KR20050108791A - Cantilever using for scanning probe microscope and fabrication method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노단위의 미세 영역을 측정하는 SPM(scan probe microscope)용 캔틸레버의 구조 및 그 제조방법에 관하 것으로, 시편과 직접 접촉하는 캔틸레버의 탐침부가 상단과 하단의 면적이 동일한 원통형의 팁을 구비하도록 구성함으로서 사용에 의해 상기 팁부가 마모되더라도 일정한 크기의 팁이 유지되도록 한다. 상기 원통형의 실리콘 팁을 형성하기 위하여 dip RIE(reactive ion eching) 방법에 의해 실리콘층 내에 원통형의 팁부를 형성하고 상기 팁부를 포함하는 실리콘층을 열산화시켜 팁부의 크기를 나노단위 조절하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 다른 실시 예에 의해 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 형성함에 있어서, 실리콘층에 상단과 하단의 면적이 동일한 홀을 형성한 다음, 상기 홀을 포함하는 실리콘층을 열산화하여 상기 홀의 크기를 나노단위로 조절한 다음, 상기 홀부에 실리콘질화막을 채움으로서 나노단위의 팁을 구비하는 실리콘질화막 캔틸레버를 제조한다.The present invention relates to a structure of a cantilever for a SPM (scan probe microscope) and a method of manufacturing the same, wherein the probe portion of the cantilever in direct contact with the specimen has a cylindrical tip having the same top and bottom areas. It is configured to maintain a tip of a certain size even if the tip portion is worn by use. In order to form the cylindrical silicon tip by forming a cylindrical tip in the silicon layer by dip RIE (reactive ion eching) method and thermally oxidizing the silicon layer including the tip characterized in that the size of the tip is adjusted by nano units do. In addition, in forming a cantilever composed of a silicon nitride film according to another embodiment of the present invention, by forming a hole having the same area of the top and bottom in the silicon layer, and then thermally oxidizes the silicon layer including the hole size of the hole After adjusting by the nano-unit, by filling the silicon nitride film in the hole portion to prepare a silicon nitride film cantilever having a tip of the nano-unit.
Description
본 발명은 원자력 현미경의 원리를 이용한 고밀도 정보저장장치 및 주사형 현미경(scanning probe microscope) 또는 나노리소그래피(nano lithography)에 적용되는 캔틸레버(cantilever)의 탐침 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-density data storage device using a principle of atomic force microscopy, a probe structure of a cantilever applied to a scanning probe microscope or nanolithography, and a method of manufacturing the same.
나노단위의 미세 영역을 측정하는 장치 중에는 원자력간의 반발력이나 인력을 이용하여 시료의 표면상태를 측정하는 원자력 현미경(Atomic Force Microscope)이 있다. 원자력 현미경은 캔틸레버(Cantilever)라 불리는 미세한 막대를 이용하여 시료의 표면 형상등을 측정하는 장치로, 캔틸레버의 끝에는 수 나노미터(nm) 크기의 팁(tip)이 형성되어 있어 수 나노미터(nm)의 해상도로 시편의 표면형상, 전기, 자기적 성질을 측정할 수 있다. 원자력 현미경은 시편을 따라 캔틸레버가 움직일 때 캔틸레버의 끝단에 형성되어 있는 팁과 시편사이의 인력 또는 척력에 의해 캔틸레버가 휘게되고, 이 휘는 정도를 레이저 센싱 시스템 등에 의하여 감지하여 시편의 표면형상등을 측정할 수 있게 한다.Among the devices for measuring nanoscale micro-areas, there is an atomic force microscope that measures the surface state of a sample by using reaction force or attraction force between nuclear powers. A nuclear microscope is a device that measures the surface shape of a sample by using a minute bar called a cantilever. A tip of a cantilever is formed at a tip of several nanometers (nm). The surface resolution, electrical, and magnetic properties of the specimen can be measured at. In the atomic force microscope, when the cantilever moves along the specimen, the cantilever is bent by the attraction force or repulsive force between the tip and the specimen formed at the tip of the cantilever, and the degree of the bending is detected by a laser sensing system to measure the surface shape of the specimen. To do it.
또한 상기 캔틸레버에는 상기 캔틸레버가 상기 팁과 시편간의 원자력에 의해 휠 때, 휘는 정도를 일정하게 유지하기 위하여 센서와 되먹임 회로(feedback circuit)가 더 구비되어 있다. 또한 상기 캔틸레버에 복원력을 주기 위하여 액튜에이터(actuator)가 사용되는데, 상기 액튜에이터로는 압전구동형의 튜브 스캐너(tube scanner) 나 스택(stack)형태의 압전 액튜에이터가 사용되어 왔다.In addition, the cantilever is further provided with a sensor and a feedback circuit to maintain a constant degree of bending when the cantilever is bent by the nuclear power between the tip and the specimen. In addition, an actuator (actuator) is used to give a restoring force to the cantilever, and a piezoelectric actuator of a tube scanner or a stack type has been used as the actuator.
최근에는 상기 원자력 현미경의 원리를 이용한 초고밀도 정보 저장장치 및 스캐닝 프로브 마이크로스코피(scanning probe microscope)나 나노 리소그래피(nano lithography)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 원자력 현미경의 원리가 주목받는 것은 원자력 현미경은 원가간의 힘이라는 매우 미세한 힘을 이용하여 시편의 표면상태를 측정할 수 있기 때문인데, 상기 원자력 현미경의 원리를 이용하여 저장장치를 제조하거나 리소그래피기술에 응용하면 매우 고밀도의 정보저장장치를 제조할 수 있고 매우 미세하고 정밀하게 시편의 식각이 가능하다.Recently, researches on ultra high density information storage devices using the principles of the atomic force microscope, scanning probe microscopes, and nano lithography have been actively conducted. The principle of the atomic force microscope is attracting attention because the atomic force microscope can measure the surface state of the specimen by using a very small force of cost between the cost, using the principle of the atomic force microscope to manufacture a storage device or lithography technology The application enables the fabrication of very dense information storage devices and enables the etching of specimens with very fine and precise precision.
그러나 원자력 현미경은 그 동작 속도가 매우 늦고 캔틸레버에 형성되는 팁에 마모가 일어나기 때문에 반복해서 사용할 경우 균일한 정밀도를 유지할 수 없고 생산성을 확보할 수 없는 문제가 있다.However, the atomic force microscope has a problem that the operation speed is very slow and wear occurs on the tip formed on the cantilever, so that it may not be able to maintain uniform precision and ensure productivity when repeatedly used.
원자현미경이 동작속도가 늦은 것은 팁과 시편사이의 거리를 조절하는 벌크(bulk)형의 압전 튜브 스캐너의 속도가 늦기 때문인데, 상기 동작 속도는 자체 구동형 캔틸레버(self actuating cantilever)를 개발함으로써 크게 개선되었다.The slower speed of atomic force microscopy is due to the slower speed of the bulk piezoelectric tube scanner that controls the distance between the tip and the specimen, which is largely due to the development of a self actuating cantilever. Improvements were made.
도 1은 상기 자체 구동형 압전 튜브 캔틸레버를 도시한 것인데, 벌크형의 압전 튜브 스캐너 대신에 박막형의 압전 액튜에이터를 캔틸레버에 장착한 모습을 나타낸다. 상기 구조의 캔틸레버는 종래의 벌크형 압전 튜브 스캐너 방식에 비해 100배 이상의 동작 속도를 나타낸다. 또한 상기 자체 구동형 캔틸레버는 레이저 센싱 시스템 대신에 압저항 센서(piezoresist sensor)를 상기 캔틸레버에 구비함으로써 슬림화할 수 있고 이러한 캔틸레버를 어레이하면 동작속도를 더욱 향상시킬 수 있다.1 illustrates the self-driven piezoelectric tube cantilever, and shows a state in which a thin piezoelectric actuator is mounted on the cantilever in place of a bulk piezoelectric tube scanner. The cantilever of the above structure exhibits an operation speed of 100 times or more compared with the conventional bulk piezoelectric tube scanner method. In addition, the self-driven cantilever can be slimmed by including a piezoresist sensor in the cantilever instead of a laser sensing system, and by arranging the cantilever, the operation speed can be further improved.
도 1을 참조하여 종래의 자체 구동형 압전 튜브 캔틸레버를 살펴보면, 상기 자체 구동형 압전 캔틸레버(100)는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버(101)와, 상기 캔틸레버(101)의 상단에 형성되며 상기 캔틸레버에 복원력을 제공하는 커패시터로 구성되는 압전 액튜에이터(102)와, 상기 캔틸레버의 움직임을 신호화하는 센싱부(103)를 포함한다. 상기 압전 액튜에이터(102)는 두 전극판 사이에 유전물질을 개재한 채 형성되며, 상기 센싱부(103)는 압전 저항체(piezoresistor)로 구성되어 있다.Referring to the conventional self-driven piezoelectric tube cantilever with reference to Figure 1, the self-driven piezoelectric cantilever 100 is a cantilever 101 made of silicon, and formed on the top of the cantilever 101 and restoring force to the cantilever It includes a piezoelectric actuator 102 composed of a capacitor providing a sensing unit 103 for signaling the movement of the cantilever. The piezoelectric actuator 102 is formed with a dielectric material between two electrode plates, and the sensing unit 103 is formed of a piezoresistor.
또한 상기 캔틸레버(101)의 끝단에는 실리콘으로 구성된는 원추형의 탐침(104)이 형성되어 있다. 상기 탐침(104)이 시편과 접하면서 시편의 표면상태등을 감지한다.In addition, at the end of the cantilever 101, a conical probe 104 made of silicon is formed. The probe 104 detects the surface state of the specimen while in contact with the specimen.
그러나 상기 구조의 자체 구동형 캔틸레버(100)를 포함하는 원자력 현미경을 나노 리소그래피나 나노 정보저장장치에 응용하는 경우, 캔틸레버의 동작속도가 느려서 발생하는 생산성 저하 문제는 해결이 가능하지만, 원추형의 탐침의 팁(tip)이 시편과 접촉하면서 마모되어 정밀도를 유지할 수 없는 문제가 발생한다. However, when the atomic force microscope including the self-driven cantilever 100 having the above structure is applied to nanolithography or nano information storage device, the productivity degradation problem caused by the slow operation speed of the cantilever can be solved. The tip wears when it comes in contact with the specimen, causing a problem that the precision cannot be maintained.
원자 현미경의 원리를 이용하는 나노 리소그래피기술은 전자빔을 이용하는 종래의 리소그래피 장치에 비해 수 나노미터 크기의 탐침을 사용하므로 아주 작은 크기의 패턴을 형성할 수도 있고 대기 중에서도 리소그래피가 가능하다는 장점이 있지만, 반복되는 사용에 의해 캔틸레버의 탐침이 마모되어 신뢰성을 상실하는 문제는 해결해야하는 중요한 과제로 남아있다. Nanolithography, which uses the principle of atomic microscopy, has the advantage of being able to form very small patterns and lithography in the air, because it uses a probe of several nanometers in comparison to conventional lithography apparatuses using electron beams. The problem of wear-out of the cantilever probe by use and loss of reliability remains an important challenge to be solved.
도 2는 원자 현미경의 원리를 이용하는 나노 리소그래피 장치에서 사용에 의해 시편에 형성되는 패턴(210,210a)의 크기가 달라지는 모습을 도시하고 있다. 즉, 초기에는 도 2a에 도시된바와 같이, 탐침(104)의 팁의 지름이 수 나노미터 크기로 매우 작아 미세한 패턴(210)의 형성이 가능하지만 사용에 의해, 도 2b에 도시된 바와 같이, 탐침의 팁(104a)이 마모되어 수십 나노미터~수백 나노미터로 커지게 되어 패턴(210a)에 불량이 발생한다.FIG. 2 shows how the size of the patterns 210 and 210a formed on the specimens are changed by use in the nanolithography apparatus using the principle of atomic microscope. That is, as shown in FIG. 2A, the tip of the probe 104 may have a very small diameter of several nanometers, so that a fine pattern 210 may be formed. However, as shown in FIG. 2B, as shown in FIG. The tip 104a of the probe is worn and grows to several tens of nanometers to several hundred nanometers, thereby causing a defect in the pattern 210a.
또한 종래의 원자력 현미경에 사용되는 탐침은 원추형으로 구성되고 그 끝단의 지름이 수 나노미터로 매우 미세하므로 수백 나노미터 크기의 패턴을 형성하는데는 적당하지 않으며 수백 나노미터의 크기의 팁 지름을 가지는 캔틸레버가 요청될 경우 새로운 제조방법이 필요하다.In addition, the probes used in conventional atomic force microscopes are conical and have very fine diameters of a few nanometers, so they are not suitable for forming patterns of several hundred nanometers, and cantilevers have a tip diameter of several hundred nanometers. If is requested, a new manufacturing method is required.
본 발명은 상기와 같이, 원자력 현미경의 원리를 이용하여 주사형 현미경용 캔틸레버 또는 나노 리소그래피를 형성할 때, 팁의 마모로 인하여 패턴이 불균일해지는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 종래의 캔틸레버의 탐침은 수 나노미터로 제한되어 수백 나노미터의 팁 지름을 가지고 균일한 패턴 형성이 가능한 캔틸레버를 제조하는 것을 다른 목적으로 한다.As described above, an object of the present invention is to solve the problem of uneven pattern due to wear of a tip when forming a cantilever or a nano lithography for a scanning microscope using the principle of an atomic force microscope. In addition, the conventional cantilever probe is limited to a few nanometers and another object is to produce a cantilever having a tip diameter of several hundred nanometers and capable of forming a uniform pattern.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버는 실리콘 또는 실리콘화합물 중 어느 하나로 구성되는 캔틸레버와; 상기 캔틸레버 상에 형성되며 상기 캔틸레버에 복원력을 제공하는 압전 액튜에이터와; 상기 캔틸레버의 움직임을 감지하는 센싱부와; 상기 센싱부의 신호를 전달하는 센싱신호전달부와; 상기 캔틸레버의 일부에 형성되고 상기 캔틸레버와 일체로 형성되며 상면과 하면의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a scanning probe microscope cantilever of the present invention comprises: a cantilever composed of any one of silicon or a silicon compound; A piezoelectric actuator formed on the cantilever and providing a restoring force to the cantilever; A sensing unit configured to detect movement of the cantilever; A sensing signal transfer unit transferring a signal of the sensing unit; And a probe portion formed on a portion of the cantilever and integrally formed with the cantilever, and having a tip having an upper surface and a lower surface having the same tip.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버와; 상기 캔틸레버의 상단에 형성되는 압전 액튜에이터와; 상기 캔틸레버의 휘는 정도를 감지하는 센싱부와; 상기 센싱부의 신호를 전달하는 센싱신호전달부와; 상기 캔틸레버의 끝단에 형성되고 상기 캔틸레버와 일체로 형성되며 상단과 하단의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부와; 상기 탐침부 상단의 실리콘층에 형성되는 발열부와; 상기 캔틸레버의 일부에 형성되어 상기 발열부에 전압을 인가하는 도전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.A scanning probe microscope cantilever according to another embodiment of the present invention includes a cantilever made of silicon; A piezoelectric actuator formed on an upper end of the cantilever; A sensing unit which senses a bending degree of the cantilever; A sensing signal transfer unit transferring a signal of the sensing unit; A probe part formed at an end of the cantilever and integrally formed with the cantilever, and having a tip having the same top and bottom areas; A heat generation part formed on the silicon layer on the top of the probe; And a conductive part formed on a portion of the cantilever to apply a voltage to the heat generating part.
본 발명의 또다른 실시 예에 의한 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버와; 상기 캔틸레버 상에 형성되는 폴리실리콘층과; 상기 캔틸레버 상에 형성되며 상기 캔틸레버에 복원력을 제공하는 압전 액튜에이터와; 상기 캔틸레버의 끝단에 형성되며 상단과 하단의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부와; 상기 탐침이 형성된 캔틸레버 영역에 형성되는 발열부와; 상기 발열부에 전압을 인가하는 도전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.A scanning probe microscope cantilever according to another embodiment of the present invention includes a cantilever formed of a silicon nitride film; A polysilicon layer formed on the cantilever; A piezoelectric actuator formed on the cantilever and providing a restoring force to the cantilever; A probe part formed at an end of the cantilever and having a tip having the same top and bottom area; A heat generation unit formed in the cantilever region where the probe is formed; And a conductive part for applying a voltage to the heat generating part.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 의한 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버의 제조방법은 제 1 실리콘층,절연층 및 제 2 실리콘층으로 구성되는 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 2 실리콘층의 일부를 식각하여 상단과 하단의 면적이 동일한 돌출부를 형성하는 단계와; 상기 돌출부를 포함하는 제 2 실리콘층위에 실리콘산화막을 형성하는 단계와; 상기 돌출부에 소정의 실리콘산화막 패턴이 남도록 상기 실리콘산화막을 패터닝하는 단계와; 상기 실리콘산화막을 마스크로 적용하여 상기 제 2 실리콘층을 식각하여 탐침부를 형성하는 단계와; 상기 돌출부상에 형성된 실리콘산화막 패턴을 제거하여 팁을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the manufacturing method of the scanning probe microscope cantilever according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a substrate consisting of a first silicon layer, an insulating layer and a second silicon layer; Etching a portion of the second silicon layer to form protrusions having the same top and bottom areas; Forming a silicon oxide film on the second silicon layer including the protrusions; Patterning the silicon oxide film so that a predetermined silicon oxide film pattern remains on the protrusion; Applying the silicon oxide layer as a mask to etch the second silicon layer to form a probe part; And removing the silicon oxide film pattern formed on the protrusion to form a tip.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 주사형 현미경용 캔틸레버의 제조방법은 실리콘층 및 제 1 실리콘산화막을 구비하는 기판을 준비하는 단계; 상기 실리콘층 및 제 1 실리콘산화막을 식각하여 제 1 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 패턴 내에 상면과 하면의 면적이 동일한 원통형의 제 2 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 패턴 및 제 2 패턴을 구비하는 실리콘층 상에 제 2 실리콘산화막을 형성하는 단계; 상기 실리콘산화막 상에 실리콘질화막을 형성하는 단계; 상기 실리콘층 및 제 2 실리콘산화막을 제거하여 실리콘질화막으로 구성되는 탐침부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a cantilever for a scanning microscope according to another embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a substrate having a silicon layer and a first silicon oxide film; Etching the silicon layer and the first silicon oxide layer to form a first pattern; Forming a cylindrical second pattern having the same upper and lower surfaces in the first pattern; Forming a second silicon oxide film on the silicon layer having the first pattern and the second pattern; Forming a silicon nitride film on the silicon oxide film; And removing the silicon layer and the second silicon oxide film to form a probe part formed of a silicon nitride film.
이하 도 3을 통하여 본 발명의 주요특징인 캔틸레버의 탐침의 구조를 살펴본다.Hereinafter, the structure of the cantilever probe which is a main feature of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SPM(Scan Probe Microscope)용 캔틸레버는 실리콘 또는 실리콘질화막 또는 폴리실리콘으로 구성될 수 있는 캔틸레버(301)를 구비하며 상기 캔틸레버의 두께는 수 ㎛에 이르는 매우 얇은 박막으로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the cantilever for the SPM (Scan Probe Microscope) of the present invention has a cantilever 301 which may be composed of silicon or silicon nitride film or polysilicon, and the cantilever has a very thin thickness of several μm. It is made of a thin film.
또한 상기 캔틸레버(301)의 끝에는 시편과 직접 접촉하게 되는 매우 미세한 탐침(302)이 형성되어 있는데, 상기 탐침(302)은 상기 캔틸레버와 일체로 구성된다. 또한 상기 탐침(302)의 끝에는 수 나노 수백 나노미터에 지름을 가지는 원통형의 팁(303)이 형성되어 있다. 상기 팁(303)은 상단과 하단의 지름이 동일하게 구성되며 원통형으로 구성될 수 있다. 그러나 상기 팁의 구조는 상단과 하단의 지름이 동일하게 구성되면 족하며 그 형상은 원통형에 제한되지 않는다. 상기 탐침의 전체 높이는 수 ㎛에 이를 수 있다. In addition, a very fine probe 302 is formed at the end of the cantilever 301 to be in direct contact with the specimen. The probe 302 is integrally formed with the cantilever. In addition, the tip of the probe 302 is formed with a cylindrical tip 303 having a diameter of several hundreds of nanometers. The tip 303 has the same upper and lower diameters and may have a cylindrical shape. However, the tip structure is sufficient if the top and bottom diameters are the same, the shape is not limited to the cylindrical shape. The overall height of the probe can reach several micrometers.
본 발명의 SPM용 캔틸레버는 상기 원통형의 팁(303)이 시편과 원자 몇 개에 해당할 정도의 가까운 거리에서 상호작용하여 인력 또는 척력이 발생하는 것을 검진하여 시편의 표면 형상을 측정할 수 있을 뿐 아니라 리소그래피에 적용되어 시편에 나노미터 오더에 해당하는 미세한 패턴을 형성할 수 있다.The cantilever for SPM of the present invention can only measure the surface shape of the specimen by detecting that the cylindrical tip 303 interacts with the specimen at a close distance corresponding to the number of atoms and generates attraction or repulsive force. Rather, it can be applied to lithography to form fine patterns on the specimen that correspond to nanometer orders.
도 4를 참조하여 본 발명의 원통형 팁을 구비하는 캔틸레버의 전체 구조를 상세히 살펴본다.Referring to Figure 4 looks at the overall structure of the cantilever having a cylindrical tip of the present invention in detail.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SPM용 캔틸레버는 실리콘, 폴리실리콘 또는 실리콘질화막 등으로 구성될 수 있는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버(301)의 상단과 하단의 지름이 동일한 원통형 팁(303)을 포함하는 탐침(302)과, 캔틸레버(301)의 상하 운동 신호를 센싱하는 센싱부(330)와, 상기 센싱부(330)에서 감지되는 신호를 외부로 전달하는 센싱신호전달부(321)과, 외부로부터 전기적 신호를 입력받아 상기 캔틸레버(301)를 복원시키는 압전 액튜에이터(310)와, 상기 캔틸레버(301)을 지지하는 실리콘 또는 글래스로 이루어지는 지지대(미도시)를 포함하여 구성된다.As shown in Figure 4, the cantilever for SPM of the present invention is a cantilever 301, which may be composed of silicon, polysilicon or silicon nitride film and the like, and a cylindrical tip (the same diameter of the top and bottom of the cantilever 301) A probe 302 including a 303, a sensing unit 330 for sensing the vertical motion signal of the cantilever 301, and a sensing signal transmission unit 321 for transmitting a signal sensed by the sensing unit 330 to the outside And a piezoelectric actuator 310 for receiving the electrical signal from the outside and restoring the cantilever 301, and a support (not shown) made of silicon or glass for supporting the cantilever 301.
상기 압전 액튜에이터(310)는 외부로부터 인가되는 전기적 신호에 따라 움직이는 하부전극(311b)-강유전체(312)-상부전극(311a)의 적층 구조를 취하는 커패시터로 구성된다. 또한, 상기 압전 액튜에이터(310)에는 압전특성을 가진 강유전체로 PZT(Lead(Pb) Zirconate Titanate) 또는 Zn0를 사용할 수 있다.The piezoelectric actuator 310 includes a capacitor having a stacked structure of a lower electrode 311b, a ferroelectric 312, and an upper electrode 311a that move in response to an electrical signal applied from the outside. In addition, the piezoelectric actuator 310 may use PZT (Lead (Pb) Zirconate Titanate) or Zn0 as a ferroelectric having piezoelectric properties.
또한, 상기 압전 액튜에이터(310)는 실리콘산화막(320)에 의해 상기 캔틸레버(301)와 절연되어 있고, 상기 압전 액튜에이터(310)의 앞쪽에 있는 캔틸레버 표면 내에는 붕소 또는 인등이 도핑된 센싱부(330)가 형성되어 있어 캔틸레버의 움직임에 의한 신호를 감지한다. 상기 센싱부(330)는 피에조 레지스터로 구성될 수 있으며 상기 센싱부에서 감지되는 신호는 센싱신호전달부(321)을 통해 외부로 전달된다.In addition, the piezoelectric actuator 310 is insulated from the cantilever 301 by the silicon oxide film 320, and a sensing unit 330 doped with boron or phosphorous in the cantilever surface in front of the piezoelectric actuator 310. ) Detects the signal caused by the movement of the cantilever. The sensing unit 330 may be configured as a piezo register, and the signal detected by the sensing unit is transmitted to the outside through the sensing signal transfer unit 321.
상기 센싱신호전달부(321)는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버에 붕소 또는 인등의 불순물을 고농도로 도핑하여 도전체로 만들어 사용할 수 있다.The sensing signal transmission unit 321 may be used as a conductor by doping a high concentration of impurities such as boron or phosphorous to the cantilever made of silicon.
상기 센싱신호전달부(321)는 상기 압전 액튜에이터(310)의 수직 하단을 지나면서 형성될 수도 있고 상기 압전 액튜에이터(310)와 오버-랩되지 않게 형성될 수도 있다. 상기 압전 액튜에이터(310)와 오버-랩되지 않게 상기 센싱신호전달부(321)을 형성하면 압전 액튜에이터(310)와 센싱신호전달부(321) 사이에서 발생할 수 있는 기생 커패시터를 줄일 수 있다.The sensing signal transfer unit 321 may be formed while passing through a vertical lower end of the piezoelectric actuator 310 or may not be overlapped with the piezoelectric actuator 310. By forming the sensing signal transfer unit 321 so as not to overlap with the piezoelectric actuator 310, parasitic capacitors that may occur between the piezoelectric actuator 310 and the sensing signal transfer unit 321 may be reduced.
한편, 상기 탐침부에 신호를 전달하고 내마모성을 향상시키기 위하여 캔틸레버의 표면에는 금속박막을 형성할 수 있다. 내마모성을 향상시키기 위하여는 상기 팁(303)을 포함하는 탐침부(302)에 경도가 우수한 TiN, TiC, Si3N4등의 박막을 형성할 수 있고, 전압인가를 위한 박막으로는 Pt, Au, Ir, Al등을 사용할 수 있다.Meanwhile, in order to transmit a signal to the probe and improve abrasion resistance, a metal thin film may be formed on the surface of the cantilever. In order to improve the wear resistance, a thin film such as TiN, TiC, Si 3 N 4 having excellent hardness may be formed on the probe part 302 including the tip 303. Pt, Au, Ir, Al etc. can be used.
한편, 상기 압전 액튜에이터(310)에서 캔틸레버의 끝단까지의 거리는 수 백㎛오더를 가질 수 있고 상기 탐침(302)상에 형성되는 원통형의 팁(303)의 지름은 수 나노미터의 오더를 가질 수 있다.Meanwhile, the distance from the piezoelectric actuator 310 to the end of the cantilever may have a order of several hundred μm, and the diameter of the cylindrical tip 303 formed on the probe 302 may have an order of several nanometers. .
원통형의 팁을 구비하는 상기 캔틸레버는 시편과의 접촉에 의해 일정부분 마모가 되더라도 마모에 의해 상단의 면적과 하단의 면적이 동일한 원통형의 탐침이므로 패턴의 크기에 오류가 발생하는 일은 없다.The cantilever provided with a cylindrical tip is a cylindrical probe having the same area at the top and bottom as the surface of the cantilever even though the cantilever is worn out by contact with the specimen. Therefore, there is no error in the size of the pattern.
상기 구조를 취하는 본 발명의 캔틸레버 구조를 단면도를 도시한 도 5를 통하여 다시 살펴본다.The cantilever structure of the present invention taking the above structure will be described again with reference to FIG.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캔틸레버는 실리콘 등으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버(301)의 끝단에 형성되며 상단 부의 면적과 하단부의 면적이 동일한 원통형의 탐침(303)을 구비하는 탐침(302)부와, 상기 캔틸레버(301)의 상부에 형성되는 압전 액튜에이터(310)와, 상기 압전 액튜에이터(310)의 앞에 위치하는 캔틸레버에 불순물 이온을 주입하여 형성되는 압전특성을 가지는 센싱부(330)와, 상기 센싱부(330)에서 감지되는 신호를 외부로 전달하는 센싱신호 전달부(321)과, 상기 캔틸레버의 다른 일 측에 형성되며 상기 캔틸레버를 지지하는 지지대(350)를 구비하여 형성된다.As shown in FIG. 5, the cantilever of the present invention includes a cantilever 301 made of silicon and the like, and a cylindrical probe 303 formed at the end of the cantilever 301 and having the same area as the upper end and the lower end. Sensing having a piezoelectric characteristic formed by injecting impurity ions into the probe 302, a piezoelectric actuator 310 formed on the cantilever 301, and a cantilever positioned in front of the piezoelectric actuator 310; The unit 330, the sensing signal transmitting unit 321 for transmitting the signal sensed by the sensing unit 330 to the outside, and the support 350 is formed on the other side of the cantilever and support the cantilever Is formed.
상기의 센싱부(330)와 센싱신호 전달부(321)는 실리콘 또는 폴리실리콘으로 이루어지는 캔틸레버에 불순물 이온을 도핑함으로써 형성된다.The sensing unit 330 and the sensing signal transmission unit 321 are formed by doping impurity ions to a cantilever made of silicon or polysilicon.
그런데, 실리콘 또는 폴리실리콘으로 구성되는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버는 내마모성이 약하므로 제 2 실시 예로서 내마모 특성이 우수한 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 제안한다.However, since the cantilever according to the first embodiment of the present invention composed of silicon or polysilicon is weak in abrasion resistance, a cantilever composed of a silicon nitride film having excellent wear resistance as a second embodiment is proposed.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 구조를 나타내는 단면도를 도시한다.6 is a cross-sectional view showing the structure of a cantilever composed of a silicon nitride film according to a second embodiment of the present invention.
도 6에서 도시된 바와 같이, 제 2 실시 예에 의한 SPM용 캔틸레버는 실리콘질화막, 특히 Si3N4의 실리콘질화막을 사용하여 경도가 우수한 탐침을 구성할 수 있다.As shown in FIG. 6, the SPM cantilever according to the second embodiment may use a silicon nitride film, particularly a silicon nitride film of Si 3 N 4 , to configure a probe having excellent hardness.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 SPM용 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버(601)와, 상기 캔틸레버와 일체로 구성되는 상단과 하단의 면적이 동일한 원통형의 팁(602)을 구비하는 탐침과, 상기 캔틸레버(601)의 일측 상단에 형성되는 압전 액튜에이터(630)와, 상기 캔틸레버(601)의 일측에 형성되는 지지대(630)를 구비하여 형성된다. 상기 지지대(630)과 두 전극판(611a,611b)과 유전층(612)으로 구성되는 압전액튜에이터(630)는 서로 캔틸레버의 반대방향에 형성되며 일부 오버랩 된다.As shown in FIG. 6, the cantilever for SPM according to the second embodiment of the present invention includes a cantilever 601 formed of a silicon nitride film and a cylindrical tip having the same area as the top and bottom of the cantilever. It is formed with a probe having a 602, a piezoelectric actuator 630 formed on one side upper end of the cantilever 601, and a support 630 formed on one side of the cantilever 601. The support 630, the piezoelectric actuator 630 composed of the two electrode plates 611a and 611b and the dielectric layer 612 are formed in the opposite direction of the cantilever and overlap each other.
상기 캔틸레버에 피에조레지스터(piezoresistor)로 구성되는 센싱부를 더 형성할 경우에는, 상기 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 상단에 폴리실리콘층을 형성하고 상기 폴리실리콘층에 불순물 이온을 주입하여 센싱부를 형성할 수 있다.In the case of forming a sensing part including a piezoresistor on the cantilever, a polysilicon layer may be formed on an upper end of the cantilever composed of the silicon nitride layer and an impurity ion may be injected into the polysilicon layer to form a sensing part. have.
나머지 구성요소는 상기 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버와 동일하다.The remaining components are the same as the cantilever according to the first embodiment.
제 2 실시 예에 의한 본 발명의 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버인 것이 특징이며 캔틸레버가 실리콘질화막으로 구성되기 때문에 상기 캔틸레버의 제조공정상의 특징으로 인해 탐침부가 속이 빈 깔대기 형상을 취하는 것이 특징이다.The cantilever of the present invention according to the second embodiment is characterized in that the cantilever is composed of a silicon nitride film, and because the cantilever is composed of a silicon nitride film, the probe portion has a hollow funnel shape due to the manufacturing process of the cantilever.
본 발명은 미세 영역의 시편의 표면상태를 측정할 수 있는 SPM용 캔틸레버로 작용할 수 있지만 극소의 패턴을 형성하기 위한 나노 리소그래피(nano lithography)용 캔틸레버로 작용할 수 있다.The present invention can act as a cantilever for SPM, which can measure the surface state of the specimen in the microscopic region, but can act as a cantilever for nanolithography to form a minimal pattern.
나노 리소그래피용 캔틸레버로 적용될 경우, 시편에 일정한 패턴을 형성하기위하여 캔틸레버로 시편에 열을 가하여 일정한 패턴을 형성하는 방법이 적용될 수 있다.When applied as a cantilever for nanolithography, a method of forming a uniform pattern by applying heat to the specimen with the cantilever to form a uniform pattern on the specimen may be applied.
본 발명의 제 3 실시 예에 의한 캔틸레버는 시편에 열을 가하여 일정한 패턴을 형성할 수 있도록 가열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The cantilever according to the third embodiment of the present invention is characterized by including a heating unit to form a predetermined pattern by applying heat to the specimen.
도 7을 통하여 가열부를 포함하는 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 캔틸레버의 구조에 관하여 살펴본다.A structure of a cantilever according to a third embodiment of the present invention including a heating unit will be described with reference to FIG. 7.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캔틸레버는 원통형의 팁(303)을 구비하는 탐침 형성영역에 형성되는 가열부(701)와 상기 가열부(701)에 접하고 외부에서 전압을 인가받는 배선부(702)를 구비하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 7, the cantilever of the present invention includes a heating part 701 formed in a probe forming area having a cylindrical tip 303 and a wiring part contacting the heating part 701 and receiving a voltage from the outside. 702 is provided.
상기 가열부(701) 및 배선부(702)는 탐침부(302)를 포함하는 일부영역에 불순물 이온을 주입함으로써 이루어지며, 상기 배선부(702)에 주입되는 불순물 이온의 농도가 가열부(701)에 주입되는 불순물이온의 농도보다 높도록 이온 주입한다.The heating part 701 and the wiring part 702 are formed by injecting impurity ions into a partial region including the probe part 302, and the concentration of impurity ions injected into the wiring part 702 is heated by the heating part 701. The ion implantation is performed to be higher than the concentration of impurity ion implanted in
그 결과, 배선부(702)에서 상기 가열부(701)로 전압이 인가되면 상대적으로 저항이 큰 가열부(701)에서 발열이 일어나 탐침부(302)가 가열된다.As a result, when a voltage is applied from the wiring unit 702 to the heating unit 701, heat is generated in the heating unit 701 having a relatively high resistance, and the probe unit 302 is heated.
이와 같이, 가열된 탐침이 시편과 근접하면 시편이 가열되어 패턴 형성이 이루어진다.As such, when the heated probe approaches the specimen, the specimen is heated to form a pattern.
그러므로 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 리소그래피용 캔틸레버는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버의 상단 일측에 형성되는 압전 액튜에이터(310)와, 상기 압전 액튜에이터의 전단에 불순물 이온 주입에 의해 형성되는 센싱부(330)와, 상기 센싱부에서 감지되는 신호를 외부로 전달하는 센싱신호 전달부(321)와, 상기 캔틸레버의 일측 끝단에 형성되며 상단과 하단의 면적이 동일한 원통형의 팁(303)을 구비하는 탐침부(302)와, 상기 탐침부가 형성되는 캔틸레버 영역에 불순물 이온을 주입하여 형성되는 발열부(701)와, 상기 발열부에 전압을 인가하는 배선부(702)를 구비하는 것을 특징으로 한다.Therefore, the lithographic cantilever according to the third embodiment of the present invention includes a cantilever 301 made of silicon, a piezoelectric actuator 310 formed on one side of the upper end of the cantilever, and an impurity ion implantation at the front end of the piezoelectric actuator. The sensing unit 330 is formed, the sensing signal transmission unit 321 for transmitting the signal sensed by the sensing unit to the outside, and a cylindrical tip 303 formed at one end of the cantilever and the same area of the top and bottom And a probe portion 302 including the probe portion 302, a heat generation portion 701 formed by injecting impurity ions into the cantilever region where the probe portion is formed, and a wiring portion 702 for applying a voltage to the heat generation portion. It features.
상기 배선부(702) 및 발열부(701)에 주입되는 불순물 이온으로는 상기 캔틸레버를 도체화시킬 수 있는 3족 또는 5족의 불순물 이온을 사용할 수 있다. 일 예로서 상기 발열부(701)를 형성하기 위하여 붕소 또는 인을 5×1014 도즈(dose)의 농도로 40keV의 전압으로을 인가하여 캔틸레버 내에 주입할 수 있다.As the impurity ions injected into the wiring part 702 and the heat generating part 701, impurity ions of Group 3 or 5 that can conductor the cantilever may be used. For example, in order to form the heat generating part 701, boron or phosphorus may be injected into the cantilever by applying a voltage of 40 keV at a concentration of 5 × 10 14 doses.
또한 상기 배선부(702)는 상기 발열부에 주입되는 불순물 이온의 농도보다 높은 농도로 불순물을 주입하여 도전화시킨다. 그러나 상기 배선부를 형성하는 방법으로 불순물 이온의 주입방법으로 제한될 필요는 없으며 도전성의 금속배선을 형성하여 상기 발열부에 전압을 인가할 수 있다.In addition, the wiring part 702 injects impurities to a concentration higher than that of the impurity ions injected into the heat generating part and conducts the conductivity. However, the method of forming the wiring part need not be limited to the method of implanting impurity ions, and a conductive metal wiring may be formed to apply a voltage to the heat generating part.
다음으로 상기 제 2 실시 예에서 설명한 바와 같이, 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 제조하는 경우에는 실리콘질화막에 불순물 이온을 주입하는 것이 어려움이 있으므로 발열부를 포함하는 캔틸레버를 형성하는 방법으로 다른 방법이 제안된다.Next, as described in the second embodiment, when manufacturing a cantilever composed of a silicon nitride film, it is difficult to inject impurity ions into the silicon nitride film. Thus, another method is proposed as a method of forming a cantilever including a heating unit. .
도 8은 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 단면을 도시한 것으로, 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버 상에 불순물 이온의 주입이 가능하며 도전성을 가지는 폴리실리콘층(801)과, 상기 캔틸레버를 지지하는 지지대(810)를 포함하여 구성된다. 다른 구성요소는 도 7에 도시된 제 3 실시 예에 의한 캔틸레버와 동일하다.FIG. 8 is a cross-sectional view of a cantilever composed of a silicon nitride film, a cantilever 301 composed of a silicon nitride film, a polysilicon layer 801 capable of injecting impurity ions onto the cantilever, and a conductive layer; It is configured to include a support 810 for supporting the cantilever. Other components are the same as the cantilever according to the third embodiment shown in FIG.
도8을 참조하여 실리콘질화막으로 구성되며 발열부를 구비하는 캔틸레버의 구조를 좀더 자세히 살펴보면, 본 발명의 나노 리소그래피용 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버(301) 상단에 형성되는 폴리실리콘층(801)을 구비하여 형성된다. 특히, 상기 폴리실리콘층(801)은 고농도 불순물 이온인 주입된 배선부(803)와, 상기 배선부(803)보다 작은 농도로 불순물 이온 주입되어 형성되는 발열부(802)로 구분될 수 있다. 상기 발열부(802)는 원통형의 팁이 형성되는 탐침부 하단에 형성되어 상기 팁에 열을 가한다. 즉, 상기 배선부에서 공급되는 전압에 의해 일정한 저항을 가지는 발열부가 가열되고, 가열에 의해 발생하는 열을 탐침부에 공급한다. 이후, 가열된 팁을 이용하여 시편에 나노단위의 미세한 패턴을 형성할 수 있게 된다.Looking at the structure of the cantilever comprising a silicon nitride film and having a heat generating unit with reference to FIG. 8, the cantilever for nanolithography of the present invention is formed on the cantilever 301 and the cantilever 301 formed on top of the cantilever 301. It is formed with the polysilicon layer 801. In particular, the polysilicon layer 801 may be divided into a wiring portion 803 implanted with a high concentration of impurity ions and a heating portion 802 formed by implanting impurity ions at a concentration smaller than that of the wiring portion 803. The heat generating unit 802 is formed at the bottom of the probe portion in which the cylindrical tip is formed to apply heat to the tip. That is, the heat generating portion having a constant resistance is heated by the voltage supplied from the wiring portion, and heat generated by the heating is supplied to the probe portion. Thereafter, the heated tip may be used to form a fine pattern of nano units on the specimen.
상기 구조를 가지는 SPM용 및 나노 리소그래피용 캔틸레버의 제조공정을 도 9a~9i를 통하여 살펴본다. 도 9a~9i는 실리콘 캔틸레버의 제조공정을 나타낸다.The manufacturing process of the cantilever for SPM and nanolithography having the above structure will be described with reference to FIGS. 9A to 9I. 9A to 9I show a manufacturing process of a silicon cantilever.
SPM용 캔틸레버는 절연층상에 실리콘층이 적층된 SOI(Silicon On Insulator)를 기초로 제조된다. 그러므로 실리콘기판 상에 절연층이 형성되고 그 위에 다시 실리콘층의 형성된 SOI형의 기판을 준비한다.The cantilever for the SPM is manufactured based on a silicon on insulator (SOI) in which a silicon layer is stacked on an insulating layer. Therefore, an insulating layer is formed on the silicon substrate, and the SOI substrate having the silicon layer formed thereon is prepared again.
도 9a는 기판인 제 1 실리콘층(901)과 그 상부에 형성된 제 1 절연층(902)과 상기 제 1 절연층(903)상에 형성된 제 2 실리콘층(903)이 적층된 SOI형의 기판을 도시하고 있다. 상기에서 제 1 절연층을 실리콘산화막을 사용할 수 있다.9A shows an SOI type substrate in which a first silicon layer 901 serving as a substrate, a first insulating layer 902 formed thereon, and a second silicon layer 903 formed on the first insulating layer 903 are stacked. It is shown. In the above, the first insulating layer may be a silicon oxide film.
도 9a에서 상기 제 2 실리콘층을 캔틸레버가 형성되는 실리콘층으로 수 ㎛내외의 두께로 형성될 수 있다.In FIG. 9A, the second silicon layer may be a silicon layer in which cantilevers are formed, and may have a thickness of about several μm.
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 실리콘층(903)을 dip RIE(Reactive Ion Etch)기술을 이용하여 제 2 실리콘층(903)을 패터닝한다. Next, as shown in FIG. 9B, the second silicon layer 903 is patterned by using a dip reactive ion etching (RIE) technique.
RIE기술은 플라즈마 상태의 가스를 사용하여 건식각하는 방법으로 기판에 손상을 최소화하면서 고 정밀도와 높은 비등방성 에칭 특성을 가지는 식각방법으로 미세한 탐침을 구비하는 본 발명의 캔틸레버의 제조에 적용한다.RIE technology is applied to the manufacturing of the cantilever of the present invention having a fine probe by an etching method having high precision and high anisotropic etching characteristics while minimizing damage to the substrate by dry etching using a gas in a plasma state.
상기 RIE기술에 의해 식각된 제 2 실리콘층(903)은 도 9b에 도시된 바와 같이 탐침이 형성될 제 2 실리콘층(903)의 일부가 양각으로 패터닝된다. 즉, RIE방법에 의해 상기 제 2 실리콘층(903)이 비등방성 식각되고 양각의 실리콘 돌출부가 형성된다. 상기 양각의 실리콘 돌출부(910a)는 수 ㎛크기의 지름을 가질 수 있다. 그러나 정밀하고 작게 비등방성 식각이 가능한 dip RIE 기술에 의하더라도 양각의 실리콘 돌출부(903a)를 ㎛단위 이하로 제작하는 것은 불가능하다.In the second silicon layer 903 etched by the RIE technique, as shown in FIG. 9B, a part of the second silicon layer 903 on which the probe is to be formed is embossed. That is, the second silicon layer 903 is anisotropically etched by the RIE method, and an embossed silicon protrusion is formed. The embossed silicon protrusion 910a may have a diameter of several μm. However, even with dip RIE technology capable of precise and small anisotropic etching, it is impossible to fabricate the embossed silicon protrusions 903a or less in a micrometer unit.
그러므로 수 나노미터의 크기를 가지는 SPM용 캔틸레버를 제조하기 위하여는 다른 방법의 적용이 필요하다.Therefore, in order to manufacture a cantilever for SPM having a size of several nanometers, it is necessary to apply another method.
본 발명은 실리콘층을 산화시키면 실리콘층의 산화는 안쪽 및 바깥쪽의 양 방향으로 진행되는 사실에 주목하여 dip RIE기술에 의해 일차로 패터닝된 실리콘돌출부에 산화공정을 진행한다.In the present invention, when the silicon layer is oxidized, the oxidation of the silicon layer proceeds in both directions of the inside and the outside, and the oxidation process is performed on the silicon protrusion which is primarily patterned by the dip RIE technique.
도 9c는 양각이 실리콘 돌출부(910a)에 산화공정을 진행한 모습을 나타내고 있다. 상기 제 2 실리콘층(903)을 산소분위기에서 산화시키면 상기 제 2 실리콘층(903)상에는 실리콘산화막이 형성된다. 이와 더불어 상기 제 2 실리콘층(903)의 안쪽으로도 산화가 진행되어 상기 제 2 실리콘층(903)의 일부는 실리콘 산화층으로 변한다. 이때 순수한 실리콘층의 두께는 얇아지고 산화정도를 조절하여 형성되는 실리콘산화층(904)의 두께를 조절할 수 있다. 9C illustrates that the relief process is performed on the silicon protrusion 910a. When the second silicon layer 903 is oxidized in an oxygen atmosphere, a silicon oxide film is formed on the second silicon layer 903. In addition, oxidation proceeds to the inside of the second silicon layer 903 so that a part of the second silicon layer 903 is changed into a silicon oxide layer. At this time, the thickness of the pure silicon layer is thin and can control the thickness of the silicon oxide layer 904 formed by adjusting the degree of oxidation.
상기 실리콘 산화층(904)의 두께를 조절할 수 있다는 것은 제 2 실리콘층(903)의 두께가 조절될 수 있다는 것을 의미한다.Being able to control the thickness of the silicon oxide layer 904 means that the thickness of the second silicon layer 903 can be controlled.
상기 산화공정의 결과, RIE기술에 의해 형성된 양각의 실리콘 돌출부(910a)는 미세한 실리콘 돌출부와 실리콘산화막의 적층이 된다.As a result of the oxidation process, the embossed silicon protrusions 910a formed by the RIE technique are laminated with fine silicon protrusions and silicon oxide films.
상기 실리콘산화층(904)아래에 형성되는 실리콘층은 수 나노미터의 지름을 가지는 정밀한 실리콘 돌출부를 포함하게 된다. 상기 산화 후 형성되는 실리콘 돌출부는 캔틸레버의 실리콘 팁부(910)가 되는 영역이다.The silicon layer formed under the silicon oxide layer 904 includes a precise silicon protrusion having a diameter of several nanometers. The silicon protrusion formed after the oxidation is a region that becomes the silicon tip portion 910 of the cantilever.
다음으로 상기 제 2 실리콘층(903)의 산화공정으로 말미암아 형성된 상기 실리콘산화막(904)를 제거하는 공정을 진행한다.Next, a process of removing the silicon oxide film 904 formed by the oxidation process of the second silicon layer 903 is performed.
도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘산화막(904)위에 감광막(미도시)을 도포하고 포토리소그래피 공정을 진행하여 상기 팁부(910)상에 실리콘산화막(904a)이 일정한 패턴으로 남도록 상기 실리콘산화막(904a)을 패터닝한다. 상기 실리콘산화막(904a0는 나노 스케일의 팁을 형성할 뿐아니라 상기 제 2 실리콘층(903)을 식각하여 팁을 형성할 때 버퍼로서 기능한다.As shown in FIG. 9D, a photoresist film (not shown) is applied on the silicon oxide film 904 and a photolithography process is performed to leave the silicon oxide film 904a on the tip portion 910 in a predetermined pattern. Pattern 904a). The silicon oxide layer 904a0 not only forms a nanoscale tip but also functions as a buffer when the second silicon layer 903 is etched to form the tip.
다음으로, 상기 팁부(910)상에 실리콘산화막 패턴(904a)을 형성한 후에, 상기 실리콘산화막(904a)패턴을 마스크로 적용하여 상기 제 2 실리콘층(903)을 식각한다. 상기 제 2 실리콘층(903)이 식각될 때 실리콘산화막과 실리콘층의 선택적 식각비에 의해 실리콘산화막 패턴(904a)아래에 형성된 제 2 실리콘층(903)이 테이퍼 형상으로 식각된다.Next, after the silicon oxide film pattern 904a is formed on the tip portion 910, the second silicon layer 903 is etched by applying the silicon oxide film 904a pattern as a mask. When the second silicon layer 903 is etched, the second silicon layer 903 formed under the silicon oxide layer pattern 904a is etched in a tapered shape by a selective etching ratio between the silicon oxide layer and the silicon layer.
도 9e는 상기 실리콘산화막 패턴(904a)을 식각의 버퍼 층으로 사용하여 상기 제 2 실리콘층(903)을 식각한 모습을 도시한 것으로, 제 2 실리콘층(903) 식각의 버퍼로서 실리콘산화막 패턴(904a)과 상기 실리콘산화막 패턴에 의해 감싸진 실리콘 팁(910)과 상기 실리콘 팁(910)아래에 형성된 테이퍼 형상의 탐침부를 볼 수 있다.9E illustrates the etching of the second silicon layer 903 using the silicon oxide pattern 904a as an etching buffer layer. The silicon oxide pattern 904a is used as a buffer for etching the second silicon layer 903. 904a, a silicon tip 910 wrapped by the silicon oxide layer pattern, and a tapered probe formed under the silicon tip 910.
다음으로, 상기 실리콘산화막 패턴(904a)을 식각에 의해 제거하고 실리콘팁(910)을 노출시킨다.Next, the silicon oxide layer pattern 904a is removed by etching to expose the silicon tip 910.
도 9f에서 상기 실리콘산화막 패턴(904a)가 제거되고 실리콘 팁(910)이 노출된 모습을 볼 수 있다.In FIG. 9F, the silicon oxide layer pattern 904a is removed and the silicon tip 910 is exposed.
실리콘 팁(910)을 노출시킨 다음, 도 9g에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 팁(910)을 포함하는 제 2 실리콘층(903)상에 압전 액튜에이터를 형성하는 공정을 진행한다. 상기 압전 액튜에이터는 하부전극-강유전체-상부전극의 적층으로 구성되므로 상기 제 2 실리콘층(903)상에 제 1 전극층(906)과 강유전체층(907)과 제 2 전극층(908)을 차례로 형성한다. 상기 제 1 전극층(906) 및 제 2 전극층9908)은 도전성의 물질을 사용할 수 있으며 상기 강유전체층(907)은 PZT박막 또는 ZnO박막을 사용할 수 있다.After exposing the silicon tip 910, a process of forming a piezoelectric actuator on the second silicon layer 903 including the silicon tip 910 is performed. Since the piezoelectric actuator is composed of a stack of lower electrodes, ferroelectrics, and upper electrodes, a first electrode layer 906, a ferroelectric layer 907, and a second electrode layer 908 are sequentially formed on the second silicon layer 903. The first electrode layer 906 and the second electrode layer 9908 may use a conductive material, and the ferroelectric layer 907 may use a PZT thin film or a ZnO thin film.
압전 액튜에이터를 형성하기 위한 상기 제 1 전극층(906), 강유전체층(907) 및 제 2 전극층(908)을 형성을 형성하기 전에 상기 압전 액튜에이터와 실리콘층으로 구성되는 캔틸레버와의 전기적 접속을 방지하기 위해 상기 제 2 실리콘층(903)상에 제 2 실리콘절연층(905)을 먼저 형성한다. Prior to forming the first electrode layer 906, the ferroelectric layer 907, and the second electrode layer 908 for forming a piezoelectric actuator, to prevent electrical connection between the piezoelectric actuator and a cantilever composed of a silicon layer. A second silicon insulating layer 905 is first formed on the second silicon layer 903.
압전 액튜에이터를 형성하기 위한 상기 강유전막 및 제 1, 2 도전층을 형성한 다음, 상기 강유전막 및 제 1, 2 도전막을 일정한 형상의 압전 액튜에이터로 패터닝한다. 상기 패터닝 방법은 감광막을 도포하고 포토리소그래피 공정을 적용하여 형성할 수 있다. 상기 압전 액튜에이터의 패터닝 결과, 팁을 포함하는 탐침부상에 형성된 강유전막 및 제 1, 2 도전막은 제거되고 탐침부와 반대되는 캔틸레버의 상단에 제 2 절연층(905)을 개재한 채, 압전 액튜에이터(920)이 형성된다.After forming the ferroelectric film and the first and second conductive layers for forming the piezoelectric actuator, the ferroelectric film and the first and the second conductive film are patterned with a piezoelectric actuator having a predetermined shape. The patterning method may be formed by applying a photosensitive film and applying a photolithography process. As a result of the patterning of the piezoelectric actuator, the ferroelectric film and the first and second conductive films formed on the probe portion including the tip are removed and the piezoelectric actuator (2) is interposed on the upper end of the cantilever opposite to the probe portion. 920 is formed.
도 9h는 포토리소그래피 공정 후, 형성된 캔틸레버 상에 형성된 압전액튜에이터의 모습을 도시하고 있다.FIG. 9H shows a state of the piezoelectric actuator formed on the formed cantilever after the photolithography process.
압전 액튜에이터(920)를 형성한 다음, 상기 캔틸레버를 형성하는 기판으로 사용된 제 1 실리콘층(901)과 그 상부에 형성된 제 1실리콘절연층(902)의 일부를 패터닝하여 캔틸레버의 지지대를 형성한다. 상기 지지대는 캔틸레버중 탐침부와 서로 이격되는 영역에 형성된다.After forming the piezoelectric actuator 920, a support of the cantilever is formed by patterning a portion of the first silicon layer 901 used as the substrate for forming the cantilever and a portion of the first silicon insulating layer 902 formed thereon. . The support is formed in an area of the cantilever spaced apart from the probe.
상기 공정의 결과, 실리콘으로 구성되며 수 나노미터에서 수백 나노미터의 지름을 가지는 미세한 원통형의 팁을 가지는 캔틸레버가 형성된다.As a result of this process, a cantilever with a fine cylindrical tip consisting of silicon and having a diameter of several nanometers to several hundred nanometers is formed.
상기 공정 중에서 캔틸레버의 미세한 움직임을 감지하는 센싱부를 더 형성할 수 있는데, 상기 센싱부(미도시)는 제 2 실리콘층(903)을 산화하고 팁을 형성하는 공정에서 이온주입을 통하여 함께 형성할 수 있다.The sensing unit may further form a sensing unit for detecting the fine movement of the cantilever during the process, wherein the sensing unit (not shown) may be formed together through ion implantation in the process of oxidizing the second silicon layer 903 and forming a tip. have.
상기 공정에서는 본 발명의 제 1 실시 예로서 실리콘 캔틸레버를 제조하는 공정에 대해서 살펴보았는데, 다음으로 도 10a~10e를 통하여 본 발명의 제 2 실시 예인 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 제조하는 공정을 살펴본다.In the above process, a process of manufacturing a silicon cantilever is described as a first embodiment of the present invention. Next, a process of manufacturing a cantilever composed of a silicon nitride film as a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A to 10E. .
실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버에 비해 내마모 특성이 우수하다. 캔틸레버의 사용수명을 연장하기 위하여 여러 방안이 강구되고 있는데, 실리콘으로 구성되는 캔틸레버는 본 발명의 제 1 실시 예와 같이, 실리콘으로 구성되는 탐침부에 마모특성이 우수한 박막을 층착함으로 내마모성을 향상시킨다.A cantilever composed of a silicon nitride film has better wear resistance than a cantilever composed of silicon. In order to extend the service life of the cantilever, various measures have been taken. The cantilever made of silicon improves wear resistance by depositing a thin film having excellent wear characteristics on the probe made of silicon, as in the first embodiment of the present invention. Let's do it.
그러나, 본 발명의 제 2 실시 예는 실리콘보다 내마모 특성이 우수한 실리콘질화막을 캔틸레버로 사용함으로 탐침 마모방지를 위한 별도 공정을 줄일 수 있다.However, according to the second embodiment of the present invention, a separate process for preventing probe wear can be reduced by using a silicon nitride film having better wear resistance than silicon as a cantilever.
이하, 도 10a~10e를 참조하여 실리콘질화막 캔틸레버의 제조공정을 살펴보면, 도 10a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(901)위에 실리콘 절연층(902)이 형성된 모 기판을 준비하고 상기 실리콘 절연층(902)의 소정의 영역, 즉, 캔틸레버의 탐침을 형성하고자 하는 영역을 포토리소그래피 공정을 통하여 오픈한다.Hereinafter, referring to FIGS. 10A to 10E, a manufacturing process of a silicon nitride film cantilever will be described. As shown in FIG. 10A, a mother substrate on which a silicon insulating layer 902 is formed is prepared on a silicon substrate 901 and the silicon insulating layer ( The predetermined region of 902, that is, the region where the probe of the cantilever is to be formed is opened through the photolithography process.
상기 실리콘절연층(902)을 오픈한 다음, 미세하게 식각 프로파일을 형성할 수 있는 dip RIE방법에 의해 실리콘질화막의 오픈영역 하부에 형성된 실리콘층(901)을 연속하여 식각한다. After the silicon insulating layer 902 is opened, the silicon layer 901 formed under the open region of the silicon nitride layer is continuously etched by a dip RIE method capable of forming an etch profile finely.
도 10b는 상기 실리콘절연층(902)및 그 하방의 실리콘층(901)이 일정한 패턴으로 식각된 모습을 도시하고 있다.FIG. 10B illustrates a state in which the silicon insulating layer 902 and the silicon layer 901 below are etched in a predetermined pattern.
다음으로 상기 식각된 음각의 실리콘층 영역(950)의 일부에 원 통형의 홀(960)을 형성한다. 상기 홀(960)은 식각된 상기 음각의 실리콘 영역(950)의 중앙에 형성될 수 있으며 상,하부의 면적이 동일한 원통형의 홀일 수 있다. 상기 홀(960)은 고 정밀도로 실리콘층을 식각할 수 있는 dip RIE방식에 의해 식각되어 형성될 수 있다. 상기 홀(904)의 크기는 작을수록 좋지만 현재 dip RIE 방식에 의해서는 수 마이크로 미터 크기까지 형성이 가능하다.Next, a cylindrical hole 960 is formed in a portion of the etched negative silicon layer region 950. The hole 960 may be formed in the center of the etched silicon region 950 and may be a cylindrical hole having the same upper and lower areas. The hole 960 may be etched by a dip RIE method capable of etching a silicon layer with high precision. The smaller the size of the hole 904 is, the better it can be formed up to several micrometers by the dip RIE method.
상기 홀의 깊이는 형성하고자 하는 탐침의 크기에 따라 결정될 수 있는데, 통상 수 마이크로미터의 크기로 제조될 수 있다.The depth of the hole may be determined according to the size of the probe to be formed, and may generally be manufactured to a size of several micrometers.
다음으로, 상기 dip RIE 방식에 의해 홀(960)이 형성된 다음, 건식각등에 의해 상기 실리콘절연층(902)을 완전히 제거한다. Next, the hole 960 is formed by the dip RIE method, and then the silicon insulating layer 902 is completely removed by dry etching.
다음으로, 상기 실리콘절연층(902)이 제거되어 완전히 노출된 상기 실리콘층(901)을 열산화시킨다. 상기 열산화에 의해 상기 실리콘층(901)상에는 실리콘절연층(904)이 형성되는데, 이때 상기 실리콘층(901)에 형성된 홀(960)및 식각된 음각의 실리콘 영역(950)에도 열산화에 의해 실리콘산화막(904)이 형성된다.Next, the silicon insulating layer 902 is removed to thermally oxidize the fully exposed silicon layer 901. A silicon insulating layer 904 is formed on the silicon layer 901 by the thermal oxidation, wherein the holes 960 and the etched intaglio silicon region 950 formed in the silicon layer 901 are also thermally oxidized. A silicon oxide film 904 is formed.
상기 실리콘산화막(904)의 형성에 의해 상기 홀(960)의 면적은 좁아진다. 이때, 형성되는 실리콘산화막(904)의 두께를 제조하고자 하는 수 나노미터 내지 수백 나노미터인 캔틸레버 탐침의 크기로 제어한다.The area of the hole 960 is narrowed by the formation of the silicon oxide film 904. At this time, the thickness of the formed silicon oxide film 904 is controlled to the size of the cantilever probe of several nanometers to several hundred nanometers.
다음으로 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기 열산화방법등에 의해 형성되는 실리콘절연층(904)상에 플라즈마화학기상증착(PECVD)방법에 의해 소정두께의 실리콘질화막(Si3N4)(970)을 증착한다. 이때 증착되는 실리콘질화막(970)은 상기 수 나노미터로 미세하게 좁아진 홀(960)을 채우고 음각의 실리콘 영역(950) 및 기판 전면에 증착된다. 상기 실리콘질화막의 형성과정에서 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 팁이 형성된다.Next, as shown in FIG. 10D, a silicon nitride film (Si3N4) 970 having a predetermined thickness is deposited on the silicon insulating layer 904 formed by the thermal oxidation method or the like by the plasma chemical vapor deposition (PECVD) method. . The silicon nitride film 970 deposited at this time fills the hole 960 narrowed to several nanometers and is deposited on the negative silicon region 950 and the entire surface of the substrate. In the process of forming the silicon nitride film, the tip of the cantilever composed of the silicon nitride film is formed.
다음으로, 도 10e에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘질화막(906)상에 유리재질의 지지대(990)를 상기 실리콘질화막(970)의 일 측에 접착한다. 상기 지지대(990)를 형성하기 전에 캔틸레버에 복원력의 제공하는 제 1전극-강유전체-제 2전극으로 이루어지는 압전 액튜에이터(920)를 제 1 실시 예에 기술된 방법에 의해 더 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 10E, a glass support 990 is adhered to one side of the silicon nitride film 970 on the silicon nitride film 906. Before forming the support 990, a piezoelectric actuator 920 consisting of a first electrode-ferroelectric-second electrode which provides a restoring force to the cantilever can be further formed by the method described in the first embodiment.
즉, 상기 실리콘질화막(970)상에 압전 액튜에이터와, 상기 실리콘질화막과 압전 액튜에이터를 전기적으로 분리시키기 위한 실리콘산화막(905)을 더 증착하고 포토리소그래피공정을 통해 압전 액튜에이터를 형성한다. That is, a piezoelectric actuator and a silicon oxide film 905 for electrically separating the silicon nitride film and the piezoelectric actuator are further deposited on the silicon nitride film 970 and a piezoelectric actuator is formed through a photolithography process.
본 발명의 제 2 실시 예에 의해 형성되며 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버의 일측에 형성되는 팁이 실리콘질화막으로 구성되므로 내마모성이 향상된 캔틸레버를 제조할 수 있다.The cantilever formed by the silicon nitride film according to the second embodiment of the present invention can be manufactured with improved wear resistance because the cantilever and the tip formed on one side of the cantilever are formed of the silicon nitride film.
상기 공정에 의해 나노단위의 미세한 크기를 가지는 원통형의 팁을 구비하는 SPM용 캔틸레버를 제조하였는데, 본 발명의 캔틸레버 제조방법에 의해 캔틸레버의 탐침부가 가열되는 나노 리소그래피용 캔틸레버를 제조할 수 있다.By the above process, a cantilever for SPM having a cylindrical tip having a fine size in nano units was manufactured, and a cantilever for nanolithography in which a probe portion of the cantilever was heated by the method of manufacturing a cantilever according to the present invention.
나노 리소그래피용 캔틸레버는 가열되는 캔틸레버의 탐침부에 의해 기판 상에 형성된 감광막을 패터닝할 수 있는데, 가열부를 구비하는 캔틸레버의 구조를 도 7 및 8을 참조하여 이미 설명하였다.The cantilever for nanolithography can pattern the photosensitive film formed on the substrate by the probe portion of the cantilever being heated. The structure of the cantilever provided with the heating portion has already been described with reference to FIGS. 7 and 8.
이하 상기 가열부를 구비하는 캔틸레버를 제조하는 방법에 대해서 도 11a~11b및 12a~12b를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a cantilever having the heating unit will be described with reference to FIGS. 11A to 11B and 12A to 12B.
도 7에 도시된 바와 같이, 발열부를 포함하는 실리콘 캔틸레버의 제조공정중, 원통형의 실리콘 팁(910)을 형성하는 공정까지는 도 9a~9f에 도시된 바와 같다. 원통형의 실리콘 팁(910)을 형성한 다음, 도 11a에 도시된 바와 같이, 원통형의 실리콘 팁(910)이 포함된 캔틸레버의 일부에 붕소(B)또는 인(P)등의 저농도 불순물 이온을 주입한다. 도 11a에서는 붕소 등의 n형의 3족 불순물 이온이 주입되는 것을 도시하였다. 상기 저농도 불순물 이온 주입 방법은 불순물 이온이 주입되는 실리콘 영역을 노출시키는 감광막 패턴을 상기 캔틸레버 상에 형성하고 상기 감광막을 마스크로 적용하여 불순물 이온을 주입할 수 있다.As shown in FIG. 7, in the manufacturing process of the silicon cantilever including the heating part, the process of forming the cylindrical silicon tip 910 is as shown in FIGS. 9A to 9F. After forming the cylindrical silicon tip 910, as shown in FIG. 11A, a low concentration impurity ion such as boron (B) or phosphorus (P) is implanted into a portion of the cantilever including the cylindrical silicon tip 910. do. In Fig. 11A, n-type group 3 impurity ions such as boron are implanted. In the low concentration impurity ion implantation method, a photoresist layer pattern exposing a silicon region into which impurity ions are implanted may be formed on the cantilever, and impurity ions may be implanted by applying the photoresist layer as a mask.
다음으로, 실리콘 캔틸레버에 저농도 불순물 이온을 주입한 후에, 도 11b에 도시된 바와 같이, 원통형의 실리콘 팁(910)이 형성된 탐침부를 감광막(10)으로 가리고 고농도 불순물 이온을 주입한다. 이때, 주입되는 저농도 불순물 이온과 고농도 불순물 이온은 같은 종류의 이온을 주입한다.Next, after implanting the low concentration impurity ions into the silicon cantilever, as shown in FIG. 11B, the probe portion in which the cylindrical silicon tip 910 is formed is covered by the photosensitive film 10 and the high concentration impurity ions are implanted. At this time, the implanted low concentration impurity ions and high concentration impurity ions are implanted with the same kind of ions.
상기 결과, 고농도 불순물 이온이 주입된 영역은 저농도 불순물 이온이 주입된 발열부에 전원을 공급하는 도전부가 된다. 상기 도전부는 고농도의 불순물 이온이 주입되어 양질의 도전성을 나타내지만 저농도의 불순물 이온이 주입된 발열부는 저항이 상기 도전부에 비해 상대적으로 크므로 발열이 일어난다.As a result, the region into which the high concentration impurity ions are implanted becomes a conductive portion for supplying power to the heat generating portion into which the low concentration impurity ions are implanted. The conductive portion is implanted with a high concentration of impurity ions to exhibit high quality conductivity, but the heat generating portion into which the impurity concentration is injected is low because the resistance is relatively higher than that of the conductive portion.
발열부 및 도전부를 형성한 다음, 실리콘 캔틸레버를 형성하는 공정은 도 9g~9i와 같다.After forming the heat generating portion and the conductive portion, the process of forming the silicon cantilever is shown in FIGS. 9G-9I.
발열부는 실리콘질화막을 캔틸레버로 사용하는 제 2 실시 예의 실리콘질화막 캔틸레버에도 형성이 가능한데, 이하, 도 12a및 12b를 참조하여 발열부를 포함하는 실리콘질화막 캔틸레버의 제조공정을 살펴본다.The heat generating unit may be formed on the silicon nitride film cantilever of the second embodiment using the silicon nitride film as the cantilever. Hereinafter, a manufacturing process of the silicon nitride film cantilever including the heat generating unit will be described with reference to FIGS. 12A and 12B.
실리콘질화막의 캔틸레버는 실리콘 캔틸레버와 달리, 발열부를 형성하기 위해 불순물을 실리콘질화막층에 직접 주입할 수가 없다. 그러므로 실리콘질화막층에 폴리실리콘층을 형성한 다음, 상기 폴리실리콘층에 불순물을 주입하여 발열부 및 도전부를 형성한다.Unlike the silicon cantilever, the cantilever of the silicon nitride film cannot directly inject impurities into the silicon nitride film layer to form a heat generating portion. Therefore, after the polysilicon layer is formed on the silicon nitride film layer, impurities are injected into the polysilicon layer to form the heat generating portion and the conductive portion.
이하, 도 12a및 12b를 참조하여 설명하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 원통형의 팁이 형성된 실리콘질화막(970)을 형성한 다음, 상기 실리콘질화막(970) 상에 LPCVD방법에 의해 폴리실리콘층(20)을 형성한다. 상기 폴리실리콘층(20)이 형성된 다음, 발열부 및 도전부가 형성될 폴리실리콘층을 노출시키는 감광막 패턴(미도시)을 형성한 다음, 저농도불순물 이온을 주입한다. 저농도 불순물 이온을 주입한 다음, 다시 마스크 공정을 진행하여 원통형의 팁이 포함되는 발열부를 가리는 감광막 패턴(30)을 형성하고 상기 감광막 패턴(30)을 마스크로 적용하여 고농도 불순물 이온을 주입한다.12A and 12B, as shown in FIG. 10, a silicon nitride film 970 having a cylindrical tip is formed, and then a polysilicon layer is formed on the silicon nitride film 970 by LPCVD. 20 is formed. After the polysilicon layer 20 is formed, a photoresist pattern (not shown) exposing the polysilicon layer on which the heat generating portion and the conductive portion are to be formed is formed, and then low concentration impurity ions are implanted. After implanting the low concentration impurity ions, a mask process is performed again to form a photoresist pattern 30 covering the heat generating part including the cylindrical tip, and the high concentration impurity ions are implanted by applying the photoresist pattern 30 as a mask.
상기 고농도 및 저농도 불순물 주입공정을 통해 고농도로 주입된 도전부와 저농도 불순물 이온이 주입된 발열부가 형성된다. Through the high concentration and low concentration impurity implantation process, a highly conductive portion injected with a high concentration and a heating portion implanted with low concentration impurity ions are formed.
상기 발열부 및 도전부를 형성한 다음 공정은 도 10e에 도시한 바와 같다. 상기 공정 결과, 발열부와 도전부를 포함하는 실리콘 캔틸레버가 완성된다.The next step of forming the heat generating portion and the conductive portion is as shown in FIG. 10E. As a result of this process, a silicon cantilever including a heat generating portion and a conductive portion is completed.
상기 한 바와 같이, 본 발명은 나노단위의 미세한 영역에서 작동하는 원자 현미경의 탐침부의 팁의 구조를 상단과 하단의 면적이 원통형의 팁으로 구성하고 그 구성하는 방법을 제공하므로서 반복되는 사용에 의해 캔틸레버의 팁부가 마모되어 시편의 표면 정보를 정밀하게 감지할 수 없는 문제와, 반복되는 캔틸레버의 사용에 의해 패턴의 크기가 불균일해 지는 문제를 해결한다. 즉, 캔틸레버의 사용에 의해 마모가 일어나더라도 원통형의 팁을 구비하는 본 발명의 캔틸레버는 균일한 패턴의 형성이 가능하다. As described above, the present invention provides a method of constructing a tip structure of a tip of an atomic force microscope operating in a minute region of a nano-unit by a cylindrical tip having a top and bottom area and forming a cantilever by repeated use. This solves the problem that the tip of the wearer is not able to accurately detect the surface information of the specimen, and the size of the pattern becomes uneven due to the repeated use of the cantilever. That is, even if wear occurs by the use of the cantilever, the cantilever of the present invention having a cylindrical tip can form a uniform pattern.
도 1은 종래의 자체 구동형 캔틸레버의 사시도.1 is a perspective view of a conventional self-driven cantilever.
도 2a~2b는 종래 자체 구동형 캔틸레버의 탐침부의 동작을 나타내는 사시도.2A and 2B are perspective views illustrating the operation of a probe of a conventional self-driven cantilever;
도 3은 본 발명의 자체 구동형 캔틸레버의 탐침부를 도시한 사시도.Figure 3 is a perspective view of the probe of the self-driven cantilever of the present invention.
도 4는 본 발명의 자체 구동형 캔틸레버를 나타내는 사시도.4 is a perspective view showing a self-driven cantilever of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 자체 구동형 캔틸레버의 단면도.5 is a cross-sectional view of a self-driven cantilever according to a first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 자체 구동형 캔틸레버의 구조를 나타내는 단면도.6 is a cross-sectional view showing a structure of a self-driven cantilever according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 발열부및 도전부를 포함하는 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 자체 구동형 캔틸레버의 사시도.7 is a perspective view of a self-driven cantilever according to a third embodiment of the present invention including a heat generating portion and a conductive portion.
도 8은 발열부 및 도전부를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 의한 캔틸레버의 구조를 나타내는 단면도.8 is a cross-sectional view showing the structure of a cantilever according to an embodiment of the present invention including a heating unit and a conductive unit.
도 9a~9i는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버를 제조하는 공정을 나타내는 수순도.9A to 9I are flowcharts illustrating a process of manufacturing a cantilever according to a first embodiment of the present invention.
도 10a~10e는 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 캔틸레버의 제조공정을 나타내는 수순도.10A to 10E are flow charts illustrating a manufacturing process of a cantilever according to a second embodiment of the present invention.
도 11a~11b는 본 발명의 제 1 실시 예에서 발열부 및 도전부를 포함하는 일실시 예에 의한 캔틸레버의 제조공정을 나타내는 수순도.11A to 11B are flow charts illustrating a manufacturing process of a cantilever according to an embodiment including a heat generating unit and a conductive unit in a first embodiment of the present invention.
도 12a~12b는 본 발명의 제 2 실시 예에서 발열부 및 도전부를 포함하는 일실시 예에 의한 캔틸레버의 제조공정을 나타내는 수순도.12A to 12B are flowcharts illustrating a manufacturing process of a cantilever according to an embodiment including a heat generating unit and a conductive unit in a second embodiment of the present invention.
***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ********** Explanation of symbols for main parts of drawing *****
301:캔틸레버 302:탐침301: cantilever 302: probe
303:팁 310:압전 액튜에이터303: Tip 310: piezo actuator
311a,311b:전극 312:강 유전층311a and 311b electrode 312 steel dielectric layer
321:센싱신호전달부 330:센싱부321: sensing signal transmission unit 330: sensing unit
340:절연층 350:지지대340: insulating layer 350: support
601:실리콘질화막캔틸레버 602:팁601: silicon nitride film cantilever 602: tip
701:발열부 702:도전부701: heat generating portion 702: conductive portion
901:실리콘기판 902:실리콘산화막901 silicon substrate 902 silicon oxide film
903:실리콘층 904:실리콘산화막903: Silicon layer 904: Silicon oxide film
910:팁 905:절연막910: tip 905: insulating film
906,908:전극층 907:강유전층906,908: electrode layer 907: ferroelectric layer
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