RU2320034C2 - Зонд для сканирующего зондового микроскопа и способ его изготовления - Google Patents
Зонд для сканирующего зондового микроскопа и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2320034C2 RU2320034C2 RU2006101285/28A RU2006101285A RU2320034C2 RU 2320034 C2 RU2320034 C2 RU 2320034C2 RU 2006101285/28 A RU2006101285/28 A RU 2006101285/28A RU 2006101285 A RU2006101285 A RU 2006101285A RU 2320034 C2 RU2320034 C2 RU 2320034C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cantilever
- probe
- measuring
- base
- measuring cantilever
- Prior art date
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 140
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 16
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 16
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000004629 contact atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- G01Q70/16—Probe manufacture
-
- 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
- G01Q60/46—SCM [Scanning Capacitance Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SCM probes
- G01Q60/48—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
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- 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
- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к конструкции зонда для сканирующего зондового микроскопа. Предусмотрены зонд для сканирующего зондового микроскопа и способ изготовления зонда, которые могут выполнять точные измерения без контактирования основания кантилевера с измеряемым объектом и без скрывания объекта основанием зонда. Зонд для сканирующего зондового микроскопа включает основание, опорный кантилевер, горизонтально проходящий от основания, при этом верхний конец опорного кантилевера обработан так, чтобы иметь наклонную поверхность так, чтобы не препятствовать оптическому наблюдению измерительного кантилевера, и измерительный кантилевер, предусмотренный на верхнем конце опорного кантилевера и имеющий длину, меньшую или равную 20 микронам, и толщину, меньшую или равную 1 микрону. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 13 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к конструкции зонда для сканирующего зондового микроскопа, включающего небольшой кантилевер, выполненный с возможностью обнаружения перемещения и скорости от тыльной поверхности подложки при помощи оптических средств, а также относится к способу изготовления зонда.
Уровень техники
Фиг.1 - вид в перспективе конструкции зонда для известного из уровня техники сканирующего зондового микроскопа, причем фиг.1(A) - вид в перспективе, иллюстрирующий конструкцию известного зонда для сканирующего зондового микроскопа согласно первому варианту осуществления, а фиг.1(B) - вид в перспективе, иллюстрирующий конструкцию известного из уровня техники зонда для сканирующего зондового микроскопа согласно второму варианту осуществления.
Как показано на фиг.1(A), зонд включает однопролетную балку кантилевера 102, проходящую от основания (подложки) 101. Наконечник 103 зонда, приспособленный для измеряемого объекта и осуществления способа измерения, закреплен на верхнем конце кантилевера 102 по необходимости. В основном материалом для основания 101 является кремний. Обычно основание 101 имеет ширину примерно 1,6 миллиметров и длину примерно 3,4 миллиметра. Кантилевер 102 сформирован из различных материалов, таких как кремний, нитрид кремния или эти материалы, покрытые напыляемым металлом. Как показано на фиг.1(B), по необходимости применяется балка кантилевера 104, имеющая различные формы, такие как треугольная форма. Обычно кантилевер 102 или 104 имеет длину от ста микрон до нескольких сотен микрон.
Фиг.2 и 3 иллюстрируют, как обычно используется зонд для сканирующего зондового микроскопа.
На чертежах основание 111 закреплено на сканирующем устройстве (не показано), включающем пьезоэлектрическое устройство. Наконечник 113 зонда кантилевера 112 сканирует поверхность измеряемого объекта 114 так, что кантилевер 112 исследует поверхность. Сканирующий зондовый микроскоп обнаруживает деформацию кантилевера 112, вызванную взаимодействием между наконечником 113 зонда и измеряемым объектом 114, таким как атомная сила или магнитная сила, так что топография или намагниченность измеряемого объекта 114 может быть визуализирована при использовании компьютерной графики. Обычно сканирующий зондовый микроскоп обнаруживает кантилевер 112 при помощи оптического средства.
Как показано на фиг.2, в случае применения оптического средства, включающего оптический затвор, лазерный луч 115 отражается от тыльной поверхности кантилевера 112 и угол отраженного луча 116 обнаруживается фотодиодом. В отличие от этого, как показано на фиг.3, в случае применения оптического средства, включающего оптический интерферометр, падающий луч 122 и выходящий луч 123 проходят вдоль одного и того же оптического пути.
Так или иначе, для предотвращения того, чтобы луч, отраженный от тыльной поверхности кантилевера 112, блокировался концом 111A основания 111, кантилевер 112 простирается за пределы основания 111, вместо того чтобы быть расположенным на основании 111.
Известные из уровня техники зонды обсуждаются в следующих патентных документах, с 1 по 4:
Патентный документ 1: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №5-66128 (страницы с 4 по 5 и фиг.1),
Патентный документ 2: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №9-105755 (страницы с 4 по 5 и фиг.1),
Патентный документ 3: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №10-90287 (страницы с 3 по 4 и фиг.1), и
Патентный документ 4: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии №10-221354 (страницы с 3 по 5 и фиг.1).
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Тем не менее, конструкции этих известных зондов вызывают проблемы, когда кантилевер становится небольшим.
В режиме работы, известном как бесконтактный режим сканирующего зондового микроскопа, используемом для обнаружения силы между измеряемым объектом и кантилевером от изменения в собственной частоте кантилевера, уменьшение размера кантилевера облегчает увеличение скорости измерения и обнаружение небольшой силы.
Фиг.4 представляет вид в перспективе известного зонда, в котором уменьшены только размеры кантилевера.
Как показано на фиг.4, поскольку основание 131 используется для прикрепления зонда к основному корпусу микроскопа, размеры основания 131 остаются по существу постоянными, независимо от размеров кантилевера (осциллятора). Как описано выше каждая сторона основания 131 находится в пределах от 1 миллиметра до нескольких миллиметров. В отличие от этого, если длина миниатюризированного кантилевера 132 составляет, например, 10 микрон и если степень параллелизации между основанием 131 и измеряемым объектом 133 не точно контролируется, угол 134 или 135 переднего края основания 131 приводится в контакт с измеряемым объектом перед тем, как миниатюризированный кантилевер 132 достигнет объекта 133.
В дополнение, поскольку большинство частей измеряемого объекта 133 скрыто основанием 131 и не может быть наблюдаемо, трудно определить положение, в котором миниатюризированный кантилевер 132 приводится в контакт.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является обеспечение зонда для сканирующего зондового микроскопа и способа изготовления зонда, выполненного с возможностью точного измерения объекта без приведения основания кантилевера в контакт с измеряемым объектом и без того, чтобы объект скрывался основанием кантилевера.
Для достижения вышеописанных задач настоящее изобретение отличается тем, что:
(1) Зонд для сканирующего зондового микроскопа включает основание зонда для микроскопа, опорный кантилевер, продолжающийся горизонтально от основания, и измерительный кантилевер, который расположен на верхнем конце опорного кантилевера и который имеет длину, меньшую или равную 20 микронам, и толщину, меньшую или равную 1 микрону.
(2) В зонде для сканирующего зондового микроскопа, описанного в (1), основание и опорный кантилевер образованы из монокристаллического кремния, измерительный кантилевер образован из монокристаллической кремниевой тонкой пленки, и измерительный кантилевер связан с верхним концом опорного кантилевера.
(3) В зонде для сканирующего зондового микроскопа, описанного в (1), верхний конец опорного кантилевера обработан таким образом, чтобы иметь наклонную поверхность, так, чтобы верхний конец опорного кантилевера не препятствовал оптическому наблюдению измерительного кантилевера.
(4) В зонде для сканирующего зондового микроскопа, описанного в (1), толщина измерительного кантилевера является меньшей, чем толщина связывающего участка между измерительным кантилевером и опорным кантилевером так, что длина измерительного кантилевера является точно определенной.
(5) В зонде для сканирующего зондового микроскопа, описанного в (1), ширина измерительного кантилевера является меньшей, чем ширина связывающего участка между измерительным кантилевером и опорным кантилевером так, что длина измерительного кантилевера является точно определенной.
(6) В способе изготовления зонда для сканирующего зондового микроскопа, описанном в (2), основание и опорный кантилевер сформированы обработкой монокристаллической кремниевой подложки, измерительный кантилевер сформирован обработкой монокристаллической кремниевой тонкой пленки из диэлектрической подложки со слоем кремния, отличающейся от монокристаллической кремниевой подложки, опорный кантилевер связан с измерительным кантилевером, а полупроводниковая пластина и заглубленная (скрытая) оксидная пленка удаляются из диэлектрической подложки со слоем кремния.
(7) В способе изготовления зонда для сканирующего зондового микроскопа, описанном в (6), наконечник зонда сформирован на верхнем конце измерительного кантилевера посредством жидкого травления.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе конструкции зонда для известного из уровня техники сканирующего зондового микроскопа.
Фиг.2 иллюстрирует, как зонд для известного из уровня техники сканирующего зондового микроскопа обычно используется (в первом случае).
Фиг.3 иллюстрирует, как зонд для известного из уровня техники сканирующего зондового микроскопа обычно используется (во втором случае).
Фиг.4 - вид в перспективе известного из уровня техники зонда, только в котором размеры кантилевера уменьшены.
Фиг.5 - вид в перспективе зонда для сканирующего зондового микроскопа, охарактеризованного в п.1 настоящего изобретения.
Фиг.6 - вид в перспективе зонда для сканирующего зондового микроскопа, охарактеризованного в п.3 настоящего изобретения.
Фиг.7 - вид в перспективе верхнего конца опоры кантилевера зонда, охарактеризованного в п.4 настоящего изобретения.
Фиг.8 - вид в перспективе верхнего конца опоры кантилевера зонда, охарактеризованного в п.5 настоящего изобретения.
Фиг.9 иллюстрирует пример процесса изготовления основания зонда и опоры кантилевера сканирующего зондового микроскопа согласно настоящему изобретению.
Фиг.10 иллюстрирует пример процесса изготовления измерительного кантилевера согласно настоящему изобретению.
Фиг.11 иллюстрирует процесс изготовления опорного кантилевера согласно настоящему изобретению.
Фиг.12 иллюстрирует зонд, изготовленный при использовании способа, охарактеризованного п.7 настоящего изобретения.
Фиг.13 иллюстрирует процесс изготовления зонда, изготовленного при использовании способа, охарактеризованного п.7 настоящего изобретения.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Настоящее изобретение может обеспечить следующие преимущества:
(A) Зонд, имеющий конструкцию, в которой на верхнем конце опорного кантилевера предусмотрен миниатюризованный измерительный кантилевер, как описано в п.1 формулы изобретения, облегчает наблюдение за измеряемым объектом и эффективно предотвращает от контакта основы с объектом;
(B) Зонд, включающий основание и опорный кантилевер, сформированный из монокристаллического кремния, и измерительный кантилевер, сформированный из монокристаллической кремниевой тонкой пленки, как раскрыто в п.2 формулы изобретения, может обеспечивать высокое Q значение вибрации, в частности, в бесконтактном режиме AFM, в котором вибрирует измерительный кантилевер;
(C) Зонд, имеющий наклонный верхний конец опорного кантилевера, как раскрыто в п.3 формулы изобретения, может предотвращать верхний конец опорного кантилевера от блокирования луча света, когда измерительный кантилевер является оптически наблюдаемым;
(D) Зонд, в котором длина измерительного кантилевера определяется длиной участка, который является более тонким, как раскрыто в п.4 формулы изобретения, может точно устанавливать длину измерительного кантилевера, независимо от регулировки точности между измерительным кантилевером и опорным кантилевером;
(E) Зонд, в котором длина измерительного кантилевера определяется длиной участка, ширина которого уменьшена, как раскрыто в п.5 формулы изобретения, может точно устанавливать длину измерительного кантилевера, независимо от регулировки точности между измерительным кантилевером и опорным кантилевером;
(F) Способ изготовления зонда, в котором опорный кантилевер и измерительный кантилевер изготовлены из различных подложек и затем соединены один с другим, как раскрыто в п.6 формулы изобретения, облегчает процесс формирования сложной формы на подложке по сравнению со способом, в котором зонд изготовлен без использования процесса связывания, посредством чего обеспечивается высокая выработка производства;
(G) Способ изготовления наконечника зонда, в котором наконечник зонда, изготовленный посредством жидкостного травления, как раскрыто в п.7 формулы изобретения, обеспечивает высокую согласованность со способом изготовления, раскрытым в п.6 формулы изобретения, и может обеспечить наконечник зонда, имеющий небольшой радиус кривизны посредством использования кристаллической анизотропии, независимо от точности процесса литографии.
Настоящее изобретение обеспечивает зонд для сканирующего зондового микроскопа, включающий основание зонда, опорный кантилевер, продолжающийся горизонтально от основания, и измерительный кантилевер, который расположен на верхнем конце опорного кантилевера и который имеет длину, меньшую или равную 20 микронам, и толщину, меньшую или равную 1 микрону.
Первый вариант осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения теперь описываются здесь в деталях.
Фиг.5 представляет вид в перспективе зонда для зондового микроскопа, описанного в пункте 1 формулы настоящего изобретения, причем фиг.5(A) представляет вид в перспективе целого зонда для зондового микроскопа, а фиг.5(B) является увеличенным видом верхнего конца опорного кантилевера зонда.
Как показано на этих чертежах, опорный кантилевер 2 продолжается от основания 1. Измерительный кантилевер 3 смонтирован на верхнем конце опорного кантилевера 2. По необходимости на верхнем конце измерительного кантилевера предусмотрен наконечник 4 зонда.
Зонд, как определено в пункте 2 формулы изобретения, включает основание 1 и опорный кантилевер 2, сформированный из монокристаллического кремния, и измерительный кантилевер 3, сформированный из монокристаллической тонкой кремниевой пленки.
Эта конструкция может обеспечить высокое Q значение вибрации измерительного кантилевера в бесконтактном режиме AFM (микроскопия атомных сил), в котором измерительный кантилевер используется во время его вибрации.
Фиг.6 представляет вид в перспективе зонда для зондового микроскопа, определенного пунктом 3 формулы настоящего изобретения, причем фиг.6(A) является видом в перспективе целого зонда для зондового микроскопа, а фиг.6(B) является увеличенным видом верхнего конца опорного кантилевера зонда.
Как показано на этих чертежах, опорный кантилевер 12 продолжается от основания 11. Для предотвращения от блокирования луча света опорным кантилевером 12, когда измерительный кантилевер 13, связанный с верхним концом опорного кантилевера 12, является оптически наблюдаемым, сформирована наклонная поверхность 12A на верхнем конце опорного кантилевера 12. Дополнительно, угол наклона θ наклонной поверхности 12A является острым углом.
Фиг.7 является видом в перспективе верхнего конца опорного кантилевера зонда, определенного пунктом 4 формулы настоящего изобретения, причем фиг.7(A) является видом в перспективе первого варианта осуществления изобретения, в котором измерительный кантилевер имеет треугольную форму, а фиг.7(B) является видом в перспективе второго варианта осуществления изобретения, в котором измерительный кантилевер имеет прямоугольную форму.
На фиг.7(A) ссылочная позиция 21 обозначает опорный кантилевер, а ссылочная позиция 22 обозначает измерительный кантилевер. Измерительный кантилевер в целом образует плоскую треугольную форму. Ссылочная позиция 23 обозначает участок основания измерительного кантилевера 22, ссылочная позиция 24 обозначает передний участок измерительного кантилевера 22, ссылочная позиция 25 обозначает ступенчатый участок измерительного кантилевера 22 в направлении толщины, а ссылочная позиция 26 обозначает наконечник зонда. При этом предусмотрены основание (не показано) зонда для зондового микроскопа, опорный кантилевер 21, продолжающийся горизонтально от основания, и измерительный кантилевер 22, который связан с верхним концом опорного кантилевера 21 и который имеет длину, меньшую или равную 20 микронам, и толщину, меньшую или равную 1 микрону.
Передний участок 24 измерительного кантилевера 22 функционирует как измерительный элемент, деформация которого наблюдается при сканировании объекта. Ступенчатый участок 25 сформирован на границе между участком 23 основания и передним участком 24 в направлении толщины так, что толщина переднего участка 24 меньше, чем участка 23 основания. При этом L1 изображает установленную длину переднего участка 24 измерительного кантилевера 22.
На фиг.7(B) ссылочная позиция 31 обозначает опорный кантилевер, а ссылочная позиция 32 обозначает измерительный кантилевер. Измерительный кантилевер 32 образует целиком плоскую прямоугольную форму. Ссылочная позиция 33 обозначает участок основания измерительного кантилевера 32, ссылочная позиция 34 обозначает передний участок измерительного кантилевера 32, ссылочная позиция 35 обозначает ступенчатый участок измерительного кантилевера 32 в направлении толщины и ссылочная позиция 36 обозначает наконечник зонда. Как и на фиг.7(A), основание опорного кантилевера 31 здесь не показано.
Передний участок 34 измерительного кантилевера 32 функционирует как измерительный элемент, деформация которого наблюдается при сканировании объекта. Ступенчатый участок 35 сформирован на границе между участком 33 основания и передним участком 34 в направлении толщины так, что толщина переднего участка 34 меньше, чем участка 33 основания. При этом L2 изображает установленную длину переднего участка 34 измерительного кантилевера 32.
В зондах, имеющих такую конструкцию, длина измерительного кантилевера может быть определена как длина участка, имеющего более тонкую толщину. Соответственно длина измерительного кантилевера может быть точно установлена, независимо от точности регулировки между измерительным кантилевером и опорным кантилевером.
Фиг.8 является видом в перспективе верхнего конца опорного кантилевера зонда, определенного пунктом 5 формулы настоящего изобретения, причем фиг.8(A) является видом в перспективе первого варианта осуществления изобретения, в котором измерительный кантилевер имеет треугольную форму, а фиг.8(B) является видом в перспективе второго варианта осуществления изобретения, в котором измерительный кантилевер имеет прямоугольную форму.
На фиг.8(A) ссылочная позиция 41 обозначает опорный кантилевер, а ссылочная позиция 42 обозначает измерительный кантилевер. Ссылочная позиция 43 обозначает участок основания измерительного кантилевера 42, ссылочная позиция 44 обозначает передний участок измерительного кантилевера 42. Передний участок 44 имеет плоскую треугольную форму, имеющую острый верхний конец. Ссылочная позиция 45 обозначает ступенчатый участок в направлении ширины, образованный на границе между участком основания 43 и передним участком 44. Ссылочная позиция 46 обозначает наконечник зонда. Основание опорного кантилевера 41 также здесь не показано.
Причем предусмотрены основание (не показано) зонда для зондового микроскопа, опорный кантилевер 41, продолжающийся горизонтально от основания, и измерительный кантилевер 42, который связан с верхним концом опорного кантилевера 41 и который имеет длину, меньшую или равную 20 микронам, и толщину, меньшую или равную 1 микрону.
Передний участок 44 измерительного кантилевера 42 функционирует как измерительный элемент, деформация которого наблюдается при сканировании объекта. Ступенчатый участок 45 сформирован на границе между участком основания 43 и передним участком 44 в направлении ширины так, что ширина переднего участка 44 меньше чем участка основания 43. Причем L3 изображает установленную длину переднего участка 44 измерительного кантилевера 42.
На фиг.8(B) ссылочная позиция 51 обозначает опорный кантилевер, а ссылочная позиция 52 обозначает измерительный кантилевер. Ссылочная позиция 53 обозначает участок основания измерительного кантилевера 52, а ссылочная позиция 54 обозначает передний участок измерительного кантилевера 52. Передний участок 54 имеет плоскую прямоугольную форму. Ссылочная позиция 55 обозначает ступенчатый участок в направлении ширины. Ссылочная позиция 56 обозначает наконечник зонда. Основание опорного кантилевера 51 здесь также не показано.
Причем предусмотрены основание (не показано) зонда для зондового микроскопа, опорный кантилевер 51, продолжающийся горизонтально от основания, и измерительный кантилевер 52, который связан с верхним концом опорного кантилевера 51 и который имеет длину, меньшую или равную 20 микронам, и толщину, меньшую или равную 1 микрону.
Передний участок 54 измерительного кантилевера 52 функционирует как измерительный элемент, деформация которого наблюдается при сканировании объекта. Ступенчатый участок 55 сформирован на границе между участком основания 53 и передним участком 54 в направлении ширины так, что ширина переднего участка 54 меньше, чем участка основания 53. Причем L4 изображает установленную длину переднего участка 54 измерительного кантилевера 52.
В зондах, имеющих такую конструкцию, длина измерительного кантилевера может быть определена как длина участка, имеющего короткую ширину. Соответственно длина измерительного кантилевера может быть точно установлена независимо от точности регулировки между измерительным кантилевером и опорным кантилевером.
В частности, для зондов, показанных на фиг.7 и 8, когда измерительный кантилевер связан с опорным кантилевером, строгая точность регулировки не требуется. Таким образом, эти зонды в данном случае являются более эффективными.
Способ для изготовления зонда по п.6 формулы изобретения далее будет описан со ссылкой на фиг.9, 10 и 11.
Фиг.9 иллюстрирует пример процесса изготовления основания зонда и опорного кантилевера зондового микроскопа согласно настоящему изобретению, причем фиг.9(A) является общим видом в перспективе, фиг.9(B) является увеличенным видом области A, показанной на фиг.9(A), а фиг.9(C) является увеличенным видом области B, показанной на фиг.9(B).
При этом основание 63 и опорный кантилевер 64 изготовлены будучи поддерживаемыми опорной рамой 62, сформированной обработкой монокристаллической кремниевой подложки 61. Несмотря на то что на фиг.9 множество оснований 63 поддерживаются рамой 62 монокристаллической кремниевой подложки 61, количество оснований 63 и опорных кантилеверов 64, обрабатываемых в данный момент времени, и способ поддерживания оснований 63 и опорных кантилеверов 64 не ограничиваются показанными на фиг.9.
Фиг.10 иллюстрирует пример способа изготовления измерительного кантилевера согласно настоящему изобретению, причем фиг.10(A) является общим видом в перспективе, а фиг.10(B) является увеличенным видом области A, показанной на фиг.10(A).
Как показано на фиг.10, измерительный кантилевер 76 изготавливается обработкой монокристаллической кремниевой тонкой пленки 75 из диэлектрической подложки 71 со слоем кремния. Здесь измерительный кантилевер 76 имеет треугольную форму. Тем не менее, форма измерительного кантилевера не ограничивается треугольной формой. На фиг.10(B) ссылочными позициями 74 и 73 соответственно обозначены углубленная оксидная пленка из диэлектрической подложки 71 со слоем кремния и удерживающая полупроводниковая пластина.
Фиг.11 иллюстрирует процесс изготовления опорного кантилевера и измерительного кантилевера согласно настоящему изобретению, причем фиг.11(A) иллюстрирует процесс связывания опорного кантилевера и измерительного кантилевера, а фиг.11(B) является увеличенным видом верхнего конца изготовленного зонда.
Диэлектрическая подложка 71 со слоем кремния, в которой сформирован измерительный кантилевер 76, показанный на фиг.10, является перевернутой (не показано на фиг.10). После этого диэлектрическую подложку 71 со слоем кремния соединяют с кремниевой подложкой 61, на которой сформированы основание 63 и опорный кантилевер 64, показанные на фиг.9.
В результате, как показано на фиг.11(A), измерительный кантилевер 76 соединен с верхним концом опорного кантилевера 64.
Впоследствии полупроводниковая пластина 73 и углубленная оксидная пленка 74 из диэлектрической подложки 71 со слоем кремния удаляются и зонд является изготовленным. Фиг.11(B) является увеличенным видом верхнего конца опорного кантилевера изготовленного зонда.
Фиг.12 иллюстрирует зонд, изготовленный использованием способа, определенного пунктом 7 формулы настоящего изобретения, причем фиг.12(A) является видом в перспективе верхнего конца опорного кантилевера зонда, а фиг.12(B) является видом сзади, в перспективе верхнего конца опорного кантилевера зонда. Фиг.13 иллюстрирует процесс изготовления зонда использованием способа, определенного пунктом 7 формулы настоящего изобретения, причем фиг.13(A) иллюстрирует верхний конец опорного кантилевера 64, показанного на фиг.13(B) на виде сзади, а фиг.13(B)-(D) иллюстрируют процесс изготовления наконечника зонда 79 увеличением верхнего конца измерительного кантилевера 76.
На этих чертежах ссылочная позиция 64 обозначает опорный кантилевер, ссылочная позиция 76 обозначает измерительный кантилевер, ссылочная позиция 77 обозначает кремниевую оксидную пленку или кремниевую нитридную пленку, ссылочная позиция 78 обозначает наклонную поверхность, а ссылочная позиция 79 обозначает наконечник зонда.
При этом ориентирующей поверхностью измерительного кантилевера 76 должна быть поверхность (100). Также продольная ось измерительного кантилевера 76 должна быть ориентирована к ориентации <100>. Как показано на фиг.13(B), боковая поверхность и тыльная поверхность измерительного кантилевера 76 покрыты кремниевой оксидной пленкой или кремниевой нитридной пленкой 77. Однако верхняя поверхность измерительного кантилевера 76 не должна быть покрыта кремниевой оксидной пленкой или кремниевой нитридной пленкой 77. Кремниевая оксидная пленка или кремниевая нитридная пленка 77 могут быть образованы различными путями. Например, на этапе, показанном на фиг.11(A), нитридная пленка образована по всей поверхности. Если используется химикат, который не растворяет нитридную пленку, при удалении полупроводниковой пластины 73 и углубленной оксидной пленки 74 из диэлектрической подложки 71 со слоем кремния боковая поверхность и тыльная поверхность измерительного кантилевера 76 покрываются кремниевой нитридной пленкой 77 на этапе, показанном на фиг.11(B) без какой-либо дальнейшей обработки.
Впоследствии, на этапе, показанном на фиг.13(C), измерительный кантилевер 76 подвергают жидкому травлению посредством щелочного водного раствора так, что толщина измерительного кантилевера 76 уменьшается. Наклонная поверхность 78 с передним краем образована на поверхности (111) из-за медленной скорости травления в ней. Наконец, на этапе, показанном на фиг.13(D), кремниевая оксидная пленка или кремниевая нитридная пленка 77 удаляется так, чтобы получить наконечник 79 зонда.
Несмотря на то что изобретение было показано и описано со ссылкой на вышеупомянутые варианты осуществления, различные модификации могут быть выполнены без отклонения от конценции и объема изобретения и эти модификации не должны исключаться из конценциии объема изобретения.
Промышленная применимость
Согласно настоящему изобретению разработан зонд для сканирующего зондового микроскопа, который может точно измерять деформацию кантилевера, вызванную взаимодействием между наконечником зонда и измеряемым объектом, таким как атомная сила или магнитная сила, и который может обеспечить точное и прецизионное измерение.
Claims (6)
1. Зонд для сканирующего зондового микроскопа, содержащий
(a) основание зонда для микроскопа; и
(b) опорный кантилевер, продолжающийся горизонтально от основания;
при этом верхний конец опорного кантилевера обработан так, чтобы иметь наклонную поверхность так, чтобы не препятствовать оптическому наблюдению измерительного кантилевера;
в котором измерительный кантилевер обеспечивается на верхнем конце опорного кантилевера, при этом измерительный кантилевер имеет длину, меньшую чем или равную 20 мкм и толщину, меньшую чем или равную 1 мкм.
2. Зонд для сканирующего зондового микроскопа по п.1, в котором основание и опорный кантилевер сформированы из монокристаллического кремния, и измерительный кантилевер образован из монокристаллической тонкой кремниевой пленки, при этом измерительный кантилевер соединен с верхним концом опорного кантилевера.
3. Зонд для сканирующего зондового микроскопа по п.1, в котором длина измерительного кантилевера точно определена уменьшением толщины измерительного кантилевера до меньшего размера, чем толщина связывающего участка между измерительным кантилевером и опорным кантилевером.
4. Зонд для сканирующего зондового микроскопа по п.1, в котором длина измерительного кантилевера точно определена уменьшением ширины измерительного кантилевера до меньшего размера, чем ширина соединительного участка между измерительным кантилевером и опорным кантилевером.
5. Способ изготовления зонда для сканирующего зондового микроскопа по п.2, содержащий этапы
изготовления основания и опорного кантилевера обработкой монокристаллической кремниевой подложки;
изготовления измерительного кантилевера обработкой монокристаллической тонкой кремниевой пленки из диэлектрической подложки со слоем кремния, отличающейся от монокристаллической кремниевой подложки;
связывания измерительного кантилевера с опорным кантилевером; и удаления полупроводниковой пластины и углубленной оксидной пленки из диэлектрической подложки со слоем кремния.
6. Способ изготовления зонда для сканирующего зондового микроскопа согласно п.5, далее содержащий этапы
формирования наконечника зонда на верхнем конце измерительного кантилевера посредством влажного травления.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003275200 | 2003-07-16 | ||
| JP2003-275200 | 2003-07-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006101285A RU2006101285A (ru) | 2006-06-27 |
| RU2320034C2 true RU2320034C2 (ru) | 2008-03-20 |
Family
ID=34211922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006101285/28A RU2320034C2 (ru) | 2003-07-16 | 2004-07-12 | Зонд для сканирующего зондового микроскопа и способ его изготовления |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070108159A1 (ru) |
| EP (1) | EP1667164A4 (ru) |
| JP (1) | JPWO2005020243A1 (ru) |
| KR (1) | KR20060036456A (ru) |
| RU (1) | RU2320034C2 (ru) |
| WO (1) | WO2005020243A1 (ru) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006125984A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Japan Science & Technology Agency | デイジー型カンチレバーホイールを有する計測装置 |
| EP1610345B1 (en) * | 2005-06-14 | 2008-08-27 | National Applied Research Laboratories | Front-wing cantilever for the conductive probe of electrical scanning probe microscopes |
| US8756710B2 (en) * | 2012-08-31 | 2014-06-17 | Bruker-Nano, Inc. | Miniaturized cantilever probe for scanning probe microscopy and fabrication thereof |
| FR3057958B1 (fr) * | 2016-10-21 | 2021-02-26 | Vmicro | Sonde pour microscopie a force atomique miniaturisee et a faible encombrement |
| CN106841689A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-06-13 | 贵州大学 | 制作扫描隧道显微镜探针设备的探针棒减振装置及方法 |
| KR102637073B1 (ko) * | 2017-11-01 | 2024-02-15 | 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 | 프로브, 프로브의 제조 방법 및 스캐닝 프로브 현미경 시스템 |
| US11391756B2 (en) * | 2018-02-06 | 2022-07-19 | Hitachi High-Tech Corporation | Probe module and probe |
| EP3591410A1 (en) * | 2018-07-06 | 2020-01-08 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Probe chip, scan head, scanning probe microscopy device and use of a probe chip |
| CN112158794B (zh) * | 2020-09-04 | 2024-03-22 | 杭州探真纳米科技有限公司 | 一种采用等离子体刻蚀制备原子力显微镜探针阶梯型基底的方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2718480A1 (fr) * | 1994-04-08 | 1995-10-13 | Cnim | Dispositif formant abri souterrain de protection de personnes, ainsi que le procédé de réalisation d'un tel dispositif. |
| JPH08320326A (ja) * | 1995-05-26 | 1996-12-03 | Nikon Corp | カンチレバー及びその製造方法 |
| JP3599880B2 (ja) * | 1996-03-12 | 2004-12-08 | オリンパス株式会社 | カンチレバーチップ |
| JPH10311843A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-11-24 | Nikon Corp | カンチレバー及びその製造方法 |
| JP3834378B2 (ja) * | 1997-05-02 | 2006-10-18 | オリンパス株式会社 | カンチレバーチップ |
| US6415653B1 (en) * | 1998-03-24 | 2002-07-09 | Olympus Optical Co., Ltd. | Cantilever for use in a scanning probe microscope |
| US6469288B1 (en) * | 1999-05-17 | 2002-10-22 | Olympus Optcial Co., Ltd. | Near field optical microscope and probe for near field optical microscope |
| EP1061529A1 (en) * | 1999-06-11 | 2000-12-20 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | A probe tip for the investigation of a substrate and a method of fabrication therof |
| JP2001091441A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-04-06 | Japan Science & Technology Corp | ナノメートルオーダの機械振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置 |
| JP2002005810A (ja) * | 2000-06-16 | 2002-01-09 | Canon Inc | プローブ及びその製造方法、表面観察装置、露光装置、情報処理装置 |
| JP3589630B2 (ja) * | 2000-12-04 | 2004-11-17 | 株式会社東京精密 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| JP4076792B2 (ja) * | 2001-06-19 | 2008-04-16 | 独立行政法人科学技術振興機構 | カンチレバーアレイ、その製造方法及びその装置 |
| JP2004058267A (ja) * | 2002-06-03 | 2004-02-26 | Japan Science & Technology Corp | シリコン微小細線からなる３次元構造体、その製造方法及びそれを利用した装置 |
-
2004
- 2004-07-12 KR KR1020067000988A patent/KR20060036456A/ko active IP Right Grant
- 2004-07-12 US US10/564,447 patent/US20070108159A1/en not_active Abandoned
- 2004-07-12 WO PCT/JP2004/009911 patent/WO2005020243A1/ja not_active Application Discontinuation
- 2004-07-12 RU RU2006101285/28A patent/RU2320034C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2004-07-12 JP JP2005513248A patent/JPWO2005020243A1/ja not_active Withdrawn
- 2004-07-12 EP EP04747379A patent/EP1667164A4/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1667164A1 (en) | 2006-06-07 |
| KR20060036456A (ko) | 2006-04-28 |
| EP1667164A4 (en) | 2008-01-02 |
| US20070108159A1 (en) | 2007-05-17 |
| RU2006101285A (ru) | 2006-06-27 |
| WO2005020243A1 (ja) | 2005-03-03 |
| JPWO2005020243A1 (ja) | 2006-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7340944B2 (en) | Oscillator and method of making for atomic force microscope and other applications | |
| US5354985A (en) | Near field scanning optical and force microscope including cantilever and optical waveguide | |
| RU2320034C2 (ru) | Зонд для сканирующего зондового микроскопа и способ его изготовления | |
| US8011016B2 (en) | SPM probe with shortened cantilever | |
| US6415653B1 (en) | Cantilever for use in a scanning probe microscope | |
| JP3260644B2 (ja) | カンチレバーおよびその製造方法 | |
| JPH01262403A (ja) | プローブおよびその製造方法 | |
| EP1619531B1 (en) | Optical waveguide probe and scanning near-field optical microscope | |
| JP2002310883A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー | |
| JP3834378B2 (ja) | カンチレバーチップ | |
| JPH11326349A (ja) | プローブ | |
| BG66958B1 (bg) | Микроконзолни сензори за комбинирана микроскопия | |
| JP2007155492A (ja) | 温度測定用プローブ | |
| JP2001056281A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー | |
| JPH11271347A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法 | |
| RU2153731C1 (ru) | Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа | |
| JPH11271015A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーチップ及びその製造方法 | |
| JPH10311843A (ja) | カンチレバー及びその製造方法 | |
| JPH09304410A (ja) | Ａｆｍカンチレバー | |
| JPH11230974A (ja) | プローブ及びその作製方法 | |
| JPH11337562A (ja) | 走査型プロ―ブ顕微鏡用カンチレバ― | |
| WO2022130353A1 (ru) | Кантилевер с кремниевой иглой | |
| JP2000009627A (ja) | 走査型近接場光学顕微鏡用のカンチレバーとその製造方法及び走査型近接場光学顕微鏡 | |
| JPH0626846A (ja) | 表面粗さ測定装置 | |
| 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 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080713 |