JPH0815283A - Scanning type probe microscope and manufacture of cantilever made of silicon single crystal - Google Patents
Scanning type probe microscope and manufacture of cantilever made of silicon single crystalInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
及びその顕微鏡に使用される探針付きカンチレバーを作
製する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope and a method for manufacturing a cantilever with a probe used in the microscope.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属や半導体の試料面上の微細構造を測
定する有力な装置として走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ:Scanning Tunneling Microscope）がある。2. Description of the Related Art A scanning tunneling microscope (ST) has been used as a powerful device for measuring a fine structure on a metal or semiconductor sample surface.
M: Scanning Tunneling Microscope).
【０００３】また、最近では、そのＳＴＭの技術を応用
して、探針先端と試料との間に働く量（原子間の引力
等）をプローブとして試料表面の微細構造を測定する走
査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ:Scanning Probe Microsco
pe）が開発されている。Further, recently, by applying the STM technique, a scanning probe microscope for measuring the fine structure of the sample surface by using the amount (such as the attractive force between atoms) acting between the tip of the probe and the sample as a probe. (SPM: Scanning Probe Microsco
pe) is being developed.
【０００４】この走査型プローブ顕微鏡は、探針をもつ
カンチレバーを試料表面に沿って２次元状に走査する
と、そのカンチレバーが試料の表面形状に応じて上下運
動する点を利用し、レバーの上下動を検出することによ
り試料表面の微細形状を原子レベルで測定する装置であ
る。This scanning probe microscope utilizes the point that when a cantilever having a probe is two-dimensionally scanned along the surface of a sample, the cantilever moves up and down according to the surface shape of the sample. Is a device for measuring the fine shape of the sample surface at the atomic level by detecting the.
【０００５】そして、走査型プローブ顕微鏡では、カン
チレバーとして、従来、異方性エッチング等を利用した
Ｓｉ微細加工技術によって作製された構造体が使用され
ている。その作製方法の例を、以下、図６に示す工程
(1)〜(5) を参照しつつ説明する。In the scanning probe microscope, a structure manufactured by a Si microfabrication technique utilizing anisotropic etching or the like is conventionally used as a cantilever. An example of the manufacturing method is shown below in the steps shown in FIG.
An explanation will be given with reference to (1) to (5).
【０００６】(1) Ｓｉ基板１０１に対してＫＯＨなどの
エッチャントによって異方性エッチングを行ってＶ字形
の凹みを形成した後、(2) その基板１０１表面を酸化し
て酸化膜（ＳｉＯ2 ）１０２を形成し、次いで(3) ＣＶ
Ｄ法等によりＳｉ窒化膜１０３を成膜する。この後、
(4) 基板１０１の成膜側の面にガラス１０４を接合し、
この状態で、(5) Ｓｉ基板１０１及び酸化膜１０２をエ
ッチングして、Ｓｉ窒化膜１０３製の構造体つまりカン
チレバーを得る。(1) After anisotropically etching the Si substrate 101 with an etchant such as KOH to form a V-shaped recess, (2) the surface of the substrate 101 is oxidized to form an oxide film (SiO 2 ). 102, then (3) CV
The Si nitride film 103 is formed by the D method or the like. After this,
(4) The glass 104 is bonded to the film-forming surface of the substrate 101,
In this state, (5) the Si substrate 101 and the oxide film 102 are etched to obtain a structure made of the Si nitride film 103, that is, a cantilever.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のカン
チレバーは、レバー部がＳｉ窒化膜（ＳｉＮ等）で形成
されているため、機械的性質があまり良くなく疲労が生
じやすい点、さらにＳｉＮ等はクリープ・ヒステリシス
が比較的大きく、ばね材料としての性質が良くない等の
欠点があり、そのため、この種のＳｉ窒化膜製のカンチ
レバーを使用した走査型プローブ顕微鏡では、装置寿命
や動作の安定性の面において問題が残されている。By the way, in the conventional cantilever, since the lever portion is formed of the Si nitride film (SiN or the like), mechanical properties are not so good and fatigue easily occurs. There are drawbacks such as relatively large creep hysteresis and poor properties as a spring material.Therefore, in this type of scanning probe microscope using a Si nitride film cantilever, the device life and operation stability are In terms of aspects, there are still problems.
【０００８】また、上記したカンチレバーの作製手順で
は、ＫＯＨによるＳｉエッチング後に、酸化あるいはＣ
ＶＤなどの高温プロセスを実施するため、酸化炉あるい
はＣＶＤ装置がＫ（カリウム）などのアルカリ汚染の影
響を受ける。ここで、Ｋイオン等は半導体デバイスの性
能を劣化させるため、前記のように炉内がＫイオン等に
より汚染されると、その酸化炉あるいはＣＶＤ装置等を
他のＳｉプロセスに使用できなくなる。Further, in the above cantilever manufacturing procedure, after the Si etching by KOH, oxidation or C
Since the high temperature process such as VD is performed, the oxidation furnace or the CVD apparatus is affected by alkali contamination such as K (potassium). Here, since K ions and the like deteriorate the performance of the semiconductor device, if the inside of the furnace is contaminated with K ions and the like as described above, the oxidation furnace or the CVD apparatus or the like cannot be used for other Si processes.
【０００９】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、装置寿命が長くて動作の安定性が優れた走査型
プローブ顕微鏡を提供することを目的とし、その目的を
達成するため、機械的性質等が優れた単結晶Ｓｉ製カン
チレバーを作製する方法を提供する。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope having a long device life and excellent operational stability. Provided is a method for producing a single crystal Si cantilever having excellent physical properties.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の装置は、試料面
上の微細構造を測定する顕微鏡であって、実施例に対応
する図１に示すように、探針１ａをもつカンチレバー１
と、試料Ｓを探針１ａに対して２次元方向（Ｘ−Ｙ）に
走査するステージ２と、このステージ２と探針１ａの先
端との間の距離の変化を検出する手段（例えば変位検出
器３）を備え、かつ、カンチレバー１のレバー部１ｂ及
び探針１ａが単結晶Ｓｉにより構成されていることによ
って特徴づけられる。An apparatus according to the present invention is a microscope for measuring a fine structure on a sample surface, and as shown in FIG. 1 corresponding to an embodiment, a cantilever 1 having a probe 1a.
And a stage 2 that scans the sample S with respect to the probe 1a in a two-dimensional direction (X-Y), and means for detecting a change in the distance between the stage 2 and the tip of the probe 1a (for example, displacement detection). The cantilever 1 is provided with a container 3) and the lever portion 1b and the probe 1a of the cantilever 1 are made of single crystal Si.
【００１１】また、本発明方法は、Ｓｉ基板の微細加工
により探針をもつカンチレバーを作製する方法であっ
て、実施例に対応する図２に示すように、単結晶Ｓｉ基
板（ｎ型）１１の表面にマスク（フォトレジスト）１４
を形成して、探針の形成部に相応する領域のみ被覆した
状態で、その基板１１中に表面側から基板とは導電型が
異なる不純物を導入して不純物層（ｐ型層）１５を形成
した後、熱処理により不純物を拡散して、マスク１４の
下方に相当する部分で不純物層１５の下面側に探針１ａ
を形成し、次いで、基板１１を裏面側からエッチング
し、そのエッチング面が不純物層１５の下面から所定距
離に達した時点で当該エッチングを停止してレバー部１
ｂを形成し、この後、不純物層１５のみを選択的にエッ
チングすることによって特徴づけられる。Further, the method of the present invention is a method of manufacturing a cantilever having a probe by fine processing of a Si substrate, and as shown in FIG. 2 corresponding to the embodiment, a single crystal Si substrate (n type) 11 Mask (photoresist) on the surface of
And a region corresponding to the probe forming portion is covered, and an impurity having a conductivity type different from that of the substrate is introduced into the substrate 11 to form an impurity layer (p-type layer) 15. After that, the impurities are diffused by heat treatment, and the probe 1a is formed on the lower surface side of the impurity layer 15 at a portion corresponding to the lower side of the mask 14.
Then, the substrate 11 is etched from the rear surface side, and when the etched surface reaches a predetermined distance from the lower surface of the impurity layer 15, the etching is stopped and the lever portion 1 is formed.
Characterized by forming b and then selectively etching only the impurity layer 15.
【００１２】[0012]
【作用】まず、基板にフォトレジスト等によってマスク
をパターニングした後、イオン注入したときのイオン入
射方向に平行な断面での分布は図３のようになる（S.M.
Sze, VLSI Technology）。すなわち、入射イオンは基板
中の原子によって散乱を受け、マスク下面まで廻り込
み、入射面内である分布をもつようになる。Operation: First, after patterning a mask on the substrate with photoresist or the like, the distribution in a cross section parallel to the ion incident direction when ions are implanted is as shown in FIG. 3 (SM
Sze, VLSI Technology). That is, the incident ions are scattered by the atoms in the substrate, wrap around to the lower surface of the mask, and have a certain distribution in the incident surface.
【００１３】また、マスク形状を変えた場合には、その
不純物層（ｐ型層）の分布は、図４(A) のようになり、
さらに熱処理を加えることによって、最終的にｐ型層は
図４(B) に示す分布となる。このｐ型層は電気化学的方
法を用いて選択的にエッチングして除去することがで
き、その結果、ｎ型層のみが残り、鋭い先端部をもつ単
結晶Ｓｉ構造体を得ることができる。従って、このよう
な方法を採用することにより、探針及びレバー部が単結
晶Ｓｉで構成されたカンチレバーを作製することができ
る。When the mask shape is changed, the distribution of the impurity layer (p-type layer) is as shown in FIG.
By further heat treatment, the p-type layer finally has the distribution shown in FIG. 4 (B). This p-type layer can be selectively etched and removed using an electrochemical method, resulting in a single crystal Si structure with only the n-type layer remaining and a sharp tip. Therefore, by adopting such a method, a cantilever in which the probe and the lever portion are composed of single crystal Si can be manufactured.
【００１４】ここで、単結晶Ｓｉ構造体は機械的性質が
優れており、その単結晶Ｓｉでカンチレバーを構成する
と、レバー部１ｂの耐久性が高くなり、ひいては走査型
プローブ顕微鏡の装置寿命が長くなる。また、単結晶Ｓ
ｉ構造体はクリープ・ヒステリシスが小さく、ばね材料
として理想的な性質であることから、走査型プローブ顕
微鏡の動作の安定性が、ＳｉＮ薄膜製のカンチレバーを
使用する場合に比して向上する。Here, the single crystal Si structure has excellent mechanical properties, and when the cantilever is composed of the single crystal Si, the durability of the lever portion 1b becomes high, and the device life of the scanning probe microscope becomes long. Become. In addition, single crystal S
Since the i structure has a small creep hysteresis and is an ideal property as a spring material, the stability of the operation of the scanning probe microscope is improved as compared with the case of using a SiN thin film cantilever.
【００１５】[0015]
【実施例】図１は本発明実施例である走査型プローブ顕
微鏡の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention.
【００１６】まず、この例の顕微鏡の機構部は、試料Ｓ
が置かれるステージ２と、その上方に配置されるカンチ
レバー１と、このカンチレバー１のＺ軸方向の変位を検
出する変位検出器３によって主に構成されており、ま
た、制御系として走査制御回路４及び位置制御回路５が
設けられている。First, the mechanical part of the microscope of this example is the sample S
Is mainly composed of a stage 2 on which the cantilever 1 is placed, a cantilever 1 arranged above the stage 2, and a displacement detector 3 for detecting the displacement of the cantilever 1 in the Z-axis direction, and a scanning control circuit 4 as a control system. And a position control circuit 5 are provided.
【００１７】走査制御回路４はステージ２のＸ−Ｙ軸の
移動を制御する回路である。また、位置制御回路５は、
変位検出器３の出力信号に基づいて、カンチレバー１の
探針１ａの位置の制御つまりカンチレバー１の撓みを一
定にすべく、ステージ２をＺ軸方向に移動するための回
路で、このように探針１ａの位置を制御することによ
り、探針１ａが試料Ｓから受ける力を一定にすることが
できる。The scanning control circuit 4 is a circuit which controls the movement of the stage 2 in the X-Y axes. In addition, the position control circuit 5
Based on the output signal of the displacement detector 3, a circuit for controlling the position of the probe 1a of the cantilever 1, that is, a circuit for moving the stage 2 in the Z-axis direction in order to make the deflection of the cantilever 1 constant, By controlling the position of the needle 1a, the force that the probe 1a receives from the sample S can be made constant.
【００１８】そして、以上の構造の走査型プローブ顕微
鏡では、カンチレバー１の探針１ａの位置を一定に制御
しつつ、この探針１ａに対して試料Ｓを走査するといっ
た動作（ダイナミックモード）での観察が可能で、その
走査過程おいて位置制御回路５がステージ２を駆動制御
（Ｚ軸）する量が、試料Ｓの表面形状を表す情報とな
る。In the scanning probe microscope having the above structure, the probe 1a of the cantilever 1 is controlled to a constant position while scanning the sample S with respect to the probe 1a (dynamic mode). Observation is possible, and the amount by which the position control circuit 5 drives and controls the stage 2 (Z axis) in the scanning process becomes information indicating the surface shape of the sample S.
【００１９】なお、この例の顕微鏡において、位置制御
回路５による駆動制御を行わず、カンチレバー１の探針
１ａの先端を試料Ｓの表面に接触させてた状態でＸ−Ｙ
走査を行う動作つまり接触モードでの観察も可能であ
る。その場合、変位検出器３の出力信号を記録すること
により表面観察像を得ることができる。In the microscope of this example, the drive control by the position control circuit 5 is not performed, and the tip of the probe 1a of the cantilever 1 is in contact with the surface of the sample S in the XY direction.
The scanning operation, that is, the observation in the contact mode is also possible. In that case, a surface observation image can be obtained by recording the output signal of the displacement detector 3.
【００２０】さて、本発明実施例において注目すべきと
ころは、カンチレバー１として探針１ａ及びレバー部１
ｂが単結晶Ｓｉで作製された構造体を用いている点にあ
る。その単結晶Ｓｉ製のカンチレバー１を作製する手順
を、以下、図２に示す工程(1)〜(7) を参照して説明す
る。In the embodiment of the present invention, it should be noted that the cantilever 1 is the probe 1a and the lever portion 1.
b is that a structure made of single crystal Si is used. A procedure for producing the single crystal Si cantilever 1 will be described below with reference to steps (1) to (7) shown in FIG.
【００２１】(1)：ｎ〔単結晶Ｓｉ〕型基板１１の表面
側に、１×１０19程度の表面濃度をもつｐ型拡散層１２
を形成する。 (2)：ｎ型基板１１の裏面側に、１×１０19程度の表面
濃度をもつｎ型拡散層１３を形成する。(1): A p-type diffusion layer 12 having a surface concentration of about 1 × 10 19 on the surface side of the n [single crystal Si] type substrate 11.
To form. (2): The n-type diffusion layer 13 having a surface concentration of about 1 × 10 19 is formed on the back surface side of the n-type substrate 11.
【００２２】(3)：フォトリソグラフィにより探針の形
成部に相応する部分にフォトレジスト１４を形成した
後、このフォトレジスト１４をマスクとして、イオン注
入〔Ｂ；１ＭｅＶ，ドーズ量 1.0×１０13/cm2〕を行っ
てｐ型層１５を形成する。このとき、注入イオンはフォ
トレジスト１４の下面にまで廻り込み、フォトレジスト
１４の下方のイオン非注入部分（ｎ型層）は鼓形にな
る。(3): A photoresist 14 is formed by photolithography on a portion corresponding to the probe forming portion, and then ion implantation [B; 1 MeV, dose amount 1.0 × 10 13 / cm 2 ], and the p-type layer 15 is formed. At this time, the implanted ions wrap around to the lower surface of the photoresist 14, and the non-ion-implanted portion (n-type layer) below the photoresist 14 becomes a drum shape.
【００２３】(4)：先の工程(3) で打ち込んだイオンを
電気的に活性にするため、必要なアニール〔1000℃;30m
in〕を行う。この熱処理により、注入不純物は拡散し、
図に示す分布、すなわちフォトレジスト１４の下方でｐ
型層１５の中央部が繋がった形状の分布となり、このｐ
型層１５の下面のｎ型層に目的とする形状の探針１ａが
形成される。以上の熱処理は酸素あるいは水蒸気雰囲気
中で行い、熱処理が完了した後、ｎ型基板１１の表面と
裏面にそれぞれ酸化膜（ＳｉＯ2 ）１６が形成されるよ
うにする。(4): Necessary annealing [1000 ° C .; 30 m for electrically activating the ions implanted in the previous step (3)
in]. By this heat treatment, the implanted impurities are diffused,
The distribution shown in the figure, ie p below the photoresist 14
The distribution is such that the central portion of the mold layer 15 is connected, and this p
The probe 1a having a desired shape is formed on the n-type layer on the lower surface of the mold layer 15. The above heat treatment is performed in an atmosphere of oxygen or water vapor, and after the heat treatment is completed, an oxide film (SiO 2 ) 16 is formed on each of the front surface and the back surface of the n-type substrate 11.
【００２４】(5)：ｎ型基板１１の裏面側の酸化膜１６
の一部を除去し、カンチレバーの支持部１ｃとなる部分
には酸化膜１６を残した状態で、ｎ型基板１１をエッチ
ングする。このとき、エッチングはｎ型基板１１の裏面
側から進行することになり、そのエッチング面がｐ型層
１５の下面から所定距離に達した時点でエッチングを停
止する。すなわち、ｎ型層が所望の厚さになるまでエッ
チングを行ってレバー部１ｂを形成する。(5): Oxide film 16 on the back side of the n-type substrate 11
Is removed, and the n-type substrate 11 is etched while leaving the oxide film 16 in the portion that will be the supporting portion 1c of the cantilever. At this time, the etching proceeds from the back surface side of the n-type substrate 11, and the etching is stopped when the etching surface reaches a predetermined distance from the lower surface of the p-type layer 15. That is, etching is performed until the n-type layer has a desired thickness to form the lever portion 1b.
【００２５】(6)：先の工程(1),(2) で形成したｐ型拡
散層１２及びｎ型拡散層１３の各表面に、それぞれ金属
膜１７及び１８を、例えば蒸着法により形成する。 (7)：金属膜１７及び１８に配線を行った後に、ｎ型基
板１１の全体をＫＯＨなどのエッチャントに浸漬し、こ
の状態で、ｎ型基板１１のｐ型拡散層１２，ｎ型拡散層
１３及びエッチャントに必要な電位を与えてエッチング
を行う。(6): Metal films 17 and 18 are formed on the respective surfaces of the p-type diffusion layer 12 and the n-type diffusion layer 13 formed in the previous steps (1) and (2) by, for example, a vapor deposition method. . (7): After wiring the metal films 17 and 18, the entire n-type substrate 11 is immersed in an etchant such as KOH, and in this state, the p-type diffusion layer 12 and the n-type diffusion layer of the n-type substrate 11 are formed. A necessary potential is applied to 13 and the etchant to perform etching.
【００２６】このとき、ｐ型拡散層１２つまりｐ型層１
５に与える電位を適当な値、例えばエッチャント（溶
液）の基準電位〔飽和カロメル電極の電極電位〕に対し
てｐ型層１５が 1.5Ｖ程度の値になるように設定する
と、ｐ型層のみが選択的にエッチングされる（IEEE TRA
NSACTIONS ON ELECTORON DEVICES VOL 36. No.4 April
1989）。そして、このようなエッチングによりｐ型層１
５を除去することによって鋭い探針１ａをもつ単結晶Ｓ
ｉ製カンチレバー１を得ることができる。At this time, the p-type diffusion layer 12, that is, the p-type layer 1
When the potential applied to 5 is set to an appropriate value, for example, the p-type layer 15 has a value of about 1.5 V with respect to the reference potential of the etchant (solution) [electrode potential of the saturated calomel electrode], only the p-type layer is Selectively etched (IEEE TRA
NSACTIONS ON ELECTORON DEVICES VOL 36. No.4 April
1989). Then, by such etching, the p-type layer 1
Single crystal S having sharp probe 1a by removing 5
The i-made cantilever 1 can be obtained.
【００２７】ここで、以上のプロセスにおいて、工程
(3) のマスク形状、イオン注入のエネルギ・ドーズ量、
並びに工程(4) の熱処理条件などのパラメータを変化さ
せることにより、様々な形状の探針を得ることができ
る。Here, in the above process, steps
Mask shape of (3), energy dose of ion implantation,
Also, by changing the parameters such as the heat treatment conditions in the step (4), it is possible to obtain the probe with various shapes.
【００２８】なお、以上の実施例では、ｐ型層の選択エ
ッチングの際に、ｐ型層１５，ｎ型基板１１及びエッチ
ャントへの電位付与のための電極と、飽和カロメル電極
の４電極を使用する、いわゆる４電極法を採用している
が、ｐ型層１５には電位を付与しない状態でエッチング
を行う３電極法を採用してもよい。この場合、図２に示
した工程(1) のプロセスを省略できる。また、エッチャ
ントとしてはＫＯＨのほか、例えばＥＤＰ(Ethylene di
amine Pyrocatechol) 等の他の溶液を使用してもよい。In the above embodiments, the electrodes for applying a potential to the p-type layer 15, the n-type substrate 11 and the etchant, and the saturated calomel electrode are used for the selective etching of the p-type layer. The so-called four-electrode method is adopted, but a three-electrode method in which the p-type layer 15 is etched in the state where no potential is applied may be adopted. In this case, the process of step (1) shown in FIG. 2 can be omitted. Besides KOH as an etchant, for example, EDP (Ethylene di)
Other solutions such as amine Pyrocatechol) may be used.
【００２９】さらに、基板に不純物を導入する方法とし
ては、イオン注入に代えて熱拡散法を採用してもよい。
さらにまた、以上の実施例では、ｎ型基板の加工により
カンチレバーを得る工程を説明したが、ｐ型基板にｎ型
の不純物を導入して、そのｎ型層を選択的にエッチング
する方法でも本発明は実施可能である。この場合、ｎ型
層の選択エッチングにはパルス電流陽極酸化法を利用し
た方法、すなわち、図５に示すように、基板５１をエッ
チャント（ＫＯＨ）中に浸漬した状態で、電極（Ｐt ）
５２及びｐ型層にパルス電流を通電すると、ｐ型層側は
ホール電流により厚い酸化膜が形成されるが、ｎ型層の
表面には薄い酸化膜しか形成されず、ｎ型層のみがＫＯ
Ｈでエッチングされる、といった方法を採用する。Further, as a method of introducing impurities into the substrate, a thermal diffusion method may be adopted instead of the ion implantation.
Furthermore, in the above embodiments, the process of obtaining the cantilever by processing the n-type substrate has been described, but the method of introducing the n-type impurity into the p-type substrate and selectively etching the n-type layer is also applicable. The invention can be implemented. In this case, the selective etching of the n-type layer uses a pulse current anodic oxidation method, that is, as shown in FIG. 5, with the substrate 51 immersed in an etchant (KOH), the electrode (Pt)
When a pulse current is applied to 52 and the p-type layer, a thick oxide film is formed on the p-type layer side due to the hole current, but only a thin oxide film is formed on the surface of the n-type layer, and only the n-type layer has KO.
The method of etching with H is adopted.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単結晶Ｓｉ基板の表面にマスクを形成し、イオン注入な
どの方法により、基板中に導電型が異なる不純物層を形
成した後、熱処理を行って上記マスクの下方に相当する
部分で上記不純物層の下面側に探針を形成し、次いで基
板エッチングによりレバー部を形成し、この後、不純物
層のみを選択的にエッチングすることによって単結晶Ｓ
ｉ製のカンチレバーを得るので、ウェットエッチングの
後の高温の熱処理（酸化）工程が不要となり、これによ
り、ＫＯＨなどのエッチャントによる、処理炉の汚染の
可能性がない。また、従来行われていたガラスとの接合
工程も不要となり、プロセスに要する時間を短縮でき
る。しかも、基板エッチングによりレバー部を作製する
ので、その厚さを任意に選ぶことが可能で、これによ
り、ＳｉＮなどの薄膜を構造体とする場合に比べ、実現
できるばね定数の範囲が広がる。As described above, according to the present invention,
A mask is formed on the surface of the single crystal Si substrate, and an impurity layer having a different conductivity type is formed in the substrate by a method such as ion implantation, and then heat treatment is performed to form a portion of the impurity layer below the mask. A single crystal S is formed by forming a probe on the lower surface and then forming a lever portion by etching the substrate, and then selectively etching only the impurity layer.
Since the i-made cantilever is obtained, the high-temperature heat treatment (oxidation) step after the wet etching is unnecessary, and therefore, there is no possibility of contamination of the processing furnace by an etchant such as KOH. Further, the step of joining with glass, which has been conventionally performed, is unnecessary, and the time required for the process can be shortened. Moreover, since the lever portion is formed by etching the substrate, the thickness thereof can be arbitrarily selected, and as a result, the range of spring constants that can be realized is widened as compared with the case where a thin film such as SiN is used as the structure.
【００３１】そして、以上の作製方法で得られる単結晶
Ｓｉ製カンチレバーは、機械的性質に優れ、しかもクリ
ープ・ヒステリシスが小さくてばね性にも優れており、
従ってこのようなカンチレバーを使用した本発明の走査
型プローブ顕微鏡は、装置寿命が長くて動作の安定性が
良い。また、単結晶Ｓｉは導電性があることから、観察
の際におけるチャージアップの影響も防ぐことができ
る。The single crystal Si cantilever obtained by the above manufacturing method is excellent in mechanical properties, and has small creep hysteresis and excellent spring property.
Therefore, the scanning probe microscope of the present invention using such a cantilever has a long device life and stable operation. In addition, since single crystal Si has conductivity, it is possible to prevent the effect of charge-up during observation.
【００３２】さらに、ばね定数の大きなカンチレバーを
作製できることから、走査型プローブ顕微鏡において、
ダイナミックモードで試料の表面像を得るにあたり、高
い周波数での測定が可能になり、これにより分解能が向
上するといった効果も達成できる。Further, since a cantilever having a large spring constant can be manufactured, in a scanning probe microscope,
In obtaining the surface image of the sample in the dynamic mode, it becomes possible to perform measurement at a high frequency, which can achieve the effect of improving the resolution.
【図１】本発明実施例の顕微鏡の構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microscope according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明実施例のカンチレバーの作製方法の手順
を説明する図FIG. 2 is a diagram illustrating a procedure of a method for manufacturing a cantilever according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明方法の作用説明図FIG. 3 is an explanatory view of the operation of the method of the present invention.
【図４】同じく作用説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of the same operation.
【図５】ｎ型層を選択的にエッチングする方法の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of selectively etching an n-type layer.
【図６】探針付きカンチレバーの作製方法の従来の例を
示す図FIG. 6 is a diagram showing a conventional example of a method for manufacturing a cantilever with a probe.
１ カンチレバー（単結晶Ｓｉ製） １ａ 探針 １ｂ レバー部 １ｃ 支持部 ２ ステージ ３ 変位検出器 ４ 走査制御回路 ５ 位置制御回路 １１ ｎ型基板（単結晶Ｓｉ） １４ フォトレジスト（マスク） １５ ｐ型層 1 cantilever (made of single crystal Si) 1a probe 1b lever part 1c support part 2 stage 3 displacement detector 4 scanning control circuit 5 position control circuit 11 n-type substrate (single crystal Si) 14 photoresist (mask) 15 p-type layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｂ 7514−4Ｍ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location // H01L 21/66 B 7514-4M
Claims (2)
あって、探針をもつカンチレバーと、試料を上記探針に
対して２次元方向に走査するステージと、このステージ
と上記探針先端との間の距離の変化を検出する手段を備
え、かつ、上記カンチレバーのレバー部及び上記探針が
単結晶Ｓｉにより構成されていることを特徴とする走査
型プローブ顕微鏡。1. A microscope for measuring a fine structure on a sample surface, comprising a cantilever having a probe, a stage for scanning a sample in a two-dimensional direction with respect to the probe, the stage and the tip of the probe. A scanning probe microscope comprising a means for detecting a change in the distance between the cantilever and the lever portion of the cantilever and the probe made of single crystal Si.
ンチレバーを作製する方法であって、単結晶Ｓｉ基板の
表面にマスクを形成して、探針の形成部に相応する領域
のみを被覆した状態で、その基板中に表面側から当該基
板とは導電型が異なる不純物を導入して不純物層を形成
した後、熱処理により上記不純物を拡散して、上記マス
クの下方に相当する部分で上記不純物層の下面側に探針
を形成し、次いで、上記基板を裏面側からエッチング
し、そのエッチング面が上記不純物層の下面から所定距
離に達した時点で当該エッチングを停止してレバー部を
形成し、この後、上記不純物層のみを選択的にエッチン
グすることを特徴とする単結晶Ｓｉ製カンチレバーの製
造方法。2. A method of manufacturing a cantilever having a probe by microfabrication of a Si substrate, wherein a mask is formed on the surface of a single crystal Si substrate, and only a region corresponding to a probe forming portion is covered. In this state, impurities having a conductivity type different from that of the substrate are introduced into the substrate from the surface side to form an impurity layer, and then the impurities are diffused by heat treatment, and the impurities are diffused in a portion corresponding to the lower part of the mask. A probe is formed on the lower surface side of the layer, then the substrate is etched from the rear surface side, and when the etched surface reaches a predetermined distance from the lower surface of the impurity layer, the etching is stopped to form a lever portion. A method for manufacturing a single crystal Si cantilever, characterized by selectively etching only the impurity layer thereafter.
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| 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 |
| WO2003096409A1 (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
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-
1994
- 1994-06-29 JP JP14776594A patent/JP3384116B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US7141999B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-11-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| US7442571B2 (en) | 2002-05-08 | 2008-10-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe |
| CN100447542C (en) * | 2006-05-31 | 2008-12-31 | 北京大学 | MEMS microprobe and preparation method thereof |
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