JP2008275584A - 走査探針顕微鏡に用いられる探針ティップ及び探針の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、走査探針顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のための探針の製造方法に関し、特に（１１１）単結晶シリコンを用いた探針の製造方法に関する。
【解決手段】本発明は、走査探針顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に用いられる探針ティップを製造する方法において、（１１１）一般シリコンウェーハをパターニングし、両側壁に保護膜が形成されている三角柱を形成する段階と、前記シリコンウェーハをエッチングし、前記三角柱を三角錐状の探針ティップに形成する段階と、前記保護膜を取り除く段階と、を含む探針ティップの製造方法を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、走査探針顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のための探針の製造方法に関し、特に（１１１）単結晶シリコンを用いた探針の製造方法に関する。

走査探針顕微鏡は、試料の表面を探針（ｐｒｏｂｅ）でスキャニングすることにより動作し、探針は一般的に、探針胴体（ｐｒｏｂｅ ｂｏｄｙ）、探針胴体に連結されたカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）及びカンチレバーの一端に取り付けられた探針ティップ（ｐｒｏｂｅ ｔｉｐ）からなる。図１は、走査探針顕微鏡の動作原理を説明するための図である。図１に示すように、カンチレバー１２０に取り付けられた探針ティップ１１０が試料１３０の表面をスキャニングすると、探針ティップ１１０と試料１３０との相互作用が探知され、その探知結果は映像に変換される。

具体的には、カンチレバー１２０の上部面に光源１５０から生成されたレーザ光が照射される。そして、探針ティップ１１０が試料１３０の表面の凹凸に沿って上下に動くと、これに従い、カンチレバー１２０の上部面に照射されるレーザ光と、カンチレバー１２０の上部面から反射されるレーザ光とが成す角の角度が変わる。従って、反射されるレーザ光が進む方向に位置した位置感知探知器（ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１４０が反射されるレーザ光の動きを感知し、その感知結果を映像に変換する。

かかる走査探針顕微鏡の性能は探針ティップ１１０の特性により大きく左右される。探針ティップ１１０の特性は、探針ティップの高さ、探針ティップの先端部の半径（ｔｉｐ ｒａｄｉｕｓ）、探針ティップの縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）等で評価され得る。

特に、探針ティップの縦横比は走査探針顕微鏡の分解能（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を決めるにおいて非常に重要な特徴である。

図２Ａは、縦横比の小さな探針ティップ１１０の一例を示す図であり、図２Ｂは、縦横比の大きな探針ティップ１１０の一例を示す図である。図２Ａに示すように、縦横比の小さな探針ティップ１１０を用いて試料１３０の表面の凹凸を走査し、その結果を映像に変換する場合、試料１３０の表面の凹凸の正確な映像表現ができなくなる。

反面、図２Ｂに示すように、縦横比の大きな探針ティップ１１０を用いて、試料１３０の表面を映像に変換する場合、比較的正確な映像表現が可能になる。

従って、探針ティップ１１０の縦横比が大きければ大きいほど、試料１３０の表面の凹凸の正確な映像表現が可能になる。

一方、米国特許第５、０２１、３６４号明細書に開示されているように、従来の探針ティップは一般的に、結晶方位面が（１００）面である（１００）単結晶シリコンの（１００）結晶面をウェットエッチング工程あるいは等方性ドライエッチング工程によりエッチングして製作されていた。ところが、かかる工程を用いる場合、結晶学的に高い縦横比を有するシリコン探針を得難いという問題がある。

図３は、米国特許第５、０２１、３６４号明細書に開示された（１００）単結晶シリコンを用いて製造した探針ティップを示す図である。図３に示すように、（１００）単結晶シリコンを用いて探針ティップを製作する場合、カンチレバーの（１００）面と探針ティップの（１１１）面とが、結晶学的に５４．７度の角度をなすようになり、高い縦横比を有するシリコン探針を得ることが困難になる。

更に、結晶方位面が（１００）面である（１００）シリコンウェーハを用いてカンチレバーを製作する方法は、米国特許第５、０２１、３６４号明細書に開示されたように、所望の厚さを有するカンチレバーを作るため、シリコンウェーハの表面部に不純物をドーピングしてＰ−Ｎジャンクションを形成し、電気化学的な方法でシリコンをウェットエッチングしてエッチストップ（ｅｔｃｈ ｓｔｏｐ）を行わなければならない。

更に、（１００）シリコンウェーハを用いてカンチレバーを形成する他の方法として、米国特許第５、８１１、０１７号明細書に開示されたように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを用いることができる。ＳＯＩウェーハは、絶縁膜で２枚のウェーハを接合させたウェーハであって、カンチレバーを形成するときに、絶縁膜がエッチストップ層の役割をすることができるため、広く用いられている。

ところが、ＳＯＩウェーハは、その値段が一般シリコンウェーハより１０倍以上高いため、ＳＯＩウェーハを用いて探針を製作する場合、製造コストが増加するという問題がある。

更に、ＳＯＩウェーハを用いる場合、ＳＯＩウェーハのデバイス層（絶縁膜の上部に位置するシリコン層）の厚さによって探針のカンチレバーの厚さが決められるため、ＳＯＩウェーハの加工状態がカンチレバーの厚さに影響を与え得る。

言い換えれば、一般的にＳＯＩウェーハのデバイス層の厚さはＳＯＩウェーハの加工過程で誤差を有するようになるが、デバイス層の厚さに誤差が生じると、結局、探針のカンチレバーの厚さにも誤差が生じるようになる。

従って、安価な一般シリコンウェーハを用いながらも、寸法精密度の高い、かつ結晶学的に高い縦横比を有する走査探針顕微鏡用探針の技術開発が切実に望まれている状況である。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するために導出されたものであって、（１１１）シリコンウェーハを用い、結晶学的に高い縦横比を有する走査探針顕微鏡用探針の製造方法を提供することを技術的課題とする。

更には、ＳＯＩウェーハを用いず、一般シリコンウェーハを用いて、安価でかつ寸法精密度の高い走査探針顕微鏡用探針の製造方法を提供することを技術的課題とする。

前述の目的を達成するため、本発明は結晶方位面が（１１１）面である（１１１）単結晶シリコンを用いて探針ティップを製造する。

図４Ａは、本発明を通じて具現しようとする結晶方位面が（１１１）面である（１１１）単結晶シリコンを用いて製造した探針ティップを示す図である。図４Ａに示すように、（１１１）単結晶シリコンを用いて探針を製作する場合には、カンチレバーの（１１１）面と探針ティップの（１１１）面とが、結晶学的に７０．５度の角度をなすようになるため、（１００）単結晶シリコンを用いる場合より、相対的に縦横比の大きな探針を製作することができる。これについては図４Ｂ及び図４Ｃを参照し、下記で更に詳しく説明する。

図４Ｂは、結晶方位面が（１１１）面である（１１１）シリコンウェーハの結晶方向を示す図であり、図４Ｃは、ＡＢの方向に切断するときの結晶面を示す図である。図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、表面結晶の方向が（１１１）であるシリコンウェーハのフラットゾーン（ｆｌａｔ ｚｏｎｅ）の方向を[１−１０]に定めると、他の（１１１）シリコン結晶面がウェーハ表面と１９．５度の角をなして存在する。本発明では、かかる（１１１）面がティップの傾斜面を形成するようにし、高い縦横比を有するティップを製造するものである。なお、ここで上記[１−１０]は、負のミラー指数の本来の表記法を下記（数１）式のように変えて表現したものである。

具体的な技術的手段として、本発明の第１の側面は、走査探針顕微鏡に用いられる探針ティップを製造する方法において、（ａ）（１１１）一般シリコンウェーハをパターニングし、両側壁に保護膜が形成されている三角柱を形成する段階と、（ｂ）前記シリコンウェーハをエッチングし、前記三角柱を三角錐状の探針ティップに形成する段階と、（ｃ）前記保護膜を取り除く段階と、を含む探針ティップの製造方法を提供する。

更に、前記（ａ）段階は、（ａ−１）前記シリコンウェーハ上に三角形状のマスク層を形成する段階と、（ａ−２）前記三角形状の前記マスク層の両辺の周りにトレンチを形成する段階と、（ａ−３）前記シリコンウェーハの上部面、下部面、前記マスク層及び前記トレンチの全体に保護膜を形成する段階と、（ａ−４）前記シリコンウェーハの上部面に形成された保護膜を取り除く段階と、（ａ−５）前記マスク層をパターンとし、前記シリコンウェーハをエッチングして前記三角柱を形成する段階と、（ａ−６）前記マスク層、及び前記マスク層の側面に形成された保護膜を取り除く段階と、を含むことができる。

これと異なって、前記（ａ）段階は、（ａ−７）前記シリコンウェーハ上に三角形状の第１マスク層を形成する段階と、（ａ−８）前記第１マスク層をパターンとし、前記シリコンウェーハをエッチングして前記三角柱を形成する段階と、（ａ−９）前記シリコンウェーハの上部面、下部面の全体に保護膜を形成する段階と、（ａ−１０）前記三角柱の一側壁が露出するように前記保護膜上に第２マスク層を形成する段階と、（ａ−１１）前記第２マスク層を用いて前記三角柱の一側壁に形成された保護膜を取り除く段階と、（ａ−１２）前記第２マスク層、前記第１マスク層、及び前記第１マスク層の上部面及び側面に形成された前記保護膜を取り除く段階と、を含むこともできる。

更に、本発明の第２の側面は、走査探針顕微鏡に用いられる探針を製造する方法において、前記探針は、探針ティップ、カンチレバー、及び探針胴体を含み、（ａ）探針ティップが形成された（１１１）シリコンウェーハ上に前記カンチレバーを定義するマスク層を形成する段階と、（ｂ）前記マスク層を用いて前記シリコンウェーハを所定の深さまでエッチングする段階と、（ｃ）前記マスク層を取り除く段階と、（ｄ）前記シリコンウェーハの上部面、下部面の全体に保護膜を形成する段階と、（ｅ）前記シリコンウェーハの下部面に前記カンチレバーのダミーパターン及び前記探針胴体を形成する段階と、（ｆ）前記カンチレバーのダミーパターンをエッチングして前記カンチレバーを形成する段階と、（ｇ）前記保護膜を取り除く段階と、を含む探針の製造方法を提供する。

前述の通り本発明によると、（１１１）シリコンウェーハを用いて結晶学的に高い縦横比を有する走査探針顕微鏡用探針を製造することができる。

更には、ＳＯＩウェーハを用いず、一般シリコンウェーハを用いながらも、安価でかつ寸法精密度の高い走査探針顕微鏡用探針を製造することができる。

以下、添付した図面を参照し、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施の形態を詳しく説明する。ところが、本発明は様々な相違形態に具現されることができ、ここで説明する実施の形態に限られない。更に、図面において、本発明の明確な説明となるように、説明とは関係ない部分は省略し、明細書全体を通して類似している部分に対しては類似する図面符号を付した。

明細書全体において、ある部分が他部分と「連結」されているとする場合、それは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その間に他の素子を介して「電気的に連結」されている場合も含む。更に、ある部分がある構成要素を「含む」とする場合、それは特別に反する記載がない限り、他の構成要素を取り除くわけではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

本明細書において、「一般シリコンウェーハ」とは、ＳＯＩウェーハではない、単結晶シリコンウェーハを意味する。

図５は、本発明の一実施の形態に係る走査探針顕微鏡用探針を示す斜視図である。本発明の一実施の形態に係る探針は、探針胴体４３０、探針胴体の一面に突き出て形成されたカンチレバー４２０及びカンチレバー４２０の一端に形成された探針ティップ４１０を含む。

[探針ティップのパターニング（第１の実施の形態）]
以下、図６Ａ乃至図６Ｉを参照して、本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップの製造方法を詳しく説明する。図６Ａ乃至図６Ｉは、本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。図６Ａの下の図は平面図であり、上の図は下の図のＡ−Ａ’で切断した時の断面図である。また、図６Ｂの下の図は平面図であり、上の図は下の図のＢ−Ｂ’で切断した時の断面図である。

まず、図６Ａに示すように、（１１１）シリコンウェーハ５００上に、追って行われるシリコンドライエッチング工程でハードマスク（ｈａｒｄ ｍａｓｋ）として作用する酸化膜５１０を形成する。

酸化膜５１０は、本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを規定するものであって、図６Ａに示すように、シリコンウェーハ５００の上部面から見ると三角形状、例えば二等辺三角形状を有する。酸化膜５１０の厚さは、追って行われるＤＲＩＥ（ｄｅｅｐ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）工程に耐えられるほど十分に厚くなければならない。例えば、酸化膜５１０の厚さは１μｍ以上となることが好ましい。

図６Ａにおいて、酸化膜５１０は、例えば下記のような工程を行うことにより形成することができる。例えば、シリコンウェーハ５００を熱酸化法（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）で酸化した後、追って形成される探針ティップ部分を規定するためのフォトリソグラフィ工程を行う。次に、プラズマを用いた酸化膜ドライエッチング装置を用いて酸化膜をパターニングした後、残存している感光膜をＯ_２プラズマ方法あるいは硫酸と過酸化水素との混合溶液を用いて取り除く。

次に、図６Ｂに示すように、所定のパターンを有するフォトレジスト層５２０をシリコンウェーハ５００上に形成する。フォトレジスト層５２０は、三角形状の酸化膜５１０の二等辺の周りを開口するようにフォトリソグラフィ工程によりパターニングされる。

次に、図６Ｃに示すように、酸化膜５１０及びフォトレジスト層５２０をマスクとし、シリコンウェーハ５００をドライエッチング工程、例えばＤＲＩＥ工程によりエッチングし、トレンチ５３０を形成する。

ＤＲＩＥ工程は、例えば下記のように行える。５秒間のポリマー蒸着段階、３秒間のポリマーエッチング段階、５秒間のシリコンエッチング段階を順番に行う。ここで、シリコンエッチング段階はＳＦ_６ガスの雰囲気下で行う。

次に、図６Ｄに示すように、フォトレジスト層５２０を取り除く。例えば、Ｏ_２プラズマ方法あるいは硫酸と過酸化水素との混合溶液を用いてフォトレジスト層５２０を取り除くことができる。

次に、図６Ｅに示すように、シリコンウェーハ５００の上部面、下部面の全体に保護膜５４０を形成する。保護膜５４０は、シリコンウェーハ５００、酸化膜５１０だけではなく、トレンチ５３０の側壁上にも形成する。特に、三角形状の酸化膜５１０の二等辺下に形成された両側壁に保護膜５４０が形成されることが重要である。前記側壁上に形成された保護膜は、追って行われるウェットエッチング工程のとき、探針ティップをなす２つの垂直面がエッチングされることを防ぐ。この工程において、保護膜５４０は熱酸化膜（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍ）またはシリコン窒化膜であってもいい。

次に、図６Ｆに示すように、ドライエッチング工程を用いてシリコンウェーハ５００の上部面にある保護膜５４０を取り除いた後、酸化膜５１０をマスクとしてＤＲＩＥ工程により垂直方向にシリコンウェーハ５００をエッチングする。それによって、シリコンウェーハ５００の上部面に三角形状の酸化膜５１０に覆われている三角柱が形成される。

この際、保護膜５４０を取り除くドライエッチング工程は、トレンチ５３０の側壁上に形成された保護膜５４０がエッチングされないように、プラズマにシリコンウェーハ方向にバイアスを印加して行う。

次に、図６Ｇに示すように、酸化膜５１０及び酸化膜５１０の側面に形成された保護膜５４０をドライエッチング工程により取り除く。

従って、前記のような工程により（１１１）一般シリコンウェーハ５００がパターニングされることによって、その上部面に三角柱が形成され、その三角柱の両側壁には保護膜が形成される。三角柱の底面と上面は、例えば、二等辺三角形であってもよく、その底面と側面とが必ずしも垂直をなす必要はなく、実質的に垂直をなす形態であれば十分である。

次に、図６Ｈに示すように、ウェットエッチング工程を通じてシリコンウェーハ５００をエッチングすることによって探針ティップ５５０を形成する。この工程においては、シリコンウェーハ５００のうち、カンチレバーが形成される部分の上部面がエッチング液に露出するが、その面は（１１１）単結晶シリコンの（１１１）面であるため、他結晶面に比べて５０倍〜１００倍ほどエッチング速度が遅い。反面、シリコンウェーハ５００のうち、探針ティップ５５０が形成される部分においては、探針ティップ５５０の（１１１）面（図６Ｈにおいての傾斜面）までエッチングが進む。この際、三角形状の酸化膜５１０の二等辺に形成された両側壁のみに保護膜５４０が形成されているため、保護膜が形成されていない面から徐々にエッチングされ、探針ティップ５５０の（１１１）面までエッチングされる。ウェットエッチングは、シリコンをエッチングできる条件を有するアルカリ溶液であるＫＯＨ溶液またはＴＭＡＨ（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液を用いて行える。例えば、４４ｗｔ％のＫＯＨ（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液を用い、６５度の温度下でウェットエッチングを行う。前記条件は（１１１）面のエッチング率が最も低い溶液条件であって、その条件下でウェットエッチング工程が２０〜２５分間行われる。更に、ウェットエッチング工程に用いられるＫＯＨ溶液にイソプロピルアルコールを添加しても良い。これにより、ウェットエッチングのときに発生する水素気泡がエッチング対象構造物の表面に残っていることによってエッチング工程の進行を妨げることを防ぐことができる。

従って、前記のような工程により、（１１１）シリコンウェーハ５００の上部面に形成された三角柱が三角錐状の探針ティップに形成されることができる。

次に、図６Ｉに示すように、保護膜５４０を取り除くと、本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップ５５０が最終的に形成される。この工程は、例えば、バッファ酸化エッチング溶液（ＢＯＥ：ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈａｎｔ）またはフルオロ化水素（ＨＦ）混合溶液を用いて行える。

[探針ティップのパターニング（第２の実施の形態）]
以下、図７Ａ乃至図７Ｉを参照して、本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップの製造方法を詳しく説明する。図７Ａ乃至図７Ｉは、本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。また、図７Ａの下の図は平面図であり、上の図は下の図のＣ−Ｃ’で切断した時の断面図である。また、図７Ｅの下の図は平面図であり、上の図は下の図のＤ−Ｄ’で切断した時の断面図である。

まず、図７Ａに示すように、（１１１）シリコンウェーハ６００上に、追って行われるシリコンドライエッチング工程でハードマスク（ｈａｒｄ ｍａｓｋ）として作用する酸化膜６１０を形成する。

酸化膜６１０は、本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを規定するものであって、図７Ａに示すように、シリコンウェーハ６００の上部面から見ると三角形状を有する。酸化膜６１０の厚さは、追って行われるＤＲＩＥ工程に耐えられるほど十分に厚くなければならない。例えば、酸化膜６１０の厚さは１μｍ以上となることが好ましい。

次に、図７Ｂに示すように、酸化膜６１０をマスクとし、シリコンウェーハ６００をドライエッチング工程、例えば、ＤＲＩＥ工程によりエッチングする。それによって、シリコンウェーハ６００の上部面に三角形状の酸化膜６１０が覆われている三角柱が形成される。

ＤＲＩＥ工程は、例えば下記のように行える。５秒間のポリマー蒸着段階、３秒間のポリマーエッチング段階、５秒間のシリコンエッチング段階を順番に行い、そこで、シリコンエッチング段階はＳＦ_６ガスの雰囲気下からなる。

次に、図７Ｃに示すように、シリコンウェーハ６００の上部面、下部面の全体に保護膜６２０を形成する。保護膜６２０は、シリコンウェーハ６００、酸化膜６１０だけではなく、三角形状の酸化膜６１０下に形成された３つの側壁、即ち、三角柱の側壁上にも形成される。この工程において、保護膜６２０は熱酸化膜（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍ）またはシリコン窒化膜であってもいい。

次に、図７Ｄに示すように、所定のパターンを有する厚いフォトレジスト層６３０を保護膜６２０上に形成する。フォトレジスト層６３０は、三角形状の酸化膜６１０の底辺の周りを開口するようにフォトリソグラフィ工程によりパターニングされる。フォトレジスト層６３０は前記三角柱を覆うほど十分に厚くなければならない。

次に、図７Ｅに示すように、フォトレジスト層６３０をマスクとし、ウェットエッチング工程により、フォトレジスト層６３０のパターンにより露出されていた保護膜６２０の一部を取り除く。この工程は、ウェットエッチング工程により行われるため、露出されたしシリコンウェーハ６００上の保護膜６２０だけでなく、三角形状の酸化膜６１０の底辺に形成された側壁上の保護膜６２０もエッチングされる。この際、ウェットエッチング工程は、フォトレジスト層に何ら影響も与えないバッファ酸化膜エッチング溶液（ＢＯＥ）を用いる。

次に、図７Ｆに示すように、フォトレジスト層６３０を取り除く。フォトレジスト層６３０は、例えば、Ｏ_２プラズマ方法あるいは硫酸と過酸化水素との混合溶液を用いて取り除くことができる。

次に、図７Ｇに示すように、酸化膜６１０の上部表面と側面に形成された保護膜６２０、及び酸化膜６１０をドライエッチング工程により取り除く。

従って、前記のような工程により（１１１）一般シリコンウェーハ６００がパターニングされることによって、その上部面に三角柱が形成され、その三角柱の両側壁には保護膜が形成される。三角柱の底面と上面は、例えば、二等辺三角形であってもよく、その底面と側面とが必ずしも垂直をなす必要はなく、実質的に垂直をなす形態であれば十分である。

次に、図７Ｈに示すように、ウェットエッチング工程によりシリコンウェーハ６００をエッチングすることによって探針ティップ６４０を形成する。この工程においては、シリコンウェーハ６００のうち、カンチレバーが形成される部分の上部面がエッチング液に露出するが、その面は（１１１）単結晶シリコンの（１１１）面であるため、他結晶面に比べて５０倍〜１００倍ほどエッチング速度が遅い。反面、シリコンウェーハ６００のうち、探針ティップ６４０が形成される部分においては、探針ティップ６４０の（１１１）面（図７Ｈにおいての傾斜面）までエッチングが進まれる。この際、三角形状の酸化膜６１０の二等辺に形成された両側壁のみに保護膜６２０が形成されているため、保護膜が形成されていない面から徐々にエッチングされ、探針ティップ６４０の（１１１）面までエッチングされる。ウェットエッチングは、シリコンをエッチングできる条件を有するアルカリ溶液であるＫＯＨ溶液またはＴＭＡＨ（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液を用いて行える。例えば、４４ｗｔ％のＫＯＨ（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）溶液を用い、６５度の温度下でウェットエッチングを行う。前記条件は（１１１）面のエッチング率が最も低い溶液条件であって、その条件下でウェットエッチング工程が２０〜２５分間行われる。更に、ウェットエッチング工程に用いられるＫＯＨ溶液にイソプロピルアルコールが添加されることができる。それは、ウェットエッチングのときに発生する水素気泡がエッチング対象構造物の表面に残っていることによってエッチング工程の進行を妨げることを防ぐためである。

従って、前記のような工程により、（１１１）シリコンウェーハ６００の上部面に形成された三角柱が三角錐状の探針ティップに形成されることができる。

次に、図７Ｉに示すように、保護膜６２０を取り除くと、本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップ６４０が最終的に形成される。この工程は、バッファ酸化エッチング溶液（ＢＯＥ）またはフルオロ化水素（ＨＦ）混合溶液を用いて行える。

[カンチレバー及び探針胴体のパターニング（第３の実施の形態）]
以下、図８Ａ乃至図８Ｉを参照して、本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーの製造方法を詳しく説明する。図８Ａ乃至図８Ｉは、本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。

まず、図８Ａに示すように、（１１１）シリコンウェーハ７００上に、探針ティップ７１０を覆うように所定のパターンを有するフォトレジスト層７２０を形成する。フォトレジスト層７２０はカンチレバーの幅と長さを決めるようにパターニングされる。なお、フォトレジスト層７２０は、追って行われるＤＲＩＥ工程のときに探針ティップ７１０を保護できるほど十分な厚さで形成される。

次に、図８Ｂに示すように、フォトレジスト層７２０をマスクとし、ＤＲＩＥ工程によりシリコンウェーハ７００をエッチングする。この際、ＤＲＩＥ工程によるエッチング工程によってカンチレバーの厚さが決められるため、ＤＲＩＥ速度を測定してカンチレバーの厚さだけシリコンウェーハ７００をエッチングする。

次に、図８Ｃに示すように、フォトレジスト層７２０を取り除く。フォトレジスト層７２０は、例えば、Ｏ_２プラズマ方法あるいは硫酸と過酸化水素との混合溶液を用いて取り除くことができる。

次に、図８Ｄに示すように、シリコンウェーハ７００の上部面、下部面の全体に保護膜７３０を形成する。保護膜７３０は、熱酸化膜またはシリコン窒化膜であってもいい。 更に、シリコン酸化は探針ティップをより鋭くすることができるため、熱酸化膜を形成した後に更にシリコン窒化膜を保護膜７４０として形成することができる。

次に、図８Ｅに示すように、フォトレジスト層７５０をシリコンウェーハ７００の上部側の保護膜７３０、７４０上に形成する。

更に、シリコンウェーハ７００の下部側の保護膜７３０、７４０上には所定のパターンを有するフォトレジスト層７６０を形成する。図８Ｆは、フォトレジスト層７６０が形成されたシリコンウェーハ７００をその下部側から示す図である。図８Ｆに示すように、フォトレジスト層７６０は探針胴体を規定するようにパターニングされると共に、追って行われるウェットエッチング工程によりエッチングされるカンチレバーのダミーパターンを規定するようにパターニングされる。

次に、図８Ｇに示すように、フォトレジスト層７５０、７６０をマスクとし、ＤＲＩＥ工程によりシリコンウェーハ７００をエッチングする。それによって探針胴体が形成されると共に、カンチレバーの下部側にカンチレバーのダミーパターンが形成される。

次に、図８Ｈに示すように、ウェットエッチング工程によりカンチレバーのダミーパターンをエッチングすることによって、カンチレバーを形成する。この工程においては、ダミーパターンの下部面のみに保護膜７３０、７４０が形成されているだけで、ダミーパターンの両側面には保護膜７３０、７４０が形成されていないため、ダミーパターンの両側面から中央に向かって徐々にエッチングされ、結局、ダミーパターン全体が取り除かれる。言い換えれば、（１１１）シリコンウェーハはウェットエッチング工程による（１１１）方向のエッチングが遅いため、（１１１）方向ではなく他の方向、即ち、ダミーパターンの両側面から中央に向かってエッチングが進み、（１１１）面に当該するカンチレバーの底面を露出させる。

次に、図８Ｉに示すように、保護膜７３０、７４０を取り除くと、本発明の第３の実施の形態に係る探針が最終的に形成される。例えば、酸化膜７３０はバッファ酸化エッチング溶液（ＢＯＥ）またはフルオロ化水素（ＨＦ）混合溶液を用いたウェットエッチング工程により取り除くことができ、かつ窒化膜７４０はバッファ酸化エッチング溶液（ＢＯＥ）またはフルオロ化水素（ＨＦ）混合溶液あるいは燐酸（Ｈ_２ＰＯ_４）溶液を用いたウェットエッチング工程により取り除くことができる。

更に、本発明の第３の実施の形態に係る探針の製造方法によると、図８Ｉに示すように、探針ティップに形成された傾斜面と同一な角度の傾斜面が探針胴体に形成される。それは、（１１１）シリコンウェーハにおいての（１１１）面に当該するものであり、前記カンチレバーのダミーパターンをウェットエッチング工程により取り除くとき、探針胴体に露出する結晶面である。かかる傾斜面は、走査探針顕微鏡の動作の際、光源から照射されたレーザ光が探針のカンチレバーまで達することを探針胴体が妨げないようにする。

前述の本発明の説明は例示のためのものであり、本発明が属する技術分野においての通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想あるいは必須的特徴を変更せずにも、他の具体的な形態に容易に変形できるということが分かる。従って、以上技術した実施の形態は、全面において例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。

本発明の範囲は、前記詳しい説明よりは後述する特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その均等概念から導出される全ての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈しなければならない。

走査探針顕微鏡の動作原理を説明するための図である。 縦横比の小さな探針ティップの一例を示す図である。 縦横比の大きな探針ティップの一例を示す図である。 （１００）単結晶シリコンを用いて製造した探針ティップを示す図である。 本発明に係る（１１１）単結晶シリコンを用いて製造した探針ティップを示す図である。 （１１１）シリコンウェーハの結晶方向を示す図である。 図４Ｂにおいて、ＡＢの方向に切断するときの結晶面を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る走査探針顕微鏡用探針を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る探針ティップを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るカンチレバーを形成する過程を示す図である。

符号の説明

５００、６００、７００ シリコンウェーハ
５１０、６１０ 酸化膜
５２０、６３０、７２０、７５０、７６０ フォトレジスト層
５３０ トレンチ
５４０、６２０、７３０、７４０ 保護膜
５５０、６４０、７１０ 探針ティップ

Claims (16)

1. 走査探針顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に用いられる探針ティップを製造する方法において、
   （ａ）（１１１）一般シリコンウェーハをパターニングし、両側壁に保護膜が形成されている三角柱を形成する段階と、
   （ｂ）前記シリコンウェーハをエッチングし、前記三角柱を三角錐状の探針ティップに形成する段階と、
   （ｃ）前記保護膜を取り除く段階と、
   を含む探針ティップの製造方法。
2. 前記（ａ）段階は、
   （ａ−１）前記シリコンウェーハ上に三角形状のマスク層を形成する段階と、
   （ａ−２）前記三角形状の前記マスク層の両辺の周りにトレンチを形成する段階と、
   （ａ−３）前記シリコンウェーハの上部面、下部面、前記マスク層及び前記トレンチの全体に保護膜を形成する段階と、
   （ａ−４）前記シリコンウェーハの上部面に形成された保護膜を取り除く段階と、
   （ａ−５）前記マスク層をパターンとし、前記シリコンウェーハをエッチングして前記三角柱を形成する段階と、
   （ａ−６）前記マスク層、及び前記マスク層の側面に形成された保護膜を取り除く段階と、
   を含む請求項１記載の探針ティップの製造方法。
3. 前記マスク層は酸化膜であり、かつ前記保護膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である、請求項２記載の探針ティップの製造方法。
4. 前記（ｂ）段階はウェットエッチング工程により行われ、かつ前記（ａ−５）段階はＤＲＩＥ（ｄｅｅｐ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）工程により行われる、請求項２または３記載の探針ティップの製造方法。
5. 前記（ａ）段階は、
   （ａ−７）前記シリコンウェーハ上に三角形状の第１マスク層を形成する段階と、
   （ａ−８）前記第１マスク層をパターンとし、前記シリコンウェーハをエッチングして前記三角柱を形成する段階と、
   （ａ−９）前記シリコンウェーハの上部面、下部面の全体に保護膜を形成する段階と、
   （ａ−１０）前記三角柱の一側壁が露出するように前記保護膜上に第２マスク層を形成する段階と、
   （ａ−１１）前記第２マスク層を用いて前記三角柱の一側壁に形成された保護膜を取り除く段階と、
   （ａ−１２）前記第２マスク層、前記第１マスク層、及び前記第１マスク層の上部面及び側面に形成された前記保護膜を取り除く段階と、
   を含む、請求項１記載の探針ティップの製造方法。
6. 前記第１マスク層はシリコン酸化膜であり、前記第２マスク層はフォトレジスト層であり、かつ前記保護膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である、請求項５記載の探針ティップの製造方法。
7. 前記（ｂ）段階はウェットエッチング工程により行われ、かつ前記（ａ−８）段階はＤＲＩＥ工程により行われる、請求項５または６記載の探針ティップの製造方法。
8. 走査探針顕微鏡に用いられる探針を製造する方法において、
   前記探針は、探針ティップ、カンチレバー、及び探針胴体を含み、
   （ａ）探針ティップが形成された（１１１）一般シリコンウェーハ上に前記カンチレバーを定義するマスク層を形成する段階と、
   （ｂ）前記マスク層を用いて前記シリコンウェーハを所定の深さまでエッチングする段階と、
   （ｃ）前記マスク層を取り除く段階と、
   （ｄ）前記シリコンウェーハの上部面、下部面の全体に保護膜を形成する段階と、
   （ｅ）前記シリコンウェーハの下部面に前記カンチレバーのダミーパターン及び前記探針胴体を形成する段階と、
   （ｆ）前記カンチレバーのダミーパターンをエッチングして前記カンチレバーを形成する段階と、
   （ｇ）前記保護膜を取り除く段階と、
   を含む探針の製造方法。
9. 前記保護膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である、請求項８記載の探針の製造方法。
10. 前記（ｄ）段階の以後に追加保護膜を形成する段階と、前記（ｇ）段階の以後に前記追加保護膜を取り除く段階と、を更に含む、請求項８記載の探針の製造方法。
11. 前記保護膜はシリコン酸化膜であり、前記追加保護膜はシリコン窒化膜である、請求項１０記載の探針の製造方法。
12. 前記（ｅ）段階は、前記シリコンウェーハの下部面に前記カンチレバーのダミーパターン及び前記探針胴体を定義するフォトレジスト層を形成した後、ＤＲＩＥ工程により前記シリコンウェーハをエッチングすることにより行われる、請求項８乃至１１のいずれかに記載の探針の製造方法。
13. 前記（ｂ）段階はＤＲＩＥ工程により行われ、かつ前記（ｆ）段階はウェットエッチング工程により行われる、請求項８乃至１１のいずれかに記載の探針の製造方法。
14. 前記探針ティップは、請求項１に係る方法により製造されたものである、請求項８記載の探針の製造方法。
15. 前記探針ティップは、請求項２に係る方法により製造されたものである、請求項８記載の探針の製造方法。
16. 前記探針ティップは、請求項５に係る方法により製造されたものである、請求項８記載の探針の製造方法。
    

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