KR20060036456A

KR20060036456A - 주사형 프로브 현미경용 프로브 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20060036456A
Application number: KR1020067000988A
Authority: KR
Inventors: 다이 고바야시; 히데키 가와카츠
Original assignee: 도쿠리쓰교세이호징 가가쿠 기주쓰 신코 기코
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-04-28
Also published as: WO2005020243A1; RU2320034C2; RU2006101285A; US20070108159A1; EP1667164A1; JPWO2005020243A1; EP1667164A4

Abstract

캔틸레버의 기부가 측정 대상물과 접촉하지 않고 캔틸레버의 기부에 의해 대상물이 숨겨지는 일 없이, 대상물을 정확하게 측정할 수 있는 주사형 프로브 현미경용 프로브 및 이 프로브의 제조 방법이 제공된다. 주사형 프로브 현미경용 프로브는, 기부, 기부로부터 수평방향으로 연장된 지지용 캔틸레버 (21, 31), 및 지지용 캔틸레버 (21, 31) 의 선단부에 제공되며, 길이가 20 마이크로미터 이하, 두께가 1 마이크로미터 이하인 측정용 캔틸레버 (22, 32) 를 포함한다.

Description

주사형 프로브 현미경용 프로브 및 그 제조 방법{PROBE FOR SCANNING PROBE MICROSCOPE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 광학적 방법으로 기판의 뒷면으로부터 변위 및 속도를 검출할 수 있는 작은 캔틸레버를 포함하는 주사형 프로브 현미경용 프로브 구조 및 프로브를 제조하는 방법에 관한 것이다.

도 1 은 종래의 주사형 프로브 현미경용 프로브의 구조를 나타내는 사시도로서, 도 1 의 (A) 는 제 1 실시예에 따른 주사형 프로브 현미경의 종래의 현미경의 구조를 나타내는 사시도이며, 도 1 의 (B) 는 제 2 실시예에 따른 주사형 프로브 현미경의 종래의 현미경의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 1 의 (A) 에 도시된 바와 같이, 프로브는 기부 (기판; 101) 로부터 연장된 단광 캔틸레버 (102) 를 포함한다. 측정 대상물 및 측정 방법에 적합한 프로브 팁 (103) 은 요구되는 대로 캔틸레버 (102) 의 선단부에 부착된다. 일반적으로, 기부 (101) 용 재료는 실리콘이다. 전형적으로, 기부 (101) 는 약 1.6 밀리미터의 폭과 약 3.4 밀리미터의 길이를 갖는다. 캔틸레버 (102) 는 실리콘, 실리콘 질화물, 또는 금속을 증착시킨 것 등의 다양한 재료로 형성된다. 도 1 의 (B) 에 도시된 바와 같이, 광 캔틸레버는 사각형과 같은 다양한 형상을 가 지며, 요구되는 대로 적용된다. 전형적으로, 캔틸레버 (102 또는 104) 는 100 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 길이를 갖는다.

도 2 및 도 3 은 종래의 주사형 프로브 현미경이 전형적으로 사용되는 방식을 나타내는 도면이다.

이 도면들에서, 기부 (11) 가 압전기 장치를 포함하는 주사형 장치 (도시되지 않음) 에 장착된다. 캔틸레버 (112) 의 프로브 팁 (113) 이 캔틸레버 (112) 가 측정 대상물 (114) 의 표면을 덧그리도록 측정 대상물의 표면을 주사한다. 주사형 프로브 현미경은 프로브 팁 (113) 과 측정 대상물 (114) 사이의 원자력이나 자력 등의 상호작용에 의해 생기는 캔틸레버 (112) 의 변형을 검출하여, 컴퓨터그래픽을 이용하여 측정 대상물 (114) 의 요철이나 자화를 가시화한다. 일반적으로, 주사형 프로브 현미경은 광학적 수단에 의해 캔틸레버 (112) 의 변형을 검출한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 광학 레버를 포함하는 광학 수단을 이용하는 경우, 레이저 빛 (155) 은 캔틸레버 (112) 의 뒷면에서 반사되고, 반사광 (116) 의 각은 포토다이오도에 의해 검출된다. 대조적으로 도 3 에 도시된 바와 같이, 광학 간섭계 (interferometer) 를 포함하는 광학 수단을 이용하는 경우, 입사광 (122) 및 출사광 (123) 은 동일한 광학 경로를 따라 이동한다.

어느 경우도, 캔틸레버 (112) 의 뒷면에 반사시키는 광이 기부 (111) 의 단부 (111A) 에 의해 가로막히는 것을 방지하기 위해서, 캔틸레버 (112) 는 기부 (111) 상에 위치하지 않고, 기부 (111) 로부터 외부를 향해 돌출한다.

또, 종래의 프로브로는, 이하의 특허문헌 1 - 4에 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평 5-66127호 (제 4-5 쪽 및 도 1)

특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평 9-105755호 (제 4-5 쪽 및 도 1)

특허문헌 3: 일본 공개특허공보 평 10-90287호 (제 3-4 쪽 및 도1)

특허문헌 4: 일본 공개특허공보 평 10-221354호(제 3-5 쪽 및 도1)

그러나, 이러한 종래의 프로브의 구조는 캔틸레버가 작아지는 경우 문제를 일으킨다.

캔틸레버의 고유 진동수의 변화로부터 측정 대상물과 캔틸레버의 사이의 힘을 찾기 위해 사용되는 주사형 프로브 현미경의 비접촉식 (non-contact mode) 라고 알려진 동작 모드에 있어서, 캔틸레버의 치수를 미소화하는 것은 측정을 고속화를 촉진하고, 작은 힘을 검출하기 위해서 이용된다.

도 4 는 종래의 프로브에 있어서 캔틸레버만을 축소했을 경우를 나타내는 사시도다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 기부 (131) 가 현미경 본체에 장착하기 위해서 사용되므로, 기부 (131) 의 치수는 캔틸레버 (또는 진동자) 의 치수에 따르지 않고 실질적으로 일정하게 유지된다. 상기된 바와 같이, 기부 (131) 의 각 변이 1 밀리미터에서 수 밀리미터의 치수를 가진다. 대조적으로, 미소화된 캔틸레버 (132) 의 길이가 예컨대, 10 마이크로미터인 경우, 그리고 기부 (131) 와 측정 대상물 (133) 사이의 평행도가 정확하게 제어되지 않는 경우, 미소화된 캔틸레버 (132) 가 측정 대상물 (133) 에 도달하기 전에 기부 (131) 의 전방 가장자리의 모 서리 (134 또는 135) 가 측정 대상물 (133) 에 먼저 접촉하게 된다.

측정 대상물 (133) 의 대부분은 기부 (131) 에 의해 은폐되어 관찰될 수 없기 때문에, 미소화된 캔틸레버 (132) 가 접촉되어야 하는 위치를 결정하는 것이 곤란해 진다.

따라서, 본 발명은 캔틸레버의 기부가 측정 대상물과 접촉하지 않고 캔틸레버의 기부에 의해 대상물이 은폐되는 일이 없는, 대상물을 정확하게 측정할 수 있는 주사형 프로브 현미경용 프로브 및 이 프로브의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기된 목적을 이루기 위해 본 발명은 다음과 같은 특징적 구성을 갖는다.

(1) 주사형 프로브 현미경용 프로브는, 프로브 현미경용 프로브의 기부, 기부로부터 수평방향으로 연장된 지지용 캔틸레버, 및 지지용 캔틸레버의 선단부에 배치되며, 길이가 20 마이크로미터 이하, 두께가 1 마이크로미터 이하인 측정용 캔틸레버를 포함한다.

(2) 상기 (1) 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브에서, 기부 및 지지용 캔틸레버는 단결정 실리콘으로 형성되며, 측정용 캔틸레버는 단결정 실리콘 박막으로 형성되고, 지지용 캔틸레버의 선단부에 측정용 캔틸레버가 결합된다.

(3) 상기 (1) 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브에서, 지지용 캔틸레버의 선단부는 경사면을 갖도록 가공되어, 측정용 캔틸레버의 광학적인 관찰을 방해하지 않는다.

(4) 상기 (1) 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브에서, 측정용 캔틸레버의 길이는 측정용 캔틸레버의 두께를 측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버 사이의 결합부의 두께 미만으로 감소시켜 정확하게 규정된다.

(5) 상기 (1) 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브에서, 측정용 캔틸레버의 길이는 측정용 캔틸레버의 폭을 측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버 사이의 결합부의 폭 미만으로 감소시켜 정확하게 규정된다.

(6) 상기 (2) 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브를 제조하는 방법에서, 기부 및 지지용 캔틸레버는 단결정 실리콘 기판을 가공해서 제조되며, 측정용 캔틸레버는 단결정 실리콘 기판과는 달리 SOI 기판의 단결정 실리콘 박막을 가공하고, 측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버는 결합되며, 그리고 SOI 기판으로부터 핸들링 웨이퍼 및 매립 산화막은 제거된다.

(7) 상기 (6) 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브를 제조하는 방법에서, 습식 에칭에 의해 측정용 캔틸레버의 선단부에 프로브 팁이 형성된다.

본 발명은 다음 같은 이점을 갖는다.

(A) 청구항 1 에 기재된 바와 같이, 미소화된 측정용 캔틸레버는 지지용 캔틸레버의 선단부에 제공되는 구조를 갖는 프로브는 측정 대상물의 관찰을 쉽게하며, 기부가 대상물과 접촉하는 것을 효과적으로 방지한다.

(B) 청구항 2 에 기재된 바와 같이, 단결정 실리콘으로 형성된 기부와, 지지용 캔틸레버 및 단결정 실리콘 박막으로 형성된 측정용 캔틸레버를 포함하는 프로브는, 특히 측정용 캔틸레버가 진동되는 비접촉식 AFM 에서 높은 Q 값의 진동을 제공할 수 있다.

(C) 청구항 3 에 기재된 바와 같이, 지지용 캔틸레버의 경사진 선단부를 갖는 프로브는 측정용 레버가 광학적으로 관찰되는 경우 지지용 캔틸레버의 선단부가 빛을 차단하는 것을 방지할 수 있다.

(D) 청구항 4 에 기재된 바와 같이, 측정용 캔틸레버의 길이가 더 얇은 부분의 길이에 의해 결정되는 프로브는, 측정용 캔틸레버 및 지지용 캔틸레버 사이의 배치 정밀도와 관계없이 측정용 캔틸레버의 길이를 정확하게 설정할 수 있다.

(E) 청구항 5 에 기재된 바와 같이, 측정용 캔틸레버의 길이가 폭이 감소된 부분의 길이에 의해 결정되는 프로브는, 측정용 캔틸레버 및 지지용 캔틸레버 사이의 배치 정밀도와 관계없이 측정용 캔틸레버의 길이를 정확하게 설정할 수 있다.

(F) 청구항 6 에 기재된 바와 같이, 지지용 캔틸레버 및 측정용 캔틸레버를 다른 기판으로 제조한 다음 서로 결합하는 프로브의 제조 방법에 따르면, 프로브가 결합 공정을 이용하지 않고 제조되는 방법과 비교하여 기판에 복잡한 형상을 형성하는 것이 쉬워지며, 높은 생산율을 얻을 수 있다.

(G) 청구항 7 에 기재된 바와 같이, 프로브 팁을 습식 에칭으로 제조하는 프로브 팁의 제조 방법에 따르면, 청구항 6 에 기재된 제조 방법과의 정합성이 높게 되며, 석판술 공정의 정밀도에 관계없이 결정 이방성을 이용하여 작은 곡률 반경을 갖는 프로브 팁을 얻을 수 있다.

본 발명은 프로브 현미경용 프로브의 기부, 기부로부터 수평방향으로 연장된 지지용 캔틸레버, 및 지지용 캔틸레버의 선단부에 설치되며, 길이가 20 마이크로미터 이하, 두께가 1 마이크로미터 이하인 측정용 캔틸레버를 포함하는 주사형 프로브 현미경용 프로브를 제공한다.

도 1 은 종래의 주사형 프로브 현미경용 프로브의 구조의 사시도이다.

도 2 는 종래의 주사형 프로브 현미경이 전형적으로 사용되는 방식을 나타내는 도면이다 (제 1 경우).

도 3 은 종래의 주사형 프로브 현미경이 전형적으로 사용되는 방식을 나타내는 도면이다 (제 2 경우).

도 4 는 캔틸레버의 치수만 감소된 종래의 프로브의 사시도이다.

도 5 는 본 발명의 청구항 1 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브의 사시도이다.

도 6 은 본 발명의 청구항 3 에 기재된 주사형 프로브 현미경용 프로브의 사시도이다.

도 7 은 본 발명의 청구항 4 에 기재된 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 사시도이다.

도 8 은 본 발명의 청구항 5 에 기재된 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 사시도이다.

도 9 는 본 발명에 따른 주사형 프로브 현미경의 프로브의 기부 및 지지용 캔틸레버의 제조 공정의 예를 나타내는 도면이다.

도 10 은 본 발명에 따른 측정용 캔틸레버의 제조 공정의 예를 나타내는 도 면이다.

도 11 은 본 발명에 따른 지지용 캔틸레버 및 측정용 캔틸레버의 제조 공정을 나타내는 도면이다.

도 12 는 본 발명의 청구항 7 에 의해 기재된 방법을 이용하여 제조된 프로브를 나타내는 도면이다.

도 13 은 본 발명의 청구항 7 에 의해 기재된 방법을 이용하여 제조된 프로브의 제조 공정을 나타내는 도면이다.

제 1 실시예

본 발명의 제 1 실시예가 이하 상세하게 설명된다.

도 5 는 본 발명의 청구항 1 에 기재된 프로브 현미경용 프로브의 사시도이며, 도 5 의 (A) 는 프로브 현미경용 전체 프로브의 사시도이고, 도 5 의 (B) 는 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 확대도이다.

이러한 도면에 나타낸 바와 같이, 지지용 캔틸레버 (2) 는 기부 (1) 에서부터 연장되어 있다. 측정용 캔틸레버 (3) 는 지지용 캔틸레버 (2) 의 선단부에 장착된다. 프로브 팁 (4) 은 필요에 따라 측정용 캔틸레버 (3) 의 선단부에 제공된다.

청구항 2 에 기재된 프로브는 기부 (1), 단결정 실리콘으로 형성된 지지용 캔틸레버 (2), 및 단결정 실리콘 박막으로 형성된 측정용 캔틸레버 (3) 를 포함한다.

이러한 구조는 진동시 측정용 캔틸레버가 사용되는 비접촉식 AFM (원자력 현미경) 에서 측정용 캔틸레버의 진동의 높은 Q 값을 제공할 수 있다.

도 6 은 본 발명의 청구항 3 에 기재된 프로브 현미경용 프로브의 사시도로서, 도 6 의 (A) 는 프로브 현미경용 전체 프로브의 사시도이고, 도 6 의 (B) 는 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 확대도이다.

이러한 도면에 도시된 바와 같이, 지지용 캔틸레버 (12) 는 기부 (11) 에서부터 연장되어 있다. 지지용 캔틸레버 (12) 의 선단부에 결합된 측정용 캔틸레버 (13) 가 광학적으로 관찰될 때, 지지용 캔틸레버 (12) 에 의해 빛이 차단되는 것을 방지하기 위해, 경사면 (12A) 이 지지용 캔틸레버 (12) 의 선단부에 형성된다. 또한, 경사면 (12A) 의 경사각 (θ) 은 예각이다.

도 7 은 본 발명의 청구항 4 에 기재된 프로브의 지지용 캔틸레버의 상단부의 사시도로서, 도 7 의 (A) 는 측정용 캔틸레버가 삼각형 형상인 제 1 실시예의 사시도이고, 도 7 의 (B) 는 측정용 캔틸레버가 사각형 형상인 제 2 실시예의 사시도이다.

도 7 의 (A) 에서, 부호 '21' 은 지지용 캔틸레버를 나타내며, 부호 '22' 는 측정용 캔틸레버를 나타낸다. 측정용 캔틸레버 (22) 는 전체적으로 편평한 삼각형 형상이다. 부호 '23' 은 측정용 캔틸레버 (22) 의 기부를 나타내며, 부호 '24' 는 측정용 캔틸레버 (22) 의 전방부를 나타내며, 부호 '25' 는 두께 방향으로 측정용 캔틸레버 (22) 의 단차부를 나타내고, 부호 '26' 는 프로브 팁을 나타낸다. 여기서, 프로브 현미경용 프로브의 기부 (도시되지 않음), 기부로부터 수평방향으 로 연장된 지지용 캔틸레버 (21), 및 지지용 캔틸레버 (21) 의 선단부와 결합되며, 길이가 20 마이크로미터 이하, 두께가 1 마이크로미터 이하인 측정용 캔틸레버 (22) 가 제공된다.

측정용 캔틸레버 (22) 의 전방부 (24) 는 대상물 주사시 변형이 관찰되는 측정용 장치로서 기능한다. 단차부 (25) 는 기부 (23) 와 전방부 (24) 사이의 경계에서 두께 방향으로 형성되며, 전방부 (24) 의 두께는 기부 (23) 의 두께보다 작게 형성된다. 여기서, 'L₁' 은 측정용 캔틸레버 (22) 의 전방부 (24) 의 설정 길이를 나타낸다.

도 7 의 (B) 에서, 부호 '31' 는 지지용 캔틸레버를 나타내며, 부호 '32' 는 측정용 캔틸레버를 나타낸다. 측정용 캔틸레버 (32) 는 전체적으로 편평한 사각형으로 되어있다. 부호 '33' 는 측정용 캔틸레버 (32) 의 기부를 나타내며, 부호 '34' 는 측정용 캔틸레버 (32)의 전방부를 나타내고, 부호 '35' 는 두께 방향으로 측정용 캔틸레버 (32) 의 단차부를 나타내며, 부호 '36' 는 프로브 팁을 나타낸다. 도 7 의 (A) 에서와 같이, 지지용 캔틸레버 (31) 의 기부는 여기서 도시되지 않았다.

측정용 캔틸레버 (32) 의 전방부 (34) 는 대상물 주사시 변형이 관찰되는 측정용 장치로서 기능한다. 단차부 (35) 는 기부 (33) 와 전방부 (34) 사이의 경계에서 두께 방향으로 형성되며, 전방부 (34) 의 두께는 기부 (33) 의 두께보다 작게 형성된다. 여기서, 'L₂' 는 측정용 캔틸레버 (32) 의 전방부 (34) 의 설정 길이를 나타낸다.

이러한 구조를 갖는 프로브에서, 측정용 캔틸레버의 길이는 얇은 두께를 갖는 부분의 길이로서 규정될 수 있다. 따라서, 측정용 캔틸레버의 길이는 측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버 사이의 배치의 정밀도와 관계없이 정확하게 설정될 수 있다.

도 8 은 본 발명의 청구항 5 에 기재된 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 사시도로서, 도 8 의 (A) 는 측정용 캔틸레버의 전방부가 삼각형 형상인 제 1 실시예의 사시도이고, 도 8 의 (B) 는 측정용 캔틸레버의 전방부가 사각형 형상인 제 2 실시예의 사시도이다.

도 8 의 (A) 에서, 부호 '41' 은 지지용 캔틸레버를 나타내며, 부호 '42' 는 측정용 캔틸레버를 나타낸다. 부호 '43' 은 측정용 캔틸레버 (42) 의 기부를 나타내며, 부호 '44' 는 측정용 캔틸레버 (42) 의 전방부를 나타낸다. 전방부 (44) 는 예리한 선단부를 갖는 편평한 삼각형 형상을 갖는다. 부호 '45' 는 폭 방향으로 기부 (43) 와 전방부 (44) 사이의 경계에 형성된 단차부를 나타낸다. 부호 '46' 는 프로브 팁을 나타낸다. 지지용 캔틸레버 (41) 의 기부는 여기에 도시되지 않았다.

여기서, 프로브 현미경용 프로브의 기부 (도시되지 않음), 이 기부로부터 수평방향으로 연장된 지지용 캔틸레버 (41), 및 지지용 캔틸레버 (41) 의 선단부와 결합되며, 길이가 20 마이크로미터 이하, 두께가 1 마이크로미터 이하인 측정용 캔틸레버 (42) 가 제공된다.

측정용 캔틸레버 (42) 의 전방부 (44) 는 대상물 주사시 변형이 관찰되는 측정용 장치로서 기능한다. 단차부 (45) 는 기부 (43) 와 전방부 (44) 사이의 경계에서 폭 방향으로 형성되며, 전방부 (44) 의 폭은 기부 (43) 의 폭보다 작게 형성된다. 여기서, 'L₃' 은 측정용 캔틸레버 (42) 의 전방부 (44) 의 설정 길이를 나타낸다.

도 8 의 (B) 에서, 부호 '51' 는 지지용 캔틸레버를 나타내며, 부호 '52' 는 측정용 캔틸레버를 나타낸다. 부호 '53' 는 측정용 캔틸레버 (52) 의 기부를 나타내며, 부호 '54' 는 측정용 캔틸레버 (52)의 전방부를 나타낸다. 전방부 (54) 는 편평한 사각형으로 되어있다. 부호 '55' 는 폭 방향에서의 단차부를 나타낸다. 부호 '56' 은 프로브 팁을 나타낸다. 지지용 캔틸레버 (51) 의 기부는 여기서 도시되지 않았다.

여기서, 프로브 현미경용 프로브의 기부 (도시되지 않음), 기부로부터 수평방향으로 연장된 지지용 캔틸레버 (51), 및 지지용 캔틸레버 (51) 의 선단부와 결합되며, 길이가 20 마이크로미터 이하, 두께가 1 마이크로미터 이하인 측정용 캔틸레버 (52) 가 제공된다.

측정용 캔틸레버 (52) 의 전방부 (54) 는 대상물 주사시 변형이 관찰되는 측정용 장치로서 기능한다. 단차부 (55) 는 기부 (53) 와 전방부 (54) 사이의 경계에서 폭 방향으로 형성되며, 전방부 (54) 의 폭은 기부 (53) 의 폭보다 작게 형성된다. 여기서, 'L₄' 은 측정용 캔틸레버 (52) 의 전방부 (54) 의 설정 길이를 나타낸다.

이러한 구조를 갖는 프로브에서, 측정용 캔틸레버의 길이는 짧은 폭을 갖는 부분의 길이로서 규정될 수 있다. 따라서, 측정용 캔틸레버의 길이는 측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버 사이의 배치의 정밀도와 관계없이 정확하게 설정될 수 있다.

특히, 도 7 및 도 8 에 도시된 프로브에 있어, 측정용 캔틸레버가 지지용 캔틸레버와 결합되는 경우, 엄밀한 배치 정밀도가 요구되지는 않는다. 따라서, 이러한 프로브는 이러한 경우 효과적이다.

청구항 6 에 기재된 프로브의 제조 방법이 도 9, 도 10 및 도 11 을 참조하여 이하 설명된다.

도 9 는 본 발명에 따른 프로브 현미경의 프로브 기부 및 지지용 캔틸레버의 제조 공정의 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 9 의 (A) 는 전체적인 사시도이고, 도 9 의 (B) 는 도 9 의 (A) 에 도시된 영역 (A) 의 확대도이며, 도 9 의 (C) 는 도 9 의 (B) 에 도시된 영역 (B) 의 확대도이다.

여기서, 기부 (63) 및 지지용 캔틸레버 (64) 가, 단결정 실리콘 기판 (61) 을 가공하여 형성된 프레임 (62) 에 지지된 상태에서 제조된다. 도 9 에서, 복수의 기부 (63) 가 단결정 실리콘 기판 (61) 의 프레임 (62) 에 지지되지만, 한번에 가공되는 기부 (63) 와 지지용 캔틸레버 (64) 의 개수, 및 기부 (63) 와 지지용 캔틸레버 (64) 를 지지하기 위한 방식은 도 9 에 도시된 것에 한정되지는 않는다.

도 10 은 본 발명의 측정용 캔틸레버의 제조 공정의 실시예를 나타내는 도면 으로, 도 10 의 (A) 는 전체적인 사시도이며, 도 10 의 (B) 는 도 10 의 (A) 에 도시된 영역 (A) 의 확대도이다.

도 10 에 도시된 바와 같이, 측정용 캔틸레버 (76) 는 SOI 기판 (71) 의 단결정 실리콘 박막층 (75) 을 가공하여 제조된다. 여기서, 측정용 캔틸레버 (76) 는 사각형 형상이다. 그러나, 측정용 캔틸레버의 형상은 사각형 형상에 한정되지는 않는다. 도 10 의 (B) 에서, 부호 '74' 및 부호 '73' 은 각각 SOI 기판 (71) 의 매립 산화막 및 핸들링 웨이퍼를 나타낸다.

도 11 은 본 발명에 따른 지지용 캔틸레버 및 측정용 캔틸레버의 제조 공정을 나타내는 도면으로, 도 11 의 (A) 는 지지용 캔틸레버 및 측정용 캔틸레버의 결합 공정을 나타내는 도면이며, 도 11 의 (B) 는 제조된 프로브의 선단부의 확대도이다.

도 10 에 도시된 측정용 캔틸레버 (76) 가 형성된 SOI 기판 (71) 은 뒤집어진다 (도 10 에 도시되지 않음). 그 후, SOI 기판 (71) 은 도 9 에 도시된 기부 (63) 및 지지용 캔틸레버 (64) 가 형성되는 실리콘 기판 (61) 과 결합된다.

그 결과, 도 11 의 (A) 에 도시된 바와 같이, 측정용 캔틸레버 (76) 는 지지용 캔틸레버 (64) 의 선단부와 결합된다.

다음으로, SOI 기판 (71) 의 핸들링 웨이퍼 (73) 및 매립 산화막 (74) 이 제거되어, 프로브가 제조된다. 도 11 의 (B) 는 제조된 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 확대도이다.

도 12 는 본 발명의 청구항 7 에 기재된 방법을 이용하여 제조된 프로브를 나타내며, 도 12 의 (A) 는 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 사시도이며, 도 12 의 (B) 는 프로브의 지지용 캔틸레버의 선단부의 후방 사시도이다. 도 13 은 본 발명의 청구항 7 에 기재된 방법을 이용하는 프로브의 제조 공정을 나타내는 도면으로, 도 13 의 (A) 는 도 11 의 (B) 에 도시된 지지용 캔틸레버 (64) 의 선단부를 후방에서 본 것이며, 도 13 의 (B) - (D) 는 측정용 캔틸레버의 선단부를 확대시킨 프로브 팁 (79) 의 제조 공정을 나타낸다.

이러한 도면에서, 부호 '64' 는 지지용 캔틸레버를 나타내며, 부호 '76' 는 측정용 캔틸레버를 나타내고, 부호 '77' 는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 나타내고, 부호 '78' 는 경사면을 나타내며, 부호 '79' 는 프로브 팁을 나타낸다.

여기서, 측정용 캔틸레버 (76) 의 표면 방향은 표면 (100) 이어야 한다. 또한, 측정용 캔틸레버 (76) 의 길이방향 축선은 방향 〈110〉어야 한다. 도 13 의 (B) 에 도시된 바와 같이, 측정용 캔틸레버 (76) 의 측면 및 뒷면은 실리콘 질화막 (77) 에 의해 덮인다. 그러나, 측정용 캔틸레버 (76) 의 상면은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 (77) 으로 덮일 필요는 없다. 이 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 (77) 은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 11 의 (A) 에 도시된 단계에서, 질화막이 전체 표면에 형성된다. 질화막을 용해시키지 않는 화학물질이 SOI 기판 (71) 의 핸들링 웨이퍼 (73) 및 매립 산화막 (74) 이 제거될 때 사용되면, 측정용 캔틸레버 (76) 의 측면 및 뒷면은 다른 어떤 처리도 없이 도 11 의 (B) 에 도시된 단계에서 실리콘 질화막 (77) 에 의해 덮인다.

다음으로, 도 13 의 (C) 에 도시된 단계에서, 측정용 캔틸레버 (76) 가 알카 리 수성 용액으로 습식 에칭되어, 측정용 캔틸레버 (76) 의 두께가 감소된다. 느린 에칭 속도 때문에, 전방 가장자리를 지닌 경사면 (78) 이 표면 (111) 에 형성된다. 마지막으로, 도 13 의 (D) 에 도시된 단계에서, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 (77) 이 제거되어 프로브 팁 (79) 을 얻을 수 있다.

본 발명은 상기된 실시예를 참조하여 나타나고 설명되었지만, 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 이러한 변형은 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않는다.

본 발명에 따라서, 원자력 또는 자력과 같이 프로브 팁과 대상물 사이에 상호작용으로 발생되는 캔틸레버의 변형을 정확하게 측정할 수 있어, 미세하고 정확한 측정을 제공하는 주사형 프로브 현미경용 프로브가 제공된다.

Claims

(a) 프로브 현미경용 프로브의 기부,

(b) 기부로부터 수평방향으로 연장된 지지용 캔틸레버, 및

(c) 지지용 캔틸레버의 선단부에 제공되며, 길이가 20 마이크로미터 이하, 두께가 1 마이크로미터 이하인 측정용 캔틸레버를 포함하는 주사형 프로브 현미경용 프로브.
제 1 항에 있어서, 기부 및 지지용 캔틸레버는 단결정 실리콘으로 형성되며, 측정용 캔틸레버는 단결정 실리콘 박막으로 형성되고, 지지용 캔틸레버의 선단부에 측정용 캔틸레버가 결합되는 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 프로브.
제 1 항에 있어서, 지지용 캔틸레버의 선단부는 경사면을 갖도록 가공되어, 측정용 캔틸레버의 광학적 관찰을 방해하지 않는 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 프로브.
제 1 항에 있어서, 측정용 캔틸레버의 길이는 측정용 캔틸레버의 두께를 측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버 사이의 결합부의 두께 미만으로 감소시켜 정확하게 규정되는 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 프로브.
제 1 항에 있어서, 측정용 캔틸레버의 길이는 측정용 캔틸레버의 폭을 측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버 사이의 결합부의 폭 미만으로 감소시켜 정확하게 규정되는 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 프로브.
제 2 항에 따른 주사형 프로브 현미경용 프로브를 제조하는 방법에 있어서,

기부 및 지지용 캔틸레버를 단결정 실리콘 기판을 가공해서 제조하는 단계,

단결정 실리콘 기판과는 다른 SOI 기판의 단결정 실리콘 박막을 가공하여 측정용 캔틸레버를 제조하는 단계,

측정용 캔틸레버와 지지용 캔틸레버를 결합시키는 단계, 및

SOI 기판의 핸들링 웨이퍼 및 매립 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 주사형 프로브 현미경용 프로브의 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 습식 에칭에 의해 측정용 캔틸레버의 선단부에 프로브 팁을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 프로브 현미경용 프로브의 제조 방법.