JPH11211735A - Method for manufacturing probe of scanning-type probe microscope (spm) probe - Google Patents
Method for manufacturing probe of scanning-type probe microscope (spm) probeInfo
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- JPH11211735A JPH11211735A JP16117298A JP16117298A JPH11211735A JP H11211735 A JPH11211735 A JP H11211735A JP 16117298 A JP16117298 A JP 16117298A JP 16117298 A JP16117298 A JP 16117298A JP H11211735 A JPH11211735 A JP H11211735A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カンチレバーに代
表されるSPM プローブの探針の製造方法に係り、さらに
詳しくは、SPM プローブに設けられた探針の先端を尖鋭
化するSPM プローブの探針の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a probe of an SPM probe represented by a cantilever, and more particularly, to a probe of an SPM probe for sharpening a tip of a probe provided on the SPM probe. And a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、原子オーダで試料表面の微細
構造を解明するために走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ:S
canning Probe Microscope）の一つである原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope ）が用いられて
いた。ＡＦＭは先端に探針（Ｔｉｐ）を設けたカンチレ
バーを走査プローブとして利用している。このようなプ
ローブを用いたSPM は、プローブ先端の探針で試料表面
近傍を走査すると、試料表面と探針との間に原子間力等
による相互作用（引力または斥力等）が発生し、その作
用によるプローブの撓み量を検出することで試料表面の
形状を測定する。2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning probe microscope (SPM: SPM) has been used to elucidate the fine structure of a sample surface in atomic order.
An atomic force microscope (AFM), which is one of the canning probe microscopes, has been used. The AFM uses a cantilever provided with a probe at the tip as a scanning probe. In SPM using such a probe, when the vicinity of the sample surface is scanned by the probe at the tip of the probe, an interaction (attraction or repulsion, etc.) occurs between the sample surface and the probe due to an atomic force or the like. The shape of the sample surface is measured by detecting the amount of deflection of the probe due to the action.
【０００３】この種のSPMにおいて、高分解能で測長や
観察を行うには、探針の先端を非常に尖らせておく必要
がある。また、電解放射用エミッタ先端（Ｔｉｐ）など
でも、効率よく電子を放出するためには先端を非常に尖
らせておく必要があった。In this type of SPM, it is necessary to sharpen the tip of the probe in order to measure and observe with high resolution. Also, the tip of the field emission emitter (Tip) needs to be very sharp in order to efficiently emit electrons.
【０００４】そこで、従来のSPM プローブの探針の製造
方法としては、尖鋭化したい部分の直径が例えば１μｍ
以下となるような所望の形状を得るため、予めエッチン
グなどで形成したシリコン突起に対してウエット酸化を
行うことにより、酸化膜内に発生する体積膨張による圧
縮応力を利用して、探針の先端を尖鋭化することが行わ
れていた。Therefore, in a conventional method for manufacturing a probe of an SPM probe, the diameter of a portion to be sharpened is, for example, 1 μm.
In order to obtain a desired shape as described below, wet oxidation is performed on silicon projections formed in advance by etching or the like, and the tip of the probe is utilized by utilizing the compressive stress due to volume expansion generated in the oxide film. Was being sharpened.
【０００５】このように、シリコン突起を熱酸化処理し
て探針の先端を尖鋭化する技術に関する公報としては、
例えば、特開平３−２１８９９８号公報や特開平４−４
０３１１号公報などがある。[0005] As described above, there is a gazette relating to a technique for sharpening the tip of a probe by thermally oxidizing a silicon protrusion.
For example, JP-A-3-218998 and JP-A-4-4
No. 0311 and the like.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のSPM プローブの探針の製造方法にあっては、
シリコン突起に対して酸化処理を行うことにより、酸化
膜内に発生する体積膨張による圧縮応力の分布の差を利
用して探針（Ｔｉｐ）の先端を尖鋭化する際に、６００
度から９５０度の比較的低い温度範囲でウエット酸化を
行っていた。However, in such a conventional method of manufacturing the probe of the SPM probe,
By performing the oxidation process on the silicon projection, when the tip of the probe (Tip) is sharpened by utilizing the difference in the distribution of the compressive stress due to the volume expansion generated in the oxide film, 600
The wet oxidation was performed in a relatively low temperature range of 950 to 950 degrees.
【０００７】この温度範囲では、探針の先端の尖鋭化に
寄与するが、酸化膜成長速度が遅いため、酸化前のシリ
コン突起の先端部を細くしておくか、長い時間をかけて
酸化せざるを得ず、スループットが悪くなるという不都
合があった。また、酸化膜の成長は、時間に比例して増
加するものではなく、一定の膜厚値を境に成長速度が著
しく低下するという特性を持っている。In this temperature range, the tip of the probe tip is sharpened, but the growth rate of the oxide film is low. Therefore, the tip of the silicon projection before oxidation is thinned or oxidized for a long time. Inevitably, there is a disadvantage that the throughput is deteriorated. In addition, the growth of the oxide film does not increase in proportion to time, but has a characteristic that the growth rate is remarkably reduced at a certain film thickness.
【０００８】そこで、酸化温度を高くすれば酸化膜の成
長速度が速くなることから、９５０度を越えて１０００
度以上で酸化処理することも考えられるが、徐々に酸化
膜の粘度が低くなり、酸化膜による探針の先端の尖鋭化
に寄与しなくなるという不都合があった。Therefore, if the oxidation temperature is increased, the growth rate of the oxide film is increased.
Although it is conceivable that the oxidation treatment is performed at a temperature higher than the above, there is a disadvantage that the viscosity of the oxide film gradually decreases and the oxide film does not contribute to sharpening of the tip of the probe.
【０００９】また、探針の形成プロセスには２つあり、
一方はウエット異方性エッチングやウエット等方性エッ
チングであり、他方は等方性ドライエッチングである。
これらのエッチングプロセスで酸化前のシリコン突起の
先端形状を細くしておけば、９５０度以下でウエット酸
化を行ってもスループットの低下を緩和することができ
るが、上記エッチングプロセスで酸化前のシリコン突起
の先端形状を細くそろえることは非常に困難であった。Further, there are two processes for forming the probe,
One is wet anisotropic etching or wet isotropic etching, and the other is isotropic dry etching.
If the tip shape of the silicon protrusion before oxidation is reduced in these etching processes, a decrease in throughput can be reduced even when wet oxidation is performed at 950 degrees or less. It was very difficult to make the shape of the tip narrow.
【００１０】これらの不都合は、コストアップを引き起
こし、シリコン基板面内に形成される探針の先端径のば
らつきが多くなると、これが走査型プローブ顕微鏡の分
解能のばらつきや電解放射効率の低下を引き起こす要因
となっていた。[0010] These inconveniences cause an increase in cost, and when the tip diameter of the probe formed in the silicon substrate surface varies widely, this causes a variation in resolution of the scanning probe microscope and a reduction in electrolytic radiation efficiency. Had become.
【００１１】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、探針の先端の尖鋭化の作成プ
ロセスが容易となり、尖鋭酸化に要する時間が短く、シ
リコン基板面内で形成される探針の先端形状の均一性を
高めることができるSPM プローブの探針の製造方法を提
供することを目的としている。The present invention has been made in view of the inconveniences of the prior art, and makes the process of sharpening the tip of the probe easy, shortens the time required for sharp oxidation, and reduces the time required for sharp oxidation. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a probe tip of an SPM probe which can enhance the uniformity of the tip shape of the probe.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、SPM のプローブに設け
られた探針の先端を尖鋭化するSPM プローブの探針の製
造方法において、シリコン基板上の前記探針を形成する
位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチングマスク
を形成する工程と、前記エッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングを行って、エッチング
マスクの下に円錐形のシリコン突起を形成する工程と、
前記エッチングマスクを付けた状態で前記円錐形のシリ
コン突起の表面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜
を除去して探針を形成する工程と、を含むものである。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a method of manufacturing a probe of an SPM probe, which sharpens the tip of the probe provided on the probe of the SPM. Forming an etching mask made of a circular silicon oxide film at a position on the silicon substrate where the probe is to be formed; and performing etching on the silicon substrate on which the etching mask has been formed, and Forming a conical silicon projection on the
A step of forming an oxide film on the surface of the conical silicon projection with the etching mask attached; and a step of forming the probe by removing the oxide film.
【００１３】これによれば、シリコン基板上の探針を形
成する位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチング
マスクが形成され、そのエッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングすることにより、エッ
チングマスクの下に円錐形のシリコン突起が形成され、
そのエッチングマスクの付いた円錐形のシリコン突起の
表面に酸化膜が形成され、その酸化膜を除去して探針が
形成される。このように、円錐形のシリコン突起の表面
に酸化膜を形成する際に、円錐形の先端部分にエッチン
グマスクが付いた状態で酸化を行うというプロセスを採
用するだけで、先端部分における酸化膜の成長速度が裾
部分に比べて遅くなり、探針のアスペクト比（縦／横
比）が向上して、先端を尖鋭化することができる。According to this, an etching mask made of a circular silicon oxide film is formed at a position on the silicon substrate where the probe is to be formed, and the silicon substrate on which the etching mask is formed is etched. Conical silicon projections are formed under the mask,
An oxide film is formed on the surface of the conical silicon projection provided with the etching mask, and the oxide film is removed to form a probe. As described above, when an oxide film is formed on the surface of the conical silicon projection, only the process of oxidizing with the etching mask attached to the tip of the cone is adopted, and the oxide film at the tip is formed. The growth rate is lower than that of the skirt portion, the aspect ratio (length / width ratio) of the probe is improved, and the tip can be sharpened.
【００１４】請求項２に記載の発明は、SPM プローブに
設けられた探針の先端を尖鋭化する製造方法において、
シリコン基板上の前記探針を形成する位置に円形のシリ
コン酸化膜から成るエッチングマスクを形成する工程
と、前記エッチングマスクが形成されたシリコン基板に
対してエッチングを行って、エッチングマスクの下にく
びれ部を持った円筒形状のシリコン突起を形成する工程
と、前記くびれ部を持った円筒形状のシリコン突起の表
面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去して探
針を形成する工程と、を含むものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method for sharpening a tip of a probe provided on an SPM probe,
A step of forming an etching mask made of a circular silicon oxide film at a position on the silicon substrate where the probe is to be formed; and performing etching on the silicon substrate on which the etching mask has been formed, and constricting under the etching mask. Forming a silicon protrusion having a cylindrical portion having a portion, forming an oxide film on the surface of the cylindrical silicon protrusion having a constricted portion, and forming a probe by removing the oxide film. And
【００１５】これによれば、シリコン基板上の探針を形
成する位置に円形のシリコン酸化膜から成るエッチング
マスクが形成され、そのエッチングマスクが形成された
シリコン基板に対してエッチングすることにより、エッ
チングマスクの下にくびれ部を持った円筒形状のシリコ
ン突起が形成され、そのくびれ部を持った円筒形状のシ
リコン突起の表面に酸化膜が形成され、その酸化膜を除
去して探針が形成される。このように、酸化前のシリコ
ン突起の形状をくびれ部を持った円筒形状としたため、
酸化膜の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリコン
突起を容易かつ安定して得られ、この形状からくる制約
により酸化後の探針の先端を尖鋭化することが可能であ
る。According to this, an etching mask made of a circular silicon oxide film is formed at a position on the silicon substrate where a probe is to be formed, and the silicon substrate on which the etching mask has been formed is etched. A cylindrical silicon projection with a constriction is formed under the mask, an oxide film is formed on the surface of the cylindrical silicon protrusion with the constriction, and the oxide film is removed to form a probe. You. As described above, since the shape of the silicon projection before oxidation is a cylindrical shape having a constricted portion,
In addition to the compressive stress of the oxide film, thin silicon protrusions before oxidation can be easily and stably obtained, and it is possible to sharpen the tip of the oxidized probe due to the restriction due to this shape.
【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載のSPM プローブの探針の製造方法において、前
記酸化膜を形成する工程は、シリコン突起の表面を９５
０度から１０００度の範囲で熱酸化を行って酸化膜を形
成することを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a probe of the SPM probe according to the first or second aspect, the step of forming the oxide film includes the steps of:
It is characterized in that thermal oxidation is performed in the range of 0 to 1000 degrees to form an oxide film.
【００１７】これによれば、シリコン突起の表面に酸化
膜を形成する工程（尖鋭酸化工程ともいう）では、９５
０度を越えて１０００度までの範囲で熱酸化を行うよう
にしたため、スループットが向上するとともに、酸化時
間当たりの酸化膜厚を厚くすることが可能なため、酸化
前のシリコン突起の先端を必要以上に細くする必要がな
く、プロセス能力に余裕ができて、安定した先端形状を
得ることができる。また、上記プロセスを採用する場合
であれば、探針の先端を尖鋭化する効果があるため、尖
鋭酸化温度を１０００度まで引き上げて酸化膜の粘度が
多少低くなっても、探針の先端の尖鋭化にそれほど影響
を与えなくて済むという利点がある。According to this, in the step of forming an oxide film on the surface of the silicon projection (also referred to as a sharp oxidation step),
Since thermal oxidation is performed in a range of more than 0 ° to 1000 °, the throughput is improved, and the thickness of the oxide film per oxidation time can be increased. It is not necessary to make the tip thinner as described above, so that the process capability has a margin and a stable tip shape can be obtained. In addition, if the above process is adopted, there is an effect of sharpening the tip of the probe. Therefore, even if the sharp oxidation temperature is raised to 1000 degrees and the viscosity of the oxide film is slightly lowered, the tip of the probe is This has the advantage that sharpening is not significantly affected.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、この発明に係るSPM プロー
ブの探針の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細
に説明する。ここでは、SPM プローブに設けられる先端
が尖鋭化した探針を製造するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for manufacturing a probe of an SPM probe according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, a probe provided at the SPM probe with a sharpened tip is manufactured.
【００１９】（実施の形態１）図１および図２には、実
施の形態１に係るSPM プローブの探針の製造方法を説明
する工程図が示されている。(Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 are process diagrams for explaining a method of manufacturing a probe of an SPM probe according to Embodiment 1. FIG.
【００２０】図１（ａ）において、シリコン基板１０の
表面を熱酸化することにより、所定膜厚のシリコン酸化
膜（ＳｉＯ2 ）１２を形成する。このシリコン酸化膜１
２は、後に探針を形成する際のエッチングマスクとなる
ものである。In FIG. 1A, a silicon oxide film (SiO 2 ) 12 having a predetermined thickness is formed by thermally oxidizing the surface of a silicon substrate 10. This silicon oxide film 1
Reference numeral 2 serves as an etching mask when a probe is formed later.
【００２１】そして、図１（ｂ）では、シリコン酸化膜
１２上にフォトレジスト１４を塗布し、同図（ｃ）でフ
ォトリソグラフィ技術を使って円形にパターニングし
て、レジストマスク１４ａを形成する。図１（ｄ）で
は、上記レジストマスク１４ａを使ってシリコン酸化膜
１２をエッチングすることにより、パターンが転写され
たマスク（ＳｉＯ2 ）１２ａが形成される。In FIG. 1B, a photoresist 14 is applied on the silicon oxide film 12, and is patterned in a circular shape by using a photolithography technique in FIG. 1C to form a resist mask 14a. In FIG. 1D, the mask (SiO 2 ) 12a to which the pattern is transferred is formed by etching the silicon oxide film 12 using the resist mask 14a.
【００２２】本実施の形態１では、図２（ｅ）に示され
るように、マスク１２ａ上のレジストマスク１４ａを除
去した後、マスク１２ａが形成されたシリコン基板１０
を同図（ｆ）に示されるように、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）による等方性ドラ
イエッチングを用いて、尖鋭酸化前の円錐形のシリコン
突起１６が形成される。In the first embodiment, as shown in FIG. 2E, after removing the resist mask 14a on the mask 12a, the silicon substrate 10 on which the mask 12a is formed is removed.
As shown in FIG. 1F, a conical silicon protrusion 16 before sharp oxidation is formed by using isotropic dry etching by reactive ion etching (RIE).
【００２３】このエッチングで用いられる反応ガスは、
反応を速く進め、かつマスク１２ａであるシリコン酸化
膜とのエッチングの選択比を大きくするために、一般的
にはフッ素（Ｆ）系のガスが用いられる。代表的なガス
としては、ＳＦ6 である。なお、フッ素（Ｆ）を含んで
いるガスであれば、ＳＦ6 に限定されるものではなく、
ＣＨＦ3 やＣＨＦ4 等のガスを用いても良い。The reaction gas used in this etching is:
In general, a fluorine (F) -based gas is used to accelerate the reaction and increase the etching selectivity with respect to the silicon oxide film serving as the mask 12a. Typical gas is SF 6. Incidentally, if the gas that contains fluorine (F), is not limited to SF 6,
A gas such as CHF 3 or CHF 4 may be used.
【００２４】また、エッチング後の形状（いわゆる、プ
ロファイル）を任意の形状で得るために、Ｏ2 ガスやＣ
を含むガスを添加することも有効である。ここでは、ド
ライエッチングを用いてシリコン突起１６を形成した
が、ウエットエッチングを用いて形成することも可能で
ある。Further, in order to obtain an etched shape (so-called profile) in an arbitrary shape, O 2 gas or C
It is also effective to add a gas containing Here, the silicon protrusions 16 are formed using dry etching, but they can also be formed using wet etching.
【００２５】その後、マスク１２ａを付けたままの状態
のシリコン突起１６に対して尖鋭酸化が行われる。この
尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱酸化を６．５時間
行って、約１．２μｍの厚さのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 ）１８を得ることができる。その際、シリコン突起１
６は、酸化膜の圧縮応力を受けることから先端が尖鋭化
される。Thereafter, sharp oxidation is performed on the silicon projection 16 with the mask 12a attached. This sharp oxidation is performed by performing wet thermal oxidation at 1000 ° C. for 6.5 hours to form a silicon oxide film (SiO 2) having a thickness of about 1.2 μm.
2 ) 18 can be obtained. At that time, silicon projection 1
6 has a sharpened tip because it receives compressive stress of the oxide film.
【００２６】また、ここでは、シリコン突起１６の上に
マスク１２ａを付けた状態で尖鋭酸化を行ったため、シ
リコン突起１６の先端付近の酸化膜の成長速度が裾部分
に比べて遅くなり、アスペクト比（縦／横比）がさらに
向上して、先端の尖鋭化が進むことになる。In this case, since the sharp oxidation is performed with the mask 12a attached on the silicon protrusion 16, the growth rate of the oxide film near the tip of the silicon protrusion 16 becomes slower than that of the foot portion, and the aspect ratio is reduced. (Aspect / width ratio) is further improved, and the tip is sharpened.
【００２７】そして、図２（ｈ）では、緩衝フッ酸溶液
（ＢＨＦ）を用いることにより、マスク１２ａおよびシ
リコン酸化膜１８が除去され、先端が尖鋭化した探針
（Ｔｉｐ）を２０得ることができる。In FIG. 2 (h), the use of a buffered hydrofluoric acid solution (BHF) removes the mask 12a and the silicon oxide film 18 and obtains a sharpened tip (Tip) 20. it can.
【００２８】以上説明したように、本実施の形態１によ
れば、円錐形のシリコン突起の表面に酸化膜を形成する
際に、円錐形の先端部分にエッチングマスクが付いた状
態で尖鋭酸化を行うようにしたため、簡単なプロセスで
探針の先端を尖鋭化することきができる。As described above, according to the first embodiment, when an oxide film is formed on the surface of a conical silicon projection, sharp oxidation is performed with an etching mask attached to the tip of the cone. Since it is performed, the tip of the probe can be sharpened by a simple process.
【００２９】また、尖鋭酸化を１０００度のウエット熱
酸化で行ったため、その分スループットが向上するとと
もに、酸化時間当たりの酸化膜厚が厚くできるため、酸
化前のシリコン突起の先端を必要以上に細くする必要が
なくなり、安定した先端形状を得ることができる。Further, since the sharp oxidation is performed by a 1000 ° wet thermal oxidation, the throughput is improved accordingly, and the oxide film thickness per oxidation time can be increased, so that the tip of the silicon projection before oxidation is made thinner than necessary. It is no longer necessary to obtain a stable tip shape.
【００３０】（実施の形態２）この実施の形態２では、
上記の実施の形態１で形成した尖鋭酸化前の円錐形のシ
リコン突起１６を形成する代わりに、くびれ部を持った
円筒形状のシリコン突起３０を形成した点に特徴があ
る。(Embodiment 2) In this embodiment 2,
The present embodiment is characterized in that a cylindrical silicon projection 30 having a constricted portion is formed instead of the conical silicon projection 16 before the sharp oxidation formed in the first embodiment.
【００３１】図３には、実施の形態２に係るSPM プロー
ブの探針の製造方法を説明する工程図が示されている。
なお、実施の形態２の製造工程の前半部分は、上記実施
の形態１で説明した図１の（ａ）〜（ｄ）と同じである
ので、それらの図示および説明は省略し、そのつぎの工
程から説明することにする。FIG. 3 is a process chart for explaining a method of manufacturing the probe of the SPM probe according to the second embodiment.
Note that the first half of the manufacturing process of the second embodiment is the same as (a) to (d) of FIG. 1 described in the first embodiment, and thus illustration and description thereof are omitted, and the next The steps will be described.
【００３２】そこで、図３（ａ）に示されるように、マ
スク１２ａ上のレジストマスク１４ａを除去した後、マ
スク１２ａが形成されたシリコン基板１０を同図（ｂ）
に示されるように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
による等方性ドライエッチングを用いて、尖鋭酸化前の
くびれ部を持った円筒形状から成るシリコン突起３０が
形成される。このエッチングで用いられる反応ガスは、
反応を速く進め、かつマスク１２ａであるシリコン酸化
膜とのエッチングの選択比を大きくするために、一般的
にはフッ素（Ｆ）系のガスが用いられる。Therefore, as shown in FIG. 3A, after removing the resist mask 14a on the mask 12a, the silicon substrate 10 on which the mask 12a is formed is removed as shown in FIG.
As shown in the figure, reactive ion etching (RIE)
By using isotropic dry etching, a silicon projection 30 having a constricted portion before sharp oxidation is formed in a cylindrical shape. The reaction gas used in this etching is
In general, a fluorine (F) -based gas is used to accelerate the reaction and increase the etching selectivity with respect to the silicon oxide film serving as the mask 12a.
【００３３】代表的なガスとしては、ＳＦ6 である。な
お、フッ素（Ｆ）を含んでいるガスであれば、ＳＦ6 に
限定されるものではなく、ＣＨＦ3 やＣＨＦ4 等のガス
を用いても良い。また、エッチング後の形状（いわゆ
る、プロファイル）を任意の形状で得るために、Ｏ2 ガ
スやＣを含むガスを添加することも有効である。ここで
は、ドライエッチングを用いてシリコン突起１６を形成
したが、ウエットエッチングを用いて形成することも可
能である。A typical gas is SF 6 . Incidentally, if the gas that contains fluorine (F), is not limited to SF 6, it may be used CHF 3 and CHF 4 or the like gas. It is also effective to add an O 2 gas or a gas containing C in order to obtain an arbitrary shape after etching (so-called profile). Here, the silicon protrusions 16 are formed using dry etching, but they can also be formed using wet etching.
【００３４】このようにして得られた形状が、図３
（ｂ）のくびれ部を持った円筒形状から成るシリコン突
起３０である。そして、ここでは、シリコン酸化膜から
成るマスク１２ａを除去した後のシリコン突起３０を示
したのが図３（ｃ）である。このシリコン突起の寸法形
状は、例えば、後工程で形成される尖鋭酸化膜厚を１．
２μｍに設定したとすると、上記エッチング条件では、
寸法ｄ１が３．０μｍ〜１．５μｍを目標寸法とするこ
とが望ましい。The shape thus obtained is shown in FIG.
(B) Silicon projection 30 having a constricted portion and having a cylindrical shape. Here, FIG. 3C shows the silicon projection 30 after removing the mask 12a made of the silicon oxide film. The dimensions and shape of the silicon projections are, for example, as follows.
If it is set to 2 μm, under the above etching conditions,
It is desirable that the target size is 3.0 μm to 1.5 μm.
【００３５】また、その場合の寸法は、ｄ１＞ｄ２でな
くてはならない。さらに、ｄ１：ｄ２の比率は、加工時
の諸条件（反応応力、反応ガス流量、反応ガス種、電解
密度など）によって適宜定まる。In this case, the dimensions must be d1> d2. Further, the ratio of d1: d2 is appropriately determined depending on various conditions during processing (reaction stress, reaction gas flow rate, reaction gas type, electrolytic density, and the like).
【００３６】また、図３（ｃ）に示されるように、マス
ク１２ａを除去した方が、よりｄ１が太い場合でも探針
の先端を尖鋭化することが可能であるが、最終的な形状
としてマスク１２ａを除去するか否かは大きな違いとは
ならない（マスク１２ａを除去せずに尖鋭酸化を行う工
程については後述する）。As shown in FIG. 3 (c), it is possible to sharpen the tip of the probe by removing the mask 12a even when d1 is thicker. Whether or not to remove the mask 12a does not make a significant difference (the step of performing sharp oxidation without removing the mask 12a will be described later).
【００３７】つぎに、くびれ部を持った円筒形状から成
るシリコン突起３０に対して尖鋭酸化が行われる。この
尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱酸化を６．５時間
行って、約１．２μｍの厚さのシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 ）３２を得ることができる。その際、形成される酸化
膜は、酸素の拡散によってシリコン（Ｓｉ）界面上に約
６割の酸化膜成長と、シリコン（Ｓｉ）基材へ４割の拡
散成長の合計膜厚となる。Next, sharp oxidation is performed on the cylindrical silicon projection 30 having a constricted portion. This sharp oxidation is performed by performing wet thermal oxidation at 1000 ° C. for 6.5 hours to form a silicon oxide film (SiO 2) having a thickness of about 1.2 μm.
2 ) 32 can be obtained. At this time, the formed oxide film has a total thickness of about 60% of the oxide film grown on the silicon (Si) interface and 40% of the diffusion growth on the silicon (Si) substrate due to diffusion of oxygen.
【００３８】このため、理論的には、ｄ２部が２．４μ
ｍより小さく、例えば、１．０μｍであった場合にもｄ
２部のシリコンは全てシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）とな
り、さらに反応すべきシリコンが存在しないために、反
応はそこで停止する。もちろんシリコン突起３０の上下
方向には、酸化反応していないシリコンが残っているた
め反応は進むが、基本的に探針の先端の高さが減少する
だけで、探針の先端は依然として尖鋭化されている。Therefore, theoretically, the d2 part is 2.4 μm.
m, for example, 1.0 μm
All of the two parts of silicon become a silicon oxide film (SiO 2 ), and the reaction stops there because there is no silicon to react. Of course, the reaction proceeds because the silicon that has not been oxidized remains in the vertical direction of the silicon projection 30. However, basically, only the height of the tip of the probe is reduced, and the tip of the probe is still sharpened. Have been.
【００３９】そして、図３（ｅ）では、緩衝フッ酸溶液
（ＢＨＦ）を用いることにより、シリコン酸化膜３２の
みが除去され、先端が尖鋭化したシリコンから成る探針
（Ｔｉｐ）３４が得られる。Then, in FIG. 3E, by using a buffered hydrofluoric acid solution (BHF), only the silicon oxide film 32 is removed, and a probe (Tip) 34 made of silicon with a sharpened tip is obtained. .
【００４０】以上説明したように、本実施の形態２によ
れば、酸化前のシリコン突起の形状をくびれ部を持った
円筒形状とし、これに対して尖鋭酸化を行うことによ
り、酸化膜の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリ
コン突起を容易かつ安定して得られるので、先端が尖鋭
化した探針を得ることができる。As described above, according to the second embodiment, the shape of the silicon projection before oxidation is made into a cylindrical shape having a constricted portion, and sharp oxidation is performed on the silicon projection to compress the oxide film. In addition to stress, thin silicon projections before oxidation can be easily and stably obtained, so that a probe with a sharpened tip can be obtained.
【００４１】（実施の形態３）この実施の形態３では、
上記の実施の形態２においてくびれ部を持った円筒形状
のシリコン突起３０を形成する際に用いたマスク１２ａ
を、シリコン突起３０に付けたままの状態で尖鋭酸化処
理を行った点に特徴がある。(Embodiment 3) In this embodiment 3,
Mask 12a used in forming cylindrical silicon projection 30 having a constricted portion in the second embodiment.
Is characterized in that a sharp oxidation treatment is performed in a state where it is attached to the silicon protrusion 30.
【００４２】図４には、実施の形態３に係るSPM プロー
ブの探針の製造方法を説明する工程図が示されている。
なお、実施の形態３の製造工程の前半部分は、上記実施
の形態１で説明した図１の（ａ）〜（ｄ）と同じである
ので、それらの図示および説明は省略し、そのつぎの工
程から説明することにする。FIG. 4 is a process chart for explaining a method of manufacturing the probe of the SPM probe according to the third embodiment.
Note that the first half of the manufacturing process of the third embodiment is the same as (a) to (d) of FIG. 1 described in the first embodiment, so that illustration and description thereof are omitted, and the next The steps will be described.
【００４３】そこで、図４（ａ）では、マスク１２ａ上
のレジストマスク１４ａを除去せずに反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）による等方性ドライエッチングを用い
て、尖鋭酸化前のくびれ部を持った円筒形状から成るシ
リコン突起３０を形成する。このエッチングで用いられ
る反応ガスおよびエッチング条件については、実施の形
態２の場合と同じである。Therefore, in FIG. 4A, a constricted portion before sharp oxidation is formed by using isotropic dry etching by reactive ion etching (RIE) without removing the resist mask 14a on the mask 12a. A silicon projection 30 having a cylindrical shape is formed. The reaction gas and etching conditions used in this etching are the same as those in the second embodiment.
【００４４】図４（ｂ）では、フォトレジスト１４ａを
除去した後、同図（ｃ）でマスク１２ａを付けたままの
状態でシリコン突起３０の尖鋭酸化を行っている。な
お、上述した実施の形態２では、マスク１２ａを除去し
て尖鋭酸化を行っているが、シリコン突起がくびれ部を
持った円筒形状であるため、最終的に形成される探針３
８の形状は、マスク１２ａを除去するか否かは大きな違
いとはならず、何れの工程も採用することができる。In FIG. 4B, after the photoresist 14a is removed, the silicon projections 30 are sharply oxidized with the mask 12a still attached in FIG. 4C. In the second embodiment described above, the mask 12a is removed and sharp oxidation is performed. However, since the silicon protrusion has a cylindrical shape having a constricted portion, the finally formed probe 3
The shape of 8 does not make a significant difference whether or not to remove the mask 12a, and any of the steps can be adopted.
【００４５】この尖鋭酸化は、１０００度のウエット熱
酸化を６．５時間行って、約１．２μｍの厚さのシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ2 ）３６を得ることができる。そし
て、図４（ｄ）では、緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用い
ることにより、シリコン酸化膜３６のみが除去され、先
端が尖鋭化したシリコンから成る探針（Ｔｉｐ）３８が
得られる。In this sharp oxidation, a 1000-degree wet thermal oxidation is performed for 6.5 hours to obtain a silicon oxide film (SiO 2 ) 36 having a thickness of about 1.2 μm. Then, in FIG. 4D, by using a buffered hydrofluoric acid solution (BHF), only the silicon oxide film 36 is removed, and a tip 38 made of silicon with a sharpened tip is obtained.
【００４６】以上説明したように、本実施の形態３によ
れば、酸化前のシリコン突起の形状をくびれ部を持った
円筒形状とし、これに対してマスクを付けたままの状態
で尖鋭酸化を行うことにより、酸化膜の圧縮応力に加え
て、先の細い酸化前のシリコン突起を容易かつ安定して
得られるので、先端が尖鋭化した探針を得ることができ
る。As described above, according to the third embodiment, the shape of the silicon projection before oxidation is a cylindrical shape having a constricted portion, and the sharp oxidation is performed on the silicon projection with the mask attached. By doing so, in addition to the compressive stress of the oxide film, a thin silicon projection before oxidation can be easily and stably obtained, so that a probe with a sharpened tip can be obtained.
【００４７】[0047]
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、円錐形
の先端部分にエッチングマスクが付いた状態で酸化を行
う簡単なプロセスとすることにより、探針のアスペクト
比が向上して、先端を尖鋭化することができる。According to the first aspect of the present invention, the aspect ratio of the probe can be improved by performing a simple process of oxidizing with the etching mask attached to the conical tip. The tip can be sharpened.
【００４８】請求項２に記載の発明によれば、くびれ部
を持った円筒形状のシリコン突起の表面に酸化膜を形成
し、その酸化膜を除去して探針を形成するので、酸化膜
の圧縮応力に加えて、先の細い酸化前のシリコン突起が
容易かつ安定して得られ、酸化後の探針の先端を尖鋭化
することができる。According to the second aspect of the present invention, an oxide film is formed on the surface of a cylindrical silicon projection having a constricted portion, and the oxide film is removed to form a probe. In addition to the compressive stress, a thin silicon projection before oxidation can be easily and stably obtained, and the tip of the probe after oxidation can be sharpened.
【００４９】請求項３に記載の発明によれば、９５０度
〜１０００度の範囲で熱酸化を行うようにしたので、ス
ループットが向上し、安定した先端形状を得ることがで
きる。According to the third aspect of the present invention, the thermal oxidation is performed in the range of 950 to 1000 degrees, so that the throughput is improved and a stable tip shape can be obtained.
【図１】本発明の実施の形態１に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。FIG. 1 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a probe of an SPM probe according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態１に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。FIG. 2 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a probe of an SPM probe according to Embodiment 1 of the present invention.
【図３】本発明の実施の形態２に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a probe of an SPM probe according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態３に係るSPM プローブの探
針の製造方法を説明する工程図である。FIG. 4 is a process chart illustrating a method for manufacturing a probe of an SPM probe according to Embodiment 3 of the present invention.
１０ シリコン基板 １２ シリコン酸化膜 １２ａ マスク １６ シリコン突起 １８，３２，３６ シリコン酸化膜 ２０，３４，３８ 探針 ３０ シリコン突起 Reference Signs List 10 silicon substrate 12 silicon oxide film 12a mask 16 silicon projection 18, 32, 36 silicon oxide film 20, 34, 38 probe 30 silicon projection
Claims (3)
られた探針の先端を尖鋭化するSPM プローブの探針の製
造方法において、 シリコン基板上の前記探針を形成する位置に円形のシリ
コン酸化膜から成るエッチングマスクを形成する工程
と、 前記エッチングマスクが形成されたシリコン基板に対し
てエッチングを行って、エッチングマスクの下に円錐形
のシリコン突起を形成する工程と、 前記エッチングマスクを付けた状態で前記円錐形のシリ
コン突起の表面に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜を除去して探針を形成する工程と、 を含むことを特徴とするSPM プローブの探針の製造方
法。1. A method of manufacturing a probe of an SPM probe for sharpening the tip of a probe provided on a probe of a scanning probe microscope, comprising: forming a circular silicon oxide film on a silicon substrate at a position where the probe is to be formed; Forming an etching mask comprising: etching the silicon substrate on which the etching mask is formed to form a conical silicon projection under the etching mask; and attaching the etching mask. Forming an oxide film on the surface of the conical silicon projections, and removing the oxide film to form a probe. 2. A method for manufacturing a probe for an SPM probe, comprising:
を尖鋭化するSPM プローブの探針の製造方法において、 シリコン基板上の前記探針を形成する位置に円形のシリ
コン酸化膜から成るエッチングマスクを形成する工程
と、 前記エッチングマスクが形成されたシリコン基板に対し
てエッチングを行って、エッチングマスクの下にくびれ
部を持った円筒形状のシリコン突起を形成する工程と、 前記くびれ部を持った円筒形状のシリコン突起の表面に
酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜を除去して探針を形成する工程と、 を含むことを特徴とするSPM プローブ探針の製造方法。2. A method of manufacturing a probe of an SPM probe for sharpening the tip of a probe provided on a probe of an SPM, comprising: etching a circular silicon oxide film at a position on the silicon substrate where the probe is to be formed; Forming a mask; performing etching on the silicon substrate on which the etching mask is formed to form a cylindrical silicon protrusion having a constricted portion under the etching mask; Forming an oxide film on the surface of the cylindrical silicon protrusion, and removing the oxide film to form a probe. A method for manufacturing an SPM probe probe, comprising:
突起の表面を９５０度から１０００度の範囲で熱酸化を
行って酸化膜を形成することを特徴とする請求項１また
は２に記載のSPM プローブ探針の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein, in the step of forming the oxide film, the surface of the silicon projection is thermally oxidized in a range of 950 to 1000 degrees to form the oxide film. Manufacturing method of SPM probe tip.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16117298A JPH11211735A (en) | 1997-11-20 | 1998-06-09 | Method for manufacturing probe of scanning-type probe microscope (spm) probe |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-320086 | 1997-11-20 | ||
| JP32008697 | 1997-11-20 | ||
| JP16117298A JPH11211735A (en) | 1997-11-20 | 1998-06-09 | Method for manufacturing probe of scanning-type probe microscope (spm) probe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211735A true JPH11211735A (en) | 1999-08-06 |
Family
ID=26487402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16117298A Pending JPH11211735A (en) | 1997-11-20 | 1998-06-09 | Method for manufacturing probe of scanning-type probe microscope (spm) probe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211735A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100468850B1 (en) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor probe with resistive tip and Method of fabricating thereof and Information recording apparatus, Information reproducing apparatus, and Information measuring apparatus comprising the same |
| KR100468849B1 (en) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | Method of fabricating probe of scanning probe microscope having field effect transistor channel structure utilizing self-aligned fabrication |
| KR100707204B1 (en) | 2005-08-16 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor probe with low cross-section resistive tip and manufacturing method |
| CN100356542C (en) * | 2003-04-10 | 2007-12-19 | 三星电子株式会社 | Method of fabricating semiconductor probe with resistive tip |
| CN115267261A (en) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 中国科学技术大学 | A kind of preparation method of trailing tail-type micro-cantilever atomic force scanning probe |
-
1998
- 1998-06-09 JP JP16117298A patent/JPH11211735A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100468850B1 (en) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor probe with resistive tip and Method of fabricating thereof and Information recording apparatus, Information reproducing apparatus, and Information measuring apparatus comprising the same |
| KR100468849B1 (en) * | 2002-05-08 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | Method of fabricating probe of scanning probe microscope having field effect transistor channel structure utilizing self-aligned fabrication |
| CN100356542C (en) * | 2003-04-10 | 2007-12-19 | 三星电子株式会社 | Method of fabricating semiconductor probe with resistive tip |
| KR100707204B1 (en) | 2005-08-16 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor probe with low cross-section resistive tip and manufacturing method |
| CN115267261A (en) * | 2022-08-11 | 2022-11-01 | 中国科学技术大学 | A kind of preparation method of trailing tail-type micro-cantilever atomic force scanning probe |
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