KR20080006911A - 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법 - Google Patents

원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20080006911A
KR20080006911A KR1020060066245A KR20060066245A KR20080006911A KR 20080006911 A KR20080006911 A KR 20080006911A KR 1020060066245 A KR1020060066245 A KR 1020060066245A KR 20060066245 A KR20060066245 A KR 20060066245A KR 20080006911 A KR20080006911 A KR 20080006911A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
probe
cantilever
semiconductor substrate
atomic force
force microscope
Prior art date
Application number
KR1020060066245A
Other languages
English (en)
Inventor
서문석
신진국
이철승
이경일
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020060066245A priority Critical patent/KR20080006911A/ko
Priority to US11/614,492 priority patent/US20080011066A1/en
Publication of KR20080006911A publication Critical patent/KR20080006911A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00—Details not covered by any other group of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/10—Shape or taper
    • G01Q70/12—Nanotube tips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

본 발명은 포토리소그라피 공정을 이용하여 다양한 형태의 원자간력 현미경용 캔틸레버의 탐침 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침은 반도체 기판으로 형성된 핸들링부, 핸들링부의 저면에 막대형상으로 연장 형성된 캔틸레버부, 캔틸레버부의 일측면에 연장 형성되어 수직으로 돌출된 첨두 형상으로 이루어진 탐침부, 탐침부의 첨두에 형성되어 분석 대상물의 표면과 접하는 탐침을 포함한다.
따라서, 본 발명은 일반적인 포토리소그라피 공정을 통하여 다양한 형태의 수백 나노미터의 탐침을 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있으며, 이와 더불어 캔틸레버의 두께를 용이하게 설정할 수 있어, 설계상의 캔틸레버의 자연 공명 진동수를 용이하게 얻을 수 있다.
캔틸레버, 탐침, 포토리소그라피

Description

원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법{AFM cantilever and method for manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 따른 원자간력 현미경 캔틸레버 탐침의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 원자간력 현미경 캔틸레버 탐침의 단면도,
도 3a 내지 도 3l은 본 발명의 일실시예에 따른 원자간력 현미경 캔틸레버 탐침의 제조공정도.
<<발명의 주요부분에 대한 부호의 설명>>
200: 원자간력 현미경용 탐침 210: 탐침부
220: 탐침 230: 캔틸레버부
240: 핸들링부 300: 제1 반도체 기판
310: 층간 절연막 320: 제2 반도체 기판
340: 제1 실리콘 산화막 350: 제1 실리콘 질화막
360: 제2 실리콘 산화막 370: 감광막
380: 노출 영역 390: 여분 영역
400: 열산화막 410: 캔틸레버 패턴
본 발명은 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다자세하게는 포토리소그라피 공정과 식각공정을 이용하여 형성된 다양한 형태의 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
원자간력 현미경 캔틸레버의 탐침부는 탐침이 뾰족한 형태이다. 이러한 탐침부는 일반적으로 반도체 기판을 습식 식각 또는 건식 식각하여 뾰족한 형태로 형성하며, 습식 식각을 통하여 형성된 탐침부는 피라미드 모양이며, 건식 식각을 통하여 형성된 탐침부는 콘(cone)모양을 이루고 있다.
아울러, 최근에는 탄소나노튜브를 탐침부의 첨두부에 성장시키거나, 접착시킴으로써 길이는 아주 길며, 바닥 면적이 작은 고종횡비(high aspect-ratio) 형태의 탐침을 개발하였다.
한편, 이와는 다르게 반도체 공정에서 식각된 부분의 측벽 이미지를 정확하게 획득하기 위하여 탐침의 끝 부분을 특수 가공하여 식각된 부분의 측벽을 측정할 수 있는 캔틸레버도 개발되어 원자간력 현미경을 다양한 분야에 적용할 수 있게 되었다.
그러나, 이러한 종래의 원자간력 현미경 캔틸레버의 탐침은 실용상 다음과 같이 여러 가지 문제점을 가지고 있다.
그 문제점은 첫째로, 캔틸레버 모양을 만들기 위해 습식 식각(wet etch)을 할 경우, 캔틸레버의 두께가 상단과 하단의 차이가 커서 설계상의 캔틸레버의 자연 공명 진동수(natural resonance frequency)를 얻기 힘들며, 캔틸레버 끝단의 V형 각도를 만들기 위하여 초기 사진공정(photo-lithography)에서 캔틸레버 패턴을 웨이퍼 절단면을 기준으로 어느 특정한 각을 갖는 정확한 사진공정이 필요하다. 사진공정에서의 각도가 틀어지면 캔틸레버 끝단에 노출되는 식각 단면이 다른 결정 방향으로 도출되어 원하는 탐침의 형태를 형성할 수 없다.
또한, 정확한 각을 이룬 상태에서 사진공정을 실시한 후 실리콘을 습식 식각할 때 여러 번에 추가적인 사진 공정을 거쳐야 원하는 경사면을 만들 수 있으며, 이는 제조상 가장 큰 문제점이 된다.
따라서, 제품의 단가가 높고 수율도 낮으며, 제조 신뢰성(reliability)이 매우 낮게 된다.
둘째로, 피라미드 모양 또는 콘 모양의 캔틸레버 탐침은 그 끝이 날카롭지 못하여 나노미터 영역을 스캐닝(scanning)할 때 넓은 영역의 데이터가 읽혀져서 원하는 곳의 정확한 전하를 읽기 어렵다. 따라서, 해상도가 낮게 된다.
셋째, 전하량이 분포된 시료에 캔틸레버 탐침을 근접시킬 때 캔틸레버를 수직으로 세워야만 원하는 정보를 얻을 수 있다.
넷째, 고종횡비 영역을 스캐닝하기 위한 캔틸레버 또는 식각된 부분의 측벽 이미지를 스캐닝하기 위한 캔틸레버의 제조 시 별도의 공정을 통하여 탐침부를 재가공하여야 하므로 이에 따르는 비용이 매우 크게 소모될 뿐 아니라 생산효율이 저 하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 다양한 형태의 원자간력 현미경용 캔틸레버의 탐침 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 일반적인 포토리소그라피 공정을 이용하여 수 내지 수백 나노 스캐일의 미세한 탐침을 형성할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 별도의 특수 가공공정 없이 고종횡비의 탐침을 형성할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전하량이 분포된 시료에 캔틸레버 탐침의 근접 시 캔틸레버를 수직으로 세우지 않고도 용이하게 시료의 표면을 스캐닝 할 수 있는 캔틸레버 탐침 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침은 반도체 기판으로 형성된 핸들링부, 핸들링부의 저면에 막대형상으로 연장 형성된 캔틸레버부, 캔틸레버부의 일측면에 연장 형성되어 수직으로 돌출된 첨두 형상으로 이루어진 탐침부 및 탐침부의 첨두에 형성되어 분석 대상물의 표면과 접하는 탐침을 포함한다.
본 발명에 있어서, 반도체 기판은 SOI 기판 또는 SIMOX 기판이다.
본 발명에 있어서, 탐침은 수 내지 수백 나노미터 폭의 고종횡비 구조물, 양 측면이 돌출된 구조물 및 탐침부의 중앙으로부터 12° 내지 20°의 각도로 휘어진 고종횡비 구조물 중 어느 하나이다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법은 제1 반도체 기판의 상부에 층간 절연막과 제2 반도체 기판이 순차적으로 형성되어 있는 기판의 상부에 다층 절연막을 형성하는 제1단계, 다층 절연막의 상부에 탐침 및 탐침부 패턴을 형성하는 제2단계, 다층 절연막, 제2 반도체 기판, 층간 절연막을 순차적으로 식각하는 제3단계, 제1 반도체 기판을 선택적으로 식각하여 탐침 및 탐침부를 형성하는 제4단계, 형성된 탐침부의 일측 끝단에 캔틸레버부 패턴을 형성하는 제5단계, 잔여 하는 다층 절연막, 제1 반도체 기판, 층간 절연막 및 제2 기판을 순차적으로 식각하여 캔틸레버부를 형성하는 제6단계, 기판의 전후면에 감광막을 도포하여 기판의 전후면에 감광막 패시베이션층을 형성하는 제7단계, 기판의 후면에 형성된 감광막 패시베이션층을 패터닝하여 핸들링부 패턴을 형성하는 제8단계, 핸들링부 패턴을 이용하여 제1 반도체 기판을 식각하는 제9단계 및 기판의 전후면에 존재하는 감광막 패시베이션을 제거하는 제10단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 다층의 절연막은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 교대로 증착하여 형성한다.
본 발명에 있어서, 제3단계의 다층의 절연막 식각은 선택적 습식 식각을 이용하며, 제4단계 또한 탐침의 릴리즈를 위하여 선택적 습식 식각을 이용한다.
본 발명에 있어서, 제4단계와 제5단계의 사이에 열산화 공정을 더 포함하여 탐침을 더욱 미세하고 날카롭게 형성한다.
본 발명에 있어서, 제6단계는 캔틸레버의 폭 만큼 제1 반도체 기판, 층간 절연막 및 제2 반도체 기판을 식각한다.
본 발명에 있어서, 제1 반도체 기판의 습식 식각은 과산화 칼륨 또는 TMAH를 이용한다.
앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 사시도는 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 원자간력 현미경 캔틸레버 탐침(200)은 반도체 기판으로 형성된 핸들링부(240), 핸들링부의 저면에 막대형상으로 연장 형성된 캔틸레버부(230), 캔틸레버부의 일측면에 연장 형성되어 수직으로 돌출된 첨두형 형상으로 이루어진 탐침부(220), 탐침부의 첨두에 형성되어 분석 대상물의 표면과 접하는 탐침(210) 즉, 탐침(210), 탐침부(220), 캔틸레버부(230) 및 핸들링부(240) 각각의 측면에 서로 연장 형성되어, 종래와 달리 탐침부 및 탐침이 캔틸레버부의 중앙이 아닌 일측 끝단에 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 원자간력 현미경 캔틸레버 탐침의 형태는 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 탐침부의 중앙으로부터 수직으로 수 내지 수백 나노미터 폭의 고종횡비 구조물로 이루어진 탐침, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 탐침부의 중앙으로부터 12°내지 20°의 각도(θ)로 휘어진 고종횡비 구조물로 이루어진 탐침, 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 양 측면에 돌출된 구조물로 이루어진 탐침 등 다양한 형태로 이루어져 있다.
이중, 도 2의 (B)와 같이 탐침이 탐침부의 중앙으로부터 일정한 각도를 가진 형태의 탐침은 실제로 원자간력 현미경에 적용하여 시료를 측정함에 있어, 캔틸레버 탐침이 약 15°의 각도로 휘어져 분석 대상물의 표면에 접하게 되는 현상을 고려하여 설계된 것으로 시료 분석의 정확성을 높일 수 있는 이점이 있으며, 도 2의 (C)와 같이 탐침의 양 측면에 돌출된 형태의 탐침은 고종횡비의 홈을 가지는 구조물의 양 측면을 분석하기에 용이한 이점이 있다.
이와 같은 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조공정을 첨부된 도 3a 내지 도 3l을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조공정은 도 3a와 같이 제1 반도체 기판(300)의 상부에 층간 절연막(310)과 제2 반도체 기판(320)을 형성한다.
본 발명의 일실시예에 있어서는, 제1 반도체 기판(300), 층간 절연막(310) 및 제2 반도체 기판(320) 형성공정을 대신하여, 제1 반도체 기판(300)은 단결정의 벌크형 실리콘으로, 층간 절연막(310)은 실리콘 산화막으로, 제2 반도체 기판(320)은 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 형성된 SOI(Silicon-On Insulator) 기판을 적용하며, SIMOX(Seperation by Implanted Oxygen) 기판을 적용할 수도 있다.
이후, 제2 반도체 기판의 상부에 다층의 절연막을 형성한다. 다층의 절연막은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 교대로 증착하여 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서는, 도 3a에 도시된 바와 같이 제2 반도체 기판(320)의 상부에 제1 실리콘 산화막(340), 제1 실리콘 질화막(350) 및 제2 실리콘 산화막으로 구성된 다층의 절연막을 형성한다(도 3a).
이때, 제1 실리콘 산화막(340)은 층간 절연막(310)의 두께에 비하여 약 2.5배 이상으로 두껍게 형성하여 이후 수행되는 식각공정 등으로부터 반도체 기판을 보호할 수 있도록 하는 것이 중요하다.
그리고, 제1 실리콘 산화막(340)은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, 이하 'CVD'라 한다) 또는 열산화법을 이용하여 형성하며, 제1 실리콘 질화막(350)은 CVD, 저압식 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, 이하 'LPCVD'라 한다), 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition, 이하 'PECVD'라 한다)법을 이용하여 형성하며, 제2 실리콘 산화막(350)은 CVD공정을 통하여 형성한다.
한편, 열산화법을 통하여 제1 실리콘 산화막(340)을 형성할 경우 반도체 기판의 상부뿐만 아니라 하부에도 제1 실리콘 산화막(340)을 형성할 수 있으며, LPCVD를 이용하여 제1 실리콘 질화막(350)을 형성할 경우에도 상기와 같이 반도체 기판의 하부에도 제1 실리콘 질화막을 형성할 수 있다.
다층의 절연막 형성공정이 완료되면, 절연막이 형성된 기판의 상부에 탐침부를 형성하기 위하여 탐침부 패턴 형성공정을 수행한다(도 3b).
이를 더욱 상세히 설명하면, 다층의 절연막 상부에 감광막을 형성한 후, 포토리소그라피 공정을 수행하여 탐침부 및 탐침을 형성하기 위한 감광막 패턴(370)을 형성한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 감광막은 음성 감광막을 이용하여 탐침부 및 탐침이 형성될 영역을 제외한 영역(380)이 노출될 수 있도록 패턴을 형성하고, 이와 더불어 탐침부가 형성될 영역과 접하는 여분의 영역(390)을 보호할 수 있는 감광막 패턴을 형성하여 이후 수행되는 캔틸레버부의 형성공정을 더욱 용이하게 하도록 한다.
이때, 탐침부 및 탐침을 형성하기 위한 감광막 패턴(370)은 다양한 형태로 적용할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같은 형태의 탐침을 형성하기 위한 패턴을 포토리소그라피 공정으로 용이하게 형성할 수 있다.
즉, 본 발명은 탐침부 및 탐침의 형상을 자유자재로 조절할 수 있어, 다양한 적용분야에 맞는 탐침을 공정상의 제약 없이 용이하게 제조할 수 있는 이점이 있는 것이다.
탐침 및 탐침부를 형성하기 위한 감광막 패턴(370) 형성공정이 수행된 후, 감광막 패턴을(370)이용하여 하부에 존재하는 다층의 절연막을 순차적으로 식각한 다.
도 3c는 도 3b의 A-A' 단면을 나타낸 것이다.
도 3c와 같이 다층의 절연막 중 최상부층에 해당하는 제2 실리콘 산화막(360)을 식각한 후, 제1 실리콘 질화막(350)을 식각한다.
이때, 제2 실리콘 산화막의 식각은 초순수와 불산을 혼합한 용액을 사용하거나, NH4F와 불산을 혼합한 BHF(buffered HF), BOE(buffered oxide etchant)용액을 사용한 습식 식각을 적용할 수 있으며, H 또는 F를 함유한 CF4가스, CHF3가스 등을 사용한 건식 식각을 적용할 수도 있다. 그리고, 제1 실리콘 질화막(350)은 선택적 습식 식각을 수행한다.
이로 인하여 식각된 제1 실리콘 질화막(350)은 도 3c와 같이 식각된 제2 실리콘 산화막(360)의 저면 일부까지 식각이 이루어져 식각된 제1 실리콘 질화막(350) 패턴이 제2 실리콘 산화막(360) 패턴에 비하여 더욱 작은 형태로 존재하게 된다(도 3c).
이후, 식각된 제1 실리콘 질화막(350)을 이용하여 제1 실리콘 산화막(340)을 습식 식각 또는 선택적 습식 식각을 수행하여 식각된 제1 실리콘 질화막(350)보다 더욱 작은 크기의 제1 실리콘 산화막(340) 패턴을 형성한다. 이때, 잔여하는 제2 실리콘 산화막은 제거된다(도 3d).
상기와 같은 다층의 절연막 식각 공정은 패턴의 축소를 유도하는 것으로 포토리소그라피 공정 및 식각 공정만을 사용하여 탐침부의 끝단에 존재하는 탐침의 크기를 수 내지 수백 나노미터의 크기로 형성할 수 있게 한다.
제1 실리콘 질화막(350)은 인산 용액(H3PO4)을 이용한 습식 식각으로 제거한 후, 식각된 제1 실리콘 산화막을 이용하여 제2 반도체 기판(320) 및 층간 절연막(310)을 식각한다.
제2 반도체 기판(320) 및 층간 절연막(310)의 식각은 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 수행하며, 이때, 제1 실리콘 산화막(340)은 층간 절연막(310)에 비하여 약 2.5배 이상의 두께로 두껍게 형성하여 결과적으로 제1 실리콘 산화막(340)이 제2 반도체 기판의 상부에 잔여하게 된다(도 3e).
그리고, 층간 절연막(310)의 저면에 존재하는 제1 반도체 기판(300)을 식각 한다(3f).
제1 반도체 기판(300)의 식각은 선택적인 습식 식각공정을 통하여 이루어지며, 이때, 사용되는 식각용액은 과산화 칼륨 또는 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)등이 적용될 수 있다.
이러한 식각용액은 수직으로 기판을 식각할 뿐 아니라, 수평으로도 기판을 식각하여 도 3f와 같은 형상으로 제1 반도체 기판(300)을 식각하게 되며, 이로 인하여 미세한 폭의 탐침은 제1 반도체 기판으로부터 자연스럽게 릴리즈된다.
그리고, 탐침을 더욱 미세하고 날카롭게 형성하기 위하여 습식 또는 건식 열산화 공정을 수행(3g)한 후, 형성된 열산화막(400)을 제거하는 공정을 추가할 수 있다.
이러한 습식 또는 건식 열산화 공정은 원하는 탐침의 형태 및 크기에 맞게 적정한 공정을 선택하여 수행하는 것이 바람직하며, 열산화막(400)의 제거는 별도의 공정을 수행하여 이루어질 수도 있으나, 이후 캔틸레버를 형성하기 위하여 수행되는 식각 공정으로 제거할 수도 있다.
상기의 일련의 고정을 통하여 탐침부 및 탐침을 형성한 후, 도 3h와 같이 탐침부가 형성된 영역과 접하는 여분의 영역(390) 상에 캔틸레버 패턴(410)을 형성한다. 이때, 캔틸레버 패턴은 미리 형성된 탐침부의 끝단과 중첩되어 형성될 수 있도록 한다.
캔틸레버 패턴(410)의 형성공정은 포토리소그라피 공정을 수행하여 용이하게 형성할 수 있으며, 캔틸레버 패턴(410)의 형성시 캔틸레버의 두께(H)를 용이하게 결정할 수 있는 이점이 있다(3h).
이후, 노출된 제1 실리콘 산화막(340)을 식각하고(3i), 순차적으로 제2 반도체 기판(320), 층간 절연막(310) 및 제1 반도체 기판(300)을 식각하여 캔틸레버부를 형성한다(3j).
이때, 식각된 깊이(D)는 캔틸레버의 폭으로 결정되므로 캔틸레버 폭 만큼 식각 두께를 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 잔여하는 캔틸레버 패턴(410) 즉, 감광막 패턴을 제거하고 제1 실리콘 산화막(340)을 제거하는 공정을 수행한다.
만약, 탐침을 더욱 미세하고 날카롭게 형성하기 위한 열산화막이 형성되어 있을 경우, 열산화막(400)과 제1 실리콘 산화막(340)이 동시에 식각될 수 있다.
따라서 도 3k와 같은 탐침(420), 탐침부(도시하지 않음), 캔틸레버부(430)를 형성할 수 있다.
캔틸레버부 형성 공정이 수행된 기판의 전면과 후면에 감광막 패시베이션층을 형성한다.
전면에 형성된 감광막 패시베이션층은 핸들링부의 형성공정 시 수행되는 식각 공정으로부터 미연에 형성된 탐침, 탐침부 및 캔틸레버부를 보호하기 위한 것으로 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
후면에 형성된 감광막 패시베이션층은 포토리소그라피 공정을 수행하여 핸들링부를 형성하기 위한 감광막 패턴을 형성한다.
이후, 형성된 감광막 패턴을 이용하여 반도체 기판 즉, 제1 반도체 기판을 딥 실리콘 식각 용액을 사용하여 식각하며, 전면에 존재하는 감광막 패시베이션층이 노출될 때까지 식각한다.
제1 반도체 기판의 후면 식각이 완료되면, 반도체 기판상에 존재하는 감광막을 모두 제거한다.
이러한 일련의 공정을 통하여 최종적으로 릴리즈된 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침(440)을 얻을 수 있는 것이다(3l).
따라서, 본 발명은 단순한 포토 리소그라피 공정만을 통하여 수백 나노미터 내지 수 마이크로미터의 크기로 탐침을 용이하게 형성할 수 있으며, 패턴 형성 공정을 통하여 원하는 형태의 탐침 및 캔틸레버를 형성할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 제조방법은 일반적인 포토리소그라피 공정을 통하여 수백 나노미터의 탐침을 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있으며, 이와 더불어 캔틸레버의 두께를 용이하게 설정할 수 있어, 설계상의 캔틸레버의 자연 공명 진동수를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침은 그 형상이 다양하여 다양한 조건의 시료 분석에 적용이 용이한 효과가 있다.
본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 제조방법은 별도의 특수 가공공정 없이 다양한 형태의 탐침을 형성할 수 있어, 원하는 조건에 따라 탐침의 형태를 용이하게 설계 변경할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조공정 수율을 향상시킬 수 있고 신뢰성을 증가시킬 수 있어 제품의 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침에 있어서,
    반도체 기판으로 형성된 핸들링부;
    상기 핸들링부의 저면에 막대형상으로 연장 형성된 캔틸레버부;
    상기 캔틸레버부의 일측면에 연장 형성되어 수직으로 돌출된 첨두 형상으로 이루어진 탐침부; 및
    상기 탐침부의 첨두에 형성되어 분석 대상물의 표면과 접하는 탐침
    을 포함하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 SOI 기판 또는 SIMOX 기판인 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐침은 수 내지 수백의 고종횡비 구조물인 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐침은 양측면이 돌출된 구조물인 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 탐침은 상기 탐침부의 중앙으로부터 일정한 각도로 휘어진 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 각도는 12°내지 20°인 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침.
  7. 제1 반도체 기판의 상부에 층간 절연막과 제2 반도체 기판이 순차적으로 형성되어 있는 기판의 상부에 다층 절연막을 형성하는 제1단계;
    상기 다층 절연막의 상부에 탐침 및 탐침부 패턴을 형성하는 제2단계;
    상기 다층 절연막, 상기 제2 반도체 기판, 상기 층간 절연막을 순차적으로 식각하는 제3단계;
    상기 제1 반도체 기판을 선택적으로 식각하여 탐침 및 탐침부를 형성하는 제4단계;
    형성된 상기 탐침부의 일측 끝단에 캔틸레버부 패턴을 형성하는 제5단계;
    잔여 하는 상기 다층 절연막, 상기 제2 반도체 기판, 상기 층간 절연막 및 상기 제1 반도체 기판을 순차적으로 식각하여 캔틸레버부를 형성하는 제6단계;
    상기 반도체 기판의 전후면에 감광막을 도포하여 감광막 패시베이션층을 형성하는 제7단계;
    상기 제2 반도체 기판의 후면에 형성된 상기 감광막 패시베이션층을 패터닝하여 핸들링부 패턴을 형성하는 제8단계;
    상기 핸들링부 패턴을 이용하여 상기 제1 반도체 기판을 식각하는 제9단계; 및
    상기 기판의 전후면에 존재하는 상기 감광막 패시베이션을 제거하는 제10단계
    를 포함하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다층의 절연막은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 교대로 증착하여 형성하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제3단계의 상기 다층의 절연막 식각은 선택적 습식 식각을 이용하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제4단계는 탐침의 릴리즈를 위하여 선택적 습식 식각을 이용하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제4단계와 상기 제5단계의 사이에 열산화 공정을 더 포함하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제6단계는 캔틸레버의 폭에 해당하는 두께로 상기 제1 반도체 기판, 상기 층간 절연막 및 상기 제2 반도체 기판을 식각하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 습식 식각은 과산화 칼륨 또는 TMAH를 이용하는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침의 제조방법.
KR1020060066245A 2006-07-14 2006-07-14 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법 KR20080006911A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060066245A KR20080006911A (ko) 2006-07-14 2006-07-14 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법
US11/614,492 US20080011066A1 (en) 2006-07-14 2006-12-21 Atomic force microscope cantilever and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060066245A KR20080006911A (ko) 2006-07-14 2006-07-14 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080006911A true KR20080006911A (ko) 2008-01-17

Family

ID=38947895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060066245A KR20080006911A (ko) 2006-07-14 2006-07-14 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20080011066A1 (ko)
KR (1) KR20080006911A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021145578A1 (ko) * 2020-01-14 2021-07-22 파크시스템스 주식회사 기울어진 팁을 이용하여 측정 대상의 표면의 특성을 얻는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BG66424B1 (bg) 2009-09-29 2014-03-31 "Амг Технолоджи" Оод Сензори за сканираща сондова микроскопия, метод за тримерно измерване и метод за получаване на такива сензори
US8756710B2 (en) * 2012-08-31 2014-06-17 Bruker-Nano, Inc. Miniaturized cantilever probe for scanning probe microscopy and fabrication thereof
CN103336149B (zh) * 2013-06-25 2015-07-29 苏州新锐博纳米科技有限公司 基于纳米粒子点阵量子输运的原子力显微微悬臂及应用
US9329203B1 (en) * 2015-04-27 2016-05-03 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Ultra-sharp nanoprobes and methods
WO2018222707A1 (en) * 2017-05-30 2018-12-06 Scuba Probe Technologies Llc Atomic force microscope probes and methods of manufacturing probes
CN113371677B (zh) * 2021-05-28 2024-08-23 杭州探真纳米科技有限公司 法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3053456B2 (ja) * 1990-08-31 2000-06-19 オリンパス光学工業株式会社 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその作製方法
DE69208979T2 (de) * 1991-07-15 1996-07-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka Freitragender Ausleger für Atomkraftmikroskop und Verfahren zu dessen Herstellung
JP3290378B2 (ja) * 1996-06-13 2002-06-10 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Ａｆｍ／ｓｔｍ形状測定のためのマイクロメカニカル・センサ
US6346189B1 (en) * 1998-08-14 2002-02-12 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Carbon nanotube structures made using catalyst islands
JP2002162335A (ja) * 2000-11-26 2002-06-07 Yoshikazu Nakayama 垂直式走査型顕微鏡用カンチレバー及びこれを使用した垂直式走査型顕微鏡用プローブ
JP4656761B2 (ja) * 2001-05-31 2011-03-23 オリンパス株式会社 Ｓｐｍカンチレバー
AU2003218764A1 (en) * 2002-03-21 2003-10-08 Leica Microsystems Lithography Gmbh Device and method for maskless afm microlithography
US6871528B2 (en) * 2002-04-12 2005-03-29 University Of South Florida Method of producing a branched carbon nanotube for use with an atomic force microscope
US7550311B2 (en) * 2005-12-07 2009-06-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Near-field optical probe based on SOI substrate and fabrication method thereof
US20070186627A1 (en) * 2006-02-10 2007-08-16 Sungsoo Yi High aspect ratio AFM probe and method of making

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021145578A1 (ko) * 2020-01-14 2021-07-22 파크시스템스 주식회사 기울어진 팁을 이용하여 측정 대상의 표면의 특성을 얻는 방법, 이 방법이 수행되기 위한 원자 현미경 및 이 방법이 수행되기 위해 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램

Also Published As

Publication number Publication date
US20080011066A1 (en) 2008-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080006911A (ko) 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법
JP2624873B2 (ja) 原子間力顕微鏡用探針およびその製造方法
EP1748447B1 (en) Dual tip atomic force microscopy probe and method for producing such a probe
EP0413042A1 (en) Method of producing micromechanical sensors for the AFM/STM profilometry and micromechanical AFM/STM sensor head
US7210330B2 (en) Methods of fabricating structures for characterizing tip shape of scanning probe microscope probes and structures fabricated thereby
EP0468071A1 (en) Method of producing micromechanical sensors for the AFM/STM/MFM profilometry and micromechanical AFM/STM/MFM sensor head
KR100771851B1 (ko) 전계 효과 트랜지스터가 내장된 원자간력 현미경 캔틸레버및 그의 제조방법
EP0990195B1 (en) Low-cost photoplastic cantilever
JP4688892B2 (ja) 走査探針顕微鏡に用いられる探針ティップ及び探針の製造方法
US8398867B2 (en) Video rate-enabling probes for atomic force microscopy
US6358860B1 (en) Line width calibration standard manufacturing and certifying method
KR100992883B1 (ko) 주사탐침열현미경의 열전탐침 및 그 제조방법
Tang et al. Fabrication of sharp tips with high aspect ratio by surfactant-modified wet etching for the AFM probe
US7119332B2 (en) Method of fabricating probe for scanning probe microscope
US20060073627A1 (en) Probe for a scanning probe microscope and method for fabricating same
RU2121657C1 (ru) Способ формирования кантилевера сканирующего зондового микроскопа
US9329203B1 (en) Ultra-sharp nanoprobes and methods
KR101109182B1 (ko) 주사 탐침 현미경에 사용되는 탐침의 제조 방법
EP4379397A1 (en) A method for producing a substrate comprising multiple tips for scanning probe microscopy
JP3986373B2 (ja) Ｓｐｍカンチレバー
JP2005172456A (ja) 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーおよびその製造方法
JPH06102006A (ja) 走査型プローブ顕微鏡用のプローブの製造方法
JPH10132830A (ja) プローブ顕微鏡用カンチレバーの探針の製造方法
JP2009222528A (ja) プローブ針、カンチレバー及びそれらの製造方法
JPH1123590A (ja) カンチレバー及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E601 Decision to refuse application
E801 Decision on dismissal of amendment