JPH0815284A - Fine structure, its formation, atomic force microscope using the structure, scanning tunnel current microscope and light deflecting apparatus - Google Patents

Fine structure, its formation, atomic force microscope using the structure, scanning tunnel current microscope and light deflecting apparatus

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JPH0815284A
JPH0815284A JP15322494A JP15322494A JPH0815284A JP H0815284 A JPH0815284 A JP H0815284A JP 15322494 A JP15322494 A JP 15322494A JP 15322494 A JP15322494 A JP 15322494A JP H0815284 A JPH0815284 A JP H0815284A
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etching
substrate
microstructure
forming
thin plate
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JP15322494A
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Japanese (ja)
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Masahiro Fushimi
正弘 伏見
Yasuhiro Shimada
康弘 島田
Takayuki Yagi
隆行 八木
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To lessen the breaking at the time of formation and improve the precision and yeild ratio by sticking two substrates for which etching process is carried out to each other in the sides on which the grooves for a fine structure are formed and etching and removing a part from a substrate plane formed by a first etching. CONSTITUTION:A silicon nitride film 302 is formed as a thin film on a substrate 301 on which a fine structure is to be formed by LPCVD film forming method from dichlorosilane and ammonia gas. Then, a resist mask is formed by a mask aligner apparatus and a part 303 to be etched of the nitride film is removed by reactive ion etching. Next, etching is carried out by a heated aqueous solution of potassium hydroxide to form a frame body part 309. Further, a silicon oxide film is formed on another structure holding substrate 306 by sputtering and a cantilever seat part 307 is formed by ion milling method. Then, the substrates 301 and 306 are stuck mutually. After that, etching is carried out to separate the frame body part 309 and the cantilever part 308 and the frame body part 309 is removed.

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、シリコン薄板構造体の
作製方法、特にAFMやSTMの検知プローブに適用さ
れる微小な構造体の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a silicon thin plate structure, and more particularly to a method of manufacturing a minute structure applied to a detection probe of AFM or STM.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロメカトロニクス技術により作製
されるカンチレバー等のシリコンの微小構造体は、原子
間力顕微鏡(AFM)や走査型トンネル電流顕微鏡(S
TM)のプローブ部や、光偏向装置の微小偏向器におい
て利用されている。これらの装置において、微小構造体
は、シリコンや酸化シリコンなどを用いて構成されてい
る。
2. Description of the Related Art A silicon microstructure such as a cantilever manufactured by a micromechatronics technique is used for an atomic force microscope (AFM) or a scanning tunneling current microscope (S).
(TM) probe section and a micro-deflector of an optical deflector. In these devices, the microstructure is made of silicon, silicon oxide, or the like.

【0003】これら微小構造体の作製方法としては、以
下のようなものが挙げられる。 (1)薄膜で構造部を形成する方法、(2)構造体を形
成する単結晶基板を接合する方法。
As a method for producing these microstructures, the following methods can be mentioned. (1) A method of forming a structure part with a thin film, and (2) a method of joining single crystal substrates forming a structure.

【0004】ここで、(1)および(2)の方法を用い
て微小構造体を形成する方法を説明する。
Here, a method of forming a microstructure using the methods (1) and (2) will be described.

【0005】図16に、薄膜形成方法を用いてカンチレ
バーを形成する方法を示した。まず、図16(a)のよ
うに、基板1601上に、酸化シリコン等で形成される
犠牲層1602を真空成膜法を用いて形成した後、
(b)のようにポリシリコン膜などのカンチレバー部材
1604を堆積させる。次に、(c)のように犠牲層を
エッチング除去することにより、カンチレバー1603
を形成する。
FIG. 16 shows a method of forming a cantilever using a thin film forming method. First, as shown in FIG. 16A, a sacrifice layer 1602 formed of silicon oxide or the like is formed on a substrate 1601 by a vacuum film formation method, and then,
A cantilever member 1604 such as a polysilicon film is deposited as shown in (b). Next, the cantilever 1603 is removed by etching away the sacrificial layer as shown in (c).
To form.

【0006】図17には、単結晶シリコンを用いて微小
構造体を形成する方法を示した。図17(a)のように
第1の基板1701上にパイレックスガラス層を形成す
る。次に、(b)のように陽極接合法などの方法を用い
て第2の基板1703を結合させる。その後、(c)に
示すように、機械的研磨法やエッチング法を用いて所望
の厚みまで第2の基板1703を削る。最後に、(d)
に示すように不要部分をエッチング除去してカンチレバ
ー部1704と台座部1705を形成する。
FIG. 17 shows a method of forming a microstructure using single crystal silicon. As shown in FIG. 17A, a Pyrex glass layer is formed on the first substrate 1701. Next, as shown in (b), the second substrate 1703 is bonded using a method such as an anodic bonding method. Then, as shown in (c), the second substrate 1703 is ground to a desired thickness by using a mechanical polishing method or an etching method. Finally, (d)
As shown in FIG. 5, the unnecessary portion is removed by etching to form a cantilever portion 1704 and a pedestal portion 1705.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法において、(1)の方法では、膜形成時の応力制
御が難しく、残留応力により微小構造体の変形が起きや
すいという問題がある。また、(2)の方法では、接合
時のハンドリングによる破壊の問題から、接合基板の厚
みを小さくできず、エッチング除去法を用いる場合に
は、工程時間が長く、量産性が低いという欠点がある
上、エッチングにより他の構成部に影響を及ぼすという
問題も有している。また、機械的研磨による方法におい
ても、研磨時に破壊や歪が発生しやすいという問題や研
磨材による汚染の問題があった。
However, in these methods, the method (1) has a problem that it is difficult to control the stress at the time of film formation, and the microstructure is easily deformed by residual stress. Further, the method (2) has a drawback in that the thickness of the bonded substrate cannot be reduced due to a problem of destruction due to handling at the time of bonding, and when the etching removal method is used, the process time is long and the mass productivity is low. In addition, there is also a problem that other components are affected by etching. Further, even in the method by mechanical polishing, there are problems that breakage and distortion are likely to occur during polishing, and there is a problem of contamination by an abrasive.

【0008】そこで本発明は、これらの問題を解決し
て、微小構造体形成時の破壊を大幅に低減して、精度と
歩留りが向上した微小構造体の形成方法を提供すること
を目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to solve these problems and to provide a method for forming a microstructure in which the destruction at the time of forming the microstructure is significantly reduced and the precision and the yield are improved. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板の一部を
片面からエッチング除去し該基板中に薄板部を形成する
第1のエッチング工程、該エッチング面と逆の面の一部
をエッチング除去して微小構造体形成用溝を薄板形成部
に形成する第2のエッチング工程、前記2つのエッチン
グ工程を施した基板を該微小構造体用溝を形成した面で
他の基板と接合する工程、前記第1のエッチング工程に
よって薄板部が形成された基板面から薄板部の少なくと
も一部をエッチング除去して該薄板部を基板から分離す
る工程を含む微小構造体の形成方法、その方法で得られ
る微小構造体ならびにその方法で得られた微小構造体を
用いた原子間力顕微鏡、走査型トンネル電流顕微鏡およ
び光偏向装置を提供する。
According to the present invention, there is provided a first etching step for removing a part of a substrate from one surface by etching to form a thin plate portion in the substrate, and etching a part of a surface opposite to the etching surface. A second etching step of removing and forming a groove for forming a microstructure in a thin plate forming portion, and a step of joining a substrate subjected to the two etching steps to another substrate on the surface on which the groove for forming a microstructure is formed. A method for forming a microstructure, the method including a step of removing at least a part of the thin plate portion from a substrate surface on which the thin plate portion is formed by the first etching step to separate the thin plate portion from the substrate; Provided are an atomic force microscope, a scanning tunneling current microscope, and a light deflecting device using the microstructure and the microstructure obtained by the method.

【0010】すなわち、本発明の方法では、薄板部とそ
の薄板部を保持する枠体部を設けることにより、(1)
成膜時の残留応力などに起因するたわみ、(2)ハンド
リングによる傷を介在とした構造体の破壊を大幅に抑制
することを可能であり、微小構造体の形成の精度と歩留
りが飛躍的に向上する。また、接合後のエッチング時間
を短縮することができることから、量産性が高まり、同
時にエッチング液による他の構成材料への影響が少な
い。
That is, in the method of the present invention, by providing the thin plate portion and the frame body portion for holding the thin plate portion, (1)
Deflection caused by residual stress at the time of film formation, (2) It is possible to significantly suppress the destruction of the structure caused by scratches due to handling, and the precision and yield of forming microstructures are dramatically improved. improves. Further, since the etching time after joining can be shortened, mass productivity is improved, and at the same time, the etching liquid has little influence on other constituent materials.

【0011】また同時に、本発明の方法では、エッチン
グ量あるいは研磨量を小さく抑えることができるため、
エッチャントの消費量やエッチング装置の汚れが少なく
なり、優れた生産性を達成できる。さらに、枠部は多結
晶太陽電池などのシリコン原料として容易に再生するこ
とが可能であり、原料面のリサイクル効果もある。
At the same time, in the method of the present invention, since the etching amount or polishing amount can be suppressed to a small value,
The amount of etchant consumed and the contamination of the etching apparatus are reduced, and excellent productivity can be achieved. Further, the frame portion can be easily regenerated as a silicon raw material for a polycrystalline solar cell or the like, and has a recycling effect on the raw material surface.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明を、図に示す実施例に基づいて
詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
EXAMPLES The present invention will be described below in detail based on the examples shown in the drawings, but the present invention is not limited thereto.

【0013】(実施例1)図1〜図3は、本発明の微小
構造体の形成方法の第一の実施例を示すものである。図
1は本発明の微小構造体形成法を用いて形成したカンチ
レバーの構造を示す斜視図であり、図2は本実施例の微
小構造体形成方法に用いるシリコン基板の構造を示す斜
視図であり、図3は本発明の微小構造体の作製方法を示
す工程図である。
(Embodiment 1) FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of a method for forming a microstructure according to the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a cantilever formed by using the microstructure forming method of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a silicon substrate used in the microstructure forming method of the present embodiment. 3A to 3D are process diagrams showing a method for manufacturing a microstructure of the present invention.

【0014】これら図1〜3において、101はカンチ
レバー部、102は台座部、103は構造体保持基板
部、201は枠体部、202は薄板部、301は微小構
造体形成基板、302は窒化シリコン膜、303はエッ
チング部、304はシリコンの(111)結晶面、30
5は溝部、306は構造体保持基板、307は台座部、
308はカンチレバー部である。
1 to 3, 101 is a cantilever portion, 102 is a pedestal portion, 103 is a structure holding substrate portion, 201 is a frame portion, 202 is a thin plate portion, 301 is a microstructure forming substrate, and 302 is nitrided. Silicon film, 303 is etched portion, 304 is (111) crystal plane of silicon, 30
5 is a groove portion, 306 is a structure holding substrate, 307 is a pedestal portion,
308 is a cantilever portion.

【0015】図1において、カンチレバー部101は台
座部102を介して構造体保持基板103と結合してい
る。このカンチレバー構造体は、AFMやSTMの検知
部の駆動用レバーや光偏向器など各種の微小構造部とし
て応用が可能である。図2の微小構造体形成基板におい
ては、薄板部202が枠部201内にあり、図1のカン
チレバー部101は、その個々の薄板部202に形成さ
れる。このとき、枠板部101および薄板部102は、
シリコン(100)単結晶基板の一部をエッチング除去
することによって形成したものである。この薄板部の裏
面に微小構造体に沿った溝(図示せず)を形成し、他の
基板上に裏面で接合し、その後、上面よりエッチングを
行うことにより、上述した溝部で枠部101を切り放
し、他の基板上に図1に示した微小構造体であるカンチ
レバー部101等を形成する。
In FIG. 1, the cantilever portion 101 is connected to the structure holding substrate 103 via the pedestal portion 102. This cantilever structure can be applied as various minute structure parts such as a drive lever for a detection part of an AFM or STM, an optical deflector, and the like. In the microstructure forming substrate of FIG. 2, the thin plate portion 202 is inside the frame portion 201, and the cantilever portion 101 of FIG. 1 is formed on each thin plate portion 202. At this time, the frame plate portion 101 and the thin plate portion 102 are
It is formed by removing a part of a silicon (100) single crystal substrate by etching. Grooves (not shown) along the microstructure are formed on the back surface of this thin plate portion, the back surface is joined to another substrate, and then etching is performed from the top surface to form the frame portion 101 in the above-mentioned groove portion. The substrate is cut off, and the cantilever portion 101, which is the microstructure shown in FIG. 1, is formed on another substrate.

【0016】以下、本発明の微小構造体形成方法の基本
的部分である作製工程を、図3に示した本実施例のカン
チレバーの作製工程をもとに詳細に説明する。
The manufacturing process, which is the basic part of the method for forming a microstructure of the present invention, will be described in detail below based on the manufacturing process of the cantilever of this embodiment shown in FIG.

【0017】図3(a)において、窒化シリコン膜30
2の形成には、ジクロロシランおよびアンモニアガスを
原料としたLPCVD成膜法を用いて微小構造体形成基
板301に0.2μmの厚さに堆積させた。次に、マス
クアライナー装置を用いてレジストマスクを形成し、反
応性イオンエッチング法により、エッチング部303の
窒化膜を除去する。なお、反応性イオンエッチングは、
四フッ化炭素を用いて行った。
In FIG. 3A, the silicon nitride film 30 is formed.
For forming No. 2, the LPCVD film forming method using dichlorosilane and ammonia gas as raw materials was deposited on the microstructure forming substrate 301 to a thickness of 0.2 μm. Next, a resist mask is formed using a mask aligner device, and the nitride film in the etched portion 303 is removed by reactive ion etching. In addition, reactive ion etching is
It was performed using carbon tetrafluoride.

【0018】次に、この基板を約110℃に加熱した水
酸化カリウム水溶液で所定の時間だけエッチングし、図
3(b)の枠体部309を形成した。ここで、シリコン
の(111)結晶面304はシリコンの結晶面によるエ
ッチング速度の違いによって出現する。本実施例におい
て、薄板部の厚さは20μmとした。
Next, this substrate was etched with a potassium hydroxide aqueous solution heated to about 110 ° C. for a predetermined time to form a frame body portion 309 of FIG. 3B. Here, the (111) crystal plane 304 of silicon appears due to the difference in etching rate depending on the crystal plane of silicon. In this embodiment, the thin plate portion has a thickness of 20 μm.

【0019】また、本実施例では、エッチング溶液とし
て水酸化カリウムを用いたが、ヒドラジン、アンモニ
ア、テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド等のシ
リコンに異方性エッチングを施すことのできるエッチン
グ液を使用してもよい。また、電解エッチング法等の公
知の方法を用いて、厚み精度良く作製することも可能で
ある。さらに、フッ酸と硝酸の混合水溶液による等方性
エッチングを本実施例に適用して、図2の枠部201お
よび薄板部202を形成することも可能である。次に、
図3(c)に示すように、別の基板である構造体保持基
板306上にスパッタ法を用いて酸化シリコン膜を3μ
m厚に形成し、イオンミリング法を用いてカンチレバー
台座部307を形成した。
Although potassium hydroxide is used as the etching solution in this embodiment, an etching solution capable of anisotropically etching silicon such as hydrazine, ammonia and tetramethylammonium hydroxide is used. Good. Further, it is also possible to manufacture it with high thickness accuracy by using a known method such as an electrolytic etching method. Further, isotropic etching using a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid can be applied to this embodiment to form the frame portion 201 and the thin plate portion 202 in FIG. next,
As shown in FIG. 3C, a silicon oxide film having a thickness of 3 μm is formed on the structure holding substrate 306 which is another substrate by a sputtering method.
Then, the cantilever pedestal portion 307 was formed using an ion milling method.

【0020】次に、図3(d)に示すように、微小構造
体形成基板301と構造体保持基板306を貼り合わせ
た。この場合、スクリーン印刷によりエポキシ系接着剤
(図示せず)を接合部領域に塗布して結合させた。
Next, as shown in FIG. 3D, the microstructure forming substrate 301 and the structure holding substrate 306 were bonded together. In this case, an epoxy adhesive (not shown) was applied to the joint area by screen printing and bonded.

【0021】次に、図3(e)に示すように、六フッ化
イオウを用いて図中上面より反応性イオンエッチングに
よってエッチングを行ない、微小構造体形成基板301
の枠体部309とカンチレバー部308を分離して、枠
体部309を取り除いた。
Next, as shown in FIG. 3E, etching is performed by reactive ion etching from the upper surface in the figure using sulfur hexafluoride to form a fine structure forming substrate 301.
The frame body portion 309 and the cantilever portion 308 were separated, and the frame body portion 309 was removed.

【0022】本実施例において、カンチレバーの大きさ
は、200μm×40μmであり、4インチシリコンウ
ェハー中に54個のカンチレバーを同時に形成した。な
お、本実施例において、カンチレバーの反り量は1μm
以下で、極めて小さかった。 (実施例2)図4〜図7は、本発明の微小構造体の形成
方法の第2の実施例を示す図である。図4は本実施例の
微小構造体形成方法を適用して作製したトーション型原
子間力顕微鏡(AFM)の検出用プローブ部の構造図、
図5は本実施例の作製プロセスを示す工程図、図6は探
針形成用型材の平面図、図7は図6の探針形成用型材の
A−A’断面図である。
In this example, the size of the cantilevers was 200 μm × 40 μm, and 54 cantilevers were simultaneously formed in a 4-inch silicon wafer. In this example, the amount of warp of the cantilever is 1 μm.
Below, it was extremely small. (Embodiment 2) FIGS. 4 to 7 are views showing a second embodiment of the method for forming a microstructure according to the present invention. FIG. 4 is a structural diagram of a detection probe portion of a torsion type atomic force microscope (AFM) manufactured by applying the microstructure forming method of this embodiment,
FIG. 5 is a process diagram showing the manufacturing process of this embodiment, FIG. 6 is a plan view of the probe-forming mold material, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the probe-forming mold material of FIG.

【0023】図4および5において、401はレバー
部、402はヒンジ部、403は探針部、404は検出
用上電極引き出し部、405はコンタクト電極部、40
6はコンタクト部、407は台座部、408は検出用下
電極部、409は静電変位検出回路部である。
4 and 5, 401 is a lever portion, 402 is a hinge portion, 403 is a probe portion, 404 is a detection upper electrode lead portion, 405 is a contact electrode portion, 40
Reference numeral 6 is a contact portion, 407 is a pedestal portion, 408 is a detection lower electrode portion, and 409 is an electrostatic displacement detection circuit portion.

【0024】以下に、本実施例で形成した原子間力顕微
鏡(AFM)の検出プローブについて、その構成および
駆動方法について説明する。
The structure and driving method of the detection probe of the atomic force microscope (AFM) formed in this embodiment will be described below.

【0025】図4のAFM検出用プローブは、プローブ
が検出試料面を走査機構(図示せず)により走査すると
きに、探針部403が試料面の凹凸に従って上下に変位
する。このとき、レバー部401はヒンジ部402の捻
れにより、ヒンジ部402の中心を軸として回動し、レ
バー裏面に形成された上電極部(図示せず)と下電極部
408との距離が変化する。このときの容量変化量を検
出回路409で検出することにより、凹凸信号として検
出を行う。
In the AFM detection probe of FIG. 4, when the probe scans the detection sample surface with a scanning mechanism (not shown), the probe portion 403 is vertically displaced according to the unevenness of the sample surface. At this time, the lever portion 401 rotates about the center of the hinge portion 402 due to the twist of the hinge portion 402, and the distance between the upper electrode portion (not shown) formed on the back surface of the lever and the lower electrode portion 408 changes. To do. By detecting the amount of capacitance change at this time by the detection circuit 409, detection is performed as an uneven signal.

【0026】次に、図5のAFMプローブの作製プロセ
ス図を用いて、本発明の微小構造体の形成方法につい
て、さらに詳細に説明する。
Next, the method for forming a microstructure of the present invention will be described in more detail with reference to the manufacturing process diagram of the AFM probe shown in FIG.

【0027】図5において、501は微細構造体形成基
板、502は窒化シリコン膜、503はエッチング部、
504はシリコンの(111)結晶面、505は溝部、
506は接合用上電極およびその引き出し部、507は
接合用上電極と一部兼用される検出用上電極およびその
引き出し部、508は検出回路側基板、509は検出用
下電極、510は接合用下電極、511は台座部、51
2は犠牲層、513はコンタクト部、514は探針接続
部、515は探針部である。
In FIG. 5, 501 is a fine structure forming substrate, 502 is a silicon nitride film, 503 is an etching portion,
504 is a (111) crystal plane of silicon, 505 is a groove,
Reference numeral 506 is an upper electrode for bonding and its lead portion, 507 is an upper electrode for detection and its lead part which are also partially used as the upper electrode for bonding, 508 is a detection circuit side substrate, 509 is a lower electrode for detection and 510 is a wire for joining. Lower electrode 511 is a pedestal portion, 51
Reference numeral 2 is a sacrifice layer, 513 is a contact portion, 514 is a probe connecting portion, and 515 is a probe portion.

【0028】図5(a)において、窒化シリコン膜50
2の形成には、実施例1と同様にジクロロシランおよび
アンモニアガスを原料としたLPCVD成膜法を用いて
微小構造体形成基板501に0.2μmの厚さに堆積さ
せた。以下、実施例1と同様に、マスクアライナー装置
を用いてレジストマスクを形成し、反応性イオンエッチ
ング法により、エッチング部503の窒化膜を除去し
た。なお、本実施例においては、反応性イオンエッチン
グは四フッ化炭素、異方性エッチングは90℃に加熱し
たテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドを用いて
行った。実施例1同様、シリコンの(111)結晶面5
04はシリコンの結晶面によるエッチング速度の違いに
より出現する。なお、本実施例において、薄板部の厚さ
は15μmとした。
In FIG. 5A, the silicon nitride film 50 is formed.
For formation of No. 2, the LPCVD film forming method using dichlorosilane and ammonia gas as raw materials was used to deposit 0.2 μm in thickness on the microstructure formation substrate 501 as in Example 1. Thereafter, as in the case of Example 1, a resist mask was formed using a mask aligner device, and the nitride film in the etched portion 503 was removed by the reactive ion etching method. In this example, reactive ion etching was performed using carbon tetrafluoride, and anisotropic etching was performed using tetramethylammonium hydroxide heated to 90 ° C. As in Example 1, (111) crystal plane 5 of silicon
04 appears due to the difference in etching rate depending on the crystal plane of silicon. In this example, the thin plate portion had a thickness of 15 μm.

【0029】次に、裏面の窒化シリコン膜を反応性イオ
ンエッチング法により全面除去した後、レジストをマス
クとして、六フッ化硫黄ガスを用いた反応性イオンエッ
チングにより、レバー部401の形状に沿って溝507
を同時にアルミニウム蒸着およびリフトオフ法を用いて
形成する。ここで、図5(c)は、AFM検出用回路
(図示せず)が形成されている検出回路側基板508を
示す。検出用下電極509および接合用下電極510を
リフトオフ法を用いてアルミニウムの蒸着によって形成
した。
Next, after the silicon nitride film on the back surface is entirely removed by reactive ion etching, the resist is used as a mask to carry out reactive ion etching using sulfur hexafluoride gas along the shape of the lever portion 401. Groove 507
Are simultaneously formed using aluminum vapor deposition and lift-off method. Here, FIG. 5C shows the detection circuit side substrate 508 on which an AFM detection circuit (not shown) is formed. The detection lower electrode 509 and the bonding lower electrode 510 were formed by vapor deposition of aluminum using the lift-off method.

【0030】次に、スパッタ法を用いて鉛を含有した低
融点ガラス膜を3μm厚に形成し、イオンミリング法を
用いてレバー台座部511を形成し、最後に酸化亜鉛を
用いて、スパッタ法とエッチング法により、犠牲層51
2を形成した。
Next, a low melting point glass film containing lead is formed to a thickness of 3 μm by a sputtering method, a lever pedestal portion 511 is formed by an ion milling method, and finally, a sputtering method is performed by using zinc oxide. And the etching method, the sacrificial layer 51
Formed 2.

【0031】図5(d)は、微小構造体形成基板501
とAFM検出回路側基板508の接合の様子を説明する
図である。両方の基板をアライメントマーカにより合わ
せた後、接合用下電極510を正極、接合用上電極50
7を負極として100Vの直流電圧を、100℃の雰囲
気で5分間印加することにより、2つの基板501と5
08をレバー台座部511で接合した。
FIG. 5D shows a microstructure forming substrate 501.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of joining the AFM detection circuit side substrate 508 and the AFM detection circuit side substrate 508. After aligning both substrates with the alignment marker, the bonding lower electrode 510 is the positive electrode and the bonding upper electrode 50.
By applying a DC voltage of 100 V for 5 minutes in an atmosphere of 100 ° C. with 7 as a negative electrode, the two substrates 501 and 5
08 was joined at the lever pedestal portion 511.

【0032】また、アライメント合わせにおいては、赤
外線カメラを用い、2つの基板の接合面にそれぞれ形成
した金属材料によるマーカーにより、アライメント合わ
せを行った。
In the alignment, an infrared camera was used, and the alignment was performed by using markers made of a metal material formed on the bonding surfaces of the two substrates.

【0033】次に、六フッ化硫黄を用いて図中上面より
反応性イオンエッチングによりエッチングを行い、微小
構造体形成用基板501の枠体部とレバー部401、ヒ
ンジ部402および台座部407の形成された部分を分
離した後、枠体部を機械的に取り除いて、図5(e)の
ような状態とする。
Next, etching is performed by reactive ion etching from the upper surface in the figure using sulfur hexafluoride to form the frame portion of the microstructure forming substrate 501, the lever portion 401, the hinge portion 402, and the pedestal portion 407. After the formed portion is separated, the frame body portion is mechanically removed to obtain a state as shown in FIG.

【0034】次に、図5(f)に示すように、コンタク
ト部513をアルミニウムのリフトオフ法により形成し
て、検出用上電極部506と接合用下電極部510を接
続、探針接続部514を金のリフトオフ法により形成し
た後、探針部515を接続した。この後、犠牲層512
をエッチング除去することにより、AFMプローブが完
成した。なお、犠牲層512のエッチングには、過酸化
水素水とアンモニア水の混合液を用い、レバー部の基板
部508への貼り付きを防止するために80℃でエッチ
ング液とジクロロベンゼンの置換を行い、室温に戻した
後、真空下に保持し、ジクロロベンゼンを取り除く凍結
乾燥法を用いた。
Next, as shown in FIG. 5 (f), a contact portion 513 is formed by an aluminum lift-off method to connect the detection upper electrode portion 506 and the bonding lower electrode portion 510 and the probe connection portion 514. Was formed by the gold lift-off method, and then the probe portion 515 was connected. After this, the sacrificial layer 512
Was removed by etching to complete the AFM probe. A mixed solution of hydrogen peroxide water and ammonia water was used for etching the sacrificial layer 512, and the etching solution was replaced with dichlorobenzene at 80 ° C. to prevent sticking of the lever portion to the substrate portion 508. After returning to room temperature, a freeze-drying method was used in which the solution was kept under vacuum to remove dichlorobenzene.

【0035】また、探針部515の形成は、型材にて成
形した金探針の転写により行った。この方法について
は、図6および図7を用いて説明する。
The probe portion 515 was formed by transferring a gold probe formed of a mold material. This method will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0036】図6および図7において、601は単結晶
シリコン(100)基板、602は探針形成用の溝を示
す。
In FIGS. 6 and 7, 601 indicates a single crystal silicon (100) substrate, and 602 indicates a groove for forming a probe.

【0037】図6および図7において、探針部515を
形成するための溝部602は上述したシリコン単結晶の
異方性エッチングにより形成する。探針部515は、リ
フトオフ法を用いて金を1μm厚に蒸着法で形成した。
この探針部515をレバー上に形成したクロムを下引き
層として金を0.1μm堆積し形成した接続部514に
圧着して、探針を転写して形成した。
6 and 7, the groove portion 602 for forming the probe portion 515 is formed by anisotropic etching of the above-mentioned silicon single crystal. The probe portion 515 was formed by a vapor deposition method with a thickness of 1 μm of gold using the lift-off method.
The probe portion 515 was formed by transferring the probe by pressing the probe portion 515 onto the connecting portion 514 formed by depositing 0.1 μm of gold using chromium formed on the lever as an undercoat layer.

【0038】なお、本実施例のプローブサイズは、レバ
ー部401が200μm×100μm、ヒンジ部402
が50μm×15μmで厚みは1μmであり、約30k
Hzに共振周波数を有する。また、レバー部の反り量は
2μm以下であり、同時に形成したレバー間の反り量の
差は検出されなかった。
In the probe size of this embodiment, the lever portion 401 is 200 μm × 100 μm, and the hinge portion 402 is
Is 50 μm × 15 μm and the thickness is 1 μm.
It has a resonant frequency at Hz. The amount of warp of the lever portion was 2 μm or less, and the difference in the amount of warp between the levers formed at the same time was not detected.

【0039】本実施例において基板の接続は、アルミニ
ウムと鉛含有ガラスとの間の陽極接合により行ったが、
シリコンとアルカリ含有ガラスとの間の陽極接合法、エ
ポキシ系接着剤、感光性接着剤、ペースト状にした低融
点金属をスクリーン印刷等の方法を用いて接続部に形成
し、必要に応じて紫外線照射や温度制御を行って接続す
る方法、低融点金属を真空形成方法を用いて接続部に形
成し熱処理によって接合する方法、探針の形成の説明で
示した金属の圧力を印加しての接続方法等の他の接合方
法を適用することが可能である。
In this example, the connection of the substrates was made by anodic bonding between aluminum and lead-containing glass.
Anodic bonding method between silicon and alkali-containing glass, epoxy adhesive, photosensitive adhesive, paste-like low melting point metal is formed in the connection portion by a method such as screen printing, and ultraviolet rays are used as necessary. Method of connecting by irradiation and temperature control, method of forming low melting point metal at the connection part using vacuum forming method and joining by heat treatment, connection by applying metal pressure shown in description of forming probe It is possible to apply other joining methods such as a method.

【0040】また、本実施例のAFMにおいて、検出は
静電的に行ったが、プローブの変位を光こて法などの他
の方法で行うことも可能である。その場合は、検出用の
電極が不要となり、プローブ構成が単純化される。ま
た、必要に応じて、光照射部に金属等の高反射率部材を
形成することによって検出感度を向上させることが可能
である。
Further, in the AFM of this embodiment, the detection is carried out electrostatically, but the displacement of the probe can be carried out by another method such as an optical tip method. In that case, an electrode for detection is not required, and the probe configuration is simplified. Further, if necessary, it is possible to improve the detection sensitivity by forming a high reflectance member such as a metal in the light irradiation portion.

【0041】さらに、本実施例の作製方法で形成した構
造体は、走査型トンネル顕微鏡(STM)等の検出プロ
ーブ、探針による書き込みおよび検出を利用したメモリ
システム用の書き込み/再生プローブ等の微小構造体の
作製方法として広く適用することが可能である。
Further, the structure formed by the manufacturing method of this embodiment is a minute probe such as a detection probe for a scanning tunneling microscope (STM), a writing / reproducing probe for a memory system utilizing writing and detection by a probe. It can be widely applied as a method for manufacturing a structure.

【0042】(実施例3)図8から図9は、本発明の微
小構造体形成方法の第3の実施例を示すものであり、図
8は本実施例に用いる構造体形成用基板の一部を示す図
であり、図9は本実施例の作製工程図である。
(Embodiment 3) FIGS. 8 to 9 show a third embodiment of the method for forming a microstructure according to the present invention. FIG. 8 shows an example of a structure forming substrate used in this embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a part, and FIG. 9 is a manufacturing process diagram of this embodiment.

【0043】本実施例は、実施例2と同じ構成のAFM
検出用プローブの作製を、主構成材料として酸化シリコ
ンを用いて行う方法を示す。
This embodiment is an AFM having the same structure as that of the second embodiment.
A method of producing a detection probe using silicon oxide as a main constituent material will be described.

【0044】図8および図9において、801はシリコ
ン単結晶接合側基板部、802は枠体部、803は薄板
部、804は熱酸化により形成した酸化シリコン部、9
01はシリコン基板中のシリコン部、902は駆動用上
電極部、903は圧着部、904は溝部、905は駆動
側基板、906はレバー台座部、907は駆動用下電
極、908は接続部、909は引き出し電極部、910
は犠牲層部、911はレジスト、912は探針部であ
る。
In FIGS. 8 and 9, 801 is a silicon single crystal bonding side substrate portion, 802 is a frame body portion, 803 is a thin plate portion, 804 is a silicon oxide portion formed by thermal oxidation, and 9
Reference numeral 01 is a silicon portion in a silicon substrate, 902 is a driving upper electrode portion, 903 is a crimping portion, 904 is a groove portion, 905 is a driving side substrate, 906 is a lever pedestal portion, 907 is a driving lower electrode, and 908 is a connecting portion. Reference numeral 909 is an extraction electrode portion, and 910.
Is a sacrifice layer portion, 911 is a resist, and 912 is a probe portion.

【0045】図8において、枠体部802と薄板部80
3は、以下のように形成した。まず、熱酸化により酸化
シリコン層802を形成した。なお熱酸化は、水素−酸
素混合雰囲気中でシリコン基板801を1150℃に一
昼夜保持することにより行った。
In FIG. 8, the frame body portion 802 and the thin plate portion 80
3 was formed as follows. First, the silicon oxide layer 802 was formed by thermal oxidation. The thermal oxidation was performed by holding the silicon substrate 801 at 1150 ° C. in a hydrogen-oxygen mixed atmosphere for a whole day and night.

【0046】次に、フォトリソグラフィ法およびフッ酸
によるエッチング法を用いてエッチング部の酸化シリコ
ン層を除去する。次に、治具(図示せず)を用いてシリ
コン基板801の片側よりエッチングを行い、シリコン
単結晶基板に薄板部803を形成した。なお、シリコン
基板801のエッチング液は、実施例1と同様に水酸化
カリウムを用いた。
Next, the silicon oxide layer in the etched portion is removed by using the photolithography method and the etching method using hydrofluoric acid. Next, etching was performed from one side of the silicon substrate 801 using a jig (not shown) to form a thin plate portion 803 on the silicon single crystal substrate. As the etching solution for the silicon substrate 801, potassium hydroxide was used as in Example 1.

【0047】つぎに、図9を用いて実施例2と同様の構
成のAFMの作製方法について詳細に説明する。
Next, a method of manufacturing an AFM having the same structure as that of the second embodiment will be described in detail with reference to FIG.

【0048】図9(a)は、図8のシリコン基板801
を断面方向から見た図である。ここで、下側の酸化シリ
コン層804の厚みは10μmである。
FIG. 9A shows the silicon substrate 801 of FIG.
It is the figure which looked at from the cross section. Here, the thickness of the lower silicon oxide layer 804 is 10 μm.

【0049】図9(b)は、切り放し用の溝部904お
よび駆動用電極902、圧着部903を形成した状態を
示す。溝部904は、四フッ化炭素を用いた反応性エッ
チングにより4μmの深さに形成した。また、駆動用上
電極902と圧着部903は密着性を高めるためクロム
を下地として0.05μm、金を0 .3μm連続的に
スパッタして形成した。なお、左右の圧着部903はそ
れぞれ、駆動用上電極902とチップ部(図示せず)と
に接続している。
FIG. 9B shows a state in which a groove portion 904 for cutting off, a driving electrode 902, and a pressure bonding portion 903 are formed. The groove portion 904 was formed to a depth of 4 μm by reactive etching using carbon tetrafluoride. Further, the driving upper electrode 902 and the pressure-bonding portion 903 have a thickness of 0.05 .mu.m with gold as a base and gold with a thickness of 0. It was formed by continuously sputtering 3 μm. The left and right crimp portions 903 are connected to the driving upper electrode 902 and the chip portion (not shown), respectively.

【0050】図9(c)は、駆動側基板905を示し、
酸化シリコンで構成されるレバー台座部906をスパッ
タ法により2μmの厚さに形成後、駆動用下電極90
7、接続部908、引き出し電極部909を形成し、次
に、レジストによる犠牲層910を形成した状態を示
す。なお、駆動用下電極部907、接続部908と引き
出し電極部909は、クロムを下地として0.05μ
m、金を1μm連続スパッタして形成した。
FIG. 9C shows the driving side substrate 905,
After forming the lever pedestal portion 906 made of silicon oxide to a thickness of 2 μm by the sputtering method, the driving lower electrode 90 is formed.
7, a connection portion 908, a lead electrode portion 909 are formed, and then a sacrifice layer 910 made of resist is formed. The lower electrode portion 907 for driving, the connecting portion 908, and the lead electrode portion 909 are made of chromium as a base and have a thickness of 0.05 μm.
m and gold were continuously sputtered for 1 μm.

【0051】図9(d)は、構造体形成用基板を駆動用
基板905に圧着した状態を示す。なお、このときの圧
着は、4インチのウェハー当り約1kgfの力を印加し
て行った。その後、実施例1と同様の方法を用いて枠体
部を取り除いた。
FIG. 9D shows a state in which the structure forming substrate is pressure-bonded to the driving substrate 905. The pressure bonding at this time was performed by applying a force of about 1 kgf per 4 inch wafer. After that, the frame body portion was removed by the same method as in Example 1.

【0052】図9(e)は、探針部912の形成方法を
示す図であり、レジスト911を探針形成部が逆テーパ
形状になるように形成し、基板を蒸着源に対して傾けた
状態で回転させて探針部912を形成した。
FIG. 9E is a diagram showing a method of forming the probe portion 912. A resist 911 is formed so that the probe forming portion has an inverse tapered shape, and the substrate is inclined with respect to the vapor deposition source. The probe part 912 was formed by rotating in this state.

【0053】図9(f)は犠牲層912および探針形成
用のレジスト911を除去した状態を示す。なお、レジ
ストの除去は、酸素プラズマを用いたアッシング法によ
って行った。
FIG. 9F shows a state in which the sacrificial layer 912 and the resist 911 for forming the probe are removed. The resist was removed by an ashing method using oxygen plasma.

【0054】また、本実施例において構造体形成用基板
として、PEG3感光性ガラス(HOYA(株)製)等
の加工性ガラスを用いることが可能である。その場合に
は、薄板部形成パターンで紫外線照射を行い、マスク材
を取り除いた後、約600℃で熱処理による現像を行
い、さらにその後、紫外線を照射して未露光部を露光す
る。その後、10%フッ化水素酸溶液で治具(図示せ
ず)を用いて片側からエッチングを行い、構造体形成用
基板を形成する。以下、上記と同様の工程を用いること
により、反りのないレバーの形成を行うことができた。
Further, in the present embodiment, it is possible to use a workable glass such as PEG3 photosensitive glass (manufactured by HOYA Co., Ltd.) as the structure forming substrate. In that case, the thin plate portion forming pattern is irradiated with ultraviolet rays, the mask material is removed, development is performed by heat treatment at about 600 ° C., and then, the unexposed portion is exposed by irradiation with ultraviolet rays. After that, etching is performed from one side with a 10% hydrofluoric acid solution using a jig (not shown) to form a structure forming substrate. Thereafter, by using the same steps as described above, it was possible to form the lever without warping.

【0055】(実施例4)図10〜図12は、本発明の
微小構造体作製方法の第4の実施例を示すものである。
図10はシリコン単結晶基板を用いて作製した微小構造
体、図11は、その微小構造体の作製工程を示す図であ
り、図12はその微小構造体を投影型表示装置のマルチ
型光偏向器として用いた例を示す。
(Embodiment 4) FIGS. 10 to 12 show a fourth embodiment of the method for producing a microstructure according to the present invention.
FIG. 10 is a microstructure manufactured using a silicon single crystal substrate, FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process of the microstructure, and FIG. 12 is a multi-type optical deflection of a projection display device with the microstructure. The example used as a container is shown.

【0056】図10〜図12において、1001〜10
04はカンチレバー、1005は台座部、1006は下
電極部、1007は上電極部、1008は上電極引き出
し部、1009は駆動側基板、1101はシリコン基
板、1102はマスク部、1103は溝部、1104は
枠部、1105は薄板部、1106〜1109はカンチ
レバー部を示す。
10 to 12, 1001 to 10
Reference numeral 04 is a cantilever, 1005 is a pedestal portion, 1006 is a lower electrode portion, 1007 is an upper electrode portion, 1008 is an upper electrode lead portion, 1009 is a driving side substrate, 1101 is a silicon substrate, 1102 is a mask portion, 1103 is a groove portion, 1104 is A frame portion, 1105 is a thin plate portion, and 1106 to 1109 are cantilever portions.

【0057】図10において、下電極1006と上電極
1007の間に電圧を印加することにより、カンチレバ
ー1001〜1004はそれぞれの厚みに従って変位す
る。その際、印加電圧を大きくするに従って、カンチレ
バーは厚さの小さい1001から順に下電極にぶつかる
まで変形する。そのため、印加電圧を制御することによ
り、レバーの変位角度を変化させることが可能となる。
In FIG. 10, by applying a voltage between the lower electrode 1006 and the upper electrode 1007, the cantilevers 1001 to 1004 are displaced according to their respective thicknesses. At that time, as the applied voltage is increased, the cantilever deforms in order from the smallest thickness 1001 until it hits the lower electrode. Therefore, it is possible to change the displacement angle of the lever by controlling the applied voltage.

【0058】次に、図11を用いてそのカンチレバー1
001〜1004および台座部1005の作製方法につ
いて説明する。
Next, referring to FIG. 11, the cantilever 1
A method of manufacturing 001 to 1004 and the pedestal portion 1005 will be described.

【0059】図11は図10のA−A’断面における構
造体形成方法を示し、(a)は実施例1と同様の方法を
用いて単結晶シリコン基板1101から薄板部1105
および溝部1103を形成した状態を示す。ここで、溝
部1103は実施例1と同様の方法を用いて形成した。
また、エッチング用マスク部1102としては、レジス
トを用いた。図11(b)および(c)は、カンチレバ
ー1106〜1109に厚み変化を形成する工程を説明
する図であり、厚みを変える領域ごとにレジストパター
ニングを行って、エッチング部を別々に形成し、ドライ
エッチングを繰り返すことにより、厚さの異なる微小構
造体を形成している。図11(d)は台座部1005も
同様な方法で形成した状態を示す。
FIG. 11 shows a method of forming a structure in the AA ′ cross section of FIG. 10, and FIG. 11A shows the single crystal silicon substrate 1101 to the thin plate portion 1105 using the same method as in the first embodiment.
A state in which the groove 1103 is formed is shown. Here, the groove portion 1103 was formed by using the same method as in the first embodiment.
A resist was used as the etching mask portion 1102. FIGS. 11B and 11C are views for explaining the step of forming a thickness change in the cantilevers 1106 to 1109, in which resist patterning is performed for each area where the thickness is changed, and an etching portion is formed separately, and dry etching is performed. By repeating the etching, microstructures having different thicknesses are formed. FIG. 11D shows a state in which the pedestal portion 1005 is also formed by the same method.

【0060】次に、図11(d)の下面にスパッタ法を
用いて絶縁層および接合層として機能するガラス層(図
示せず)を0.2μmの厚さに堆積させた。
Next, a glass layer (not shown) functioning as an insulating layer and a bonding layer was deposited to a thickness of 0.2 μm on the lower surface of FIG. 11 (d) by a sputtering method.

【0061】次に、図10における下電極部1006上
にレジストによる犠牲層(図示せず)を駆動用基板11
01上に形成し、引き続きアルミニウムにより形成した
引き出し電極部1008を形成する。
Next, a sacrificial layer (not shown) made of a resist is formed on the lower electrode portion 1006 in FIG.
01, and subsequently the extraction electrode portion 1008 made of aluminum is formed.

【0062】次に、引き出し電極部1008を正極、シ
リコン基板1101を負極とした陽極接合法により、引
き出し電極部1008と台座部1005上に形成したガ
ラス層(図示せず)間で結合させた。この後、四フッ化
炭素を用いた反応性イオンエッチング法により、微小構
造体部を薄板部1105から切り放した。最後に、スパ
ッタ法およびエッチングによりアルミニウムで光反射層
として機能する上電極部1007を形成した後、酸素プ
ラズマアッシングによりレジストを除去して微小構造体
とした。
Next, the extraction electrode portion 1008 was bonded to the glass layer (not shown) formed on the pedestal portion 1005 and the extraction electrode portion 1008 by an anodic bonding method using the positive electrode and the silicon substrate 1101 as the negative electrode. Thereafter, the microstructure portion was cut off from the thin plate portion 1105 by the reactive ion etching method using carbon tetrafluoride. Finally, the upper electrode portion 1007 functioning as a light reflecting layer was formed of aluminum by sputtering and etching, and then the resist was removed by oxygen plasma ashing to form a microstructure.

【0063】なお、カンチレバー1106〜1109の
長さは50μm、幅は各8μm、厚さは薄い方から0.
4μm、0.6μm、0.8μm、1.0μmとし、カ
ンチレバー1106〜1109の上面から下電極100
6までの距離は5μmとした。
The cantilevers 1106-1109 have a length of 50 μm, a width of 8 μm, and a thickness of 0.
4 μm, 0.6 μm, 0.8 μm, and 1.0 μm, and from the upper surface of the cantilevers 1106-1109 to the lower electrode 100.
The distance to 6 was 5 μm.

【0064】また、本実施例においては薄板部1105
を先に形成してから、微小構造体形成用溝部1103を
形成したが、シリコン基板1101に微小構造体形成用
溝部1103を形成した後、片面からのエッチングによ
り薄板化して薄板部1105を形成することも可能であ
る。
Also, in this embodiment, the thin plate portion 1105
After forming the microstructure forming groove 1103 first, the microstructure forming groove 1103 is formed. After the microstructure forming groove 1103 is formed in the silicon substrate 1101, the thin plate portion 1105 is formed by thinning by etching from one side. It is also possible.

【0065】本実施例で作製した光偏向器の上電極部1
007と下電極部1006の間に電圧を印加したとこ
ろ、カンチレバーの変位が顕微鏡で観測された。平行光
を用いて反射光量測定したところ、25Vで電圧印加の
ないときに比べて80%、65Vで55%、30Vで3
0%、100Vで5%となった。
The upper electrode portion 1 of the optical deflector manufactured in this example.
When a voltage was applied between 007 and the lower electrode part 1006, displacement of the cantilever was observed with a microscope. When the amount of reflected light was measured using parallel light, it was 80% at 25V, 55% at 65V, and 3 at 30V compared to when no voltage was applied.
It became 0% and 5% at 100V.

【0066】図12は、図10で示した微小構造体を2
次元アレイ状に形成し、プロジェクション表示装置の画
像形成ミラーとして利用した様子を示す図であり、12
01は微小構造体部、1202は上電極部、1203は
引き出し電極部、1204は下電極部、1205は駆動
側基板、1206は入射光、1207は反射光を示す。
FIG. 12 shows the microstructure shown in FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a state of being formed into a three-dimensional array and used as an image forming mirror of a projection display device.
Reference numeral 01 is a minute structure portion, 1202 is an upper electrode portion, 1203 is a lead electrode portion, 1204 is a lower electrode portion, 1205 is a driving side substrate, 1206 is incident light, and 1207 is reflected light.

【0067】本構成において、微小構造素子1201を
300×200個の配列に形成し、0〜100Vの矩形
波により、マトリックス駆動したところ、階調の良好な
投影画像が得られた。
In this structure, the microstructured elements 1201 were formed in an array of 300.times.200 and were driven in a matrix by a rectangular wave of 0 to 100 V, and a projected image with good gradation was obtained.

【0068】(実施例5)図13〜図15は、本発明の
微小構造体作製方法の第5の実施例を示すものである。
図13はシリコン単結晶基板を用いて作製した微小構造
体を示す図であり、図14はその微小構造体の作製工程
図、図15はその微小構造体を投影型表示装置のマルチ
型偏向器として用いたものの1例の図である。
(Embodiment 5) FIGS. 13 to 15 show a fifth embodiment of the method for producing a microstructure according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a microstructure manufactured using a silicon single crystal substrate, FIG. 14 is a manufacturing process diagram of the microstructure, and FIG. 15 is a multi-deflector of the projection type display device for the microstructure. It is a figure of an example of what was used as.

【0069】図13〜15において、1301〜130
4はヒンジ部、1305は台座部、1307は上電極引
き出し部、1308は駆動側基板、1309は光反射機
能を有するレバー部、1401は薄板部、1402はマ
スク部、1403は溝部、1404および1405はヒ
ンジ部を示す。
13 to 15, reference numerals 1301 to 130
Reference numeral 4 is a hinge portion, 1305 is a pedestal portion, 1307 is an upper electrode drawing portion, 1308 is a driving side substrate, 1309 is a lever portion having a light reflecting function, 1401 is a thin plate portion, 1402 is a mask portion, 1403 is a groove portion, 1404 and 1405. Indicates a hinge part.

【0070】図13において、駆動側基板1308中に
形成された下電極(図示せず)と光反射部1309上に
形成された上電極(図示せず)の間に電圧を印加するこ
とにより、レバー部1309は結合しているヒンジ部1
301〜1304の厚みおよび幅に従って変位する。そ
の際、印加電圧を大きくするに従い、レバー部は厚みお
よび幅の小さい1301から順に下電極にぶつかるまで
回転駆動する。このため、印加電圧を制御することによ
りレバーの変位角度を変化させ、反射光量を制御するこ
とが可能となる。
In FIG. 13, by applying a voltage between a lower electrode (not shown) formed in the driving side substrate 1308 and an upper electrode (not shown) formed on the light reflecting portion 1309, The lever portion 1309 is connected to the hinge portion 1
It is displaced according to the thickness and width of 301 to 1304. At that time, as the applied voltage is increased, the lever portion is rotationally driven in order from 1301 having a small thickness and width until it hits the lower electrode. Therefore, by controlling the applied voltage, the displacement angle of the lever can be changed and the amount of reflected light can be controlled.

【0071】次に、図14を用いてこのレバー部130
9、ヒンジ部1301〜1304および台座部1305
の作製方法について説明する。
Next, referring to FIG. 14, the lever portion 130 will be described.
9, hinge portions 1301 to 1304 and pedestal portion 1305
The manufacturing method of will be described.

【0072】図14は、図13のA−A’断面における
構造体形成方法を示し、(a)は実施例1と同様の方法
を用いて単結晶シリコン基板から薄板部1401を形成
した状態を示す。また溝部1403も、実施例1と同様
の方法を用いて形成した。また、エッチング用マスク部
1402としては、アルミニウムを用いた。図14
(b)および(c)は、カンチレバー1405〜140
8に厚み変化を形成する工程を説明する図であり、厚み
を変える領域ごとにレジストパターニングおよびアルミ
ニウムのエッチングを行って、ドライエッチングを繰り
返すことにより、厚さの異なる微小構造体を形成してい
る。図14(d)は、最終的な形状を示す。なお、実施
例4同様、図14(d)の下面にスパッタ法を用いて絶
縁層および接合層として機能するガラス層(図示せず)
を0.5μmの厚さに形成している。また、他の工程も
実施例4と同様の方法を用いて形成した。
FIG. 14 shows a method of forming a structure in the AA ′ section of FIG. 13, and FIG. 14A shows a state in which a thin plate portion 1401 is formed from a single crystal silicon substrate by using the same method as in Example 1. Show. The groove 1403 was also formed using the same method as in Example 1. Aluminum was used as the etching mask portion 1402. 14
(B) and (c) show cantilevers 1405 to 140.
8A and 8B are views for explaining the step of forming a thickness change in FIG. 8, in which resist patterning and aluminum etching are performed for each area where the thickness is changed, and dry etching is repeated to form microstructures having different thicknesses. . FIG. 14D shows the final shape. As in Example 4, a glass layer (not shown) that functions as an insulating layer and a bonding layer on the lower surface of FIG.
Is formed to have a thickness of 0.5 μm. Further, other steps were formed by using the same method as in Example 4.

【0073】なお、ヒンジ部1405〜1408の長さ
は8μm、幅および厚みは同じとし、小さい方から3μ
m、4μm、5μm、6μmとした。また、レバー部1
309のサイズは、長さ30μm、幅10μmとし、レ
バー部1309上面から下電極1306までの距離は1
5μmとした。
The length of the hinge portions 1405 to 1408 is 8 μm, the width and the thickness are the same, and the smaller one is 3 μm.
m, 4 μm, 5 μm, and 6 μm. Also, the lever portion 1
The size of 309 is 30 μm in length and 10 μm in width, and the distance from the upper surface of the lever portion 1309 to the lower electrode 1306 is 1
It was 5 μm.

【0074】本実施例で作製した光偏向きの上電極(図
示せず)と下電極1306の間に電圧を印加したとこ
ろ、レバー部の変位が顕微鏡で観察された。平行光を用
いて反射光量を測定したところ、20Vで電圧印加のな
いときに比べて80%、30Vで55%、40Vで30
%、80Vで5%となった。
When a voltage was applied between the upper electrode (not shown) and the lower electrode 1306 manufactured in this example, the displacement of the lever portion was observed with a microscope. When the amount of reflected light was measured using parallel light, it was 80% at 20V, 55% at 30V, and 30% at 40V compared to when no voltage was applied.
%, 5% at 80V.

【0075】図15は、図13で示した微小構造体を2
次元アレイ状に形成し、プロジェクション表示装置の画
像形成ミラーとして利用した様子を示す図であり、15
01は光反射部、1502はレバー部、1503は上電
極引き出し部、1504は下電極部、1505は駆動側
基板、1506は入射光、1507は反射光を示す。本
構成において、微小構造素子1001を640×480
個の配列に形成し、0〜100Vの矩形波によってマト
リックス駆動を行ったところ、階調の良好な投影画像が
得られた。
FIG. 15 shows the microstructure shown in FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a state of being formed into a three-dimensional array and used as an image forming mirror of a projection display device.
Reference numeral 01 is a light reflecting portion, 1502 is a lever portion, 1503 is an upper electrode drawing portion, 1504 is a lower electrode portion, 1505 is a driving side substrate, 1506 is incident light, and 1507 is reflected light. In this structure, the microstructure element 1001 is 640 × 480.
When they were formed into an array and were subjected to matrix driving with a rectangular wave of 0 to 100 V, a projected image with good gradation was obtained.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように、構造体形成のため
の薄板部と、その薄板部を保持する枠体部を設けること
により、成膜時の残留応力などに起因するたわみ、ハン
ドリングによる傷を介在とした構造体の破壊を大幅に抑
制することが可能となり、微小構造体の形成の精度と歩
留りを飛躍的に向上させることができる。
As described above, by providing the thin plate portion for forming the structure and the frame body portion for holding the thin plate portion, the bending due to the residual stress during film formation and the scratches due to the handling are provided. It is possible to significantly suppress the breakage of the structure intervening with, and it is possible to dramatically improve the precision and the yield of the formation of the microstructure.

【0077】また、アレイ状に微小構造体を形成する素
子においては、各微小構造体間の反り量分布が飛躍的に
抑制できるため、素子性能を大幅に向上させることが可
能である。
Further, in the element in which the minute structures are formed in an array, the distribution of the warp amount between the respective minute structures can be remarkably suppressed, so that the element performance can be greatly improved.

【0078】さらに、従来の接合法を用いた方法に比
べ、エッチング量あるいは研磨量が少なくて済むため、
エッチャントの消費量やエッチング装置の汚れが少なく
なり、生産性が向上する。さらに、枠部はシリコン原料
として再生が容易である。
Furthermore, since the etching amount or polishing amount is smaller than that of the conventional bonding method,
The amount of etchant consumed and the contamination of the etching device are reduced, and the productivity is improved. Further, the frame portion is easy to recycle as a silicon raw material.

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

【図1】実施例1のカンチレバー構造体の模式的斜視図
である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a cantilever structure of Example 1.

【図2】実施例1のシリコン基板の模式的斜視図であ
る。
FIG. 2 is a schematic perspective view of a silicon substrate of Example 1.

【図3】図1のカンチレバー構造体の製造工程を示す工
程図である。
FIG. 3 is a process drawing showing a manufacturing process of the cantilever structure of FIG.

【図4】実施例2のAFM検出用プローブ部の構造図で
ある。
FIG. 4 is a structural diagram of an AFM detection probe unit according to a second embodiment.

【図5】図4のプローブ部の作製工程を示す工程図であ
る。
5A to 5C are process drawings showing a manufacturing process of the probe unit of FIG.

【図6】図4のプローブの探針形成用型材の平面図であ
る。
6 is a plan view of a probe forming mold material of the probe of FIG. 4;

【図7】図6のA−A’断面図である。7 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.

【図8】実施例3で用いる構造体形成用基板の一部の模
式的斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view of a part of a structure forming substrate used in a third embodiment.

【図9】実施例3の微小構造体の作製工程を示す工程図
である。
FIG. 9 is a process drawing showing a process of manufacturing a microstructure of Example 3;

【図10】実施例4の、シリコン単結晶基板を用いて作
製される微小構造体の模式的斜視図である。
FIG. 10 is a schematic perspective view of a microstructure manufactured using a silicon single crystal substrate of Example 4.

【図11】図10の微小構造体の作製工程を示す工程図
である。
FIG. 11 is a process chart showing a manufacturing process of the microstructure shown in FIG. 10;

【図12】図10の微小構造体を用いた投影型表示装置
のマルチミラーの模式的断面図である。
12 is a schematic cross-sectional view of a multi-mirror of a projection type display device using the microstructure of FIG.

【図13】実施例5の、シリコン単結晶基板を用いて作
製した微小構造体の模式的斜視図である。
FIG. 13 is a schematic perspective view of a microstructure manufactured in Example 5 using a silicon single crystal substrate.

【図14】図13の微小構造体の製造工程を示す工程図
である。
FIG. 14 is a process diagram showing a manufacturing process of the microstructure shown in FIG.

【図15】図13の微小構造体を用いた投影型表示装置
のマルチミラーの模式的断面図である。
15 is a schematic cross-sectional view of a multi-mirror of a projection display device using the microstructure of FIG.

【図16】微小構造体(カンチレバー)作製の従来法の
1例を示す工程図である。
FIG. 16 is a process drawing showing an example of a conventional method for producing a microstructure (cantilever).

【図17】微小構造体(カンチレバー)作製の従来法の
別の例を示す工程図である。
FIG. 17 is a process drawing showing another example of a conventional method for producing a microstructure (cantilever).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 カンチレバー部 102 台座部 103 構造体保持基板部 201 枠体部 202 薄板部 301 微小構造体形成基板 302 窒化シリコン膜 303 エッチング部 304 シリコンの(111)結晶面 305 溝部 306 構造体保持基板 307 台座部 308 カンチレバー部 309 枠体部 401 レバー部 402 ヒンジ部 403 探針部 404 検出用上電極引き出し部 405 コンタクト電極部 406 コンタクト部 407 台座部 408 検出用下電極部 409 静電変位検出回路部 501 微小構造体形成基板 502 窒化シリコン膜 503 エッチング部 504 シリコンの(111)結晶面 505 溝部 506 接合用上電極およびその引き出し部 507 接合用上電極と一部兼用される検出用上電
極およびその引き出し部 508 検出回路側基板 509 検出用下電極 510 接合用下電極 511 台座部 512 犠牲層 513 コンタクト部 514 探針接続部 515 探針部 601 単結晶シリコン(100)基板 602 探針形成用溝 801 シリコン単結晶接合側基板部 802 枠体部 803 薄板部 804 (熱酸化による)酸化シリコン部 901 シリコン部 902 駆動用上電極部 903 圧着部 904 溝部 905 駆動側基板 906 レバー台座部 907 駆動用下電極 908 接続部 909 引き出し電極部 910 犠牲層部 911 レジスト 912 探針部 1001〜1004 カンチレバー 1005 台座部 1006 下電極部 1007 上電極部 1008 上電極引き出し部 1009 駆動側基板 1101 枠部 1102 マスク部 1103 溝部 1104 枠部 1105 薄板部 1106〜1109 カンチレバー部 1110 エッチング部 1201 微小構造体部 1202 上電極部 1203 上電極引き出し部 1204 下電極部 1205 駆動側基板 1206 入射光 1207 反射光 1301〜1304 ヒンジ部 1305 台座部 1307 上電極引き出し部 1308 駆動側基板 1309 光反射機能を有するレバー部 1401 薄板部 1402 マスク部 1403 溝部 1404 ヒンジ部 1405 ヒンジ部 1501 光反射部 1502 レバー部 1503 上電極引き出し部 1504 下電極部 1505 駆動側基板 1506 入射光 1507 反射光 1601 第1の基板 1602 犠牲層 1603 カンチレバー部 1604 カンチレバー部材 1702 パイレックスガラス層 1703 第2の基板 1704 カンチレバー部 1705 台座部
101 cantilever part 102 pedestal part 103 structure holding substrate part 201 frame part 202 thin plate part 301 microstructure forming substrate 302 silicon nitride film 303 etching part 304 silicon (111) crystal face 305 groove part 306 structure holding substrate 307 pedestal part 308 cantilever part 309 frame part 401 lever part 402 hinge part 403 probe part 404 detection upper electrode lead part 405 contact electrode part 406 contact part 407 pedestal part 408 detection lower electrode part 409 electrostatic displacement detection circuit part 501 microstructure Body-forming substrate 502 Silicon nitride film 503 Etched portion 504 Silicon (111) crystal plane 505 Groove portion 506 Bonding upper electrode and its lead portion 507 Detection upper electrode partially used as a bonding upper electrode and its lead portion 508 Inspection Substrate on the output circuit side 509 Lower electrode for detection 510 Lower electrode for joining 511 Base part 512 Sacrificial layer 513 Contact part 514 Probe connection part 515 Probe part 601 Single crystal silicon (100) substrate 602 Probe formation groove 801 Silicon single crystal Bonding side substrate part 802 Frame part 803 Thin plate part 804 Silicon oxide part 901 (by thermal oxidation) Silicon part 902 Driving upper electrode part 903 Crimping part 904 Groove part 905 Driving side substrate 906 Lever base part 907 Driving bottom electrode 908 Connection part 909 Extraction electrode part 910 Sacrificial layer part 911 Resist 912 Probe part 1001 to 1004 Cantilever 1005 Pedestal part 1006 Lower electrode part 1007 Upper electrode part 1008 Upper electrode extraction part 1009 Driving side substrate 1101 Frame part 1102 Mask part 1103 Groove part 1104 Frame part 11 5 Thin plate part 1106 to 1109 Cantilever part 1110 Etching part 1201 Microstructure part 1202 Upper electrode part 1203 Upper electrode extraction part 1204 Lower electrode part 1205 Driving side substrate 1206 Incident light 1207 Reflected light 1301 to 1304 Hinge part 1305 Pedestal part 1307 Upper electrode Drawer 1308 Driving side substrate 1309 Lever part having light reflecting function 1401 Thin plate part 1402 Mask part 1403 Groove part 1404 Hinge part 1405 Hinge part 1501 Light reflecting part 1502 Lever part 1503 Upper electrode drawing part 1504 Lower electrode part 1505 Driving side substrate 1506 Incident Light 1507 Reflected light 1601 First substrate 1602 Sacrificial layer 1603 Cantilever portion 1604 Cantilever member 1702 Pyrex glass layer 1703 Second substrate 1704 Cantilever part 1705 Pedestal part

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の一部を片面からエッチング除去し
該基板中に薄板部を形成する第1のエッチング工程、該
エッチング面と逆の面の一部をエッチング除去して微小
構造体形成用溝を薄板形成部に形成する第2のエッチン
グ工程、前記2つのエッチング工程を施した基板を該微
小構造体用溝を形成した面で他の基板と接合する工程、
前記第1のエッチング工程によって薄板部が形成された
基板面から薄板部の少なくとも一部をエッチング除去し
て該薄板部を基板から分離する工程を含む微小構造体の
形成方法。
1. A first etching step of removing a part of a substrate from one surface by etching to form a thin plate portion in the substrate, and a part of a surface opposite to the etching surface is removed by etching to form a microstructure. A second etching step of forming a groove in the thin plate forming portion, a step of joining the substrate subjected to the two etching steps to another substrate at the surface on which the groove for the microstructure is formed,
A method for forming a microstructure, comprising the step of removing at least a part of a thin plate portion from a substrate by etching at least a part of the thin plate portion from the surface of the substrate on which the thin plate portion has been formed by the first etching step.
【請求項2】 基板の少なくとも一部がシリコン単結晶
からなる請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein at least a part of the substrate is made of silicon single crystal.
【請求項3】 基板の少なくとも一部が感光性ガラスか
らなる請求項1記載の方法。
3. The method of claim 1 wherein at least a portion of the substrate comprises photosensitive glass.
【請求項4】 薄板部の少なくとも一部が酸化シリコン
からなる請求項1記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein at least a part of the thin plate portion is made of silicon oxide.
【請求項5】 2つの基板の接合が陽極接合である請求
項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the bonding of the two substrates is anodic bonding.
【請求項6】 2つの基板の接合が金属材料面の圧着で
ある請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein the joining of the two substrates is a crimping of a metallic material surface.
【請求項7】 請求項1ないし6のいずれか1項に記載
の方法で形成した微小構造体。
7. A microstructure formed by the method according to claim 1.
【請求項8】 請求項1ないし6のいずれか1項に記載
の方法で形成された微小構造体を検出用プローブ部に組
み込んだ原子間力顕微鏡。
8. An atomic force microscope in which a microstructure formed by the method according to any one of claims 1 to 6 is incorporated in a detection probe section.
【請求項9】 請求項1ないし6のいずれか1項に記載
の方法で形成された微小構造体をプローブ部に組み込ん
だ走査型トンネル電流顕微鏡。
9. A scanning tunneling current microscope in which a microstructure formed by the method according to claim 1 is incorporated in a probe unit.
【請求項10】 請求項1ないし6のいずれか1項に記
載の方法で形成された微小構造体を微小偏向器に組み込
んだ光偏向装置。
10. An optical deflecting device in which a microstructure formed by the method according to claim 1 is incorporated in a microdeflector.
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