KR100753841B1 - Ｓｏｉ 기판 기반의 근접장 탐침 및 그 제조 방법 - Google Patents

Ｓｏｉ 기판 기반의 근접장 탐침 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 근접장 탐침은 SOI(Silicon On Insulator) 기판의 하부 실리콘층으로 이루어지고, 상기 하부 실리콘층의 일측에 관통홀(through hole)을 갖는 캔티레버 암 지지부를 포함한다. 더하여, 본 발명은 근접장 탐침은 상기 하부 실리콘층의 윗면에 지지되면서 상기 관통홀보다 작은 홀(hole)을 모두 갖는 SOI 기판의 접합 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴, 상기 상부 실리콘층 패턴 상에 상기 홀에 맞추어 선단부에 어퍼쳐를 갖는 팁(tip)을 포함하는 실리콘 산화층 패턴, 및 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 상기 어퍼쳐를 매립하지 않으면서 형성된 광투과 방지층으로 이루어지는 캔티레버 암을 포함한다.

Description

ＳＯＩ 기판 기반의 근접장 탐침 및 그 제조 방법{Near-field optical probe based on SOI substrate and fabrication method thereof}
도 1 내지 도 14는 본 발명에 의한 근접장 탐침 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 15는 본 발명에 의한 근접장 탐침의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
18: SOI 기판, 10: 하부 실리콘층, 12: 접합 산화층 패턴, 16, 16a.: 상부 실리콘층 패턴, 26a: 실리콘 산화층 패턴 38:팁, 40: 어퍼쳐, 62: 캔티레버 암 지지부, 64: 캔티레버 암, 66: 캔티레버부
본 발명은 근접장 탐침(near-field optical probe) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 근접장 주사 광학 현미경이나 근접장 광 정보 저장 장치 등에 적용되는 근접장 탐침 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근접장 주사 광학 현미경은 근접장 탐침의 팁(tip)에서 나오는 근접장을 이용하여 입사광원의 회절 한계보다 세밀한 광 분해능으로 시료의 광학적 특성을 조사한다. 여기서 사용되는 근접장 탐침으로는 광섬유형 근접장 탐침과 캔티레버형 근접장 탐침이 있다.
근접장 광 정보 저장 장치는 근접장 탐침을 이용하여 광 기록 마크의 크기를 기록 광원의 회절 한계 미만으로 줄여 고밀도 광 정보 저장에 이용한다. 여기서 사용되는 근접장 탐침으로는 캔티레버형 근접장 탐침과 슬라이더형 근접장 탐침 등이 연구되고 있다.
그리고, 상기 근접장 주사 광학 현미경이나 근접장 광 정보 저장 장치에 이용되는 근접장 탐침은 실리콘 기판에 제조되는 캔티레버형이나 슬라이드형 근접장 탐침과 광섬유형 근접장 탐침으로 구별할 수 있다. 상기 실리콘 기판에 제조되는 근접장 탐침이 기계적으로 좀 더 안정되며 대량 생산에 용이한 장점이 있다.
상기 실리콘 기판을 이용한 근접장 탐침 제조 방법은 기존의 원자현미경(atomic force microscope)용 탐침의 제조 공정과 일부 공통적인 제조 공정을 사용하나, 큰 차이점은 팁에서 근접장이 발생하도록 어퍼쳐(aperture)가 형성되어 있어야 한다는 것이다. 이러한 차이로 근접장 탐침 제조 방법은 원자 현미경 탐침 제조 방법에 비해 제조 공정이 어렵고 제조 공정 절차가 복잡하다.
특히, 실리콘 기판을 이용할 경우, 상기 어퍼쳐가 형성된 팁의 제조공정과 팁(tip)을 포함한 캔티레버 암의 제조 공정을 결합하는데 기술적 어려움이 있다. 또한, 실리콘 기판을 이용할 경우 팁 끝의 어퍼쳐의 크기를 나노미터 영역에서 재현성 있게 조절하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로써, 단일 실리콘 기판을 이용하지 않고 SOI(Silicon On Insulator) 기판 기반으로 제조된 근접장 탐침을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 SOI 기판을 이용하여 어퍼쳐가 형성된 팁의 제조 공정과 팁을 포함한 캔티레버 암의 제조 공정을 용이하게 결합할 수 있는 근접장 탐침의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 근접장 탐침은 SOI(Silicon On Insulator) 기판의 하부 실리콘층으로 이루어지고, 상기 하부 실리콘층의 일측에 관통홀(through hole)을 갖는 캔티레버 암 지지부를 포함한다.
더하여, 본 발명은 근접장 탐침은 상기 캔티레버 암 지지부를 이루는 상기 하부 실리콘층의 윗면에 지지되면서 상기 관통홀(through hole) 상측으로 연장되고 상기 관통홀(through hole)보다 작은 홀(hole)을 모두 갖는 SOI(Silicon On Insulator) 기판의 접합 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴, 상기 상부 실리콘층 패턴 상에 상기 홀(hole)에 맞추어 상기 홀(hole) 상측으로 선단부에 어퍼쳐(aperture)를 갖는 팁(tip)을 포함하는 실리콘 산화층 패턴, 및 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 상기 어퍼쳐(aperture)를 매립하지 않으면서 형성된 광투과 방지층으로 이루어지는 캔티레버 암(cantilever arm)을 포함한다. 상기 팁(tip)은 상기 홀(hole) 상측으로 뾰족한 형태의 원추형이나 상기 홀(hole) 상측으로 포물선(parabola)과 같은 모양의 포물선형으로 구성될 수 있다. 상기 어퍼쳐(aperture)는 상기 홀(hole) 상측으로 상기 팁(tip)의 선단부의 뾰족한 부분에 형성되어 있을 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 근접장 탐침의 제조방법은 하부 실리콘층 상에 제1 홀을 갖는 접합 산화층 패턴을 형성한다. 상기 제1홀 및 접합 산화층 패턴 상에 상부 실리콘층을 형성하여 SOI 기판을 완성하는 것을 포 함한다.
상기 제1 홀의 상부에 형성된 상부 실리콘층에 팁 구조물을 형성한다. 상기 팁 구조물의 외부 표면 및 상부 실리콘층 상에 캔티레버 암을 구성하는 실리콘 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴을 순차적으로 형성한다. 상기 캔티레버 암 지지부를 구성하는 상기 하부 실리콘층의 배면에 식각 마스크층 패턴을 형성한다.
상기 식각 마스크층 패턴을 식각 마스크로 상기 하부 실리콘층 및 상기 제1 홀 상의 상기 팁 구조물 내의 상부 실리콘층 패턴을 식각하여, 상기 접합 산화층 패턴을 노출하는 관통홀과 상기 관통홀보다 작은 제2 홀 내에서 선단부에 어퍼쳐를 갖는 팁을 형성한다. 상기 어퍼쳐를 매립하지 않으면서 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 광투과 방지층을 형성한다.
이에 따라, 본 발명은 상기 하부 실리콘층의 윗면에 지지되면서 상기 관통홀보다 작은 제2 홀을 모두 갖는 상부 실리콘층 패턴 및 접합 산화층 패턴, 상기 제2홀에 맞추어 선단부에 어퍼쳐를 갖는 팁을 포함하는 실리콘 산화층 패턴 및 상기 광투과 방지층으로 이루어지는 상기 캔티레버 암을 형성한다.
상기 팁 구조물은, 상기 상부 실리콘층의 일부분에 실리콘 질화층 패턴을 형성하고, 상기 실리콘 질화층 패턴을 마스크로 상기 상부 실리콘층을 등방적으로 식각하여 원추형이나 포물선형으로 형성할 수 있다.
상기 캔티레버 암을 구성하는 실리콘 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴은, 상기 팁 구조물을 갖는 상부 실리콘층을 산화시켜 상기 팁 구조물의 외부 표면 및 상부 실리콘층 상에 실리콘 산화층을 형성하고, 상기 실리콘 산화층 및 상부 실리 콘층을 패터닝하여 형성할 수 있다.
상기 관통홀, 제2 홀 및 팁의 형성은, 상기 식각 마스크층 패턴을 식각 마스크로 상기 하부 실리콘층을 식각하여 상기 접합 산화층 패턴을 노출하는 관통홀을 형성하고, 상기 접합 산화층 패턴을 식각 마스크로 상기 제1 홀 상의 상기 팁 구조물 내의 상부 실리콘층 패턴을 식각하여 얻어질 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 근접장 탐침은 SOI 기판을 기반으로 하여 팁이 SOI 기판의 위쪽으로 뾰족하게 구성된다. 또한, 본 발명의 근접장 탐침은 어퍼쳐가 형성된 팁의 제조 공정과 팁을 포함한 캔티레버 암의 제조 공정을 용이하게 결합할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
먼저, 도 14 및 도 15를 이용하여 본 발명에 의한 근접장 탐침의 구조를 설명한다.
도 14는 본 발명에 의한 근접장 탐침의 단면도이고, 도 15는 본 발명에 의한 근접장 탐침의 평면도이다. 그리고, 도 14는 도 15의 A-A에 따른 단면도이다
구체적으로, 도 15에 도시된 바와 같이 하부 실리콘층(10), 접합 산화층 패턴(12) 및 상부 실리콘층 패턴(16a)으로 구성된 SOI(Silicon On Insulator) 기판(18)의 복수개의 구분 영역(52)에 근접장 탐침(100)이 복수개 형성된다. 상기 구분 영역(52) 내에 형성되는 근접장 탐침(100)은 SOI 기판(18)을 구성하는 실리콘층(50, 하부 실리콘층이나 상부 실리콘층)으로 연결된다. 다이아몬드 톱이나 절단 도구를 사용하여 상기 실리콘층(50)을 절단하여 개별 근접장 탐침(100)이 마련된다.
상기 근접장 탐침(100)은 캔티레버 암(arm) 지지부(62, cantilever arm support portion)와, 상기 캔티레버 암 지지부(62)에 지지되는 캔티레버 암(64, cantilever arm)으로 이루어지는 캔티레버부(66, cantilever portion)를 포함할 수 있고, 참조번호 68은 SOI 기판(18)의 일부분이 제거된 분리부(isolation portion)를 나타낸다.
그리고, 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명의 근접장 탐침은 SOI 기판(18)의 하부 실리콘층(10)으로 이루어지고, 상기 하부 실리콘층(10)의 일측에 관통홀(34, through hole))을 갖는 캔티레버 암 지지부(62)와, 상기 캔티레버 암 지지부(62)에 지지되고 상기 관통홀(34)에 대응되게 마련되는 캔티레버 암(64)으로 대별된다. 상기 캔티레버 암(64)에는 상기 관통홀(34)에 대응되게 팁(38, tip) 및 어퍼쳐(40)를 포함하는 캔티레버 암(64)이 위치하고, 상기 캔티레버 암(64)은 상기 캔티레버 암 지지부(62)를 구성하는 SOI 기판(18)의 하부 실리콘층(10)의 윗면에서 지지된다.
보다 상세하게, 상기 캔티레버 암(64)은 캔티레버 암 지지부(62)를 이루는 SOI 기판(18)의 하부 실리콘층(10)의 윗면에 지지되면서 상기 관통홀(34) 상측으로 연장되고 상기 관통홀(34)보다 작은 홀(36, hole)을 갖는 SOI 기판(18)의 접합 산화층 패턴(12) 및 상부 실리콘층 패턴(16a), 상기 상부 실리콘층 패턴(16a) 상에 상기 홀(36)에 맞추어 상기 홀(36) 상측으로 선단부에 어퍼쳐(40)를 갖는 팁(38)을 포함하는 실리콘 산화층 패턴(26a) 및 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 상기 어퍼쳐(40)를 매립하지 않으면서 형성된 광투과 방지층(42)으로 이루어진다.
상기 팁(38)은 상기 홀(36) 상측으로 뾰족한 형태의 원추형이나, 상기 홀(36) 상측으로 포물적과 같은 모양의 포물선형으로 구성한다. 상기 팁(38)의 모양을 원추형이나 포물선형으로 구성하는 이유는 광투과율을 향상시키기 위함이다. 상기 어퍼쳐(40)은 홀(36) 상측으로 상기 팁(38) 선단부의 뾰족한 부분에 형성되어 있다. 상기 광투과 방지층(42)은 금속층으로 구성한다.
본 발명의 근접장 탐침은 참조번호 46으로 표시한 바와 같이 아래 방향에서 윗방향으로 광이 진행하고, 팁(38)이 SOI 기판(18)의 위쪽, 즉 상부를 향하도록 구성한다. 이렇게 팁(38)이 SOI 기판(18)의 위쪽을 향할 경우, 팁(38)이 측정하고자 하는 시료와 충돌을 방지할 수 있는 장점을 가지고 있다. 더하여, 본 발명은 아래와 같은 제조 공정을 통하여 어퍼쳐가 형성된 팁의 제조 공정과 팁을 포함한 캔티레버 암의 제조 공정을 용이하게 결합할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 근접장 탐침의 제조방법을 설명한다.
도 1 내지 도 14는 본 발명에 의한 근접장 탐침의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 1 내지 도 14는 도 15의 A-A에 따른 단면도들이다. 도 1 내지 도 14는 도 15의 SOI 기판(18) 상에 형성되는 근접장 탐침(100)들 중에서 하나의 근접장 탐침(100)의 제조방법을 설명하는 것이다. 그리고, 도 1 내지 도 14는 팁(38)을 하나만 형성하는 것을 예로 들고 있으나, 하나의 근접장 탐침 내에 복수개의 팁을 형성하여도 무방하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하부 실리콘층(10) 상에 제1 홀(14)을 갖는 접합 산화층 패턴(12)을 형성한다. 상기 제1 홀(14)은 후공정에서 근접장 탐침의 팁을 형성하기 위하여 미리 형성하는 것이다. 상기 제1 홀(14)은 200 내지 600㎛ 두께의 하부 실리콘층(10) 상에 열산화 증착법으로 접합산화층을 0.5 내지 2㎛ 두께로 형성한 후, 사진식각공정을 통하여 에칭하여 패터닝함으로써 형성한다.
이어서, 상기 제1 홀(14) 및 접합 산화층 패턴(12) 상에 7 내지 20㎛ 두께의 상부 실리콘층(16)을 접합시킨다. 이에 따라, 하부 실리콘층(10), 제1 홀(14)을 갖는 접합 산화층 패턴(12) 및 상부 실리콘층(16)으로 SOI(Silicon On Insulator) 기판(18)이 완성된다. 상기 도 1 및 도 2는 SOI 기판(18)을 제조하기 전에 접합 산화층에 후공정에서 팁 형성을 용이하게 하기 위하여 필요한 제1 홀(14)을 미리 형성하는 공정이다.
도 3을 참조하면, 상기 SOI 기판(18)의 상부 실리콘층(16) 및 하부 실리콘층(10) 상에 제1 실리콘 질화층(20)을 200nm 내지 300nm 두께로 형성한다. 즉, 상기 SOI 기판(18)의 표면 및 배면에 실리콘 질화층(20)을 형성한다.
이어서, 상기 SOI 기판(18)의 상부 실리콘층(16) 상에 형성된 실리콘 질화층(20)을 사진식각공정으로 패터닝하고 건식 식각 방법으로 에칭하여 실리콘 질화층 패턴(22)을 형성한다. 상기 실리콘 질화층 패턴(22)은 후공정에서 식각 마스크층 역할을 수행한다. 상기 실리콘 질화층 패턴(22)은 후공정에서 팁을 형성하기 위해 필요한 제1 홀(14)의 상부에 얼라인되도록 형성한다.
도 4를 참조하면, 상기 실리콘 질화층 패턴(22)을 식각 마스크로 SOI 기 판(18)을 구성하는 상부 실리콘층(16)을 등방적으로 식각하여 원추형이나 포물선형의 팁 구조물(24)을 형성한다. 상기 상부 실리콘층(16)의 등방적 식각은 불산, 질산, 및 초산의 혼합용액을 이용한 습식식각법을 이용하거나, SF6 가스 분위기에서 RIE (reactive ion etch) 장비를 이용한 건식식각법을 이용한다. 도 4에서는 상기 SOI 기판(18)을 구성하는 상부 실리콘층(16)을 등방식각할 때 상기 실리콘 질화층 패턴(22) 하부에 언더컷(Undercut, 23)이 발생한다.
이에 따라, 상기 등방식각시 실리콘 질화층 패턴(22)과 상부 실리콘층(16)의 접합면의 폭(W1)을 마이크로미터(㎛) 이하로 조절되면서 포물선형이나 원추형의 팁 구조물(24)이 형성된다. 특히, 상기 SOI 기판(18)을 구성하는 상부 실리콘층(16)의 식각 시간이나 식각 조건 등을 조절할 경우, 팁 구조물(24)을 원추형이나 포물선형으로 자유롭게 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 팁 구조물(24)을 포함하는 SOI 기판(18)의 상부 실리콘층(16)을 산화시켜 소정 두께로 500nm 내지 800nm의 두께로 실리콘 산화층(26)을 형성한다. 다시 말해, 팁 구조물(24)의 외부 표면 및 상부 실리콘층(16) 상에 실리콘 산화층(26)을 형성한다. 이에 따라, 상기 팁 구조물(24)의 외부 표면상에 포물선형이나 원추형으로 실리콘 산화층(26)이 형성된다.
특히, SOI 기판(18)의 상부 실리콘층(16)을 산화시켜 실리콘 산화층(26)을 형성할 때, 상기 실리콘 질화층 패턴(22)과 접하는 상부 실리콘층(16)의 폭(W2)이 100nm이하, 바람직하게는 10nm 내지 100nm로 형성한다. 상기 실리콘 질화층 패턴(22)과 접하는 상부 실리콘층(16) 부분은 후에 근접장 탐침의 팁이 형성되는 홀 이 될 부분으로, 상기 폭이 근접장 주사 광학 현미경의 분해능이나 근접장 광 정보 저장 장치의 저장밀도에 큰 영향을 주게 된다.
이어서, SOI 실리콘 기판(18)의 배면에 형성된 실리콘 질화층(20) 및 SOI 실리콘 기판(18)의 윗면에 형성된 실리콘 질화층 패턴(22)을 인산용액을 이용하여 습식식각으로 제거한다.
도 6을 참조하면, 상기 실리콘 산화층(26) 상에 캔티레버 형성용 마스크 패턴(28)을 형성한다. 상기 캔티레버 형성용 마스크 패턴(28)은 사진공정을 이용하여 포토레지스트 패턴으로 형성한다. 상기 캔티레버 형성용 마스크 패턴(28)은 SOI 기판(18)의 캔티레버부(66)에만 형성된다. 상기 캔티레버부(66) 이외의 SOI 기판(18)은 분리부(68)가 된다.
도 7을 참조하면, 상기 캔티레버 형성용 마스크 패턴(28)을 이용하여 상기 실리콘 산화층(26) 및 상부 실리콘층(16)을 식각하여 캔티레버 암(64)을 구성하는 실리콘 산화층 패턴(26a) 및 상부 실리콘층 패턴(16a)을 형성한다. 상기 실리콘 산화층 패턴(26a) 및 상부 실리콘층 패턴(16a)이 캔티레버 암(64)에 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 캔티레버 형성용 마스크 패턴(28)을 제거한 후, SOI 기판(18)의 배면, 즉 하부 실리콘층(10)의 배면의 캔티레버 암 지지부(62)에 식각 마스크층 패턴(30)을 형성한다. 상기 식각 마스크층 패턴(30)은 실리콘 산화층 패턴으로 형성한다. 상기 식각 마스크층 패턴(30)은 상기 팁 구조물(24)에 대응하지 않는 하부 실리콘층(10)의 배면에 실리콘 산화층을 2㎛ 내지 4㎛ 두께로 형성한 후, 사진식각공정으로 패터닝하여 형성한다. 상기 식각 마스크층 패턴(30)은 양면 노광 장치를 이용한 사진공정 및 식각 공정을 이용하여 형성한다.
특히, 상기 식각 마스크층 패턴(30)이 형성된 부분은 후속공정에서 캔티레버 암을 지지하는 캔티레버 암 지지부(62)가 될 부분이다. 그리고, 상기 캔티레버부(66)중 캔티레버 암 지지부(62)를 제외한 부분은 후속공정에서 팁 및 어퍼쳐(aperture)가 형성되어 캔티레버 암(64)가 될 부분이다.
도 9를 참조하면, 상기 실리콘 산화층 패턴(26a) 상에 캔티레버 암 보호용 패턴(32)을 형성한다. 상기 캔티레버 암 보호용 패턴(32)은 상기 상부 실리콘층 패턴(16a) 및 실리콘 산화층 패턴(26a)이 형성된 SOI 기판(18)의 전면에 포토레지스트막(미도시)을 형성한 후 패터닝하여 형성한다.
도 10을 참조하면, 상기 식각 마스크층 패턴(30)을 식각 마스크로 하부 실리콘층(10)을 식각하여 SOI 기판(18)을 구성하는 접합 산화층 패턴(12)을 노출하는 관통홀(34)을 형성한다. 상기 하부 실리콘층(10)의 식각시에 상기 접합 산화층 패턴(12)까지만 식각한다.
도 11을 참조하면, 상기 접합 산화층 패턴(12)을 식각 마스크로 상기 제1홀(14) 상의 팁 구조물(24) 내의 상부 실리콘층 패턴(16a)을 식각하여 제2홀(36)을 형성한다. 상기 제2홀(36) 형성시 상기 팁 구조물(24) 외의 상부 실리콘층 패턴(16a)은 상기 접합 산화층 패턴(12)에 의하여 보호된다. 그리고, 상기 팁 구조물(24) 내의 상부 실리콘층 패턴(16a)을 식각함으로써 원추형이나 포물선형으로 선단부에 어퍼쳐(40)가 형성된 팁(38)이 형성된다. 상기 어퍼쳐(40)는 상기 SOI 기판의 위쪽으로 뾰족한 부분에 형성된다. 즉, 상기 어퍼쳐(40)은 홀(36) 상측으로 상기 팁(38) 선단부의 뾰족한 부분에 형성된다.
도 12를 참조하면, 상기 분리부(68)에 형성된 접합 산화층 패턴(12)을 제거한다. 이렇게 되면, 캔티레버 암 지지부(62) 및 캔티레버 암(64)로 구성된 캔티레버부(66)만이 남게된다. 상기 캔티레버 암(64)에는 캔티레버를 구성하는 접합 산화층 패턴(12), 상부 실리콘층 패턴(16a) 및 실리콘 산화층 패턴(26a)이 형성된다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 캔티레버 보호용 패턴(32)을 제거한다. 이어서, 상기 실리콘 산화층 패턴(26a) 상에 상기 어퍼쳐(40)를 매립하지 않으면서 광의 투과를 방지하기 위한 광투과 방지층(42)을 형성한다. 상기 광투과 방지층(42)은 광의 투과를 방지하기 위한 물질로 알루미늄(Al) 또는 금(Au) 등과 같은 금속을 이용하여 형성한다. 이에 따라, 캔티레버 지지부(62)에 지지되고 캔티레버 암(64)을 포함하는 근접장 탐침(100)이 완성된다.
상기 캔티레버 암(64)은 접합 산화층 패턴(12), 상부 실리콘층 패턴(16a), 팁(38)에 어퍼쳐(40)를 갖는 실리콘 산화층 패턴(26a) 및 상기 실리콘 산화층 패턴(26a) 상에 형성된 광투과 방지층(42)으로 구성된다. 이상과 같이 본 발명은 SOI 기판을 이용하여 어퍼쳐가 형성된 팁의 제조 공정과 팁을 포함한 캔티레버 암의 제조 공정을 용이하게 결합하여 근접장 탐침을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 근접장 탐침은 SOI 기판을 기반으로 하여 제조된다. 이에 따라, 본 발명의 근접장 탐침은 SOI 기판의 하부 실리콘층으로 캔티레버 암 지지부를 구성하고, SOI 기판의 접합 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴, 상기 상부 실리콘층 패턴 상에 형성되고 어퍼쳐를 갖는 팁을 포함하는 실리콘 산화 층 패턴 및 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 형성된 광투과 방지층으로 캔티레버 암을 구성한다.
본 발명의 근접장 탐침은 팁이 SOI 기판의 위쪽, 즉 상부를 향하도록 구성하여 팁이 측정하고자 하는 시료와 충돌을 방지할 수 있다. 더하여, 본 발명의 근접장 탐침의 제조방법은 팁이 SOI 기판의 위쪽, 즉 상부를 향하도록 형성하면서도 어퍼쳐가 형성된 팁의 제조 공정과 팁을 포함한 캔티레버 암의 제조 공정을 용이하게 결합할 수 있다.

Claims (10)

  1. SOI(Silicon On Insulator) 기판의 하부 실리콘층으로 이루어지고, 상기 하부 실리콘층의 일측에 관통홀(through hole)을 갖는 캔티레버 암 지지부(cantilever arm support portion); 및
    상기 캔티레버 암 지지부를 이루는 상기 하부 실리콘층의 윗면에 지지되면서 상기 관통홀(through hole) 상측으로 연장되고 상기 관통홀(through hole)보다 작은 홀(hole)을 모두 갖는 SOI(Silicon On Insulator) 기판의 접합 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴, 상기 상부 실리콘층 패턴 상에 상기 홀(hole)에 맞추어 상기 홀(hole) 상측으로 선단부에 어퍼쳐(aperture)를 갖는 팁(tip)을 포함하는 실리콘 산화층 패턴, 및 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 상기 어퍼쳐(aperture)를 매립하지 않으면서 형성된 광투과 방지층으로 이루어지는 캔티레버 암(cantilever arm)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팁(tip)은 상기 홀(hole) 상측으로 뾰족한 형태의 원추형이나 상기 홀(hole) 상측으로 포물선(parabola)과 같은 모양의 포물선형으로 구성하는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침.
  3. 제1항에 있어서, 상기 어퍼쳐(aperture)는 상기 홀(hole) 상측으로 상기 팁(tip)의 선단부의 뾰족한 부분에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침.
  4. 하부 실리콘층 상에 제1 홀(hole)을 갖는 접합 산화층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 홀(hole) 및 접합 산화층 패턴 상에 상부 실리콘층을 형성하여 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 완성하는 단계;
    상기 제1 홀(hole)의 상부에 형성된 상부 실리콘층에 팁(tip) 구조물을 형성하는 단계;
    상기 팁 구조물의 외부 표면 및 상부 실리콘층 상에 캔티레버 암(cantilever arm)을 구성하는 실리콘 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 캔티레버 암 지지부(cantilever arm support portion)를 구성하는 상기 하부 실리콘층의 배면에 식각 마스크층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크층 패턴을 식각 마스크로 상기 하부 실리콘층 및 상기 제1 홀(hole) 상의 상기 팁 구조물 내의 상부 실리콘층 패턴을 식각하여, 상기 접합 산화층 패턴을 노출하는 관통홀(through hole)과 상기 관통홀(through hole)보다 작은 제2 홀(hole) 내에서 선단부에 어퍼쳐(aperture)를 갖는 팁(tip)을 형성하는 단계; 및
    상기 어퍼쳐(aperture)를 매립하지 않으면서 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 광투과 방지층을 형성하는 단계를 포함하여,
    상기 하부 실리콘층의 윗면에 지지되면서 상기 관통홀(through hole)보다 작은 제2 홀(hole)을 모두 갖는 상부 실리콘층 패턴 및 접합 산화층 패턴, 상기 제2 홀(hole)에 맞추어 선단부에 어퍼쳐를 갖는 팁(tip)을 포함하는 실리콘 산화층 패턴 및 상기 광투과 방지층으로 이루어지는 상기 캔티레버 암(cantilever arm)을 형성하는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 팁(tip) 구조물은,
    상기 상부 실리콘층의 일부분에 실리콘 질화층 패턴을 형성하고, 상기 실리콘 질화층 패턴을 마스크로 상기 상부 실리콘층을 습식식각하여 원추형이나 포물선형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캔티레버 암(cantilever arm)을 구성하는 실리콘 산화층 패턴 및 상부 실리콘층 패턴은,
    상기 팁(tip) 구조물을 갖는 상부 실리콘층을 산화시켜 상기 팁(tip) 구조물의 외부 표면 및 상부 실리콘층 상에 실리콘 산화층을 형성하고, 상기 실리콘 산화층 및 상부 실리콘층을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 상부 실리콘층의 산화시 상기 팁(tip) 구조물의 상단부에는 상기 실리콘 산화층이 형성되지 않게 하여 후속 공정에서 상기 어퍼쳐(aperture)가 되게 하는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 상부 실리콘층의 산화시 상기 실리콘 질화층 패턴과 접하는 상기 상부 실리콘층의 폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 식각 마스크층 패턴을 형성한 후, 상기 실리콘 산화층 패턴 상에 상기 캔티레버 암(cantilever arm) 보호용 패턴을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 관통홀(through hole), 제2 홀(hole) 및 팁(tip)의 형성은,
    상기 식각 마스크층 패턴을 식각 마스크로 상기 하부 실리콘층을 식각하여 상기 접합 산화층 패턴을 노출하는 관통홀(through hole)을 형성하고, 상기 접합 산화층 패턴을 식각 마스크로 상기 제1 홀(hole) 상의 상기 팁(tip) 구조물 내의 상부 실리콘층 패턴을 식각하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 근접장 탐침 제조방법.
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