JPH06102006A - 走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法Info
- Publication number
- JPH06102006A JPH06102006A JP4249135A JP24913592A JPH06102006A JP H06102006 A JPH06102006 A JP H06102006A JP 4249135 A JP4249135 A JP 4249135A JP 24913592 A JP24913592 A JP 24913592A JP H06102006 A JPH06102006 A JP H06102006A
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- silicon
- oxide film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】走査型プローブ顕微鏡の解像度を向上させる。
【構成】シリコン基板(11)上に酸化珪素膜(13)を形成す
る（第１工程）。エッチング法で溝を形成する（第２工
程）。溝部を酸化し、酸化珪素(12)を形成する（第３工
程）。皮膜Ａ(14)を全面に形成し、次いでこれをレバー
形状にパターニングする（第４工程）。皮膜Ａ(14)を介
して支持台(15)をシリコン基板(11)と接合する（第５工
程）。シリコン基板(11)並びに酸化珪素膜(12)をエッチ
ングにより法で除去する（第６工程）。これらの製造方
法で走査型プローブ顕微鏡用のプローブを製造する。
る（第１工程）。エッチング法で溝を形成する（第２工
程）。溝部を酸化し、酸化珪素(12)を形成する（第３工
程）。皮膜Ａ(14)を全面に形成し、次いでこれをレバー
形状にパターニングする（第４工程）。皮膜Ａ(14)を介
して支持台(15)をシリコン基板(11)と接合する（第５工
程）。シリコン基板(11)並びに酸化珪素膜(12)をエッチ
ングにより法で除去する（第６工程）。これらの製造方
法で走査型プローブ顕微鏡用のプローブを製造する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscopy ）に用いるプロ
ーブに関し、特に原子間力顕微鏡または走査型摩擦力顕
微鏡に好適なプローブの製造方法に関する。
（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscopy ）に用いるプロ
ーブに関し、特に原子間力顕微鏡または走査型摩擦力顕
微鏡に好適なプローブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】従来の原子間力顕微鏡用プローブの製造方
法を図２を用いて説明する。シリコン基板(21)の一方の
面に窒化珪素の保護膜(23)を形成する。この保護膜(23)
は、トレンチ（溝）を形成するときのマスクとなる。保
護膜(23)形成後、リソグラフィ法により、該保護膜(23)
の一部を除去し、シリコンを露出した後、KOH 水溶液で
代表されるエッチング液中に基板(21)を浸積し、エッチ
ング速度の結晶面方位依存性を利用し、四角錐状の凹部
すなわちトレンチ（溝）を形成する。
法を図２を用いて説明する。シリコン基板(21)の一方の
面に窒化珪素の保護膜(23)を形成する。この保護膜(23)
は、トレンチ（溝）を形成するときのマスクとなる。保
護膜(23)形成後、リソグラフィ法により、該保護膜(23)
の一部を除去し、シリコンを露出した後、KOH 水溶液で
代表されるエッチング液中に基板(21)を浸積し、エッチ
ング速度の結晶面方位依存性を利用し、四角錐状の凹部
すなわちトレンチ（溝）を形成する。
【０００３】この後、トレンチ部の内壁を覆うように酸
化珪素膜(22)を気相成長法等により形成する（図２ 2
a）。トレンチが形成された側の基板(21)表面に窒化珪
素膜(24)を形成する（図２ 2b）。窒化珪素膜(24)に支
持台(25)を接合する（図２ 2c）。最後にシリコン基板
(21)と酸化珪素(22)をエッチング除去して針状チップ(2
6)に連続した可撓体を有する走査型プローブ顕微鏡用の
プローブ（図２ 2d）を形成していた。
化珪素膜(22)を気相成長法等により形成する（図２ 2
a）。トレンチが形成された側の基板(21)表面に窒化珪
素膜(24)を形成する（図２ 2b）。窒化珪素膜(24)に支
持台(25)を接合する（図２ 2c）。最後にシリコン基板
(21)と酸化珪素(22)をエッチング除去して針状チップ(2
6)に連続した可撓体を有する走査型プローブ顕微鏡用の
プローブ（図２ 2d）を形成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法で形成され
るプローブは、針状チップを形成するためのパターンの
外接円半径の約１．４倍の高さの針状チップしか製造す
ることができなかった。このような従来の針状チップを
原子間力顕微鏡に用いた場合、試料表面の凹凸の差の大
きな試料を正確に測定することができず、試料の細部の
観察が困難であるという問題点があった。更に、走査型
摩擦力顕微鏡に用いた場合、摩擦力に対して感度が低下
し、正確な試料表面の観察ができないという致命的な問
題点があった。
るプローブは、針状チップを形成するためのパターンの
外接円半径の約１．４倍の高さの針状チップしか製造す
ることができなかった。このような従来の針状チップを
原子間力顕微鏡に用いた場合、試料表面の凹凸の差の大
きな試料を正確に測定することができず、試料の細部の
観察が困難であるという問題点があった。更に、走査型
摩擦力顕微鏡に用いた場合、摩擦力に対して感度が低下
し、正確な試料表面の観察ができないという致命的な問
題点があった。
【０００５】そこで本発明の目的は、種々の試料表面の
凹凸の大きさの差、形状等を有する試料に対応可能な走
査型プローブ顕微鏡用のプローブが製造できる製造方法
を提供することにある。
凹凸の大きさの差、形状等を有する試料に対応可能な走
査型プローブ顕微鏡用のプローブが製造できる製造方法
を提供することにある。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、原子間力
顕微鏡に従来のプローブを用いて種々の試料表面の凹凸
の大きさの差、形状等を有する試料を観察したが、その
結果、試料表面の凸部の観察は正確に行えるが凹部の細
部の解像度が悪く観察がし難いということが分かった。
また、従来のプローブを走査型摩擦力顕微鏡に用いて観
察すると、試料表面の面内の摩擦係数の大きさの差が小
さい試料についての観察が困難で摩擦力に対する感度が
小さいことが分かった。
顕微鏡に従来のプローブを用いて種々の試料表面の凹凸
の大きさの差、形状等を有する試料を観察したが、その
結果、試料表面の凸部の観察は正確に行えるが凹部の細
部の解像度が悪く観察がし難いということが分かった。
また、従来のプローブを走査型摩擦力顕微鏡に用いて観
察すると、試料表面の面内の摩擦係数の大きさの差が小
さい試料についての観察が困難で摩擦力に対する感度が
小さいことが分かった。
【０００７】本発明者は鋭意研究の結果、凹部の細部の
解像度が悪く観察がし難い理由は、プローブ先端が凹部
の底に近接することができないため正確な観察ができな
いことを確認した。更に、試料表面の面内の摩擦係数の
大きさの差が小さい試料についての観察が困難である理
由は、従来のプローブでは試料表面とプローブ先端の摩
擦によるレバーの捻じれ量が小さいために摩擦力に対す
る感度が小さいことを突き止めた。
解像度が悪く観察がし難い理由は、プローブ先端が凹部
の底に近接することができないため正確な観察ができな
いことを確認した。更に、試料表面の面内の摩擦係数の
大きさの差が小さい試料についての観察が困難である理
由は、従来のプローブでは試料表面とプローブ先端の摩
擦によるレバーの捻じれ量が小さいために摩擦力に対す
る感度が小さいことを突き止めた。
【０００８】これらの問題点を解決するために本発明者
は、従来の針状チップ（針状チップを形成するためのパ
ターンの外接円半径の約１．４倍の高さ）よりも大きな
長さの針状チップを有するプローブを用いれば、上記問
題点が解決できることを見い出した。そこで本発明は、
「第１工程：シリコン基板上に酸化珪素膜からなるマス
クを形成する工程； 第２工程：エッチング法により溝を形成する工程； 第３工程：前記溝の表面を酸化することにより、酸化珪
素膜を形成する工程； 第４工程：皮膜Ａを全面に形成し、次いでこれをレバー
形状にパターニングする工程； 第５工程：前記皮膜Ａを介して支持台を前記シリコン基
板と接合する工程； 第６工程：前記シリコン基板並びに前記マスク及び前記
酸化珪素膜をエッチングにより除去する工程； からなる走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法
（請求項１）」を提供する。
は、従来の針状チップ（針状チップを形成するためのパ
ターンの外接円半径の約１．４倍の高さ）よりも大きな
長さの針状チップを有するプローブを用いれば、上記問
題点が解決できることを見い出した。そこで本発明は、
「第１工程：シリコン基板上に酸化珪素膜からなるマス
クを形成する工程； 第２工程：エッチング法により溝を形成する工程； 第３工程：前記溝の表面を酸化することにより、酸化珪
素膜を形成する工程； 第４工程：皮膜Ａを全面に形成し、次いでこれをレバー
形状にパターニングする工程； 第５工程：前記皮膜Ａを介して支持台を前記シリコン基
板と接合する工程； 第６工程：前記シリコン基板並びに前記マスク及び前記
酸化珪素膜をエッチングにより除去する工程； からなる走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法
（請求項１）」を提供する。
【０００９】
【作用】以下、本発明の作用について説明する。シリコ
ン基板上(11)に針状チップを形成するためのマスク材料
となる酸化珪素膜を形成し、該酸化珪素膜をエッチング
により一部除去することでトレンチを形成する。トレン
チの内部を酸化することによりトレンチの内壁に酸化珪
素膜を形成する。この表面に針上チップ(16)となる皮膜
Ａ(14)を形成し、これを残すように酸化珪素(12)、(13)
を除去する。これで針状チップが製造できる。
ン基板上(11)に針状チップを形成するためのマスク材料
となる酸化珪素膜を形成し、該酸化珪素膜をエッチング
により一部除去することでトレンチを形成する。トレン
チの内部を酸化することによりトレンチの内壁に酸化珪
素膜を形成する。この表面に針上チップ(16)となる皮膜
Ａ(14)を形成し、これを残すように酸化珪素(12)、(13)
を除去する。これで針状チップが製造できる。
【００１０】従来、基板上に形成するマスク材料は、窒
化珪素を用いていたが、本願発明では、酸化珪素を用い
ている。そのため、針状チップ形成のためのエッチング
時において、従来は窒化珪素からなる基板上のマスクは
残存していた。しかし、本願発明ではマスクは酸化珪素
で形成されているため、シリコン基板と共にエッチング
で除去される。そのため除去されるマスクの膜厚分だけ
チップが長くなる。さらに、酸化珪素からなるマスクの
膜厚を可能な限り厚くすることにより、さらに長いチッ
プを形成することができる。
化珪素を用いていたが、本願発明では、酸化珪素を用い
ている。そのため、針状チップ形成のためのエッチング
時において、従来は窒化珪素からなる基板上のマスクは
残存していた。しかし、本願発明ではマスクは酸化珪素
で形成されているため、シリコン基板と共にエッチング
で除去される。そのため除去されるマスクの膜厚分だけ
チップが長くなる。さらに、酸化珪素からなるマスクの
膜厚を可能な限り厚くすることにより、さらに長いチッ
プを形成することができる。
【００１１】このような本願発明の作用により、針状チ
ップの付け根の太さに対するチップの高さの比（以下ア
スペクト比）が大きい、つまりチップの長さが長い針状
チップが製造できる。
ップの付け根の太さに対するチップの高さの比（以下ア
スペクト比）が大きい、つまりチップの長さが長い針状
チップが製造できる。
【００１２】
【実施例１】以下、本願発明の一実施例について、図１
を用いて具体的に説明する。基板材料として、厚さ400
μｍ、１００面方位のシリコン単結晶基板(11)を用い、
熱分解法により基板(11)表面全面に厚さ５μｍの酸化
珪素膜(13)を形成する。次に、リソグラフィ法を用いて
酸化珪素膜(13)の一部（４μｍ角）を除去する。その
後、一部除去した部分から露出しているシリコン基板(1
1)をＫＯＨ水溶液により異方性エッチングを行い、ピラ
ミッド状の深さ約2.8 μｍの凹部であるトレンチを形成
する。このトレンチはシリコン単結晶の結晶配列により
その形状が決まり、１００面方位の基板を用いた場合、
トレンチの形状は四角錐となる。
を用いて具体的に説明する。基板材料として、厚さ400
μｍ、１００面方位のシリコン単結晶基板(11)を用い、
熱分解法により基板(11)表面全面に厚さ５μｍの酸化
珪素膜(13)を形成する。次に、リソグラフィ法を用いて
酸化珪素膜(13)の一部（４μｍ角）を除去する。その
後、一部除去した部分から露出しているシリコン基板(1
1)をＫＯＨ水溶液により異方性エッチングを行い、ピラ
ミッド状の深さ約2.8 μｍの凹部であるトレンチを形成
する。このトレンチはシリコン単結晶の結晶配列により
その形状が決まり、１００面方位の基板を用いた場合、
トレンチの形状は四角錐となる。
【００１３】このトレンチの内壁に熱酸化法により酸化
珪素膜(12)を形成する（図１、１ａ）。この酸化珪素(1
2)は、図１に示すような形状に形成されることから、こ
の形状を利用して、先鋭化したトレンチを製造すること
ができる。その後、気相成長法を用いて皮膜(14)（例え
ば、窒化珪素）を全面に形成し、リソグラフィ法により
レバー形状のパターニングを施した（図１、１ｂ）。
珪素膜(12)を形成する（図１、１ａ）。この酸化珪素(1
2)は、図１に示すような形状に形成されることから、こ
の形状を利用して、先鋭化したトレンチを製造すること
ができる。その後、気相成長法を用いて皮膜(14)（例え
ば、窒化珪素）を全面に形成し、リソグラフィ法により
レバー形状のパターニングを施した（図１、１ｂ）。
【００１４】この試料の上面に支持台（例えば、ガラ
ス）(15)を陽極接合法により接合する（図１、１ｃ）。
最後に不要なシリコン部(11)、酸化珪素膜(12)及び(13)
を湿式エッチング法により除去し、針状チップを具備し
た走査型プローブ顕微鏡用のプローブを製造した（図
１、１ｄ）。このようにして得た走査型プローブ顕微鏡
用のプローブは、従来法で作製したプローブが2.8 μｍ
の高さを有しているのに対して、7.8 μｍの高さを有
し、アスペクト比を大幅に大きくすること事が確認され
た。
ス）(15)を陽極接合法により接合する（図１、１ｃ）。
最後に不要なシリコン部(11)、酸化珪素膜(12)及び(13)
を湿式エッチング法により除去し、針状チップを具備し
た走査型プローブ顕微鏡用のプローブを製造した（図
１、１ｄ）。このようにして得た走査型プローブ顕微鏡
用のプローブは、従来法で作製したプローブが2.8 μｍ
の高さを有しているのに対して、7.8 μｍの高さを有
し、アスペクト比を大幅に大きくすること事が確認され
た。
【００１５】
【実施例２】本発明の別の実施例について具体的に述べ
る。基板材料として厚さ380 μｍ、１００面方位のシリ
コン単結晶基板を用い、スパッタリング法によりはじめ
に厚さ約６μｍの酸化珪素膜を全面に形成した、その
後、リソグラフィ法を用い部分的に５μｍ角に酸化膜を
除去し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
水溶液によりシリコンを異方性エッチングしピラミッド
状のトレンチを形成し、内壁形状を先鋭化するため該ト
レンチ部に熱酸化法により酸化珪素膜を形成した。その
後、この試料に気相成長法により窒化珪素膜を全面に形
成し、リソグラフィ法によりレバー形状のパターニング
を施した。この試料の上面に支持台（例えば、ガラス）
を陽極接合法により接合し、最後に不要なシリコン部、
酸化珪素膜を湿式エッチング法により除去し、針状チッ
プを具備した走査型プローブ顕微鏡用のプローブを作製
した。
る。基板材料として厚さ380 μｍ、１００面方位のシリ
コン単結晶基板を用い、スパッタリング法によりはじめ
に厚さ約６μｍの酸化珪素膜を全面に形成した、その
後、リソグラフィ法を用い部分的に５μｍ角に酸化膜を
除去し、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
水溶液によりシリコンを異方性エッチングしピラミッド
状のトレンチを形成し、内壁形状を先鋭化するため該ト
レンチ部に熱酸化法により酸化珪素膜を形成した。その
後、この試料に気相成長法により窒化珪素膜を全面に形
成し、リソグラフィ法によりレバー形状のパターニング
を施した。この試料の上面に支持台（例えば、ガラス）
を陽極接合法により接合し、最後に不要なシリコン部、
酸化珪素膜を湿式エッチング法により除去し、針状チッ
プを具備した走査型プローブ顕微鏡用のプローブを作製
した。
【００１６】このようにして得た走査型プローブ顕微鏡
用のプローブは、従来法で作製したプローブが3.5 μｍ
の高さを有しているのに対して、8.5 μｍの高さを有
し、アスペクト比を大幅に大きくする事が確認された。
用のプローブは、従来法で作製したプローブが3.5 μｍ
の高さを有しているのに対して、8.5 μｍの高さを有
し、アスペクト比を大幅に大きくする事が確認された。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明では、従来の針状チ
ップよりもアスペクト比が大きいチップを製造すること
ができる。よって、このチップを有するプローブを具え
た原子間力顕微鏡、走査型摩擦力顕微鏡等の走査型プロ
ーブ顕微鏡を用いれば、試料表面の凹凸の差の大きな試
料又は表面の凹部と凹部（又は凸部と凸部）の間隔が小
さい試料等多種多様の表面形状を有する試料や試料表面
内の摩擦係数の大きさの差の小さな試料の観察が可能で
ある。
ップよりもアスペクト比が大きいチップを製造すること
ができる。よって、このチップを有するプローブを具え
た原子間力顕微鏡、走査型摩擦力顕微鏡等の走査型プロ
ーブ顕微鏡を用いれば、試料表面の凹凸の差の大きな試
料又は表面の凹部と凹部（又は凸部と凸部）の間隔が小
さい試料等多種多様の表面形状を有する試料や試料表面
内の摩擦係数の大きさの差の小さな試料の観察が可能で
ある。
【図１】は、本発明の一実施例のプローブの製造方法を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図２】は、従来のプローブの製造方法を示す概念図で
ある。
ある。
１１、２１・・・・・・シリコン基板 １２、１３、２２・・・酸化珪素膜 １４・・・・・・・・・皮膜Ａ ２３、２４・・・・・・窒化珪素膜 １５、２５・・・・・・支持台 １６、２６・・・・・・針状チップ
Claims (1)
- 【請求項１】第１工程：シリコン基板上に酸化珪素膜か
らなるマスクを形成する工程； 第２工程：エッチング法により溝を形成する工程； 第３工程：前記溝の表面を酸化することにより、酸化珪
素膜を形成する工程； 第４工程：皮膜Ａを全面に形成し、次いでこれをレバー
形状にパターニングする 工程； 第５工程：前記皮膜Ａを介して支持台を前記シリコン基
板と接合する工程； 第６工程：前記シリコン基板並びに前記マスク及び前記
酸化珪素膜にエッチングにより除去する工程； からなる走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4249135A JPH06102006A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4249135A JPH06102006A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102006A true JPH06102006A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=17188452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4249135A Pending JPH06102006A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06102006A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100733815B1 (ko) * | 2006-07-25 | 2007-07-02 | 주식회사 유니테스트 | 프로브 구조물 제조 방법 |
| US7528618B2 (en) * | 2006-05-02 | 2009-05-05 | Formfactor, Inc. | Extended probe tips |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP4249135A patent/JPH06102006A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7528618B2 (en) * | 2006-05-02 | 2009-05-05 | Formfactor, Inc. | Extended probe tips |
| KR100733815B1 (ko) * | 2006-07-25 | 2007-07-02 | 주식회사 유니테스트 | 프로브 구조물 제조 방법 |
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