JPH09178763A - Ａｆｍカンチレバー - Google Patents
ＡｆｍカンチレバーInfo
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- JPH09178763A JPH09178763A JP35004495A JP35004495A JPH09178763A JP H09178763 A JPH09178763 A JP H09178763A JP 35004495 A JP35004495 A JP 35004495A JP 35004495 A JP35004495 A JP 35004495A JP H09178763 A JPH09178763 A JP H09178763A
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 カンチレバーを薄く形成して、トレンチホー
ル側壁等の測定感度を向上させることの可能なＡＦＭカ
ンチレバーを提供する。 【解決手段】 単結晶シリコンからなる探針部101 と、
窒化シリコン膜からなるカンチレバー102 と、単結晶シ
リコンからなる支持部103 とを備え、探針部101はカン
チレバー102 の自由端近傍に配設され、その先端部は外
側に拡がっており、下部側面には前記カンチレバー102
を構成する窒化シリコン膜104 で覆うように形成して、
ＡＦＭカンチレバー100 を構成する。
ル側壁等の測定感度を向上させることの可能なＡＦＭカ
ンチレバーを提供する。 【解決手段】 単結晶シリコンからなる探針部101 と、
窒化シリコン膜からなるカンチレバー102 と、単結晶シ
リコンからなる支持部103 とを備え、探針部101はカン
チレバー102 の自由端近傍に配設され、その先端部は外
側に拡がっており、下部側面には前記カンチレバー102
を構成する窒化シリコン膜104 で覆うように形成して、
ＡＦＭカンチレバー100 を構成する。
Description
【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
カンチレバーに関する。
（ＡＦＭ； Atomic Force Microscope）に用いるＡＦＭ
カンチレバーに関する。
【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Binnin
g 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。
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Binnin
g 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。
【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。
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。
【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。ＡＦ
Ｍ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。
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。ＡＦ
Ｍ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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【０００７】次に、この探針の形成方法を図７を参照し
ながら説明する。まず図７の（Ａ）に示すように、スタ
ート基板として酸化シリコン膜702 を表面に形成したシ
リコン基板701 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702 に転写し、この酸化
シリコン膜702 をマスクとしてシリコン基板701 を異方
性ＲＩＥ処理することにより、柱状突起軸703 を形成す
る。次に図７の（Ｂ）に示すように、前記柱状突起軸70
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703aを形成し、突起軸703 の機械的安定性を向上させ
る。次に図７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702 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702 からなるマスクを除去することにより、図７
の（Ｄ）に示すように、先端が外側に拡がった形状の探
針704 が形成される。
ながら説明する。まず図７の（Ａ）に示すように、スタ
ート基板として酸化シリコン膜702 を表面に形成したシ
リコン基板701 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702 に転写し、この酸化
シリコン膜702 をマスクとしてシリコン基板701 を異方
性ＲＩＥ処理することにより、柱状突起軸703 を形成す
る。次に図７の（Ｂ）に示すように、前記柱状突起軸70
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703aを形成し、突起軸703 の機械的安定性を向上させ
る。次に図７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702 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702 からなるマスクを除去することにより、図７
の（Ｄ）に示すように、先端が外側に拡がった形状の探
針704 が形成される。
【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。
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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述したトマス．バイ
エルらが提案したカンチレバーは、前記作製方法からわ
かるように、探針及び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することができる。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とは難しいので、
測定感度が低下してしまう。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。更にまた、探針が静電気等に
より帯電するために、測定再現性がとれないという問題
点もある。
エルらが提案したカンチレバーは、前記作製方法からわ
かるように、探針及び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することができる。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とは難しいので、
測定感度が低下してしまう。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。更にまた、探針が静電気等に
より帯電するために、測定再現性がとれないという問題
点もある。
【００１０】本発明は、従来の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、トレンチホール側壁評価に適した側
壁観察感度を向上させたＡＦＭカンチレバーを提供する
ことを目的とする。請求項２記載の発明は、測定分解能
の高いＡＦＭカンチレバーを提供することを目的とす
る。請求項３記載の発明は、強度の高いＡＦＭカンチレ
バーを提供することを目的とする。請求項４及び６記載
の発明は、測定再現性を向上させたＡＦＭカンチレバー
を提供することを目的とする。請求項５記載の発明は、
分解能劣化を押さえながら測定再現性を向上させたＡＦ
Ｍカンチレバーを提供することを目的とする。
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、トレンチホール側壁評価に適した側
壁観察感度を向上させたＡＦＭカンチレバーを提供する
ことを目的とする。請求項２記載の発明は、測定分解能
の高いＡＦＭカンチレバーを提供することを目的とす
る。請求項３記載の発明は、強度の高いＡＦＭカンチレ
バーを提供することを目的とする。請求項４及び６記載
の発明は、測定再現性を向上させたＡＦＭカンチレバー
を提供することを目的とする。請求項５記載の発明は、
分解能劣化を押さえながら測定再現性を向上させたＡＦ
Ｍカンチレバーを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、支持部より伸びた窒化シリ
コン膜製カンチレバーの自由端近傍に、シリコン製探針
部を配設し、該シリコン製探針部の少なくとも下部側面
は前記カンチレバーを形成する窒化シリコン膜によって
覆われるように形成してＡＦＭカンチレバーを構成する
ものである。このように構成することにより、カンチレ
バーを薄い窒化シリコン膜で容易に構成することができ
るため、トレンチホール等の側壁観察感度を向上させる
ことが可能となる。
め、請求項１記載の発明は、支持部より伸びた窒化シリ
コン膜製カンチレバーの自由端近傍に、シリコン製探針
部を配設し、該シリコン製探針部の少なくとも下部側面
は前記カンチレバーを形成する窒化シリコン膜によって
覆われるように形成してＡＦＭカンチレバーを構成する
ものである。このように構成することにより、カンチレ
バーを薄い窒化シリコン膜で容易に構成することができ
るため、トレンチホール等の側壁観察感度を向上させる
ことが可能となる。
【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載のＡ
ＦＭカンチレバーにおいて、探針部の先端部が外側に拡
がった形状を有し、該先端部を形成するシリコンが露出
するように構成するものである。このように構成するこ
とにより、試料表面に接する探針部の先端部を鋭くする
ことが可能となり、測定分解能を向上させることができ
る。
ＦＭカンチレバーにおいて、探針部の先端部が外側に拡
がった形状を有し、該先端部を形成するシリコンが露出
するように構成するものである。このように構成するこ
とにより、試料表面に接する探針部の先端部を鋭くする
ことが可能となり、測定分解能を向上させることができ
る。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針部の下部側面に
くびれ部を形成して構成するものである。このように構
成することにより、探針部がカンチレバーから抜けるこ
とがなくなり、強度を大にすることができる。
載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針部の下部側面に
くびれ部を形成して構成するものである。このように構
成することにより、探針部がカンチレバーから抜けるこ
とがなくなり、強度を大にすることができる。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針
部先端部のシリコンを露出することなく、全体をカンチ
レバーを構成する窒化シリコン膜で覆うように構成する
ものである。このように構成することにより、試料と接
する探針部の先端エッジがシリコンよりも硬質な窒化シ
リコン膜で被覆されるため、探針部の磨耗が低減され、
測定再現性が向上するＡＦＭカンチレバーをきわめて容
易に実現することが可能となる。
ずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針
部先端部のシリコンを露出することなく、全体をカンチ
レバーを構成する窒化シリコン膜で覆うように構成する
ものである。このように構成することにより、試料と接
する探針部の先端エッジがシリコンよりも硬質な窒化シ
リコン膜で被覆されるため、探針部の磨耗が低減され、
測定再現性が向上するＡＦＭカンチレバーをきわめて容
易に実現することが可能となる。
【００１５】請求項５記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針
部の先端部が薄い硬質膜で覆われるように構成するもの
である。このように構成することにより、請求項４記載
の発明のＡＦＭカンチレバーと同様に測定再現性が高
く、更に分解能を向上させることが可能となる。
ずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針
部の先端部が薄い硬質膜で覆われるように構成するもの
である。このように構成することにより、請求項４記載
の発明のＡＦＭカンチレバーと同様に測定再現性が高
く、更に分解能を向上させることが可能となる。
【００１６】請求項６記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針
部に不純物を拡散して導電性をもたせると共に、カンチ
レバー裏面に金属膜を形成して構成するものである。こ
のように構成することにより、カンチレバー支持部の電
位を固定することにより、探針部の電位が固定できるよ
うになり、これを接地することにより探針部が静電気等
により帯電することがなくなり、測定再現性を保つこと
ができる。
ずれか１項に記載のＡＦＭカンチレバーにおいて、探針
部に不純物を拡散して導電性をもたせると共に、カンチ
レバー裏面に金属膜を形成して構成するものである。こ
のように構成することにより、カンチレバー支持部の電
位を固定することにより、探針部の電位が固定できるよ
うになり、これを接地することにより探針部が静電気等
により帯電することがなくなり、測定再現性を保つこと
ができる。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕次に、発明の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説明する図で、図１の（Ａ）は
その横断面図、図１の（Ｂ）はその斜視図である。この
発明の実施の形態におけるＡＦＭカンチレバー100 は、
単結晶シリコンからなる探針部101 と、窒化シリコン膜
からなるカンチレバー102 と、単結晶シリコンからなる
支持部103 とで構成され、探針部101 はカンチレバー10
2 の自由端近傍に配設されていて、その先端は外側に拡
がっており、下部側面は前記カンチレバー102 を形成す
る窒化シリコン膜104 で覆われている。なお、図におい
て105 はカンチレバー102 と支持部103 との間に介在し
ている酸化シリコン膜である。なお、探針部101 の下部
側面をカンチレバー102 を形成する窒化シリコン膜104
で覆っているのは、探針部101 のカンチレバー102 への
取付けを強固にするためである。
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説明する図で、図１の（Ａ）は
その横断面図、図１の（Ｂ）はその斜視図である。この
発明の実施の形態におけるＡＦＭカンチレバー100 は、
単結晶シリコンからなる探針部101 と、窒化シリコン膜
からなるカンチレバー102 と、単結晶シリコンからなる
支持部103 とで構成され、探針部101 はカンチレバー10
2 の自由端近傍に配設されていて、その先端は外側に拡
がっており、下部側面は前記カンチレバー102 を形成す
る窒化シリコン膜104 で覆われている。なお、図におい
て105 はカンチレバー102 と支持部103 との間に介在し
ている酸化シリコン膜である。なお、探針部101 の下部
側面をカンチレバー102 を形成する窒化シリコン膜104
で覆っているのは、探針部101 のカンチレバー102 への
取付けを強固にするためである。
【００１８】次に、このように構成された第１の実施の
形態のＡＦＭカンチレバーの製法を、図２の（Ａ）〜
（Ｅ）の製造工程断面図を用いて説明する。まず図２の
（Ａ）に示すように、本カンチレバーを作製するため、
スタート基板として２枚の（100 ）シリコン基板を酸化
シリコン膜を介して貼り合わせた基板、すなわち貼り合
わせＳＯＩ（ Silicon On Insulator ）基板211 を用意
する。貼り合わせたこの２枚の基板の厚さは、一方が例
えば15μｍであり、これは探針部を形成する基板として
使用される。そして他方は例えば500 μｍであり、これ
は支持部の形成に使用される。また、中間の酸化シリコ
ン膜の厚さは例えば１μｍである。そして、上記ＳＯＩ
基板211 の表面に酸化シリコン膜を例えば１μｍ形成し
た後、通常のリソグラフィ工程により基板表面の探針部
を形成すべき所定の場所に、探針部形成用酸化シリコン
膜マスクパターン212 を、基板裏面には支持部を形成す
るためのマスクパターン213 を形成する。
形態のＡＦＭカンチレバーの製法を、図２の（Ａ）〜
（Ｅ）の製造工程断面図を用いて説明する。まず図２の
（Ａ）に示すように、本カンチレバーを作製するため、
スタート基板として２枚の（100 ）シリコン基板を酸化
シリコン膜を介して貼り合わせた基板、すなわち貼り合
わせＳＯＩ（ Silicon On Insulator ）基板211 を用意
する。貼り合わせたこの２枚の基板の厚さは、一方が例
えば15μｍであり、これは探針部を形成する基板として
使用される。そして他方は例えば500 μｍであり、これ
は支持部の形成に使用される。また、中間の酸化シリコ
ン膜の厚さは例えば１μｍである。そして、上記ＳＯＩ
基板211 の表面に酸化シリコン膜を例えば１μｍ形成し
た後、通常のリソグラフィ工程により基板表面の探針部
を形成すべき所定の場所に、探針部形成用酸化シリコン
膜マスクパターン212 を、基板裏面には支持部を形成す
るためのマスクパターン213 を形成する。
【００１９】次に図２の（Ｂ）に示すように、前記酸化
シリコン膜マスクパターン212 をマスクとして、中間層
の酸化シリコン膜が露出するまでＳＯＩ基板211 の表面
をエッチング処理することにより、探針部201 を形成す
る。このときエッチング条件を適当に選ぶことにより、
探針部先端が外側に拡がるようにする。
シリコン膜マスクパターン212 をマスクとして、中間層
の酸化シリコン膜が露出するまでＳＯＩ基板211 の表面
をエッチング処理することにより、探針部201 を形成す
る。このときエッチング条件を適当に選ぶことにより、
探針部先端が外側に拡がるようにする。
【００２０】次に図２の（Ｃ）に示すように、前記酸化
シリコン膜マスクパターン212 を剥離した後、カンチレ
バーを形成するための窒化シリコン膜214 を全面に形成
する。この窒化シリコン膜214 は、通常半導体素子に多
用されるシリコンと窒素の組成が３：４のものよりも、
シリコン含有量を高めたものを用いる。これにより、熱
膨張係数がシリコンに近づくため、基板シリコンを剥離
してカンチレバーを形成する際、カンチレバーが反るの
を防ぐことができる。次に前記窒化シリコン膜214 をカ
ンチレバー形状に加工する際のマスクとなるフォトレジ
スト215 を形成するが、このとき探針部201 の先端が露
出するようにフォトレジスト215 の膜厚を選択する。
シリコン膜マスクパターン212 を剥離した後、カンチレ
バーを形成するための窒化シリコン膜214 を全面に形成
する。この窒化シリコン膜214 は、通常半導体素子に多
用されるシリコンと窒素の組成が３：４のものよりも、
シリコン含有量を高めたものを用いる。これにより、熱
膨張係数がシリコンに近づくため、基板シリコンを剥離
してカンチレバーを形成する際、カンチレバーが反るの
を防ぐことができる。次に前記窒化シリコン膜214 をカ
ンチレバー形状に加工する際のマスクとなるフォトレジ
スト215 を形成するが、このとき探針部201 の先端が露
出するようにフォトレジスト215 の膜厚を選択する。
【００２１】次に、前記フォトレジスト215 をマスクと
して前記窒化シリコン膜214 をエッチング処理すること
により、カンチレバーパターン形状に加工すると共に、
探針部先端のシリコンを露出させる。次に図２の（Ｄ）
に示すように、熱酸化処理を施すことにより、前記シリ
コンの露出した探針部の先端に、酸化シリコン膜216を
形成する。これにより探針部201 の先端部エッジが鋭く
なり、測定分解能が向上すると共に、基板をエッチング
処理してカンチレバーを形成する際に探針部を保護する
ことが可能となる。次に図２の（Ｅ）に示すように、基
板裏面からエッチング処理し、最後にフッカ水素酸水溶
液で酸化膜をエッチング除去することにより、下部側面
が窒化シリコン膜206 で覆われた探針部201 とカンチレ
バー202と支持部203 とからなる図１に示した第１の実
施の形態と同様の構成のＡＦＭカンチレバーが完成す
る。なお、205 は酸化シリコン膜である。
して前記窒化シリコン膜214 をエッチング処理すること
により、カンチレバーパターン形状に加工すると共に、
探針部先端のシリコンを露出させる。次に図２の（Ｄ）
に示すように、熱酸化処理を施すことにより、前記シリ
コンの露出した探針部の先端に、酸化シリコン膜216を
形成する。これにより探針部201 の先端部エッジが鋭く
なり、測定分解能が向上すると共に、基板をエッチング
処理してカンチレバーを形成する際に探針部を保護する
ことが可能となる。次に図２の（Ｅ）に示すように、基
板裏面からエッチング処理し、最後にフッカ水素酸水溶
液で酸化膜をエッチング除去することにより、下部側面
が窒化シリコン膜206 で覆われた探針部201 とカンチレ
バー202と支持部203 とからなる図１に示した第１の実
施の形態と同様の構成のＡＦＭカンチレバーが完成す
る。なお、205 は酸化シリコン膜である。
【００２２】上記第１の実施の形態のＡＦＭカンチレバ
ーにおいて、探針部とカンチレバーとは、探針部の下部
側面をカンチレバーを形成する窒化シリコン膜で覆うか
たちで固定されている。この構成の場合、使用中に探針
部がカンチレバーから抜け落ちてしまう可能性がある。
そこで、探針部の下部側面にくびれ部を形成する構成と
することにより、カンチレバーから探針部が使用中抜け
落ちるようなことがなくなり、使用強度を高めることが
可能となる。
ーにおいて、探針部とカンチレバーとは、探針部の下部
側面をカンチレバーを形成する窒化シリコン膜で覆うか
たちで固定されている。この構成の場合、使用中に探針
部がカンチレバーから抜け落ちてしまう可能性がある。
そこで、探針部の下部側面にくびれ部を形成する構成と
することにより、カンチレバーから探針部が使用中抜け
落ちるようなことがなくなり、使用強度を高めることが
可能となる。
【００２３】次に、探針部の下部側面にくびれ部を形成
したＡＦＭカンチレバーの製造方法の例を、図３の
（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。まず図２の（Ｂ）
に示したと同様の製法により、探針部301 となるシリコ
ン突起を形成した後、図３の（Ａ）に示すように、探針
部301 に探針部301 の上部の大半が隠れ、探針部301 の
基端部が露出するようなレジストパターン317 を形成す
る。このレジストパターン317 をマスクとして探針部30
1 に等方性のシリコンエッチングを施すことにより、図
３の（Ｂ）に示すように探針部下部側面にくびれ部318
を形成することができる。その後、図３の（Ｃ）に示す
ように、カンチレバーを形成するための窒化シリコン膜
314 を全面に形成し、くびれ部318 にも埋め込む。これ
により、探針部301 がカンチレバーにしっかりと固定さ
れたＡＦＭカンチレバーが得られる。
したＡＦＭカンチレバーの製造方法の例を、図３の
（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。まず図２の（Ｂ）
に示したと同様の製法により、探針部301 となるシリコ
ン突起を形成した後、図３の（Ａ）に示すように、探針
部301 に探針部301 の上部の大半が隠れ、探針部301 の
基端部が露出するようなレジストパターン317 を形成す
る。このレジストパターン317 をマスクとして探針部30
1 に等方性のシリコンエッチングを施すことにより、図
３の（Ｂ）に示すように探針部下部側面にくびれ部318
を形成することができる。その後、図３の（Ｃ）に示す
ように、カンチレバーを形成するための窒化シリコン膜
314 を全面に形成し、くびれ部318 にも埋め込む。これ
により、探針部301 がカンチレバーにしっかりと固定さ
れたＡＦＭカンチレバーが得られる。
【００２４】〔第２の実施の形態〕次に、本発明に係る
ＡＦＭカンチレバーの第２の実施の形態について、図４
を用いて説明する。この実施の形態は図４に示すよう
に、探針部401 の先端のシリコンを露出させず、カンチ
レバー402 を形成している窒化シリコン膜404 で探針部
全体を覆うように形成しているもので、この点で第１の
実施の形態と構成を異にするものである。なお図４にお
いて、403 は支持部、405 は酸化シリコン膜である。
ＡＦＭカンチレバーの第２の実施の形態について、図４
を用いて説明する。この実施の形態は図４に示すよう
に、探針部401 の先端のシリコンを露出させず、カンチ
レバー402 を形成している窒化シリコン膜404 で探針部
全体を覆うように形成しているもので、この点で第１の
実施の形態と構成を異にするものである。なお図４にお
いて、403 は支持部、405 は酸化シリコン膜である。
【００２５】このように構成することにより、シリコン
よりも硬質な窒化シリコン膜で、試料面と接する探針部
先端が覆われているため、探針部の磨耗が少なく、再現
性の良い測定が行えるＡＦＭカンチレバーが得られる。
よりも硬質な窒化シリコン膜で、試料面と接する探針部
先端が覆われているため、探針部の磨耗が少なく、再現
性の良い測定が行えるＡＦＭカンチレバーが得られる。
【００２６】〔第３の実施の形態〕次に、本発明に係る
ＡＦＭカンチレバーの第３の実施の形態について、図５
を用いて説明する。この実施の形態のＡＦＭカンチレバ
ーは、前述した第１の実施の形態と同様の構成のＡＦＭ
カンチレバーにおいて、探針部501 の表面に、更にSi3
Ｎ4 膜、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜、Ｓ
ｉＣ膜等の硬質膜519 を薄く形成して、探針部先端を硬
質膜で被覆するものである。なお図５において、502 は
カンチレバー、503 は支持部、505 は酸化シリコン膜で
ある。
ＡＦＭカンチレバーの第３の実施の形態について、図５
を用いて説明する。この実施の形態のＡＦＭカンチレバ
ーは、前述した第１の実施の形態と同様の構成のＡＦＭ
カンチレバーにおいて、探針部501 の表面に、更にSi3
Ｎ4 膜、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜、Ｓ
ｉＣ膜等の硬質膜519 を薄く形成して、探針部先端を硬
質膜で被覆するものである。なお図５において、502 は
カンチレバー、503 は支持部、505 は酸化シリコン膜で
ある。
【００２７】このように構成することにより、カンチレ
バーを形成するシリコン含有量の高い窒化シリコン膜よ
りも硬質な膜で、探針部を被覆できるため、第２の実施
の形態に示したものよりも、更に探針部の磨耗が押さえ
られ、測定再現性が向上する。また硬質膜は薄く形成で
きるため、探針部を被覆することによる先端エッジの鋭
さの劣化が低減でき、第２の実施の形態に示したものよ
りも、高い測定分解能が期待できる。
バーを形成するシリコン含有量の高い窒化シリコン膜よ
りも硬質な膜で、探針部を被覆できるため、第２の実施
の形態に示したものよりも、更に探針部の磨耗が押さえ
られ、測定再現性が向上する。また硬質膜は薄く形成で
きるため、探針部を被覆することによる先端エッジの鋭
さの劣化が低減でき、第２の実施の形態に示したものよ
りも、高い測定分解能が期待できる。
【００２８】〔第４の実施の形態〕次に、本発明に係る
ＡＦＭカンチレバーの第４の実施の形態について、図６
を用いて説明する。この実施の形態のＡＦＭカンチレバ
ーは、前述した第１の実施の形態に示したものと同様の
工程により探針部601 となるシリコン製突起を形成した
後、このシリコン製突起にリンあるいはボロン等の不純
物を高濃度に拡散し、その後、第１の実施の形態と同様
にしてカンチレバー602 を形成後、最後にカンチレバー
602 及び支持部603 の裏面に、Ａu ，Ａl 等の金属膜62
0 を蒸着法等により形成することにより、本実施の形態
のＡＦＭカンチレバーが得られる。なお、605 は酸化シ
リコン膜である。
ＡＦＭカンチレバーの第４の実施の形態について、図６
を用いて説明する。この実施の形態のＡＦＭカンチレバ
ーは、前述した第１の実施の形態に示したものと同様の
工程により探針部601 となるシリコン製突起を形成した
後、このシリコン製突起にリンあるいはボロン等の不純
物を高濃度に拡散し、その後、第１の実施の形態と同様
にしてカンチレバー602 を形成後、最後にカンチレバー
602 及び支持部603 の裏面に、Ａu ，Ａl 等の金属膜62
0 を蒸着法等により形成することにより、本実施の形態
のＡＦＭカンチレバーが得られる。なお、605 は酸化シ
リコン膜である。
【００２９】このように構成することにより、探針部60
1 は導電性となり、またカンチレバー602 の裏面に形成
した金属膜620 と探針部601 が電気的につながれるの
で、カンチレバー支持部603 の端部を接地することによ
り、探針部先端の電位を接地することが可能となる。こ
の結果、静電気等の影響による探針部の帯電による測定
再現性の低下を防止できる。
1 は導電性となり、またカンチレバー602 の裏面に形成
した金属膜620 と探針部601 が電気的につながれるの
で、カンチレバー支持部603 の端部を接地することによ
り、探針部先端の電位を接地することが可能となる。こ
の結果、静電気等の影響による探針部の帯電による測定
再現性の低下を防止できる。
【００３０】なお、上記各実施の形態においては、トレ
ンチ形状や側壁荒れを測定するのに適した、先端部が外
側に拡がった形状の探針部をもつＡＦＭカンチレバーに
ついて説明を行ってきたが、通常のＡＦＭ測定に多用さ
れる先端が錐体状に尖った形状の探針部をもつＡＦＭカ
ンチレバーにも、上記請求項１，３〜６に記載した構成
を、勿論適用することができる。
ンチ形状や側壁荒れを測定するのに適した、先端部が外
側に拡がった形状の探針部をもつＡＦＭカンチレバーに
ついて説明を行ってきたが、通常のＡＦＭ測定に多用さ
れる先端が錐体状に尖った形状の探針部をもつＡＦＭカ
ンチレバーにも、上記請求項１，３〜６に記載した構成
を、勿論適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、カンチレバーを窒化シリコン膜で
構成しているため、薄く形成することができ、測定感度
を向上させることができる。また探針部の先端を硬質膜
で被覆したり、探針部の先端の電位を固定できるように
構成することにより、測定再現性も向上させることがで
きる。
に、本発明によれば、カンチレバーを窒化シリコン膜で
構成しているため、薄く形成することができ、測定感度
を向上させることができる。また探針部の先端を硬質膜
で被覆したり、探針部の先端の電位を固定できるように
構成することにより、測定再現性も向上させることがで
きる。
【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及び斜視図である。
の形態を示す横断面図及び斜視図である。
【図２】図１に示した第１の実施の形態の製造方法を説
明するための製造工程を示す図である。
明するための製造工程を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の変形例の製造方法を説明す
るための製造工程を示す図である。
るための製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す横断面図であ
る。
る。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す横断面図であ
る。
る。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す横断面図であ
る。
る。
【図７】従来のＡＦＭカンチレバーの探針部部分の製造
方法を説明するための製造工程を示す図である。
方法を説明するための製造工程を示す図である。
100 ＡＦＭカンチレバー 101,201,301,401,501,601 探針部 102,202,402,502,602 カンチレバー 103,203,403,503,603 支持部 104,204,404 窒化シリコン膜 105,205,405,505,605 酸化シリコン膜 211 ＳＩＯ基板 212 探針部形成用酸化シリコン膜マスクパターン 213 支持部形成用酸化シリコン膜マスクパターン 214 窒化シリコン膜 215 フォトレジスト 216 酸化シリコン膜 317 レジストパターン 318 くびれ部 519 硬質膜 620 金属膜
Claims (6)
- 【請求項１】 支持部より伸びた窒化シリコン膜製カン
チレバーの自由端近傍に、シリコン製探針部が配設さ
れ、該シリコン製探針部の少なくとも下部側面は前記カ
ンチレバーを形成する窒化シリコン膜によって覆われる
ように構成されていることを特徴とするＡＦＭカンチレ
バー。 - 【請求項２】 前記シリコン製探針部は、その先端部が
外側に拡がった形状を有し、該先端部を形成するシリコ
ンが露出するように構成されていることを特徴とする請
求項１記載のＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項３】 前記カンチレバーを形成する窒化シリコ
ン膜によって覆われている前記シリコン製探針部の下部
側面には、くびれ部が形成されていることを特徴とする
請求項１又は２記載のＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項４】 前記シリコン製探針部の表面全体が前記
カンチレバーを形成する窒化シリコン膜によって覆われ
ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載のＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項５】 前記シリコン製探針部の先端部が窒化シ
リコン膜、ＤＬＣ膜、ＳＩＣ膜等の硬質膜により覆われ
ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載のＡＦＭカンチレバー。 - 【請求項６】 前記シリコン製探針部には不純物が拡散
されており、カンチレバー裏面には金属膜が形成されて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載のＡＦＭカンチレバー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35004495A JP3805418B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Ａｆｍカンチレバー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35004495A JP3805418B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Ａｆｍカンチレバー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178763A true JPH09178763A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3805418B2 JP3805418B2 (ja) | 2006-08-02 |
Family
ID=18407852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35004495A Expired - Lifetime JP3805418B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Ａｆｍカンチレバー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3805418B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100466158B1 (ko) * | 2001-11-21 | 2005-01-14 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 원자간력 현미경용 고해상도 단일/멀티 캔틸레버 탐침 및그의 제조방법 |
| JP2009229161A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Dainippon Printing Co Ltd | パターンの密着性評価方法およびパターンの密着性評価装置 |
| JP2020144120A (ja) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ | 走査型プローブ顕微鏡に適したプローブの製造方法 |
| JP2021517251A (ja) * | 2018-03-26 | 2021-07-15 | ブルカー ナノ インコーポレイテッドＢｒｕｋｅｒ Ｎａｎｏ，Ｉｎｃ． | 大きな半径のプローブ |
-
1995
- 1995-12-25 JP JP35004495A patent/JP3805418B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100466158B1 (ko) * | 2001-11-21 | 2005-01-14 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 원자간력 현미경용 고해상도 단일/멀티 캔틸레버 탐침 및그의 제조방법 |
| JP2009229161A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Dainippon Printing Co Ltd | パターンの密着性評価方法およびパターンの密着性評価装置 |
| JP2021517251A (ja) * | 2018-03-26 | 2021-07-15 | ブルカー ナノ インコーポレイテッドＢｒｕｋｅｒ Ｎａｎｏ，Ｉｎｃ． | 大きな半径のプローブ |
| JP2020144120A (ja) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ | 走査型プローブ顕微鏡に適したプローブの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3805418B2 (ja) | 2006-08-02 |
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