JPH04350509A - 尖鋭な金属針を持つ原子間力顕微鏡のカンチレバー製造法 - Google Patents
尖鋭な金属針を持つ原子間力顕微鏡のカンチレバー製造法Info
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- JPH04350509A JPH04350509A JP3123962A JP12396291A JPH04350509A JP H04350509 A JPH04350509 A JP H04350509A JP 3123962 A JP3123962 A JP 3123962A JP 12396291 A JP12396291 A JP 12396291A JP H04350509 A JPH04350509 A JP H04350509A
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
- G01Q70/08—Probe characteristics
- G01Q70/14—Particular materials
-
- 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
-
- G—PHYSICS
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- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
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- G01Q60/40—Conductive probes
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- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、原子間力顕微鏡にお
いて試料表面の原子との原子間力を測定するカンチレバ
ーの製造法に関する。
いて試料表面の原子との原子間力を測定するカンチレバ
ーの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、図７に示すように、例えば、窒化
シリコンやタングステンなどのピラミッド状の針（底辺
６マイクロメートル（μｍ）、高さ７μｍ）を持つ長さ
１００μｍ、幅１０μｍのカンチレバーや針を持たない
カンチレバーの構造、及びその製造法が、例えば、米国
特許４９１２８２２号、４９１６００２号に開示されて
いる。すなわち、シリコン基板上にピラミッド状の穴を
開け、その上にカンチレバーを構成する薄膜を形成し、
フォトリソグラフィの手法を用いてカンチレバーの形状
を形成し、ガラスを保持体として前記薄膜層と接合させ
るカンチレバーの製造法である。
シリコンやタングステンなどのピラミッド状の針（底辺
６マイクロメートル（μｍ）、高さ７μｍ）を持つ長さ
１００μｍ、幅１０μｍのカンチレバーや針を持たない
カンチレバーの構造、及びその製造法が、例えば、米国
特許４９１２８２２号、４９１６００２号に開示されて
いる。すなわち、シリコン基板上にピラミッド状の穴を
開け、その上にカンチレバーを構成する薄膜を形成し、
フォトリソグラフィの手法を用いてカンチレバーの形状
を形成し、ガラスを保持体として前記薄膜層と接合させ
るカンチレバーの製造法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のカンチ
レバーにおいては針を持たないか、あるいはカンチレバ
ーの先端に構成された針の形状がピラミッド状であり、
その先端角は７２度と鈍角である。このため図７に示す
ように、測定部２６が試料２７表面の深い穴、溝や高い
突起などである場合、針の先端以外の場所が試料表面の
原子との原子間力を受けてしまう。すなわち、図８（Ｂ
），（Ｃ）に示すように針の先端が試料表面の形状に追
従できず、図９（Ｂ），（Ｃ）に示すように出力波形が
試料表面の形状を再現できなくなり、分解能が低くなる
という課題があった。
レバーにおいては針を持たないか、あるいはカンチレバ
ーの先端に構成された針の形状がピラミッド状であり、
その先端角は７２度と鈍角である。このため図７に示す
ように、測定部２６が試料２７表面の深い穴、溝や高い
突起などである場合、針の先端以外の場所が試料表面の
原子との原子間力を受けてしまう。すなわち、図８（Ｂ
），（Ｃ）に示すように針の先端が試料表面の形状に追
従できず、図９（Ｂ），（Ｃ）に示すように出力波形が
試料表面の形状を再現できなくなり、分解能が低くなる
という課題があった。
【０００４】そこでこの発明の目的は、従来のこのよう
な課題を解決するため尖鋭な形状と先端角を持つ針を持
ったカンチレバーを得ることである。
な課題を解決するため尖鋭な形状と先端角を持つ針を持
ったカンチレバーを得ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明はカンチレバーの製造法において、シリコ
ンウエハー上に多数作られたカンチレバーのバネ要素上
の金属針を、電極層及び電気絶縁層を設け、電解研磨プ
ロセスを用いることにより１度に尖鋭な形状と先端角を
持つ針とすることが図れるようにした。
に、この発明はカンチレバーの製造法において、シリコ
ンウエハー上に多数作られたカンチレバーのバネ要素上
の金属針を、電極層及び電気絶縁層を設け、電解研磨プ
ロセスを用いることにより１度に尖鋭な形状と先端角を
持つ針とすることが図れるようにした。
【０００６】
【作用】上記のように構成されたカンチレバーにおいて
は、ピラミッド状の針では追従できないような試料表面
状態であっても、電解研磨プロセスにより形成された金
属針はその先端が充分に尖鋭なため、金属針の先端が試
料表面を追従する事が可能となる。このため試料表面の
原子と金属針の先端の原子との原子間力によりカンチレ
バー全体が変位し、その変位量により試料表面の原子像
が得られることとなる。すなわち、本発明のカンチレバ
ーを使用する原子間力顕微鏡においては、装置の出力波
形は試料表面の形状を忠実に再現し、高分解能の測定が
可能となる。
は、ピラミッド状の針では追従できないような試料表面
状態であっても、電解研磨プロセスにより形成された金
属針はその先端が充分に尖鋭なため、金属針の先端が試
料表面を追従する事が可能となる。このため試料表面の
原子と金属針の先端の原子との原子間力によりカンチレ
バー全体が変位し、その変位量により試料表面の原子像
が得られることとなる。すなわち、本発明のカンチレバ
ーを使用する原子間力顕微鏡においては、装置の出力波
形は試料表面の形状を忠実に再現し、高分解能の測定が
可能となる。
【０００７】
【実施例】
（実施例１）以下に、この発明の実施例を図に基づいて
説明する。図１に電解研磨プロセスによる金属針１の尖
鋭化の概略手順を示す。まず、図１（Ａ）のようにバネ
要素２の任意の位置に電解研磨を行う金属立体構造体３
とカンチレバーの全面あるいはその一部に前記金属立体
構造体３と電気的に導通した電極層４と電極層４の腐食
を防ぐ電気絶縁層５と外部リード線６（図１（Ｂ）参照
）に電極層４を接続するためのコンタクトホール７を構
成する。電極層４は電解研磨を行う金属より、酸あるい
はアルカリに弱く除去の可能な金属であれば材質は限定
されない（例えば銅やアルミニウムなど）。また、電気
絶縁層５は電極層４を保護するため絶縁性が高く、緻密
な膜ほど良いが、電解研磨後のプロセスで除去の可能な
材質が望ましい（例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒
化膜など）。次に、図１（Ｂ）のように電極層４の一部
から電気絶縁層５に設けられたコンタクトホール７を介
してリード線６を接続し、電解研磨液８（電解研磨する
金属により組成は異なる。例えばタングステンの場合１
０％ ＮａＯＨ溶液など）中に置かれた電極系９に電
位制御装置１０を介して結線する。カンチレバー全体を
電解研磨液８中につけ、電解研磨に必要な電位をかけ、
所定の電流を一定時間流し、電解研磨を行う（電解研磨
を行う金属針１（図１（Ｃ）参照）の大きさや材質によ
り、電解研磨の条件は異なる。例えばタングステンの場
合６Ｖ、３〜６Ａ／ｄｍ２、１５分）。この時、電極層
４は電気絶縁層５により保護され、電解研磨を受けない
。そして図１（Ｃ）、（Ｄ）のように電解研磨終了後、
電極層４及び、電気絶縁層５はそれぞれ除去を行う。
説明する。図１に電解研磨プロセスによる金属針１の尖
鋭化の概略手順を示す。まず、図１（Ａ）のようにバネ
要素２の任意の位置に電解研磨を行う金属立体構造体３
とカンチレバーの全面あるいはその一部に前記金属立体
構造体３と電気的に導通した電極層４と電極層４の腐食
を防ぐ電気絶縁層５と外部リード線６（図１（Ｂ）参照
）に電極層４を接続するためのコンタクトホール７を構
成する。電極層４は電解研磨を行う金属より、酸あるい
はアルカリに弱く除去の可能な金属であれば材質は限定
されない（例えば銅やアルミニウムなど）。また、電気
絶縁層５は電極層４を保護するため絶縁性が高く、緻密
な膜ほど良いが、電解研磨後のプロセスで除去の可能な
材質が望ましい（例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒
化膜など）。次に、図１（Ｂ）のように電極層４の一部
から電気絶縁層５に設けられたコンタクトホール７を介
してリード線６を接続し、電解研磨液８（電解研磨する
金属により組成は異なる。例えばタングステンの場合１
０％ ＮａＯＨ溶液など）中に置かれた電極系９に電
位制御装置１０を介して結線する。カンチレバー全体を
電解研磨液８中につけ、電解研磨に必要な電位をかけ、
所定の電流を一定時間流し、電解研磨を行う（電解研磨
を行う金属針１（図１（Ｃ）参照）の大きさや材質によ
り、電解研磨の条件は異なる。例えばタングステンの場
合６Ｖ、３〜６Ａ／ｄｍ２、１５分）。この時、電極層
４は電気絶縁層５により保護され、電解研磨を受けない
。そして図１（Ｃ）、（Ｄ）のように電解研磨終了後、
電極層４及び、電気絶縁層５はそれぞれ除去を行う。
【０００８】図１では電解研磨プロセスの行い方を示す
一例として、カンチレバーの形状を形成後、電解研磨の
プロセスを行う例を提示したが、電解研磨プロセスをカ
ンチレバーの製造プロセス中において行う順番を限定す
るものではない。 （実施例２）図２において、本発明の電解研磨プロセス
により尖鋭化された金属の針１を持つカンチレバーの製
造法の一例の工程図を詳細に示す。
一例として、カンチレバーの形状を形成後、電解研磨の
プロセスを行う例を提示したが、電解研磨プロセスをカ
ンチレバーの製造プロセス中において行う順番を限定す
るものではない。 （実施例２）図２において、本発明の電解研磨プロセス
により尖鋭化された金属の針１を持つカンチレバーの製
造法の一例の工程図を詳細に示す。
【０００９】（Ａ）シリコンの単結晶基板（１、０、０
）１１の上面に電極層４を形成する。電極層４の材質は
銅やアルミニウム、タングステンなどを蒸着やスパッタ
により厚さ０．２μｍ程度成膜する。この電極層４は後
の工程で除去の可能な導電性の高いものであれば、材質
は限定されない。 （Ｂ）前記電極層４の上面に薄膜層１２を形成する。こ
の薄膜層１２は後の工程で原子間力を検出するバネ要素
２を形成する層であり、緻密で電気的に絶縁性の膜を使
用する。（例えばシリコンの酸化膜＜厚さ：０．８〜１
．６μｍ＞やシリコンの窒化膜＜厚さ：０．２〜０．６
μｍ＞など） （Ｃ）前記薄膜層１２をフォトリソグラフィを用いてバ
ネ要素２の形状とともに、電極層４と電気的導通をとる
直径１〜２０μｍの微小穴１３およびコンタクトホール
７を形成する。このときのバネ要素２の形状はバネ定数
０．０００１〜２．００Ｎ／ｍ、共振周波数が０．１〜
３００ｋＨｚである物理的特性を有し、大きさが１０〜
５００μｍ、幅１〜５０μｍである。
）１１の上面に電極層４を形成する。電極層４の材質は
銅やアルミニウム、タングステンなどを蒸着やスパッタ
により厚さ０．２μｍ程度成膜する。この電極層４は後
の工程で除去の可能な導電性の高いものであれば、材質
は限定されない。 （Ｂ）前記電極層４の上面に薄膜層１２を形成する。こ
の薄膜層１２は後の工程で原子間力を検出するバネ要素
２を形成する層であり、緻密で電気的に絶縁性の膜を使
用する。（例えばシリコンの酸化膜＜厚さ：０．８〜１
．６μｍ＞やシリコンの窒化膜＜厚さ：０．２〜０．６
μｍ＞など） （Ｃ）前記薄膜層１２をフォトリソグラフィを用いてバ
ネ要素２の形状とともに、電極層４と電気的導通をとる
直径１〜２０μｍの微小穴１３およびコンタクトホール
７を形成する。このときのバネ要素２の形状はバネ定数
０．０００１〜２．００Ｎ／ｍ、共振周波数が０．１〜
３００ｋＨｚである物理的特性を有し、大きさが１０〜
５００μｍ、幅１〜５０μｍである。
【００１０】（Ｄ）上記のバネ要素２の上面に厚さ１〜
６０μｍの間隔保持層１４を形成する。この間隔保持層
１４は後に完全に除去する必要があるため、酸やアルカ
リにより簡単に腐食する銅のような金属を用いる。 （Ｅ）前記間隔保持層１４の上面にマスク層１５を形成
する。このマスク層１５には間隔保持層１４よりも酸や
アルカリに腐食しにくい金属の薄膜やシリコンの酸化膜
、窒化膜を厚さ１μｍ以下で用いる。
６０μｍの間隔保持層１４を形成する。この間隔保持層
１４は後に完全に除去する必要があるため、酸やアルカ
リにより簡単に腐食する銅のような金属を用いる。 （Ｅ）前記間隔保持層１４の上面にマスク層１５を形成
する。このマスク層１５には間隔保持層１４よりも酸や
アルカリに腐食しにくい金属の薄膜やシリコンの酸化膜
、窒化膜を厚さ１μｍ以下で用いる。
【００１１】（Ｆ）前記マスク層１５に微小なマスク穴
１６を前記薄膜層１２にあけた微小穴１３の上方に位置
し、マスク穴１６の直径は薄膜層の微小穴１３の１／５
〜１／２程度となるように開ける。 （Ｇ）前記マスク穴１６を開けたエッチング液は同時に
マスク層１５の下面に位置する間隔保持層１４を大きく
エッチングする。このときのエッチング条件と選択比は
温度及びマスク層１５と間隔保持層１４の材質の選択に
より大きく異なる。
１６を前記薄膜層１２にあけた微小穴１３の上方に位置
し、マスク穴１６の直径は薄膜層の微小穴１３の１／５
〜１／２程度となるように開ける。 （Ｇ）前記マスク穴１６を開けたエッチング液は同時に
マスク層１５の下面に位置する間隔保持層１４を大きく
エッチングする。このときのエッチング条件と選択比は
温度及びマスク層１５と間隔保持層１４の材質の選択に
より大きく異なる。
【００１２】（Ｈ）金属立体構造体３を前記マスク穴１
６の上面よりスパッタで形成する。このとき、間隔保持
層１４によりバネ要素２中の定められた場所以外には金
属立体構造体３は形成されない。形成される金属立体構
造体３は底面の大きさが０．１〜５００μｍ２、高さが
０．５〜５０μｍである。材質は例えば、タングステン
やチタン・タングステンの合金、アルミニウム、ステン
レス鋼などその他電解研磨の可能な金属であればその材
質は限定されない。
６の上面よりスパッタで形成する。このとき、間隔保持
層１４によりバネ要素２中の定められた場所以外には金
属立体構造体３は形成されない。形成される金属立体構
造体３は底面の大きさが０．１〜５００μｍ２、高さが
０．５〜５０μｍである。材質は例えば、タングステン
やチタン・タングステンの合金、アルミニウム、ステン
レス鋼などその他電解研磨の可能な金属であればその材
質は限定されない。
【００１３】（Ｉ）不要になった間隔保持層１４及びマ
スク層１５の除去を行う。金属立体構造体３が腐食され
ない弱い酸やアルカリにつけることによってこれらは容
易に除去できる。このとき電極層４はバネ要素２に覆わ
れた部分のみが残りバネ要素２以外の不要な部分は間隔
保持層１４と同時に除去される。 （Ｊ）コンタクトホール７より外部リード線６を電極層
４に接続し、カンチレバー全体を電解研磨液８（図１（
Ｂ））につけ、実施例１で示した電解研磨プロセスを行
うことで前記金属立体構造体３を尖鋭な金属針１とする
。このとき、シリコンウエハー上に多数形成された前記
バネ要素２上の金属立体構造体３は一度に研磨する事が
可能である。すなわち、電解研磨条件を金属立体構造体
３の種類と大きさにより最初に設定を行うと、同じ条件
で次回から電解研磨が可能になるため、短時間に多数の
カンチレバーの金属針１を尖鋭化することが可能となる
。
スク層１５の除去を行う。金属立体構造体３が腐食され
ない弱い酸やアルカリにつけることによってこれらは容
易に除去できる。このとき電極層４はバネ要素２に覆わ
れた部分のみが残りバネ要素２以外の不要な部分は間隔
保持層１４と同時に除去される。 （Ｊ）コンタクトホール７より外部リード線６を電極層
４に接続し、カンチレバー全体を電解研磨液８（図１（
Ｂ））につけ、実施例１で示した電解研磨プロセスを行
うことで前記金属立体構造体３を尖鋭な金属針１とする
。このとき、シリコンウエハー上に多数形成された前記
バネ要素２上の金属立体構造体３は一度に研磨する事が
可能である。すなわち、電解研磨条件を金属立体構造体
３の種類と大きさにより最初に設定を行うと、同じ条件
で次回から電解研磨が可能になるため、短時間に多数の
カンチレバーの金属針１を尖鋭化することが可能となる
。
【００１４】（Ｋ）シリコン基板１１の下面にシリコン
基板１１のエッチングを行うためのマスク層１７を厚さ
０．１〜３μｍ程度形成する。マスク層１７に開けるマ
スク穴１８は正方形で前記バネ要素２の形状の形成時に
開けた正方形の穴の真下に位置する。このマスク層１７
の材質はシリコン基板１１のエッチング液によりエッチ
ングされにくい材質であれば良い（例えばシリコンの酸
化膜や窒化膜など）。
基板１１のエッチングを行うためのマスク層１７を厚さ
０．１〜３μｍ程度形成する。マスク層１７に開けるマ
スク穴１８は正方形で前記バネ要素２の形状の形成時に
開けた正方形の穴の真下に位置する。このマスク層１７
の材質はシリコン基板１１のエッチング液によりエッチ
ングされにくい材質であれば良い（例えばシリコンの酸
化膜や窒化膜など）。
【００１５】（Ｌ）シリコン基板１１の一部の除去を行
う。前記マスク層１７によって覆われた部分のシリコン
基板１１はエッチングされず前記薄膜層１２とバネ要素
２の保持体１９として使用する。このエッチングプロセ
スはシリコンの異方性エッチングを用いる。用いるエッ
チング液はマスク層１７とシリコン基板１１の選択比が
高いほど良い（水酸化カリウム溶液やヒドラジン、エチ
レンジアミン・ピロカテコール・水の混合液など）。カ
ンチレバーの保持体１９はバネ要素２を形成する薄膜層
１２を原子間力顕微鏡装置に取り付けるために必要であ
り、大きさ２ｍｍ×５ｍｍ程度、厚さ０．５〜１ｍｍで
物理的に強度が高く薄膜層１２の材質と接合可能な材質
（例えばシリコン単結晶やガラス、光硬化性樹脂など）
であれば素材は限定されない。
う。前記マスク層１７によって覆われた部分のシリコン
基板１１はエッチングされず前記薄膜層１２とバネ要素
２の保持体１９として使用する。このエッチングプロセ
スはシリコンの異方性エッチングを用いる。用いるエッ
チング液はマスク層１７とシリコン基板１１の選択比が
高いほど良い（水酸化カリウム溶液やヒドラジン、エチ
レンジアミン・ピロカテコール・水の混合液など）。カ
ンチレバーの保持体１９はバネ要素２を形成する薄膜層
１２を原子間力顕微鏡装置に取り付けるために必要であ
り、大きさ２ｍｍ×５ｍｍ程度、厚さ０．５〜１ｍｍで
物理的に強度が高く薄膜層１２の材質と接合可能な材質
（例えばシリコン単結晶やガラス、光硬化性樹脂など）
であれば素材は限定されない。
【００１６】（Ｍ）ダイシングソーによってシリコンウ
エハー上に形成された多数のカンチレバーを個々のカン
チレバーに切り離し完成する。このときバネ要素２下面
に残った電極層４はバネ要素２の変位を光を用いて検出
する場合の反射膜２０となる。 （実施例３）図３において、本発明の電解研磨プロセス
により尖鋭化された金属針１を持つカンチレバーの他の
製造法の一例の工程図を詳細に示す。
エハー上に形成された多数のカンチレバーを個々のカン
チレバーに切り離し完成する。このときバネ要素２下面
に残った電極層４はバネ要素２の変位を光を用いて検出
する場合の反射膜２０となる。 （実施例３）図３において、本発明の電解研磨プロセス
により尖鋭化された金属針１を持つカンチレバーの他の
製造法の一例の工程図を詳細に示す。
【００１７】（Ａ）シリコン基板１１に直径１〜２０μ
ｍ、深さ１〜５０μｍ程度の金属針形成穴２１を開ける
。金属針形成穴２１の形状は円柱状、円錐状、多角柱状
、多角錘状などである。円錐状や多角錘状の方が電解研
磨プロセス時には時間がかからない。この金属針形成穴
２１はシリコンの異方性エッチングや放電加工により容
易に開けることができる。
ｍ、深さ１〜５０μｍ程度の金属針形成穴２１を開ける
。金属針形成穴２１の形状は円柱状、円錐状、多角柱状
、多角錘状などである。円錐状や多角錘状の方が電解研
磨プロセス時には時間がかからない。この金属針形成穴
２１はシリコンの異方性エッチングや放電加工により容
易に開けることができる。
【００１８】（Ｂ）前記シリコン基板１１上に薄膜層１
２を形成する。この薄膜層１２は後の工程で原子間力を
検出するバネ要素２を形成する層であり、緻密で電気的
に絶縁性の膜を使用する（例えばシリコンの酸化膜＜厚
さ：０．８〜１．６μｍ＞やシリコンの窒化膜＜厚さ：
０．２〜０．６μｍ＞など）。 （Ｃ）前記薄膜層１２をフォトリソグラフィを用いてバ
ネ要素２の形状とともに、金属針形成穴２１の上部に位
置し金属針形成穴２１よりも小さい直径１〜２０μｍの
微小穴２２を形成する。このときのバネ要素２の形状は
バネ定数０．０００１〜２．００Ｎ／ｍ、共振周波数が
０．１〜３００ｋＨｚである物理的特性を有し、大きさ
が１０〜５００μｍ、幅１〜５０μｍである。
２を形成する。この薄膜層１２は後の工程で原子間力を
検出するバネ要素２を形成する層であり、緻密で電気的
に絶縁性の膜を使用する（例えばシリコンの酸化膜＜厚
さ：０．８〜１．６μｍ＞やシリコンの窒化膜＜厚さ：
０．２〜０．６μｍ＞など）。 （Ｃ）前記薄膜層１２をフォトリソグラフィを用いてバ
ネ要素２の形状とともに、金属針形成穴２１の上部に位
置し金属針形成穴２１よりも小さい直径１〜２０μｍの
微小穴２２を形成する。このときのバネ要素２の形状は
バネ定数０．０００１〜２．００Ｎ／ｍ、共振周波数が
０．１〜３００ｋＨｚである物理的特性を有し、大きさ
が１０〜５００μｍ、幅１〜５０μｍである。
【００１９】（Ｄ）金属立体構造体３を前記微小穴２２
の中にスパッタで形成する。形成される金属立体構造体
３は大きさは前記金属針形成穴２１の大きさとなる。材
質は例えば、タングステンやチタン・タングステンの合
金、アルミニウム、ステンレス鋼などその他電解研磨の
可能な金属であればその材質は限定されない。 （Ｅ）前記薄膜層１２の上面に前記金属立体構造体３を
覆うように電極層４を形成する。電極層４の材質は銅や
アルミニウム、タングステンなどを蒸着やスパッタによ
り厚さ０．２μｍ程度成膜する。この電極層４は後の工
程で除去の可能な導電性の高いものであれば、材質は限
定されない。
の中にスパッタで形成する。形成される金属立体構造体
３は大きさは前記金属針形成穴２１の大きさとなる。材
質は例えば、タングステンやチタン・タングステンの合
金、アルミニウム、ステンレス鋼などその他電解研磨の
可能な金属であればその材質は限定されない。 （Ｅ）前記薄膜層１２の上面に前記金属立体構造体３を
覆うように電極層４を形成する。電極層４の材質は銅や
アルミニウム、タングステンなどを蒸着やスパッタによ
り厚さ０．２μｍ程度成膜する。この電極層４は後の工
程で除去の可能な導電性の高いものであれば、材質は限
定されない。
【００２０】（Ｆ）前記電極層４の上面に電極層４の保
護をする厚さ１μｍ以下の電気絶縁層５を形成する。こ
の電気絶縁層５はシリコン酸化膜や窒化膜などの電気絶
縁性が高く緻密な膜を形成できれば材質は限定されない
。 （Ｇ）前記電気絶縁層５に外部リード線６を電極層４に
接続するためのコンタクトホール７を設ける。コンタク
トホール７の大きさは被覆された外部リード線６（図３
（Ｉ）参照）が半田付けなどにより接続可能な大きさで
あれば良い。
護をする厚さ１μｍ以下の電気絶縁層５を形成する。こ
の電気絶縁層５はシリコン酸化膜や窒化膜などの電気絶
縁性が高く緻密な膜を形成できれば材質は限定されない
。 （Ｇ）前記電気絶縁層５に外部リード線６を電極層４に
接続するためのコンタクトホール７を設ける。コンタク
トホール７の大きさは被覆された外部リード線６（図３
（Ｉ）参照）が半田付けなどにより接続可能な大きさで
あれば良い。
【００２１】（Ｈ）シリコン基板１１中の金属針形成穴
２１に埋め込まれた前記金属立体構造体３を電解研磨が
できるように露出させる。シリコンの異方性エッチング
により行う。 （Ｉ）前記コンタクトホール７より外部リード線６を電
極層４に接続し、カンチレバー全体を電解研磨液８（図
１（Ｂ）参照）につけ、実施例１で示した電解研磨プロ
セスを行うことで前記金属立体構造体３を尖鋭な金属針
１とする。このとき、シリコンウエハー上に多数形成さ
れた前記バネ要素２上の金属立体構造体３は一度に研磨
する事が可能である。すなわち、電解研磨条件を金属立
体構造体３の種類と大きさにより最初に設定を行うと、
同じ条件で次回から電解研磨が可能になるため、短時間
に多数のカンチレバーの金属針１を尖鋭化することが可
能となる。
２１に埋め込まれた前記金属立体構造体３を電解研磨が
できるように露出させる。シリコンの異方性エッチング
により行う。 （Ｉ）前記コンタクトホール７より外部リード線６を電
極層４に接続し、カンチレバー全体を電解研磨液８（図
１（Ｂ）参照）につけ、実施例１で示した電解研磨プロ
セスを行うことで前記金属立体構造体３を尖鋭な金属針
１とする。このとき、シリコンウエハー上に多数形成さ
れた前記バネ要素２上の金属立体構造体３は一度に研磨
する事が可能である。すなわち、電解研磨条件を金属立
体構造体３の種類と大きさにより最初に設定を行うと、
同じ条件で次回から電解研磨が可能になるため、短時間
に多数のカンチレバーの金属針１を尖鋭化することが可
能となる。
【００２２】（Ｊ）電解研磨が終了した後は電極層４と
電気絶縁層５は不要となるために除去を行う。例えば電
気絶縁層５がシリコン酸化膜の場合は１／１０のフッ化
水素酸溶液のウエットトエッチングを行い、窒化膜の場
合はドライエッチングにより除去を行う。
電気絶縁層５は不要となるために除去を行う。例えば電
気絶縁層５がシリコン酸化膜の場合は１／１０のフッ化
水素酸溶液のウエットトエッチングを行い、窒化膜の場
合はドライエッチングにより除去を行う。
【００２３】（Ｋ）電極層４の除去により露出した前記
薄膜層１２の上面に薄膜層１２及びバネ要素２を保持す
る保持体１９を形成する。この保持体１９はバネ要素２
を形成する薄膜層１２を原子間力顕微鏡装置に取り付け
るために必要であり、大きさ２ｍｍ×５ｍｍ程度、厚さ
０．５〜１ｍｍで物理的に強度が高く薄膜層１２の材質
と接合可能な材質（例えばシリコン単結晶やガラス、光
硬化性樹脂など）であれば素材は限定されない。
薄膜層１２の上面に薄膜層１２及びバネ要素２を保持す
る保持体１９を形成する。この保持体１９はバネ要素２
を形成する薄膜層１２を原子間力顕微鏡装置に取り付け
るために必要であり、大きさ２ｍｍ×５ｍｍ程度、厚さ
０．５〜１ｍｍで物理的に強度が高く薄膜層１２の材質
と接合可能な材質（例えばシリコン単結晶やガラス、光
硬化性樹脂など）であれば素材は限定されない。
【００２４】（Ｌ）前記薄膜層１２の下面にあるシリコ
ン基板１１を完全に除去する。 （Ｍ）ダイシングソーによってシリコンウエハー上に形
成された多数のカンチレバーを個々のカンチレバーに切
り離して完成する。 （実施例４）図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の電解研磨
プロセスにより尖鋭化された金属の針１と金属針１の保
護膜２３を持つカンチレバーの構造の一例の平面図及び
断面図である。
ン基板１１を完全に除去する。 （Ｍ）ダイシングソーによってシリコンウエハー上に形
成された多数のカンチレバーを個々のカンチレバーに切
り離して完成する。 （実施例４）図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の電解研磨
プロセスにより尖鋭化された金属の針１と金属針１の保
護膜２３を持つカンチレバーの構造の一例の平面図及び
断面図である。
【００２５】実施例２及び実施例３記載のカンチレバー
の製造工程おいてダイシングを行いカンチレバーを切り
離す前に、金属針１の露出している面に緻密な保護膜２
３を形成する。この保護膜２３は試料表面の測定におけ
る金属針１の劣化を防ぐものである。電気的絶縁性を有
する厚さ５〜１０００ｎｍの薄膜で前記薄膜層１２及び
金属針１と接合性の高い材質であれば良い。
の製造工程おいてダイシングを行いカンチレバーを切り
離す前に、金属針１の露出している面に緻密な保護膜２
３を形成する。この保護膜２３は試料表面の測定におけ
る金属針１の劣化を防ぐものである。電気的絶縁性を有
する厚さ５〜１０００ｎｍの薄膜で前記薄膜層１２及び
金属針１と接合性の高い材質であれば良い。
【００２６】（実施例５）図５（Ａ），（Ｂ）はバネ要
素２の上面に光の反射膜２０を形成したカンチレバーの
構造を示す断面図であり、図５（Ｂ）のカンチレバーは
反射膜２０とともに保護膜２３が形成されている。実施
例２及び実施例３記載のカンチレバーの製造工程おいて
ダイシングを行いカンチレバーを切り離す前に、バネ要
素２上に金属を蒸着やスパッタで成膜し、反射膜２０と
する。この反射膜２０はバネ要素２の変位を光で検出す
る場合にのみ必要となる膜で厚さは１ｕｍ以下の薄く均
一な膜であれば良い。
素２の上面に光の反射膜２０を形成したカンチレバーの
構造を示す断面図であり、図５（Ｂ）のカンチレバーは
反射膜２０とともに保護膜２３が形成されている。実施
例２及び実施例３記載のカンチレバーの製造工程おいて
ダイシングを行いカンチレバーを切り離す前に、バネ要
素２上に金属を蒸着やスパッタで成膜し、反射膜２０と
する。この反射膜２０はバネ要素２の変位を光で検出す
る場合にのみ必要となる膜で厚さは１ｕｍ以下の薄く均
一な膜であれば良い。
【００２７】（実施例６）図６において、本発明の光Ｃ
ＶＤプロセスを応用したカンチレバーの製造法の一例の
工程図を詳細に示す。光ＣＶＤプロセスはＣＶＤプロセ
ス時に光照射による光エネルギーのアシストを行う。こ
のため低温プロセスで空間選択性が高い、成膜が可能な
ためカンチレバーの製造において多方面で応用が可能で
ある。
ＶＤプロセスを応用したカンチレバーの製造法の一例の
工程図を詳細に示す。光ＣＶＤプロセスはＣＶＤプロセ
ス時に光照射による光エネルギーのアシストを行う。こ
のため低温プロセスで空間選択性が高い、成膜が可能な
ためカンチレバーの製造において多方面で応用が可能で
ある。
【００２８】例えば、実施例２及び実施例３記載のカン
チレバーの製造工程おいて金属立体構造体３を形成する
プロセス、すなわち実施例２におけるプロセス（Ｈ）及
び実施例３におけるプロセス（Ｄ）を光ＣＶＤプロセス
に置き換えることにより、間隔保持層１４や金属針形成
穴２１などの形成プロセスはすべて不要となる。つまり
、プロセス（Ａ）〜（Ｃ）までは実施例２のプロセス（
Ａ）〜（Ｃ）と同じであり、プロセス（Ｄ）において光
ＣＶＤプロセスにより金属立体構造体３を選択的に形成
する。そして、プロセス（Ｅ）〜（Ｈ）は実施例２のプ
ロセス（Ｊ）〜（Ｍ）と同様な工程となる。また、高い
空間選択性により６フッ化タングステンを原料ガスに用
い、タングステンの針状の構造体が形成できるため、電
解研磨に要する時間の短縮が可能である。さらに、マス
ク層の形成時にはフォトリソグラフィのプロセスを省略
し、直接必要な形状を持つマスク層の形成が可能となる
。すなわち、光ＣＶＤプロセスの導入により、本発明の
提供する尖鋭な金属針１を持つカンチレバーの製造工程
が大幅に短縮可能となる。
チレバーの製造工程おいて金属立体構造体３を形成する
プロセス、すなわち実施例２におけるプロセス（Ｈ）及
び実施例３におけるプロセス（Ｄ）を光ＣＶＤプロセス
に置き換えることにより、間隔保持層１４や金属針形成
穴２１などの形成プロセスはすべて不要となる。つまり
、プロセス（Ａ）〜（Ｃ）までは実施例２のプロセス（
Ａ）〜（Ｃ）と同じであり、プロセス（Ｄ）において光
ＣＶＤプロセスにより金属立体構造体３を選択的に形成
する。そして、プロセス（Ｅ）〜（Ｈ）は実施例２のプ
ロセス（Ｊ）〜（Ｍ）と同様な工程となる。また、高い
空間選択性により６フッ化タングステンを原料ガスに用
い、タングステンの針状の構造体が形成できるため、電
解研磨に要する時間の短縮が可能である。さらに、マス
ク層の形成時にはフォトリソグラフィのプロセスを省略
し、直接必要な形状を持つマスク層の形成が可能となる
。すなわち、光ＣＶＤプロセスの導入により、本発明の
提供する尖鋭な金属針１を持つカンチレバーの製造工程
が大幅に短縮可能となる。
【００２９】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように電極層
４及び電気絶縁層５を設け、電解研磨プロセスによりバ
ネ要素２上の任意の位置に尖鋭な金属針１を一度に多数
形成できる構成としたので、測定試料表面の状態によら
ず高分解能な試料表面の測定が可能であるという効果が
ある。
４及び電気絶縁層５を設け、電解研磨プロセスによりバ
ネ要素２上の任意の位置に尖鋭な金属針１を一度に多数
形成できる構成としたので、測定試料表面の状態によら
ず高分解能な試料表面の測定が可能であるという効果が
ある。
【図１】本発明による電解研磨プロセスの説明図である
。
。
【図２】本発明によるカンチレバーの製造法の工程図で
ある。
ある。
【図３】本発明によるカンチレバーの製造法の工程図で
ある。
ある。
【図４】本発明の製造法による保護膜を有したカンチレ
バーの平面図及び断面図である。
バーの平面図及び断面図である。
【図５】本発明の製造法による反射膜を有したカンチレ
バーの断面図である。
バーの断面図である。
【図６】本発明による光ＣＶＤプロセスを応用したカン
チレバーの製造法の工程図である。
チレバーの製造法の工程図である。
【図７】従来の鈍角な針を持つカンチレバーによる分解
能の問題の説明図である。
能の問題の説明図である。
【図８】従来のカンチレバーによる測定部の拡大図であ
る。
る。
【図９】従来のカンチレバーによる出力波形の説明図で
ある。
ある。
１ 金属針
２ バネ要素
３ 金属立体構造体
４ 電極層
５ 電気絶縁層
６ 外部リード線
７ コンタクトホール
８ 電解研磨液
９ 電極系
１０ 電位制御装置
１１ シリコン基板
１２ 薄膜層
１３ 微小穴
１４ 間隔保持層
１５ マスク層
１６ マスク穴
１７ マスク層
１８ マスク穴
１９ 保持体
２０ 反射膜
２１ 金属針形成穴
２２ 微小穴
２３ 保護膜
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコンプロセスを応用したカンチレ
バーの製造法において、シリコン基板上に、電解研磨時
に電気回路を構成するための電極層を形成するプロセス
と、前記電極層の上に電気的に絶縁性を持つ薄膜層を形
成するプロセスと、前記薄膜層に片持ちの梁状のバネ要
素の形状とともに前記電極層と外部リード線を接続する
ためのコンタクトホール及びバネ要素の形状中の任意の
位置に電極層との電気的導通を取る微小な穴を前記薄膜
上に形成するプロセスと、前記微小な穴の位置に電解研
磨可能な金属の立体構造体を形成するプロセスと、前記
立体構造体を電解研磨液中において電解研磨を行い尖鋭
な金属針とするプロセスと、電解研磨プロセス後に余分
なシリコン基板を除去し、残りのシリコン基板で前記バ
ネ要素の保持体を形成するプロセスを含むことを特徴と
したカンチレバーの製造法。 - 【請求項２】 シリコンプロセスを応用したカンチレ
バーの製造法において、シリコン基板上に金属針形成穴
をあけるプロセスと、前記シリコン基板上に電気的に絶
縁性を持つ薄膜層を形成するプロセスと、前記薄膜層に
片持ちの梁状のバネ要素の形状とともに前記金属針形成
穴と同じ位置に金属針形成穴より小さい穴を形成するプ
ロセスと、前記金属針形成穴の中に電解研磨可能な材質
の金属の立体構造体を形成するプロセスと、電解研磨時
に電気回路を構成するための前記金属の立体構造体と電
気的に導通を持つ電極層を形成するプロセスと、前記電
極層の上に電極層を腐食から保護する電気絶縁膜を形成
するプロセスと、前記電気絶縁膜に電極層とリード線を
接続するためのコンタクトホールを形成するプロセスと
、シリコン基板の下面から前記金属の立体構造体が露出
するようにエッチングを行うプロセスと、前記立体構造
体を電解研磨液中において電解研磨を行い尖鋭な金属針
とするプロセスと、電解研磨プロセス後に余分な電気絶
縁層及び電極層を除去するプロセスと、前記バネ要素を
保持するための保持体を前記薄膜層上に接合するプロセ
スと、残りのシリコン基板をすべて除去するプロセスを
含むことを特徴としたカンチレバーの製造法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のカンチ
レバーの製造法におい、てさらに、電解研磨により尖鋭
化した前記金属針を保護するために金属針の全面あるい
は金属針を含む前記バネ要素の全面に保護膜を形成する
プロセスを含むことを特徴としたカンチレバーの製造法
。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２記載のカンチ
レバーの製造法において、電解研磨可能な前記金属の立
体構造体の形成を行うプロセスが光ＣＶＤプロセスであ
ることを特徴としたカンチレバーの製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3123962A JP2961334B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 尖鋭な金属針を持つ原子間力顕微鏡のカンチレバー製造法 |
| US07/886,329 US5258107A (en) | 1991-05-28 | 1992-05-20 | Method for manufacturing a cantilever with sharpened metal needle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3123962A JP2961334B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 尖鋭な金属針を持つ原子間力顕微鏡のカンチレバー製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04350509A true JPH04350509A (ja) | 1992-12-04 |
| JP2961334B2 JP2961334B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=14873644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3123962A Expired - Fee Related JP2961334B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 尖鋭な金属針を持つ原子間力顕微鏡のカンチレバー製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5258107A (ja) |
| JP (1) | JP2961334B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002156323A (ja) * | 2000-09-15 | 2002-05-31 | Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw | プローブの製造方法及びその装置 |
| CN105301288A (zh) * | 2014-06-13 | 2016-02-03 | 中国科学院物理研究所 | 一种制备金属针尖的装置及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5155361A (en) * | 1991-07-26 | 1992-10-13 | The Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Potentiostatic preparation of molecular adsorbates for scanning probe microscopy |
| US5440920A (en) * | 1994-02-03 | 1995-08-15 | Molecular Imaging Systems | Scanning force microscope with beam tracking lens |
| US5513518A (en) * | 1994-05-19 | 1996-05-07 | Molecular Imaging Corporation | Magnetic modulation of force sensor for AC detection in an atomic force microscope |
| US5515719A (en) * | 1994-05-19 | 1996-05-14 | Molecular Imaging Corporation | Controlled force microscope for operation in liquids |
| US5866805A (en) * | 1994-05-19 | 1999-02-02 | Molecular Imaging Corporation Arizona Board Of Regents | Cantilevers for a magnetically driven atomic force microscope |
| US5753814A (en) * | 1994-05-19 | 1998-05-19 | Molecular Imaging Corporation | Magnetically-oscillated probe microscope for operation in liquids |
| FR2723799B1 (fr) * | 1994-08-16 | 1996-09-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une source d'electrons a micropointes |
| US5630932A (en) * | 1995-09-06 | 1997-05-20 | Molecular Imaging Corporation | Tip etching system and method for etching platinum-containing wire |
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