KR100477366B1 - 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨틸레버 셀을 구성하는 다이오드 간 및 이웃하는 컨틸레버 셀 간의 신호 간섭을 차단할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 저농도 도핑된 반도체 영역으로 된 하나의 바디를 통해 컨틸레버 셀을 구성하는 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 간 및 이웃하는 캔틸레버 셀 간이 물리적으로 연결되는 구조를 갖는 종래의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이와는 달리, 하나의 캔틸레버 셀을 구성하는 센서 신호 다이오드와 캔틸레버 구동용 다이오드를 전기적, 물리적으로 격리시키고, 이웃하는 캔틸레버 셀 간을 전기적, 물리적으로 격리시키는 구조를 채용함으로써, 인접하는 소자간의 신호 상호 간섭을 효과적으로 차단할 수 있기 때문에 구동 신호와 센서 신호의 정밀 제어를 실현할 수 있으며, 또한 신호의 상호 간섭에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있기 때문에 캔틸레버 어레이 제어 시스템에서의 노이즈 감소회로를 간소화할 수 있는 것이다.

Description

스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 및 그 제조 방법{CANTILEVER ARRAY FOR SCANNING PROBE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큰 배율의 분해능을 갖는 현미경(microscope)용 컨틸레버(cantilever), 자기 또는 광자기 기록 매체, 반도체 리소그라피 공정 등에 사용하는데 적합한 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래의 과학 기술 발달로 인해 점차 아주 미세한 규모에서의 여러 가지 현상들을 연구해야 할 필요성이 대두되고 있으며, 이러한 필요에 의해 마이크로-나노(micro-nano) 기술이 발달하게 되었고, 그에 따라 어떤 샘플의 표면에서 일어나는 각종 현상을 연구하기 위하여 높은 해상도를 갖는 분석 장비가 요구되었다. 대표적 예는 특히 높은 공간 분해능 분석 장비의 하나로써 스캐닝 프로브 현미경(Scanning Probe Microscope; SPM)이 상용화되고 있다.
잘 알려진 바와 같이, 스캐닝 프로브 현미경의 종류로는 전자의 터널링(tunneling) 현상을 이용하는 스캐닝 터널링 현미경(scanning tunneling microscope : STM), 원자간의 반 데르 발스(Van Der Waals) 힘을 이용하는 원자힘 현미경(AFM), 자기력을 이용하는 자기력 현미경(magnetic force microscope : MFM) 등 다양한 SPM 계열이 있으며, 이러한 현미경들은 시료의 지형(topograpgy), 분광(spectroscopy), 표면 마찰(surface friction) 또는 표면 접착(surface adhesion) 등의 분석 장비로써 주로 연구되고 상용화되고 있다.
최근 들어서는 이를 이용한 응용분야가 기록 매체(자기 또는 광자기 기록 매체), 반도체 공정(예를 들면, 리소그라피 공정 등)과 물리학은 물론 생물학 분야에 이르기까지 점진적으로 확대되고 있는 실정이다. 여기에서, 본 발명은 특히 스캐닝 프로브 현미경, 자기 또는 광자기 기록 매체, 반도체 공정에 채용 가능한 스캐닝 프로브용 컨틸레버 구동 회로에 관련된다.
한편, 스캐닝 프로브 현미경에 사용되는 컨틸레버 구조물은 다양한 분야(예를 들면, 반도체 공정, 자기 또는 광자기 기록 및 판독 매체 등)로의 응용을 고려할 때 그 내부에 다이오드 등과 같은 회로, 즉 컨틸레버 셀을 구동하거나 팁을 통해 어떤 신호를 발생하고 혹은 팁을 통해 어떤 신호를 읽어 들이도록 기능하는 구동 회로 등이 구비된다.
종래의 전형적인 컨틸레버 어레이에 있어서, 각 컨틸레버 셀은 프로브 팁을 갖는 액추에이터, 변위 센서, 액추에이터 구동용 다이오드 및 센서 신호 다이오드를 포함하며, 이러한 구조에 있어서, 각 다이오드는 기판 상의 저농도 도핑된 반도체 영역에 이온 주입을 통해 고농도 도핑된 반도체 영역을 형성하고 다시 저농도 도핑된 반도체 영역 상의 임의의 위치에 금속 콘택 및 배선을 배치하는 방식으로 형성하며, 그 위에 고농도 도핑된 반도체 영역에 적어도 하나의 전극이 연결되는 형태로 액추에이터 및 센서를 배치하는 방식으로 형성된다.
이때, 종래의 전형적인 컨틸레버 어레이에 채용되는 각 컨틸레버 셀에 구비되는 액추에이터 구동용 다이오드와 센서 신호 다이오드는 저농도 도핑된 반도체 영역을 통해 서로 물리적으로 연결되는 구조를 갖는다. 더욱이, 이러한 구조의 각 컨틸레버 셀은 저농도 도핑된 반도체 영역을 통해 서로 물리적으로 연결되는 구조를 갖는다.
즉, 종래의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 구성하는 각 컨틸레버 셀들은 하나의 바디(저농도 도핑된 반도체 영역)를 통해 서로 물리적으로 연결되는 구조를 가지며, 각 컨틸레버 셀내 액추에이터 구동용 다이오드와 센서 신호 다이오드 또는 하나의 바디를 통해 서로 물리적으로 연결되는 구조를 갖는다.
따라서, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 종래의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이는, 일 예로서 신호 전달시에 다이오드 구동용 다이오드의 금속 라인을 통해 입력되는 구동신호가 저농도 도핑된 반도체 영역을 통해 이웃하는 센서 신호 다이오드로 전달되거나 혹은 구동 신호 및 센서 신호가 이웃하는 캔틸레버 셀에 전달됨으로써 상호 간섭을 일으킨다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 구동 신호와 센서 신호의 정밀 제어를 저하시키는 요인으로 작용하고 있는 실정이다.
또한, 종래의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이는 이웃하는 다이오드 간 및 캔틸레버 셀 간의 신호 상호 간섭 등에 기인하는 노이즈를 제거하기 위하여 노이즈 감소회로를 회로적으로 복잡하게 구성할 수밖에 없었으며, 이로 인해 캔틸레버 어레이 제어 시스템의 회로 구성이 복잡하게 되는 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 컨틸레버 셀을 구성하는 다이오드 간 및 이웃하는 컨틸레버 셀 간의 신호 간섭을 차단할 수 있는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, M×N의 매트릭스 구조의 컨틸레버 셀들로 구성되며, 각 컨틸레버 셀들이 센서 신호 다이오드, 변위 센서, 액추에이터 구동용 다이오드, 액추에이터를 적어도 포함하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이에 있어서, 상기 각 컨틸레버 셀내 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 간을 전기적으로 격리시키고, 이웃하는 컨틸레버 셀들 간을 전기적으로 격리시키는 분리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점의 일 형태에 따른 본 발명은, M×N의 매트릭스 구조의 컨틸레버 셀들로 구성되며, 각 컨틸레버 셀들이 센서 신호 다이오드, 변위 센서, 액추에이터 구동용 다이오드, 액추에이터를 적어도 포함하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조하는 방법에 있어서, 기판 베이스 상에 형성된 저농도 도핑된 반도체 영역의 일부에 고농도 반도체 영역을 선택적으로 형성하는 과정; 상기 저농도 도핑된 반도체 영역의 상부 일부에 상기 센서 신호 다이오드의 금속 콘택 및 라인과 상기 액추에이터 구동용 다이오드의 금속 콘택 및 라인을 각각 형성하는 과정; 상기 기판 베이스의 상부 전면에 상기 금속 콘택 및 라인 각각을 매립하는 층간 절연막을 형성하는 과정; 상기 층간 절연막을 관통하는 콘택홀을 통해 상기 고농도 도핑된 반도체 영역에 연결되는 임의의 패턴의 센서 전극 및 하부 전극을 상기 층간 절연막의 상부에 형성하는 과정; 상기 하부 전극의 상부에 변형층 및 상부 전극을 형성하여 액추에이터를 완성하는 과정; 및 상기 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 사이 및 이웃하는 컨틸레버 셀들간의 사이에 형성된 상기 층간 절연막 및 저농도 도핑된 반도체 영역을 선택적으로 제거하여 상기 기판 베이스의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 분리 영역을 형성하는 과정으로 이루어진 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점의 다른 형태에 따른 본 발명은, M×N의 매트릭스 구조의 컨틸레버 셀들로 구성되며, 각 컨틸레버 셀들이 센서 신호 다이오드, 변위 센서, 액추에이터 구동용 다이오드, 액추에이터를 적어도 포함하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조하는 방법에 있어서, 기판 베이스 상에 형성된 저농도 도핑된 반도체 영역의 일부에 고농도 반도체 영역을 선택적으로 형성하는 과정; 상기 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 영역 및 이웃하는 컨틸레버 셀들간의 경계 영역에 형성된 상기 저농도 도핑된 반도체 영역을 선택적으로 제거하여 상기 기판 베이스의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 분리 영역을 형성하는 과정; 상기 저농도 도핑된 반도체 영역의 상부 일부에 상기 센서 신호 다이오드의 금속 콘택 및 라인과 상기 액추에이터 구동용 다이오드의 금속 콘택 및 라인을 각각 형성하는 과정; 상기 기판 베이스의 상부 전면에 상기 금속 콘택 및 라인 각각을 매립하는 층간 절연막을 형성하는 과정; 상기 층간 절연막을 관통하는 콘택홀을 통해 상기 고농도 도핑된 반도체 영역에 연결되는 임의의 패턴의 센서 전극 및 하부 전극을 상기 층간 절연막의 상부에 형성하는 과정; 및 상기 하부 전극의 상부에 변형층 및 상부 전극을 형성하여 액추에이터를 완성하는 과정으로 이루어진 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 저농도 도핑된 반도체 영역으로 된 하나의 바디를 통해 컨틸레버 셀을 구성하는 다이오드(센서 신호 다이오드 및 액추에이터 구동용 다이오드) 간 및 이웃하는 캔틸레버 셀 간이 물리적으로 연결되는 구조를 갖는 종래의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이와는 달리, 하나의 캔틸레버 셀을 구성하는 센서 신호 다이오드와 캔틸레버 구동용 다이오드를 전기적, 물리적으로 격리시키고, 이웃하는 캔틸레버 셀 간을 전기적, 물리적으로 격리, 보다 상세하게 센서 어레이 모듈 내의 액추에이터와 변위 센서를 포함하는 캔틸레버 부분, 신호 전달을 위한 금속 라인 부분, 다이오드 등과 같은 소자 부분을 제외한 나머지 영역의 반도체 실리콘(저농도 도핑된 반도체 영역)을 제거한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 1은 다이오드를 이용한 N×M 패시브 매트릭스 구조를 갖는 전형적인 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 구조도로서, 각 컨틸레버 셀은 PZT 액추에이터(102)와 변위 센서(104)로 구성되며, 도 1에서의 도시는 생략하였으나, 각 PZT 액추에이터(102)의 소정 부분에는 프로브 팁이 형성되어 있으며, 그 하부의 기판 상에는 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 등이 형성되어 있는데, 이러한 하부 구조에 대해서는 도 2 및 도 3a 내지 3e를 통해 하기에 상세하게 기술한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이의 각 컨틸레버 셀은 금속과 반도체로 이루어지는 센서 신호 다이오드(312a), 금속과 반도체로 이루어지는 액추에이터 구동용 다이오드(312b), 액추에이터(322) 및 변위 센서(326)를 포함하며, 액추에이터(322)는 하부 전극(316b), 변형층(318) 및 상부 전극(320)이 순차 적층되는 구조를 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 컨틸레버 셀에는 분리 영역(324)이 형성되어 있는데, 이러한 분리 영역(324)은 액추에이터와 변위 센서를 포함하는 캔틸레버 부분, 신호 전달을 위한 금속 라인 부분, 다이오드 등과 같은 소자 부분을 제외한 나머지 영역의 반도체 실리콘(저농도 도핑된 반도체 영역)을 제거하는 형태로 형성된다.
보다 상세하게, 분리 영역(324)은 센서 신호 다이오드(312a)와 액추에이터 구동용 다이오드(312b)를 전기적, 물리적으로 격리시키는 구조를 가지며, 컨틸레버 셀의 외곽 부분을 둘러싸는 컨틸레버 어레이 셀을 고립(즉, 이웃하는 컨틸레버 셀과 전기적, 물리적으로 격리)시키는 갖는다
따라서, 본 발명의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이는 하나의 컨틸레버 셀을 이루는 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드간을 전기적으로 서로 격리시키고, 이웃하는 캔틸레버 셀 간을 전기적으로 서로 격리시키는 구조를 채용하기 때문에 액추에이터 구동 신호가 목표 캔틸레버 셀의 액추에이터로만 전달되고, 또한 임의의 컨틸레버 셀의 변위 센서로부터 측정된 센서 신호 또한 이웃하는 액추에이터 구동용 다이오드 및 이웃하는 컨틸레버 셀로 전달됨이 없이 도시 생략된 제어 시스템의 측정부로만 전달된다. 그러므로, 본 발명의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이에서는 캔틸레버 셀내 및 이웃하는 캔틸레버 셀 간에서 발생하는 액추에이터 구동 신호 및 센서 신호간의 상호 간섭 영향을 근본적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이는 하나의 컨틸레버 셀을 이루는 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 간 이웃하는 캔틸레버 셀 간의 전기적 격리를 위해 형성한 분리 영역에 절연 물질을 매립하여 형성할 수도 있으며, 이와 같이 분리 영역에 절연 물질을 매립하더라도 실질적으로 동일한 효과(신호의 상호 간섭 차단 효과)를 얻을 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조하는 과정에 대하여 설명한다. 여기에서, 설명의 편의와 이해의 증진을 위하여, 일 예로서 하나의 컨틸레버 셀을 제조하는 과정에 대해서 설명한다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조하는 주요 과정을 도시한 것으로, 도 2의 A-A' 선을 따라 취한 절단면에서의 공정 순서도이다.
도 3a를 참조하면, 기판 베이스(302) 상에 평탄하게 형성된 저농도 도핑된 반도체 영역(304) 내의 소정 부분에 선택적으로 이온을 주입하여 고농도 도핑된 반도체 영역(306a, 306b)을 형성한다.
예를 들어, 저농도 도핑된 반도체 영역(304) 상에, 예를 들면 옥사이드 등의 제 1 절연 물질(308)을 형성하고, 포토리소그라피 공정을 통해 제 1 절연 물질(308)의 상부에 임의의 패턴을 갖는 식각 마스크를 형성하며, 식각 마스크를 이용하는 식각 공정을 통해 제 1 절연 물질(308)의 일부를 선택적으로 제거하여 저농도 도핑된 반도체 영역(304)의 상부 일부를 선택적으로 노출시키고, 이어서 식각 마스크를 제거한 후 패터닝된 옥사이드를 이온 주입 장벽층으로 하는 이온 주입 공정을 통해 저농도 도핑된 반도체 영역(304)의 노출 영역에 이온을 주입함으로써, 저농도 도핑된 반도체 영역(304) 내에 고농도 도핑된 반도체 영역(306a, 306b)을 선택적으로 형성한다.
다음에, 기판 베이스(302)의 상부 전면에 금속 물질을 증착한 후 포토리소그라피 공정을 이용하는 패터닝 공정을 수행함으로써, 일 예로서 도 3b에 도시된 바와 같이, 저농도 도핑된 반도체 영역(302) 상의 목표 위치에 센서 신호 다이오드의 금속 콘택 및 라인(310a)과 액추에이터 구동용 다이오드의 금속 콘택 및 라인(310b)을 형성한다.
상기한 바와 같은 일련의 공정을 통해 기판 베이스(302)에 금속과 반도체로 된 센서 신호 다이오드(312a)와 액추에이터 구동용 다이오드(312b)를 각각 형성한다.
이어서, 기판 베이스(302)의 상부 전면에 금속 콘택 및 라인(310a, 310b)을 매립하는 형태로 하여 층간 절연막으로 사용될 제 2 절연 물질(314)을 형성하고, 포토리소그라피 공정을 통해 제 2 절연 물질(314)의 상부에 임의의 패턴을 갖는 식각 마스크를 형성하며, 식각 마스크를 이용하는 식각 공정을 통해 제 2 절연 물질(314) 및 제 1 절연 물질(308)의 일부를 선택적으로 제거하여 고농도 도핑된 반도체 영역(306a, 306b)의 상부 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성하고, 기판 베이스(302)의 상부 전면에 콘택홀을 완전히 매립하는 형태로 금속 물질을 증착한 후 포토리소그라피 공정을 이용하는 패터닝 공정을 수행함으로써, 일 예로서 도 3c에 도시된 바와 같이, 고농도 도핑된 반도체 영역(306a, 306b)에 각각 연결되는 센서 전극(316a)과 하부 전극(316b)을 각각 형성한다.
다음에, 통상의 잘 알려진 증착 및 식각 공정을 반복 수행하여, 하부 전극(316b)의 상부에 PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 등의 변형층(320)과 상부 전극(320)을 형성함으로써, 일 예로서 도 3d에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 변위 센서(326)를 포함하는 액추에이터(322)를 완성한다.
마지막으로, 포토리소그라피 공정을 통해 액추에이터(322)가 완성된 기판 베이스(302)의 상부 전면에 식각 마스크를 형성하고, 이 식각 마스크를 이용하는 식각 공정을 통해 소정 부분, 즉 액추에이터와 변위 센서를 포함하는 캔틸레버 부분, 신호 전달을 위한 금속 콘택 및 라인 부분, 다이오드 등의 소자가 형성되지 않은 부분에 있는 제 2 절연 물질(314), 제 1 절연 물질(308) 및 저농도 도핑된 반도체 영역(302)을 선택적으로 순차 제거하여 기판 베이스(302)의 상부 일부를 노출시킴으로써, 일 예로서 도 3e에 도시된 바와 같이, 센서 신호 다이오드(312a)와 액추에이터 구동용 다이오드(312b) 간 및 이웃하는 컨틸레버 셀 간을 전기적으로 격리시키는 분리 영역(324a, 324b, 324c)을 형성한다.
여기에서, 도 3에서 단면도로서 도시했기 때문에, 분리 영역(324a)이 센서 신호 다이오드(312a)와 액추에이터 구동용 다이오드(312b)를 전기적으로 격리시키고, 분리 영역(324b, 324c)이 이웃하는 컨틸레버 셀들을 전기적으로 격리시키는 구조로 나타나지만, 이들 분리 영역(324a, 324b, 324c)은 도 2에 도시된 바와 같이 서로 연결되어 하나의 컨틸레버 셀을 에워싸는 형태를 갖는다.
따라서, 본 발명에 따라 제조되는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이는 하나의 컨틸레버 셀을 이루는 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드간을 전기적으로 서로 격리시키고, 이웃하는 캔틸레버 셀 간을 전기적으로 서로 격리시키는 구조를 갖기 때문에 액추에이터 구동 신호가 목표 캔틸레버 셀의 액추에이터로만 전달되고, 또한 임의의 컨틸레버 셀의 변위 센서로부터 측정된 센서 신호 또한 이웃하는 액추에이터 구동용 다이오드 및 이웃하는 컨틸레버 셀로 전달됨이 없이 도시 생략된 제어 시스템의 측정부로만 전달된다. 즉, 본 발명의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이에서는 캔틸레버 셀내 및 이웃하는 캔틸레버 셀 간에서 발생하는 액추에이터 구동 신호 및 센서 신호간의 상호 간섭 영향이 확실하게 차단된다.
한편, 본 발명은, 상기한 바람직한 실시 예와는 달리, 다이오드간 및 이웃하는 컨틸레버 셀들 간을 전기적으로 격리시키는 분리 영역을 그대로 두지 않고 거기에 절연 물질을 매립하여 형성할 수도 있으며, 이와 같이 분리 영역에 절연 물질을 매립하더라도 실질적으로 동일한 효과(신호의 상호 간섭 차단 효과)를 얻을 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 모든 소자를 완성한 후에 다이오드 간 및 이웃하는 컨틸레버 셀들 간을 전기적으로 격리시키는 분리 영역을 형성하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기와는 달리, 이온 주입 공정을 통해 저농도 도핑된 반도체 영역 내에 고농도 도핑된 반도체 영역을 선택적으로 형성한 후에 식각 마스크를 이용하는 포토리소그라피 공정을 수행하여 분리 영역(즉, 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 간 및 이웃하는 컨틸레버 셀들 간의 분리 영역)을 바로 형성하고, 이후에 금속 콘택 및 라인, 센서 전극 및 하부 전극, 변형층 및 상부 전극 등을 순차적으로 형성하는 과정을 통해서 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조할 수도 있으며, 이와 같이 제조하더라도 실질적으로 동일한 결과를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 저농도 도핑된 반도체 영역으로 된 하나의 바디를 통해 컨틸레버 셀을 구성하는 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 간 및 이웃하는 캔틸레버 셀 간이 물리적으로 연결되는 구조를 갖는 전술한 종래의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이와는 달리, 하나의 캔틸레버 셀을 구성하는 센서 신호 다이오드와 캔틸레버 구동용 다이오드를 전기적, 물리적으로 격리시키고, 이웃하는 캔틸레버 셀 간을 전기적, 물리적으로 격리시키는 구조를 채용함으로써, 인접하는 소자간의 신호 상호 간섭을 효과적으로 차단할 수 있기 때문에 구동 신호와 센서 신호의 정밀 제어를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이는 이웃하는 소자 간(다이오드 간, 캔틸레버 셀 간)에 분리 영역을 형성하여 전기적으로 서로 격리시키기 때문에 신호의 상호 간섭에 기인하는 노이즈의 발생을 효과적으로 억제할 수 있으며, 이를 통해 캔틸레버 어레이 제어 시스템에서의 노이즈 감소회로를 간소화할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 다이오드를 이용한 N×M 패시브 매트릭스 구조를 갖는 전형적인 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 구조도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이의 평면도,
도 3a 내지 3e는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조하는 주요 과정을 도시한 것으로, 도 2의 A-A' 선을 따라 취한 절단면에서의 공정 순서도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
302 : 기판 베이스 304 : 저농도 도핑된 반도체 영역
306a, 306b : 고농도 도핑된 반도체 영역
308, 314 : 절연 물질 310a, 310b : 금속 콘택 및 라인
312a : 센서 신호 다이오드 312b : 액추에이터 구동용 다이오드
316a : 센서 전극 316b : 하부 전극
318 : 변형층 320 : 상부 전극
322 : 액추에이터 324, 324a, 324b, 324c : 분리 영역
326 : 변위 센서

Claims (9)

  1. M×N의 매트릭스 구조의 컨틸레버 셀들로 구성되며, 각 컨틸레버 셀들이 센서 신호 다이오드, 변위 센서, 액추에이터 구동용 다이오드, 액추에이터를 적어도 포함하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이에 있어서,
    상기 각 컨틸레버 셀내 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 간을 전기적으로 격리시키고, 이웃하는 컨틸레버 셀들 간을 전기적으로 격리시키는 분리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 영역은, 액추에이터와 변위 센서를 포함하는 캔틸레버 부분, 신호 전달을 위한 금속 라인 부분, 상기 센서 신호 다이오드 및 액추에이터 구동용 다이오드 소자 부분을 제외한 나머지 영역의 반도체 실리콘을 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 분리 영역은, 절연 물질이 매립되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이.
  4. M×N의 매트릭스 구조의 컨틸레버 셀들로 구성되며, 각 컨틸레버 셀들이 센서 신호 다이오드, 변위 센서, 액추에이터 구동용 다이오드, 액추에이터를 적어도 포함하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조하는 방법에 있어서,
    기판 베이스 상에 형성된 저농도 도핑된 반도체 영역의 일부에 고농도 반도체 영역을 선택적으로 형성하는 과정;
    상기 저농도 도핑된 반도체 영역의 상부 일부에 상기 센서 신호 다이오드의 금속 콘택 및 라인과 상기 액추에이터 구동용 다이오드의 금속 콘택 및 라인을 각각 형성하는 과정;
    상기 기판 베이스의 상부 전면에 상기 금속 콘택 및 라인 각각을 매립하는 층간 절연막을 형성하는 과정;
    상기 층간 절연막을 관통하는 콘택홀을 통해 상기 고농도 도핑된 반도체 영역에 연결되는 임의의 패턴의 센서 전극 및 하부 전극을 상기 층간 절연막의 상부에 형성하는 과정;
    상기 하부 전극의 상부에 변형층 및 상부 전극을 형성하여 액추에이터를 완성하는 과정; 및
    상기 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 사이 및 이웃하는 컨틸레버 셀들간의 사이에 형성된 상기 층간 절연막 및 저농도 도핑된 반도체 영역을 선택적으로 제거하여 상기 기판 베이스의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 분리 영역을 형성하는 과정으로 이루어진 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제조 방법은, 상기 분리 영역을 절연 물질로 매립하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 분리 영역은, 액추에이터와 변위 센서를 포함하는 캔틸레버 부분, 신호 전달을 위한 금속 라인 부분, 센서 신호 다이오드 및 액추에이터 구동용 다이오드 소자 부분을 제외한 나머지 영역의 층간 절연막 및 저농도 도핑된 반도체 영역을 순차 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법.
  7. M×N의 매트릭스 구조의 컨틸레버 셀들로 구성되며, 각 컨틸레버 셀들이 센서 신호 다이오드, 변위 센서, 액추에이터 구동용 다이오드, 액추에이터를 적어도 포함하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이를 제조하는 방법에 있어서,
    기판 베이스 상에 형성된 저농도 도핑된 반도체 영역의 일부에 고농도 반도체 영역을 선택적으로 형성하는 과정;
    상기 센서 신호 다이오드와 액추에이터 구동용 다이오드 영역 및 이웃하는 컨틸레버 셀들간의 경계 영역에 형성된 상기 저농도 도핑된 반도체 영역을 선택적으로 제거하여 상기 기판 베이스의 상부 일부를 선택적으로 노출시키는 분리 영역을 형성하는 과정;
    상기 저농도 도핑된 반도체 영역의 상부 일부에 상기 센서 신호 다이오드의 금속 콘택 및 라인과 상기 액추에이터 구동용 다이오드의 금속 콘택 및 라인을 각각 형성하는 과정;
    상기 기판 베이스의 상부 전면에 상기 금속 콘택 및 라인 각각을 매립하는 층간 절연막을 형성하는 과정;
    상기 층간 절연막을 관통하는 콘택홀을 통해 상기 고농도 도핑된 반도체 영역에 연결되는 임의의 패턴의 센서 전극 및 하부 전극을 상기 층간 절연막의 상부에 형성하는 과정; 및
    상기 하부 전극의 상부에 변형층 및 상부 전극을 형성하여 액추에이터를 완성하는 과정으로 이루어진 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제조 방법은, 상기 분리 영역을 절연 물질로 매립하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 분리 영역은, 액추에이터와 변위 센서를 포함하는 캔틸레버 부분, 신호 전달을 위한 금속 라인 부분, 센서 신호 다이오드 및 액추에이터 구동용 다이오드 소자 부분을 제외한 나머지 영역의 저농도 도핑된 반도체 영역을 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 프로브용 컨틸레버 어레이 제조 방법.
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