JP2825973B2 - 原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法 - Google Patents
原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法Info
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- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
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Description
のであり、とりわけ微小平板の自由端側先端部のエッジ
を探針として用いる原子間力顕微鏡用カンチレバーに関
するものである。
走査型トンネル顕微鏡(以後STMと呼ぶ)が開発されて
いる。しかし、STMは試料と探針間のトンネル電流を検
出して試料表面を観察するため、絶縁体表面は観察不可
能であった。この問題を解決するために試料と探針間に
働く原子間力を検出して試料表面を観察しようとする原
子間力顕微鏡(以後AFMと呼ぶ)が提案されている。AFM
では微小な力を検出するために、探針を有する長さ100
μm程度のカンチレバーが必要である。AFMの分解能は
探針の先端曲率半径に依存し、曲率半径が小さいほど分
解能は上がる。原子間力顕微鏡用カンチレバーの一例を
第3図に示す。この例ではカンチレバー9はSiO2薄膜あ
るいはSi3N4薄膜で形成され、平板形状のカンチレバー
となっており、カンチレバー先端部のエッジ10を探針と
して用いている。上記のようなAFM用カンチレバーは、
通常、フォトリソグラフィ技術により作製されている。
長さが100μm程度であるため、強度などを考慮し、厚
さは1〜1.5μm程度必要である。このようなカンチレ
バーを作製するためには、1〜1.5μm程度の厚さの薄
膜をエッチングしなければならない。通常のフォトリソ
グラフィ工程では、SiO2やSi3N4等のカンチレバー材料
薄膜上にフォトレジストを形成後、前記レジスト被覆部
分のみを残してエッチングを行う。このエッチングに
は、厚さが比較的厚いためドライエッチング法は不可能
で、ウェットエッチング法が用いられる。しかし、ウェ
ットエッチング法においても、このような厚さでは、エ
ッチング中にフォトレジストの剥離が生じる。この結
果、カンチレバー材料には、かなり大きなアンダーエッ
チングが発生し、作製されたカンチレバーは先端部分の
エッジの曲率半径が面内方向で1μm程度、面に垂直な
方向ではそれ以上のかなり大きなものとなってしまい、
このようなカンチレバーを用いた原子間力顕微鏡では原
子オーダの分解能は得られない。
レバーの課題を考慮し、原子オーダで観察可能な原子間
力顕微鏡が得られる原子間力顕微鏡用カンチレバーを提
供することを目的とする。
表面にカンチレバー材料とは異なる金属材料を成膜し、
金属薄膜表面にフォトリソグラフィ技術によりフォトレ
ジスト膜を形成し、金属薄膜をフォトレジスト膜の被覆
部分のみを残してエッチングし、さらに金属薄膜をエッ
チング用レジストとして、カンチレバー材料の薄膜をエ
ッチングすることを特徴とする原子間力顕微鏡用カンチ
レバーの製造方法である。
膜表面に成膜する金属膜の厚さは1000A程度あれば充分
なため、金属膜をエッチングするためのレジストとして
フォレジスト膜を用いても、剥離などの問題は生じな
い。またこの程度の厚さであれば、ウェットエッチング
法とドライエッチング法のどちらでもエッチング可能で
ある。さらに、金属膜はフォトレジスト膜と比較してカ
ンチレバー材料薄膜との接着性が良いため、金属膜をレ
ジストとしてカンチレバー材料薄膜を1〜1.5μm程度
エッチングしても、金属膜が剥離することがなく、非常
に精度よく、微小な先端曲率半径のエッジを有する原子
間力顕微鏡用カンチレバーが作製される。
る。
造プロセスを第1図(a)〜(d)に示す。厚さ300〜4
00μmのシリコン<100>基板1の両面に熱酸化法によ
り厚さ1.5μmのSiO2膜2を形成し、そのSiO2膜上に厚
さ1000AのCr膜3をスパッタリング法により成膜した。
さらにこのCr膜3上にフォトレジスト膜を塗布後、フォ
トリソグラフィ技術により長さ100μmのV形のカンチ
レバー形状を有するフォトレジスト膜4を作製した(第
1図(a)−1、(a)−2)。このフォトレジスト材
料には精度を上げるためにポジ型を用いた。
過塩素酸、水の混合液に浸し、Cr膜3をフォトレジスト
膜4の被覆部分のみを残してエッチングした(第1図
(b))。
混合液に浸し、Cr膜3をレジストとして厚さ1.5μmのS
iO2膜2をエッチングしカンチレバー5を作製した(第
1図(c))。
の下部のシリコン基板1を除去するために、基板1をエ
チレンジアミン、カテコール、水の100℃の混合液に浸
し、シリコン基板1を両面から異方性エッチングした
(第1図(d))。
バーの概略図を第2図に示す。シリコン基板1に長さ10
0μmのV形の形状のSiO2薄膜カンチレバー5が形成さ
れている。先端部分のエッジ8の曲率半径は、面内方向
で300A、面に垂直な方向で200Aであった。
すれば(第1図(c))、さらに先端曲率半径を小さく
することができた。
よりエッチングされたが、ドライエッチング法を用いる
とさらに精度が上がった。この場合には、CCl4を用いた
プラズマエッチング法によりエッチング可能であった。
Si3N4等のシリコン窒化物であってもよい。
は、Cr以外にも、Co、Fe、Al、W、Mo、Ti、Ta、Au、A
g、Pt、Ni、Rh、Zr、Hf、Nb等のカチレバー材料と接着
性の良い金属の使用が可能であった。中でもCr、Fe、C
o、Niにおいて特に接着性が良く、優れたカンチレバー
が得られた。
顕微鏡用カンチレバーが容易に作製でき、このカンチレ
バーを用いれば、分解能が非常に高く、絶縁体を含むあ
らゆる材料の表面形状を原子オーダで観察可能な原子間
力顕微鏡が得られる。
ンチレバーの製造プロセスを説明するための工程図、第
2図は上記実施例により作製した原子間力顕微鏡用カン
チレバーの概略斜視図、第3図は従来の原子間力顕微鏡
用カンチレバーの斜視図である。 1……シリコン基板、2……SiO2膜、3……Cr膜、4…
…フォトレジスト膜、5、9……カンチレバー、8、10
……カンチレバー先端部のエッジ。
Claims (3)
- 【請求項1】原子間力顕微鏡用カンチレバー材料の薄膜
表面に前記カンチレバー材料とは異なる金属材料を成膜
し、前記金属薄膜表面にフォトリソグラフィ技術により
フォトレジスト膜を形成し、前記金属薄膜を前記フォト
レジスト膜の被覆部分のみを残してエッチングし、さら
に前記金属薄膜をエッチング用レジストとして、前記カ
ンチレバー材料の薄膜をエッチングすることを特徴とす
る原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。 - 【請求項2】原子間力顕微鏡用カンチレバー材料が、シ
リコン酸化物あるいはシリコン窒化物であることを特徴
とする請求項1記載の原子間力顕微鏡用カンチレバーの
製造方法。 - 【請求項3】金属薄膜が、Cr、Fe、Ni、Co、A、l、
W、Mo、Ti、Ta、Au、Ag、Pt、Rh、Zr、Hf、Nbのいずれ
かであることを特徴とする請求項1記載の原子間力顕微
鏡用カンチレバーの製造方法。
Priority Applications (4)
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JP2334024A JP2825973B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法 |
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DE69107802T DE69107802T2 (de) | 1990-11-29 | 1991-11-26 | Verfahren zur Herstellung einer Auslegertastspitze zur Anwendung in einem Rasterkraftmikroskop. |
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Applications Claiming Priority (1)
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- 1991-11-26 EP EP91120092A patent/EP0488133B1/en not_active Expired - Lifetime
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