JPH08285868A - Fabrication of cantilever for scanning probe microscope - Google Patents

Fabrication of cantilever for scanning probe microscope

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JPH08285868A
JPH08285868A JP7117772A JP11777295A JPH08285868A JP H08285868 A JPH08285868 A JP H08285868A JP 7117772 A JP7117772 A JP 7117772A JP 11777295 A JP11777295 A JP 11777295A JP H08285868 A JPH08285868 A JP H08285868A
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JP
Japan
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thin film
cantilever
shape
beam portion
film
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Application number
JP7117772A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Uchida
忠 打田
Tetsuji Konuki
哲治 小貫
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To stably mass produce a cantilever equipped with a probe not having a double tip. CONSTITUTION: A square opening 4a is made through silicon nitride 4 deposited on a silicon substrate 7 by photolithographic etching using a lens projection aligner. The exposed silicon substrate 7 is then etched conically to form a conical trench 7a. The trench 7a part is then oxidized to deposit a silicon oxide 8. Subsequently, a silicon nitride 5 is deposited on the silicon nitride 4 and the silicon oxide 8. The silicon nitrides 4, 5 are patterned according to the shape at a thin film beam part. A glass member 6 is then bonded onto the silicon nitride 5. Finally, the silicon substrate 7 and the silicon oxide 8 are removed from the part corresponding to the thin film beam part.

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、走査型原子間力顕微鏡
などの走査型プローブ顕微鏡において用いられる走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope used in a scanning probe microscope such as a scanning atomic force microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、走査型原子間力顕微鏡などの
走査型プローブ顕微鏡では、例えば図1に示すように、
支持体1と、支持体1に一端が支持された薄膜状梁部
(レバー)2と、薄膜状梁部2の先端側領域に設けられ
た探針3とを備えたカンチレバーが用いられる。図1は
このカンチレバーを示す図であり、図1(a)はその斜
視図、図1(b)は図1(a)中のI−I線断面図であ
る。なお、図1(a)と図1(b)とは、上下を逆に示
している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a scanning probe microscope such as a scanning atomic force microscope, for example, as shown in FIG.
A cantilever including a support body 1, a thin film beam portion (lever) 2 whose one end is supported by the support body 1, and a probe 3 provided in a distal end side region of the thin film beam portion 2 is used. FIG. 1 is a view showing this cantilever, FIG. 1 (a) is a perspective view thereof, and FIG. 1 (b) is a sectional view taken along the line I-I in FIG. 1 (a). 1 (a) and 1 (b) are shown upside down.

【0003】図1に示すカンチレバーでは、薄膜状梁部
2は、窒化珪素膜4と、該窒化珪素膜4上に形成された
窒化珪素膜5とから構成されている。図1(b)に示す
ように、窒化珪素膜4の先端側領域には開口4aが形成
され、該開口4aから窒化珪素膜5が下方(図1(a)
では上方)に錘状に突出している。開口4aから錘状に
突出した窒化珪素膜5の部分が前記探針3を構成してい
る。窒化珪素膜4,5は薄膜状梁部2の部分のみならず
支持体1の部分にも延び、窒化珪素膜4,5のこの部分
及びこの部分に接合されたガラス部材6が前記支持体1
を構成している。
In the cantilever shown in FIG. 1, the thin film beam portion 2 is composed of a silicon nitride film 4 and a silicon nitride film 5 formed on the silicon nitride film 4. As shown in FIG. 1B, an opening 4a is formed in the tip side region of the silicon nitride film 4, and the silicon nitride film 5 is located below the opening 4a (see FIG. 1A).
In the above), it is protruding like a cone. The portion of the silicon nitride film 5 protruding like a cone from the opening 4 a constitutes the probe 3. The silicon nitride films 4 and 5 extend not only to the portion of the thin film beam portion 2 but also to the portion of the support 1, and the portions of the silicon nitride films 4 and 5 and the glass member 6 bonded to this portion are the support 1 described above.
Is composed.

【0004】例えば、原子間力顕微鏡では、前記カンチ
レバーの探針3が試料表面に対向、近接して配置され
る。探針3を試料表面に近づけると探針3の先端に力が
働き、カンチレバーが撓む。カンチレバーを試料表面に
対して相対的に走査し、撓み量を検出することで試料表
面の3次元形状を原子レベルの分解能で観察することが
できる。
For example, in an atomic force microscope, the probe 3 of the cantilever is arranged facing and close to the sample surface. When the probe 3 is brought close to the sample surface, a force acts on the tip of the probe 3 and the cantilever bends. By scanning the cantilever relative to the sample surface and detecting the amount of bending, the three-dimensional shape of the sample surface can be observed with atomic level resolution.

【0005】前述したようなカンチレバーでは、表面形
状等を観察する際のナノメータオーダの横分解能を得る
ために、先端径が小さく鋭い探針が求められている。
In the cantilever as described above, a sharp probe having a small tip diameter is required in order to obtain a lateral resolution on the order of nanometer when observing the surface shape and the like.

【0006】前述したようなカンチレバーを製造する方
法は、例えば、「T.R.Albrecht,S.Akamine,T.E.Carver,
and C.F.Quate: Microfabrication of cantilever
styli for the atomic force microscope J.Va
c.Sci.Technol.A8(4),Jul/Aug1990-」にて開示されてい
る。
The method for producing the above-described cantilever is described, for example, in “TRAlbrecht, S. Akamine, TE Carver,
and CFQuate: Microfabrication of cantilever
styli for the atomic force microscope J.Va
c.Sci.Technol.A8 (4), Jul / Aug 1990- ".

【0007】次に、図1に示すカンチレバーの従来の製
造方法について、図2を参照して説明する。図2は、図
1に示すカンチレバーの製造方法を示す概略断面図であ
る。なお、図2において、図1中の各要素に対応する要
素には、同一符号を付している。
Next, a conventional method of manufacturing the cantilever shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the cantilever shown in FIG. In FIG. 2, elements corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0008】まず、(100)面方位のシリコン基板7
上に気相成長法により窒化珪素膜4を全体に形成する。
その後、窒化珪素膜4の所定箇所にシリコン基板7の表
面を露出させる正方形状の開口4aを形成する(図2
(a))。この開口4aは、開口4aと同一寸法の正方
形状にパターニングされたマスクを用いて、窒化珪素膜
4に等倍露光を行い、窒化珪素膜4をフォトリソエッチ
ングすることにより、形成する。
First, a silicon substrate 7 having a (100) plane orientation
A silicon nitride film 4 is formed on the entire surface by vapor phase epitaxy.
After that, a square opening 4a exposing the surface of the silicon substrate 7 is formed at a predetermined position of the silicon nitride film 4 (FIG. 2).
(A)). The opening 4a is formed by exposing the silicon nitride film 4 to the same size using a mask patterned in a square shape having the same size as the opening 4a, and photolithographically etching the silicon nitride film 4.

【0009】次に、図2(a)に示す状態の基板をKO
H水溶液、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイド)水溶液等の異方性エッチング液中に浸漬
し、開口4aから露出したシリコン基板7の部分を四角
錘状にエッチングして、窒化珪素膜4の開口4に連続す
る四角錘状のトレンチ7aをシリコン基板7に形成する
(図2(b))。このようなトレンチ7aは、エッチン
グ速度の結晶方位依存性を利用して形成される。すなわ
ち、基板7として(100)面方位のものが用いられて
いるので、周知のようにエッチングがシリコンの(11
1)面で自動的に停止するため、トレンチ7aの面は5
4.7゜の角度のテーパー面となる。
Next, the substrate in the state shown in FIG.
The opening 4a of the silicon nitride film 4 is formed by immersing the silicon substrate 7 exposed in the anisotropic etching solution such as an H aqueous solution or a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution in a square pyramid shape. A quadrangular pyramid-shaped trench 7a continuous with is formed in the silicon substrate 7 (FIG. 2B). Such a trench 7a is formed by utilizing the crystal orientation dependence of the etching rate. That is, since the substrate 7 having the (100) plane orientation is used, it is well known that the etching of the
1) The surface of the trench 7a is 5 because it automatically stops at the surface.
The taper surface has an angle of 4.7 °.

【0010】その後、露出した基板7のトレンチ7aの
部分を熱酸化法により酸化することで、その部分に酸化
珪素膜8を形成する(図2(c))。
Thereafter, the exposed portion of the trench 7a of the substrate 7 is oxidized by a thermal oxidation method to form a silicon oxide film 8 in that portion (FIG. 2C).

【0011】次に、図2(c)に示す状態の基板7上の
窒化珪素膜4を残したまま、窒化珪素膜4の表面及び酸
化珪素膜8の表面を覆うように、窒化珪素膜5を気相成
長法などにより形成する。なお、酸化珪素膜8上に形成
された窒化珪素膜5の部分が探針3となる。
Next, while leaving the silicon nitride film 4 on the substrate 7 in the state shown in FIG. 2C, the silicon nitride film 5 is formed so as to cover the surface of the silicon nitride film 4 and the surface of the silicon oxide film 8. Are formed by a vapor phase growth method or the like. The portion of the silicon nitride film 5 formed on the silicon oxide film 8 becomes the probe 3.

【0012】その後、窒化珪素膜4,5を前記薄膜状梁
部2の形状に合わせてパターニングする(図2
(d))。このパターニングは、薄膜状梁部2の形状と
同一寸法の形状にパターニングされたマスクを用いて、
窒化珪素膜4,5に等倍露光を行い、窒化珪素膜4,5
をフォトリソエッチングすることにより、行う。
Thereafter, the silicon nitride films 4 and 5 are patterned according to the shape of the thin film beam portion 2 (FIG. 2).
(D)). This patterning is performed by using a mask patterned in the same size as the shape of the thin film beam portion 2,
The silicon nitride films 4 and 5 are exposed to the same size, and the silicon nitride films 4 and 5 are exposed.
By photolithographic etching.

【0013】次に、ガラス部材6を窒化珪素膜5上に接
合する(図2(e))。
Next, the glass member 6 is bonded onto the silicon nitride film 5 (FIG. 2 (e)).

【0014】最後に、シリコン基板7及び酸化珪素膜8
をエッチングにより除去する。これにより、図1に示す
カンチレバーが完成する。
Finally, the silicon substrate 7 and the silicon oxide film 8
Are removed by etching. As a result, the cantilever shown in FIG. 1 is completed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】図8(a)(b)はそ
れぞれ前述した従来の製造方法により製造したカンチレ
バーの探針3を示す斜視図である。
8 (a) and 8 (b) are perspective views showing the cantilever probe 3 manufactured by the above-described conventional manufacturing method.

【0016】通常、同一のシリコン基板(例えば、直径
3インチ以上のシリコンウエハ)7を用いて多数のカン
チレバーを同時に製造するものであるが、前述した従来
の製造方法により同時に製造した多数のカンチレバーに
は、探針3の形状が図8(a)に示すように頂点が1つ
しかない形状(所望形状)となったカンチレバーのみな
らず、探針3の形状が図8(b)に示すように頂点が2
つあり先端部が2つに分離された形状となったカンチレ
バーもかなりの数含まれてしまう。図8(b)に示すよ
うな形状の探針3は、ダブルティップと呼ばれ、ダブル
ティップによる影響については、U.D.SCHWARZらが「U.
D.SCHWARZ、H.HAEFKE、P.REIMANN、H.J.GUNTHERODT:Tip ar
tefacts in scanning force microscopy.J.Microscopy,
Vol173,Pt3,March 1994,pp.183-197」で報告している。
図9(a)に示すように、図8(b)に示すようなダブ
ルティップを持つ探針3で1つの微小突起10aを有す
る試料10を観察すると、探針3のスキャンに従って探
針3の2つの頂点が突起10aと順次接触するので、図
9(b)の示すように、あたかも試料10が2つの突起
を有するかのような像11が得られてしまい、試料10
の真の表面形状が得られない。したがって、ダブルティ
ップを持つ探針を有するカンチレバーは、実際には使用
することができず、不良品となる。このため、前述した
従来のカンチレバーの製造方法では、このようなダブル
ティップを持つ探針を有するカンチレバーがかなりの数
できてしまうので、歩留りが悪い欠点があった。したが
って、前述した従来の製造方法では、先端半径が10n
mの探針を持つカンチレバーが既に作製されているが、
その先端径をもつ探針を有するカンチレバーを大量にか
つ安定して作製することは非常に困難であった。
Normally, a large number of cantilevers are simultaneously manufactured by using the same silicon substrate (for example, a silicon wafer having a diameter of 3 inches or more) 7. However, a large number of cantilevers simultaneously manufactured by the conventional manufacturing method described above are used. In addition to the cantilever in which the shape of the probe 3 has only one vertex (desired shape) as shown in FIG. 8A, the shape of the probe 3 is as shown in FIG. 8B. Has 2 vertices
A considerable number of cantilevers, which have a shape in which the tip is separated into two, are included. The probe 3 having a shape as shown in FIG. 8B is called a double tip. Regarding the influence of the double tip, UDSCHWARZ et al.
D.SCHWARZ, H.HAEFKE, P.REIMANN, HJGUNTHERODT: Tip ar
tefacts in scanning force microscopy.J. Microscopy,
Vol173, Pt3, March 1994, pp.183-197 ”.
As shown in FIG. 9A, when the sample 10 having one microprotrusion 10a is observed by the probe 3 having the double tip as shown in FIG. 8B, the probe 3 is scanned according to the scanning of the probe 3. Since the two vertices come into contact with the protrusions 10a sequentially, an image 11 as if the sample 10 had two protrusions was obtained as shown in FIG.
No true surface shape can be obtained. Therefore, the cantilever having the probe having the double tip cannot be actually used and becomes a defective product. Therefore, in the above-described conventional method for manufacturing a cantilever, since a large number of cantilevers having the probe having such a double tip can be produced, there is a drawback that the yield is poor. Therefore, in the conventional manufacturing method described above, the tip radius is 10n.
Although a cantilever with a m probe has already been manufactured,
It was very difficult to manufacture a large number of cantilevers having a probe having the tip diameter stably.

【0017】ところで、いわゆるノンコンタクト式の原
子間力顕微鏡では、カンチレバーを共振周波数付近で振
動させ、探針と試料との間に力が作用したときに共振周
波数がシフトすることから、そのシフト量を検出するこ
とで試料表面形状を得るものである。したがって、カン
チレバーをノンコンタクト式の原子間力顕微鏡において
使用する場合、カンチレバーの薄膜状梁部が所定の共振
周波数特性を有する必要がある。しかし、前述した従来
の製造方法でにより同時に製造した多数のカンチレバー
には、所定の共振周波数特性を有するカンチレバーのみ
ならず、この所定の共振周波数特性からずれた特性、例
えば、複数の共振周波数のピークを持った特性を有する
カンチレバーもかなりの数含まれてしまう。このような
複数の共振周波数のピークを持った特性を有するカンチ
レバーをノンコンタクト式の原子間力顕微鏡において使
用すると、ノンコンタクト式の原子間力顕微鏡の分解能
が低下してしまう。したがって、そのようなカンチレバ
ーは、ノンコンタクト式の原子間力顕微鏡用のカンチレ
バーとしては用いることができず、ノンコンタクト式の
原子間力顕微鏡用のカンチレバーとしては不良品とな
る。このため、前述した従来のカンチレバーの製造方法
では、このような所定の共振周波数特性からずれた特性
を有するカンチレバーがかなりの数できてしまうので、
歩留りが悪い欠点があった。そして、カンチレバーが所
定の共振周波数特性からずれた特性を有することの弊害
はノンコンタクト式の原子間力顕微鏡において特に顕著
であるが、他の走査型プローブ顕微鏡においても同様で
ある。
In a so-called non-contact type atomic force microscope, the resonance frequency shifts when a force is applied between the probe and the sample by vibrating the cantilever near the resonance frequency. The surface shape of the sample is obtained by detecting. Therefore, when the cantilever is used in a non-contact type atomic force microscope, the thin film beam portion of the cantilever needs to have a predetermined resonance frequency characteristic. However, not only cantilevers having a predetermined resonance frequency characteristic but also characteristics deviated from the predetermined resonance frequency characteristic, for example, a plurality of resonance frequency peaks, are included in many cantilevers simultaneously manufactured by the above-described conventional manufacturing method. A considerable number of cantilevers, which have the characteristic of having, are included. When a cantilever having such a characteristic having a plurality of resonance frequency peaks is used in a non-contact type atomic force microscope, the resolution of the non-contact type atomic force microscope deteriorates. Therefore, such a cantilever cannot be used as a cantilever for a non-contact type atomic force microscope, and becomes a defective product as a cantilever for a non-contact type atomic force microscope. Therefore, in the above-described conventional method for manufacturing a cantilever, a considerable number of cantilevers having a characteristic deviated from the predetermined resonance frequency characteristic can be produced.
There was a defect that the yield was poor. The adverse effect of the cantilever having a characteristic deviated from a predetermined resonance frequency characteristic is particularly remarkable in the non-contact type atomic force microscope, but it is also the same in other scanning probe microscopes.

【0018】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、第1に、ダブルティップのない探針を有するカンチ
レバーを安定して大量に製造することができる走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances. First, a method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope capable of stably manufacturing a large number of cantilevers having a probe without a double tip. The purpose is to provide.

【0019】本発明は、第2に、所定の共振周波数特性
を有するカンチレバーを安定して大量に製造することが
できる走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法
を提供することを目的とする。
A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope, which can stably manufacture a large number of cantilevers having a predetermined resonance frequency characteristic.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第1の態様による走査型プローブ顕微鏡用
カンチレバーの製造方法は、支持体と、該支持体に一端
が支持された薄膜状梁部と、該薄膜状梁部の先端側領域
に設けられた探針とを備えた走査型プローブ顕微鏡用カ
ンチレバーを製造する方法であって、シリコン基板上に
第1の無機材料膜を形成する工程と、前記第1の無機材
料膜の所定箇所に前記シリコン基板の表面を露出させる
正方形状の開口を形成する工程と、前記開口から露出し
た前記シリコン基板の部分を錘状にエッチングして、前
記無機材料膜の前記開口に連続する錘状のトレンチを前
記シリコン基板に形成する工程と、前記シリコン基板の
前記トレンチの部分を酸化して当該トレンチの部分に酸
化珪素膜を形成する工程と、前記第1の無機材料膜を取
り除くことなく前記第1の無機材料膜及び前記酸化珪素
膜の上に第2の無機材料膜を形成するか、あるいは、前
記第1の無機材料膜を取り除いた後に、前記シリコン基
板及び前記酸化珪素膜の上に第2の無機材料膜を形成す
る工程と、前記第1及び第2の無機材料膜を前記薄膜状
梁部の形状に合わせてパターニングする工程と、前記薄
膜状梁部に相当する部分における前記シリコン基板及び
前記酸化珪素膜を除去する工程と、を備えたものであ
る。そして、前記正方形状の開口を形成する前記工程に
おいて、前記正方形状の開口の形状を所定倍率で拡大し
た正方形状にパターニングされたレチクルを用いて、前
記所定倍率による縮小投影により前記第1の無機材料膜
を露光し、前記第1の無機材料膜をフォトリソエッチン
グすることにより、前記正方形状の開口を形成する。前
記第1の無機材料膜としては、例えば、窒化珪素膜、酸
化珪素膜等を用いることができる。同様に、前記第2の
無機材料膜としても、例えば、窒化珪素膜、酸化珪素膜
等を用いることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to a first aspect of the present invention is directed to a support and a thin film-shaped one end of which is supported by the support. A method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope, comprising a beam portion and a probe provided in a tip side region of the thin film beam portion, the method comprising forming a first inorganic material film on a silicon substrate. A step of forming a square opening that exposes the surface of the silicon substrate at a predetermined location of the first inorganic material film, and etching the portion of the silicon substrate exposed from the opening into a cone shape, Forming in the silicon substrate a conical trench continuous with the opening of the inorganic material film; and oxidizing the trench portion of the silicon substrate to form a silicon oxide film in the trench portion. Then, a second inorganic material film is formed on the first inorganic material film and the silicon oxide film without removing the first inorganic material film, or the first inorganic material film is formed. After removing, a step of forming a second inorganic material film on the silicon substrate and the silicon oxide film, and patterning the first and second inorganic material films according to the shape of the thin film beam portion. And a step of removing the silicon substrate and the silicon oxide film in a portion corresponding to the thin film beam portion. Then, in the step of forming the square-shaped opening, a reticle patterned into a square shape obtained by enlarging the shape of the square-shaped opening at a predetermined magnification is used to perform the reduction projection at the predetermined magnification to perform the first inorganic treatment. The material film is exposed to light and the first inorganic material film is photolithographically etched to form the square openings. As the first inorganic material film, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film or the like can be used. Similarly, as the second inorganic material film, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or the like can be used.

【0021】本発明の第2の態様による走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、前記第1の態様に
よる製造方法において、前記正方形状の開口を形成する
前記工程において、縮小投影露光器を用いて前記縮小投
影を行うものである。
A method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to a second aspect of the present invention is the manufacturing method according to the first aspect, wherein a reduction projection exposure device is used in the step of forming the square opening. The reduction projection is performed.

【0022】本発明の第3の態様による走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、前記第1又は第2
の態様による製造方法において、前記第1及び第2の無
機材料膜を前記薄膜状梁部の形状に合わせてパターニン
グする前記工程において、前記薄膜状梁部の形状を所定
倍率で拡大した形状にパターニングされたレチクルを用
いて、前記所定倍率で縮小投影により前記第1及び第2
の無機材料膜を露光し、前記第1及び第2の無機材料膜
をフォトリソエッチングすることにより、前記第1及び
第2の無機材料膜を前記薄膜状梁部の形状に合わせてパ
ターニングするものである。
A method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to the third aspect of the present invention is the first or second method described above.
In the manufacturing method according to the second aspect, in the step of patterning the first and second inorganic material films according to the shape of the thin film beam portion, the thin film beam portion is patterned into a shape enlarged at a predetermined magnification. Using the reticle formed by the projection, the first and second reticle are reduced and projected at the predetermined magnification.
Of the inorganic material film is exposed, and the first and second inorganic material films are photolithographically etched to pattern the first and second inorganic material films according to the shape of the thin film beam portion. is there.

【0023】本発明の第4の態様による走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、支持体と、該支持
体に一端が支持された薄膜状梁部と、該薄膜状梁部の先
端側領域に設けられた探針とを備えた走査型プローブ顕
微鏡用カンチレバーを製造する方法であって、シリコン
層上に形成された薄膜を前記薄膜状梁部の形状に合わせ
てパターニングする工程を備えた方法において、前記工
程において、前記薄膜状梁部の形状を所定倍率で拡大し
た形状にパターニングされたレチクルを用いて、前記所
定倍率による縮小投影により前記薄膜を露光し、前記薄
膜をフォトリソエッチングすることにより、前記薄膜を
前記薄膜状梁部の形状に合わせてパターニングするもの
である。
In the method for manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to the fourth aspect of the present invention, a support, a thin film beam portion whose one end is supported by the support member, and a tip side region of the thin film beam portion are provided. A method for manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope having a probe provided in, comprising a step of patterning a thin film formed on a silicon layer according to the shape of the thin film beam portion. In the step, by using a reticle patterned to a shape obtained by enlarging the shape of the thin film beam portion at a predetermined magnification, the thin film is exposed by reduction projection at the predetermined magnification, and the thin film is photolithographically etched. The thin film is patterned according to the shape of the thin film beam portion.

【0024】本発明の第5の態様による走査型プローブ
顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、前記第3又は第4
の態様による製造方法において、前記薄膜状梁部の形状
を中抜き形状としたものである。
A method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to a fifth aspect of the present invention is the method according to the third or fourth aspect.
In the manufacturing method according to the above aspect, the thin film beam portion has a hollow shape.

【0025】[0025]

【作用】前述した従来の製造方法により同時に製造した
カンチレバーのうちに、ダブルティップを持つ探針を有
するカンチレバーがかなりの数含まれてしまう原因は、
当初は全く不明であったが、本件発明者の研究の結果、
その原因を究明することができた。
The reason why a large number of cantilevers having a probe having a double tip are included among the cantilevers manufactured at the same time by the conventional manufacturing method described above is as follows.
At first it was completely unknown, but as a result of the research of the inventor,
I was able to investigate the cause.

【0026】すなわち、その原因は、ダブルティップが
生ずるカンチレバーに関しては、図2(c)に示す状態
において、酸化珪素膜8の表面が形成する凹所12の形
状が図10に示すようになっていることによるものであ
ることが判明した。凹所12の底部には2つの頂点が形
成されている。なお、図10は、ダブルティップが生ず
るカンチレバーに関する、図2(c)に示す状態の基板
の要部を示す図であり、図10(a)はその概略平面
図、図10(b)は図10(a)中のA−A線概略断面
図であって図2(c)に対応する概略断面図である。
That is, the cause is that for the cantilever in which the double tip occurs, the shape of the recess 12 formed by the surface of the silicon oxide film 8 is as shown in FIG. 10 in the state shown in FIG. 2 (c). It was found to be due to Two vertices are formed at the bottom of the recess 12. Note that FIG. 10 is a diagram showing a main part of the substrate in the state shown in FIG. 2C regarding a cantilever in which a double tip occurs, FIG. 10A is its schematic plan view, and FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 10A and is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG.

【0027】そして、前記凹所12が図10に示す形状
となる原因は、図2(d)に示す状態において、トレン
チ7aの形状が、完全な四角錘形状ではなく、図11に
示すようになっていることによるものであることが判明
した。このトレンチ7aは、底部が点でなく、線状とな
っている。なお、図11は、ダブルティップが生ずるカ
ンチレバーに関する、図2(b)に示す状態の基板の要
部を示す図であり、図11(a)はその概略平面図、図
11(b)は図11(a)中のB−B線概略断面図であ
って図2(b)に対応する概略断面図である。
The cause of the recess 12 having the shape shown in FIG. 10 is that the shape of the trench 7a in the state shown in FIG. It turned out that it was due to becoming. The bottom of the trench 7a is not a point but a line. Note that FIG. 11 is a diagram showing a main part of the substrate in the state shown in FIG. 2B regarding a cantilever in which a double tip occurs, FIG. 11A is its schematic plan view, and FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 11A and corresponding to FIG.

【0028】さらに、究明したところ、トレンチ7aの
底部が完全な四角錘形状とならずにその底部が点でなく
線状となる原因が、窒化珪素膜4に形成した正方形状の
開口4aは正方形として設計したにもかかわらず実際に
はその各辺の長さが完全には等しくなくその長さがばら
ついていることによるものであることが判明した。これ
は、前述したようにトレンチ7aがシリコンのエッチン
グ速度の結晶方位依存性を利用することにより形成され
ていることによるものであると考えられる。
Further, as a result of investigation, the reason why the bottom of the trench 7a does not have a perfect quadrangular pyramid shape but the bottom of the trench 7a is not a point but a line is that the square-shaped opening 4a formed in the silicon nitride film 4 is a square. Although it was designed as, it turned out that the length of each side is not exactly equal and the lengths vary. It is considered that this is because the trench 7a is formed by utilizing the crystal orientation dependence of the etching rate of silicon as described above.

【0029】このような本件発明者による研究の結果、
窒化珪素膜4に形成する正方形状の開口4aの各辺の長
さを精度良く一致させ、開口4aを精度良く正方形状に
形成すれば、ダブルティップが生ずるカンチレバーの発
生を少なくすることができることが判明した。
As a result of the research by the inventor,
If the lengths of the sides of the square-shaped opening 4a formed in the silicon nitride film 4 are accurately matched and the opening 4a is accurately formed in the square shape, the occurrence of a cantilever that causes a double tip can be reduced. found.

【0030】本発明の前記第1乃至第3の態様による走
査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法は、この
ような研究結果に基づいてなされたもので、シリコン基
板上に形成した窒化珪素膜又は酸化珪素膜などの第1の
無機材料膜の所定箇所にシリコン基板の表面を露出させ
る正方形状の開口を形成する工程において、前記正方形
状の開口の形状を所定倍率で拡大した正方形状にパター
ニングされたレチクルを用いて、前記所定倍率による縮
小投影により前記第1の無機材料膜を露光し、前記第1
の無機材料膜をフォトリソエッチングすることにより、
前記正方形状の開口を形成している。したがって、この
ような縮小投影露光によれば、正方形状の開口の各辺の
寸法の精度を容易に上げることができるので、ダブルテ
ィップのない探針を有するカンチレバーを安定して大量
に製造することができる。
The method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to the first to third aspects of the present invention was made based on the results of such research, and a silicon nitride film or an oxide film formed on a silicon substrate was formed. In the step of forming a square-shaped opening that exposes the surface of the silicon substrate at a predetermined position of the first inorganic material film such as a silicon film, the square-shaped opening was patterned into a square shape enlarged at a predetermined magnification. The reticle is used to expose the first inorganic material film by reduction projection at the predetermined magnification, and the first inorganic material film is exposed.
By photolithographically etching the inorganic material film of
The square opening is formed. Therefore, such reduction projection exposure can easily increase the accuracy of the dimension of each side of the square opening, and thus it is possible to stably manufacture a large number of cantilevers having a probe without a double tip. You can

【0031】これに対し、前述した従来の製造方法で
は、窒化珪素膜4の正方形状の開口4aは、既に説明し
たように、開口4aと同一寸法の正方形状にパターニン
グされたマスクを用いて、窒化珪素膜4に等倍露光を行
い、窒化珪素膜4をフォトリソエッチングすることによ
り、形成していた。このため、開口4aの各辺の長さの
精度は、そのマスクの精度で決まる。現状のマスクの製
作可能な寸法精度は±0.1μm程度であり、±50n
m程度に抑えた寸法精度をもつマスクを安定して作るこ
とは難しい。特に、カンチレバーは直径3インチ以上の
シリコンウエハに大量に作りこむため、少なくともカン
チレバーと同数の開口4aに応じたマスクパターンを有
するマスクが必要であり、全てのマスクパターンの寸法
精度を上げることは非常に難しく、コストもかかる。
On the other hand, in the above-described conventional manufacturing method, the square-shaped opening 4a of the silicon nitride film 4 is formed by using a mask patterned into a square shape having the same size as the opening 4a, as already described. The silicon nitride film 4 was formed by performing equal-magnification exposure and photolithographically etching the silicon nitride film 4. Therefore, the accuracy of the length of each side of the opening 4a is determined by the accuracy of the mask. The dimensional accuracy with which the current mask can be manufactured is about ± 0.1 μm,
It is difficult to stably manufacture a mask with dimensional accuracy suppressed to about m. In particular, since a large number of cantilevers are formed on a silicon wafer having a diameter of 3 inches or more, a mask having a mask pattern corresponding to at least the same number of openings 4a as the cantilevers is required. Difficult and costly.

【0032】また、本発明の前記第3乃至第5の態様に
よる走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法に
よれば、シリコン層上に形成された薄膜を薄膜状梁部の
形状に合わせてパターニングする工程において、前記薄
膜状梁部の形状を所定倍率で拡大した形状にパターニン
グされたレチクルを用いて、前記所定倍率による縮小投
影により前記薄膜を露光し、前記薄膜をフォトリソエッ
チングすることにより、前記薄膜を前記薄膜状梁部の形
状に合わせてパターニングしている。したがって、この
ような縮小投影露光によれば、薄膜状梁部の寸法の精度
を容易に上げることができるので、所定の共振周波数特
性を有するカンチレバーを安定して大量に製造すること
ができる。本発明の前記第5の態様のように、薄膜状梁
部の形状が中抜き形状である場合には、その中抜き部の
両側の部分の寸法がわずかに異なるだけで、複数の共振
周波数のピークが現れてしまうので、その効果は著し
い。
According to the method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to the third to fifth aspects of the present invention, the thin film formed on the silicon layer is patterned according to the shape of the thin film beam portion. In the step, using a reticle patterned to have a shape obtained by enlarging the shape of the thin-film beam portion at a predetermined magnification, the thin-film is exposed by reduction projection at the predetermined magnification, and the thin-film is photolithoetched, thereby Is patterned according to the shape of the thin film beam portion. Therefore, according to such reduction projection exposure, the dimensional accuracy of the thin film beam portion can be easily increased, so that a large number of cantilevers having a predetermined resonance frequency characteristic can be stably manufactured. As in the fifth aspect of the present invention, when the shape of the thin film beam portion is a hollow shape, the dimensions of the portions on both sides of the hollow portion are slightly different, and a plurality of resonance frequencies Since the peak appears, the effect is remarkable.

【0033】これに対し、前述した従来の製造方法で
は、窒化珪素膜4の正方形状の開口4aは、既に説明し
たように、薄膜状梁部2の形状と同一寸法の形状にパタ
ーニングされたマスクを用いて、窒化珪素膜4,5に等
倍露光を行い、窒化珪素膜4,5をフォトリソエッチン
グすることにより、窒化珪素膜4,5を薄膜状梁部2の
形状に合わせてパターニングしていた。このため、薄膜
状梁部2の寸法精度は、そのマスクの精度で決まり、そ
の精度を上げることが困難であったのである。
On the other hand, in the above-described conventional manufacturing method, the square-shaped opening 4a of the silicon nitride film 4 is a mask patterned into the same size as the shape of the thin film beam portion 2 as already described. The silicon nitride films 4 and 5 are subjected to equal-magnification exposure by using, and the silicon nitride films 4 and 5 are photolithographically etched to pattern the silicon nitride films 4 and 5 according to the shape of the thin film beam portion 2. It was Therefore, the dimensional accuracy of the thin film beam portion 2 is determined by the accuracy of the mask, and it is difficult to improve the accuracy.

【0034】なお、LSIなどの製造に際しては、縮小
投影露光装置を用いて縮小投影を行いフォトリソエッチ
ングすることが一般的に行われている。カンチレバーの
製造も半導体製造技術を応用したものではあるが、前記
正方形状の開口の寸法は、例えば4μm程度であり、十
分の一ミクロンオーダーのLSIにおける配線パターン
の寸法と比較して桁違いに大きく、当該カンチレバーの
技術分野においては等倍露光を行うのが技術常識であっ
た。事実、カンチレバーの製造に際して縮小投影露光を
用いた例は、これまで皆無である。
When manufacturing an LSI or the like, reduction projection is generally performed using a reduction projection exposure apparatus and photolithographic etching is performed. The manufacturing of the cantilever is also an application of semiconductor manufacturing technology, but the size of the square-shaped opening is, for example, about 4 μm, which is an order of magnitude larger than the size of the wiring pattern in the LSI of a tenth micron order. In the technical field of the cantilever, it was common technical knowledge to perform equal-magnification exposure. In fact, there have been no examples of using reduction projection exposure in the manufacture of cantilevers.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の一実施例による走査型プロー
ブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法について、説明す
る。
EXAMPLES A method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to an example of the present invention will be described below.

【0036】本実施例による製造方法により製造される
カンチレバーは、図1に示すカンチレバーと基本的に同
一であり、その製造工程も図面に現れる範囲では図2に
示す工程と基本的に同一であるので、本実施例による製
造方法を説明するに際しても図1及び図2を参照するこ
ととし、更に図3をも参照する。したがって、図1は本
実施例による製造方法により製造されるカンチレバーを
示す図でもあり、図2は本実施例による製造方法を示す
概略断面図でもある。
The cantilever manufactured by the manufacturing method according to this embodiment is basically the same as the cantilever shown in FIG. 1, and its manufacturing process is basically the same as the process shown in FIG. Therefore, FIGS. 1 and 2 will be referred to when describing the manufacturing method according to the present embodiment, and further, FIG. 3 will also be referred to. Therefore, FIG. 1 is also a view showing a cantilever manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, and FIG. 2 is also a schematic sectional view showing the manufacturing method according to the present embodiment.

【0037】本実施例による製造方法では、まず、シリ
コン基板7として厚さが250μmで(100)面方位
のシリコン単結晶基板を用い、該シリコン基板7上に気
相成長法により第1の無機材料膜として厚さ約300n
mの窒化珪素膜4を全体に形成する。窒化珪素膜4の代
わりに酸化珪素膜等の他の無機材料膜を形成してもよ
い。
In the manufacturing method according to this embodiment, first, a silicon single crystal substrate having a thickness of 250 μm and a (100) plane orientation is used as the silicon substrate 7, and the first inorganic material is formed on the silicon substrate 7 by vapor phase epitaxy. About 300n thick as material film
A silicon nitride film 4 of m is formed on the entire surface. Instead of the silicon nitride film 4, another inorganic material film such as a silicon oxide film may be formed.

【0038】その後、窒化珪素膜4の所定箇所にシリコ
ン基板7の表面を露出させる正方形状の開口4aを形成
する(図2(a))。この開口4aは、開口4aの形状
を所定倍率で拡大した正方形状にパターニングされたレ
チクルを用いて、前記所定倍率による縮小投影により窒
化珪素膜4を露光し、窒化珪素膜4をフォトリソエッチ
ングすることにより、形成する。例えば、図3(b)に
示す1辺が40μm±100nmの正方形状のパターン
を有するレチクルを用いて、1/10倍の縮小投影露光
器(ステッパー)で窒化珪素膜4を縮小投影露光した
後、ドライエッチングして窒化珪素膜4を部分的に除去
し、図3(a)に示すように窒化珪素膜4に1辺が4μ
m±10nmの正方形状の開口4aを形成する。
After that, a square opening 4a exposing the surface of the silicon substrate 7 is formed at a predetermined portion of the silicon nitride film 4 (FIG. 2A). This opening 4a is formed by exposing the silicon nitride film 4 by reduction projection at the predetermined magnification using a reticle patterned in a square shape in which the shape of the opening 4a is enlarged by a predetermined magnification, and photolithographically etching the silicon nitride film 4. To form. For example, after the reduction projection exposure of the silicon nitride film 4 with a reduction projection exposure device (stepper) of 1/10 times using a reticle having a square pattern with a side of 40 μm ± 100 nm shown in FIG. , The silicon nitride film 4 is partially removed by dry etching, and the silicon nitride film 4 has a side of 4 μm as shown in FIG.
A square-shaped opening 4a of m ± 10 nm is formed.

【0039】次に、図2(a)に示す状態の基板をKO
H水溶液、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイド)水溶液等の異方性エッチング液中に浸漬
し、開口4aから露出したシリコン基板7の部分を四角
錘状にエッチングして、窒化珪素膜4の開口4に連続す
る四角錘状のトレンチ7aをシリコン基板7に形成する
(図2(b))。このようなトレンチ7aは、エッチン
グ速度の結晶方位依存性を利用して形成される。
Next, the substrate in the state shown in FIG.
The opening 4a of the silicon nitride film 4 is formed by immersing the silicon substrate 7 exposed in the anisotropic etching solution such as an H aqueous solution or a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution in a square pyramid shape. A quadrangular pyramid-shaped trench 7a continuous with is formed in the silicon substrate 7 (FIG. 2B). Such a trench 7a is formed by utilizing the crystal orientation dependence of the etching rate.

【0040】その後、露出した基板7のトレンチ7aの
部分を熱酸化法により酸化することで、その部分に酸化
珪素膜8を形成する(図2(c))。例えば、図2
(b)に示す状態の基板を酸素雰囲気中で1000度に
加熱し、トレンチ7aの部分を2時間酸化し、酸化珪素
膜8を形成する。
After that, the exposed portion of the trench 7a of the substrate 7 is oxidized by a thermal oxidation method to form a silicon oxide film 8 in that portion (FIG. 2C). For example, FIG.
The substrate in the state shown in (b) is heated to 1000 ° C. in an oxygen atmosphere, and the portion of the trench 7a is oxidized for 2 hours to form the silicon oxide film 8.

【0041】次に、図2(c)に示す状態の基板7上の
窒化珪素膜4を残したまま、窒化珪素膜4の表面及び酸
化珪素膜8の表面を覆うように、第2の無機材料膜とし
て窒化珪素膜5を気相成長法などにより約300nmの
厚さに形成する。なお、酸化珪素膜8上に形成された窒
化珪素膜5の部分が探針3となる。なお、図2(b)に
示す状態の基板7上の窒化珪素膜4をエッチング等によ
り取り除いた後に、シリコン基板7及び酸化珪素膜8の
上に窒化珪素膜5を形成してもよい。窒化珪素膜5の代
わりに、酸化珪素膜等の他の無機材料膜を形成してもよ
い。
Next, while leaving the silicon nitride film 4 on the substrate 7 in the state shown in FIG. 2C, a second inorganic material is formed so as to cover the surface of the silicon nitride film 4 and the surface of the silicon oxide film 8. A silicon nitride film 5 is formed as a material film to a thickness of about 300 nm by a vapor phase growth method or the like. The portion of the silicon nitride film 5 formed on the silicon oxide film 8 becomes the probe 3. The silicon nitride film 4 may be formed on the silicon substrate 7 and the silicon oxide film 8 after the silicon nitride film 4 on the substrate 7 in the state shown in FIG. 2B is removed by etching or the like. Instead of the silicon nitride film 5, another inorganic material film such as a silicon oxide film may be formed.

【0042】その後、窒化珪素膜4,5を前記薄膜状梁
部(レバー)2の形状に合わせてパターニングする(図
2(d))。このパターニングは、例えば、薄膜状梁部
2の形状(本実施例では、長方形状)と同一寸法の形状
にパターニングされたマスクを用いて、窒化珪素膜4,
5に等倍露光を行い、窒化珪素膜4,5をフォトリソエ
ッチングすることにより、行う。あるいは、このパター
ニングは、薄膜状梁部2の形状を所定倍率で拡大した形
状にパターニングされたレチクルを用いて、前記所定倍
率による縮小投影により窒化珪素膜4,5を露光し、窒
化珪素膜4,5をフォトリソエッチングすることによ
り、行ってもよい。この場合には、このパターニング
は、例えば、薄膜状梁部2の形状を10倍に拡大した形
状のパターンを有するレチクルを用いて、1/10倍の
縮小投影露光器(ステッパー)で窒化珪素膜4,5を縮
小投影露光した後、ドライエッチングして窒化珪素膜
4,5を部分的に除去することにより、行う。
After that, the silicon nitride films 4 and 5 are patterned according to the shape of the thin film beam portion (lever) 2 (FIG. 2D). This patterning is performed, for example, by using a mask patterned to have the same size as the shape of the thin-film beam portion 2 (rectangular shape in this embodiment).
5 is exposed to the same size and the silicon nitride films 4 and 5 are photolithographically etched. Alternatively, in this patterning, the silicon nitride films 4 and 5 are exposed by reduction projection at the predetermined magnification using a reticle patterned to have a shape obtained by enlarging the shape of the thin film beam portion 2 at a predetermined magnification, and the silicon nitride film 4 is exposed. , 5 may be photolithographically etched. In this case, this patterning is performed, for example, by using a reticle having a pattern in which the shape of the thin film beam portion 2 is magnified 10 times and using a reduction projection exposure device (stepper) of 1/10 times the silicon nitride film. After reduction projection exposure of the films 4 and 5, dry etching is performed to partially remove the silicon nitride films 4 and 5.

【0043】次に、ガラス部材等の部材6を窒化珪素膜
5上に接合する(図2(e))。
Next, a member 6 such as a glass member is bonded onto the silicon nitride film 5 (FIG. 2 (e)).

【0044】最後に、図2(e)に示す状態の基板をK
OH水溶液に浸漬し、シリコン基板7及び酸化珪素膜8
をエッチングにより除去する。これにより、図1に示す
カンチレバーが完成する。
Finally, the substrate in the state shown in FIG.
The silicon substrate 7 and the silicon oxide film 8 are immersed in an OH aqueous solution.
Are removed by etching. As a result, the cantilever shown in FIG. 1 is completed.

【0045】このようにして得たカンチレバーの探針3
の走査型電子顕微鏡写真を撮影したところ、探針3は先
端半径が10nmでダブルティップがないことが確かめ
られた。同一のシリコン基板7を用いて同時に製造され
た他の多くのカンチレバーの探針3についても同様のこ
とが確かめられ、本実施例による製造方法によれば、ダ
ブルティップのない探針を有するカンチレバーを安定し
て大量に製造することができることが確認された。
Cantilever probe 3 thus obtained
When a scanning electron micrograph of the above was taken, it was confirmed that the probe 3 had a tip radius of 10 nm and had no double tip. The same can be confirmed for many other cantilever probes 3 manufactured simultaneously using the same silicon substrate 7, and according to the manufacturing method of the present embodiment, a cantilever having a probe without double tips can be manufactured. It was confirmed that stable mass production was possible.

【0046】また、前述した製造方法において、薄膜状
梁部2の形状に合わせた窒化珪素膜4,5のパターニン
グを、薄膜状梁部2の形状を10倍に拡大した形状のパ
ターンを有するレチクルを用いて、1/10倍の縮小投
影露光器(ステッパー)で窒化珪素膜4,5を縮小投影
露光した後、ドライエッチングして窒化珪素膜4,5を
部分的に除去することにより、行った場合に得られたカ
ンチレバーの薄膜状梁部2の形状を走査型電子顕微鏡で
観察した。その結果、薄膜状梁部2の寸法は、設計値に
対し±10nmの精度であった。同一のシリコン基板7
を用いて同時に製造された他の多くのカンチレバーの薄
膜状梁部2についても同様のことが確かめられ、本実施
例による製造方法は、カンチレバーの薄膜状梁部2を設
計値に対し精度良く加工できる製造方法であることが確
認された。したがって、本実施例による製造方法によれ
ば、所定の共振周波数特性を有するカンチレバーを安定
して大量に製造することができる。
Further, in the above-mentioned manufacturing method, the reticle having a pattern in which the patterning of the silicon nitride films 4 and 5 in conformity with the shape of the thin film beam portion 2 is obtained by enlarging the shape of the thin film beam portion 10 times. By reducing projection exposure of the silicon nitride films 4 and 5 with a reduction projection exposure device (stepper) of 1/10 times, and then partially removing the silicon nitride films 4 and 5 by dry etching. The shape of the thin film beam portion 2 of the cantilever thus obtained was observed with a scanning electron microscope. As a result, the dimension of the thin film beam portion 2 was ± 10 nm with respect to the design value. Same silicon substrate 7
It is confirmed that the same applies to many other thin film beam portions 2 of cantilevers simultaneously manufactured by using, and in the manufacturing method according to the present embodiment, the thin film beam portions 2 of the cantilever are accurately processed with respect to the design value. It was confirmed that this is a possible manufacturing method. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to stably manufacture a large number of cantilevers having a predetermined resonance frequency characteristic.

【0047】この製造方法は、ノンコンタクト式の原子
間力顕微鏡で用いられる、中抜き形状の薄膜状梁部2を
有する図4に示すようなカンチレバーを製造するために
使用すると、その効果は特に大きい。以下、その理由に
ついて説明する。ノンコンタクト式の原子間力顕微鏡で
は、カンチレバーをレバーを共振周波数付近で振動さ
せ、探針3と試料との間に力が作用したときに共振周波
数がシフトすることから、そのシフト量を検出すること
で試料表面形状を得るものである。したがって、カンチ
レバーをノンコンタクト式の原子間力顕微鏡において使
用する場合、カンチレバーの薄膜状梁部2が図5(a)
に示すようなピークが1つである共振周波数カーブを有
することが理想的である。図4は、カンチレバーの他の
例を示す斜視図である。図4において図1に示す構成要
素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。図4に示すカンチレバーが図1に示
すカンチレバーと異なる所は、図1に示すカンチレバー
では薄膜状梁部2が中抜き部のない長方形状であるのに
対し、図4に示すカンチレバーでは薄膜状梁部2が中抜
き形状(本例では、薄膜状梁部2は、全体が三角形状を
なし、更に三角形状の中抜き部20を有する)である点
のみである。図4に示すカンチレバーでは、薄膜状梁部
2の中抜き部20の両側の腕の幅寸法a,bがわずかに
異なっても両側の腕の質量が異なるため、薄膜状梁部2
の共振周波数カーブは図5(b)に示すように2つの共
振周波数のピークが現れてしまい、ノンコンタクト式の
原子間力顕微鏡の分解能が低下してしまう。このため、
カンチレバーの寸法が設計値に近いことは重要である。
したがって、前記製造方法は、ノンコンタクト式の原子
間力顕微鏡で用いられる、中抜き形状の薄膜状梁部2を
有する図4に示すようなカンチレバーを製造するために
使用すると、その効果は特に大きいのである。
When this manufacturing method is used for manufacturing a cantilever as shown in FIG. 4 having a hollow-shaped thin film beam portion 2 used in a non-contact type atomic force microscope, the effect is particularly remarkable. large. The reason will be described below. In the non-contact type atomic force microscope, the cantilever is vibrated in the vicinity of the resonance frequency, and when the force is applied between the probe 3 and the sample, the resonance frequency shifts. Therefore, the shift amount is detected. By doing so, the sample surface shape is obtained. Therefore, when the cantilever is used in a non-contact type atomic force microscope, the thin film beam portion 2 of the cantilever is shown in FIG.
It is ideal to have a resonance frequency curve with a single peak as shown in. FIG. 4 is a perspective view showing another example of the cantilever. 4, constituent elements that are the same as or correspond to the constituent elements shown in FIG. 1 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. The cantilever shown in FIG. 4 is different from the cantilever shown in FIG. 1 in that the thin film beam 2 in the cantilever shown in FIG. 1 has a rectangular shape without a hollow portion, whereas in the cantilever shown in FIG. The only difference is that the portion 2 has a hollow shape (in this example, the thin film beam portion 2 has a triangular shape as a whole and further has a triangular hollow portion 20). In the cantilever shown in FIG. 4, even if the width dimensions a and b of the arms on both sides of the hollow portion 20 of the thin film beam portion 2 are slightly different, the mass of the arms on both sides is different.
As shown in FIG. 5B, two resonance frequency peaks appear in the resonance frequency curve of, and the resolution of the non-contact type atomic force microscope deteriorates. For this reason,
It is important that the dimensions of the cantilever be close to the design value.
Therefore, when the above-mentioned manufacturing method is used for manufacturing the cantilever as shown in FIG. 4 having the hollow thin film beam portion 2 used in the non-contact type atomic force microscope, its effect is particularly large. Of.

【0048】次に、本発明の他の実施例による走査型プ
ローブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法について、図6
及び図7を参照して説明する。
Next, a method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
And FIG. 7 will be described.

【0049】図6は、本実施例による製造方法により製
造されるカンチレバーを示す概略斜視図である。図7
は、本実施例による製造方法を示す概略断面図である。
なお、図7において、図6中の構成要素と同一又は対応
する構成要素には同一符号を付している。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a cantilever manufactured by the manufacturing method according to this embodiment. Figure 7
[FIG. 3] is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method according to the present embodiment.
In addition, in FIG. 7, the same or corresponding components as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals.

【0050】図6に示すカンチレバーも、支持体1と、
支持体1に一端が支持された薄膜状梁部(レバー)2
と、薄膜状梁部2の先端側領域に設けられた探針3とを
備えている。このカンチレバーでは、薄膜状梁部2は酸
化珪素膜21で構成され、探針3は酸化珪素膜21と一
体化した酸化珪素で構成されている。酸化珪素膜21は
薄膜状梁部2の部分のみならず支持体1の部分にも延
び、酸化珪素膜21のこの部分及びシリコン層22が前
記支持体1を構成している。薄膜状梁部2は、中抜き形
状を有している。
The cantilever shown in FIG.
A thin film beam portion (lever) 2 whose one end is supported by a support 1
And a probe 3 provided in the tip end side region of the thin film beam portion 2. In this cantilever, the thin film beam portion 2 is made of a silicon oxide film 21, and the probe 3 is made of silicon oxide integrated with the silicon oxide film 21. The silicon oxide film 21 extends not only to the portion of the thin film beam portion 2 but also to the portion of the support 1, and this portion of the silicon oxide film 21 and the silicon layer 22 constitute the support 1. The thin film beam portion 2 has a hollow shape.

【0051】本実施例による製造方法では、まず、(1
00)面方位のシリコン基板22にマスク材23として
熱酸化膜を1000オングストローム成長させる。次
に、フォトレジスト24を塗布した後、パターニング
し、直径5μmのスポットを形成してから、SF6とC2
ClF5の混合ガスを用いてシリコンをドライエッチン
グする。このとき、マスク材23とフォトレジスト24
の下にあるシリコンを残してエッチングされるため、マ
スク材202の下部は柱状になる(図7(a))が、更
にエッチングを続けるとサイドエッチングが進行し、針
状の形をしたシリコンが残る。この時点でエッチングを
止め、フォトレジスト24とマスク材23を除去する
(図7(b))。次に、シリコン表面を熱酸化する。本
実施例では、熱酸化膜(酸化珪素膜)21を約1μm成
長させる(図7(c))。
In the manufacturing method according to this embodiment, first, (1
A thermal oxide film is grown to 1000 angstrom as a mask material 23 on a silicon substrate 22 having a (00) plane orientation. Next, after applying a photoresist 24, patterning is performed to form a spot having a diameter of 5 μm, and then SF 6 and C 2 are added.
Dry etching of silicon is performed using a mixed gas of ClF 5 . At this time, the mask material 23 and the photoresist 24
Since the silicon underneath is etched, the lower part of the mask material 202 becomes columnar (FIG. 7A), but if etching is continued, side etching proceeds, and silicon in the shape of a needle is removed. Remain. At this point, etching is stopped and the photoresist 24 and the mask material 23 are removed (FIG. 7B). Next, the silicon surface is thermally oxidized. In this embodiment, the thermal oxide film (silicon oxide film) 21 is grown to about 1 μm (FIG. 7C).

【0052】次に、熱酸化膜21を前記薄膜状梁部2の
形状に合わせてパターニングする。このパターニング
は、薄膜状梁部2の形状を所定倍率で拡大した形状にパ
ターニングされたレチクルを用いて、前記所定倍率によ
る縮小投影により窒化珪素膜4,5を露光し、窒化珪素
膜4,5をフォトリソエッチングすることにより、行
う。
Next, the thermal oxide film 21 is patterned according to the shape of the thin film beam portion 2. In this patterning, the silicon nitride films 4 and 5 are exposed by reduction projection at the predetermined magnification using a reticle patterned to have a shape obtained by enlarging the shape of the thin film beam portion 2 at a predetermined magnification, and the silicon nitride films 4 and 5 are exposed. By photolithographic etching.

【0053】その後、この状態の基板をKOHの異方性
エッチングによりシリコン基板22の一部を除去する。
これにより、図6に示すカンチレバーが完成する。
Thereafter, the substrate in this state is anisotropically etched with KOH to remove a part of the silicon substrate 22.
As a result, the cantilever shown in FIG. 6 is completed.

【0054】本実施例による製造方法においても、縮小
投影露光により、熱酸化膜21を前記薄膜状梁部2の形
状に合わせてパターニングしているので、所定の共振周
波数特性を有するカンチレバーを安定して大量に製造す
ることができる。
Also in the manufacturing method according to this embodiment, since the thermal oxide film 21 is patterned according to the shape of the thin film beam portion 2 by reduction projection exposure, the cantilever having a predetermined resonance frequency characteristic is stabilized. And can be manufactured in large quantities.

【0055】以上、本発明の各実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ダ
ブルティップのない探針を有するカンチレバーを安定し
て大量に製造することができる。
As described above, according to the present invention, cantilevers having a probe without double tip can be stably manufactured in a large amount.

【0057】また、所定の共振周波数特性を有するカン
チレバーを安定して大量に製造することができる。
Further, it is possible to stably manufacture a large number of cantilevers having a predetermined resonance frequency characteristic.

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

【図1】本発明の一実施例による製造方法及び従来の製
造方法により製造されるカンチレバーを示す図であり、
(a)はその斜視図、(b)は(a)中のI−I線断面
図である。
FIG. 1 is a view showing a cantilever manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention and a conventional manufacturing method,
(A) is the perspective view, (b) is the II sectional view taken on the line in (a).

【図2】本発明による一実施例による製造方法及び従来
の製造方法を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention and a conventional manufacturing method.

【図3】窒化珪素膜に形成された正方形状の開口とレチ
クルのパターンとの関係を説明する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a square opening formed in a silicon nitride film and a reticle pattern.

【図4】カンチレバーの他の例を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing another example of a cantilever.

【図5】カンチレバーの薄膜状梁部の共振周波数カーブ
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a resonance frequency curve of a thin film beam portion of a cantilever.

【図6】本発明の他の実施例による製造方法により製造
されるカンチレバーを示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a cantilever manufactured by a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施例による製造方法を示す概略
断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

【図8】従来の製造方法により製造したカンチレバーの
探針3を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a cantilever probe 3 manufactured by a conventional manufacturing method.

【図9】ダブルティップの影響を説明する説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an influence of a double tip.

【図10】ダブルティップが生ずる原因を示す図であ
り、(a)はその概略平面図、(b)は(a)中のA−
A線概略断面図である。
FIG. 10 is a diagram showing a cause of occurrence of double tip, (a) is a schematic plan view thereof, and (b) is A- in (a).
It is an A line schematic sectional drawing.

【図11】ダブルティップが生ずる原因を示す他の図で
あり、(a)はその概略平面図、(b)は(a)中のB
−B線概略断面図である。
11A and 11B are other views showing the cause of the occurrence of the double tip, FIG. 11A is a schematic plan view thereof, and FIG. 11B is B in FIG. 11A.
It is a B-line schematic sectional drawing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持体 2 薄膜状梁部 3 探針 4,5 窒化珪素膜 4a 正方形状の開口 6 ガラス部材 7 シリコン基板 7a トレンチ 8 酸化珪素膜 21 熱酸化膜(酸化珪素膜) 22 シリコン層(シリコン基板) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 support 2 thin film beam part 3 probe 4,5 silicon nitride film 4a square opening 6 glass member 7 silicon substrate 7a trench 8 silicon oxide film 21 thermal oxide film (silicon oxide film) 22 silicon layer (silicon substrate)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持体と、該支持体に一端が支持された
薄膜状梁部と、該薄膜状梁部の先端側領域に設けられた
探針とを備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを
製造する方法であって、 シリコン基板上に第1の無機材料膜を形成する工程と、 前記第1の無機材料膜の所定箇所に前記シリコン基板の
表面を露出させる正方形状の開口を形成する工程と、 前記開口から露出した前記シリコン基板の部分を錘状に
エッチングして、前記無機材料膜の前記開口に連続する
錘状のトレンチを前記シリコン基板に形成する工程と、 前記シリコン基板の前記トレンチの部分を酸化して当該
トレンチの部分に酸化珪素膜を形成する工程と、 前記第1の無機材料膜を取り除くことなく前記第1の無
機材料膜及び前記酸化珪素膜の上に第2の無機材料膜を
形成するか、あるいは、前記第1の無機材料膜を取り除
いた後に、前記シリコン基板及び前記酸化珪素膜の上に
第2の無機材料膜を形成する工程と、 前記第1及び第2の無機材料膜を前記薄膜状梁部の形状
に合わせてパターニングする工程と、 前記薄膜状梁部に相当する部分における前記シリコン基
板及び前記酸化珪素膜を除去する工程と、 を備え、 前記正方形状の開口を形成する前記工程において、前記
正方形状の開口の形状を所定倍率で拡大した正方形状に
パターニングされたレチクルを用いて、前記所定倍率に
よる縮小投影により前記第1の無機材料膜を露光し、前
記第1の無機材料膜をフォトリソエッチングすることに
より、前記正方形状の開口を形成する、 ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
の製造方法。
1. A cantilever for a scanning probe microscope, comprising: a support; a thin film beam portion whose one end is supported by the support member; and a probe provided in a region on the tip end side of the thin film beam portion. A method of manufacturing, which comprises a step of forming a first inorganic material film on a silicon substrate, and a step of forming a square-shaped opening exposing a surface of the silicon substrate at a predetermined location of the first inorganic material film. And a step of etching a portion of the silicon substrate exposed from the opening in a cone shape to form a cone-shaped trench continuous with the opening of the inorganic material film in the silicon substrate, the trench of the silicon substrate Forming a silicon oxide film on the trench by oxidizing the first inorganic material film and the second inorganic film on the first inorganic material film and the silicon oxide film without removing the first inorganic material film. Material film Or forming a second inorganic material film on the silicon substrate and the silicon oxide film after removing the first inorganic material film, and the first and second inorganic materials. Patterning a film in conformity with the shape of the thin film beam portion; and removing the silicon substrate and the silicon oxide film in a portion corresponding to the thin film beam portion. In the step of forming, the reticle patterned into a square shape obtained by enlarging the shape of the square opening at a predetermined magnification is used to expose the first inorganic material film by reduction projection at the predetermined magnification, The square-shaped opening is formed by photolithographically etching the inorganic material film of No. 1. The method for manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope, comprising:
【請求項2】 前記正方形状の開口を形成する前記工程
において、縮小投影露光器を用いて前記縮小投影を行う
ことを特徴とする請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡
用カンチレバーの製造方法。
2. The method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to claim 1, wherein, in the step of forming the square-shaped opening, the reduction projection is performed using a reduction projection exposure device.
【請求項3】 前記第1及び第2の無機材料膜を前記薄
膜状梁部の形状に合わせてパターニングする前記工程に
おいて、前記薄膜状梁部の形状を所定倍率で拡大した形
状にパターニングされたレチクルを用いて、前記所定倍
率で縮小投影により前記第1及び第2の無機材料膜を露
光し、前記第1及び第2の無機材料膜をフォトリソエッ
チングすることにより、前記第1及び第2の無機材料膜
を前記薄膜状梁部の形状に合わせてパターニングするこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の走査型プローブ顕
微鏡用カンチレバーの製造方法。
3. In the step of patterning the first and second inorganic material films according to the shape of the thin film beam portion, the thin film beam portion is patterned into a shape enlarged at a predetermined magnification. By using a reticle, the first and second inorganic material films are exposed by reduction projection at the predetermined magnification, and the first and second inorganic material films are photolithographically etched. The method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to claim 1 or 2, wherein an inorganic material film is patterned according to the shape of the thin film beam portion.
【請求項4】 支持体と、該支持体に一端が支持された
薄膜状梁部と、該薄膜状梁部の先端側領域に設けられた
探針とを備えた走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを
製造する方法であって、シリコン層上に形成された薄膜
を前記薄膜状梁部の形状に合わせてパターニングする工
程を備えた方法において、 前記工程において、前記薄膜状梁部の形状を所定倍率で
拡大した形状にパターニングされたレチクルを用いて、
前記所定倍率による縮小投影により前記薄膜を露光し、
前記薄膜をフォトリソエッチングすることにより、前記
薄膜を前記薄膜状梁部の形状に合わせてパターニングす
る、 ことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
の製造方法。
4. A cantilever for a scanning probe microscope, comprising: a support; a thin film beam portion whose one end is supported by the support member; and a probe provided in a tip side region of the thin film beam portion. A method for manufacturing, comprising a step of patterning a thin film formed on a silicon layer according to the shape of the thin film beam portion, wherein in the step, the shape of the thin film beam portion is formed at a predetermined magnification. Using a reticle patterned in an enlarged shape,
Exposing the thin film by reduction projection at the predetermined magnification,
A method of manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope, comprising: patterning the thin film according to the shape of the thin film beam portion by photolithographically etching the thin film.
【請求項5】 前記薄膜状梁部の形状が中抜き形状であ
ることを特徴とする請求項3又は4記載の走査型プロー
ブ顕微鏡用カンチレバーの製造方法。
5. The method for manufacturing a cantilever for a scanning probe microscope according to claim 3, wherein the thin film beam portion has a hollow shape.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009031038A (en) * 2007-07-25 2009-02-12 Ritsumeikan Probe, etching mask for forming probe and probe manufacturing method using etching mask

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