JP2005156202A - Cantilever for scanning type probe microscope, and manufacturing method thereof - Google Patents
Cantilever for scanning type probe microscope, and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005156202A JP2005156202A JP2003391609A JP2003391609A JP2005156202A JP 2005156202 A JP2005156202 A JP 2005156202A JP 2003391609 A JP2003391609 A JP 2003391609A JP 2003391609 A JP2003391609 A JP 2003391609A JP 2005156202 A JP2005156202 A JP 2005156202A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- cantilever
- lever
- tip
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
この発明は、原子間力顕微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)などの走査型プローブ顕微鏡(SPM: Scanning Probe Microscope)に用いるカンチレバー及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a cantilever used for a scanning probe microscope (SPM) such as an atomic force microscope (AFM) and a method for manufacturing the cantilever.
近年、AFMなどのSPMにおいては、特に液体中で生体分子を高速で測定描画する用途で、共振周波数が高く且つバネ定数が小さいカンチレバーが求められている。このようなカンチレバーの一例として、特許第2984094号公報に示されているようなカンチレバーがある。この公報開示のカンチレバーを図13に基づいて説明する。図13に示すように、このカンチレバーにおいては、探針部102 は支持部103 から伸びるレバー部101 の自由端に、ある角度をもって形成され、その形状は三角平板形状であって、いわゆるバーズビーク(鳥のくちばし)形状のカンチレバーである。そして、このバーズビーク形状のカンチレバーは、探針部102 がレバー部面より飛び出した構造となっている。
In recent years, in SPM such as AFM, a cantilever having a high resonance frequency and a small spring constant has been demanded, particularly for use in measuring and drawing a biomolecule in a liquid at high speed. As an example of such a cantilever, there is a cantilever as shown in Japanese Patent No. 2998494. The cantilever disclosed in this publication will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13, in this cantilever, the
上記バーズビーク形状を有する探針部は、ピラミッド状の塊の探針部(バルク探針部)と比べて、平板状で軽量であり、短く薄いカンチレバーとして共振周波数を高く且つバネ定数を小さくする場合に、有利な形状である。また、カンチレバーの最先端に探針部が位置する構造であることから、光学顕微鏡と組み合わさったAFMでは、試料の測定部位と探針部とを光学顕微鏡で観察しながら、AFM測定を行う試料部位に短時間で探針部を位置合わせし、測定が開始できるという利点がある。
ところで、高分解能でAFM測定を行うには、探針部先端が尖っていることが必要であり、また極微細な溝などを観察する場合には、探針部が細く且つ長いことが必要である。しかしながら、従来のバーズビーク形状の探針部を有するカンチレバーには、次のような課題がある。まず、バーズビーク形状の探針部の形成にあたっては、シリコンの面方位を利用して作製している。つまり、レバー部の面(100)と55度程度の傾きを有する(111)面を利用して、(111)面上に平板形状の探針部を作製している。更に、従来のバーズビーク型探針部の製造方法では、バッチファブリケーションにて曲率半径を50nm以下に作製することは難しかった。しかも、探針部の先端部のアスペクト比を高くするのは難しい。このようなカンチレバーをAFM装置に搭載する場合には、一般に支持部面を10度程度傾けて搭載する。このように搭載するときは、図14に示すように、深く狭い凹部111 を有する試料110 の測定にあたっては、探針部102 が試料面を的確に捉えることができず、また曲率半径からも高分解能の測定ができない。したがって、高分解能の測定のためには、高アスペクト比の探針部の先端部を可能な限り曲率半径の小さい、しかもレバー部の面に対しても、なるべく垂直な探針部が好ましい。
By the way, in order to perform AFM measurement with high resolution, the tip of the probe part needs to be sharp, and when observing an extremely fine groove, the probe part needs to be thin and long. is there. However, a conventional cantilever having a bird's beak-shaped probe has the following problems. First, when forming the bird's beak-shaped probe portion, it is fabricated using the plane orientation of silicon. That is, using the (111) surface having an inclination of about 55 degrees with the surface (100) of the lever portion, a plate-shaped probe portion is fabricated on the (111) surface. Furthermore, in the conventional method for manufacturing a bird's beak type probe part, it has been difficult to produce a radius of curvature of 50 nm or less by batch fabrication. Moreover, it is difficult to increase the aspect ratio of the tip of the probe portion. When such a cantilever is mounted on an AFM apparatus, the support surface is generally inclined at about 10 degrees. When mounted in this way, as shown in FIG. 14, when measuring a
また、一般的に探針部の先端部がレバー部の面に対して垂直になるように、シリコンのドライエッチングを用いて作製する方法も考えられるが、この場合は垂直加工面が荒れてしまい、微小で鋭角な探針部の形成が困難である。更に、垂直面へのレジスト膜の塗布や露光が難しく、曲率半径の小さな尖った先端を有するパターン形成が行えないという課題が残る。 In general, a method using dry etching of silicon so that the tip portion of the probe portion is perpendicular to the surface of the lever portion is also conceivable, but in this case, the vertical processing surface becomes rough. Therefore, it is difficult to form a fine and sharp probe portion. Furthermore, it is difficult to apply and expose a resist film on the vertical surface, and there remains a problem that a pattern having a sharp tip with a small curvature radius cannot be formed.
更に、微小なカンチレバー探針部の先端部の長さ数μmの領域を、シリコン(111)面から機械的に曲げる方法もあるが、曲げること自体が難しいと共に、方向性の制御ができなかったり破損等により、歩留まりよく曲げることはできない。しかも機械的な曲げでは、1本、1本の加工によりコスト高になってしまう。 Furthermore, there is a method of mechanically bending a region of several μm in length at the tip of a small cantilever probe part from the silicon (111) surface, but it is difficult to bend itself and the directionality cannot be controlled. It cannot be bent with a good yield due to damage or the like. Moreover, in mechanical bending, the cost is increased by processing one piece or one piece.
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、レバー部には何ら影響を与えずに、先端部が尖鋭化され、高アスペクト比で高分解能測定が可能な探針部を有するカンチレバーを提供することを目的とする。また探針部の先端部をバッチファブリケーションにより尖鋭化が可能で、低コストのSPM用カンチレバーの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a cantilever having a probe portion having a sharp tip and capable of high-resolution measurement with a high aspect ratio without affecting the lever portion. For the purpose. It is another object of the present invention to provide a low-cost method for manufacturing a cantilever for SPM that can sharpen the tip of the probe by batch fabrication.
請求項毎の目的を述べると、請求項1に係る発明は、先端が尖鋭化され、高アスペクト比で高分解能測定が可能な探針部を有するSPM用カンチレバーを提供することを目的とする。請求項2に係る発明は、先端が尖鋭化され、高アスペクト比で高分解能測定が可能であると共に質量を軽減し、強度のある探針部を有するSPM用カンチレバーを提供することを目的とする。請求項3に係る発明は、探針部の先端部の最適な製造方法を含むSPM用カンチレバーの製造方法を提供することを目的とする。請求項4及び5に係る発明は、SPM用カンチレバーの最適な製造方法を提供することを目的とする。
The purpose of each claim is to provide a cantilever for SPM having a probe portion with a sharpened tip and capable of high resolution measurement with a high aspect ratio. An object of the present invention is to provide an SPM cantilever having a sharpened tip, a high aspect ratio and high resolution measurement, a reduced mass, and a strong probe portion. . The invention according to
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、窒化シリコンからなるレバー部及び探針部を有し、該探針部は略三角形状板体で構成されている走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記探針部は、該略三角形状板体がレバー部との接辺部を含んで少なくとも2つ以上の角度変化部を有することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the invention according to
このような構成とすることにより、先端部が尖鋭化され、高アスプクト比で高分解能測定が可能な探針部を有するSPM用カンチレバーが実現可能となる。 By adopting such a configuration, it is possible to realize an SPM cantilever having a tip portion that is sharpened and has a probe portion capable of high resolution measurement with a high aspect ratio.
請求項2に係る発明は、請求項1に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーにおいて、前記略三角形状板体の探針部は、先端部を挟む2辺が内側に湾曲していることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the cantilever for a scanning probe microscope according to the first aspect, the probe portion of the substantially triangular plate body is characterized in that two sides sandwiching the tip are curved inward. To do.
このような構成とすることにより、共振周波数の低下を招かないと共に強度を維持したまま、先端部が尖鋭化され、高アスペクト比で高分解能測定が可能な探針部を有するSPM用カンチレバーが実現可能となる。 By adopting such a configuration, an SPM cantilever having a probe portion that has a sharp tip and capable of high-resolution measurement with a high aspect ratio while maintaining the strength without causing a decrease in resonance frequency is realized. It becomes possible.
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法において、探針部の先端部の尖鋭化並びに探針部の角度変化部を形成する低温熱酸化工程を少なくとも含むことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to the first or second aspect, wherein the tip portion of the probe portion is sharpened and the temperature changing portion of the probe portion is formed at a low temperature thermal oxidation step. It is characterized by including at least.
このような製造方法とすることにより、探針部の先端部の尖鋭化並びに探針部の角度変化部の形成を低温熱酸化工程で容易に行うことができる。 With such a manufacturing method, the tip of the probe portion can be sharpened and the angle changing portion of the probe portion can be easily formed in a low temperature thermal oxidation process.
請求項4に係る発明は、請求項3に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法において、前記探針部と前記レバー部とを同時にパターニングし及び形成する工程を含むことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to the third aspect, the method includes the step of simultaneously patterning and forming the probe portion and the lever portion. is there.
このような製造方法とすることにより、探針部とレバー部の位置ずれを起こさずに、探針部の先端部を尖らせることができ、また工程が短縮でき低コスト化が可能となる。 By adopting such a manufacturing method, the tip of the probe part can be sharpened without causing a positional shift between the probe part and the lever part, and the process can be shortened and the cost can be reduced.
請求項5に係る発明は、請求項3に係る走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法において、前記探針部と前記レバー部とを別々にパターニングし及び形成する工程を含むことを特徴とするものである。
The invention according to
このような製造方法とすることにより、レバー部の反りを防止でき、微小なレバー部上にレーザーを照射する場合でも、反射光を十分受光部に正常に戻すことが可能なSPM用カンチレバーを容易に製造することができる。 By adopting such a manufacturing method, it is possible to prevent a warp of the lever portion, and even when a laser is irradiated on a minute lever portion, an SPM cantilever that can sufficiently return reflected light to the light receiving portion easily. Can be manufactured.
本発明によれば、探針部の先端部は略平板方向から2つ以上の角度変化部によりレバー部の固定端方向に曲がった構成とすることができるので、試料面と向き合う探針部の先端部方向がほぼ垂直になり、分解能の高い測定が可能となる。シリコン窒化膜でありながら尖鋭度が要求される探針部の先端部を、より効率的に尖鋭化することが可能なカンチレバーの製造方法を提供し、非常に薄く軟らかなレバー部の自由端に高アスペクト比を有する尖鋭化した探針部を容易に作製できる。また、探針部の尖鋭化に用いる局所酸化処理の影響をレバー部に与えない製造方法を用いることにより、レバー部面の反りを回避し、レーザー反射光を受光面に効率的に返すことが可能なSPM用カンチレバーを得ることができる。 According to the present invention, the tip portion of the probe portion can be configured to bend toward the fixed end direction of the lever portion by two or more angle changing portions from a substantially flat plate direction. The direction of the tip is almost vertical, enabling measurement with high resolution. Providing a cantilever manufacturing method that can more efficiently sharpen the tip of a probe part that requires a sharpness even though it is a silicon nitride film, to the free end of a very thin and soft lever part A sharpened probe portion having a high aspect ratio can be easily produced. Also, by using a manufacturing method that does not affect the lever part due to the local oxidation treatment used to sharpen the probe part, it is possible to avoid warping of the lever part surface and efficiently return the laser reflected light to the light receiving surface. A possible SPM cantilever can be obtained.
次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。 Next, the best mode for carrying out the invention will be described.
まず、本発明に係るSPM用カンチレバーの実施例1について説明する。実施例1に係るSPM用カンチレバーのレバー部と探針部の全体の構造の斜視図を図1に示す。また、図2の(A),(B),(C)に図1に示すSPM用カンチレバーのA〜Cの方向から見た探針部の形状を示す。図2の(A)は、上方向Aから見た図を示し、図2の(B)は横方向Bから見た図を示し、図2の(C)は正面方向Cから見た図を示している。 First, a first embodiment of an SPM cantilever according to the present invention will be described. FIG. 1 shows a perspective view of the entire structure of the lever portion and the probe portion of the SPM cantilever according to the first embodiment. 2A, 2B, and 2C show the shape of the probe portion viewed from directions A to C of the SPM cantilever shown in FIG. 2A shows a view seen from the upper direction A, FIG. 2B shows a view seen from the lateral direction B, and FIG. 2C shows a view seen from the front direction C. Show.
図1において、支持部1より伸びたレバー部2の自由端側に探針部3が形成されている。ここで探針部3は、レバー部2の自由端側に形成された略三角形状の板から構成され、探針部3の先端部4はレバー部2の自由端に位置している。また、探針部3はレバー部2との接合部5において1段目の角度変化部を形成しており、探針部3の中間部6において更に2段目の角度変化部を形成した形状となっている。更に、探針部3の先端部4は、その頂角が約10度程度になるように尖った形状となっている。すなわち、探針部3は先端部4までの途中において、支持部1側に更に曲がった形状となっている。
In FIG. 1, a
次に、図1に示した実施例1に係るSPM用カンチレバーの製造方法の実施例を、図3の(A)〜(H)に示す製造工程図に基づいて説明する。まず、図3の(A)に示すような通常の〈011〉方向にオリエンテーションフラット(Orientation Flat)を有する(100)面のシリコン基板11上に、探針部形成用の段差を形成するためのマスク12を形成する。ここで、マスク材としては窒化シリコン膜、酸化シリコン膜などが適している。
Next, an embodiment of the method for manufacturing the SPM cantilever according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described based on the manufacturing process diagrams shown in FIGS. First, for forming a step for forming a probe portion on a (100)
次に、KOH(水酸化カリウム),TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)などのアルカリ水溶液で湿式異方性エッチングを行い、図3の(B)に示すような段差13をシリコン基板11の表面に形成する。
Next, wet anisotropic etching is performed with an alkaline aqueous solution such as KOH (potassium hydroxide) or TMAH (tetramethylammonium hydroxide), and a
次に、マスク12を除去した後、図3の(C)に示すように、窒化シリコン膜14を低圧化学気相成長法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:LP−CVD)により堆積させる。マスク12の除去には、マスク12として酸化シリコン膜を用いた場合にはフッ酸溶液が適しており、窒化シリコン膜を用いた場合には熱リン酸等が適している。窒化シリコン膜14は、通常の窒化シリコン膜(Si3N4 )よりもシリコン含有量が多い窒化シリコン膜であり、堆積時のジクロルシランとアンモニアの流量の割合を、ジクロルシランの割合を通常より多くすることにより達成できる。ここでは、共振周波数が1MHz ,バネ定数 0.1N/mの機械特性を有するカンチレバーを作製するため、厚さ 0.1μmの窒化シリコン膜を堆積する。
Next, after removing the
次に、図3の(D)に示すように、窒化シリコン膜14に対して探針部15とレバー部16のパターニングを行う。探針部15のパターニングにあたっては、堆積した窒化シリコン膜14を2枚のマスクを用いてフォトリソグラフィにより、マスク交点が探針部の先端部の頂角となるように位置合わせを行い、頂角が10度程度になるような三角形のパターニングを段差13の斜面上で行う。このときの態様を図4の(A),(B)に示す。まず、図4の(A)に示すように、1枚目のマスクパターン21を用いて探針部とレバー部の片側の辺を形成する。次に、図4の(B)に示すように2枚目のマスクパターン22を用いて、2枚のマスクパターン21,22の重なり部分で形成される探針部の先端部の頂角αが、約10度程度になるようにパターニングを行う。続いて、例えばRIE(Reactive Ion Etching)などで窒化シリコン膜14をエッチングし、探針部15とレバー部16を形成する。また、探針部15の先端部は、可能な範囲で小さな曲率半径を有していればよい。例えば、 100nm程度の曲率半径であれば、その後の工程で十分小さな曲率半径を得ることが可能である。
Next, as shown in FIG. 3D, the
次に、探針部15の尖鋭化のための酸化処理を行う。この工程については、図5の(A)〜(D)を参照しながら詳細に説明する。まず図5の(A)に示すように、窒化シリコン膜14のパターニングによる探針部15とレバー部16の形成終了後、水蒸気雰囲気で低温熱酸化を行う。ここで、低温熱酸化は 950℃で約 500分程度が好ましい。この低温熱酸化により、シリコン基板11と窒化シリコン膜からなる探針部15との界面については、探針部15の先端部15aの方が酸素が供給され易いため、酸化し易くなる。そのため、シリコン基板面上の窒化シリコン膜からなる探針部15の先端部15aがより酸化され、頂部の窒化シリコン膜厚が薄くなり、探針部15の先端部15aを細く尖った形状とすることができる。これと同時に、シリコン基板11と窒化シリコン膜からなる探針部15との界面に形成される局所酸化部23による応力により、探針部15の先端部15aは中腹からレバー部16の固定端方向に押し曲げられる。この態様を図5の(B)に示す。
Next, an oxidation process for sharpening the
次に、フッ酸などにより局所酸化部23を除去すると、図5の(C)に示すような形状となる。すなわち、探針部15の先端部15aが尖鋭化されると共に、探針部15の中腹からレバー部16の固定端側に曲がった形状となる。これで、探針部15の先端部15aの形成は終了するが、図5の(C)に示す状態で再度低温熱酸化を行えば、局所酸化部23の起こる位置が探針部15の根元部へシフトすることにより、図5の(D)に示すように、更に探針部15の先端部15aを曲げることができる。ここでは、探針部15はA及びBの位置で曲がった形状となる。なお、図5の(C),(D)において、13aはシリコン基板11のもとの段差面を示している。この後、フッ酸系の溶液で局所酸化部23をエッチングして除去し、更に低温熱酸化を行えば、更に探針部15を曲げることが可能となる。なお、熱酸化温度と酸化時間は尖鋭化する三角形状探針部15の先端部15aの形状や膜厚により決まり、熱酸化温度は 900℃以上1050℃以下、酸化時間は10分間以上が好ましく、この場合には尖鋭化及び局所酸化部の形成効果が同時に且つ顕著に現れる。
Next, when the
上記低温熱酸化処理の後、図3の(E)に示すように、酸化した窒化シリコン膜からなる探針部及びレバー部上にアルカリエッチング液に十分耐えうる表面保護膜17を形成する。次に、図3の(F)に示すように、シリコン基板11の裏面に支持部を形成するためのマスクパターン18を形成する。図3の(G)に示すように、例えばKOHに代表されるアルカリ系のエッチング液を用いて、シリコン基板11に対して異方性エッチングを探針部15の形成側とは反対側から行い、カンチレバーを保持する支持部19を形成する。その後、探針部及びレバー部を構成している窒化シリコン膜上及びその他のシリコン基板上の表面保護膜をフッ酸溶液により除去すると、最初に行ったフォトリソグラフィによる窒化シリコン膜のパターニングのみでは 100nm程度であった探針部15の先端部の曲率半径が20nm以下にまで尖ることになる。最後に、図3の(H)に示すように、探針部15が形成されている方向とは反対側のレバー面に反射膜20を形成する。反射膜20は、例えば金を蒸着により形成する。以上の工程により、図1に示した構成のSPM用カンチレバー10が得られる。
After the low-temperature thermal oxidation treatment, as shown in FIG. 3E, a surface
上記のように構成されたSPM用カンチレバーによれば、先端部が尖鋭化され、高アスペクト比を有する探針部が実現可能となり、更にレバー部の固定端方向に先端部が曲がり、試料面とほぼ垂直に対向できるようになるため、図6に示すような深い凹凸を有する試料110 においても高分解能な測定が可能となる。また、探針部の質量も軽減され、共振周波数の低下を防ぐこともできる。
According to the cantilever for SPM configured as described above, the tip portion is sharpened, a probe portion having a high aspect ratio can be realized, and the tip portion bends toward the fixed end of the lever portion, and the sample surface and Since they can be opposed substantially vertically, it is possible to perform high-resolution measurement even with a
しかも、一連のプロセスは、複数個のカンチレバーが一括して作製される、いわゆるバッチファブリケーションによるカンチレバー製造方法が可能であるため、特に探針部とレバー部を位置ずれを発生させずに作製でき、低コスト化を実現できる。 In addition, since a series of processes enables a cantilever manufacturing method by so-called batch fabrication in which a plurality of cantilevers are manufactured at once, it is possible to manufacture the probe part and the lever part in particular without causing positional deviation. Cost reduction can be realized.
なお、本実施例に係る製造方法では、窒化シリコン膜のエッチングにはRIEを用いたが、これには限定されず、熱リン酸等のウェットエッチングを用いてもよい。また、本実施例ではKOHに代表されるアルカリ系のエッチング液を用いて、異方性エッチングを探針部形成側とは反対側から行い、カンチレバーを保持する支持部を形成したが、これに限らず、Deep-RIEなど他のドライエッチャーを用いて支持部を形成してもよく、更にはドライエッチングとウェットエッチングを組み合わせた加工方法を用いてもよいことは言うまでもない。また、本実施例では、探針部とレバー部のパターニングに2枚のマスクを用いたが、1枚のマスクを用いてパターニングを行ってもよいことは勿論である。 In the manufacturing method according to the present embodiment, RIE is used for etching the silicon nitride film, but the present invention is not limited to this, and wet etching such as hot phosphoric acid may be used. In this embodiment, an anisotropic etching solution represented by KOH was used to perform anisotropic etching from the side opposite to the probe portion forming side to form a support portion for holding the cantilever. Of course, the support portion may be formed using another dry etcher such as Deep-RIE, and it is needless to say that a processing method combining dry etching and wet etching may be used. In this embodiment, two masks are used for patterning the probe portion and the lever portion. However, it goes without saying that patterning may be performed using one mask.
更に、本実施例に係る製造方法は、尖鋭化処理に行う局所酸化に特徴があり、基本的に探針部が窒化シリコンで作製されていれば、他の形態のカンチレバーの作製にも適用可能である。例えば、探針部が窒化シリコン、レバー部が単結晶シリコンからなるカンチレバーであっても、単結晶シリコン部分に保護用のマスクを被せ、窒化シリコン製の探針部のみを尖鋭化することが可能である。このようなカンチレバーに適用した場合には、単結晶シリコンからなる厚いレバー部を実現しやすく、バネ定数が大きく共振周波数の高いことが求められるカンチレバーが実現可能となる。 Furthermore, the manufacturing method according to the present embodiment is characterized by local oxidation performed in the sharpening process, and can basically be applied to the production of other forms of cantilevers as long as the probe portion is made of silicon nitride. It is. For example, even if the probe part is a cantilever made of silicon nitride and the lever part is made of single crystal silicon, the single crystal silicon part can be covered with a protective mask to sharpen only the silicon nitride probe part. It is. When applied to such a cantilever, it is easy to realize a thick lever portion made of single crystal silicon, and a cantilever that requires a large spring constant and a high resonance frequency can be realized.
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例に係るSPM用カンチレバーのレバー部と探針部の構成を図7に示す。また、図8の(A)〜(C)は、図7に示したSPM用カンチレバーのA〜Cの方向からみた形状を示す。図8の(A)は上方向Aから見た図を示し、図8の(B)は横方向Bから見た図を示し、図8の(C)は正面方向Cから見た図を示している。図7において、支持部より伸びたレバー部31の自由端側に探針部32が形成されている。ここで探針部32は、レバー部31の自由端側に位置し、探針部32の先端部33はレバー部31に対してほぼ垂直方向を向いている。また、探針部32の先端部33を挟む2辺32a,32bが内側に湾曲し、探針部32の先端部33の頂角は約10度程度の尖った形状となっている。更に、探針部32の長さは図1に示した実施例1に係るカンチレバーに比べて短くなっている。そして、探針部32はレバー部31と接する接合部34で1段目の角度変化部を形成し、更に中間部35で2段目の角度変化部を形成して、曲がった形状となっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The structure of the lever part and the probe part of the cantilever for SPM according to the present embodiment is shown in FIG. 8A to 8C show the shapes of the SPM cantilever shown in FIG. 7 viewed from the directions A to C. FIG. 8A shows a view seen from the upper direction A, FIG. 8B shows a view seen from the lateral direction B, and FIG. 8C shows a view seen from the front direction C. ing. In FIG. 7, a
次に、本実施例2に係るSPM用カンチレバーの製造工程の例を図9の(A)〜(C)に基づいて説明する。シリコン基板41に段差42を形成した後、所定の窒化シリコン膜43を形成する工程(図3の(C)に対応)までは、実施例1と同様である。次に、図9の(A)に示すように、堆積した窒化シリコン膜43に対してフォトリソグラフィによりマスク頂角が10度程度になるような内側に湾曲した2辺を持つ三角形状のレジストパターニングを行い、探針部44のみを形成する。ここで、探針部44の周囲には、窒化シリコン膜43をエッチング除去してシリコン基板41が露出される領域45を形成する。図9の(B)に図9の(A)のX−X′線に沿った断面を示す。シリコン基板41の露出領域45の幅は2〜5μm程度が好ましい。
Next, an example of the manufacturing process of the SPM cantilever according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The steps from forming the
この探針部44のパターニングには、図10の(A)に示すようなマスクを用いて行う。ここでのマスクパターンは、探針部パターン51の周囲にシリコン面を露出させるパターン52を有することが特徴である。このとき、探針部44の先端部は可能な範囲で小さな曲率半径を有していればよい。例えば、100nm 程度の曲率半径であれば、その後の工程で十分小さな曲率半径を得ることが可能である。
The patterning of the
次に、探針部44の先端部の尖鋭化酸化処理を行う。この探針部44の先端部の尖鋭化酸化処理は実施例1と全く同様であり、探針部44の先端部を細く尖った形状にすると共に、探針部44の中腹から任意に曲げることが可能となる。
Next, a sharpening oxidation process is performed on the tip of the
次に、図9の(C)に示すように、レバー部の形成領域の窒化シリコン膜43に対してのみのパターニングを行い、レバー部46を形成する。このときのマスクパターンを図10の(B)に示す。図10の(B)において、53はレバー部のパターン、54はすでに形成された探針部44を保護するパターンである。ここで、注意する点は、尖鋭化された探針部44が再度パターニングされないように、探針部保護パターン54を実際の探針部44より大きくすることである。以下実施例1と同様な工程により、カンチレバーが完成する。
Next, as shown in FIG. 9C, patterning is performed only on the
本実施例2に係る製造方法では、探針部とレバー部のパターニング及び形成を別工程としたが、これは次のような理由による。図11及び図11のY−Y′線に沿った断面を示す図12に示すように、探針部61とレバー部62を同時に形成した後に、探針部61の先端部の尖鋭化のための低温熱酸化処理を行うと、レバー部62のエッジ部分62aが局所酸化されて局所酸化部63が形成され、レバー部62のエッジ部分62aが反ってしまう。本実施例2では、このレバー部の反りを防止するために、先に述べたように、探針部とレバー部のパターニング及び形成を別工程とし、まず探針部のパターニングと形成を行ってから先端部の尖鋭化を行い、その後レバー部のパターニングと形成を行うものである。このようにすれば、レバー部形成後に低温熱酸化工程はなく、レバー部が反ることはなくなる。
In the manufacturing method according to the second embodiment, the patterning and formation of the probe portion and the lever portion are separate steps, and this is for the following reason. As shown in FIG. 12 showing a cross section along the line YY ′ of FIGS. 11 and 11, after the
上記のように構成されたSPM用カンチレバーによれば、実施例1に係るカンチレバーと同様に、先端部が尖鋭化され、高アスペクト比を有する探針部が実現可能となり、更にレバー部の固定端方向に先端部が曲がり、試料面とほぼ垂直に対向できるようになるため、高分解能な測定が可能となる。また、探針部の質量も軽減され、共振周波数の低下を防ぐこともできる。 According to the cantilever for SPM configured as described above, similarly to the cantilever according to the first embodiment, the tip portion is sharpened, a probe portion having a high aspect ratio can be realized, and the fixed end of the lever portion is further provided. Since the tip bends in the direction and can be opposed almost perpendicularly to the sample surface, high-resolution measurement is possible. In addition, the mass of the probe portion is also reduced, and a decrease in resonance frequency can be prevented.
しかも、一連のプロセスは、複数個のカンチレバーが一括して作製される、いわゆるバッチファブリケーションによるカンチレバー製造方法が可能であるため、特に探針部とレバー部を位置ずれを発生させずに作製でき、低コスト化を実現できる。 In addition, since a series of processes enables a cantilever manufacturing method by so-called batch fabrication in which a plurality of cantilevers are manufactured at once, it is possible to manufacture the probe part and the lever part in particular without causing positional deviation. Cost reduction can be realized.
更に、レバー部を探針部形成時の低温熱酸化工程後に形成しているため、レバー部に低温熱酸化工程時の局所酸化も発生せず、レバー部の反りも解消できてレバー部面は常にフラットな形状となる。そのため、微小なカンチレバーのAFM測定においては、レーザー光が受光面に正確に戻ってくることになり、正確な測定が可能となる。更に、探針部の先端部は鋭角であるが、探針部の長さはそれほど長くないため、レバー部の振動が探針部に伝わることにより発生するノイズも低減できる。 Furthermore, since the lever part is formed after the low temperature thermal oxidation process at the time of forming the probe part, local oxidation at the low temperature thermal oxidation process does not occur in the lever part, and the warp of the lever part can be eliminated and the lever part surface is Always flat. Therefore, in the AFM measurement of a minute cantilever, the laser light returns accurately to the light receiving surface, and accurate measurement is possible. Furthermore, although the tip of the probe portion has an acute angle, since the length of the probe portion is not so long, noise generated when the vibration of the lever portion is transmitted to the probe portion can be reduced.
なお、本実施例では、探針部のパターニングを1枚のマスクを用いて行ったが、実施例1と同様に2枚のマスクを用いてパターニングを行ってもよいことは勿論である。 In the present embodiment, the patterning of the probe portion is performed using one mask, but it is needless to say that the patterning may be performed using two masks as in the first embodiment.
また、本実施例で説明したような、探針部とレバー部を別工程で形成する製造方法を実施例1に係るカンチレバーの製造方法に適用できることは言うまでもない。つまり、2枚のマスクを用いて探針部のみを形成した後、探針部の尖鋭化酸化処理を行い、その後レバー部を形成してもよい。更に、本実施例では、略三角形状の探針部の両側辺が内側に湾曲した形状を用いたが、実施例1のように略三角形状マスクを用いて、その交点を探針部の先端部の頂角とする方法を用いても実施可能である。 Further, it goes without saying that the manufacturing method in which the probe portion and the lever portion are formed in separate steps as described in the present embodiment can be applied to the cantilever manufacturing method according to the first embodiment. That is, after forming only the probe portion using two masks, the tip portion may be sharpened and oxidized, and then the lever portion may be formed. Furthermore, in the present embodiment, a shape in which both sides of the substantially triangular probe portion are curved inward is used. However, as in the first embodiment, a substantially triangular mask is used, and the intersection point is the tip of the probe portion. It is also possible to use the method of setting the apex angle of the part.
1 支持部
2 レバー部
3 探針部
4 探針部の先端部
5 レバー部と探針部の接合部
6 探針部の中間部
10 カンチレバー
11 シリコン基板
12 段差形成マスク
13 段差
13a シリコン基板のもとの段差面
14 窒化シリコン膜
15 探針部
15a 探針部の先端部
16 レバー部
17 表面保護膜
18 支持部形成マスクパターン
19 支持部
20 反射膜
21 1枚目マスクパターン
22 2枚目マスクパターン
23 局所酸化部
31 レバー部
32 探針部
32a,32b 先端部を挟む2辺
33 先端部
34 接合部
35 中間部
41 シリコン基板
42 段差
43 窒化シリコン膜
44 探針部
45 シリコン基板露出領域
46 レバー部
51 探針部パターン
52 シリコン面露出用パターン
53 レバー部パターン
54 探針部保護パターン
61 探針部
62 レバー部
62a レバー部エッジ部分
63 局所酸化部
110 試料
DESCRIPTION OF
10 Cantilever
11 Silicon substrate
12 Step forming mask
13 steps
13a Original step surface of silicon substrate
14 Silicon nitride film
15 Probe section
15a Tip of tip
16 Lever section
17 Surface protective film
18 Support part forming mask pattern
19 Support part
20 Reflective film
21 First mask pattern
22 Second mask pattern
23 Local oxidation part
31 Lever section
32 Probe unit
32a, 32b Two sides sandwiching the tip
33 Tip
34 Joint
35 Middle part
41 Silicon substrate
42 steps
43 Silicon nitride film
44 Probe unit
45 Silicon substrate exposed area
46 Lever section
51 Probe pattern
52 Silicon surface exposure pattern
53 Lever pattern
54 Probe protection pattern
61 Probe unit
62 Lever part
62a Lever edge
63 Local oxidation part
110 samples
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003391609A JP2005156202A (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Cantilever for scanning type probe microscope, and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003391609A JP2005156202A (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Cantilever for scanning type probe microscope, and manufacturing method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005156202A true JP2005156202A (en) | 2005-06-16 |
Family
ID=34718569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003391609A Pending JP2005156202A (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Cantilever for scanning type probe microscope, and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005156202A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008079608A (en) * | 2006-08-31 | 2008-04-10 | Toyohashi Univ Of Technology | Bioprobe with microneedle and production method of bioprobe with microneedle |
JP2008185350A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Olympus Corp | Cantilever and its manufacturing method |
JP2011523047A (en) * | 2008-05-13 | 2011-08-04 | ナノインク インコーポレーティッド | Piezoresistor height detection cantilever |
-
2003
- 2003-11-21 JP JP2003391609A patent/JP2005156202A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008079608A (en) * | 2006-08-31 | 2008-04-10 | Toyohashi Univ Of Technology | Bioprobe with microneedle and production method of bioprobe with microneedle |
JP2008185350A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Olympus Corp | Cantilever and its manufacturing method |
JP2011523047A (en) * | 2008-05-13 | 2011-08-04 | ナノインク インコーポレーティッド | Piezoresistor height detection cantilever |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20050160802A1 (en) | SPM cantilever and fabricating method thereof | |
US5367165A (en) | Cantilever chip for scanning probe microscope | |
US6862925B2 (en) | Device for contacting and/or modifying a surface having a cantilever and a method for production of said cantilever | |
JPH0762258B2 (en) | Manufacturing method of micromechanical sensor for AFM / STM profilometry | |
JPH04231811A (en) | Cantilever for scanning type probe microscope and manufacture thereof | |
JPH1166650A (en) | Manufacture of protrusion having fine aperture, protrusion having fine aperture and probe or multiprobe therewith | |
US8828243B2 (en) | Scanning probe having integrated silicon tip with cantilever | |
US8695111B2 (en) | Video rate-enabling probes for atomic force microscopy | |
US6958124B2 (en) | SPM sensor and process for producing it | |
JP2006125846A (en) | Cantilever | |
US20060213289A1 (en) | Probe for a scanning probe microscope and method of manufacture | |
JP2005156202A (en) | Cantilever for scanning type probe microscope, and manufacturing method thereof | |
JP2004144730A (en) | Cantilevered near-field probe structure and its manufacturing method | |
Klehn et al. | SiO2and Si nanoscale patterning with an atomic force microscope | |
WO2005020243A1 (en) | Probe for scannning probe microscope and method of producing the same | |
US20060073627A1 (en) | Probe for a scanning probe microscope and method for fabricating same | |
JP2007155742A (en) | Near-field probe using soi substrate, and manufacturing method therefor | |
JP3986373B2 (en) | SPM cantilever | |
JPH10300762A (en) | Manufacturing method of cantilever | |
RU2121657C1 (en) | Process of formation of cantilever of scanning probing microscope | |
JPH05256643A (en) | Cantilever chip for scanning type probe microscope | |
JP3076148B2 (en) | Cantilever tip for scanning probe microscope | |
JP3183940B2 (en) | Cantilever tip for scanning probe microscope | |
JPH05203444A (en) | Manufacture of cantilever for interatomic force microscope | |
JPH11326349A (en) | Probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061025 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080411 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080430 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080902 |