JP4145869B2 - 近接場光プローブの製作方法 - Google Patents
近接場光プローブの製作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4145869B2 JP4145869B2 JP2004357138A JP2004357138A JP4145869B2 JP 4145869 B2 JP4145869 B2 JP 4145869B2 JP 2004357138 A JP2004357138 A JP 2004357138A JP 2004357138 A JP2004357138 A JP 2004357138A JP 4145869 B2 JP4145869 B2 JP 4145869B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- silicon layer
- chip
- cantilever
- pattern
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 127
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 127
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 127
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- -1 boron ions Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 36
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 29
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 18
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 4
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004651 near-field scanning optical microscopy Methods 0.000 abstract description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 6
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 3
- 241000293849 Cordylanthus Species 0.000 description 2
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
- F16L41/02—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted
- F16L41/021—T- or cross-pieces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
- G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L19/00—Joints in which sealing surfaces are pressed together by means of a member, e.g. a swivel nut, screwed on or into one of the joint parts
- F16L19/02—Pipe ends provided with collars or flanges, integral with the pipe or not, pressed together by a screwed member
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1387—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector using the near-field effect
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
本発明は、近接場光顕微鏡または近接場光情報記憶装置などに適用される近接場光プローブの製作方法に係り、さらに詳しくは、カンチレバーと光チップが一体型になり、光チップが基板の上部を向かうように構成された近接場光プローブの製作方法に関する。
原子力顕微鏡(Atomic Force Microscopy)が発明されて以来、ナノメトールの分解能で試料の光学的、電気的、磁気的特性などを測定することが可能な走査プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscopy：ＳＰＭ）の応用に関する研究が活発に行われている。原子力顕微鏡は、カンチレバーによって支持され、数十ナノメートルサイズの鋭いチップ(tip)を有するプローブを備える。近接場光顕微鏡の場合、光が透過するように入射光の波長に対して透明な物質からなるチップの先端から近接場光が発生し、近接場光と試料間の相互作用により試料の光学的特性を調べる。
カンチレバー型の近接場光プローブは、主にシリコン基板を用いて製作し、プローブの形態によって、チップが基板に対して垂直に上向きになる構造とチップが基板に対して垂直に下向きになる構造とに大別される。
次に、チップが下向きになる構造を有する近接場光プローブの一例を図１ａ及び図１ｂに基づいて説明する。
図１ａを参照すると、シリコンの結晶方向による非等方性エッチング特性を用いて、プローブが形成されるべき部分のシリコン基板１に逆ピラミッド構造の溝を形成した後、全体上部面にシリコン酸化膜２及び金属層３を形成する。
図１ｂを参照すると、所定のマスクを用いて、前記プローブ部分の前記金属層３が露出するまで前記シリコン基板１の背面をエッチングすると、薄い厚さのシリコン基板１からなるカンチレバーが形成され、前記カンチレバーの終端部に、前記シリコン酸化膜２からなるプローブが形成される。この際、前記カンチレバーの他の終端部のシリコン基板１は、エッチングされないようにして、前記カンチレバーを支持する支持台の役割を行うようにする。その後、前記金属層３を除去して前記プローブの中央に孔４を形成し、光の透過を防止するために前記カンチレバー及びプローブの背面に金属５を蒸着する。
他の例として、シリコン酸化膜から光チップを構成し、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜からカンチレバーを構成する方法が提案された（非特許文献１参照）。この方法は、光チップ内のシリコンをまずエッチングし、酸化膜を蒸着する。この際、シリコンの結晶方向による酸化膜の成長速度差により（１１１）方向に厚いシリコン酸化膜が成長するが、これをマスクとして用いて、光チップの孔を、非等方性プラズマエッチング及びＨＦを用いた等方性エッチングによって開ける。
ところが、このような構造の近接場光プローブは、カンチレバーを移動してプローブを試料に近接させるとき、カンチレバーを支持する基板と試料とが衝突する可能性がある。
一方、チップが上向きになる構造の近接場光プローブは２つの方法で製作できる。一つは、チップとカンチレバーを、互いに異なる基板にそれぞれ製作した後、チップとカンチレバーとを結合する方法である（非特許文献２参照）。この場合、チップとカンチレバーを整列し接合する過程がさらに必要なので、工程上の難しさが伴う。
もう一つは、シリコン基板の表面部をエッチングしてチップの外郭形状を作った後、シリコン基板の背面をエッチングしてカンチレバーを製作し、チップ内のシリコンを除去する方法である（非特許文献３参照）。この方法によって近接場光プローブを製作すると、プローブを試料に近接させるとき、カンチレバーを支持する基板と試料との衝突が発生しない。ところが、チップ内のシリコンをエッチングし或いはチップの孔を開けることには難しさがある。すなわち、シリコン工程のためには、基板が一定の厚さを保たなければならないが、カンチレバーの形成のために基板の背面を相当部分除去した後、フォト工程によってチップの後面をパターニングしなければならないため、工程の進行に難しさがある。一方、Focused Ion Beam（ＦＩＢ）を用いると、精密にチップの孔を開けることができるが、この場合に高価の装備を必要とする。
近接場光プローブを光情報記憶装置に応用する場合、プローブの先端で透過する近接場光の透過率を高めなければ光の記録が不可能になる。これと関連しては、バーズビーク(Bird’s beak)効果を用いてチップの先端が放物線の形を成すようにすることにより透過率を向上させた研究結果などがある（非特許文献４参照）。
最近、光ファイバを用いてプローブを製作する方法が研究された。この方法は、光ファイバを伸ばして光ファイバの終端の幅が数十ナノメートルとなるように作る。光ファイバの終端と試料間の相互引力を用いて間隔を近く維持した状態で、光ファイバの終端から放出される近接場光と試料間の相互作用を測定し、試料の微視的光特性を研究する。ところが、光ファイバからプローブを構成すると、プローブの構造が力学的に非常に弱く、多重プローブの製作に難しさがある。
S. S. Choi et al., "Fabrication of subwavelength-size aperture for a near-field optical probe using various microfabrication procedures", J Vac. Sci. Technol. B. Vol. 21(1), p.p. 118-122, 2003
Yasuhiro Shimada et al., "Probe with tip having micro aperture for detecting or irradiating light, near-field optical microscope, recording/reproduction apparatus using the probe, and method of manufacturing the probe", U.S. Patent No. 6,201,226, 2001. 3. 13
P. Grabiec et al., "SNOM/AFM microprobe integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctional surface analysis", Microelectronic Engineering, Vol. 61-62, p.p. 981-986, 2002. 7
K. Song et al., "Fabrication of a high-throughput cantilever-style aperture tip by the use of the bird’s beak effect", Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42, Part 1, No. 7A, p.p. 4353-4356, 2003. 7
本発明の目的は、近接場光顕微鏡(Near-field Scanning Optical Microscopy：ＮＳＯＭ)で試料の微細光特性を分析することができ、光情報記憶装置で高密度の光を記録することが可能な近接場光プローブを提供することにある。
本発明の他の目的は、既存のシリコン工程により、光チップが基板の上部を向かう構造の近接場光プローブを製作し、試料との衝突が防止されるようにすることにある。
上記目的を達成するために、本発明の近接場光プローブの製作方法は、下部シリコン層、絶縁層及び上部シリコン層が積層された構造の基板上に、シリコンパターンと前記シリコンパターンの外部を取り囲む絶縁膜とからなるチップを形成する段階と、露出した部分の前記上部シリコン層にイオンを注入する段階と、全体上部面に絶縁膜を形成した後、前記チップの孔が形成されるべき部分の前記絶縁膜は除去され且つカンチレバー型のパターンは残留するように、前記絶縁膜をパターニングする段階と、露出した部分の前記上部シリコン層を除去し、前記絶縁膜と上部シリコン層とからなるカンチレバーを形成する段階と、前記チップ及びカンチレバーと対応する前記基板の底面の前記下部シリコン層及び前記絶縁層を順次除去する段階と、前記チップ内の前記シリコンパターンを除去して前記チップの孔を形成する段階とを含むことを特徴とする。
前記チップは、前記下部シリコン層、絶縁層及び上部シリコン層が積層された構造の基板上にマスクパターンを形成する段階と、露出した部分の前記上部シリコン層を所定の厚さエッチングし、前記マスクパターンの下部に円錐形の前記シリコンパターンが形成されるようにする段階と、前記シリコンパターンの表面に前記絶縁膜を形成する段階とによって形成されることを特徴とする。
前記シリコンパターンを形成するためのエッチング工程の際に前記マスクパターンの下部にアンダーカットが発生するようにして、前記マスクパターンと前記シリコンパターンとの接合面の幅がマイクロメートル（μｍ）以下となるようにすることを特徴とする。
前記絶縁膜は、前記シリコンパターンの表面を酸化させて形成するが、前記シリコンパターンの外郭が放物線の形を有し、前記マスクパターンと前記シリコンパターンとの接合面の幅が１００ｎｍ以下となるように成長させることを特徴とする。
前記イオンはホウ素イオンであり、前記ホウ素イオンを１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３以上の濃度で注入した後熱処理することを特徴とする。
前記チップ内の前記シリコンパターンを除去するとき、前記イオンの注入された上部シリコン層をエッチング阻止層として用いることを特徴とする。
前記チップ及びカンチレバーの表面に、光の透過を防止するための物質を蒸着する段階をさらに含み、前記光の透過を防止するための物質は金属であることを特徴とする。
本発明は、カンチレバーと光チップが一体型になり、光チップが基板の上部を向かう構造の近接場光プローブを製作することにより、構造が堅くてプローブが試料の表面に近接する際に基板と試料との衝突が発生しないという利点がある。
また、本発明は、ＳＯＩ基板の最上部シリコン層に高濃度のホウ素イオンを注入し、チップ内のシリコンをエッチングして孔を形成する過程で、ホウ素イオンの注入されたシリコン層がエッチング阻止層として作用するようにすることにより、カンチレバーが露出した状態でもチップ内のシリコンを容易に除去することができ、カンチレバーとチップを同時に製作するために工程が簡単である。
本発明によれば、一般的なシリコン工程を適用してウェーハ単位のアレイ型プローブの製作が可能となるため、データの記録及び再生速度が向上したアレイ型近接場光プローブを実現することができる。
本発明の近接場光プローブは、近接場光顕微鏡だけでなく、近接場光情報記憶装置にも応用できる。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図２ａ〜図２ｎは本発明の好適な実施例に係る近接場光プローブの製作方法を説明するための断面図である。
図２ａを参照すると、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)構造の基板１０の両面にＬＰＣＶＤ(low pressure chemical vapor deposition)法でシリコン窒化膜１１、１２を３００ｎｍ程度の厚さに蒸着する。
前記ＳＯＩ基板１０は、下部シリコン層１０ａ、シリコン酸化層１０ｂ及び上部シリコン層１０ｃが順次積層された構造を有する。
図２ｂを参照すると、チップ形成のためのマスクを用いて、前記基板１０の上面に形成されたシリコン窒化膜１１をパターニングする。この際、チップが形成されるべき部分を除いた残り部分のシリコン窒化膜１１は、ＲＩＥ(Reactive Ion Etcher)又はリン酸溶液（Ｈ３ＰＯ４）を用いてエッチングする。
前記パターニングされたシリコン窒化膜１１をマスクとして用いたエッチング工程により露出した部分の前記上部シリコン層１０ｃを所定の厚さエッチングする。この際、シリコン窒化膜１１のマスクの下部にアンダーカット(Under cut)が発生するようにして、シリコン窒化膜１１と上部シリコン層１０ｃとの接合面の幅がマイクロメートル（μｍ）以下となるように調節する。好ましくは、前記シリコン窒化膜１１と上部シリコン層１０ｃとの接合面の幅が、近接場光顕微鏡に用いられる光の波長程度となるようにするが、例えば６５０ｎｍ波長の光を使用する場合、６００〜７００ｎｍとなるようにする。
前記シリコン窒化膜１１のマスクの下部にチップ形状を作るための前記上部シリコン層１０ｃのエッチング工程としては、ＨＦ／ＨＮＯ３／ＣＨ３ＣＯＯＨ混合溶液、ＫＯＨ溶液、ＴＭＡＨ(Tetramethylammonium hydroxide)溶液を用いたウェット工程で行うか、或いはＤＲＩＥ(deep-RIE)工程で行う。
図２ｃを参照すると、９５０〜１０００℃の温度で前記上部シリコン層１０ｃの表面にシリコン酸化膜１３を所定の厚さ成長させ、チップ形状の外郭が放物線の形を持つように作る。この際、前記シリコン酸化膜１３の成長厚さを調節し、チップの孔が形成されるべき部分、すなわち前記シリコン窒化膜１１と接する前記上部シリコン層１０ｃの幅が１００ｎｍ以下となるようにする。近接場光顕微鏡の分解能または光情報記憶密度は、孔のサイズに依存するため、前記シリコン窒化膜１１と接する前記上部シリコン層１０ｃの幅を１０〜１００ｎｍ程度に調節することが好ましい。
図２ｄを参照すると、前記チップ形状部分のシリコン酸化膜１３の一部を除いた残り部分のシリコン酸化膜１３をＨＦ溶液を用いて除去する。
図２ｅを参照すると、露出した部分の前記上部シリコン層１０ｃに１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３以上の高濃度ホウ素Ｂイオンを所定の深さ注入した後熱処理する。前記熱処理は、急速熱処理装置を用いる場合には１０５０℃で３０秒間行い、一般熱処理装置を用いる場合には１０００℃で３０分間行うことができる。
エッチング液の種類、濃度及び温度によって異なるが、ホウ素イオンが約６×１０１９ｉｏｎｓ／ｃｍ３の濃度で注入されると、エッチング率が５０％程度減少し、１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３以上の濃度で注入されると、ＫＯＨなどのシリコンエッチング液でのシリコンのエッチング速度が大幅減少する。たとえば、３×１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３の濃度でエッチング率が５０％以下に減少する。したがって、チップ孔の高さがカンチレバーの厚さの５〜１０倍に設計される場合、１×１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３〜３×１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３の濃度で注入されると、エッチング阻止層の役割を十分行うことができる。また、前記イオンとして１４Ｎ＋イオンを用いることができるが、１０２１ｉｏｎｓ／ｃｍ３以上の濃度で１４Ｎ＋イオンが注入されると、ＥＤＰ(Ethylenediamine, Water, Pyrocatechol)溶液でシリコンが殆どエッチングされない。したがって、チップの孔を形成するためのシリコンエッチングの際に高濃度のイオンが注入された部分の上部シリコン層１０ｃは、エッチング阻止層の役割をする。よって、エッチングされずに残留した上部シリコン層１０ｃがカンチレバーを成す。
図２ｆを参照すると、マスクとして用いられた前記シリコン窒化膜１１をリン酸溶液で除去する。
図２ｇを参照すると、全体上部面にローストレス(low stress)シリコン窒化膜１４を蒸着する。前記シリコン窒化膜１４は、チップの孔を形成するためのシリコンエッチング過程でカンチレバーになる上部シリコン層１０ｃの表面を保護する。前記シリコン窒化膜１４のような保護膜を蒸着しない場合、チップの孔を形成するためのシリコンエッチング過程で上部シリコン層１０ｃの上部面と下部面が同時にエッチング液に露出するため、カンチレバーを構成する上部シリコン層１０ｃの厚さが薄くなる。
この際、前記上部シリコン層１０ｃに注入されたイオンの濃度が十分高くてシリコンとのエッチング比が非常に大きい場合、前記シリコン窒化膜１４の形成工程を省略することもできる。
図２ｈを参照すると、カンチレバー製作用マスクを用いたフォト及びエッチング工程で前記シリコン窒化膜１４をカンチレバーの形にパターニングする。この際、リン酸溶液を用いて前記シリコン窒化膜１４をエッチングするが、チップの孔を容易に形成できるようにするため、チップの孔が形成されるべき部分の前記シリコン酸化膜１３を一部露出させる。前記シリコン窒化膜１４を除去する過程で前記基板１０の下部面のシリコン窒化膜１２も共に除去されるようにする。
図２ｉを参照すると、カンチレバーの形にパターニングされた前記シリコン窒化膜１４をマスクとして用いたエッチング工程により、露出した部分の前記上部シリコン層１０ｃをエッチングし、前記シリコン窒化膜１４と上部シリコン層１０ｃからなるカンチレバーを形成する。
図２ｊを参照すると、前記基板１０の下部シリコン層１０ａの底面にＰＥＣＶＤ法でシリコン酸化膜１５を３μｍ程度の厚さに形成する。所定のマスクを用いたフォト及びエッチング工程により、前記カンチレバーパターンと整列(align)されるように前記シリコン酸化膜１５をパターニングする。この際、前記シリコン酸化膜１５はＲＩＥ法またはＨＦ溶液でエッチングする。
図２ｋを参照すると、前記パターニングされたシリコン酸化膜１５をマスクとして用いたエッチング工程により、露出した部分の前記下部シリコン層１０ａを除去して前記チップとカンチレバーの下部の前記シリコン酸化層１０ｂを露出させる。この際、前記カンチレバーを支持する部分の下部シリコン層１０ａは、前記シリコン酸化膜１５のマスクによって除去されない。前記エッチング工程は、ＤＲＩＥ法で行うか、或いはＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＥＤＰなどの非等方性エッチング溶液を用いて行う。
図２ｌを参照すると、前記シリコン酸化膜１５マスクを用いたエッチング工程により、露出した部分の前記シリコン酸化層１０ｂを除去する。前記シリコン酸化層１０ｂが除去されることにより、前記チップとカンチレバーの下部が露出する。前記エッチング工程は、ＲＩＥ法で行うか、或いはＨＦ溶液を用いて行う。
図２ｍを参照すると、ＫＯＨ溶液又はＥＤＰ(Ethylene Diamine Pyrocathecol)溶液を用いて前記チップ内の上部シリコン層１０ｃをエッチングする。前記エッチング溶液に対して露出した部分の上部シリコン層１０ｃがエッチングされるが、カンチレバーが形成されるべき部分の露出した上部シリコン層１０ｃがエッチングされる過程でエッチング阻止層として作用する高濃度ホウ素イオン注入層が露出すると、エッチング速度が減少する。したがって、カンチレバーを構成する上部シリコン層１０ｃが露出した状態でもチップ内の上部シリコン層１０ｃが完全エッチングされて孔１６が形成される。
図２ｎを参照すると、前記チップ形状を含む前記シリコン窒化膜１４上に、光の透過を防止するための物質１７を１００ｎｍ以下の厚さに蒸着する。前記光の透過を防止するための物質１７としてはアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。
また、本発明は、他の実施例として、下部シリコン層、絶縁層及び上部シリコン層が積層された構造の基板上に、シリコンパターンと前記シリコンパターンの外部を取り囲む絶縁膜からなるチップを形成することができる。前記基板上にチップを形成した後、露出した部分の前記上部シリコン層にイオンを注入する。全体上部面に絶縁膜を形成した後、前記チップの孔が形成されるべき部分の前記絶縁膜は除去され且つカンチレバー型のパターンは残留するように前記絶縁膜をパターニングし、露出した部分の前記上部シリコン層を除去して、前記絶縁膜と上部シリコン層とからなるカンチレバーを形成する。前記チップ及びカンチレバーと対応する前記基板の底面の前記下部シリコン層及び前記絶縁層を順次除去した後、前記チップ内の前記シリコンパターンを除去して前記チップの孔を形成する。その後、前記チップ及びカンチレバーの表面に、光の透過を防止するための物質を蒸着し、近接場光プローブを完成する。
図３は上述した本発明の製作過程によって得られる近接場光プローブアレイの平面図である。
一側部が基板１０によって支持される多数のカンチレバー２０が互いに平行に配列され、各カンチレバー２０の他側の終端部には孔１６付きチップ３０がそれぞれ形成される。
前記基板１０は、下部シリコン層１０ａ、シリコン酸化層１０ｂ及び上部シリコン層１０ｃが順次積層されたＳＯＩ構造を有する。前記各カンチレバー２０はイオンの注入された上部シリコン層１０ｃ及びシリコン窒化膜１４が積層された構造を有し、前記チップ３０は傾いた側壁を有する円錐形のシリコン酸化膜１３からなる。
本発明によれば、一般的なシリコン配置工程を用いて、図３のように構成された近接場光プローブアレイをウェーハ単位で容易に製作することができる。近接場光プローブをアレイタイプに製作すると、時間当たりデータの伝送量を増加させることができるため、低いスキャニング速度の欠点を補完することができる。
１ シリコン基板
２、１３、１５ シリコン酸化膜
３ 金属層
４、１６ 孔
５、１７ 金属
１０ 基板
１０ａ 下部シリコン層
１０ｂ シリコン酸化層
１０ｃ 上部シリコン層
１１、１２、１４ シリコン窒化膜
２０ カンチレバー
３０ チップ
２、１３、１５ シリコン酸化膜
３ 金属層
４、１６ 孔
５、１７ 金属
１０ 基板
１０ａ 下部シリコン層
１０ｂ シリコン酸化層
１０ｃ 上部シリコン層
１１、１２、１４ シリコン窒化膜
２０ カンチレバー
３０ チップ
Claims (14)
- 下部シリコン層、絶縁層及び上部シリコン層が積層された構造の基板上に、シリコンパ
ターンと前記シリコンパターンの外部を取り囲む絶縁膜とからなるチップを形成する段階
と、
露出した部分の前記上部シリコン層にイオンを注入する段階と、
前記上部シリコン層をパターニングしてカンチレバーを形成する段階と、
前記チップ及びカンチレバーと対応する前記基板の底面の前記下部シリコン層及び前記
絶縁層を順次除去する段階と、
前記イオンの注入された上部シリコン層をエッチング阻止層として用いて、前記チップ内の前記シリコンパターンを除去して前記チップの孔を形成する段階とを含
むことを特徴とする近接場光プローブの製作方法。 - 前記チップは、
前記下部シリコン層、絶縁層及び上部シリコン層が積層された構造の基板上にマスクパ
ターンを形成する段階と、
露出した部分の前記上部シリコン層を所定の厚さエッチングし、前記マスクパターンの
下部に円錐形の前記シリコンパターンが形成されるようにする段階と、
前記シリコンパターンの表面に前記絶縁膜を形成する段階とによって形成されることを
特徴とする請求項１記載の近接場光プローブの製作方法。 - 前記マスクパターンはシリコン窒化膜で形成することを特徴とする請求項２記載の近接
場光プローブの製作方法。 - 前記シリコンパターンを形成するためのエッチング工程の際に前記マスクパターンの下
部にアンダーカットが発生するようにして、前記マスクパターンと前記シリコンパターン
との接合面の幅が６００〜７００μｍとなるようにすることを特徴とする請求項２記載の
近接場光プローブの製作方法。 - 前記エッチング工程は、ＨＦ／ＨＮＯ３／ＣＨ３ＣＯＯＨ混合溶液、ＫＯＨ溶液または
ＴＭＡＨ溶液を用いたウェット工程またはＤＲＩＥ工程で行うことを特徴とする請求項４
記載の近接場光プローブの製作方法。 - 前記絶縁膜は、前記シリコンパターンの表面を酸化させて形成するが、前記シリコンパ
ターンの外郭が放物線の形を有し、前記マスクパターンと前記シリコンパターンとの接合
面の幅が１０〜１００ｎｍとなるように成長させることを特徴とする請求項２記載の近接
場光プローブの製作方法。 - 前記酸化工程は９５０〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする請求項６記載の近接
場光プローブの製作方法。 - 前記イオンはホウ素イオンまたは１４Ｎ＋イオンであり、前記イオン注入した後熱処理
することを特徴とする請求項１記載の近接場光プローブの製作方法。 - 前記ホウ素イオンは６×１０１９ｉｏｎｓ／ｃｍ３〜３×１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３の
濃度で注入することを特徴とする請求項８記載の近接場光プローブの製作方法。 - 前記カンチレバーは、
全体上部面に絶縁膜を形成した後、前記チップの孔が形成されるべき部分の前記絶縁膜
は除去され且つカンチレバー型のパターンは残留するように、前記絶縁膜をパターニング
する段階と、
露出した部分の前記上部シリコン層を除去し、前記絶縁膜と上部シリコン層とからなる
カンチレバーを形成する段階とによって形成することを特徴とする請求項１記載の近接場
光プローブの製作方法。 - 前記チップ内の前記シリコンパターンはＫＯＨ、ＴＭＡＨ又はＥＤＰ溶液で除去するこ
とを特徴とする請求項１記載の近接場光プローブの製作方法。 - 前記チップ及びカンチレバーの表面に、光の透過を防止するための物質を蒸着する段階
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の近接場光プローブの製作方法。 - 前記光の透過を防止するための物質が金属であることを特徴とする請求項１２記載の近
接場光プローブの製作方法。 - 下部シリコン層、絶縁層及び上部シリコン層が積層された構造の基板上に第１マスクパ
ターンを形成する段階と、
露出した部分の前記上部シリコン層を所定の厚さエッチングして前記第１マスクパター
ンの下部にチップ形状が作られるようにする段階と、
前記チップ形状の前記上部シリコン層の表面にシリコン酸化膜を成長させる段階と、
カンチレバーが形成されるべき部分の前記上部シリコン層にイオンを注入する段階と、
前記第１マスクパターンを除去した後、全体上部面にシリコン窒化膜を形成する段階と
、
前記チップの孔が形成されるべき部分の前記シリコン窒化膜は除去され且つカンチレバ
ー型のパターンは残留するように、前記シリコン窒化膜をパターニングする段階と、
露出した部分の前記上部シリコン層を除去し、前記シリコン窒化膜と上部シリコン層と
からなるカンチレバーを形成する段階と、
前記基板の下部シリコン層の底面に第２マスクパターンを形成した後、露出した部分の
前記下部シリコン層及び前記絶縁層を順次除去する段階と、
前記イオンの注入された上部シリコン層をエッチング阻止層として用いて、前記チップ内の前記上部シリコン層を除去して前記チップの孔を形成する段階と、
前記チップ及びカンチレバーの表面に、光の透過を防止するための物質を蒸着する段階
とを含むことを特徴とする近接場光プローブの製作方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040026951A KR100566810B1 (ko) | 2004-04-20 | 2004-04-20 | 근접광 탐침의 제작 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005308715A JP2005308715A (ja) | 2005-11-04 |
| JP4145869B2 true JP4145869B2 (ja) | 2008-09-03 |
Family
ID=35095201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004357138A Expired - Fee Related JP4145869B2 (ja) | 2004-04-20 | 2004-12-09 | 近接場光プローブの製作方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7393713B2 (ja) |
| JP (1) | JP4145869B2 (ja) |
| KR (1) | KR100566810B1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006047326A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-04 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Sacrificial substrate for etching |
| KR100753828B1 (ko) * | 2005-12-07 | 2007-08-31 | 한국전자통신연구원 | 입사광의 보강간섭을 이용한 광 탐침, 그 광 탐침을 포함한광정보 저장장치 및 그 광 탐침의 제조방법 |
| US7550311B2 (en) | 2005-12-07 | 2009-06-23 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Near-field optical probe based on SOI substrate and fabrication method thereof |
| KR100753841B1 (ko) * | 2005-12-07 | 2007-08-31 | 한국전자통신연구원 | Ｓｏｉ 기판 기반의 근접장 탐침 및 그 제조 방법 |
| KR100722555B1 (ko) * | 2005-12-23 | 2007-05-28 | 한국기계연구원 | 개구부와 나노 스케일의 팁을 구비하는 다기능 주사 탐침의제조 방법 |
| US20100188773A1 (en) * | 2009-01-29 | 2010-07-29 | Seagate Technology Llc | Multiferroic Storage Medium |
| US9038269B2 (en) * | 2013-04-02 | 2015-05-26 | Xerox Corporation | Printhead with nanotips for nanoscale printing and manufacturing |
| KR101667856B1 (ko) * | 2014-12-18 | 2016-10-20 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 프로브 팁 제조방법 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08313541A (ja) | 1995-05-16 | 1996-11-29 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法 |
| JPH10293134A (ja) * | 1997-02-19 | 1998-11-04 | Canon Inc | 光検出または照射用のプローブ、及び該プローブを備えた近視野光学顕微鏡・記録再生装置・露光装置、並びに該プローブの製造方法 |
| JPH11166935A (ja) | 1997-09-25 | 1999-06-22 | Canon Inc | 光検出または照射用の光プローブと該プローブを備えた近視野光学顕微鏡、及該光プローブの製造方法とその製造に用いる基板 |
| JPH11271347A (ja) | 1998-03-23 | 1999-10-08 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法 |
| JP3600433B2 (ja) | 1998-03-26 | 2004-12-15 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 走査型プローブとその製造方法及び走査型プローブ顕微鏡 |
| JP3513448B2 (ja) * | 1999-11-11 | 2004-03-31 | キヤノン株式会社 | 光プローブ |
| JP2004039041A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | 平面型プローブ、その製造方法及び光ピックアップ装置 |
| KR100499029B1 (ko) * | 2002-10-22 | 2005-07-01 | 한국전자통신연구원 | 광 정보 저장장치의 헤드에 적용 가능한 캔티레버형근접장 탐침 구조 및 그 제작 방법 |
| US6886395B2 (en) * | 2003-01-16 | 2005-05-03 | Veeco Instruments Inc. | Method of fabricating a surface probing device and probing device produced thereby |
-
2004
- 2004-04-20 KR KR1020040026951A patent/KR100566810B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2004-12-09 JP JP2004357138A patent/JP4145869B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-27 US US11/020,180 patent/US7393713B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050102158A (ko) | 2005-10-25 |
| US20050230345A1 (en) | 2005-10-20 |
| JP2005308715A (ja) | 2005-11-04 |
| KR100566810B1 (ko) | 2006-04-03 |
| US7393713B2 (en) | 2008-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6215114B1 (en) | Optical probe for detecting or irradiating light and near-field optical microscope having such probe and manufacturing method of such probe | |
| US7861316B2 (en) | Microscope probe having an ultra-tall tip | |
| Grow et al. | Silicon nitride cantilevers with oxidation-sharpened silicon tips for atomic force microscopy | |
| JPH04231811A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその作製方法 | |
| JP3524343B2 (ja) | 微小開口の形成方法と微小開口を有する突起、及びそれらによるプローブまたはマルチプローブ、並びに該プローブを用いた表面観察装置、露光装置、情報処理装置 | |
| US8828243B2 (en) | Scanning probe having integrated silicon tip with cantilever | |
| JP4145869B2 (ja) | 近接場光プローブの製作方法 | |
| US11592462B2 (en) | Diamond probe hosting an atomic sized defect | |
| US8398867B2 (en) | Video rate-enabling probes for atomic force microscopy | |
| JP3572066B2 (ja) | カンチレバー型近接場探針構造体及びその作製方法 | |
| JPH08262040A (ja) | Ａｆｍカンチレバー | |
| JP4271703B2 (ja) | Ｓｏｉ基板を用いた近接場探針及びその製造方法 | |
| CN113582129B (zh) | 一种基于金属辅助化学蚀刻的大高宽比探针及其制造方法 | |
| US7119332B2 (en) | Method of fabricating probe for scanning probe microscope | |
| JP3817498B2 (ja) | 近接場光用の探針を有するプローブの製造方法 | |
| Song et al. | Fabrication of a high-throughput cantilever-style aperture tip by the use of the bird's-beak effect | |
| JP2003194697A (ja) | グレーティングカップラを有する探針及びその製造方法、該探針を有するプローブ、及び該プローブを有する情報処理装置、表面観察装置、露光装置、該露光装置による光学素子 | |
| WO2016004261A1 (en) | Batch processed plasmonic tips with large field enhancement | |
| RU2121657C1 (ru) | Способ формирования кантилевера сканирующего зондового микроскопа | |
| JP4450976B2 (ja) | 光学的な開口の作製方法 | |
| KR100617470B1 (ko) | 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및그 제조방법 | |
| KR100744565B1 (ko) | 실리콘 질화층 기반의 근접장 탐침 및 그 제조 방법 | |
| JPH11230974A (ja) | プローブ及びその作製方法 | |
| JP4087034B2 (ja) | 近視野光デバイスとその製造方法 | |
| JPH05299015A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080201 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080425 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080523 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080618 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110627 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120627 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |