JPH06187905A - Manufacture of cantilever - Google Patents

Manufacture of cantilever

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JPH06187905A
JPH06187905A JP33877992A JP33877992A JPH06187905A JP H06187905 A JPH06187905 A JP H06187905A JP 33877992 A JP33877992 A JP 33877992A JP 33877992 A JP33877992 A JP 33877992A JP H06187905 A JPH06187905 A JP H06187905A
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JP
Japan
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cantilever
probe
silicon nitride
nitride film
see
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Application number
JP33877992A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Matsuyama
克宏 松山
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06187905A publication Critical patent/JPH06187905A/en
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Abstract

PURPOSE:To simultaneously achieve both a characteristic required for a cantilever and a characteristic required for a probe by forming the probe and the cantilever out of the mat suitable materials in the most suitable shape. CONSTITUTION:A silicon nitride film 44 is formed on a first silicon wafer 40 with a hole 42 formed, by a CVD method, and patterning is applied to the part of the hole 42 so that the silicon nitride film 44 having the shape of a probe 38 is left therein. Also, dry-etching is applied to a silicon nitride film 48 formed on a second silicon wafer 46 through a double-surface photo-lithographic method to form a lever pattern 50 having the same shape as that of a cantilever 36. Next, an anode is connected under the condition that the corresponding part of the lever pattern 50 to the free end of the cantilever 36 abut on the silicon nitride film 44 remaining in a probe-like form in the part of the hole 42.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば試料表面の形状
を測定するために適用されるカンチレバーの製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a cantilever applied to measure the shape of a sample surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】導電性試料を原子オーダーの分解能で観
察できる装置として、走査型トンネル顕微鏡(STM;Scan
ning Tunneling Microscope)がビニッヒ(Binnig)とロ
ーラー(Rohrer)らにより発明された。このSTMで
は、観察できる試料は導電性のものに限られている。そ
こで、サーボ技術を始めとするSTMの要素技術を利用
し、絶縁性の試料を原子オーダーの分解能で観察できる
装置として原子間力顕微鏡(AFM;Atomic Force Microso
pe)が提案された。このAFMは、例えば特開昭62−
130302に開示されている。
2. Description of the Related Art A scanning tunneling microscope (STM; Scan) is used as an apparatus for observing a conductive sample with atomic resolution.
The Ning Tunneling Microscope was invented by Binnig and Rohrer et al. In this STM, the samples that can be observed are limited to those that are conductive. Therefore, atomic force microscope (AFM) is used as a device that can observe an insulating sample with atomic-order resolution using STM elemental technology such as servo technology.
pe) was proposed. This AFM is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 62-
130302.

【0003】AFM構造は、STMに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置付けられる。この
ようなAFMは、鋭く尖った突起部(探針)を自由端に
持つカンチレバーを備えている。この探針を試料に近づ
けると、探針先端の先端の原子と試料表面の原子との間
に働く相互作用力(原子間力)によりカンチレバーの自
由端が変位する。この自由端の変位を電気的あるいは光
学的に測定しながら、探針を試料表面に沿ってXY方向
に走査することによって、試料の凹凸情報等を三次元的
にとらえることができる。
The AFM structure is similar to the STM and is positioned as one of scanning probe microscopes. Such an AFM has a cantilever having a sharply pointed protrusion (probe) at its free end. When the probe is brought close to the sample, the free end of the cantilever is displaced by the interaction force (atomic force) acting between the atom at the tip of the probe and the atom at the sample surface. By scanning the probe in the XY directions along the sample surface while electrically or optically measuring the displacement of the free end, it is possible to three-dimensionally capture the unevenness information of the sample.

【0004】走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーは、
T.R.Albrecht等が半導体IC製造プロセスを応用して作
製したSiO2 カンチレバーチップを提案して以来(Th
omasR.Albrecht Calvin F.Quate:Atomic resolution Im
aging of a nonconductor
The cantilever for a scanning probe microscope is
Since TR Albrecht et al. Proposed a SiO 2 cantilever chip manufactured by applying the semiconductor IC manufacturing process (Th
omasR. Albrecht Calvin F. Quate: Atomic resolution Im
aging of a nonconductor

【0005】by Atomic force Mic
roscopy J.Appl.Pys,62(198
7)2599)、ミクロン精度で極めて再現性良く作製
できるようになり、バッチプロセスで作製することによ
って、コスト的にも優れたものとなっている。このた
め、半導体IC製造プロセスを応用して作製するカンチ
レバーチップが主流となっている。
By atomic force Mic
rocopy J. Appl. Pys, 62 (198
7) 2599), it can be manufactured with micron accuracy and extremely reproducibility, and the cost is excellent by manufacturing by a batch process. Therefore, the cantilever chip manufactured by applying the semiconductor IC manufacturing process has become the mainstream.

【0006】例えば、J.Vac.Sci.Technol.A8(4)3386 19
90:T.Albrecht,S.Akamine,T.E.Caver and C.F.Quate で
触れられているように、SiO2 膜の代わりに窒化シリ
コン膜をカンチレバー構成材料として使用したカンチレ
バーチップは、既に市場に出回っている。このカンチレ
バーの寸法・形状は、長さ約50〜200μm、厚さ約
0.5〜1μm、形状として中抜きの三角や長方形に構
成されている。以下、このような窒化シリコン製カンチ
レバーの製造方法について、図5を参照して説明する。
For example, J.Vac.Sci.Technol.A8 (4) 3386 19
90: T. Albrecht, S. Akamine, TECaver and CFQuate, a cantilever chip using a silicon nitride film as a cantilever constituent material instead of a SiO 2 film is already on the market. The cantilever has a size and shape of about 50 to 200 μm in length, about 0.5 to 1 μm in thickness, and a hollow triangular or rectangular shape. Hereinafter, a method for manufacturing such a silicon nitride cantilever will be described with reference to FIG.

【0007】まず、スタートウェハーとして、面方位
(100)のシリコンウェハー2を用意して、その上に
CVD法によって窒化シリコン膜4を形成する(図5
(a)参照)。
First, a silicon wafer 2 having a plane orientation (100) is prepared as a start wafer, and a silicon nitride film 4 is formed on the silicon wafer 2 by a CVD method (FIG. 5).
(See (a)).

【0008】次に、フォトリソグラフィー法によって、
窒化シリコン膜4上の探針16(同図(h)参照)が形
成されべき箇所に、探針用開口部6を形成する(同図
(b)参照)。
Next, by the photolithography method,
An opening 6 for a probe is formed at a location on the silicon nitride film 4 where the probe 16 (see FIG. 6H) should be formed (see FIG. 3B).

【0009】この後、探針用開口部6に露出したシリコ
ンウェハー2に対して湿式異方性エッチングを施して、
探針16の型となるべき逆四角錐型の穴8を形成する
(同図(c)参照)。
Thereafter, the silicon wafer 2 exposed in the probe opening 6 is subjected to wet anisotropic etching,
An inverted quadrangular pyramid-shaped hole 8 to be the mold of the probe 16 is formed (see FIG. 7C).

【0010】そして、この穴8が形成された側のシリコ
ンウェハー2の表面にCVD法によって窒化シリコン膜
10(膜厚0.4〜1μm)を形成した後(同図(d)
参照)、この窒化シリコン膜10をカンチレバー形状に
パターニングする(同図(e)参照)。
After the silicon nitride film 10 (film thickness 0.4 to 1 μm) is formed by the CVD method on the surface of the silicon wafer 2 on the side where the hole 8 is formed (FIG. 2 (d)).
Then, the silicon nitride film 10 is patterned into a cantilever shape (see (e) in the figure).

【0011】一方、保持基板となるパイレックスガラス
12を用意して、このパイレックスガラス12を窒化シ
リコン膜10のカンチレバー形状パターンに合わせて加
工する(同図(f)参照)。この後、シリコンウェハー
2上の窒化シリコン膜10とパイレックスガラス12と
を陽極接合する(同図(g)参照)。
On the other hand, a Pyrex glass 12 serving as a holding substrate is prepared, and the Pyrex glass 12 is processed in accordance with the cantilever-shaped pattern of the silicon nitride film 10 (see FIG. 6 (f)). After that, the silicon nitride film 10 on the silicon wafer 2 and the Pyrex glass 12 are anodically bonded (see FIG. 6G).

【0012】そして、シリコンウェハー2を濃度40%
の水酸化カリウム溶液でエッチングした後、金(図示し
ない)をコートすることによって、パイレックスガラス
12と先端に探針16が形成された窒化シリコン膜10
(この窒化シリコン膜10は、カンチレバー部として機
能する。)から成るカンチレバー14が完成する(同図
(h)参照)。
Then, the silicon wafer 2 has a concentration of 40%.
After being etched with the potassium hydroxide solution described above, a silicon nitride film 10 having a Pyrex glass 12 and a probe 16 formed at the tip is coated with gold (not shown).
(The silicon nitride film 10 functions as a cantilever portion.) Is completed (see (h) of the same figure).

【0013】このような製造方法において、探針16と
窒化シリコン膜(即ち、カンチレバー部)10は、一体
的に作製されるため、互いに同一の材質となる。また、
探針16が形成された面とは反対側の窒化シリコン膜1
0の表面には、凹部10aが形成されているため、カン
チレバー14の変位を光学的に捕らえる場合、探針16
付近の平坦なカンチレバー部表面に光を当てることによ
って、その変位が検出されている。
In such a manufacturing method, since the probe 16 and the silicon nitride film (that is, the cantilever portion) 10 are integrally manufactured, they are made of the same material. Also,
Silicon nitride film 1 on the side opposite to the surface on which the probe 16 is formed
Since the concave portion 10a is formed on the surface of 0, when the displacement of the cantilever 14 is optically detected, the probe 16
The displacement is detected by shining light on the flat surface of the cantilever portion in the vicinity.

【0014】上述したようなカンチレバーに対して、最
近では、M.Tortonese 等によって、カンチレバー自体に
その変位を測定できるセンサー機能を付加した集積型A
FMセンサーが、提案されている。
In contrast to the above-described cantilever, recently, an integrated type A in which a sensor function capable of measuring the displacement is added to the cantilever itself by M. Tortonese et al.
FM sensors have been proposed.

【0015】この集積型AFMセンサーは、例えば、M.
Tortonese,H.Yamada,R.C.Barrettand C.F.Quate,Transd
ucers and Sensors'91:Atomic force microscopy using
apiezoresistive cantileverに開示されている。以
下、このような集積型AFMセンサの製造方法につい
て、図6を参照して説明する。
This integrated AFM sensor is, for example, M.
Tortonese, H.Yamada, RCBarrettand CFQuate, Transd
ucers and Sensors '91: Atomic force microscopy using
It is disclosed in apiezoresistive cantilever. Hereinafter, a method of manufacturing such an integrated AFM sensor will be described with reference to FIG.

【0016】まず、スタートウェハーとして、シリコン
ウェハー18の上に酸化シリコンの分離層20を介して
シリコン層22を設けたもの、例えば貼り合わせシリコ
ンウェハーを用意する(図6(a)参照)。
First, a start wafer is prepared by providing a silicon layer 22 on a silicon wafer 18 with a silicon oxide separating layer 20 interposed therebetween, for example, a bonded silicon wafer (see FIG. 6A).

【0017】このシリコン層22の極表面にイオンイン
プランテーションによってボロン(B)を打ち込んでピ
エゾ抵抗層24を形成し、同図(d)に示した形状にパ
ターニングした後、表面を酸化シリコン膜26で覆う。
そして、カンチレバーの固定端側にボンディング用の穴
を開け、アルミニウムをスパッタリングして電極28を
形成する。さらに、シリコンウェハー18の下側にレジ
スト層30を形成し、このレジスト層30を所定の形状
にパターニングする(同図(b)参照)。
Boron (B) is implanted into the extreme surface of the silicon layer 22 by ion implantation to form a piezoresistive layer 24, which is patterned into the shape shown in FIG. Cover with.
Then, a hole for bonding is made on the fixed end side of the cantilever, and aluminum is sputtered to form the electrode 28. Further, a resist layer 30 is formed on the lower side of the silicon wafer 18, and the resist layer 30 is patterned into a predetermined shape (see FIG. 3B).

【0018】続いて、オーミックコンタクトをとるため
の熱処理をした後、レジスト層30をマスクとして湿式
異方性エッチングを施して、シリコンウェハー18を分
離層20まで削り取る。そして、最後にフッ酸によって
シリコン層22下部の分離層20に対してエッチングを
施す(同図(c)参照)。この結果、同図(d)に示す
ようなカンチレバー部32が形成され、集積型AFMセ
ンサーが完成する。
Subsequently, after heat treatment for making ohmic contact, wet anisotropic etching is performed using the resist layer 30 as a mask to scrape off the silicon wafer 18 to the separation layer 20. Finally, the separation layer 20 below the silicon layer 22 is etched with hydrofluoric acid (see FIG. 7C). As a result, the cantilever portion 32 as shown in FIG. 3D is formed, and the integrated AFM sensor is completed.

【0019】このように作製した集積型AFMセンサー
では、測定の際、2つの電極28の間に数ボルト以下の
DC電圧を印加し、カンチレバー部32の先端を試料に
接近させる。カンチレバー部32の先端と試料表面の原
子間に原子間力が作用すると、カンチレバー部32が変
位する。これに応じてピエゾ抵抗層24の抵抗値が変化
するため、カンチレバー部32の変位は、2つの電極2
8の間に流れる電流信号の変化として得られる。
In the integrated AFM sensor manufactured as described above, a DC voltage of several volts or less is applied between the two electrodes 28 during measurement so that the tip of the cantilever portion 32 approaches the sample. When an atomic force acts between the tip of the cantilever portion 32 and the atoms on the sample surface, the cantilever portion 32 is displaced. Since the resistance value of the piezoresistive layer 24 changes accordingly, the displacement of the cantilever portion 32 is caused by the two electrodes 2
It is obtained as a change in the current signal flowing during 8.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示すようなバッチプロセスで作製されたカンチレバー1
4は、探針16と窒化シリコン膜(即ち、カンチレバー
部)10とが一体的に作製されるため、探針先端の変位
を高精度に検出可能な形状にカンチレバー部の面を形成
することが困難であるという問題がある。
However, the cantilever 1 manufactured by the batch process as shown in FIG.
In No. 4, since the probe 16 and the silicon nitride film (that is, the cantilever portion) 10 are integrally formed, the surface of the cantilever portion can be formed in a shape capable of detecting the displacement of the tip of the probe with high accuracy. There is a problem that it is difficult.

【0021】また、図6に示すような集積型AFMセン
サーは、センサー機能を付加させる関係上、鋭利な探針
をカンチレバー部32の自由端に設けることが困難であ
る。このため、従来の集積型AFMセンサーでは、カン
チレバー部32の自由端に特に探針を設けないで単に狭
角化させた平板的形状に構成して、かかる自由端を測定
試料に接近させてAFM測定が行われている。しかし、
このようなAFM測定では、試料面方向に対する高い分
解能が期待できないという問題がある。
In addition, in the integrated AFM sensor as shown in FIG. 6, it is difficult to provide a sharp probe at the free end of the cantilever portion 32 because of adding a sensor function. For this reason, in the conventional integrated AFM sensor, the free end of the cantilever portion 32 is formed into a flat plate shape with only a narrowed angle without providing a probe, and the free end is brought close to the measurement sample to cause the AFM to move. Measurements are being taken. But,
In such an AFM measurement, there is a problem that high resolution in the direction of the sample surface cannot be expected.

【0022】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされ、その目的は、探針及びカンチレバー部の双
方を各々最適の材質・形状に作り上げることができ、カ
ンチレバー部に求められる特性と探針に求められる特性
とを両立できるカンチレバーを提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to make both the probe and the cantilever part into optimum materials and shapes, and to obtain the characteristics required for the cantilever part. An object of the present invention is to provide a cantilever capable of satisfying the characteristics required of a probe.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、その基端が保持基板に取り付けら
れたカンチレバー部と、このカンチレバー部の自由端に
設けられた探針とを備えるカンチレバーの製造方法に適
用されており、前記カンチレバー部を製造する工程と、
前記探針を製造する工程と、前記探針を前記カンチレバ
ー部の自由端に一体的に接合する工程とを有する。
In order to achieve such an object, the present invention provides a cantilever portion whose base end is attached to a holding substrate, and a probe provided at the free end of the cantilever portion. It is applied to a method of manufacturing a cantilever including, a step of manufacturing the cantilever portion,
The method has a step of manufacturing the probe and a step of integrally joining the probe to the free end of the cantilever portion.

【0024】[0024]

【作用】別々の工程を経て製造されたカンチレバー部及
び探針は、次の工程において、探針がカンチレバー部の
自由端に一体的に接合される。
In the next step, the cantilever part and the probe manufactured through separate steps are integrally joined to the free end of the cantilever part.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の第1の実施例に係るカンチレ
バーの製造方法について、図1及び図2を参照して説明
する。
EXAMPLES A method of manufacturing a cantilever according to a first example of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0026】図1に示すように、本実施例に適用された
カンチレバーは、その基端が保持基板34に取り付けら
れた中抜き三角形状の窒化シリコン製カンチレバー部3
6と、このカンチレバー部36の自由端に設けられた窒
化シリコン製探針38とを備えている。
As shown in FIG. 1, the cantilever applied to the present embodiment has a hollow triangular triangular cantilever portion 3 having a base end attached to a holding substrate 34.
6 and a silicon nitride probe 38 provided at the free end of the cantilever portion 36.

【0027】保持基板34は、シリコンウェハーで構成
され、その両面には、窒化シリコン膜(50、52)が
コートされており、図1(b)中下側の窒化シリコン膜
50は、保持基板34から延出してカンチレバー部36
を構成している。また、保持基板34からカンチレバー
部36に亘って金56がコートされている。なお、探針
38は、接合部38aを介してカンチレバー部36の自
由端に接合されている。
The holding substrate 34 is composed of a silicon wafer, and silicon nitride films (50, 52) are coated on both surfaces thereof. The silicon nitride film 50 on the lower side in FIG. 1B is the holding substrate. Cantilever portion 36 extending from 34
Are configured. Gold 56 is coated from the holding substrate 34 to the cantilever portion 36. The probe 38 is joined to the free end of the cantilever portion 36 via the joining portion 38a.

【0028】以下、本実施例のカンチレバーの製造方法
について図2を参照して説明する。まず、スタートウェ
ハーとして、面方位(100)の第1のシリコンウェハ
ー40を用意して(図2(a)参照)、その上にフォト
リソグラフィー法を介してエッチングを施して探針38
(図1参照)の型となる穴42を形成する(同図(b)
参照)。
The method of manufacturing the cantilever of this embodiment will be described below with reference to FIG. First, a first silicon wafer 40 having a plane orientation (100) is prepared as a start wafer (see FIG. 2A), and the probe 38 is etched on the first silicon wafer 40 by photolithography.
(See FIG. 1) Form a hole 42 (see FIG. 1B).
reference).

【0029】次に、第1のシリコンウェハー40上にC
VD法によって窒化シリコン膜44(膜厚0.4〜1μ
m)を形成した後(同図(c)参照),穴42の部分に
窒化シリコン膜44が残留するようにパターニングを施
す。この結果、穴42の部分に探針38(図1(b)参
照)と同一の形状を有する窒化シリコン膜44が残留す
る(同図(d)参照)。
Next, C is deposited on the first silicon wafer 40.
The silicon nitride film 44 (film thickness 0.4 to 1 μm by the VD method)
m) is formed (see FIG. 3C), patterning is performed so that the silicon nitride film 44 remains in the hole 42. As a result, the silicon nitride film 44 having the same shape as the probe 38 (see FIG. 1B) remains in the hole 42 portion (see FIG. 1D).

【0030】一方、保持基板34(図1参照)となるべ
き面方位(100)の第2のシリコンウェハー46を用
意して(同図(e)参照)、その上にCVD法によって
窒化シリコン膜48(膜厚0.4〜1μm)を形成する
(同図(f)参照)。
On the other hand, a second silicon wafer 46 having a plane orientation (100) to be the holding substrate 34 (see FIG. 1) is prepared (see FIG. 1E), and a silicon nitride film is formed thereon by the CVD method. 48 (film thickness 0.4 to 1 μm) is formed (see FIG. 6F).

【0031】この後、窒化シリコン膜48に対して両面
フォトリソグラフィー法を介してドライエッチングを施
して、カンチレバー部36(図1(a)参照)と同一形
状を有するレバーパターン50と、保持基板34の形成
時に用いるマスク52とを形成する(同図(g)参
照)。
After that, the silicon nitride film 48 is dry-etched through the double-sided photolithography method to form a lever pattern 50 having the same shape as the cantilever portion 36 (see FIG. 1A) and the holding substrate 34. And a mask 52 used for forming (see (g) of the same figure).

【0032】次に、ヒーター部54上に第1のシリコン
ウェハー40を載置した後、この第1のシリコンウェハ
ー40上に第2のシリコンウェハー46を位置付けて陽
極接合を施す。
Next, after placing the first silicon wafer 40 on the heater portion 54, the second silicon wafer 46 is positioned on the first silicon wafer 40 and anodic bonding is performed.

【0033】具体的には、穴42の部分に探針状に残留
した窒化シリコン膜44に対してレバーパターン50の
うちカンチレバー部36の自由端に相当する部分が当接
するように、第2のシリコンウェハー46を第1のシリ
コンウェハー40上に位置付けて陽極接合を行う(同図
(h)参照)。
Specifically, the second portion of the lever pattern 50 is brought into contact with the silicon nitride film 44 remaining in the shape of a probe in the hole 42 so that the portion corresponding to the free end of the cantilever portion 36 contacts. The silicon wafer 46 is positioned on the first silicon wafer 40 and anodic bonding is performed (see FIG. 6H).

【0034】この後、第1及び第2のシリコンウェハー
40、46を濃度40%の水酸化カリウム溶液でエッチ
ングして、第2のシリコンウェハー46のうち保持基板
34となるべき部分のみを残留させる。この結果、保持
基板34として残留した部分からは、カンチレバー部3
6として機能するレバーパターン50が延出し、その自
由端には、陽極接合された探針38が接合部38a介し
て取付けられる(同図(i)参照)。最後に、保持基板
34側の面に金56をコートすることによって(同図
(j)参照)、図1に示すようなカンチレバーが完成す
る。
Thereafter, the first and second silicon wafers 40 and 46 are etched with a potassium hydroxide solution having a concentration of 40%, so that only the portion of the second silicon wafer 46 to be the holding substrate 34 remains. . As a result, from the remaining portion as the holding substrate 34, the cantilever portion 3
The lever pattern 50 functioning as 6 extends, and the probe 38 anodically bonded is attached to the free end of the lever pattern 50 via the bonding portion 38a (see (i) of the same figure). Finally, by coating the surface of the holding substrate 34 side with gold 56 (see FIG. 1J), the cantilever as shown in FIG. 1 is completed.

【0035】このように本実施例のカンチレバーの製造
方法において、カンチレバー部36は、探針38とは別
の工程を経て形成される。このため、本実施例に適用さ
れたカンチレバー部36は、従来のカンチレバー部自由
端に存在したような凹部10a(図5(h)参照)を無
くして、その表裏面に亘って平坦形状に構成させること
ができる。従って、本実施例の方法によって製造された
カンチレバーでは、探針先端の変位を検出可能で且つ試
料表面に対する高精度な測定が可能となる。
As described above, in the cantilever manufacturing method of this embodiment, the cantilever portion 36 is formed through a process different from that of the probe 38. For this reason, the cantilever portion 36 applied to the present embodiment is configured to have a flat shape over the front and back surfaces without the concave portion 10a (see FIG. 5 (h)) that exists in the conventional free end of the cantilever portion. Can be made. Therefore, with the cantilever manufactured by the method of the present embodiment, the displacement of the tip of the probe can be detected and highly precise measurement on the sample surface becomes possible.

【0036】なお、上述した実施例では、カンチレバー
部36及び探針38は共に窒化シリコン膜で形成されて
いるが、これに限らず、例えば、磁力顕微鏡(MFM)
の場合、探針のみを磁性体材料にするなど、測定環境に
合わせてカンチレバー部36及び探針38を互いに異な
る材質で形成してもよい。以下、本発明の第2の実施例
に係るカンチレバーの製造方法について、図3及び図4
を参照して説明する。本実施例において、カンチレバー
として、カンチレバー自体にその変位を測定できるセン
サー機能を付加した集積型AFMセンサーが適用されて
いる。図3に示すように、集積型AFMセンサーは、自
由端に探針58が設けられたカンチレバー部60を備え
ている。
Although the cantilever portion 36 and the probe 38 are both formed of a silicon nitride film in the above-described embodiment, the invention is not limited to this, and for example, a magnetic force microscope (MFM).
In this case, the cantilever portion 36 and the probe 38 may be formed of different materials according to the measurement environment, for example, only the probe is made of a magnetic material. Hereinafter, a method of manufacturing a cantilever according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Will be described with reference to. In this embodiment, as the cantilever, an integrated AFM sensor in which a sensor function capable of measuring the displacement of the cantilever itself is added is applied. As shown in FIG. 3, the integrated AFM sensor includes a cantilever portion 60 having a probe 58 provided at its free end.

【0037】カンチレバー部60は、保持基板62から
延出した2本のビーム60a、60bを備えており、こ
れら2本のビーム60aと60bは先端で一体化して三
角形状の自由端を形作り、この自由端に尖鋭化された探
針58が設けられている。
The cantilever portion 60 is provided with two beams 60a and 60b extending from the holding substrate 62, and these two beams 60a and 60b are integrated at the tips to form a triangular free end. A sharpened probe 58 is provided at the free end.

【0038】このようなカンチレバー部60は、シリコ
ン層72と酸化シリコン膜78との間にピエゾ抵抗層7
6を介挿させて構成されており、その基端には、酸化シ
リコン膜78に形成されたボンディング用の穴を介して
ピエゾ抵抗層76に電気的に接続した電極80が設けら
れている。以下、このような集積型AFMセンサーの製
造方法について図4を参照して説明する。
In such a cantilever portion 60, the piezoresistive layer 7 is provided between the silicon layer 72 and the silicon oxide film 78.
An electrode 80 electrically connected to the piezoresistive layer 76 through a bonding hole formed in the silicon oxide film 78 is provided at the base end thereof. Hereinafter, a method of manufacturing such an integrated AFM sensor will be described with reference to FIG.

【0039】まず、スタートウェハーとして、面方位
(100)の第1のシリコンウェハー64を用意して
(図4(a)参照)、その上にフォトリソグラフィー法
を介してエッチングを施して探針58(図3参照)の型
となる穴66を形成する(同図(b)参照)。
First, a first silicon wafer 64 having a plane orientation (100) is prepared as a starting wafer (see FIG. 4A), and the probe 58 is etched on the first silicon wafer 64 by photolithography. A hole 66 that serves as a mold (see FIG. 3) is formed (see FIG. 3B).

【0040】次に、第1のシリコンウェハー64上にC
VD法によって窒化シリコン膜68(膜厚0.4〜1μ
m)を形成した後(同図(c)参照)、穴66の部分に
窒化シリコン膜68が残留するようにパターニングを施
す。この結果、穴66の部分に探針58(図3(b)参
照)と同一の形状を有する窒化シリコン膜68が残留す
る(同図(d)参照)。
Next, C is formed on the first silicon wafer 64.
The silicon nitride film 68 (film thickness 0.4 to 1 μm is formed by the VD method.
m) is formed (see FIG. 3C), patterning is performed so that the silicon nitride film 68 remains in the hole 66. As a result, the silicon nitride film 68 having the same shape as the probe 58 (see FIG. 3B) remains in the hole 66 (see FIG. 3D).

【0041】一方、他のスタートウェハーとして、その
上に酸化シリコン分離層70を介してシリコン層72が
積層された第2のシリコンウェハー74、例えば張り合
わせシリコンウェハーを用意する(同図(e)参照)。
On the other hand, as another start wafer, a second silicon wafer 74 having a silicon layer 72 laminated thereon with a silicon oxide separation layer 70 interposed therebetween, for example, a bonded silicon wafer is prepared (see FIG. 2E). ).

【0042】次に、シリコン層72の極表面に、イオン
インプランテーションによってボロン(B)を打ち込ん
でピエゾ抵抗層76を形成した後、カンチレバー部60
(図3(a)参照)と同一形状になるように、シリコン
層72及びピエゾ抵抗層76に対してパターニングを施
す。パターニングされた表面を酸化シリコン膜78で覆
った後、かかる酸化シリコン膜78のうちカンチレバー
部60の基端となるべき部分に、ピエゾ抵抗層76まで
連通したボンディング用の穴を開ける。そして、その上
からアルミニウムをスパッタリングして、同図(g)に
示すような電極80を形成する。更に、第2のシリコン
ウェハー74の裏面(電極80が設けられた面とは反対
側の面)にレジスト層82を形成した後、このレジスト
層82をパターニングして所定形状の開口部82aを形
成し、オーミックコンタクトをとるための熱処理を施す
(同図(f)参照)。
Next, boron (B) is implanted into the very surface of the silicon layer 72 by ion implantation to form a piezoresistive layer 76, and then the cantilever portion 60.
The silicon layer 72 and the piezoresistive layer 76 are patterned so as to have the same shape (see FIG. 3A). After the patterned surface is covered with the silicon oxide film 78, a bonding hole communicating with the piezoresistive layer 76 is opened in a portion of the silicon oxide film 78 that should be the base end of the cantilever portion 60. Then, aluminum is sputtered from above to form an electrode 80 as shown in FIG. Further, after forming a resist layer 82 on the back surface of the second silicon wafer 74 (the surface opposite to the surface on which the electrode 80 is provided), the resist layer 82 is patterned to form an opening 82a having a predetermined shape. Then, heat treatment for making ohmic contact is performed (see FIG. 6F).

【0043】次に、穴66の部分に探針形状の窒化シリ
コン膜68が残留した第1のシリコンウェハー64をヒ
ーター部84上にセットした後、この第1のシリコンウ
ェハー64上に、酸化シリコン膜78のうちカンチレバ
ー部60の自由端となるべき部分が残留した窒化シリコ
ン膜68に当接されるように、第2のシリコンウェハー
74をセットする。そして、第1及び第2のシリコンウ
ェハー64、74に電圧を印加して、窒化シリコン膜6
8と酸化シリコン膜78とを陽極接合させる(同図
(h)参照)。
Next, after setting the first silicon wafer 64 in which the probe-shaped silicon nitride film 68 remains in the hole 66 portion on the heater portion 84, the silicon oxide film is formed on the first silicon wafer 64. The second silicon wafer 74 is set so that the portion of the film 78 that should be the free end of the cantilever portion 60 is brought into contact with the remaining silicon nitride film 68. Then, a voltage is applied to the first and second silicon wafers 64 and 74, and the silicon nitride film 6
8 and the silicon oxide film 78 are anodically bonded (see FIG. 6H).

【0044】最後に、レジスト層82側から酸化シリコ
ン分離層70まで第2のシリコンウェハー74に対して
湿式異方性エッチングを施す。この結果、その自由端に
探針58が陽極接合されたカンチレバー部60が露出す
る(同図(j)参照)。かくして、集積型AFMセンサ
ーが完成する。
Finally, wet anisotropic etching is performed on the second silicon wafer 74 from the resist layer 82 side to the silicon oxide separation layer 70. As a result, the cantilever portion 60 to which the probe 58 is anodically bonded is exposed at its free end (see FIG. 11 (j)). Thus, the integrated AFM sensor is completed.

【0045】本実施例の方法によって製造された集積型
AFMセンサーは、カンチレバー部60の自由端に探針
58が陽極接合されているため、縦方向のみならず横方
向についても試料面に対する高い分解能を得ることがで
きる。更に、本実施例において、探針58は、カンチレ
バー部60とは別の工程を経て製造されるため、最終工
程まで探針58を保護することが可能となり、この結
果、従来には存在したようなカンチレバー部60製造時
における探針破損の危険性を防止することができる。
In the integrated AFM sensor manufactured by the method of this embodiment, the probe 58 is anodically bonded to the free end of the cantilever portion 60, so that the resolution is high with respect to the sample surface not only in the vertical direction but also in the horizontal direction. Can be obtained. Furthermore, in the present embodiment, the probe 58 is manufactured through a process different from the cantilever portion 60, so that it is possible to protect the probe 58 until the final process, and as a result, it seems that the probe 58 existed in the past. It is possible to prevent the risk of damage to the probe when the cantilever portion 60 is manufactured.

【0046】なお、上述した実施例において、陽極接合
における探針58とカンチレバー部60との接合を強固
にするために、陽極接合前の探針作製ウェハー(即ち、
第1のシリコンウェハー64)の探針部分に、低融点ガ
ラスをスパッタさせる工程を付加させることも好まし
い。また、探針以外の部分がカンチレバー部となるべき
部分に接合されるのを防止するために、陽極接合前の探
針作製ウェハーの探針以外の部分に例えばクロム等を介
在させる工程を付加させることも好ましい。
In the above-mentioned embodiment, in order to strengthen the bonding between the probe 58 and the cantilever portion 60 in the anodic bonding, the probe manufacturing wafer before the anodic bonding (that is,
It is also preferable to add a step of sputtering a low melting point glass to the probe portion of the first silicon wafer 64). Further, in order to prevent the portion other than the probe from being joined to the portion that should become the cantilever portion, a step of interposing chromium or the like to the portion other than the probe of the probe-fabricated wafer before anodic bonding is added. Is also preferable.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明は、探針及びカンチレバー部の双
方を各々最適の材質・形状に作り上げることができ、カ
ンチレバー部に求められる特性と探針に求められる特性
とを両立できるように構成されているため、探針先端の
変位を高精度に検出可能で且つ試料面に対する高い分解
能を確保可能なカンチレバーを製造する方法を提供する
ことができる。
According to the present invention, both the probe and the cantilever portion can be made of optimal materials and shapes, and the characteristics required for the cantilever portion and the characteristics required for the probe can be compatible with each other. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a cantilever capable of detecting the displacement of the tip of the probe with high accuracy and ensuring high resolution with respect to the sample surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は、本発明の第1の実施例に適用された
カンチレバーの部分を拡大して示す斜視図、(b)は、
その断面図。
FIG. 1 (a) is an enlarged perspective view showing a portion of a cantilever applied to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is
The sectional view.

【図2】図1に示すカンチレバーの製造工程を順に示す
図。
2A to 2D are views sequentially showing a manufacturing process of the cantilever shown in FIG.

【図3】(a)は、本発明の第2の実施例のカンチレバ
ーとして適用された集積型AFMセンサーの部分を拡大
して示す斜視図、(b)は、その断面図。
FIG. 3A is an enlarged perspective view showing a portion of an integrated AFM sensor applied as a cantilever according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a sectional view thereof.

【図4】図3に示す集積型AFMセンサーの製造工程を
順に示す図。
4A to 4D are views sequentially showing a manufacturing process of the integrated AFM sensor shown in FIG.

【図5】従来の窒化シリコン製カンチレバーの製造工程
を順に示す図。
FIG. 5 is a diagram sequentially showing a manufacturing process of a conventional silicon nitride cantilever.

【図6】従来の集積型AFMセンサーの製造工程を順に
示す図。
FIG. 6 is a diagram sequentially showing a manufacturing process of a conventional integrated AFM sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

36…カンチレバー部、38…探針、40…第1のシリ
コンウェハー、42…穴、44…窒化シリコン膜、48
…窒化シリコン膜、46…第2のシリコンウェハー、5
0…レバーパターン。
36 ... Cantilever part, 38 ... Probe, 40 ... First silicon wafer, 42 ... Hole, 44 ... Silicon nitride film, 48
... Silicon nitride film, 46 ... Second silicon wafer, 5
0 ... Lever pattern.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その基端が保持基板に取り付けられたカ
ンチレバー部と、このカンチレバー部の自由端に設けら
れた探針とを備えるカンチレバーの製造方法に適用され
ており、 前記カンチレバー部を製造する工程と、 前記探針を製造する工程と、 前記探針を前記カンチレバー部の自由端に一体的に接合
する工程とを有することを特徴とするカンチレバーの製
造方法。
1. A cantilever part having a base end attached to a holding substrate and a probe provided at a free end of the cantilever part is applied to a method of manufacturing the cantilever part, and the cantilever part is manufactured. A method of manufacturing a cantilever, comprising: a step, a step of manufacturing the probe, and a step of integrally bonding the probe to a free end of the cantilever portion.
JP33877992A 1992-12-18 1992-12-18 Manufacture of cantilever Pending JPH06187905A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307392B1 (en) 1997-10-28 2001-10-23 Nec Corporation Probe card and method of forming a probe card

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20010626