KR20110078439A - The structure of cantilever and manufacturing of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A cantilever structure and a manufacture method thereof are provided to offer a cantilever of which the spring constant is low. CONSTITUTION: A cantilever supporting portion(114) is arranged in one side of a body portion(132). A cantilever(112) is extended from the cantilever supporting portion. A probe(116) is protruded in one side of the cantilever. One or more piezoresistive sensors(122,224) are at least formed in one side of the cantilever. A resistance pattern is formed on the cantilever supporting portion. A metal pad(126) is formed on the cantilever supporting portion. A conductive pattern(128) electrically connects the piezoresistive sensor and the resistance pattern with the metal pad.

Description

캔틸레버 구조체 및 그의 제조방법{The Structure of Cantilever and Manufacturing of the same}Cantilever structure and its manufacturing method {The Structure of Cantilever and Manufacturing of the same}

본 발명은 캔틸레버 구조체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 제작이 용이하고 원자 현미경의 분해능을 높일 수 있는 캔틸레버 구조체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cantilever structure and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a cantilever structure and a method for manufacturing the same, which are easy to manufacture and can increase the resolution of an atomic microscope.

원자력 현미경(Atomic Force Microscopy;AFM)은 3세대 현미경인 원자 현미경의 한 종류로써, 시료 간의 원자력에 의해 휨이 발생하는 캔틸레버(Cantilever)를 이용하여 시료의 형상을 측정하는 장비이다. 이를 위해 캔틸레버의 끝단에는 뾰족한 바늘 형태의 탐침이 형성된다. 그리고 탐침이 시료 표면에 접근할 경우 탐침 끝단의 원자와 시료표면의 원자 사이에 작용되는 원자력에 의해 캔틸레버는 상/하로 휘어진다. Atomic Force Microscopy (AFM) is a type of atomic microscope that is a 3rd generation microscope, and is a device for measuring the shape of a sample using a cantilever in which warpage occurs due to nuclear power between samples. For this purpose, a pointed needle-shaped probe is formed at the end of the cantilever. When the probe approaches the surface of the sample, the cantilever is bent up and down by the atomic force acting between the atom at the tip of the probe and the atom at the sample surface.

이처럼 캔틸레버의 휨을 이용하여 시료의 형상을 측정하는 방법으로 레이저를 이용하는 것이 있다. 즉, 캔틸레버의 일면에 레이저 광선을 비추고, 반사된 광선의 각도를 포토다이오드를 이용하여 측정한다. 그리고 포토다이오드에 측정된 반사각도는 압전튜브 구동기에 피드백(feed back)되어 탐침 끝단과 시료 사이의 간 격이 일정하게 유지되도록 제어된다. 그리고, 압전튜브에 가해진 전압을 측정하여 시료의 형상을 측정할 수 있다. As such, there is a method of using a laser as a method of measuring the shape of a sample by using the bending of the cantilever. That is, the laser beam is reflected on one surface of the cantilever, and the angle of the reflected beam is measured using a photodiode. The angle of reflection measured on the photodiode is fed back to the piezoelectric tube driver to control the distance between the tip of the probe and the sample. The shape of the sample may be measured by measuring the voltage applied to the piezoelectric tube.

또 다른 방법으로는 캔틸레버의 끝단에 가변저항을 형성하여 캔틸레버가 휠 경우 가변저항의 저항값이 변하는 것을 이용하여 역으로 캔틸레버에 인가되는 힘을 계산하고, 이를 바탕으로 시료의 형상을 측정하는 것이다.Another method is to form a variable resistor at the end of the cantilever and calculate the force applied to the cantilever by using the change in the resistance value of the variable resistor when the cantilever is bent, and measure the shape of the sample based on this.

이처럼 원자 현미경에 있어서 캔틸레버는 매우 중요한 구성요소이다. 그리고 0.1nN에서 10nN으로 매우 미세한 크기의 원자력에 의해 휨이 발생하는 정밀한 부품이다. 이처럼 미세한 힘에 의해서도 휨이 발생하려면 캔틸레버는 스프링 상수가 작은 물질을 이용하는 것이 유리하다. 하지만 종래의 캔틸레버는 일반적으로 실리콘(Si) 및 질화실리콘(Si3N4) 중에서 선택되는 재료로 구성되었다. 이러한 실리콘 및 질화실리콘은 스프링 상수가 비교적 크기 때문에 캔틸레버가 변형되는 양이 미세하다. As such, the cantilever is a very important component in atomic microscopes. And from 0.1nN to 10nN is a precise part that warpage is generated by a very fine nuclear power. In order to bend even by such a small force, the cantilever is advantageous to use a material having a small spring constant. However, the conventional cantilever is generally composed of a material selected from silicon (Si) and silicon nitride (Si 3 N 4 ). Since silicon and silicon nitride have a relatively large spring constant, the amount of deformation of the cantilever is minute.

또한 가변저항을 포함하는 캔틸레버의 구조에서는 종래의 제조방법으로는 가변저항의 위치가 한정되어 있다. 이는 실리콘 웨이퍼를 이용하여 레이어를 형성하는 과정에서 제조방법에 한계가 있기 때문이다. In the structure of the cantilever including the variable resistor, the position of the variable resistor is limited by the conventional manufacturing method. This is because the manufacturing method is limited in the process of forming a layer using a silicon wafer.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 기술 개발의 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스프링 상수가 낮은 캔틸레버를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 결과적으로 원자 현미경의 분해능을 개선시킬 수 있는 캔틸레버를 제공하는 데에 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art and the necessity of technical development as described above, and an object thereof is to provide a cantilever having a low spring constant. As a result, the object is to provide a cantilever that can improve the resolution of an atomic force microscope.

또한 본 발명은 캔틸레버를 제조하는 공정에서 소자를 형성하는 위치의 한계를 극복할 수 있는 캔틸레버 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. 따라서 제조공정을 단순화하면서 캔틸레버의 구조를 변경하여 원자 현미경의 감도를 향상시킬 수 있는 캔틸레버의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide a cantilever and a method of manufacturing the same that can overcome the limitation of the position of forming an element in the process of manufacturing a cantilever. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a cantilever that can improve the sensitivity of an atomic microscope by changing the structure of the cantilever while simplifying the manufacturing process.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 의한 캔틸레버 구조체는 폴리머 계열의 물질로 형성되는 바디부, 바디부의 일면에 배치되며 폴리머 계열의 물질로 형성되는 외팔보 지지부, 외팔보 지지부와 일체형으로 형성되며 바디부의 일측방향으로 돌출되도록 외팔보 지지부에서 신장되는 외팔보을 구비한다. 그리고 외팔보의 일면에는 끝단이 첨예하게 돌출되는 탐침이 형성된다. 또한 외팔보의 적어도 일면에는 하나 이상의 압저항 센서가 형성된다. 그리고, 외팔보 지지부에는 저항 패턴, 전원전압을 인가받기 위한 금속 패드가 형성된다. 또한 압저항 센서 및 저항 패턴을 금속 패드와 전기적으로 연결하면서 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 도전 패턴을 구비한다.In order to achieve the above object, the cantilever structure according to the present invention includes a body part formed of a polymer-based material, a cantilever support part formed on a surface of the body part, and a cantilever support part formed of a polymer-based material, and integrally formed with a cantilever support part, and one side of the body part. The cantilever beam extends from the cantilever support portion to protrude in a direction. And one side of the cantilever is formed with a probe with a sharp tip protruding. In addition, one or more piezoresistive sensors are formed on at least one surface of the cantilever beam. The cantilever support portion is formed with a metal pad for receiving a resistance pattern and a power supply voltage. It also has a conductive pattern for constituting a Wheatstone bridge circuit while electrically connecting the piezoresistive sensor and the resistance pattern with the metal pad.

압저항 센서 외팔보의 휨에 의해 저항값이 변하는 것을 특징으로 한다. 이러한 압저항 센서는 1개 내지 4개의 개수로 형성될 수 있다. The resistance value is changed by bending of the piezoresistive sensor cantilever. The piezoresistive sensor may be formed in one to four numbers.

외팔보 지지부 및 외팔보은 SU-8을 이용하여 형성할 수 있다. The cantilever support and cantilever can be formed using SU-8.

본 발명에 의한 캔틸레버 구조체를 제조하는 방법은 먼저 실리콘 웨이퍼에 탐침의 형성을 위해서 단면이 'V'자 형태가 되도록 첨예한 끝을 가지는 홈을 형성한다. 그리고 실리콘 웨이퍼 전면에 산화막 및 희생막을 순차적으로 형성한다. 희생막 상에는 폴리머 계열의 물질을 매립한다. 이어서 폴리머 계열의 물질을 패터닝하여 탐침, 외팔보 지지부 및 외팔보을 포함하는 일체형의 외팔보 패턴을 형성한다. 외팔보 패턴 전면에는 금속 물질을 증착한다. 이후 금속 물질을 패터닝하여, 적어도 하나 이상이 외팔보의 상부에 형성되는 저항 패턴, 전원전압을 인가받기 위한 금속 패드 및 저항 패턴과 금속 패드들이 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 연결하는 도전패턴을 형성한다. 도전패턴을 형성한 이후에는 외팔보 지지부의 영역에 바디부를 형성하고, 희생막을 제거함으로써 실리콘 웨이퍼를 분리한다.In the method for manufacturing a cantilever structure according to the present invention, first, a groove having a sharp end is formed in a silicon wafer so that a cross section becomes a 'V' shape for forming a probe. An oxide film and a sacrificial film are sequentially formed on the entire silicon wafer. A polymer-based material is embedded on the sacrificial film. The polymer-based material is then patterned to form an integral cantilever pattern comprising a probe, cantilever support and cantilever. A metal material is deposited on the front surface of the cantilever pattern. The metal material is then patterned to form a resistance pattern formed on at least one of the cantilever beams, a metal pad for applying a power supply voltage, and a conductive pattern connecting the resistance pattern and the metal pads to form a Wheatstone bridge circuit. After the conductive pattern is formed, the body portion is formed in the region of the cantilever support portion, and the silicon wafer is separated by removing the sacrificial film.

폴리머 계열의 물질을 매립하는 공정은 진공 챔버에서 상온의 온도로 10분간 진행될 수 있다. 이때 폴리머 계열의 물질은 SU-8을 이용할 수 있다.The process of embedding the polymer-based material may be performed for 10 minutes at room temperature in a vacuum chamber. In this case, the polymer-based material may use SU-8.

외팔보 패턴 전면에 증착되는 금속 물질은 크롬 또는 금을 이용할 수 있다.The metal material deposited on the cantilever pattern may be chromium or gold.

외팔보의 상부에 형성되는 저항 패턴은 외팔보이 휘어지는 것에 따라 저항값이 변하는 압저항 센서를 이용할 수 있다. The resistance pattern formed on the upper side of the cantilever can use a piezoresistive sensor whose resistance value changes as the cantilever is bent.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 캔틸레버의 스프링 상수를 낮출 수 있다. 즉, 스프링 상수에 영향을 받는 원자 현미경의 수직적 분해능을 높일 수 있다. 또한 탐침을 더욱 첨예하게 형성할 수 있는 것에 따라서 원자 현미경의 수평적 분해능을 개선할 수 있다. As described above, according to the present invention, the spring constant of the cantilever can be lowered. That is, the vertical resolution of the atomic microscope affected by the spring constant can be increased. In addition, the probe can be formed more sharply, thereby improving the horizontal resolution of the atomic microscope.

그리고 캔틸레버의 구조 변경을 통해서 캔틸레버의 변형을 더욱 정밀하게 측정할 수 있어서 원자 현미경의 감도를 향상시킬 수 있다. In addition, the structure of the cantilever can be measured more precisely, and thus the sensitivity of the atomic microscope can be improved.

그리고 캔틸레버의 재질을 변경함으로써 실리콘 계열의 물질을 식각하기 위한 하드 마스크 공정을 없앨 수 있어서 공정이 단순화된다.By changing the material of the cantilever, the process can be simplified by eliminating the hard mask process for etching the silicon-based material.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 단면도 및 평면도이다.1 and 2 are a cross-sectional view and a plan view showing a cantilever structure according to a first embodiment of the present invention.

도 1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버 구조체는 바디부(132), 바디부(132)의 일면에 배치되는 일체형의 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)을 포함한다. 외팔보(112)의 일면에는 압저항 센서(122)가 형성된다. 1 and 2, the cantilever structure according to the first embodiment of the present invention includes a body part 132, an integral cantilever support part 114 and a cantilever 112 disposed on one surface of the body part 132. Include. The piezoresistive sensor 122 is formed on one surface of the cantilever 112.

바디부(132)는 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)을 탑재하고 캔틸레버 전체의 지지체 역할을 한다. 이러한 바디부(132)는 폴리머 계열의 물질로 형성된다. 예컨대 바디부(132)는 SU-8로 형성될 수 있다.The body 132 mounts the cantilever support 114 and the cantilever 112 and serves as a support for the entire cantilever. The body portion 132 is formed of a polymer-based material. For example, the body portion 132 may be formed of SU-8.

외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)은 일체형으로 형성되어 바디부(132)의 일면에 배치된다. 외팔보 지지부(114)는 바디부(132)와 동일한 면적으로 형성될 수 있고 바디부(132)와 합착된 구조를 갖는다. 외팔보(112)은 외팔보 지지부(114)에서 신장되어 바디부(132)로부터 돌출된 구조로 형성된다. 외팔보(112)의 일면에는 시료와의 원자력 발생을 유도하기 위한 탐침(116)이 형성된다. 즉, 외팔 보(112)은 바디부(132)에서 돌출된 구조로 형성됨으로써 탐침(116)에 인가되는 원자력에 의해 휘어지도록 구성된다. 이를 위해 외팔보(112)은 2~5㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)은 폴리머 계열의 물질로 형성된다. 일례로 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)은 SU-8로 형성될 수 있다. The cantilever support 114 and the cantilever 112 are integrally formed and disposed on one surface of the body 132. The cantilever support part 114 may be formed in the same area as the body part 132 and have a structure in which the cantilever support part 114 is bonded to the body part 132. The cantilever 112 extends from the cantilever support part 114 and is formed in a structure protruding from the body part 132. One surface of the cantilever 112 is formed with a probe 116 for inducing the generation of nuclear power with the sample. That is, the cantilever 112 is formed to have a structure protruding from the body portion 132 and configured to be bent by nuclear power applied to the probe 116. For this purpose, the cantilever 112 may be formed to a thickness of 2 ~ 5㎛. The cantilever support 114 and the cantilever 112 are formed of a polymer-based material. For example, the cantilever support 114 and the cantilever 112 may be formed of SU-8.

이처럼 외팔보(112)을 폴리머 계열의 SU-8을 이용하여 형성함으로써 원자 현미경의 분해능을 향상시킬 수 있다. 이를 [수학식 1]을 참조하여 설명하면 다음과 같다. As described above, the cantilever 112 is formed by using the polymer-based SU-8 to improve the resolution of the atomic microscope. This will be described with reference to [Equation 1] as follows.

원자 현미경의 수직적 분해능에 영향을 미치는 요인 중 캔틸레버의 스프링 상수가 있다. 스프링 상수는 낮을수록 원자 현미경의 수직적 분해능을 좋게 하고, 이러한 스프링 상수 k는 다음의 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.One of the factors affecting the vertical resolution of an atomic force microscope is the cantilever's spring constant. The lower the spring constant, the better the vertical resolution of the atomic microscope, and this spring constant k can be expressed as Equation 1 below.

Figure 112009082014727-PAT00001
Figure 112009082014727-PAT00001

(이때, E=탄성계수, t=캔틸레버 두께, w=캔틸레버 폭, L=캔틸레버 길이)(E = elastic modulus, t = cantilever thickness, w = cantilever width, L = cantilever length)

이와 같이 스프링 상수는 캔틸레버의 탄성계수에 비례한다. As such, the spring constant is proportional to the elastic modulus of the cantilever.

일반적인 캔틸레버의 재질은 실리콘은 폴리머 계열인 SU-8에 비해서 탄성계수가 40배 정도 크기 때문에 결국, 스프링 상수에도 큰 영향을 미친다. 즉, 본 발명에 의한 캔틸레버는 스프링 상수가 낮은 폴리머 계열의 물질을 이용함으로써 원자 현미경의 수직적 분해능을 향상시킬 수 있다. In general, the material of the cantilever has a large elastic modulus of about 40 times that of the polymer-based SU-8, which ultimately affects the spring constant. That is, the cantilever according to the present invention can improve the vertical resolution of an atomic force microscope by using a polymer-based material having a low spring constant.

그리고 외팔보(112)의 일면에는 압저항 센서(122)가 형성된다. 예컨대 도면에서와 같이 압저항 센서(122)는 외팔보(112)의 상면에 형성될 수 있다. 압저항 센서(122)는 외팔보(112)이 휘어지는 것에 따라 저항값이 변하는 것을 이용하는 것으로 금속 패턴이 굴곡진 형태로 구성될 수 있다. 이러한 압저항 센서(122)는 금(Au) 또는 크롬(Cr)을 이용하여 형성할 수 있다. The piezoresistive sensor 122 is formed on one surface of the cantilever 112. For example, the piezoresistive sensor 122 may be formed on the upper surface of the cantilever 112 as shown in the drawing. The piezoresistive sensor 122 uses a variable resistance value as the cantilever 112 is bent, and may have a curved metal pattern. The piezoresistive sensor 122 may be formed using gold (Au) or chromium (Cr).

그리고 외팔보 지지부(114)의 일면에는 저항 패턴(124)이 형성될 수 있다. 저항 패턴(124)은 외팔보(112)의 휨이 발생하여도 인장/압축 응력이 발생되지 않는 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라서 외팔보(112)이 휠 경우에도 저항 패턴(124)은 저항값이 변하지 않는 고정 저항이 된다. In addition, a resistance pattern 124 may be formed on one surface of the cantilever support part 114. The resistance pattern 124 is preferably formed in a region where tensile / compressive stress does not occur even when the cantilever 112 is bent. Accordingly, even when the cantilever 112 is wheeled, the resistance pattern 124 becomes a fixed resistance whose resistance does not change.

또한 외팔보 지지부(114)의 일면에는 금속 패드(126)가 형성된다. 금속 패드(126)는 압저항 센서(122)의 저항값의 변화를 측정하기 위해 전류를 인가받기 위한 것이다. 이를 위해서 금속 패드(126)와 압저항 센서(122) 및 저항 패턴(124)은 도전 패턴(128)과의 접속을 통해서 휘트스톤 브리지 회로를 구성한다. 즉, 본 발명에 의한 캔틸레버는 외팔보의 일단에 압저항 센서를 포함하는 휘트스톤 브리지 회로를 구성함으로써 저항의 변화값을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. In addition, a metal pad 126 is formed on one surface of the cantilever support part 114. The metal pad 126 is for receiving a current to measure a change in the resistance value of the piezoresistive sensor 122. To this end, the metal pad 126, the piezoresistive sensor 122, and the resistance pattern 124 form a Wheatstone bridge circuit through a connection with the conductive pattern 128. That is, the cantilever according to the present invention can more accurately measure the change value of the resistance by forming a Wheatstone bridge circuit including a piezoresistive sensor at one end of the cantilever.

이러한 본 발명에 의한 캔틸레버 구조체를 제작하는 방법을 도 3a 내지 도 3k를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. The method of manufacturing the cantilever structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3K.

먼저 도 3a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(101)를 준비하고, 실리콘 웨이퍼(101)의 적어도 일면에 제 1 산화막(102)을 형성한다. 제 1 산화막(102)은 열산화 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 약 1000℃의 온도로 설정된 산화로에 실 리콘 웨이퍼를 투입하고 수증기 및 산소를 주입하면 실리콘 웨이퍼 표면이 열산화 되는 것을 이용할 수 있다. First, referring to FIG. 3A, a silicon wafer 101 is prepared, and a first oxide film 102 is formed on at least one surface of the silicon wafer 101. The first oxide film 102 may be formed using a thermal oxidation process. That is, the silicon wafer surface may be thermally oxidized when the silicon wafer is placed in an oxidation furnace set at a temperature of about 1000 ° C., and water vapor and oxygen are injected.

이어서 도 3b와 같이 제 1 산화막(102) 상에 제 1 산화막(102)의 일부분을 노출시키는 개구부(106)를 갖도록 포토레지스트 패턴(104)을 형성한다. 개구부(106)는 탐침의 패턴 형상을 위해 실리콘 웨이퍼(101)를 식각하기 위한 것이다. 포토레지스트 패턴(104)를 형성하기 위해서는 먼저 제 1 산화막(102) 상에 포토레지스트 물질(미도시)을 도포한다. 그리고 포토레지스트 물질 위에 개구부(106)에 대응하는 마스크(미도시)를 정렬하고 사진/식각 공정을 수행함으로써 포토레지스트 물질을 선택적으로 식각하여 포토레지스트 패턴(104)을 형성할 수 있다. Next, as shown in FIG. 3B, the photoresist pattern 104 is formed on the first oxide film 102 to have an opening 106 exposing a portion of the first oxide film 102. The opening 106 is for etching the silicon wafer 101 for the pattern shape of the probe. In order to form the photoresist pattern 104, first, a photoresist material (not shown) is coated on the first oxide film 102. The photoresist pattern 104 may be formed by selectively etching the photoresist material by aligning a mask (not shown) corresponding to the opening 106 on the photoresist material and performing a photo / etch process.

그리고 도 3c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(104)을 식각 마스크로 하여 제 1 산화막(102)을 선택적으로 식각하여 제 1 산화막 패턴(102a)을 형성한다. 제 1 산화막(102)은 BHF(Buffered-HF)를 이용하여 식각할 수 있다. 이때 제 1 산화막(102)의 식각 공정 시간은 제 1 산화막(102)의 형성 두께에 의해서 결정될 수 있다. 예컨대 제 1 산화막(102)의 식각 속도가 70~80nm/m 이므로, 제 1 산화막(102)이 200nm 의 두께로 형성되었을 경우에는 3분 정도의 식각 시간이 소요될 수 있다3C, the first oxide film 102 is selectively etched using the photoresist pattern 104 as an etching mask to form the first oxide film pattern 102a. The first oxide layer 102 may be etched using BHF (Buffered-HF). In this case, the etching process time of the first oxide film 102 may be determined by the formation thickness of the first oxide film 102. For example, since the etching rate of the first oxide layer 102 is 70 to 80 nm / m, an etching time of about 3 minutes may be required when the first oxide layer 102 is formed to a thickness of 200 nm.

제 1 산화막 패턴(102a)을 형성한 다음에는 도 3d와 같이 제 1 산화막 패턴(102a)을 식각 마스크로 하여 실리콘 웨이퍼(101)를 선택적으로 식각함으로써 홈(108)을 형성한다. 실리콘 웨이퍼(101)의 식각은 TMAH 용액을 이용하여 수행할 수 있다. 이때 실리콘의 결정방향이 <100>방향일 경우에 식각되는 속도가 달라서 V자 형태를 갖는 홈(108)을 형성할 수 있다. After the first oxide film pattern 102a is formed, the groove 108 is formed by selectively etching the silicon wafer 101 using the first oxide film pattern 102a as an etching mask as shown in FIG. 3D. The etching of the silicon wafer 101 may be performed using a TMAH solution. In this case, when the crystal direction of silicon is the <100> direction, the etching speed may be different to form the groove 108 having a V shape.

이어서 제 1 산화막 패턴(102)과 포토레지스트 패턴(104)을 제거하여 도 3e와 같이 홈(108)이 형성된 실리콘 웨이퍼(101)만을 남긴다. 이때 포토레지스트 패턴(104)은 과산화수소(H2O2) 및 황산(H2SO4)의 혼합액을 이용하여 제거할 수 있다. 그리고 제 1 산화막(102)은 BHF를 이용하여 제거할 수 있다. Subsequently, the first oxide film pattern 102 and the photoresist pattern 104 are removed to leave only the silicon wafer 101 having the grooves 108 formed thereon as shown in FIG. 3E. In this case, the photoresist pattern 104 may be removed using a mixture of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ). The first oxide film 102 may be removed using BHF.

제 1 산화막 패턴(102) 및 포토레지스트 패턴(104)을 제거한 후에는 도 3f와 같이 홈(108)이 형성된 실리콘 웨이퍼(101) 상에 전체적으로 제 2 산화막(103)을 형성한다. 제 2 산화막(103)은 도 3a와 마찬가지로 열산화 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 이처럼 열산화 공정을 이용할 경우 실리콘 웨이퍼(101)의 표면이 산화되면서 최초 높이보다 아랫면으로 약 40%와 윗면으로 약 60% 정도의 양으로 산화막이 형성된다. 이처럼 제 2 산화막(103)을 형성함에 따라서 실리콘 웨이퍼(101)에 형성된 홈(108)을 더욱 예리하게 할 수 있다. After removing the first oxide film pattern 102 and the photoresist pattern 104, the second oxide film 103 is entirely formed on the silicon wafer 101 having the grooves 108 formed thereon as shown in FIG. 3F. The second oxide film 103 can be formed using a thermal oxidation process as in FIG. 3A. When the thermal oxidation process is used, the surface of the silicon wafer 101 is oxidized to form an oxide film in an amount of about 40% below the initial height and about 60% above. As the second oxide film 103 is formed in this manner, the groove 108 formed in the silicon wafer 101 can be sharpened further.

이어서 도 3g와 같이, 제 2 산화막(103) 상에 전체적으로 희생막(109)을 형성한다. 희생막(109)은 알루미늄(Al)을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 희생막(109)은 이후 공정에서 캔틸레버 구조체를 실리콘 웨이퍼(101)로부터 분리시키기 위한 것이다.Subsequently, as shown in FIG. 3G, the sacrificial film 109 is entirely formed on the second oxide film 103. The sacrificial layer 109 may be formed using aluminum (Al). The sacrificial film 109 is for separating the cantilever structure from the silicon wafer 101 in a subsequent process.

희생막(109)을 형성한 다음에는 도 3h에서 보는 것처럼 캔틸레버 구조체의 외팔보 패턴(110)을 형성한다. 이때 외팔보 패턴(110)은 도 1 및 도 2에 도시된 외팔보 지지부(114), 외팔보(112) 탐침(116)이 일체형으로 형성된 것을 일컫는다. 외팔보 패턴(110)을 형성하기 위해서 먼저 희생막(109) 상에 폴리머 계열의 물질을 전체적으로 도포한다. 이때 폴리머 계열이 물질은 SU-8을 이용할 수 있다. 그리고 도 2에 도시된 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)의 형태에 대응하는 형태의 마스크(미도시)를 정렬시킨 이후에 식각 공정을 통해서 외팔보 패턴(110)을 형성할 수 있다. 이처럼 본 발명에 의한 캔틸레버 제조방법에 의하면 외팔보 패턴(110)을 폴리머 계열의 물질을 이용함으로써 식각을 위한 하드 마스크 공정을 수행할 필요가 없다. After the sacrificial layer 109 is formed, the cantilever pattern 110 of the cantilever structure is formed as shown in FIG. 3H. In this case, the cantilever pattern 110 refers to the cantilever support part 114 and the cantilever 112 probe 116 formed in FIGS. 1 and 2. In order to form the cantilever pattern 110, first, a polymer-based material is entirely coated on the sacrificial layer 109. In this case, the polymer-based material may use SU-8. The cantilever pattern 110 may be formed through an etching process after aligning a mask (not shown) having a shape corresponding to the shape of the cantilever support part 114 and the cantilever 112 shown in FIG. 2. As described above, according to the cantilever manufacturing method according to the present invention, the cantilever pattern 110 does not need to perform a hard mask process for etching by using a polymer-based material.

그리고 SU-8을 이용하여 외팔보 패턴(110)을 형성하는 공정은 진공 챔버(미도시)에서 진행될 수 있다. 이때 진공 챔버에서의 외팔보 패턴(110) 형성 공정은 상온(25℃)에서 10분간 진행될 수 있다. 이러한 외팔보 패턴(110) 형성 공정은 진공 챔버에서 수행됨에 따라서 홈(108)의 첨예한 끝단의 기포들을 제거할 수 있어서 SU-8이 홈(108)의 내부까지 잘 채워진다. 즉, 탐침(116)의 끝단을 예리하게 형성함으로써 원자 현미경의 수평 분해능을 향상시킬 수 있다. In addition, the process of forming the cantilever pattern 110 using SU-8 may be performed in a vacuum chamber (not shown). In this case, the process of forming the cantilever pattern 110 in the vacuum chamber may be performed at room temperature (25 ° C.) for 10 minutes. As the cantilever pattern 110 forming process is performed in the vacuum chamber, bubbles at the sharp end of the groove 108 may be removed so that the SU-8 is well filled to the inside of the groove 108. That is, the horizontal resolution of the atomic microscope can be improved by sharply forming the end of the probe 116.

외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)은 도면에서와 같이 동일한 물질을 이용하여 동일한 공정에서 일체형으로 형성될 수 있다. 이러한 외팔보 지지부 및 외팔보(112)은 폴리머 물질을 이용하여 형성한다. 일례로 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)은 SU-8을 이용하여 형성할 수 있다. The cantilever support 114 and the cantilever 112 may be integrally formed in the same process using the same material as shown in the drawing. The cantilever support and cantilever 112 are formed using a polymeric material. For example, the cantilever support 114 and the cantilever 112 may be formed using SU-8.

그리고 도 3i와 같이 외팔보 패턴(110)의 일면에 금속 패턴(120)을 형성한다. 금속 패턴(120)은 도 1 및 도 2에 도시된 압저항 센서(122), 저항 패턴(124), 도전 패턴(128) 및 금속 패드(126)을 포함한다. 즉, 압저항 센서(122), 저항 패턴(124), 도전 패턴(128) 및 금속 패드(126)는 동일한 공정에서 단일 마스크를 이 용하여 형성할 수 있다. 이러한 금속 패턴(120)은 금(Au) 또는 크롬(Cr)을 이용하여 형성할 수 있다. 3I, the metal pattern 120 is formed on one surface of the cantilever pattern 110. The metal pattern 120 includes the piezoresistive sensor 122, the resistance pattern 124, the conductive pattern 128, and the metal pad 126 illustrated in FIGS. 1 and 2. That is, the piezoresistive sensor 122, the resistance pattern 124, the conductive pattern 128, and the metal pad 126 may be formed using a single mask in the same process. The metal pattern 120 may be formed using gold (Au) or chromium (Cr).

이어서 도 3j에서와 같이 바디부(132)를 형성한다. 바디부(132)는 폴리머 계열의 물질, 즉 일례로 SU-8을 이용하여 형성할 수 있다. Subsequently, the body 132 is formed as shown in FIG. 3J. The body portion 132 may be formed using a polymer-based material, that is, SU-8.

그리고 도 3k와 같이 실리콘 웨이퍼(101)로부터 외팔보 패턴(110) 및 바디부(132) 등을 포함하는 캔틸레버 구조체를 분리할 수 있다. 캔틸레버 구조체를 분리하는 것은 BHF를 이용하여 희생층을 제거함으로써 수행될 수 있다. As shown in FIG. 3K, the cantilever structure including the cantilever pattern 110, the body part 132, and the like may be separated from the silicon wafer 101. Separating the cantilever structure may be performed by removing the sacrificial layer using BHF.

도 4는 제 2 실시예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view showing a cantilever structure according to a second embodiment.

도 4를 참조하면, 제 2 실시예에 의한 캔틸레버 구조체는 바디부(132), 바디부(132)의 일면에 배치되는 일체형의 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)을 포함한다. 그리고 외팔보(112)의 양면 즉 상부 및 하부에는 각각 제 1 및 제 2 압저항 센서(222,224)가 형성된다. 제 2 실시예에 있어서 전술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 자세한 설명을 생략하기로 한다. Referring to FIG. 4, the cantilever structure according to the second embodiment includes a body portion 132, an integral cantilever support 114 and a cantilever 112 disposed on one surface of the body portion 132. First and second piezoresistive sensors 222 and 224 are formed on both sides, that is, the upper and lower sides of the cantilever 112. In the second embodiment, the same components as those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

외팔보(112)의 상부 및 하부에 형성되는 제 1 및 제 2 압저항 센서(222,224)는 외팔보(112)의 휨에 따라 저항값이 변하는 가변저항을 이용할 수 있다. 이와 같이 외팔보(112)의 상부 및 하부에 각각 압저항 센서를 형성할 경우에 외팔보이 휘어짐에 따라서 제 1 및 제 2 압저항 센서(222,224)는 동시에 저항값이 변화하게 된다. The first and second piezoresistive sensors 222 and 224 formed on the upper and lower portions of the cantilever 112 may use a variable resistor whose resistance value changes according to the bending of the cantilever 112. As described above, when the piezoresistive sensors are formed on the upper and lower portions of the cantilever 112, the resistance values of the first and second piezoresistive sensors 222 and 224 are simultaneously changed as the cantilever is bent.

이를 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 외팔보(112)이 아래로 휠 경우 즉, 'b'방향으로 휠 경우 제 1 및 제 2 압저항 센서(222,224)의 변형을 나타내는 도면들이다. 즉, 도 5a에서와 같이 외팔보(112)이 아래로 휠 경우에는 외팔보(112)의 상부에 형성된 제 1 압저항 센서(222)는 인장 응력으로 인해서 저항값이 커진다. 이와 동시에 도 5b에서와 같이 외팔보(112)의 하부에 형성된 제 2 압저항 센서(224)는 압축 응력으로 인해서 저항값이 작아진다. This will be described with reference to FIGS. 5A and 5B. 5A and 5B are diagrams illustrating deformations of the first and second piezoresistive sensors 222 and 224 when the cantilever 112 shown in FIG. 4 is wheeled downward, that is, when wheeled in the 'b' direction. That is, when the cantilever 112 is bent downward as shown in FIG. 5A, the first piezoresistive sensor 222 formed on the upper side of the cantilever 112 increases in resistance due to tensile stress. At the same time, as shown in FIG. 5B, the second piezoresistive sensor 224 formed under the cantilever 112 has a small resistance due to compressive stress.

이처럼 제 1 및 제 2 압저항 센서(222,224)의 저항값의 변화에 따른 전압이득을 도 6의 휘트스톤 브리지 회로도를 포함하여 설명하면 다음과 같다. 도 4에 도시된 캔틸레버의 구조체는 도 6과 같은 회로도로 표현할 수 있고, 이러한 회로도를 구성하기 위한 도전 패턴 및 도전 패드의 구성은 당업자 수준에서 자명한 것이기 때문에 설명을 생략하기로 한다. 이때 도 6에서 Rx1 및 Rx2는 각각 제 1 및 제 2 압저항 센서(222,224)를 나타낸다.Thus, the voltage gain according to the change of the resistance value of the first and second piezoresistive sensors 222 and 224 will be described with reference to the Wheatstone bridge circuit diagram of FIG. 6. The structure of the cantilever shown in FIG. 4 may be represented by a circuit diagram as shown in FIG. 6, and the description of the conductive pattern and the conductive pad for constructing the circuit diagram is obvious at the level of those skilled in the art. 6, Rx1 and Rx2 represent first and second piezoresistive sensors 222 and 224, respectively.

도 6에 표현된 휘트스톤 브리지 회로에서 전압 이득값은 다음의 [수학식2]와 같이 표현할 수 있다. In the Wheatstone bridge circuit illustrated in FIG. 6, the voltage gain value may be expressed as Equation 2 below.

Figure 112009082014727-PAT00002
Figure 112009082014727-PAT00002

[수학식 2]에서 보듯이 전압이득값(Vg)은 제 1 및 제 2 압저항 센서(122)의 차이의 절대값에 비례한다. 즉, 외팔보(112)의 휨에 의해 발생하는 저항값의 변화가 ΔR 이라고 한다면, 제 1 압저항 센서(122)는 +ΔR 의 변화량을 제 2 압저항 센서(122)는 -ΔR 의 변화를 나타낼 때 전압이득값(Vg)은 커진다. As shown in Equation 2, the voltage gain value Vg is proportional to the absolute value of the difference between the first and second piezoresistive sensors 122. That is, if the change in the resistance value caused by the bending of the cantilever 112 is ΔR, the first piezoresistive sensor 122 shows the change in + ΔR and the second piezoresistive sensor 122 shows the change in −ΔR. When the voltage gain value Vg becomes large.

이와 같이, 외팔보(112)의 상부 및 하부에 각각 압저항 센서를 형성할 경우에는 상술한 [수학식 2]로 표현되는 전압이득값(Vg)을 크게 할 수 있다. 이는 즉 저항 변화량을 보다 정밀하게 측정할 수 있는 것으로, 즉 원자 현미경의 분해능을 향상시킬 수 있음을 나타낸다. As described above, when the piezoresistive sensors are formed on the upper and lower portions of the cantilever 112, the voltage gain value Vg expressed by Equation 2 can be increased. This means that the change in resistance can be measured more precisely, that is, the resolution of the atomic microscope can be improved.

제 2 실시예에 의한 캔틸레버의 제조공정은 제 1 실시예에 의한 캔틸레버 제조공정을 통해서 쉽게 유추할 수 있다. 즉, 제 2 압저항 센서(122)의 형성은 제 1 실시예의 제조공정에서 희생막(109)을 형성한 다음에 금속물질을 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 그리고 외팔보 패턴의 형성 이후는 제 1 실시예와 동일하게 수행될 수 있다. 또한 제 2 압저항 센서와 금속 패드와의 접속은 컨택홀을 통해서 이루어질 수 있는 것은 자명하다. The manufacturing process of the cantilever according to the second embodiment can be easily inferred through the manufacturing process of the cantilever according to the first embodiment. That is, the second piezoresistive sensor 122 may be formed by forming the sacrificial film 109 in the manufacturing process of the first embodiment and then patterning the metal material. After the formation of the cantilever pattern, it may be performed in the same manner as in the first embodiment. In addition, it is apparent that the connection between the second piezoresistive sensor and the metal pad can be made through the contact hole.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 개략도이다. 또한 도 8은 도 7에 도시된 압저항 센서가 구성하는 회로도이다. 7 is a schematic view showing a cantilever structure according to a third embodiment of the present invention. 8 is a circuit diagram of the piezoresistive sensor shown in FIG. 7.

도 7은 캔틸레버 구조체 중에서 외팔보에 형성되는 압저항 센서를 중심으로 설명하기 위한 것으로 전술한 실시예와 동일한 다른 구성에 대한 도시를 생략하였다. FIG. 7 is for explaining the piezoresistive sensor formed on the cantilever structure in the cantilever structure, and an illustration of another configuration identical to the above-described embodiment is omitted.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 캔틸레버 구조체는 외팔보(112)의 상부 및 하부에 형성되는 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R11,R12,R13,R14)들을 포함한다. 제 4 실시예에 있어서 전술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 자세한 설명을 생략하기로 한다. Referring to FIG. 7, the cantilever structure according to the third embodiment of the present invention includes first to fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14 formed on and under the cantilever 112. In the fourth embodiment, the same components as those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

외팔보(112)의 상부 및 하부에 형성되는 제 1 내지 제 4 압저항 센 서(R11,R12,R13,R14)들은 외팔보(112)의 휨에 따라 저항값이 변하는 가변저항을 이용할 수 있다. 이와 같이 외팔보(112)의 상부 및 하부에 각각 압저항 센서를 형성할 경우에 외팔보이 휘어짐에 따라서 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R11,R12,R13,R14)들은 동시에 저항값이 변화하게 된다. The first to fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14 formed on the upper and lower portions of the cantilever 112 may use a variable resistor whose resistance value changes according to the bending of the cantilever 112. As described above, when the piezoresistive sensors are formed on the upper and lower portions of the cantilever 112, the resistance values of the first to fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14 are simultaneously changed as the cantilever is bent.

이와 같이 외팔보(112)에 압저항 센서를 4개 이용할 경우에는 전술한 실시예보다 센서의 민감도가 증가하여 원자 현미경의 분해능을 더욱 향상시킬 수 있다. 제 3 실시예에 의한 캔틸레버의 외팔보의 민감도는 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R11,R12,R13,R14)들에 인가되는 전압에 대한 출력을 살펴보면 파악할 수 있다. As such, when four piezoresistive sensors are used for the cantilever 112, the sensitivity of the sensor may be increased compared to the above-described embodiment, thereby further improving the resolution of the atomic microscope. The sensitivity of the cantilever of the cantilever according to the third embodiment can be determined by examining the output of the voltage applied to the first to fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14.

제 1 내지 제 4 압저항 센서(R11,R12,R13,R14)들을 동일한 재질을 이용하여 동일한 패턴으로 형성할 경우 전압이 인가되기 전의 초기 저항값은 모두 동일하다. 그리고 도 7에서와 같이 외팔보(112)이 아래방향으로 휠 경우에 상부에 형성되는 제 1 및 제 4 압저항 센서(R11,R12,R13,R14)들의 저항값은 증가한다. 이와 동시에 하부에 형성되는 제 2 및 제 3 압저항 센서(R12,R13)들의 저항값은 감소한다. 이러한 원리는 전술한 제 2 실시예에에서의 압저항 센서들의 저항값의 변화 원리와 유사하다. When the first to fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14 are formed in the same pattern using the same material, the initial resistance values before the voltage is applied are the same. As shown in FIG. 7, when the cantilever 112 wheels downward, the resistance values of the first and fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14 formed thereon are increased. At the same time, the resistance values of the second and third piezoresistive sensors R12 and R13 formed in the lower portion decrease. This principle is similar to the principle of change of the resistance value of the piezoresistive sensors in the above-described second embodiment.

이처럼 외팔보(112)이 아래 방향으로 휨에 따라서 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R11,R12,R13,R14)들의 저항값은 다음과 같이 ΔR 만큼 변하게 된다. 즉, 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R11,R12,R13,R14)들의 저항값은 외팔보(112)이 아래 방향으로 휠 경우에, R11 및 R 14 는 R0 + ΔR 로 변하게 된다. 이와 동시에 R12 및 R 13 은 R0 - ΔR 과 같이 변하게 된다. As the cantilever 112 bends downward in this way, the resistance values of the first to fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14 are changed by ΔR as follows. That is, the resistance values of the first to fourth piezoresistive sensors R11, R12, R13, and R14 are changed to R0 + ΔR when the cantilever 112 is bent downward. At the same time, R12 and R13 will change as R0-ΔR.

그리고 입력전원(Vs)에 대한 출력 전압(Vo)은 도 8에서 b노드와 a노드에서의 전압차이인 Vb-Va로 정의된다. 이때, Vb 및 Va는 각각 Ib*R4 및 Ia*R2와 같다. 여기서 Ib는 Vs/(R13+R14)로 정의되고, Ia는 Vs/(R11+R12)로 정의된다. The output voltage Vo with respect to the input power source Vs is defined as Vb-Va, which is a voltage difference between the node b and the node a in FIG. 8. In this case, Vb and Va are equal to Ib * R4 and Ia * R2, respectively. Where Ib is defined as Vs / (R13 + R14) and Ia is defined as Vs / (R11 + R12).

따라서, Ib*R4-Ia*R2 로 정의되는 출력전압(Vo) 관계식에 Ib 및 Ia 값을 상술한 전압 및 압저항 센서 저항값의 관계식으로 대체하면, 출력전압 Vo는 다음과 같은 [수학식3]으로 정리될 수 있다. Therefore, if Ib and Ia values are replaced with the above-described voltage and piezoresistive sensor resistance values, the output voltage Vo is defined as Ib * R4-Ia * R2. ] Can be arranged.

Figure 112009082014727-PAT00003
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그리고, 도 7에 도시된 외팔보(112)의 스트레인(e)은 외팔보(112)의 길이(L), 폭(w) 및 높이(h)의 관계식인 6L*F/w*h2*Y 로 정의할 수 있다. 여기서 Y는 외팔보의 탄성율을 나타낸다. 또한 [수학식 3]엔 ΔR/R0 는 게이지 팩터(gauge factor)와 탄성율을 이용하여 다음과 같은 [수학식 4]로 다시 정리될 수 있다.And, the strain (e) of the cantilever 112 shown in FIG. 7 is 6L * F / w * h 2 * Y which is a relation of the length L, the width w and the height h of the cantilever 112. Can be defined Where Y represents the modulus of elasticity of the cantilever beam. In addition, ΔR / R0 in Equation 3 may be rearranged by Equation 4 using a gauge factor and an elastic modulus.

Figure 112009082014727-PAT00004
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즉, 압저항 센서들을 4개 이용할 경우 모든 압저항 센서들의 저항값의 변화로 더 민감한 측정을 할 수 있어서, 결국 원자 현미경의 감도를 향상시킬 수 있다. In other words, when four piezoresistive sensors are used, a more sensitive measurement can be made by changing the resistance value of all piezoresistive sensors, thereby improving the sensitivity of the atomic microscope.

도 9는 제 4 실시예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 도면이다.9 is a view showing the cantilever structure according to the fourth embodiment.

도 9를 참조하면, 제 4실시예에 의한 캔틸레버 구조체는 바디부(132), 바디부(132)의 일면에 배치되는 일체형의 외팔보 지지부(114) 및 외팔보(112)을 포함한다. 그리고 외팔보(112)의 상부 및 하부에는 각각 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R21,R22,R23,R24)들이 형성된다. 즉, 외팔보(112)의 상부에는 제 1 및 제 4 압저항 센서(R21,R24)들이 형성되고, 외팔보(112)의 하부에는 제 2 및 제 3 압저항 센서(R22,R23)들이 형성될 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R21,R22,R23,R24)들을 덮도록 제 1 및 제 2 보호막(232,236)이 형성된다. 즉, 제 1 보호막(232)은 상부의 제 1 및 제 4 압저항 센서(R21,R24)들을 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 제 2 보호막(236)은 하부의 제 2 및 제 3 압저항 센서(R22,R23)들을 덮도록 형성될 수 있다. Referring to FIG. 9, the cantilever structure according to the fourth embodiment includes a body portion 132, an integral cantilever support 114 and a cantilever 112 disposed on one surface of the body portion 132. First and fourth piezoresistive sensors R21, R22, R23, and R24 are formed on the upper and lower portions of the cantilever 112, respectively. That is, the first and fourth piezoresistive sensors R21 and R24 may be formed at an upper portion of the cantilever 112, and the second and third piezoresistive sensors R22 and R23 may be formed at a lower portion of the cantilever 112. have. In addition, first and second passivation layers 232 and 236 are formed to cover the first to fourth piezoresistive sensors R21, R22, R23, and R24. That is, the first passivation layer 232 may be formed to cover the first and fourth piezoresistive sensors R21 and R24. In addition, the second passivation layer 236 may be formed to cover the second and third piezoresistive sensors R22 and R23.

제 1 및 제 2 보호막(232,236)은 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R21,R22,R23,R24)들이 외부로 노출되는 것을 방지하여 불순물 등으로부터 보호하기 위한 것이다. 이러한 보호막(232,236)은 폴리머 계열의 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이와 같은 보호막(232,236)은 제 1 내지 제 4 압저항 센서(R21,R22,R23,R24)들이 외부로 노출되는 것을 방지하기 때문에 수용액 속의 시료나 액화 상태의 시료에 대한 측정이 더욱 용이할 수 있다. The first and second passivation layers 232 and 236 are to protect the first to fourth piezoresistive sensors R21, R22, R23, and R24 from being exposed to the outside to protect them from impurities. The passivation layers 232 and 236 may be formed using a polymer-based material. Since the protective layers 232 and 236 prevent the first to fourth piezoresistive sensors R21, R22, R23, and R24 from being exposed to the outside, measurement of a sample in an aqueous solution or a sample in a liquefied state may be easier. .

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. Changes and corrections will be possible.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 단면도 및 사시도.1 and 2 are a cross-sectional view and a perspective view showing a cantilever structure according to a first embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3k는 본 발명에 의한 캔틸레버 구조제의 제조방법을 나타내는 순서도들.3A to 3K are flowcharts showing a method of manufacturing a cantilever structure agent according to the present invention.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view showing a cantilever structure according to a second embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 외팔보의 휨에 따라 압저항 센서의 응력변화를 나타내는 도면.5a and 5b is a view showing the stress change of the piezoresistive sensor according to the bending of the cantilever.

도 6은 도 4에 도시된 캔틸레버 구조체의 회로도.FIG. 6 is a circuit diagram of the cantilever structure shown in FIG. 4. FIG.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 도면.7 is a view showing a cantilever structure according to a third embodiment of the present invention.

도 8은 제 3 실시예에 의한 캔틸레버의 압저항 센서들의 회로도.8 is a circuit diagram of piezoresistive sensors of a cantilever according to a third embodiment.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 캔틸레버 구조체를 나타내는 도면.9 is a view showing a cantilever structure according to a fourth embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

112 : 외팔보 128 : 외팔보 지지부 112: cantilever 128: cantilever support

116 : 탐침 132 : 바디부116: probe 132: body

122, 222, 224 : 압저항 센서 126 : 금속 패드122, 222, 224: piezoresistive sensor 126: metal pad

Claims (6)

바디부;Body portion; 상기 바디부의 일면에 배치되며, 폴리머 계열의 물질로 형성되는 외팔보 지지부;A cantilever support part disposed on one surface of the body part and formed of a polymer-based material; 상기 외팔보 지지부에서 신장되어 바디부의 평면 영역을 벗어나도록 돌출되는 폴리머 계열의 물질로 형성되는 외팔보 지지부;A cantilever support formed of a polymer-based material extending from the cantilever support and protruding beyond the planar region of the body part; 상기 외팔보의 일면에서 끝단이 첨예하게 돌출되어 형성되는 탐침; A tip formed to protrude sharply from one surface of the cantilever beam; 상기 외팔보의 적어도 일면에 형성되는 하나 이상의 압저항 센서; 및 One or more piezoresistive sensors formed on at least one surface of the cantilever beam; And 상기 외팔보 지지부에 형성되는 저항 패턴;A resistance pattern formed on the cantilever support portion; 상기 외팔보 지지부에 형성되며, 전원전압을 인가받기 위한 금속 패드; 및A metal pad formed on the cantilever support part and configured to receive a power voltage; And 상기 압저항 센서 및 상기 저항 패턴을 상기 금속 패드와 전기적으로 연결하면서 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 도전 패턴;을 구비하는 캔틸레버 구조체.And a conductive pattern electrically connecting the piezoresistive sensor and the resistance pattern with the metal pad to form a Wheatstone bridge circuit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 외팔보 지지부 및 상기 외팔보는 SU-8인 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체.Cantilever structure, characterized in that the cantilever support and the cantilever. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 외팔보는 단면 또는 양면에 각각 하나 이상의 압저항 센서가 형성되는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체.The cantilever structure, characterized in that at least one piezoresistive sensor is formed on each side or both sides. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 압저항 센서는 상기 외팔보의 상부 및 하부에 풀-브릿지 형식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체.The piezoresistive sensor cantilever structure, characterized in that formed on the top and bottom of the cantilever in a full-bridge format. 실리콘 웨이퍼에 탐침의 형성을 위해서 단면이 'V'자 형태가 되도록 첨예한 끝을 가지는 홈을 형성하는 단계;Forming a groove having a sharp end in the silicon wafer so that the cross section is in the shape of a 'V' for forming the probe; 상기 실리콘 웨이퍼 전면에 산화막 및 희생막인 알루미늄을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming an oxide film and a sacrificial film aluminum on the entire silicon wafer; 상기 희생막 상에 압저항 센서를 형성하는 단계;Forming a piezoresistive sensor on the sacrificial layer; 상기 압저항 센서 패턴을 덮도록 상기 희생막 상에 폴리머 계열의 물질을 매립하는 단계;Embedding a polymer-based material on the sacrificial layer to cover the piezoresistive sensor pattern; 상기 폴리머 계열의 물질을 패터닝하여 탐침, 외팔보 지지부 및 외팔보을 포함하는 일체형의 외팔보 패턴을 형성하는 단계;Patterning the polymer-based material to form an integrated cantilever pattern including a probe, a cantilever support, and a cantilever; 상기 외팔보 패턴 전면에 금속 물질을 증착하는 단계;Depositing a metal material over the cantilever pattern; 상기 금속 물질을 패터닝하여, 상기 외팔보에 형성되는 다른 압저항 센서, 저항패턴, 금속 패드 및 상기 저항 패턴과 상기 금속 패드들이 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 연결하는 도전패턴을 형성하는 단계;Patterning the metal material to form another piezoresistive sensor, a resistance pattern, a metal pad formed on the cantilever beam, and a conductive pattern connecting the resistance pattern and the metal pads to form a Wheatstone bridge circuit; 상기 외팔보 지지부의 영역에 바디부를 형성하는 단계; 및Forming a body portion in an area of the cantilever support; And 상기 희생막을 제거함으로써 상기 실리콘 웨이퍼를 분리하는 단계를 포함하는 캔틸레버 구조체의 제조방법.And separating the silicon wafer by removing the sacrificial layer. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 폴리머 계열의 물질을 매립하는 공정은 진공 챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 제조방법.And embedding the polymer-based material in a vacuum chamber.
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