JPH11230974A - Probe and manufacture thereof - Google Patents

Probe and manufacture thereof

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JPH11230974A
JPH11230974A JP3493898A JP3493898A JPH11230974A JP H11230974 A JPH11230974 A JP H11230974A JP 3493898 A JP3493898 A JP 3493898A JP 3493898 A JP3493898 A JP 3493898A JP H11230974 A JPH11230974 A JP H11230974A
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JP
Japan
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probe
convex structure
protrusion
silicon
silicon nitride
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3493898A
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Japanese (ja)
Inventor
Akitoshi Toda
明敏 戸田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11230974A publication Critical patent/JPH11230974A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probe having a protrusion terminating at one point and acting as a probe having a long effective part. SOLUTION: The probe 100 comprises a flat supporting part 110, and a structural part 120 protruding therefrom. The structural part 120 is defined by four faces 122, 124, 126 and 128 and has five ridges 130, 132, 134, 136 and 138. The structural part 120 has a first protrusion 140 formed by three ridges 130, 132 and 138 intersecting at one point, and a second protrusion 142 formed by three ridges 134, 136 and 138 intersecting at one point. The first and second protrusion 140, 142 have different heights measured with reference to the ridge 138 and the height A of the first protrusion 140 is higher than the height B of the second protrusion 142.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ナノインデンテー
ション測定や走査型プローブ顕微鏡に用いられるプロー
ブ及びその作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe used for nanoindentation measurement and a scanning probe microscope, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開昭62−130302号には、Binn
igとRohrerらにより発明された走査型トンネル顕微鏡
(STM; Scanning Tunneling Microscope)におけるサー
ボ技術を始めとする要素技術を利用しながら、STMで
は測定し難かった絶縁性の試料を原子オーダーの精度で
観察することのできる顕微鏡として原子間力顕微鏡(AF
M;Atomic Force Microscope)が提案されている。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-130302 discloses Binn.
Using element technologies such as servo technology in the scanning tunneling microscope (STM) invented by ig and Rohrer et al., observe insulating samples with atomic-order accuracy that were difficult to measure with STM. Atomic force microscope (AF)
M; Atomic Force Microscope) has been proposed.

【0003】AFMはSTMに類似した構造を持ち、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。AF
Mでは、自由端に鋭い突起部分(探針部)を持つカンチ
レバーが試料に対向・近接され、探針先端と試料表面の
原子間に働く相互作用力により変位するカンチレバーの
動きを電気的あるいは光学的にとらえて測定しつつ、試
料をXY方向に走査して、カンチレバーの探針部との位
置関係を相対的に変化させることによって、試料の凹凸
情報などを三次元的にとらえている。
[0003] The AFM has a structure similar to the STM and is positioned as one of the scanning probe microscopes. AF
In M, a cantilever having a sharp protruding portion (tip) at its free end is opposed to and close to the sample, and the movement of the cantilever, which is displaced by the interaction force acting between the tip of the probe and atoms on the sample surface, is electrically or optically measured. By scanning the sample in the X and Y directions and relatively changing the positional relationship with the probe portion of the cantilever while measuring and measuring, the three-dimensional information of the sample is obtained.

【0004】また、AFMと同様の装置構成で、試料の
凹凸情報以外の試料表面情報、例えば試料表面の磁気的
特性や光学的特性をとらえる測定も行われるようになっ
た。前者はMFM(Magnetic Force Microscopy )、後
者はSNOM(Scanning Near Field Microscopy)と呼
ばれている。MFMでは、磁気特性を有する材料で作ら
れたカンチレバーを使用し、試料表面からわずか離れた
所でカンチレバーを振動させながら走査し、試料表面の
磁気的特性に応じて生じるカンチレバーの振動状態の変
化を検出することにより、試料表面の磁気的特性とい
う、いわば材料特性をマッピングする。SNOMでは、
例えば試料の屈折率などの材料に起因する光学的特性を
マッピングする。
Further, with the same device configuration as that of the AFM, measurement for capturing sample surface information other than the unevenness information of the sample, for example, magnetic characteristics and optical characteristics of the sample surface has been performed. The former is called MFM (Magnetic Force Microscopy), and the latter is called SNOM (Scanning Near Field Microscopy). MFM uses a cantilever made of a material having magnetic properties, scans while oscillating the cantilever at a position slightly away from the sample surface, and detects changes in the vibration state of the cantilever caused by the magnetic properties of the sample surface. By detecting, material properties, so-called magnetic properties of the sample surface, are mapped. In SNOM,
For example, the optical characteristics caused by the material such as the refractive index of the sample are mapped.

【0005】さらに、最近では、ナノインデンテーショ
ン測定と称し、SPMと同様の装置構成にて、梁に形成
された探針を試料に押し込み、そのわずかな凹みのでき
る過程や出来た凹みの形状を測定し、試料の材料硬さな
どを測ることも行われており、試料凹凸などのトポグラ
フィックな情報以外の試料情報を得る為の測定も行われ
るようになってきている。
[0005] Further, recently, using a device similar to the SPM, called a nanoindentation measurement, a probe formed in a beam is pushed into a sample, and the process of forming a slight dent and the shape of the formed dent are described. Measurement is also performed to measure the material hardness of a sample and the like, and measurement for obtaining sample information other than topographic information such as sample unevenness is also being performed.

【0006】走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーに
は、半導体IC製造プロセスを応用して作製したカンチ
レバーチップがよく用いられる。例えば、J.vac.Sci.Te
chnol. A8(4)3386 1990: T.Albrecht, S.Akamine, T.E.
Caver and C.F.Quate に紹介されているような、窒化シ
リコン膜をカンチレバー構成材料に使用したカンチレバ
ーチップは既に市場に出回っている。
As a cantilever for a scanning probe microscope, a cantilever chip manufactured by applying a semiconductor IC manufacturing process is often used. For example, J.vac.Sci.Te
chnol.A8 (4) 3386 1990: T. Albrecht, S. Akamine, TE
Cantilever chips that use silicon nitride as a cantilever component, such as those introduced in Caver and CFQuate, are already on the market.

【0007】この窒化シリコン製のカンチレバーチップ
では、支持部から延びているカンチレバー(片持ち梁)
の先端近くに、高さ数μmの正四角錐形状の突出部が形
成されている。カンチレバーの長さは約50〜200μ
m、厚さは約0.5〜1μmであり、また、カンチレバ
ーの形状には中抜きの三角形や長方形などがある。
In the silicon nitride cantilever chip, the cantilever (cantilever) extending from the support portion
Is formed in the vicinity of the tip of a square pyramid-shaped protrusion having a height of several μm. Cantilever length is about 50-200μ
m, the thickness is about 0.5 to 1 μm, and the shape of the cantilever includes a hollow triangle or a rectangle.

【0008】このような四角錐形状の突出部は、シリコ
ンウェハーに四つの(111)面で規定される穴を形成
し、その上に窒化シリコン膜を堆積した後、シリコンを
除去して作られる。四つの(111)面で規定される穴
は、正方形の開口を通して、シリコンを湿式異方性エッ
チングして形成される。
Such a quadrangular pyramid-shaped protrusion is formed by forming holes defined by four (111) planes in a silicon wafer, depositing a silicon nitride film thereon, and then removing silicon. . Holes defined by four (111) planes are formed by wet anisotropic etching of silicon through square openings.

【0009】このエッチングの際、四つの(111)面
のエッチング速度が厳密に同じであれば穴は一点で終端
する四角錐となるが、実際には、各面のエッチング速度
に多少の違いがあるため、一点で終端することはなく、
二つの頂点を持つ楔に似た形状となってしまう。また、
シリコンウェハー中の欠陥は、エッチング速度に大きく
影響を与えるため、作製する突出部の高さ寸法が大きく
なるほど、二つの頂点の間隔は大きくなる。また一つの
ウェハーより複数のプローブを作製する場合、複数のプ
ローブ間でのばらつきが大きくなる。
In this etching, if the etching rates of the four (111) planes are exactly the same, the hole will be a quadrangular pyramid ending at one point, but in reality, there is a slight difference in the etching rate of each plane. So it doesn't end at one point,
The shape resembles a wedge with two vertices. Also,
Since defects in a silicon wafer greatly affect the etching rate, the larger the height dimension of the protrusion to be formed, the larger the distance between the two vertices. When a plurality of probes are manufactured from one wafer, the variation among the plurality of probes is large.

【0010】高さ寸法の小さい突出部では、二つの頂点
の間隔は非常に狭く、実質的に一点と見なせるが、高さ
寸法の大きい突出部では、二つの頂点の間隔は無視でき
ないほど大きくなる。
In a protrusion having a small height, the distance between the two vertices is very small and can be regarded as substantially one point. In a protrusion having a large height, the distance between the two vertices is not negligible. .

【0011】このような二つの頂点を持つプローブ、別
の言い方をすれば、二つの突起部を持つプローブは、ダ
ブルチップ(もしくはツインプローブ)と呼ばれてお
り、高い分解能での測定を妨げる要因のひとつとなって
いる。
A probe having such two vertices, in other words, a probe having two projections, is called a double tip (or twin probe), and is a factor that hinders measurement at high resolution. It has become one of.

【0012】高さ寸法の大きいプローブの作製では、突
出部がダブルチップとなるのは避けられないという事実
を逆に利用して、四角錐の底面の形状を長四角として、
二つの頂点の間隔が広いダブルチップの突出部を形成し
たプローブが市販されている。このプローブはAFM等
の装置に傾けて取り付けられ、測定においては、二つの
頂点の一方が試料との相互作用を感知するための探針と
して利用され、他方の頂点はこの探針から比較的遠くに
位置しているので、これが測定結果に与える悪影響は低
減されている。
In the manufacture of a probe having a large height, the fact that the projection is inevitably a double tip is inevitably used, and the shape of the bottom surface of the quadrangular pyramid is made into a long square.
Probes having a double-tip projection with a large distance between two vertices are commercially available. This probe is attached to an apparatus such as an AFM at an angle, and in measurement, one of two vertices is used as a probe for sensing an interaction with a sample, and the other vertex is relatively far from the probe. , The adverse effect of this on the measurement results is reduced.

【0013】また、特開平6−150807号には、先
端を安定して尖らせた窒化シリコン製の探針について述
べられている。探針形成のためのモールド(型)となる
シリコンウェハー中の穴の底部を低温熱酸化処理を施す
ことにより尖鋭化し、出来あがる探針先端の尖鋭化を達
成する技術が開示されている。この方法により先端を尖
鋭化した四角錐形状の探針を有する窒化シリコン製のカ
ンチレバーも既に市販されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-150807 describes a probe made of silicon nitride having a stably sharpened tip. There is disclosed a technique in which the bottom of a hole in a silicon wafer serving as a mold for forming a probe is sharpened by performing a low-temperature thermal oxidation treatment so as to achieve a sharpened tip of the completed probe. A silicon nitride cantilever having a quadrangular pyramid-shaped probe whose tip is sharpened by this method is already commercially available.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】従って、長四角を底面
形状とした楔型の探針作製時に、低温熱酸化尖鋭化処理
を加えれば、二つの突起部を尖鋭化し、探針の有効部
(測定に寄与する探針先端付近の部分)の形状をより細
く尖らせることができる。つまり、探針有効部のアスペ
クト比(探針高さと探針部底面の代表的長さの比)を高
めることができる。
Therefore, if a low-temperature thermal oxidation sharpening treatment is applied when a wedge-shaped probe having a rectangular bottom surface is formed, the two projections are sharpened, and the effective portion of the probe ( The portion near the tip of the probe that contributes to the measurement) can be sharpened more finely. That is, the aspect ratio (the ratio of the height of the probe to the representative length of the bottom surface of the probe) of the probe effective portion can be increased.

【0015】しかし、このように作製された楔型の尖鋭
化探針の有効部の長さは0.2〜0.3μm程度であ
り、試料に近い方の探針を測定に用いるとしても、もう
一方のプローブが同等の長さを有するため、測定できる
試料は、その程度の表面粗さのものに限定される。それ
以上の表面粗さを持つ試料に対しては、測定の信頼性の
低いものとなり、安心して使用することはできない。
However, the length of the effective portion of the wedge-shaped sharpened probe thus manufactured is about 0.2 to 0.3 μm, and even if the probe closer to the sample is used for measurement, Since the other probe has the same length, the sample that can be measured is limited to one having such a surface roughness. For samples having a surface roughness higher than that, the measurement becomes less reliable and cannot be used with confidence.

【0016】また、さらに凹凸の大きな試料に対して
は、試料から離れた方の突起が試料に当たって測定デー
タに影響を与えることが予想されるため、この場合もや
はり測定の信頼性の低いものとなり、安心して使用でき
ない。
Further, for a sample having more unevenness, it is expected that the projection farther from the sample will hit the sample and affect the measurement data. In this case, too, the reliability of the measurement is also low. , Can not be used with confidence.

【0017】本発明の目的は、一点で終端する突起を持
ち、長い有効部を持つ探針として作用するプローブを提
供することであり、また、そのようなプローブを安定に
作製する方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a probe which has a projection which terminates at one point and which acts as a probe having a long effective portion, and a method for stably producing such a probe. That is.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明のプローブは、平
らな支持部と、支持部から隆起した凸構造部とを備えて
おり、凸構造部は四つの面によって定められ、この四つ
の面によって五本の稜線が形成されており、五本の稜線
はそのうちの三本が二カ所において一点で交わるように
延びており、凸構造部は、三本の稜線が実際に交わって
形成された第一の突起部と第二の突起部とを有し、第一
の突起部と第二の突起部は、三本の稜線が交わる二カ所
を結ぶ稜線を基準にして測定される高さが異なってい
る。
A probe according to the present invention comprises a flat support and a convex structure protruding from the support, the convex structure being defined by four surfaces, and the four surfaces being defined by the four surfaces. Five ridge lines are formed, and the five ridge lines extend so that three of them intersect at one point in two places, and the convex structure portion is formed by actually intersecting three ridge lines It has a first protrusion and a second protrusion, and the first protrusion and the second protrusion have a height measured with reference to a ridge connecting two places where three ridges intersect. Is different.

【0019】このプローブを作製するための本発明によ
るプローブの作製方法は、(100)を主面とするシリ
コン基板を用意する工程と、このシリコン基板に対して
四つの(111)面によって形作られる開口形状が長方
形の穴を形成する工程と、穴を形作る四つの(111)
面のシリコンを熱酸化して、穴を形作る面を湾曲化させ
る工程と、このシリコン基板上に窒化シリコン膜を堆積
させる工程と、窒化シリコン膜をパターンニングしたの
ちシリコン基板を除去して、穴内に堆積した窒化シリコ
ンから成る二つの突起部を備えた凸構造部を露出させる
工程と、凸構造体の二つの突起部の一方にイオンビーム
を照射して、一方の突起部の高さを低減する工程とを有
している。
In the method of manufacturing a probe according to the present invention for manufacturing the probe, a step of preparing a silicon substrate having (100) as a main surface and forming the silicon substrate with four (111) planes are performed. A step of forming a rectangular hole with an opening shape and four (111) holes forming the hole;
Thermally oxidizing the silicon of the surface to bend the surface forming the hole, depositing a silicon nitride film on the silicon substrate, removing the silicon substrate after patterning the silicon nitride film, and removing the silicon substrate. Exposing a convex structure having two protrusions made of silicon nitride deposited on the substrate, and irradiating one of the two protrusions of the protrusion with an ion beam to reduce the height of one of the protrusions And a step of performing

【0020】本発明の別のプローブは、平らな支持部
と、支持部から隆起した凸構造部とを備えており、凸構
造部は四つの面によって定められ、この四つの面によっ
て五本の稜線が形成されており、五本の稜線はそのうち
の三本が二カ所において一点で交わるように延びてお
り、凸構造部は、三本の稜線が実際に交わって形成され
た突起部と、三本の稜線が交わる部分に形成された開口
とを有している。
Another probe of the present invention comprises a flat support and a convex structure protruding from the support, the convex structure being defined by four surfaces, and by the four surfaces, five convex structures. A ridgeline is formed, five ridgelines extend so that three of them intersect at one point in two places, and the convex structure portion is a projection formed by actually intersecting three ridgelines, And an opening formed at a portion where the three ridge lines intersect.

【0021】このプローブを作製するための本発明によ
るプローブの作製方法は、(100)を主面とするシリ
コン基板を用意する工程と、このシリコン基板に対して
四つの(111)面によって形作られる開口形状が長方
形の穴を形成する工程と、穴を形作る四つの(111)
面のシリコンを熱酸化して、穴を形作る面を湾曲化させ
る工程と、このシリコン基板上に窒化シリコン膜を堆積
させる工程と、堆積した窒化シリコン膜に対して穴の二
つある最深部の一方に相当する箇所に開口を形成する工
程と、窒化シリコン膜をパターンニングしたのちシリコ
ン基板を除去して、穴内に堆積した窒化シリコンから成
る一つの突起部と一つの開口を備えた凸構造部を露出さ
せる工程とを有している。
In the method of manufacturing a probe according to the present invention for manufacturing the probe, a step of preparing a silicon substrate having (100) as a main surface, and forming the silicon substrate with four (111) planes are performed. A step of forming a rectangular hole with an opening shape and four (111) holes forming the hole;
Thermally oxidizing the silicon of the surface to bend the surface forming the hole, depositing a silicon nitride film on the silicon substrate, and forming a hole in the deepest portion having two holes with respect to the deposited silicon nitride film. A step of forming an opening in a portion corresponding to one side, and a patterning of the silicon nitride film, removing the silicon substrate, and a convex structure portion having one projection and one opening made of silicon nitride deposited in the hole. And exposing the same.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。 <第一の実施の形態>第一の実施の形態のプローブにつ
いて図1を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <First Embodiment> A probe according to a first embodiment will be described with reference to FIG.

【0023】図1に示されるように、プローブ100
は、平らな支持部110と、この支持部110から隆起
した凸構造部120とを有している。凸構造部120は
四つの面122,124,126,128によって定め
られており、これらの四つの面122,124,12
6,128により五本の稜線130,132,134,
136,138が形成されている。五本の稜線130,
132,134,136,138は、そのうちの三本が
二カ所において一点で交わるように延びている。
As shown in FIG.
Has a flat support portion 110 and a convex structure portion 120 protruding from the support portion 110. The convex structure 120 is defined by four surfaces 122, 124, 126, 128, and these four surfaces 122, 124, 12
6, 128, five ridgelines 130, 132, 134,
136, 138 are formed. Five ridgelines 130,
132, 134, 136 and 138 extend so that three of them intersect at one point in two places.

【0024】凸構造部120は、三本の稜線130,1
32,138が一点で交わって形成された第一の突起部
140と、三本の稜線134,136,138が一点で
交わって形成された第二の突起部142とを有してい
る。
The convex structure 120 has three ridges 130, 1
It has a first projection 140 formed by intersecting the points 32 and 138 at one point, and a second projection 142 formed by intersecting the three ridgelines 134, 136 and 138 at one point.

【0025】第一の突起部140は、内側に凸の三つの
面で定められ、厳密に一点で終端している。このため、
非常に高いアスペクト比を有している。第一の突起部1
40と第二の突起部142は稜線138を基準にして測
定される高さが異なっており、第一の突起部140の高
さAは第二の突起部142の高さBよりも大きい。
The first protrusion 140 is defined by three inwardly convex surfaces, and ends exactly at one point. For this reason,
It has a very high aspect ratio. First protrusion 1
40 and the second protrusion 142 have different heights measured with reference to the ridgeline 138, and the height A of the first protrusion 140 is larger than the height B of the second protrusion 142.

【0026】凸構造部120は窒化シリコンで構成され
ており、支持部110はガラス112とその上に設けら
れた窒化シリコン膜114とで構成されている。例え
ば、支持部110の表面から凸構造部120の突起先端
までの高さは7μm、凸構造部120の底面の長方形の
短辺の長さは10μm、長辺の長さは15μmである。
また、稜線138から測った高い方の突起部140の高
さは0.3μmである。
The convex structure 120 is made of silicon nitride, and the support 110 is made of glass 112 and a silicon nitride film 114 provided thereon. For example, the height from the surface of the support portion 110 to the tip of the protrusion of the convex structure 120 is 7 μm, the length of the short side of the rectangle on the bottom surface of the convex structure 120 is 10 μm, and the length of the long side is 15 μm.
The height of the higher protrusion 140 measured from the ridge line 138 is 0.3 μm.

【0027】本実施形態のプローブの作製方法について
図2を用いて説明する。 図2(a):(100)面を主面とするシリコンウェハ
ー202を用意し、その上に窒化シリコン膜204をL
P−CVD(低圧化学気相蒸着法)で堆積する。この窒
化シリコン膜204にフォトリソグラフィーにより長方
形の開口206を形成する。通常、この開口206は、
同じ形状のプローブをバッチファブリケーションにより
複数個作製するため、一枚のシリコンウェハー202に
複数個作製される。この開口206から水酸化カリウム
水溶液によりシリコンウェハー202を湿式異方性エッ
チングして、シリコンの四つの(111)面で形作られ
た穴208を形成する。
A method of manufacturing the probe according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2A: A silicon wafer 202 having a (100) plane as a main surface is prepared, and a silicon nitride film 204 is formed thereon by L.
It is deposited by P-CVD (low pressure chemical vapor deposition). A rectangular opening 206 is formed in the silicon nitride film 204 by photolithography. Typically, this opening 206
In order to produce a plurality of probes having the same shape by batch fabrication, a plurality of probes are produced on one silicon wafer 202. The silicon wafer 202 is wet anisotropically etched from the opening 206 with an aqueous solution of potassium hydroxide to form a hole 208 formed by four (111) planes of silicon.

【0028】図2(b):このように加工されたシリコ
ンウェハー202を熱拡散炉の中にいれ、950度でシ
リコンの露出した部分を酸化し、酸化シリコン膜210
を形成する。この酸化処理により、穴208の底の二カ
所に湾曲した特に深い部分が形成される。
FIG. 2B: The silicon wafer 202 thus processed is placed in a heat diffusion furnace, and the exposed silicon is oxidized at 950 ° C. to form a silicon oxide film 210.
To form Due to this oxidation treatment, two particularly deep curved portions are formed at the bottom of the hole 208.

【0029】図2(c):この後、一度、窒化シリコン
膜204を熱リン酸を用いて取り除き、再度、窒化シリ
コン膜212をLP−CVDで堆積する。図2(d):
窒化シリコン膜212を所望の形状にパターンニング
し、ガラス214を陽極接合した後、シリコンウェハー
202および酸化シリコン膜210をそれぞれ水酸化カ
リウム水溶液およびフッ酸で湿式エッチングして除去す
る。
FIG. 2C: Thereafter, the silicon nitride film 204 is once removed using hot phosphoric acid, and the silicon nitride film 212 is deposited again by LP-CVD. FIG. 2 (d):
After the silicon nitride film 212 is patterned into a desired shape and the glass 214 is anodically bonded, the silicon wafer 202 and the silicon oxide film 210 are removed by wet etching with a potassium hydroxide aqueous solution and hydrofluoric acid, respectively.

【0030】この様にして本実施形態のプローブの予備
成型品を得る。この予備成型品は高さが同じ二つの突起
部216と218を備えている。突起部216と218
は、穴208を形作るシリコンを酸化処理したおかげ
で、図の上方に向かって尖った形状となっている。
Thus, a preformed product of the probe of the present embodiment is obtained. This preform has two projections 216 and 218 of the same height. Projections 216 and 218
Has a pointed shape toward the top of the figure due to the oxidation treatment of the silicon forming the hole 208.

【0031】図2(e):予備成型品に対して、FIB
(集束イオンビーム)加工により一方の突起部218を
削り、他方の突起部216よりも低くする。 図2(f):これにより、一方の突起部218の高さが
他方の突起部216に比較して低減された本実施形態の
プローブを得る。
FIG. 2 (e): FIB for the preform
One of the protrusions 218 is shaved by (focused ion beam) processing and is made lower than the other protrusion 216. FIG. 2F: As a result, the probe of the present embodiment in which the height of one protrusion 218 is reduced as compared with the height of the other protrusion 216 is obtained.

【0032】このように作製された本実施形態のプロー
ブ100では、図1に示されるように、第一の突起部1
40は、内側に凸の三つの面で定められ、一点で終端し
ているため、非常に高いアスペクト比を持っている。ま
た、第二の突起部142の高さBが第一の突起部140
の高さAよりも小さので、凸構造部120は測定におい
ては有効部の長い探針として作用する。
In the probe 100 of the present embodiment manufactured as described above, as shown in FIG.
40 has a very high aspect ratio because it is defined by three inwardly convex surfaces and terminates at one point. Also, the height B of the second protrusion 142 is equal to that of the first protrusion 140.
Since the height A is smaller than the height A, the convex structure 120 functions as a probe having a long effective portion in measurement.

【0033】以下、本実施形態のプローブ100を用い
たナノインデンテーション測定の結果について述べる。
図6(a)は、ナノインデンテーション測定を行なうた
めの装置構成を示している。
Hereinafter, the results of nanoindentation measurement using the probe 100 of the present embodiment will be described.
FIG. 6A shows a device configuration for performing nanoindentation measurement.

【0034】図6(a)に示されるように、プローブ1
00は、支持部材304に支持された面持ち梁302に
接着により固定し、ベース310に固着された圧電体3
12の上端に設けた試料台314に載せた試料316に
対向させる。
As shown in FIG. 6A, the probe 1
Reference numeral 00 denotes a piezoelectric body 3 fixed to the cantilever beam 302 supported by the support member 304 by bonding and fixed to the base 310.
The sample 12 is opposed to a sample 316 placed on a sample stage 314 provided at the upper end of the sample No. 12.

【0035】プローブ100のガラス面と試料316の
表面とを平行に保ったまま、圧電体312を徐々に伸ば
し、プローブ100を試料316に押し付けてる。押し
込み量は、変位センサー320で圧電体312の伸び量
を測定しつつ、変位センサー322で面持ち梁302の
変形状態を観察することにより加減する。
While keeping the glass surface of the probe 100 and the surface of the sample 316 parallel, the piezoelectric body 312 is gradually extended, and the probe 100 is pressed against the sample 316. The pushing amount is adjusted by observing the deformation state of the cantilever beam 302 with the displacement sensor 322 while measuring the extension amount of the piezoelectric body 312 with the displacement sensor 320.

【0036】プローブ100を試料316に0.1μm
押し込んだ結果、試料表面には、図6(b)に示すよう
に、略三角形の圧痕が形成された。また、試料表面に形
成された三角形の圧痕は一つだけであった。
The probe 100 is placed on the sample 316 by 0.1 μm.
As a result, as shown in FIG. 6B, substantially triangular indentations were formed on the sample surface. In addition, only one triangular indent was formed on the sample surface.

【0037】この結果から、本実施形態のプローブ10
0を用いたナノインデンテーション測定では、一方の突
起部140だけが試料と相互作用したと判断できる。ま
た、比較例として、図2(d)の工程直後に得られる予
備成型品を用いたナノインデンテーション測定も行なっ
た。
From these results, it can be seen that the probe 10 of the present embodiment
In nanoindentation measurement using 0, it can be determined that only one protrusion 140 interacted with the sample. In addition, as a comparative example, nanoindentation measurement using a preform obtained immediately after the step of FIG. 2D was also performed.

【0038】図3は、図2(d)の工程直後に得られる
予備成型品を示している。予備成型品100’は、僅か
に突起部142’が異なるほかは、図1に示される本実
施形態のプローブ100と同じである。
FIG. 3 shows a preformed product obtained immediately after the step of FIG. 2D. The preform 100 ′ is the same as the probe 100 of the present embodiment shown in FIG. 1 except that the protrusion 142 ′ is slightly different.

【0039】突起部142’は、FIB加工を施す以前
のもので、突起部144と同じく高さAを有している。
前述したように、この予備成型品100’に対して、F
IB加工により、高さAの突起部142’を高さBの突
起部142に変形して、本実施形態のプローブ100と
なる。
The projection 142 ′ has a height A similar to that of the projection 144 before the FIB processing is performed.
As described above, with respect to this preformed product 100 ', F
By the IB processing, the protruding portion 142 ′ having the height A is transformed into the protruding portion 142 having the height B, and the probe 100 of the present embodiment is obtained.

【0040】この本実施形態のプローブ100の予備成
型品100’を用いて、本実施形態のプローブ100を
用いた測定と同様にナノインデンテーション測定に行な
った結果、試料表面には、図6(d)に示すように、二
つの略三角形の圧痕が形成された。
As a result of performing nanoindentation measurement using the preformed product 100 ′ of the probe 100 of the present embodiment in the same manner as the measurement using the probe 100 of the present embodiment, FIG. As shown in d), two substantially triangular indentations were formed.

【0041】この結果から、本実施形態のプローブ10
0の予備成型品100’を用いたナノインデンテーショ
ン測定では、二つの突起が共に試料と相互作用を起こし
ているのは明白である。このため、それぞれの突起に働
く相互作用の程度を特定することが難しく、ナノインデ
ンテーション測定には適していないことが理解できる。
From these results, it can be seen that the probe 10 of the present embodiment
In the nanoindentation measurement using the zero preform 100 ′, it is clear that both protrusions interact with the sample. For this reason, it is difficult to specify the degree of the interaction acting on each projection, and it can be understood that it is not suitable for nanoindentation measurement.

【0042】<第二の実施の形態>第二の実施の形態の
プローブについて図4を用いて説明する。図4に示され
るように、プローブ400は、平らな支持部410と、
この支持部410から隆起した凸構造部420とを有し
ている。凸構造部420は四つの面422,424,4
26,428によって定められており、これらの四つの
面422,424,426,428により五本の稜線4
30,432,434,436,438が形成されてい
る。五本の稜線430,432,434,436,43
8は、そのうちの三本が二カ所において一点で交わるよ
うに延びている。
<Second Embodiment> A probe according to a second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the probe 400 includes a flat support 410,
A convex structure 420 protruding from the support 410 is provided. The convex structure 420 has four surfaces 422, 424, and 4
26, 428, and these four faces 422, 424, 426, 428 define five ridge lines 4
30, 432, 434, 436 and 438 are formed. Five ridgelines 430, 432, 434, 436, 43
8 extends so that three of them meet at one point in two places.

【0043】凸構造部420は、三本の稜線430,4
32,438が一点で交わって形成された突起部440
と、三本の稜線434,436,438が本来ならば交
わる部分に形成された円形の開口450とを有してい
る。
The convex structure 420 has three ridge lines 430, 4
A projection 440 formed by the intersection of 32 and 438 at one point
And a circular opening 450 formed at a portion where three ridge lines 434, 436 and 438 normally intersect.

【0044】突起部440は、内側に凸の三つの面で定
められ、厳密に一点で終端している。このため、非常に
高いアスペクト比を有している。凸構造部420は窒化
シリコンで構成されており、支持部410はガラス41
2とその上に設けられた窒化シリコン膜414とで構成
されている。
The protrusion 440 is defined by three inwardly convex surfaces, and ends exactly at one point. For this reason, it has a very high aspect ratio. The convex structure 420 is made of silicon nitride, and the support 410 is made of glass 41.
2 and a silicon nitride film 414 provided thereon.

【0045】例えば、支持部410の表面から凸構造部
420の突起先端までの高さは7μm、凸構造部420
の底面の長方形の短辺の長さは10μm、長辺の長さは
15μmである。また、稜線438から測った突起部4
40の高さは0.3μmである。円形の開口450は直
径3μmである。
For example, the height from the surface of the support portion 410 to the tip of the projection of the convex structure 420 is 7 μm, and the height of the convex structure 420 is high.
The length of the short side of the rectangle on the bottom surface is 10 μm, and the length of the long side is 15 μm. Also, the protrusion 4 measured from the ridgeline 438
The height of 40 is 0.3 μm. The circular opening 450 has a diameter of 3 μm.

【0046】以下、本実施形態のプローブの作製方法に
ついて図5を用いて説明する。 図5(a):(100)面を主面とするシリコンウェハ
ー502を用意し、その上に窒化シリコン膜504をL
P−CVD(低圧化学気相蒸着法)で堆積する。この窒
化シリコン膜504にフォトリソグラフィーにより長方
形の開口506を形成する。通常、この開口506は、
同じ形状のプローブをバッチファブリケーションにより
複数個作製するため、一枚のシリコンウェハー502に
複数個作製される。この開口506から水酸化カリウム
水溶液によりシリコンウェハー502を湿式異方性エッ
チングして、シリコンの四つの(111)面で形作られ
た穴508を形成する。
Hereinafter, a method for fabricating the probe of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5A: A silicon wafer 502 having a (100) plane as a main surface is prepared, and a silicon nitride film 504 is
It is deposited by P-CVD (low pressure chemical vapor deposition). A rectangular opening 506 is formed in the silicon nitride film 504 by photolithography. Typically, this opening 506 is
In order to produce a plurality of probes of the same shape by batch fabrication, a plurality of probes are produced on one silicon wafer 502. The silicon wafer 502 is wet anisotropically etched from the opening 506 with an aqueous potassium hydroxide solution to form holes 508 formed by four (111) planes of silicon.

【0047】図5(b):このように加工されたシリコ
ンウェハー502を熱拡散炉の中にいれ、950度でシ
リコンの露出した部分を酸化し、酸化シリコン膜510
を形成する。この酸化処理により、穴508の底に、湾
曲した二つの特に深い部分522,524が形成され
る。
FIG. 5B: The silicon wafer 502 thus processed is placed in a heat diffusion furnace, and the exposed silicon is oxidized at 950 ° C. to form a silicon oxide film 510.
To form The oxidation process forms two particularly deep portions 522 and 524 that are curved at the bottom of the hole 508.

【0048】図5(c):この後、一度、窒化シリコン
膜504を熱リン酸を用いて取り除き、再度、窒化シリ
コン膜512をLP−CVDで堆積する。 図5(d):窒化シリコン膜512の上にレジスト52
6を堆積し、穴508の底の一方の特に深い部分524
に直径3μmの円形の開口528を形成する。この開口
528を形成したレジスト526をマスクにしてドライ
エッチングを行ない、窒化シリコン膜512を貫通する
穴530を形成する。
FIG. 5C: Thereafter, the silicon nitride film 504 is once removed using hot phosphoric acid, and the silicon nitride film 512 is deposited again by LP-CVD. FIG. 5D: Resist 52 on silicon nitride film 512
6 and a particularly deep portion 524 of one of the bottoms of the holes 508
Then, a circular opening 528 having a diameter of 3 μm is formed. Dry etching is performed using the resist 526 in which the opening 528 is formed as a mask to form a hole 530 penetrating the silicon nitride film 512.

【0049】図5(e):再度、熱拡散炉に入れてアニ
ーリング処理を行ない、窒化シリコン膜512にガラス
514を陽極接合した後、シリコンウェハー502およ
び酸化シリコン膜510をそれぞれ水酸化カリウム水溶
液およびフッ酸で湿式エッチングして除去する。これに
より、一つの突起部518と開口532を備えた本実施
形態のプローブを得る。
FIG. 5E: An annealing process is performed again in a heat diffusion furnace, and after the glass 514 is anodically bonded to the silicon nitride film 512, the silicon wafer 502 and the silicon oxide film 510 are respectively subjected to an aqueous potassium hydroxide solution and It is removed by wet etching with hydrofluoric acid. As a result, the probe of the present embodiment including one protrusion 518 and the opening 532 is obtained.

【0050】このように作製された本実施形態のプロー
ブ400では、図4に示されるように、突起部440
は、内側に凸の三つの面で定められ、一点で終端してい
るため、非常に高いアスペクト比を持っている。また、
凸構造体420は、突起部440の他には突起を持たな
いので、測定に対して有効部の長い探針として作用す
る。
In the probe 400 thus manufactured according to the present embodiment, as shown in FIG.
Has a very high aspect ratio because it is defined by three inwardly convex surfaces and terminates at one point. Also,
The convex structure 420 has no protrusion other than the protrusion 440, and thus acts as a probe having a long effective portion for measurement.

【0051】本実施形態のプローブ400を用いて、第
一の実施の形態と全く同じ条件で、ナノインデンテーシ
ョン測定を行なった。その結果、試料表面には、図6
(c)に示すように、略三角形の圧痕が形成された。ま
た、試料表面に形成された三角形の圧痕は一つだけであ
った。
Using the probe 400 of the present embodiment, nanoindentation measurement was performed under exactly the same conditions as in the first embodiment. As a result, FIG.
As shown in (c), substantially triangular indentations were formed. In addition, only one triangular indent was formed on the sample surface.

【0052】この結果から、本実施形態のプローブ40
0は、突起部440だけが試料と相互作用していると判
断でき、従って、ナノインデンテーション測定にとって
好ましいプローブであることが分かる。
From these results, it can be seen that the probe 40 of the present embodiment
A value of 0 indicates that only the protrusion 440 interacts with the sample, and thus indicates that the probe is a preferable probe for nanoindentation measurement.

【0053】<第三の実施の形態>第三の実施の形態に
ついて図7を用いて説明する。本実施形態は、走査型プ
ローブ顕微鏡に適用されるカンチレバーチップである。
<Third Embodiment> A third embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment is a cantilever tip applied to a scanning probe microscope.

【0054】図7に示されるように、カンチレバーチッ
プ600は、支持部材602によって片持ちに支持され
ているカンチレバー604を有している。カンチレバー
604と支持部材602の上面には金のコーティング6
06が施されている。
As shown in FIG. 7, the cantilever chip 600 has a cantilever 604 supported by a support member 602 in a cantilever manner. The upper surface of the cantilever 604 and the support member 602 is coated with gold 6
06 is given.

【0055】カンチレバー604の先端近くには、下方
に突出した凸構造部620が形成されている。この凸構
造部620は、図4に示した第二の実施の形態の凸構造
部420と同じ構造を有している。
A protruding structure 620 protruding downward is formed near the tip of the cantilever 604. The convex structure 620 has the same structure as the convex structure 420 of the second embodiment shown in FIG.

【0056】つまり、本実施形態の凸構造部620は第
二の実施の形態の凸構造部420に対応しており、ま
た、本実施形態のカンチレバー602は第二の実施の形
態の支持部410に対応している。
That is, the convex structure 620 of the present embodiment corresponds to the convex structure 420 of the second embodiment, and the cantilever 602 of the present embodiment corresponds to the support 410 of the second embodiment. It corresponds to.

【0057】凸構造部620は四つの面によって規定さ
れており、これらの四つの面によって五本の稜線が形成
されている。凸構造部620は、そのうちの三本の稜線
が一点で交わって形成された突起部640と、三本の稜
線が本来ならば交わる部分に形成された円形の開口65
0とを有している。
The convex structure portion 620 is defined by four surfaces, and these four surfaces form five ridge lines. The convex structure portion 620 includes a projection 640 formed by three ridges of the three crossing at one point, and a circular opening 65 formed at a portion where the three ridges normally intersect.
0.

【0058】突起部640は、内側に凸の三つの面で定
められ、一点で終端しているため、非常に高いアスペク
ト比を有している。また、凸構造部620は、突起部4
40の他には突起を持たないので、有効部の長い探針と
して作用する。
The protrusion 640 has an extremely high aspect ratio because it is defined by three inwardly convex surfaces and terminates at one point. In addition, the convex structure portion 620 includes the protrusion 4
Since there is no projection other than 40, it functions as a probe having a long effective portion.

【0059】本実施形態のカンチレバーチップ604で
は、カンチレバー604の長さは108μm、幅は50
μm、厚さは1.8μmである。凸構造部620の底面
の長方形の短辺の長さは10μm、長辺の長さは15μ
mであり、凸構造部620の全体の高さCは約7μm、
測定に有効な突起部640の高さDは約0.3μmであ
る。また、開口650の直径は3μmである。
In the cantilever chip 604 of this embodiment, the length of the cantilever 604 is 108 μm and the width is 50 μm.
μm, and the thickness is 1.8 μm. The length of the short side of the rectangle on the bottom surface of the convex structure portion 620 is 10 μm, and the length of the long side is 15 μm.
m, the overall height C of the convex structure 620 is about 7 μm,
The height D of the protrusion 640 effective for measurement is about 0.3 μm. The diameter of the opening 650 is 3 μm.

【0060】次に、本実施形態のプローブの作製方法に
ついて図8を用いて説明する。 図8(a):(100)面を主面とするシリコンウェハ
ー702を用意し、その上に窒化シリコン膜704をL
P−CVD(低圧化学気相蒸着法)で堆積する。この窒
化シリコン膜704にフォトリソグラフィーにより長方
形の開口706を形成する。通常、この開口706は、
同じ形状のプローブをバッチファブリケーションにより
複数個作製するため、一枚のシリコンウェハー702に
複数個作製される。この開口706から水酸化カリウム
水溶液によりシリコンウェハー702を湿式異方性エッ
チングして、シリコンの四つの(111)面で形作られ
た穴708を形成する。
Next, a method of manufacturing the probe of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8A: A silicon wafer 702 having a (100) plane as a main surface is prepared, and a silicon nitride film 704 is
It is deposited by P-CVD (low pressure chemical vapor deposition). A rectangular opening 706 is formed in the silicon nitride film 704 by photolithography. Typically, this opening 706 is
In order to produce a plurality of probes of the same shape by batch fabrication, a plurality of probes are produced on one silicon wafer 702. A silicon wafer 702 is wet anisotropically etched from the opening 706 with an aqueous potassium hydroxide solution to form holes 708 formed by four (111) planes of silicon.

【0061】図8(b):このように加工されたシリコ
ンウェハー702を熱拡散炉の中にいれ、950度でシ
リコンの露出した部分を酸化し、酸化シリコン膜710
を形成する。この酸化処理により、穴708の底に、湾
曲した二つの特に深い部分722,724が形成され
る。
FIG. 8B: The silicon wafer 702 thus processed is placed in a heat diffusion furnace, and the exposed silicon is oxidized at 950 ° C. to form a silicon oxide film 710.
To form The oxidation process forms two particularly deep portions 722, 724 curved at the bottom of the hole 708.

【0062】図8(c):この後、一度、窒化シリコン
膜704を熱リン酸を用いて取り除き、再度、窒化シリ
コン膜712をLP−CVDで堆積する。 図8(d):窒化シリコン膜712の上にレジスト72
6を堆積し、カンチレバー形状にパターンニングする。
その際、穴708の底の一方の特に深い部分724に直
径3μmの円形の開口728を形成する。このパターン
ニングしたレジスト726をマスクにしてドライエッチ
ングを行ない、窒化シリコン膜712を貫通する穴73
0を形成するとともに、窒化シリコン膜712をカンチ
レバー形状に成形する。
FIG. 8C: Thereafter, the silicon nitride film 704 is once removed using hot phosphoric acid, and the silicon nitride film 712 is deposited again by LP-CVD. FIG. 8D: A resist 72 is formed on the silicon nitride film 712.
6 is deposited and patterned into a cantilever shape.
At this time, a circular opening 728 having a diameter of 3 μm is formed in one particularly deep portion 724 of the bottom of the hole 708. Dry etching is performed using the patterned resist 726 as a mask to form a hole 73 penetrating the silicon nitride film 712.
While forming 0, the silicon nitride film 712 is formed into a cantilever shape.

【0063】図8(e):再度、熱拡散炉に入れてアニ
ーリング処理を行ないカンチレバー上に酸化膜を形成さ
せた後に、窒化シリコン膜712にパイレックスガラス
732を陽極接合する。パイレックスガラス732を陽
極接合する位置は、作製するカンチレバーの長さに相当
する距離だけ、穴708から離れた位置が選ばれる。
FIG. 8 (e): After being again placed in a heat diffusion furnace to perform an annealing process to form an oxide film on the cantilever, Pyrex glass 732 is anodically bonded to the silicon nitride film 712. The position where the Pyrex glass 732 is anodically bonded is selected to be a distance from the hole 708 by a distance corresponding to the length of the cantilever to be manufactured.

【0064】図8(f):シリコンウェハー702およ
び酸化シリコン膜710をそれぞれ水酸化カリウム水溶
液およびフッ酸で湿式エッチングして除去する。これに
より、一つの突起部742と開口744を持つ凸構造部
740が得られる。
FIG. 8F: The silicon wafer 702 and the silicon oxide film 710 are removed by wet etching with an aqueous solution of potassium hydroxide and hydrofluoric acid, respectively. As a result, a convex structure portion 740 having one protrusion 742 and an opening 744 is obtained.

【0065】図8(g):最後に、カンチレバー形状の
窒化シリコン膜712とパイレックスガラス732の上
面に金を真空蒸着して反射膜734を形成して、本実施
形態のカンチレバーチップを得る。
FIG. 8 (g): Finally, gold is vacuum-deposited on the upper surfaces of the silicon nitride film 712 and the pyrex glass 732 in a cantilever shape to form a reflective film 734, thereby obtaining the cantilever chip of this embodiment.

【0066】このように作製した本実施形態のカンチレ
バーチップ600では、図7に示されるように、突起部
640は、内側に凸の三つの面で定められ、従って確実
に一点で終端し、このため非常に高いアスペクト比を持
っている。
In the cantilever chip 600 of the present embodiment manufactured as described above, as shown in FIG. 7, the projection 640 is defined by three inwardly convex surfaces, and therefore, is surely terminated at one point. Due to having a very high aspect ratio.

【0067】図9に示すように、本実施形態のプローブ
600を原子間力顕微鏡装置(AFM)に10度の傾き
角(θ)で取り付けて使用した。図9では、AFMの基
本的な構成を概略的に描いてあり、コントローラユニッ
トやコンピュータなどの具体的な構成は省略してある。
As shown in FIG. 9, the probe 600 of this embodiment was used by attaching it to an atomic force microscope (AFM) at an inclination angle (θ) of 10 degrees. FIG. 9 schematically illustrates the basic configuration of the AFM, and omits specific configurations such as a controller unit and a computer.

【0068】なお、本実施形態のプローブを適用可能な
AFMの基本的な構成は、例えば、特開平5−3125
64号や特開平6−180227号に開示されている。
試料808は、ベース802に固定された圧電体スキャ
ナ804の自由端に支持された試料台806の上に載置
される。カンチレバーチップ600は10度の傾斜角を
もって支持され、凸構造部620は試料808の表面近
傍に配置される。
The basic configuration of an AFM to which the probe of this embodiment can be applied is described in, for example,
No. 64 and JP-A-6-180227.
The sample 808 is placed on a sample stage 806 supported by a free end of a piezoelectric scanner 804 fixed to a base 802. The cantilever chip 600 is supported at an inclination angle of 10 degrees, and the convex structure 620 is disposed near the surface of the sample 808.

【0069】カンチレバー604は突起部640と試料
808の間に働く相互作用に応じて変位を示し、変位セ
ンサー810はこのカンチレバー604の変位を検出す
る。制御部812は、XY走査信号を圧電体スキャナ8
04に供給して突起部640に対して試料808を相対
的にXY走査するとともに、変位センサー810によっ
て得られる情報に基づくZサーボ信号を圧電体スキャナ
804に供給して突起部640と試料808の間隔を制
御する。
The cantilever 604 shows a displacement according to the interaction between the projection 640 and the sample 808, and the displacement sensor 810 detects the displacement of the cantilever 604. The control unit 812 outputs the XY scanning signal to the piezoelectric scanner 8.
04, and scans the sample 808 relatively to the projection 640 in the XY direction, and supplies a Z servo signal based on information obtained by the displacement sensor 810 to the piezoelectric scanner 804 to scan the projection 640 and the sample 808. Control the interval.

【0070】本実施形態のプローブ600では凸構造部
620から突出している部分が突起部640の一つだけ
なので、表面の凹凸の高低差が大きい試料に対しても高
い分解能で測定することができる。
In the probe 600 of this embodiment, since only one of the protrusions 640 protrudes from the convex structure 620, it is possible to measure with high resolution even a sample having a large difference in height of the surface irregularities. .

【0071】これは、比較例として、図9に破線で描か
れている突起部642を更に備えたカンチレバーチップ
を想像することにより容易に理解できる。このようなカ
ンチレバーチップは、図8(d)の工程において、レジ
スト726に開口728を形成することなく処理を施す
ことにより作製される。このようなカンチレバーチップ
は、当業者の間で、ダブルチップのカンチレバーチップ
と呼ばれ、市場から入手可能である。
This can be easily understood by imagining, as a comparative example, a cantilever chip further provided with a projection 642 drawn by a broken line in FIG. Such a cantilever chip is manufactured by performing processing without forming an opening 728 in the resist 726 in the step of FIG. Such cantilever tips are referred to by those skilled in the art as double tip cantilever tips and are commercially available.

【0072】突起部640の先端と仮想の突起部642
の先端の間隔を5μmとすると、カンチレバーチップ6
00を10度の傾斜角で支持した状態において、突起部
640の先端と仮想の突起部642の先端の高低差は
0.9μm弱となる。従って、0.9μm以上の表面高
低差を持つ試料の測定においては、突起部642が邪魔
になって、突起部640と試料の接触を維持できない事
態が起こり得る。この場合、カンチレバー604の変位
は、突起部642と試料の間の相互作用に起因している
ため、変位センサー810によって得られる情報は不正
確なものとなる。
The tip of the projection 640 and the virtual projection 642
If the distance between the tips of the cantilever is 5 μm, the cantilever tip 6
In a state where 00 is supported at an inclination angle of 10 degrees, the height difference between the tip of the projection 640 and the tip of the virtual projection 642 is less than 0.9 μm. Therefore, when measuring a sample having a surface height difference of 0.9 μm or more, a situation may occur in which the protrusion 642 hinders the contact between the protrusion 640 and the sample. In this case, since the displacement of the cantilever 604 is caused by the interaction between the protrusion 642 and the sample, the information obtained by the displacement sensor 810 becomes inaccurate.

【0073】これに対して、本実施形態のプローブ60
0を用いた測定では、突起部640と試料の接触を邪魔
するものは何も存在しないので、上述したような不所望
な事態は起こり得ず、従って、1μmを越える表面高低
差を持つ試料に対しても、高い分解能の測定を行なうこ
とができる。
On the other hand, the probe 60 of the present embodiment
In the measurement using 0, since there is nothing that hinders the contact between the projection 640 and the sample, the above-mentioned undesired situation cannot occur, and therefore, a sample having a surface height difference exceeding 1 μm can be used. On the other hand, high-resolution measurement can be performed.

【0074】また、本実施形態の凸構造部620を第一
の実施の形態の凸構造部120に置き換えても何ら問題
はない。つまり、本実施の形態の凸構造部620を第一
の実施の形態の凸構造部120と対応するように作製で
きる。この場合、第一の実施の形態の図2(d)におい
て、窒化シリコン膜212をカンチレバー形状にパター
ンニングし、ガラス214を図8(e)に示したパイレ
ックスガラス723と同様な位置に陽極接合すればよ
い。すなわち、ガラス214は、作製するカンチレバー
の長さに相当する距離だけ、穴208から離れた位置に
陽極接合される。
There is no problem even if the convex structure 620 of the present embodiment is replaced with the convex structure 120 of the first embodiment. That is, the convex structure 620 of the present embodiment can be manufactured so as to correspond to the convex structure 120 of the first embodiment. In this case, in FIG. 2D of the first embodiment, the silicon nitride film 212 is patterned into a cantilever shape, and the glass 214 is anodically bonded to the same position as the Pyrex glass 723 shown in FIG. do it. That is, the glass 214 is anodically bonded to a position away from the hole 208 by a distance corresponding to the length of the cantilever to be manufactured.

【0075】本実施形態では、開口650は、円形の形
状を有しているものとしたが、他の形状を有していても
一向に構わない。また、開口650は、凸構造部620
に留まっている必要はなく、カンチレバー604まで延
びていても構わない。さらには、カンチレバー604の
根本まで延びていて、その結果、カンチレバー604が
U字形状と成っても構わない。
In the present embodiment, the opening 650 has a circular shape. However, the opening 650 may have any other shape. Further, the opening 650 is formed in the convex structure 620.
It does not need to stay at the cantilever 604. Further, the cantilever 604 may extend to the root, and as a result, the cantilever 604 may have a U-shape.

【0076】以上、図面を用いながら、本発明のいくつ
かの実施の形態について説明したが、本発明は、これら
の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述
した実施の形態では、AFM装置やナノインデンテーシ
ョン測定に用いられるプローブの例を示したが、本発明
のプローブは、MFMやSNOMのプローブの本部材と
して使用することも可能である。例えば、MFM用のプ
ローブは、第三の実施の形態において、突起側から磁気
特性を有する材料をコーティングすることで簡単に作製
することができる。
As described above, some embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above-described embodiment, an example of a probe used for an AFM device or nanoindentation measurement has been described. However, the probe of the present invention can be used as a main member of a MFM or SNOM probe. For example, a probe for MFM can be easily manufactured by coating a material having magnetic properties from the protrusion side in the third embodiment.

【0077】また、SNOMへの応用については、例え
ば、第三の実施の形態のプローブを用い、開口を通して
光を試料に照射したり、試料側から発生する光をその開
口を通して検出するという使い方がされる。
For application to SNOM, for example, the probe of the third embodiment is used to irradiate a sample with light through an opening or to detect light generated from the sample through the opening. Is done.

【0078】また、特開平2−247557号には、サ
ーマルウェーブを測定し試料の熱伝搬に関連する試料特
性を評価する走査型プローブ顕微鏡を応用した光音響分
光計装置が提案されている。その装置は、集光した光を
試料表面の一部に照射することにより試料を加熱し、サ
ーマルウェーブを発生させ、その光照射位置から離れた
ところの試料表面近くに試料の変位を測定する機構が配
置されている装置であって、プローブにより試料の変位
を測定しサーマルウェーブの伝搬の様子を測定する装置
である。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-247557 proposes a photoacoustic spectrometer using a scanning probe microscope for measuring a thermal wave and evaluating a sample characteristic related to heat propagation of the sample. The device heats the sample by irradiating a part of the sample surface with the condensed light, generates a thermal wave, and measures the displacement of the sample near the sample surface away from the light irradiation position. Is a device that measures the displacement of the sample using a probe and measures the state of propagation of the thermal wave.

【0079】本発明のプローブ、特には第三実施形態で
説明したような開口を有するプローブは、この様な用途
のプローブとしても適している。すなわち、本発明のプ
ローブの上方にサーマルウェーブ励起用光源を配置し、
プローブの貫通開口部分を通して、試料の所望の位置に
光を照射すれば、この開口位置とプローブの突起位置と
はフォトリソグラフィーの非常に高い精度で決定される
ので、光による試料の励起位置とサーマルウェーブの測
定位置の距離が特定できる。特開平2−247557号
に記載の様に、光照射側のユニットとサーマルウェーブ
検出側のユニットが実質的に別体となっていると、光に
よる試料の励起位置とサーマルウェーブの測定位置間の
距離の同定が必要な場合、両者間の距離を別の手段を追
加して測定する必要があるが、本発明のプローブを用い
れば、その必要がなくなる。
The probe of the present invention, particularly the probe having an opening as described in the third embodiment, is also suitable as a probe for such use. That is, a thermal wave excitation light source is arranged above the probe of the present invention,
When light is irradiated to a desired position on the sample through the through-opening of the probe, the position of the opening and the position of the protrusion of the probe are determined with extremely high accuracy of photolithography. The distance of the wave measurement position can be specified. As described in JP-A-2-247557, when the unit on the light irradiation side and the unit on the thermal wave detection side are substantially separate, the position between the excitation position of the sample by light and the measurement position of the thermal wave is changed. When it is necessary to identify the distance, it is necessary to measure the distance between the two by adding another means. However, the use of the probe of the present invention eliminates the need.

【0080】例えば、図10に示すような光音響分光計
に第三実施形態で説明したカンチレバー型のプローブを
取り付ける。説明の為、図中、プローブは開口部で切っ
た断面図で示してある。カンチレバー604の上方にサ
ーマルウェーブ励起用光源として半導体レーザ904を
配置し、その前方に集光レンズ905を配置して、プロ
ーブの開口908を通して試料表面907に励起光を照
射できるようになっており、サーマルウェーブが試料を
伝搬した時の試料の変位をプローブの突起640で検出
し、その変位がカンチレバー604を変形させる。カン
チレバー604の変形は、光てこ式変位センサーで測定
する。光てこ式変位センサーは、半導体レーザ901、
集光レンズ902、カンチレバー604、四分割のフォ
トダイオード903で構成される。光学式のカンチレバ
ー変位センサーに励起用光源の光が迷光となって入射す
るのを防ぐため、AFM装置の光学式のカンチレバー変
位センサーの光波長と励起用光源の光波長を異なった波
長に選び、半導体レーザ904の波長の光をカットする
光学フィルター906がフォトディテクター903の前
に配置してある。更に、半導体ICの電気特性の動作確
認に使われるプローバーのプローブに応用することも可
能であり、本発明はその様なプローブヘの応用も含んで
いる。
For example, the cantilever-type probe described in the third embodiment is attached to a photoacoustic spectrometer as shown in FIG. For the purpose of explanation, the probe is shown in a sectional view taken along an opening in the figure. A semiconductor laser 904 is disposed above the cantilever 604 as a light source for exciting a thermal wave, and a condenser lens 905 is disposed in front of the semiconductor laser 904 so that the sample surface 907 can be irradiated with excitation light through an opening 908 of the probe. The displacement of the sample when the thermal wave propagates through the sample is detected by the protrusion 640 of the probe, and the displacement deforms the cantilever 604. The deformation of the cantilever 604 is measured by an optical lever type displacement sensor. The optical lever type displacement sensor includes a semiconductor laser 901,
It comprises a condenser lens 902, a cantilever 604, and a four-division photodiode 903. In order to prevent the light of the excitation light source from entering the optical cantilever displacement sensor as stray light, the light wavelength of the optical cantilever displacement sensor of the AFM device and the light wavelength of the excitation light source are set to different wavelengths. An optical filter 906 that cuts light of the wavelength of the semiconductor laser 904 is disposed in front of the photodetector 903. Further, the present invention can be applied to a probe of a prober used for confirming an operation of an electric characteristic of a semiconductor IC, and the present invention includes an application to such a probe.

【0081】[0081]

【発明の効果】本発明によれば、一点で終端する突起を
持ち、長い有効部を持つ探針として作用するプローブが
提供される。このプローブを用いたAFM測定において
は、さらに高い分解能での測定が行なえるようになり、
また、このプローブを用いたナノインデンテーション測
定においては、安定した信頼性のあるデータを取ること
ができる。
According to the present invention, there is provided a probe having a projection which terminates at one point and which functions as a probe having a long effective portion. In the AFM measurement using this probe, the measurement can be performed at a higher resolution.
In the nanoindentation measurement using this probe, stable and reliable data can be obtained.

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

【図1】本発明の第一の実施の形態であるナノインデン
テーション測定に用いるプローブを示している。
FIG. 1 shows a probe used for nanoindentation measurement according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のプローブを作製する工程を示している。FIG. 2 shows a step of producing the probe of FIG.

【図3】図2(d)の工程の後に得られる図1のプロー
ブの予備成型品を示している。
FIG. 3 shows a preform of the probe of FIG. 1 obtained after the step of FIG. 2 (d).

【図4】本発明の第二の実施の形態であるナノインデン
テーション測定に用いるプローブを示している。
FIG. 4 shows a probe used for nanoindentation measurement according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4のプローブを作製する工程を示している。FIG. 5 shows a step of producing the probe of FIG.

【図6】ナノインデンテーション測定に用いる装置と、
図1のプローブによって試料表面に形成された圧痕と、
図4のプローブによって試料表面に形成された圧痕と、
図3の予備成型品によって試料表面に形成された圧痕と
を示している。
FIG. 6 shows an apparatus used for nanoindentation measurement,
An indentation formed on the sample surface by the probe of FIG. 1,
Indentations formed on the sample surface by the probe of FIG.
4 shows an indentation formed on the sample surface by the preform of FIG. 3.

【図7】本発明の第三の実施の形態であるAFM測定に
用いるカンチレバーチップを示している。
FIG. 7 shows a cantilever tip used for AFM measurement according to a third embodiment of the present invention.

【図8】図7のプローブを作製する工程を示している。FIG. 8 shows a step of producing the probe of FIG. 7;

【図9】図7のプローブを用いた原子間力顕微鏡を概略
的に示している。
FIG. 9 schematically illustrates an atomic force microscope using the probe of FIG. 7;

【図10】図7のプローブを用いた光音響分光計を概略
的に示している。
FIG. 10 schematically shows a photoacoustic spectrometer using the probe of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 プローブ 110 支持部 120 凸構造部 140 突起部 REFERENCE SIGNS LIST 100 probe 110 support part 120 convex structure part 140 protrusion

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平らな支持部と、 支持部から隆起した凸構造部とを備えるプローブであっ
て、 凸構造部は四つの面によって定められ、この四つの面に
よって五本の稜線が形成されており、五本の稜線はその
うちの三本が二カ所において一点で交わるように延びて
おり、 凸構造部は、三本の稜線が実際に交わって形成された第
一の突起部と第二の突起部とを有し、第一の突起部と第
二の突起部は、三本の稜線が交わる二カ所を結ぶ稜線を
基準にして測定される高さが異なっている、プローブ。
1. A probe comprising a flat supporting portion and a convex structure protruding from the supporting portion, wherein the convex structure is defined by four surfaces, and the four surfaces form five ridge lines. The five ridges extend so that three of them intersect at two points at one point, and the convex structure has a first protrusion formed by the actual intersection of the three ridges and a second protrusion. A probe having different projections, wherein the first projection and the second projection have different heights measured with reference to a ridge connecting two locations where three ridges intersect.
【請求項2】 平らな支持部と、 支持部から隆起した凸構造部とを備えるプローブであっ
て、 凸構造部は四つの面によって定められ、この四つの面に
よって五本の稜線が形成されており、五本の稜線はその
うちの三本が二カ所において一点で交わるように延びて
おり、 凸構造部は、三本の稜線が実際に交わって形成された突
起部と、三本の稜線が交わる部分に形成された開口とを
有している、プローブ。
2. A probe comprising a flat support portion and a convex structure protruding from the support portion, wherein the convex structure portion is defined by four surfaces, and the four surfaces form five ridge lines. The five ridge lines extend so that three of them intersect at one point in two places. The convex structure is composed of a protrusion formed by actually intersecting the three ridge lines and a three ridge line. And an opening formed at a portion where the probe intersects.
【請求項3】 (100)を主面とするシリコン基板を
用意する工程と、 このシリコン基板に対して四つの(111)面によって
形作られる開口形状が長方形の穴を形成する工程と、 穴を形作る四つの(111)面のシリコンを熱酸化し
て、穴を形作る面を湾曲化させる工程と、 このシリコン基板上に窒化シリコン膜を堆積させる工程
と、 窒化シリコン膜をパターンニングしたのちシリコン基板
を除去して、穴内に堆積した窒化シリコンから成る二つ
の突起部を備えた凸構造部を露出させる工程と、 凸構造体の二つの突起部の一方にイオンビームを照射し
て、一方の突起部の高さを低減する工程とを有してい
る、プローブの作製方法。
3. A step of preparing a silicon substrate having (100) as a main surface, a step of forming a hole in the silicon substrate having a rectangular opening formed by four (111) planes, A step of thermally oxidizing the silicon of the four (111) surfaces to be formed to bend the surface to form the holes; a step of depositing a silicon nitride film on the silicon substrate; Removing the convex structure having two protrusions made of silicon nitride deposited in the hole, and irradiating one of the two protrusions of the protrusion with an ion beam to form one of the protrusions. Reducing the height of the part.
【請求項4】 (100)を主面とするシリコン基板を
用意する工程と、 このシリコン基板に対して四つの(111)面によって
形作られる開口形状が長方形の穴を形成する工程と、 穴を形作る四つの(111)面のシリコンを熱酸化し
て、穴を形作る面を湾曲化させる工程と、 このシリコン基板上に窒化シリコン膜を堆積させる工程
と、 堆積した窒化シリコン膜に対して穴の二つある最深部の
一方に相当する箇所に開口を形成する工程と、 窒化シリコン膜をパターンニングしたのちシリコン基板
を除去して、穴内に堆積した窒化シリコンから成る一つ
の突起部と一つの開口を備えた凸構造部を露出させる工
程とを有している、プローブの作製方法。
4. A step of preparing a silicon substrate having (100) as a main surface, a step of forming a hole having a rectangular opening formed by four (111) planes in the silicon substrate, Thermally oxidizing the silicon of the four (111) surfaces to be formed to bend the surface to form the holes; depositing a silicon nitride film on the silicon substrate; A step of forming an opening at a position corresponding to one of the two deepest parts; one projection and one opening made of silicon nitride deposited in the hole by patterning the silicon nitride film and removing the silicon substrate Exposing the convex structure portion provided with:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005509864A (en) * 2001-11-12 2005-04-14 ナノファクトリー インストルメンツ アーベー Measuring device for electron microscope
JP2009031038A (en) * 2007-07-25 2009-02-12 Ritsumeikan Probe, etching mask for forming probe and probe manufacturing method using etching mask
JP2014240851A (en) * 2014-10-03 2014-12-25 富山県 Indenter for nano indentation test and manufacturing method thereof
JPWO2019004211A1 (en) * 2017-06-28 2020-04-30 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Mechanical property test method and measuring device

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