー共にシリコン
製である。試料側壁のＡＦＭ測定においては、探針を試
料側壁に接触させて測定する方式がとられるため、レバ
ー特性としては柔らかい方が測定感度を高くできる。し
かしシリコン製のカンチレバーにおいては、レバー膜厚
を１μｍ以下に薄く安定して作製することは極めて困難
であり、レバー特性を柔らかくするこことは難しいので
測定感度が低下してしまうという問題点があり、またシ
リコン製の探針は、接触式の測定では磨耗が激しいた
め、測定再現性がとれないという問題点もある。The above-mentioned Thomas. The conventional cantilever proposed by Bayer et al. Is used only for side wall observation, and its use is limited. As can be seen from the above manufacturing method, both the probe and the lever are made of silicon. In the AFM measurement of the sample side wall, a method in which the probe is brought into contact with the sample side wall to perform the measurement is adopted. Therefore, the softer the lever characteristic, the higher the measurement sensitivity. However, in silicon cantilevers, it is extremely difficult to stably fabricate a thin film having a thickness of 1 μm or less, and it is difficult to soften the lever characteristics. In addition, the probe made of silicon has a problem in that the reproducibility of the measurement cannot be obtained due to severe wear in the contact type measurement.
【００１０】本発明は、従来の側壁観察用のＡＦＭカン
チレバーにおける上記問題点を解消するためになされた
もので、請求項１記載の発明は、側壁観察と共に表面観
察も行えるようにした探針部を持つＡＦＭカンチレバー
を提供することを目的とする。また請求項２記載の発明
は、請求項１記載のＡＦＭカンチレバーを容易に製造す
ることができるＡＦＭカンチレバーの製造方法を提供す
ることを目的とし、また請求項３及び４記載の発明は、
請求項１記載のＡＦＭカンチレバーを製造する方法にお
いて、更に測定中の探針部の反りや折れを防ぎ、安定し
た測定を可能とする探針部をもつＡＦＭカンチレバーの
製造方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional AFM cantilever for side wall observation, and the present invention according to claim 1 has a probe portion capable of performing surface observation together with side wall observation. It is an object to provide an AFM cantilever having the following. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an AFM cantilever which can easily manufacture the AFM cantilever according to the first aspect.
2. A method for manufacturing an AFM cantilever according to claim 1, further comprising providing a method for manufacturing an AFM cantilever having a probe portion capable of preventing warpage or breakage of a probe portion during measurement and enabling stable measurement. And
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解消するた
め、請求項１記載の発明は、片持ち梁の支持部と、該支
持部より延びるように配置された片持ち梁と、該片持ち
梁の自由端近傍において、該片持ち梁に対して前記支持
部配設面とは反対側である裏面に設けられた探針部とを
備え、該探針部は、その先端部分を球形に形成してＡＦ
Ｍカンチレバーを構成するものである。このように、探
針部の先端部分を球形に形成しているため、側壁観察と
同時に表面観察にも用いることができ、更に粘性力観察
など種々の用途にも使用可能となる。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 includes a cantilever supporting portion, a cantilever arranged to extend from the supporting portion, and the cantilever. Near the free end of the cantilever, a probe provided on the back surface of the cantilever opposite to the support-arrangement surface, and the tip has a spherical tip. AF
It constitutes an M cantilever. As described above, since the tip portion of the probe portion is formed in a spherical shape, it can be used not only for side wall observation but also for surface observation, and can also be used for various applications such as viscous force observation.
【００１２】請求項２記載の発明は、前記請求項１記載
のＡＦＭカンチレバーを製造する方法において、シリコ
ン基板に形成された探針基体部形成用レプリカ穴に探針
基体部を形成する母材料を堆積する工程と、その後シリ
コン基板を溶解除去して探針基体部を形成する工程と、
該探針基体部表面にＣＶＤ法による窒化シリコン膜等の
探針基体部表面形成材を堆積して、球形先端部を備えた
探針部を形成する工程とを有することを特徴とするもの
である。このような工程により、先端部分を球形とした
探針部を備えたＡＦＭカンチレバーを容易に製造するこ
とができる。そして探針基体部表面に堆積する探針基体
部表面形成材として硬質部材を用いることにより、試料
表面に接する探針先端部の耐磨耗性を高めることがで
き、また導電性部材を用いることにより、探針部の電位
を固定接地することができ、これにより探針部の静電気
等による帯電を防ぐことができるなど、測定再現性の高
いＡＦＭカンチレバーが得られる。According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing an AFM cantilever according to the first aspect, a base material for forming the probe base portion in the probe base portion forming replica hole formed in the silicon substrate is provided. Depositing, and then dissolving and removing the silicon substrate to form a probe base portion,
Depositing a probe base portion surface forming material such as a silicon nitride film by a CVD method on the surface of the probe base portion to form a probe portion having a spherical tip portion. is there. Through such a process, an AFM cantilever having a probe portion having a spherical tip can be easily manufactured. By using a hard member as the surface forming material of the probe base portion deposited on the surface of the probe base portion, it is possible to enhance the wear resistance of the tip portion of the probe in contact with the sample surface, and to use a conductive member. As a result, an AFM cantilever with high measurement reproducibility can be obtained such that the potential of the probe portion can be fixedly grounded, thereby preventing the probe portion from being charged by static electricity or the like.
【００１３】請求項３記載の発明は、前記請求項１記載
のＡＦＭカンチレバーを製造する方法において、シリコ
ン／シリコン酸化膜の構造をもつＳＯＩ基板の活性層
に、円錐形又は多角錐形の突起を形成する工程と、該突
起の表面にＣＶＤ法により片持ち梁の母材料を兼ねる窒
化シリコン膜を堆積して、球形先端部を備えた探針部を
形成する工程と、次いでシリコン基板を溶解除去する工
程とを有することを特徴とするものであり、また請求項
４記載の発明は、前記請求項１記載のＡＦＭカンチレバ
ーを製造する方法において、シリコン基板の表面に円錐
形又は多角錐形の突起を形成する工程と、該突起の表面
にＣＶＤ法により片持ち梁の母材料を兼ねる窒化シリコ
ン膜を堆積して、球形先端部を備えた探針部を形成する
工程と、次いでシリコン基板を溶解除去する工程とを有
することを特徴とするものである。これらの製造方法に
よれば、シリコンを芯とした探針部を形成することがで
き、測定中の折れや反りをなくし、測定安定性の高いＡ
ＦＭカンチレバーを得ることができる。According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing an AFM cantilever according to the first aspect, a conical or polygonal pyramidal projection is formed on an active layer of an SOI substrate having a silicon / silicon oxide film structure. Forming a silicon nitride film serving also as a base material of the cantilever on the surface of the projection by a CVD method to form a probe having a spherical tip, and then dissolving and removing the silicon substrate And a method of manufacturing the AFM cantilever according to claim 1, wherein the projection of the conical or polygonal pyramid is formed on the surface of the silicon substrate. Forming a silicon nitride film also serving as a cantilever base material on the surface of the projection by a CVD method to form a probe having a spherical tip, and then forming a silicon nitride film. It is characterized in that a step of the down substrate dissolved away. According to these manufacturing methods, it is possible to form a probe part having silicon as a core, eliminate bending or warpage during measurement, and provide A with high measurement stability.
FM cantilevers can be obtained.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係るＡＦＭカンチレバーの第１の
実施の形態の構成を示す横断面図である。図１におい
て、１は探針部で、窒化シリコンなどからなる探針基体
部１ａとその表面に形成された窒化シリコン膜などから
なる表面形成材１ｂとからなり、その長さは３〜15μｍ
程度である。２は前記探針部１の先端部分に形成されて
いる、表面形成材からなる球形の探針先端部であり、こ
の球形先端部２を形成していることにより、探針部１は
表面観察とトレンチホール側壁等の表面凹凸の両方が測
定可能となる。３は自由端に前記探針部１を備えている
カンチレバー部で、探針部１と同様に窒化シリコンなど
からなるカンチレバー基体部３ａとその表面に形成され
た窒化シリコン膜などからなる表面形成材３ｂとからな
り、その厚さは数百ｎｍから数μｍである。４は前記カ
ンチレバー部３の支持部で、例えばガラス，シリコン等
を用いて形成されている。なお図１には示していない
が、カンチレバー部３の背面、すなわち支持部４が配設
されている面には、ＡＦＭ測定時におけるカンチレバー
部３の変位量検出のための光反射膜を形成してもよい。Next, an embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the first embodiment of the AFM cantilever according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a probe portion, which comprises a probe base portion 1a made of silicon nitride or the like and a surface forming material 1b made of a silicon nitride film or the like formed on its surface, and has a length of 3 to 15 μm.
It is about. Numeral 2 is a spherical probe tip made of a surface forming material and formed at the tip of the probe 1. By forming the spherical tip 2, the probe 1 can be used for surface observation. And the surface irregularities of the trench hole side wall and the like can be measured. Reference numeral 3 denotes a cantilever portion having the probe portion 1 at its free end, like the probe portion 1, a cantilever base portion 3a made of silicon nitride or the like and a surface forming material made of a silicon nitride film or the like formed on the surface thereof. 3b, and its thickness is several hundred nm to several μm. Reference numeral 4 denotes a support portion of the cantilever portion 3, which is formed using, for example, glass, silicon, or the like. Although not shown in FIG. 1, a light reflecting film for detecting the amount of displacement of the cantilever 3 at the time of AFM measurement is formed on the back surface of the cantilever 3, that is, the surface on which the support 4 is provided. You may.
【００１５】次に、上記第１の実施の形態に係るＡＦＭ
カンチレバーの製造方法を、図２の製造工程図を参照し
ながら説明する。まず、シリコン基板に探針基体部を形
成するための円錐形状のレプリカ穴を形成し、次いで該
シリコン基板上にカンチレバー基体部を形成するための
窒化シリコン膜を形成する、いわゆるマイクロキャスト
法によって探針基体部と共にカンチレバー基体部を形成
し、これにガラス板あるいはシリコン基板等からなる支
持部を接合する。その後、下地シリコン基板をエッチン
グ除去することにより、図２の（Ａ）に示すように、探
針基体部11ａ，カンチレバー基体部12ａ，支持部13から
なるＡＦＭカンチレバー基体部14を得る。Next, the AFM according to the first embodiment will be described.
The method of manufacturing the cantilever will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. First, a conical replica hole for forming a probe base portion is formed in a silicon substrate, and then a silicon nitride film for forming a cantilever base portion is formed on the silicon substrate. A cantilever base is formed together with the needle base, and a support made of a glass plate, a silicon substrate, or the like is joined to the cantilever base. Thereafter, the underlying silicon substrate is etched away to obtain an AFM cantilever base portion 14 including a probe base portion 11a, a cantilever base portion 12a, and a support portion 13, as shown in FIG.
【００１６】次に、ＣＶＤ法により、前記ＡＦＭカンチ
レバー基体部14の表面に、窒化シリコン膜15を全体又は
探針基体部11ａの形成されている側のみに堆積する。こ
れにより、先端部分に球形の先端部16が形成された探針
部11とカンチレバー部12と支持部13とからなる、図２の
（Ｂ）に示すＡＦＭカンチレバー17が完成する。ここ
で、探針基体部11ａの先端部分に球形の窒化シリコン膜
が形成される理由は明確には分からないが、探針基体部
11ａの先端部分は、成膜雰囲気にさらされている表面積
の体積に対する割合が最も大きいので、成膜速度が他の
部分より速くなり、それにより球形の窒化シリコン膜が
形成されるものと考えられる。Next, a silicon nitride film 15 is deposited on the entire surface of the AFM cantilever base 14 or only on the side where the probe base 11a is formed by the CVD method. As a result, the AFM cantilever 17 shown in FIG. 2 (B) including the probe portion 11 having the spherical tip portion 16 formed at the tip portion, the cantilever portion 12 and the support portion 13 is completed. Here, although the reason why the spherical silicon nitride film is formed at the tip of the probe base portion 11a is not clearly understood,
Since the tip portion of 11a has the largest ratio of the surface area exposed to the film-forming atmosphere to the volume, the film-forming speed is higher than the other portions, and it is considered that a spherical silicon nitride film is thereby formed. .
【００１７】なお、この後、必要に応じてカンチレバー
部の背面にＡＦＭ測定時におけるカンチレバー部の変位
量検出のための光反射膜を形成してもよい。また、シリ
コン基板への探針基体部形成用のレプリカ穴形成時に、
中間に垂直部分をもつ円錐形状のレプリカ穴を形成する
ことにより、図３に示すようにアスペクト比の高い探針
部11′が得られ、より高精度な測定が期待できる。After that, if necessary, a light reflecting film may be formed on the back surface of the cantilever for detecting the displacement of the cantilever during the AFM measurement. Also, when forming a replica hole for forming the probe base portion on the silicon substrate,
By forming a conical replica hole having a vertical portion in the middle, a probe portion 11 'having a high aspect ratio as shown in FIG. 3 can be obtained, and more accurate measurement can be expected.
【００１８】次に、第２の実施の形態を図４の横断面図
を用いて説明する。図４において、21は探針部で、その
長さは３〜15μｍ程度である。探針部21はシリコン製の
芯部22と、その表面に形成されている窒化シリコン膜23
と、先端部分に形成されている窒化シリコン膜製の球形
先端部24とで構成されている。このように探針部21に球
形先端部24を形成することにより、表面観察とトレンチ
ホール側壁等の表面凹凸の両方が測定可能となる。25は
窒化シリコン膜からなるカンチレバー部であり、その厚
さは数百ｎｍから数μｍである。26は前記カンチレバー
部25の支持部である。また図４には示していないが、カ
ンチレバー部25の背面、すなわち支持部26の配設されて
いる面には、ＡＦＭ測定時におけるカンチレバー変位量
検出のための光反射膜を形成してもよい。Next, a second embodiment will be described with reference to the cross sectional view of FIG. In FIG. 4, reference numeral 21 denotes a probe portion having a length of about 3 to 15 μm. The probe 21 has a silicon core 22 and a silicon nitride film 23 formed on the surface thereof.
And a spherical tip portion 24 made of a silicon nitride film formed at the tip portion. By forming the spherical tip portion 24 on the probe portion 21 in this manner, it is possible to measure both the surface observation and the surface unevenness such as the trench hole side wall. Reference numeral 25 denotes a cantilever portion made of a silicon nitride film, and its thickness is several hundred nm to several μm. 26 is a support for the cantilever 25. Although not shown in FIG. 4, a light reflecting film for detecting the amount of cantilever displacement during AFM measurement may be formed on the back surface of the cantilever portion 25, that is, the surface on which the support portion 26 is provided. .
【００１９】次に、上記第２の実施の形態に係るＡＦＭ
カンチレバーの製造方法について、図５を参照しながら
説明する。まず、スタート基板として、貼り合わせＳＯ
Ｉ（Silicon On Insulator ）基板を用意する。ここ
で、貼り合わせた２枚のシリコン基板の一方の厚さは、
例えば３〜15μｍ程度であり、これは所望の探針部の長
さ寸法に設定される。そして、このＳＯＩ基板の表面に
エッチングマスクとなる酸化シリコン膜を所定の厚さに
形成した後、この酸化シリコン膜に探針部の芯部を形成
するための一般に円形のパターンを転写し、この円形パ
ターン化された酸化シリコン膜をマスクとして、シリコ
ン基板を異方性ＲＩＥ処理することにより、図５の
（Ａ）に示すように、探針部の芯部となる突起31を形成
する。なお、図５の（Ａ）において、32はＳＯＩ基板の
下地シリコン基板、33は酸化シリコン膜である。Next, the AFM according to the second embodiment will be described.
A method for manufacturing the cantilever will be described with reference to FIG. First, as a start substrate, the bonded SO
Prepare an I (Silicon On Insulator) substrate. Here, the thickness of one of the two bonded silicon substrates is
For example, it is about 3 to 15 μm, which is set to a desired length of the probe portion. Then, after a silicon oxide film serving as an etching mask is formed to a predetermined thickness on the surface of the SOI substrate, a generally circular pattern for forming the core of the probe portion is transferred to the silicon oxide film. By using the silicon oxide film having the circular pattern as a mask, the silicon substrate is subjected to anisotropic RIE processing to form a projection 31 serving as a core of the probe as shown in FIG. In FIG. 5A, reference numeral 32 denotes a base silicon substrate of the SOI substrate, and reference numeral 33 denotes a silicon oxide film.
【００２０】続いて、図５の（Ｂ）に示すように、突起
31及び基板の表面の酸化シリコン膜33上に窒化シリコン
膜34をＣＶＤ法によって堆積する。これにより、突起31
の先端部分には球形先端部35が形成される。次に、この
窒化シリコン膜34の表面をカンチレバーパターンにパタ
ーンエッチングした後、裏面から支持部36となる部分を
残して下地シリコン基板32をエッチング除去することに
より、図５の（Ｃ）に示すように、探針部37，カンチレ
バー部38及び支持部36からなるＡＦＭカンチレバーが得
られる。Subsequently, as shown in FIG.
A silicon nitride film 34 is deposited on the silicon oxide film 33 on the surface of the substrate 31 by CVD. Thereby, the protrusion 31
A spherical tip portion 35 is formed at the tip portion. Next, after the surface of the silicon nitride film 34 is pattern-etched into a cantilever pattern, the underlying silicon substrate 32 is etched away from the back surface, leaving a portion serving as the support portion 36, as shown in FIG. Then, an AFM cantilever including the probe portion 37, the cantilever portion 38, and the support portion 36 is obtained.
【００２１】この製造方法では、スタート基板としてＳ
ＯＩ基板を用いたものを示したが、シリコン基板を用い
て同様に形成することも可能である。また、本製造方法
では、支持部をＳＯＩ基板の下地シリコン基板を用いて
形成したものを示したが、勿論ガラス等、他の部材を用
いて形成してもよい。In this manufacturing method, S is used as a start substrate.
Although an example using an OI substrate is shown, it can be formed similarly using a silicon substrate. Further, in the present manufacturing method, the supporting portion is formed using the base silicon substrate of the SOI substrate. However, the supporting portion may be formed using other members such as glass.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項１記載の発明によれば、探針部先端を球形に
形成しているので、表面観察のほかトレンチホール等の
側壁観察にも使用することが可能なＡＦＭカンチレバー
を実現できる。また請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載のＡＦＭカンチレバーを容易に製造することが
できる。また請求項３及び４記載の発明によれば、シリ
コンを芯とした探針部を形成することができ、測定中の
折れや反りをなくし、測定安定性の高いＡＦＭカンチレ
バーを容易に製造することができる。As described above with reference to the embodiment, according to the first aspect of the present invention, since the tip of the probe portion is formed in a spherical shape, it is possible to observe not only the surface but also the side wall such as a trench hole. An AFM cantilever that can also be used for an AFM can be realized. According to the second aspect of the invention, the AFM cantilever according to the first aspect can be easily manufactured. According to the third and fourth aspects of the present invention, it is possible to form a probe portion having silicon as a core, eliminate bending or warpage during measurement, and easily manufacture an AFM cantilever having high measurement stability. Can be.
【図１】本発明に係るＡＦＭカンチレバーの第１の実施
の形態を示す横断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an AFM cantilever according to the present invention.
【図２】図１に示した第１の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process for describing a method of manufacturing the AFM cantilever according to the first embodiment shown in FIG.
【図３】図１に示した第１の実施の形態の変形例を示す
横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the first embodiment shown in FIG.
【図４】本発明に係るＡＦＭカンチレバーの第２の実施
の形態を示す横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a second embodiment of the AFM cantilever according to the present invention.
【図５】図４に示した第２の実施の形態に係るＡＦＭカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程を示す
図である。FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process for describing a method of manufacturing the AFM cantilever according to the second embodiment shown in FIG.
【図６】従来の側壁観察用のＡＦＭカンチレバーの探針
部の製造方法を説明するための製造工程を示す図であ
る。FIG. 6 is a view showing a manufacturing process for explaining a conventional method of manufacturing a probe portion of an AFM cantilever for side wall observation.
１ 探針部 １ａ 探針基体部 １ｂ 表面形成材 ２ 球形先端部 ３ カンチレバー部 ３ａ カンチレバー基体部 ３ｂ 表面形成材 ４ 支持部 11 探針部 11ａ 探針基体部 12 カンチレバー部 12ａ カンチレバー基体部 13 支持部 14 ＡＦＭカンチレバー基体部 15 窒化シリコン膜 16 球形先端部 17 ＡＦＭカンチレバー 21 探針部 22 芯部 23 窒化シリコン膜 24 球形先端部 26 カンチレバー部 27 支持部 31 突起 32 下地シリコン基板 33 酸化シリコン膜 34 窒化シリコン膜 35 球形先端部 36 支持部 37 探針部 38 カンチレバー部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Probe part 1a Probe base part 1b Surface forming material 2 Spherical tip part 3 Cantilever part 3a Cantilever base part 3b Surface forming material 4 Support part 11 Probe part 11a Probe base part 12 Cantilever base part 12a Cantilever base part 13 Support part 14 AFM cantilever base 15 Silicon nitride film 16 Spherical tip 17 AFM cantilever 21 Probe 22 Core 23 Silicon nitride film 24 Spherical tip 26 Cantilever 27 Support 31 Projection 32 Substrate silicon substrate 33 Silicon oxide film 34 Silicon nitride Membrane 35 Spherical tip 36 Support 37 Probe 38 Cantilever
Claims (4)
るように配置された片持ち梁と、該片持ち梁の自由端近
傍において、該片持ち梁に対して前記支持部配設面とは
反対側である裏面に設けられた探針部とを備え、該探針
部は、その先端部分が球形に形成されていることを特徴
とするＡＦＭカンチレバー。1. A support portion for a cantilever, a cantilever arranged to extend from the support portion, and the support portion disposed with respect to the cantilever near a free end of the cantilever. An AFM cantilever comprising: a probe portion provided on a back surface opposite to a surface, wherein the probe portion has a spherical end portion.
を製造する方法において、シリコン基板に形成された探
針基体部形成用レプリカ穴に探針基体部を形成する母材
料を堆積する工程と、その後シリコン基板を溶解除去し
て探針基体部を形成する工程と、該探針基体部表面にＣ
ＶＤ法による窒化シリコン膜等の探針基体部表面形成材
を堆積して、球形先端部を備えた探針部を形成する工程
とを有することを特徴とするＡＦＭカンチレバーの製造
方法。2. A method for manufacturing an AFM cantilever according to claim 1, wherein a step of depositing a base material for forming a probe base portion in a replica hole for forming a probe base portion formed in a silicon substrate, and thereafter, Forming a probe base by dissolving and removing the silicon substrate; and forming C on the surface of the probe base.
Depositing a probe base portion surface forming material such as a silicon nitride film by a VD method to form a probe portion having a spherical tip portion.
を製造する方法において、シリコン／シリコン酸化膜の
構造をもつＳＯＩ基板の活性層に、円錐形又は多角錐形
の突起を形成する工程と、該突起の表面にＣＶＤ法によ
り片持ち梁の母材料を兼ねる窒化シリコン膜を堆積し
て、球形先端部を備えた探針部を形成する工程と、次い
でシリコン基板を溶解除去する工程とを有することを特
徴とするＡＦＭカンチレバーの製造方法。3. A method of manufacturing an AFM cantilever according to claim 1, wherein a step of forming a conical or polygonal protrusion on an active layer of an SOI substrate having a silicon / silicon oxide film structure, A step of depositing a silicon nitride film also serving as a base material of the cantilever on the surface of the projection by a CVD method to form a probe having a spherical tip, and then dissolving and removing the silicon substrate. A method for producing an AFM cantilever.
を製造する方法において、シリコン基板の表面に円錐形
又は多角錐形の突起を形成する工程と、該突起の表面に
ＣＶＤ法により片持ち梁の母材料を兼ねる窒化シリコン
膜を堆積して、球形先端部を備えた探針部を形成する工
程と、次いでシリコン基板を溶解除去する工程とを有す
ることを特徴とするＡＦＭカンチレバーの製造方法。4. A method for manufacturing an AFM cantilever according to claim 1, wherein a step of forming a conical or polygonal projection on the surface of the silicon substrate, and a step of forming a cantilever beam on the surface of the projection by CVD. A method for manufacturing an AFM cantilever, comprising: depositing a silicon nitride film also serving as a base material to form a probe having a spherical tip, and then dissolving and removing the silicon substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35181296A JPH10170530A (en) | 1996-12-12 | 1996-12-12 | Afm cantilever and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35181296A JPH10170530A (en) | 1996-12-12 | 1996-12-12 | Afm cantilever and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170530A true JPH10170530A (en) | 1998-06-26 |
Family
ID=18419777
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP35181296A Pending JPH10170530A (en) | 1996-12-12 | 1996-12-12 | Afm cantilever and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10170530A (en) |
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- 1996-12-12 JP JP35181296A patent/JPH10170530A/en active Pending
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