JPH11211735A - 走査型プローブ顕微鏡（ｓｐｍ）プローブの探針の製造方法 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡（ｓｐｍ）プローブの探針の製造方法Info
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- JPH11211735A JPH11211735A JP16117298A JP16117298A JPH11211735A JP H11211735 A JPH11211735 A JP H11211735A JP 16117298 A JP16117298 A JP 16117298A JP 16117298 A JP16117298 A JP 16117298A JP H11211735 A JPH11211735 A JP H11211735A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 探針の先端の尖鋭化の形成工程が容易でスル
ープットが良好であり、探針の先端形状の均一性を高め
ることができるようにすること。 【解決手段】 図２（ｅ）のマスク１２ａを用いて、図
２（ｆ）でシリコン基板１０を反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）により等方性ドライエッチングを行って、尖
鋭酸化前に円錐形のシリコン突起１６を形成する。そし
て、マスク１２ａを付けたままの状態でシリコン突起１
６を尖鋭酸化する（図２（ｇ））。その際、シリコン突
起１６は、酸化膜の圧縮応力を受けることから先端が尖
鋭化されるとともに、シリコン突起１６の上にマスク１
２ａを付けた状態で尖鋭酸化を行ったため、シリコン突
起１６の先端付近の酸化膜の成長速度が裾部分に比べて
遅くなり、アスペクト比（縦／横比）がさらに向上し
て、先端が尖鋭化した探針２０が得られる（図２
（ｈ））。
ープットが良好であり、探針の先端形状の均一性を高め
ることができるようにすること。 【解決手段】 図２（ｅ）のマスク１２ａを用いて、図
２（ｆ）でシリコン基板１０を反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）により等方性ドライエッチングを行って、尖
鋭酸化前に円錐形のシリコン突起１６を形成する。そし
て、マスク１２ａを付けたままの状態でシリコン突起１
６を尖鋭酸化する（図２（ｇ））。その際、シリコン突
起１６は、酸化膜の圧縮応力を受けることから先端が尖
鋭化されるとともに、シリコン突起１６の上にマスク１
２ａを付けた状態で尖鋭酸化を行ったため、シリコン突
起１６の先端付近の酸化膜の成長速度が裾部分に比べて
遅くなり、アスペクト比（縦／横比）がさらに向上し
て、先端が尖鋭化した探針２０が得られる（図２
（ｈ））。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カンチレバーに代
表されるSPM プローブの探針の製造方法に係り、さらに
詳しくは、SPM プローブに設けられた探針の先端を尖鋭
化するSPM プローブの探針の製造方法に関する。
表されるSPM プローブの探針の製造方法に係り、さらに
詳しくは、SPM プローブに設けられた探針の先端を尖鋭
化するSPM プローブの探針の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、原子オーダで試料表面の微細
構造を解明するために走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ:S
canning Probe Microscope）の一つである原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope ）が用いられて
いた。ＡＦＭは先端に探針（Ｔｉｐ）を設けたカンチレ
バーを走査プローブとして利用している。このようなプ
ローブを用いたSPM は、プローブ先端の探針で試料表面
近傍を走査すると、試料表面と探針との間に原子間力等
による相互作用（引力または斥力等）が発生し、その作
用によるプローブの撓み量を検出することで試料表面の
形状を測定する。
構造を解明するために走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ:S
canning Probe Microscope）の一つである原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope ）が用いられて
いた。ＡＦＭは先端に探針（Ｔｉｐ）を設けたカンチレ
バーを走査プローブとして利用している。このようなプ
ローブを用いたSPM は、プローブ先端の探針で試料表面
近傍を走査すると、試料表面と探針との間に原子間力等
による相互作用（引力または斥力等）が発生し、その作
用によるプローブの撓み量を検出することで試料表面の
形状を測定する。
【０００３】この種のSPMにおいて、高分解能で測長や
観察を行うには、探針の先端を非常に尖らせておく必要
がある。また、電解放射用エミッタ先端（Ｔｉｐ）など
でも、効率よく電子を放出するためには先端を非常に尖
らせておく必要があった。
観察を行うには、探針の先端を非常に尖らせておく必要
がある。また、電解放射用エミッタ先端（Ｔｉｐ）など
でも、効率よく電子を放出するためには先端を非常に尖
らせておく必要があった。
【０００４】そこで、従来のSPM プローブの探針の製造
方法としては、尖鋭化したい部分の直径が例えば１μｍ
以下となるような所望の形状を得るため、予めエッチン
グなどで形成したシリコン突起に対してウエット酸化を
行うことにより、酸化膜内に発生する体積膨張による圧
縮応力を利用して、探針の先端を尖鋭化することが行わ
れていた。
方法としては、尖鋭化したい部分の直径が例えば１μｍ
以下となるような所望の形状を得るため、予めエッチン
グなどで形成したシリコン突起に対してウエット酸化を
行うことにより、酸化膜内に発生する体積膨張による圧
縮応力を利用して、探針の先端を尖鋭化することが行わ
れていた。
【０００５】このように、シリコン突起を熱酸化処理し
て探針の先端を尖鋭化する技術に関する公報としては、
例えば、特開平３−２１８９９８号公報や特開平４−４
０３１１号公報などがある。
て探針の先端を尖鋭化する技術に関する公報としては、
例えば、特開平３−２１８９９８号公報や特開平４−４
０３１１号公報などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のSPM プローブの探針の製造方法にあっては、
シリコン突起に対して酸化処理を行うことにより、酸化
膜内に発生する体積膨張による圧縮応力の分布の差を利
用して探針（Ｔｉｐ）の先端を尖鋭化する際に、６００
度から９５０度の比較的低い温度範囲でウエット酸化を
行っていた。
うな従来のSPM プローブの探針の製造方法にあっては、
シリコン突起に対して酸化処理を行うことにより、酸化
膜内に発生する体積膨張による圧縮応力の分布の差を利
用して探針（Ｔｉｐ）の先端を尖鋭化する際に、６００
度から９５０度の比較的低い温度範囲でウエット酸化を
行っていた。
【０００７】この温度範囲では、探針の先端の尖鋭化に
寄与するが、酸化膜成長速度が遅いため、酸化前のシリ
コン突起の先端部を細くしておくか、長い時間をかけて
酸化せざるを得ず、スループットが悪くなるという不都
合があった。また、酸化膜の成長は、時間に比例して増
加するものではなく、一定の膜厚値を境に成長速度が著
しく低下するという特性を持っている。
寄与するが、酸化膜成長速度が遅いため、酸化前のシリ
コン突起の先端部を細くしておくか、長い時間をかけて
酸化せざるを得ず、スループットが悪くなるという不都
合があった。また、酸化膜の成長は、時間に比例して増
加するものではなく、一定の膜厚値を境に成長速度が著
しく低下するという特性を持っている。
【０００８】そこで、酸化温度を高くすれば酸化膜の成
長速度が速くなることから、９５０度を越えて１０００
度以上で酸化処理することも考えられるが、徐々に酸化
膜の粘度が低くなり、酸化膜による探針の先端の尖鋭化
に寄与しなくなるという不都合があった。
長速度が速くなることから、９５０度を越えて１０００
度以上で酸化処理することも考えられるが、徐々に酸化
膜の粘度が低くなり、酸化膜による探針の先端の尖鋭化
に寄与しなくなるという不都合があった。
【０００９】また、探針の形成プロセスには２つあり、
一方はウエット異方性エッチングやウエット等方性エッ
チングであり、他方は等方性ドライエッチングである。
これらのエッチングプロセスで酸化前のシリコン突起の
先端形状を細くしておけば、９５０度以下でウエット酸
化を行ってもスループットの低下を緩和することができ
るが、上記エッチングプロセスで酸化前のシリコン突起
の先端形状を細くそろえることは非常に困難であった。
一方はウエット異方性エッチングやウエット等方性エッ
チングであり、他方は等方性ドライエッチングである。
これらのエッチングプロセスで酸化前のシリコン突起の
先端形状を細くしておけば、９５０度以下でウエット酸
化を行ってもスループットの低下を緩和することができ
るが、上記エッチングプロセスで酸化前のシリコン突起
の先端形状を細くそろえることは非常に困難であった。
【００１０】これらの不都合は、コストアップを引き起
こし、シリコン基板面内に形成される探針の先端径のば
らつきが多くなると、これが走査型プローブ顕微鏡の分
解能のばらつきや電解放射効率の低下を引き起こす要因
となっていた。
こし、シリコン基板面内に形成される探針の先端径のば
らつきが多くなると、これが走査型プローブ顕微鏡の分
解能のばらつきや電解放射効率の低下を引き起こす要因
となっていた。
【００１１】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、探針の先端の尖鋭化の作成プ
ロセスが容易となり、尖鋭酸化に要する時間が短く、シ
リコン基板面内で形成される探針の先端形状の均一性を
高めることができるSPM プローブの探針の製造方法を提
供することを目的としている。
に鑑みてなされたもので、探針の先端の尖鋭化の作成プ
ロセスが容易となり、尖鋭酸化に要する時間が短く、シ
リコン基板面内で形成される探針の先端形状の均一性を
高めることができるSPM プローブの探針の製造方法を提
供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、SPM のプローブに設け
られた探針の先端を尖鋭化するSPM プローブの探針の製
造方法において、シリコン基板上の前記探針を形成する
位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチングマスク
を形成する工程と、前記エッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングを行って、エッチング
マスクの下に円錐形のシリコン突起を形成する工程と、
前記エッチングマスクを付けた状態で前記円錐形のシリ
コン突起の表面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜
を除去して探針を形成する工程と、を含むものである。
めに、請求項１に記載の発明は、SPM のプローブに設け
られた探針の先端を尖鋭化するSPM プローブの探針の製
造方法において、シリコン基板上の前記探針を形成する
位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチングマスク
を形成する工程と、前記エッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングを行って、エッチング
マスクの下に円錐形のシリコン突起を形成する工程と、
前記エッチングマスクを付けた状態で前記円錐形のシリ
コン突起の表面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜
を除去して探針を形成する工程と、を含むものである。
【００１３】これによれば、シリコン基板上の探針を形
成する位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチング
マスクが形成され、そのエッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングすることにより、エッ
チングマスクの下に円錐形のシリコン突起が形成され、
そのエッチングマスクの付いた円錐形のシリコン突起の
表面に酸化膜が形成され、その酸化膜を除去して探針が
形成される。このように、円錐形のシリコン突起の表面
に酸化膜を形成する際に、円錐形の先端部分にエッチン
グマスクが付いた状態で酸化を行うというプロセスを採
用するだけで、先端部分における酸化膜の成長速度が裾
部分に比べて遅くなり、探針のアスペクト比（縦／横
比）が向上して、先端を尖鋭化することができる。
成する位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチング
マスクが形成され、そのエッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングすることにより、エッ
チングマスクの下に円錐形のシリコン突起が形成され、
そのエッチングマスクの付いた円錐形のシリコン突起の
表面に酸化膜が形成され、その酸化膜を除去して探針が
形成される。このように、円錐形のシリコン突起の表面
に酸化膜を形成する際に、円錐形の先端部分にエッチン
グマスクが付いた状態で酸化を行うというプロセスを採
用するだけで、先端部分における酸化膜の成長速度が裾
部分に比べて遅くなり、探針のアスペクト比（縦／横
比）が向上して、先端を尖鋭化することができる。
【００１４】請求項２に記載の発明は、SPM プローブに
設けられた探針の先端を尖鋭化する製造方法において、
シリコン基板上の前記探針を形成する位置に円形のシリ
コン酸化膜から成るエッチングマスクを形成する工程
と、前記エッチングマスクが形成されたシリコン基板に
対してエッチングを行って、エッチングマスクの下にく
びれ部を持った円筒形状のシリコン突起を形成する工程
と、前記くびれ部を持った円筒形状のシリコン突起の表
面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去して探
針を形成する工程と、を含むものである。
設けられた探針の先端を尖鋭化する製造方法において、
シリコン基板上の前記探針を形成する位置に円形のシリ
コン酸化膜から成るエッチングマスクを形成する工程
と、前記エッチングマスクが形成されたシリコン基板に
対してエッチングを行って、エッチングマスクの下にく
びれ部を持った円筒形状のシリコン突起を形成する工程
と、前記くびれ部を持った円筒形状のシリコン突起の表
面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去して探
針を形成する工程と、を含むものである。
【００１５】これによれば、シリコン基板上の探針を形
成する位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチング
マスクが形成され、そのエッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングすることにより、エッ
チングマスクの下にくびれ部を持った円筒形状のシリコ
ン突起が形成され、そのくびれ部を持った円筒形状のシ
リコン突起の表面に酸化膜が形成され、その酸化膜を除
去して探針が形成される。このように、酸化前のシリコ
ン突起の形状をくびれ部を持った円筒形状としたため、
酸化膜の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリコン
突起を容易かつ安定して得られ、この形状からくる制約
により酸化後の探針の先端を尖鋭化することが可能であ
る。
成する位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチング
マスクが形成され、そのエッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングすることにより、エッ
チングマスクの下にくびれ部を持った円筒形状のシリコ
ン突起が形成され、そのくびれ部を持った円筒形状のシ
リコン突起の表面に酸化膜が形成され、その酸化膜を除
去して探針が形成される。このように、酸化前のシリコ
ン突起の形状をくびれ部を持った円筒形状としたため、
酸化膜の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリコン
突起を容易かつ安定して得られ、この形状からくる制約
により酸化後の探針の先端を尖鋭化することが可能であ
る。
【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載のSPM プローブの探針の製造方法において、前
記酸化膜を形成する工程は、シリコン突起の表面を９５
０度から１０００度の範囲で熱酸化を行って酸化膜を形
成することを特徴としている。
２に記載のSPM プローブの探針の製造方法において、前
記酸化膜を形成する工程は、シリコン突起の表面を９５
０度から１０００度の範囲で熱酸化を行って酸化膜を形
成することを特徴としている。
【００１７】これによれば、シリコン突起の表面に酸化
膜を形成する工程（尖鋭酸化工程ともいう）では、９５
０度を越えて１０００度までの範囲で熱酸化を行うよう
にしたため、スループットが向上するとともに、酸化時
間当たりの酸化膜厚を厚くすることが可能なため、酸化
前のシリコン突起の先端を必要以上に細くする必要がな
く、プロセス能力に余裕ができて、安定した先端形状を
得ることができる。また、上記プロセスを採用する場合
であれば、探針の先端を尖鋭化する効果があるため、尖
鋭酸化温度を１０００度まで引き上げて酸化膜の粘度が
多少低くなっても、探針の先端の尖鋭化にそれほど影響
を与えなくて済むという利点がある。
膜を形成する工程（尖鋭酸化工程ともいう）では、９５
０度を越えて１０００度までの範囲で熱酸化を行うよう
にしたため、スループットが向上するとともに、酸化時
間当たりの酸化膜厚を厚くすることが可能なため、酸化
前のシリコン突起の先端を必要以上に細くする必要がな
く、プロセス能力に余裕ができて、安定した先端形状を
得ることができる。また、上記プロセスを採用する場合
であれば、探針の先端を尖鋭化する効果があるため、尖
鋭酸化温度を１０００度まで引き上げて酸化膜の粘度が
多少低くなっても、探針の先端の尖鋭化にそれほど影響
を与えなくて済むという利点がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係るSPM プロー
ブの探針の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細
に説明する。ここでは、SPM プローブに設けられる先端
が尖鋭化した探針を製造するものである。
ブの探針の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細
に説明する。ここでは、SPM プローブに設けられる先端
が尖鋭化した探針を製造するものである。
【００１９】（実施の形態１）図１および図２には、実
施の形態１に係るSPM プローブの探針の製造方法を説明
する工程図が示されている。
施の形態１に係るSPM プローブの探針の製造方法を説明
する工程図が示されている。
【００２０】図１（ａ）において、シリコン基板１０の
表面を熱酸化することにより、所定膜厚のシリコン酸化
膜（ＳｉＯ2 ）１２を形成する。このシリコン酸化膜１
２は、後に探針を形成する際のエッチングマスクとなる
ものである。
表面を熱酸化することにより、所定膜厚のシリコン酸化
膜（ＳｉＯ2 ）１２を形成する。このシリコン酸化膜１
２は、後に探針を形成する際のエッチングマスクとなる
ものである。
【００２１】そして、図１（ｂ）では、シリコン酸化膜
１２上にフォトレジスト１４を塗布し、同図（ｃ）でフ
ォトリソグラフィ技術を使って円形にパターニングし
て、レジストマスク１４ａを形成する。図１（ｄ）で
は、上記レジストマスク１４ａを使ってシリコン酸化膜
１２をエッチングすることにより、パターンが転写され
たマスク（ＳｉＯ2 ）１２ａが形成される。
１２上にフォトレジスト１４を塗布し、同図（ｃ）でフ
ォトリソグラフィ技術を使って円形にパターニングし
て、レジストマスク１４ａを形成する。図１（ｄ）で
は、上記レジストマスク１４ａを使ってシリコン酸化膜
１２をエッチングすることにより、パターンが転写され
たマスク（ＳｉＯ2 ）１２ａが形成される。
【００２２】本実施の形態１では、図２（ｅ）に示され
るように、マスク１２ａ上のレジストマスク１４ａを除
去した後、マスク１２ａが形成されたシリコン基板１０
を同図（ｆ）に示されるように、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）による等方性ドラ
イエッチングを用いて、尖鋭酸化前の円錐形のシリコン
突起１６が形成される。
るように、マスク１２ａ上のレジストマスク１４ａを除
去した後、マスク１２ａが形成されたシリコン基板１０
を同図（ｆ）に示されるように、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）による等方性ドラ
イエッチングを用いて、尖鋭酸化前の円錐形のシリコン
突起１６が形成される。
【００２３】このエッチングで用いられる反応ガスは、
反応を速く進め、かつマスク１２ａであるシリコン酸化
膜とのエッチングの選択比を大きくするために、一般的
にはフッ素（Ｆ）系のガスが用いられる。代表的なガス
としては、ＳＦ6 である。なお、フッ素（Ｆ）を含んで
いるガスであれば、ＳＦ6 に限定されるものではなく、
ＣＨＦ3 やＣＨＦ4 等のガスを用いても良い。
反応を速く進め、かつマスク１２ａであるシリコン酸化
膜とのエッチングの選択比を大きくするために、一般的
にはフッ素（Ｆ）系のガスが用いられる。代表的なガス
としては、ＳＦ6 である。なお、フッ素（Ｆ）を含んで
いるガスであれば、ＳＦ6 に限定されるものではなく、
ＣＨＦ3 やＣＨＦ4 等のガスを用いても良い。
【００２４】また、エッチング後の形状（いわゆる、プ
ロファイル）を任意の形状で得るために、Ｏ2 ガスやＣ
を含むガスを添加することも有効である。ここでは、ド
ライエッチングを用いてシリコン突起１６を形成した
が、ウエットエッチングを用いて形成することも可能で
ある。
ロファイル）を任意の形状で得るために、Ｏ2 ガスやＣ
を含むガスを添加することも有効である。ここでは、ド
ライエッチングを用いてシリコン突起１６を形成した
が、ウエットエッチングを用いて形成することも可能で
ある。
【００２５】その後、マスク１２ａを付けたままの状態
のシリコン突起１６に対して尖鋭酸化が行われる。この
尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱酸化を６．５時間
行って、約１．２μｍの厚さのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 ）１８を得ることができる。その際、シリコン突起１
６は、酸化膜の圧縮応力を受けることから先端が尖鋭化
される。
のシリコン突起１６に対して尖鋭酸化が行われる。この
尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱酸化を６．５時間
行って、約１．２μｍの厚さのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 ）１８を得ることができる。その際、シリコン突起１
６は、酸化膜の圧縮応力を受けることから先端が尖鋭化
される。
【００２６】また、ここでは、シリコン突起１６の上に
マスク１２ａを付けた状態で尖鋭酸化を行ったため、シ
リコン突起１６の先端付近の酸化膜の成長速度が裾部分
に比べて遅くなり、アスペクト比（縦／横比）がさらに
向上して、先端の尖鋭化が進むことになる。
マスク１２ａを付けた状態で尖鋭酸化を行ったため、シ
リコン突起１６の先端付近の酸化膜の成長速度が裾部分
に比べて遅くなり、アスペクト比（縦／横比）がさらに
向上して、先端の尖鋭化が進むことになる。
【００２７】そして、図２（ｈ）では、緩衝フッ酸溶液
（ＢＨＦ）を用いることにより、マスク１２ａおよびシ
リコン酸化膜１８が除去され、先端が尖鋭化した探針
（Ｔｉｐ）を２０得ることができる。
（ＢＨＦ）を用いることにより、マスク１２ａおよびシ
リコン酸化膜１８が除去され、先端が尖鋭化した探針
（Ｔｉｐ）を２０得ることができる。
【００２８】以上説明したように、本実施の形態１によ
れば、円錐形のシリコン突起の表面に酸化膜を形成する
際に、円錐形の先端部分にエッチングマスクが付いた状
態で尖鋭酸化を行うようにしたため、簡単なプロセスで
探針の先端を尖鋭化することきができる。
れば、円錐形のシリコン突起の表面に酸化膜を形成する
際に、円錐形の先端部分にエッチングマスクが付いた状
態で尖鋭酸化を行うようにしたため、簡単なプロセスで
探針の先端を尖鋭化することきができる。
【００２９】また、尖鋭酸化を１０００度のウエット熱
酸化で行ったため、その分スループットが向上するとと
もに、酸化時間当たりの酸化膜厚が厚くできるため、酸
化前のシリコン突起の先端を必要以上に細くする必要が
なくなり、安定した先端形状を得ることができる。
酸化で行ったため、その分スループットが向上するとと
もに、酸化時間当たりの酸化膜厚が厚くできるため、酸
化前のシリコン突起の先端を必要以上に細くする必要が
なくなり、安定した先端形状を得ることができる。
【００３０】（実施の形態２）この実施の形態２では、
上記の実施の形態１で形成した尖鋭酸化前の円錐形のシ
リコン突起１６を形成する代わりに、くびれ部を持った
円筒形状のシリコン突起３０を形成した点に特徴があ
る。
上記の実施の形態１で形成した尖鋭酸化前の円錐形のシ
リコン突起１６を形成する代わりに、くびれ部を持った
円筒形状のシリコン突起３０を形成した点に特徴があ
る。
【００３１】図３には、実施の形態２に係るSPM プロー
ブの探針の製造方法を説明する工程図が示されている。
なお、実施の形態２の製造工程の前半部分は、上記実施
の形態１で説明した図１の（ａ）〜（ｄ）と同じである
ので、それらの図示および説明は省略し、そのつぎの工
程から説明することにする。
ブの探針の製造方法を説明する工程図が示されている。
なお、実施の形態２の製造工程の前半部分は、上記実施
の形態１で説明した図１の（ａ）〜（ｄ）と同じである
ので、それらの図示および説明は省略し、そのつぎの工
程から説明することにする。
【００３２】そこで、図３（ａ）に示されるように、マ
スク１２ａ上のレジストマスク１４ａを除去した後、マ
スク１２ａが形成されたシリコン基板１０を同図（ｂ）
に示されるように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
による等方性ドライエッチングを用いて、尖鋭酸化前の
くびれ部を持った円筒形状から成るシリコン突起３０が
形成される。このエッチングで用いられる反応ガスは、
反応を速く進め、かつマスク１２ａであるシリコン酸化
膜とのエッチングの選択比を大きくするために、一般的
にはフッ素（Ｆ）系のガスが用いられる。
スク１２ａ上のレジストマスク１４ａを除去した後、マ
スク１２ａが形成されたシリコン基板１０を同図（ｂ）
に示されるように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
による等方性ドライエッチングを用いて、尖鋭酸化前の
くびれ部を持った円筒形状から成るシリコン突起３０が
形成される。このエッチングで用いられる反応ガスは、
反応を速く進め、かつマスク１２ａであるシリコン酸化
膜とのエッチングの選択比を大きくするために、一般的
にはフッ素（Ｆ）系のガスが用いられる。
【００３３】代表的なガスとしては、ＳＦ6 である。な
お、フッ素（Ｆ）を含んでいるガスであれば、ＳＦ6 に
限定されるものではなく、ＣＨＦ3 やＣＨＦ4 等のガス
を用いても良い。また、エッチング後の形状（いわゆ
る、プロファイル）を任意の形状で得るために、Ｏ2 ガ
スやＣを含むガスを添加することも有効である。ここで
は、ドライエッチングを用いてシリコン突起１６を形成
したが、ウエットエッチングを用いて形成することも可
能である。
お、フッ素（Ｆ）を含んでいるガスであれば、ＳＦ6 に
限定されるものではなく、ＣＨＦ3 やＣＨＦ4 等のガス
を用いても良い。また、エッチング後の形状（いわゆ
る、プロファイル）を任意の形状で得るために、Ｏ2 ガ
スやＣを含むガスを添加することも有効である。ここで
は、ドライエッチングを用いてシリコン突起１６を形成
したが、ウエットエッチングを用いて形成することも可
能である。
【００３４】このようにして得られた形状が、図３
（ｂ）のくびれ部を持った円筒形状から成るシリコン突
起３０である。そして、ここでは、シリコン酸化膜から
成るマスク１２ａを除去した後のシリコン突起３０を示
したのが図３（ｃ）である。このシリコン突起の寸法形
状は、例えば、後工程で形成される尖鋭酸化膜厚を１．
２μｍに設定したとすると、上記エッチング条件では、
寸法ｄ１が３．０μｍ〜１．５μｍを目標寸法とするこ
とが望ましい。
（ｂ）のくびれ部を持った円筒形状から成るシリコン突
起３０である。そして、ここでは、シリコン酸化膜から
成るマスク１２ａを除去した後のシリコン突起３０を示
したのが図３（ｃ）である。このシリコン突起の寸法形
状は、例えば、後工程で形成される尖鋭酸化膜厚を１．
２μｍに設定したとすると、上記エッチング条件では、
寸法ｄ１が３．０μｍ〜１．５μｍを目標寸法とするこ
とが望ましい。
【００３５】また、その場合の寸法は、ｄ１＞ｄ２でな
くてはならない。さらに、ｄ１：ｄ２の比率は、加工時
の諸条件（反応応力、反応ガス流量、反応ガス種、電解
密度など）によって適宜定まる。
くてはならない。さらに、ｄ１：ｄ２の比率は、加工時
の諸条件（反応応力、反応ガス流量、反応ガス種、電解
密度など）によって適宜定まる。
【００３６】また、図３（ｃ）に示されるように、マス
ク１２ａを除去した方が、よりｄ１が太い場合でも探針
の先端を尖鋭化することが可能であるが、最終的な形状
としてマスク１２ａを除去するか否かは大きな違いとは
ならない（マスク１２ａを除去せずに尖鋭酸化を行う工
程については後述する）。
ク１２ａを除去した方が、よりｄ１が太い場合でも探針
の先端を尖鋭化することが可能であるが、最終的な形状
としてマスク１２ａを除去するか否かは大きな違いとは
ならない（マスク１２ａを除去せずに尖鋭酸化を行う工
程については後述する）。
【００３７】つぎに、くびれ部を持った円筒形状から成
るシリコン突起３０に対して尖鋭酸化が行われる。この
尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱酸化を６．５時間
行って、約１．２μｍの厚さのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 ）３２を得ることができる。その際、形成される酸化
膜は、酸素の拡散によってシリコン（Ｓｉ）界面上に約
６割の酸化膜成長と、シリコン（Ｓｉ）基材へ４割の拡
散成長の合計膜厚となる。
るシリコン突起３０に対して尖鋭酸化が行われる。この
尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱酸化を６．５時間
行って、約１．２μｍの厚さのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 ）３２を得ることができる。その際、形成される酸化
膜は、酸素の拡散によってシリコン（Ｓｉ）界面上に約
６割の酸化膜成長と、シリコン（Ｓｉ）基材へ４割の拡
散成長の合計膜厚となる。
【００３８】このため、理論的には、ｄ２部が２．４μ
ｍより小さく、例えば、１．０μｍであった場合にもｄ
２部のシリコンは全てシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）とな
り、さらに反応すべきシリコンが存在しないために、反
応はそこで停止する。もちろんシリコン突起３０の上下
方向には、酸化反応していないシリコンが残っているた
め反応は進むが、基本的に探針の先端の高さが減少する
だけで、探針の先端は依然として尖鋭化されている。
ｍより小さく、例えば、１．０μｍであった場合にもｄ
２部のシリコンは全てシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）とな
り、さらに反応すべきシリコンが存在しないために、反
応はそこで停止する。もちろんシリコン突起３０の上下
方向には、酸化反応していないシリコンが残っているた
め反応は進むが、基本的に探針の先端の高さが減少する
だけで、探針の先端は依然として尖鋭化されている。
【００３９】そして、図３（ｅ）では、緩衝フッ酸溶液
（ＢＨＦ）を用いることにより、シリコン酸化膜３２の
みが除去され、先端が尖鋭化したシリコンから成る探針
（Ｔｉｐ）３４が得られる。
（ＢＨＦ）を用いることにより、シリコン酸化膜３２の
みが除去され、先端が尖鋭化したシリコンから成る探針
（Ｔｉｐ）３４が得られる。
【００４０】以上説明したように、本実施の形態２によ
れば、酸化前のシリコン突起の形状をくびれ部を持った
円筒形状とし、これに対して尖鋭酸化を行うことによ
り、酸化膜の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリ
コン突起を容易かつ安定して得られるので、先端が尖鋭
化した探針を得ることができる。
れば、酸化前のシリコン突起の形状をくびれ部を持った
円筒形状とし、これに対して尖鋭酸化を行うことによ
り、酸化膜の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリ
コン突起を容易かつ安定して得られるので、先端が尖鋭
化した探針を得ることができる。
【００４１】（実施の形態３）この実施の形態３では、
上記の実施の形態２においてくびれ部を持った円筒形状
のシリコン突起３０を形成する際に用いたマスク１２ａ
を、シリコン突起３０に付けたままの状態で尖鋭酸化処
理を行った点に特徴がある。
上記の実施の形態２においてくびれ部を持った円筒形状
のシリコン突起３０を形成する際に用いたマスク１２ａ
を、シリコン突起３０に付けたままの状態で尖鋭酸化処
理を行った点に特徴がある。
【００４２】図４には、実施の形態３に係るSPM プロー
ブの探針の製造方法を説明する工程図が示されている。
なお、実施の形態３の製造工程の前半部分は、上記実施
の形態１で説明した図１の（ａ）〜（ｄ）と同じである
ので、それらの図示および説明は省略し、そのつぎの工
程から説明することにする。
ブの探針の製造方法を説明する工程図が示されている。
なお、実施の形態３の製造工程の前半部分は、上記実施
の形態１で説明した図１の（ａ）〜（ｄ）と同じである
ので、それらの図示および説明は省略し、そのつぎの工
程から説明することにする。
【００４３】そこで、図４（ａ）では、マスク１２ａ上
のレジストマスク１４ａを除去せずに反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）による等方性ドライエッチングを用い
て、尖鋭酸化前のくびれ部を持った円筒形状から成るシ
リコン突起３０を形成する。このエッチングで用いられ
る反応ガスおよびエッチング条件については、実施の形
態２の場合と同じである。
のレジストマスク１４ａを除去せずに反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）による等方性ドライエッチングを用い
て、尖鋭酸化前のくびれ部を持った円筒形状から成るシ
リコン突起３０を形成する。このエッチングで用いられ
る反応ガスおよびエッチング条件については、実施の形
態２の場合と同じである。
【００４４】図４（ｂ）では、フォトレジスト１４ａを
除去した後、同図（ｃ）でマスク１２ａを付けたままの
状態でシリコン突起３０の尖鋭酸化を行っている。な
お、上述した実施の形態２では、マスク１２ａを除去し
て尖鋭酸化を行っているが、シリコン突起がくびれ部を
持った円筒形状であるため、最終的に形成される探針３
８の形状は、マスク１２ａを除去するか否かは大きな違
いとはならず、何れの工程も採用することができる。
除去した後、同図（ｃ）でマスク１２ａを付けたままの
状態でシリコン突起３０の尖鋭酸化を行っている。な
お、上述した実施の形態２では、マスク１２ａを除去し
て尖鋭酸化を行っているが、シリコン突起がくびれ部を
持った円筒形状であるため、最終的に形成される探針３
８の形状は、マスク１２ａを除去するか否かは大きな違
いとはならず、何れの工程も採用することができる。
【００４５】この尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱
酸化を６．５時間行って、約１．２μｍの厚さのシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 ）３６を得ることができる。そし
て、図４（ｄ）では、緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用い
ることにより、シリコン酸化膜３６のみが除去され、先
端が尖鋭化したシリコンから成る探針（Ｔｉｐ）３８が
得られる。
酸化を６．５時間行って、約１．２μｍの厚さのシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 ）３６を得ることができる。そし
て、図４（ｄ）では、緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用い
ることにより、シリコン酸化膜３６のみが除去され、先
端が尖鋭化したシリコンから成る探針（Ｔｉｐ）３８が
得られる。
【００４６】以上説明したように、本実施の形態３によ
れば、酸化前のシリコン突起の形状をくびれ部を持った
円筒形状とし、これに対してマスクを付けたままの状態
で尖鋭酸化を行うことにより、酸化膜の圧縮応力に加え
て、先の細い酸化前のシリコン突起を容易かつ安定して
得られるので、先端が尖鋭化した探針を得ることができ
る。
れば、酸化前のシリコン突起の形状をくびれ部を持った
円筒形状とし、これに対してマスクを付けたままの状態
で尖鋭酸化を行うことにより、酸化膜の圧縮応力に加え
て、先の細い酸化前のシリコン突起を容易かつ安定して
得られるので、先端が尖鋭化した探針を得ることができ
る。
【００４７】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、円錐形
の先端部分にエッチングマスクが付いた状態で酸化を行
う簡単なプロセスとすることにより、探針のアスペクト
比が向上して、先端を尖鋭化することができる。
の先端部分にエッチングマスクが付いた状態で酸化を行
う簡単なプロセスとすることにより、探針のアスペクト
比が向上して、先端を尖鋭化することができる。
【００４８】請求項２に記載の発明によれば、くびれ部
を持った円筒形状のシリコン突起の表面に酸化膜を形成
し、その酸化膜を除去して探針を形成するので、酸化膜
の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリコン突起が
容易かつ安定して得られ、酸化後の探針の先端を尖鋭化
することができる。
を持った円筒形状のシリコン突起の表面に酸化膜を形成
し、その酸化膜を除去して探針を形成するので、酸化膜
の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリコン突起が
容易かつ安定して得られ、酸化後の探針の先端を尖鋭化
することができる。
【００４９】請求項３に記載の発明によれば、９５０度
〜１０００度の範囲で熱酸化を行うようにしたので、ス
ループットが向上し、安定した先端形状を得ることがで
きる。
〜１０００度の範囲で熱酸化を行うようにしたので、ス
ループットが向上し、安定した先端形状を得ることがで
きる。
【図１】本発明の実施の形態１に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。
針の製造方法を説明する工程図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。
針の製造方法を説明する工程図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。
針の製造方法を説明する工程図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。
針の製造方法を説明する工程図である。
１０ シリコン基板 １２ シリコン酸化膜 １２ａ マスク １６ シリコン突起 １８，３２，３６ シリコン酸化膜 ２０，３４，３８ 探針 ３０ シリコン突起
Claims (3)
- 【請求項１】 走査型プローブ顕微鏡のプローブに設け
られた探針の先端を尖鋭化するSPM プローブの探針の製
造方法において、 シリコン基板上の前記探針を形成する位置に円形のシリ
コン酸化膜から成るエッチングマスクを形成する工程
と、 前記エッチングマスクが形成されたシリコン基板に対し
てエッチングを行って、エッチングマスクの下に円錐形
のシリコン突起を形成する工程と、 前記エッチングマスクを付けた状態で前記円錐形のシリ
コン突起の表面に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜を除去して探針を形成する工程と、 を含むことを特徴とするSPM プローブの探針の製造方
法。 - 【請求項２】 SPM のプローブに設けられた探針の先端
を尖鋭化するSPM プローブの探針の製造方法において、 シリコン基板上の前記探針を形成する位置に円形のシリ
コン酸化膜から成るエッチングマスクを形成する工程
と、 前記エッチングマスクが形成されたシリコン基板に対し
てエッチングを行って、エッチングマスクの下にくびれ
部を持った円筒形状のシリコン突起を形成する工程と、 前記くびれ部を持った円筒形状のシリコン突起の表面に
酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜を除去して探針を形成する工程と、 を含むことを特徴とするSPM プローブ探針の製造方法。 - 【請求項３】 前記酸化膜を形成する工程は、シリコン
突起の表面を９５０度から１０００度の範囲で熱酸化を
行って酸化膜を形成することを特徴とする請求項１また
は２に記載のSPM プローブ探針の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16117298A JPH11211735A (ja) | 1997-11-20 | 1998-06-09 | 走査型プローブ顕微鏡（ｓｐｍ）プローブの探針の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32008697 | 1997-11-20 | ||
| JP9-320086 | 1997-11-20 | ||
| JP16117298A JPH11211735A (ja) | 1997-11-20 | 1998-06-09 | 走査型プローブ顕微鏡（ｓｐｍ）プローブの探針の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211735A true JPH11211735A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=26487402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16117298A Pending JPH11211735A (ja) | 1997-11-20 | 1998-06-09 | 走査型プローブ顕微鏡（ｓｐｍ）プローブの探針の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211735A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100468850B1 (ko) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | 저항성 팁을 구비하는 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 구비하는 정보 기록장치, 정보재생장치 및 정보측정장치 |
| KR100468849B1 (ko) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | 자기정렬공정을 이용한 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 가지는 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침 제조 방법 |
| KR100707204B1 (ko) | 2005-08-16 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | 저단면비의 저항성 팁을 구비한 반도체 탐침 및 그제조방법 |
| CN100356542C (zh) * | 2003-04-10 | 2007-12-19 | 三星电子株式会社 | 制造具有电阻尖端的半导体探针的方法 |
| CN115267261A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 中国科学技术大学 | 一种曳尾式微悬臂梁原子力扫描探针的制备方法 |
-
1998
- 1998-06-09 JP JP16117298A patent/JPH11211735A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100468850B1 (ko) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | 저항성 팁을 구비하는 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 구비하는 정보 기록장치, 정보재생장치 및 정보측정장치 |
| KR100468849B1 (ko) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | 자기정렬공정을 이용한 전계 효과 트랜지스터 채널 구조를 가지는 스캐닝 프로브 마이크로 스코프의 탐침 제조 방법 |
| CN100356542C (zh) * | 2003-04-10 | 2007-12-19 | 三星电子株式会社 | 制造具有电阻尖端的半导体探针的方法 |
| KR100707204B1 (ko) | 2005-08-16 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | 저단면비의 저항성 팁을 구비한 반도체 탐침 및 그제조방법 |
| CN115267261A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 中国科学技术大学 | 一种曳尾式微悬臂梁原子力扫描探针的制备方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040203 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Effective date: 20040302 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050301 |