JPH0362546A - 走査探針及びその製造方法 - Google Patents

走査探針及びその製造方法

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JPH0362546A
JPH0362546A JP19661489A JP19661489A JPH0362546A JP H0362546 A JPH0362546 A JP H0362546A JP 19661489 A JP19661489 A JP 19661489A JP 19661489 A JP19661489 A JP 19661489A JP H0362546 A JPH0362546 A JP H0362546A
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JP
Japan
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probe
probes
electrode
scanning probe
resist mask
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JP19661489A
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English (en)
Inventor
Yoshihide Kato
加藤 芳秀
Kazuyoshi Sugihara
和佳 杉原
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、走査型トンネル顕微鏡及びその応用技術を利
用した評価装置に係り、特にその走査探針及びその製作
技術に関する。
(従来の技術) 1982年IBM G、 B1nn1g & H,Ro
hlerが走査型トンネル顕微鏡(以下、STMと略す
る。)を発表(Phys、 Rev、 Lett、 4
9 (1) 57 (1982))して以来、数年の間
に原子レベルから測定可能な高空間分解能の評価技術と
して多くの研究者や技術者が装置開発や新たな評価応用
技術への展開を進めている( IBMJ、 Res、 
Devlop、 vol、 30. no、4 (19
86) 355)。
これらのSTM及びその応用装置(以後、SXMと略す
る。原子開力顕微鏡AFM、磁力顕微鏡MFMなども含
む。)で使用される走査探針としては、タングステン(
W)あるいは白金(Pt)のワイヤを電解研磨等によっ
て先端を尖らせた探針が広く用いられている。
一方、測定のスループットや走査範囲を向上させること
が望まれているが、単一のワイヤ探針では、高々数p範
囲を走査するのが限界で、測定範囲を広げようとすると
スループットが著しく低下する。このため、多探針の導
入が望まれるが、ワイヤ探針を均一な高さと正確な位置
決めで精度良く配列することは甚だ困難である。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、第一は、均一な高さと正確な位置決め
で精度良く配列し、かつ、個別に高さ調整が可能な複数
の探針からなる走査探針にあり、第二は、該走査探針を
簡便かつ高精度に実現するための製造方法を提供するこ
とにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の特徴は、第一は、圧電体基板の対向する2面上
に複数個の導電性薄膜電極を選択的に形成し、探針を形
成する側の該導電性薄膜電極上に、導電性材料からなる
先端が鋭利な複数の探針を具備した走査探針にある。
第二は、該走査探針を製造する方法であり、半導体分野
での微細加工技術と選択成長技術に基づいて構成された
ものであって、選択成長により形成された各探針上の選
択的レジストマスクを用いてテーバエツチングし、各探
針を尖鋭化することにある。
即ち本発明は、LSI製造技術を基本として、STMを
始めとするいわゆるS XM (Scanning X
Microscopy)用の複数の探針をもつ走査探針
を簡便な技術で可能とすることを特徴とする。
(作 用) 本発明により、複数個の探針をもつ走査探針を1μ以内
の均一な高さと配列位置精度で実現できる。
また、圧電体基板とその対向する面上の導電性薄膜電極
とで微動用の圧電アクチュエータを構成するので、各探
針が個別に試料との間隔を調整できる。したがって、比
較的小さなユニットでそれぞれの探針の独立なZ軸方向
のサーボ機能を実現できるので、多探針STM構造が単
純化されるとともに、それぞれの探針で独立に測定を行
なうことが可能になる。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図(a)及び(b)は本発明の一実施例に係る走査
探針の断面図と平面図をそれぞれ示す、第1図(8)は
、第1図(b)中のP−Q間の部分断面を示している。
第1図(a)の各部分の詳細は、後述の製造方法の中で
説明する。第1図(b)に示すように、この実施例の場
合には、4本の探針が配置され、それぞれの探針台座は
A1−A4の取りだし電極に繋がり、この電極を介して
圧電体(ここでは、チタン酸ジルコン酸鉛強誘電体)基
板の片方の電極に指定の電位を供給できる。他方、圧電
体基板の裏面の対向する電極は、81〜B4の取りだし
電極に繋がり、そして、A1−A4と81〜B4のそれ
ぞれの組の対向電極間に印加される電圧により、各探針
の近傍の圧電体基板が伸縮する。この伸縮によって凹凸
のある試料面上を走査した時、各探針のそれぞれのサー
ボ機能(サーボ制御回路は図示していない、)を働かせ
、試料面の凹凸に追随して探針TL及びT2が独立に上
下することができる(第2図)。
次に、第3図(a)〜(k)によ、す、第1図の実施例
の走査探針の製造方法を具体的に説明する。まず、第3
図(a)でチタン酸ジルコン酸鉛強誘電体基板1の両面
に導電性薄膜電極材料2として白金(Pt)を0.2p
程度蒸着する。片面の探針形成面側には、更に絶縁膜と
してシリコン酸化膜3を0.3.程度CVD(Chem
ical Vapor Deposition)法によ
り積層する。
次に、第3図(b)に示すように、フォトリソグラフィ
技術により互いに対向する両面の位置に20.角程度の
電極パターンをフォトレジスト4にて形成し、第3図(
c)に示すように、これをマスクとしてまずシリコン酸
化膜3を選択的にエツチング除去(フッ化アンモニウム
処理等)する。続いて、同じマスクで電極材料の両面の
白金2をエツチング除去(王水処理もしくはイオンミリ
ング等)する。エツチング処理の結果、レジストマスク
4の下に取りだし電極を含む電極2A、2B及び2A上
のシリコン酸化膜3Aが形成される。不要となったレジ
ストマスク4を剥離した後、露出した強誘電体を被覆す
る有機絶縁膜5(例えばポリイミド等)を南面に形成し
、第3図(d)に示すように、更に新たなレジストマス
ク6を用いてシリコン酸化膜3Aの一部に選択的に工ッ
チング除去(フッ化アンモニウム処理もしくはプラズマ
エツチング等)を行ない孔3cを開ける。
次に、第3図(e)に示すように、不要となったレジス
トマスク6を剥離した後、開孔3cも含めて開孔3Cの
ある面の全面に多結晶シリコン膜7を0.5−程度蒸着
する。その後、取りだし電極パターン及び探針台座とな
る電極パターンを含むレジストマスク、8を形成し、こ
のレジストマスク8により選択的に多結晶シリコン膜7
をエツチング除去(プラズマエツチング等)し、第3図
(f)に示すように、不要となったレジストマスク8を
剥離した後、電極2A上に探針台座電極7Aを形成する
。続いて、第3図(g)に示すように、電極2A及び探
針台座電極7Aの一部に開孔7Cを有する数〜l〇−程
度の充分厚いレジストマスク9(感光性ポリイミド膜等
)を形成する。
この深い開孔部に導電性材料(たとえばタングステン)
10の選択成長を行ない、開孔部を埋め尽くす(第3図
(h))、  続いて、探針成長部分にのみ選択的に、
埋め込まれた開孔部と概ね同一寸法の選択的レジスト1
1を、第3図(i)に示すように、形成する。
このレジスト11をマスクとして、塩素系ガスを用いた
反応性イオンエツチングによりレジストマスク11の後
退を利用してタングステンIOの先端をテーパエツチン
グすることにより鋭利な突起状の探針形状を得る。レジ
ストマスク11が消失したところで反応性イオンエツチ
ングを終了(第3図(j))L、この時残された厚いレ
ジストマスク9′は、有機溶剤処理もしくは酸素プラズ
マ処理で剥離除去して、有機絶縁膜5を露出させる。こ
の時、タングステン探針及び取りだし電極部分の表面が
酸化被膜で覆われる場合には、フッ素系プラズマ処理に
より表面改質を行なうと良い(第3図(k))。
本発明の実施例における探針間の距離は数百−程度であ
る(第1図(a))。それ以下の距離でも微動用圧電ア
クチュエータを精確に駆動することは可能であり、たと
えば10μs位でも考えられる。圧電体基板としてチタ
ン酸ジルコン酸鉛強誘電体を用いたが、とくにこの材料
に限定されるものではなく、たとえば、チタン酸バリウ
ム系のような既存の強誘電体材料ならどれでも利用可能
である。また、圧電体基板の伸縮は大体数百人から1p
程度である。たとえば。
伸縮の度合を大きくするには、圧電体基板を厚くすれば
良いのであるから強誘電体材料の選択はとくに重要では
ない。実施例では、基板上に取りだし電極を含む電極、
その上に探針台座電極、そしてその上に探針が形成され
ているが、この取りだし電極を含む電極はバリヤーとし
て機能する。即ち、この探針台座電極は多結晶シリコン
からなるが、シリコンは、チタン酸ジルコン酸鉛強誘電
体と混晶状態になることがあり、その結果圧電特性が劣
化する(例えば、圧電定数が20〜30%も低下する)
。この混晶が生ずる反応層は界面から数10−の厚さで
強誘電体に入りこむ。従って、強誘電体の基板が100
−以下の厚さならその影響が出てくるが200pを越え
る厚さなら実効的影響は少ない。この混晶による圧電特
性の劣化は、チタン酸バリウム系など他の材料でも程度
の差はあるが存在する。白金などを用いた電極は、主と
してこの混晶を防ぐ目的で基板と探針台座電極の間に挿
入される。本実施例ではこの電極として白金が使われて
いるが、これに限定されるものではなく、シリコンと混
晶しない金属なら任意のものを選択できる。たとえば、
銀がその一つである。銀ペーストを焼き付けた電極は超
音波振動子に利用するのがとくに有名である。この電極
は圧電体基板に密着しなければならないが、その付着力
を改善する手段として白金や銀と圧電体基板との間にク
ロムやチタンなどの薄層を挟む方法が有効である。銀の
付着力を改善するために故意に少量のシリカや酸化はう
素などのガラス成分を添加し、その混晶を利用すること
も可能である。
本実施例では、タングステンの揖択成長に際して。
有機厚膜を用いた例を示したが、タングステンの選択成
長には六フッ化タングステンガス雰囲気中で選択的にビ
ーム照射(例えば、電子ビームのスポット照射)するこ
とによっても可能であり、その場合は先端部の尖鋭化も
同時に行われるので、当然選択成長用の開孔のある有機
厚膜は使わず、第3図(i)に示す選択的レジストマス
クも不要である。このビーム照射を利用する方法も前述
の有機厚膜を利用する方法も共に本発明の複数の探針を
もつ走査探針に有効であるが、単一の探針をもつ走査探
針に用いても本発明と同様に顕著な効果がある。
本発明に係る評価装置は、たとえばシリコンのような半
導体基板を対象とするが、それ以外にも、光マスクが挙
げられる。たとえば、マスク基板上のクロムのマスクパ
ターンの界面状態をw4察したり、その欠陥を検出、測
定することもできる。
ここでは、STMへの応用の場合について述べたが、本
発明の趣旨を逸脱しない範囲で、走査探針を用いたAF
M、MFMなどにも適用できることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明によれば、多数の探針を独立
に測定探針として利用できるため、同時進行で多数点の
測定を実行することが可能になり、実質的な走査可能範
囲の増大となり、即ち測定スループットの向上を実現す
ることができる。また、前記走査探針を簡便かつ、高精
度に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は、本発明の走査探針の一実施
例に係る概轄構成を示す部分断面図と平面図をそれぞれ
示す二第2図は、本発明をSTMの走査探針として用い
た場合の測定試料と走査探針との関係を説明する模式図
である。第3図(a)乃至(k)は本発明の走査探針を
製造する工程の一実施例を示す。 (・・・圧電体基板、 2・・・導電性薄膜電極材料(白金)。 2A、2B・・・取りだし電極を含む電極、3.3A・
・・絶縁膜(シリコン酸化膜)、4.6,8,9,9’
、11・・・選択的レジストマスク5・・・有機絶縁膜
(ポリイミド)、 7・・・多結晶シリコン膜、 7A・・・探針台座電極、 7C・・・レジストマスク開孔、 10・・・選択成長探針材料(タングステン)、Tl、
T2・・・探針、 Al−A4.Bl〜B4・・・取りだし電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧電体基板と、前記圧電体基板の対向する2面上
    に形成された複数個の導電性薄膜電極と、前記2面のい
    づれか一方の面に形成された前記複数個の導電性薄膜電
    極上にそれぞれ設けた探針とを具備したことを特徴とす
    る走査探針。
  2. (2)圧電体基板のいづれか一方の面に形成された複数
    個の導電性薄膜電極上にそれぞれ探針を形成する請求項
    1記載の走査探針の製造方法であって、選択成長により
    形成された各探針上に選択的レジストマスクを形成する
    工程および前記選択的レジストマスクを用いて前記各探
    針をテーパエッチングすることにより前記各探針を尖鋭
    化させる工程を具備することを特徴とする走査探針の製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6906540B2 (en) * 2001-09-20 2005-06-14 Wentworth Laboratories, Inc. Method for chemically etching photo-defined micro electrical contacts
WO2005043594A3 (en) * 2003-10-24 2005-11-03 Wentworth Lab Inc Method for forming photo-defined micro electrical contacts
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