KR100608633B1 - 주사형 현미경(ｓｐｍ)용 캔틸레버 및 그 제조방법 - Google Patents
주사형 현미경(ｓｐｍ)용 캔틸레버 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 나노단위의 미세 영역을 측정하는 SPM(scan probe microscope)용 캔틸레버의 구조 및 그 제조방법에 관하 것으로, 시편과 직접 접촉하는 캔틸레버의 탐침부가 상단과 하단의 면적이 동일한 원통형의 팁을 구비하도록 구성함으로서 사용에 의해 상기 팁부가 마모되더라도 일정한 크기의 팁이 유지되도록 한다. 상기 원통형의 실리콘 팁을 형성하기 위하여 dip RIE(reactive ion eching) 방법에 의해 실리콘층 내에 원통형의 팁부를 형성하고 상기 팁부를 포함하는 실리콘층을 열산화시켜 팁부의 크기를 나노단위 조절하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 다른 실시 예에 의해 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 형성함에 있어서, 실리콘층에 상단과 하단의 면적이 동일한 홀을 형성한 다음, 상기 홀을 포함하는 실리콘층을 열산화하여 상기 홀의 크기를 나노단위로 조절한 다음, 상기 홀부에 실리콘질화막을 채움으로서 나노단위의 팁을 구비하는 실리콘질화막 캔틸레버를 제조한다.
캔틸레버, 원자현미경, 나노리소그래피, SPM(scan probe microscope)
Description
도 1은 종래의 자체 구동형 캔틸레버의 사시도.
도 2a~2b는 종래 자체 구동형 캔틸레버의 탐침부의 동작을 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 자체 구동형 캔틸레버의 탐침부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 자체 구동형 캔틸레버를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 자체 구동형 캔틸레버의 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 자체 구동형 캔틸레버의 구조를 나타내는 단면도.
도 7은 발열부및 도전부를 포함하는 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 자체 구동형 캔틸레버의 사시도.
도 8은 발열부 및 도전부를 포함하는 본 발명의 일 실시 예에 의한 캔틸레버의 구조를 나타내는 단면도.
도 9a~9i는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버를 제조하는 공정을 나타내는 수순도.
도 10a~10e는 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 캔틸레버의 제조공정을 나타내는 수순도.
도 11a~11b는 본 발명의 제 1 실시 예에서 발열부 및 도전부를 포함하는 일실시 예에 의한 캔틸레버의 제조공정을 나타내는 수순도.
도 12a~12b는 본 발명의 제 2 실시 예에서 발열부 및 도전부를 포함하는 일실시 예에 의한 캔틸레버의 제조공정을 나타내는 수순도.
***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****
301:캔틸레버 302:탐침
303:팁 310:압전 액튜에이터
311a,311b:전극 312:강 유전층
321:센싱신호전달부 330:센싱부
340:절연층 350:지지대
601:실리콘질화막캔틸레버 602:팁
701:발열부 702:도전부
901:실리콘기판 902:실리콘산화막
903:실리콘층 904:실리콘산화막
910:팁 905:절연막
906,908:전극층 907:강유전층
본 발명은 원자력 현미경의 원리를 이용한 고밀도 정보저장장치 및 주사형 현미경(scanning probe microscope) 또는 나노리소그래피(nano lithography)에 적용되는 캔틸레버(cantilever)의 탐침 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
나노단위의 미세 영역을 측정하는 장치 중에는 원자력간의 반발력이나 인력을 이용하여 시료의 표면상태를 측정하는 원자력 현미경(Atomic Force Microscope)이 있다. 원자력 현미경은 캔틸레버(Cantilever)라 불리는 미세한 막대를 이용하여 시료의 표면 형상등을 측정하는 장치로, 캔틸레버의 끝에는 수 나노미터(nm) 크기의 팁(tip)이 형성되어 있어 수 나노미터(nm)의 해상도로 시편의 표면형상, 전기, 자기적 성질을 측정할 수 있다. 원자력 현미경은 시편을 따라 캔틸레버가 움직일 때 캔틸레버의 끝단에 형성되어 있는 팁과 시편사이의 인력 또는 척력에 의해 캔틸레버가 휘게되고, 이 휘는 정도를 레이저 센싱 시스템 등에 의하여 감지하여 시편의 표면형상등을 측정할 수 있게 한다.
또한 상기 캔틸레버에는 상기 캔틸레버가 상기 팁과 시편간의 원자력에 의해 휠 때, 휘는 정도를 일정하게 유지하기 위하여 센서와 되먹임 회로(feedback circuit)가 더 구비되어 있다. 또한 상기 캔틸레버에 복원력을 주기 위하여 액튜에이터(actuator)가 사용되는데, 상기 액튜에이터로는 압전구동형의 튜브 스캐너(tube scanner) 나 스택(stack)형태의 압전 액튜에이터가 사용되어 왔다.
최근에는 상기 원자력 현미경의 원리를 이용한 초고밀도 정보 저장장치 및 스캐닝 프로브 마이크로스코피(scanning probe microscope)나 나노 리소그래피(nano lithography)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 원자력 현미경의 원리가 주목받는 것은 원자력 현미경은 원가간의 힘이라는 매우 미세한 힘을 이용하여 시편의 표면상태를 측정할 수 있기 때문인데, 상기 원자력 현미경의 원리를 이용하여 저장장치를 제조하거나 리소그래피기술에 응용하면 매우 고밀도의 정보저장장치를 제조할 수 있고 매우 미세하고 정밀하게 시편의 식각이 가능하다.
그러나 원자력 현미경은 그 동작 속도가 매우 늦고 캔틸레버에 형성되는 팁에 마모가 일어나기 때문에 반복해서 사용할 경우 균일한 정밀도를 유지할 수 없고 생산성을 확보할 수 없는 문제가 있다.
원자현미경이 동작속도가 늦은 것은 팁과 시편사이의 거리를 조절하는 벌크(bulk)형의 압전 튜브 스캐너의 속도가 늦기 때문인데, 상기 동작 속도는 자체 구동형 캔틸레버(self actuating cantilever)를 개발함으로써 크게 개선되었다.
도 1은 상기 자체 구동형 압전 튜브 캔틸레버를 도시한 것인데, 벌크형의 압전 튜브 스캐너 대신에 박막형의 압전 액튜에이터를 캔틸레버에 장착한 모습을 나타낸다. 상기 구조의 캔틸레버는 종래의 벌크형 압전 튜브 스캐너 방식에 비해 100배 이상의 동작 속도를 나타낸다. 또한 상기 자체 구동형 캔틸레버는 레이저 센싱 시스템 대신에 압저항 센서(piezoresist sensor)를 상기 캔틸레버에 구비함으로써 슬림화할 수 있고 이러한 캔틸레버를 어레이하면 동작속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1을 참조하여 종래의 자체 구동형 압전 튜브 캔틸레버를 살펴보면, 상기 자체 구동형 압전 캔틸레버(100)는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버(101)와, 상기 캔틸레버(101)의 상단에 형성되며 상기 캔틸레버에 복원력을 제공하는 커패시터로 구성되는 압전 액튜에이터(102)와, 상기 캔틸레버의 움직임을 신호화하는 센싱부(103)를 포함한다. 상기 압전 액튜에이터(102)는 두 전극판 사이에 유전물질을 개재한 채 형성되며, 상기 센싱부(103)는 압전 저항체(piezoresistor)로 구성되어 있다.
또한 상기 캔틸레버(101)의 끝단에는 실리콘으로 구성된는 원추형의 탐침(104)이 형성되어 있다. 상기 탐침(104)이 시편과 접하면서 시편의 표면상태등을 감지한다.
그러나 상기 구조의 자체 구동형 캔틸레버(100)를 포함하는 원자력 현미경을 나노 리소그래피나 나노 정보저장장치에 응용하는 경우, 캔틸레버의 동작속도가 느려서 발생하는 생산성 저하 문제는 해결이 가능하지만, 원추형의 탐침의 팁(tip)이 시편과 접촉하면서 마모되어 정밀도를 유지할 수 없는 문제가 발생한다.
원자 현미경의 원리를 이용하는 나노 리소그래피기술은 전자빔을 이용하는 종래의 리소그래피 장치에 비해 수 나노미터 크기의 탐침을 사용하므로 아주 작은 크기의 패턴을 형성할 수도 있고 대기 중에서도 리소그래피가 가능하다는 장점이 있지만, 반복되는 사용에 의해 캔틸레버의 탐침이 마모되어 신뢰성을 상실하는 문제는 해결해야하는 중요한 과제로 남아있다.
도 2는 원자 현미경의 원리를 이용하는 나노 리소그래피 장치에서 사용에 의해 시편에 형성되는 패턴(210,210a)의 크기가 달라지는 모습을 도시하고 있다. 즉, 초기에는 도 2a에 도시된바와 같이, 탐침(104)의 팁의 지름이 수 나노미터 크기로 매우 작아 미세한 패턴(210)의 형성이 가능하지만 사용에 의해, 도 2b에 도시된 바와 같이, 탐침의 팁(104a)이 마모되어 수십 나노미터~수백 나노미터로 커지게 되어 패턴(210a)에 불량이 발생한다.
또한 종래의 원자력 현미경에 사용되는 탐침은 원추형으로 구성되고 그 끝단의 지름이 수 나노미터로 매우 미세하므로 수백 나노미터 크기의 패턴을 형성하는데는 적당하지 않으며 수백 나노미터의 크기의 팁 지름을 가지는 캔틸레버가 요청될 경우 새로운 제조방법이 필요하다.
본 발명은 상기와 같이, 원자력 현미경의 원리를 이용하여 주사형 현미경용 캔틸레버 또는 나노 리소그래피를 형성할 때, 팁의 마모로 인하여 패턴이 불균일해지는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 종래의 캔틸레버의 탐침은 수 나노미터로 제한되어 수백 나노미터의 팁 지름을 가지고 균일한 패턴 형성이 가능한 캔틸레버를 제조하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버는 실리콘 또는 실리콘화합물 중 어느 하나로 구성되는 캔틸레버와; 상기 캔틸레버 상에 형성되며 상기 캔틸레버에 복원력을 제공하는 압전 액튜에이터와; 상기 캔틸레버의 움직임을 감지하는 센싱부와; 상기 센싱부의 신호를 전달하는 센싱신호전달부와; 상기 캔틸레버의 일부에 형성되고 상기 캔틸레버와 일체로 형성되며 상면과 하면의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버와; 상기 캔틸레버의 상단에 형성되는 압전 액튜에이터와; 상기 캔틸레버의 휘는 정도를 감지하는 센싱부와; 상기 센싱부의 신호를 전달하는 센싱신호전달부와; 상기 캔틸레버의 끝단에 형성되고 상기 캔틸레버와 일체로 형성되며 상단과 하단의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부와; 상기 탐침부 상단의 실리콘층에 형성되는 발열부와; 상기 캔틸레버의 일부에 형성되어 상기 발열부에 전압을 인가하는 도전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 실시 예에 의한 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버와; 상기 캔틸레버 상에 형성되는 폴리실리콘층과; 상기 캔틸레버 상에 형성되며 상기 캔틸레버에 복원력을 제공하는 압전 액튜에이터와; 상기 캔틸레버의 끝단에 형성되며 상단과 하단의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부와; 상기 탐침이 형성된 캔틸레버 영역에 형성되는 발열부와; 상기 발열부에 전압을 인가하는 도전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 의한 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버의 제조방법은 제 1 실리콘층,절연층 및 제 2 실리콘층으로 구성되는 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 2 실리콘층의 일부를 식각하여 상단과 하단의 면적이 동일한 돌출부를 형성하는 단계와; 상기 돌출부를 포함하는 제 2 실리콘층위에 실리콘산화막을 형성하는 단계와; 상기 돌출부에 소정의 실리콘산화막 패턴이 남도록 상기 실리콘산화막을 패터닝하는 단계와; 상기 실리콘산화막을 마스 크로 적용하여 상기 제 2 실리콘층을 식각하여 탐침부를 형성하는 단계와; 상기 돌출부상에 형성된 실리콘산화막 패턴을 제거하여 팁을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 주사형 현미경용 캔틸레버의 제조방법은 실리콘층 및 제 1 실리콘산화막을 구비하는 기판을 준비하는 단계; 상기 실리콘층 및 제 1 실리콘산화막을 식각하여 제 1 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 패턴 내에 상면과 하면의 면적이 동일한 원통형의 제 2 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 패턴 및 제 2 패턴을 구비하는 실리콘층 상에 제 2 실리콘산화막을 형성하는 단계; 상기 실리콘산화막 상에 실리콘질화막을 형성하는 단계; 상기 실리콘층 및 제 2 실리콘산화막을 제거하여 실리콘질화막으로 구성되는 탐침부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도 3을 통하여 본 발명의 주요특징인 캔틸레버의 탐침의 구조를 살펴본다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SPM(Scan Probe Microscope)용 캔틸레버는 실리콘 또는 실리콘질화막 또는 폴리실리콘으로 구성될 수 있는 캔틸레버(301)를 구비하며 상기 캔틸레버의 두께는 수 ㎛에 이르는 매우 얇은 박막으로 이루어진다.
또한 상기 캔틸레버(301)의 끝에는 시편과 직접 접촉하게 되는 매우 미세한 탐침(302)이 형성되어 있는데, 상기 탐침(302)은 상기 캔틸레버와 일체로 구성된다. 또한 상기 탐침(302)의 끝에는 수 나노 수백 나노미터에 지름을 가지는 원통형 의 팁(303)이 형성되어 있다. 상기 팁(303)은 상단과 하단의 지름이 동일하게 구성되며 원통형으로 구성될 수 있다. 그러나 상기 팁의 구조는 상단과 하단의 지름이 동일하게 구성되면 족하며 그 형상은 원통형에 제한되지 않는다. 상기 탐침의 전체 높이는 수 ㎛에 이를 수 있다.
본 발명의 SPM용 캔틸레버는 상기 원통형의 팁(303)이 시편과 원자 몇 개에 해당할 정도의 가까운 거리에서 상호작용하여 인력 또는 척력이 발생하는 것을 검진하여 시편의 표면 형상을 측정할 수 있을 뿐 아니라 리소그래피에 적용되어 시편에 나노미터 오더에 해당하는 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
도 4를 참조하여 본 발명의 원통형 팁을 구비하는 캔틸레버의 전체 구조를 상세히 살펴본다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SPM용 캔틸레버는 실리콘, 폴리실리콘 또는 실리콘질화막 등으로 구성될 수 있는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버(301)의 상단과 하단의 지름이 동일한 원통형 팁(303)을 포함하는 탐침(302)과, 캔틸레버(301)의 상하 운동 신호를 센싱하는 센싱부(330)와, 상기 센싱부(330)에서 감지되는 신호를 외부로 전달하는 센싱신호전달부(321)과, 외부로부터 전기적 신호를 입력받아 상기 캔틸레버(301)를 복원시키는 압전 액튜에이터(310)와, 상기 캔틸레버(301)을 지지하는 실리콘 또는 글래스로 이루어지는 지지대(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 압전 액튜에이터(310)는 외부로부터 인가되는 전기적 신호에 따라 움직이는 하부전극(311b)-강유전체(312)-상부전극(311a)의 적층 구조를 취하는 커패시 터로 구성된다. 또한, 상기 압전 액튜에이터(310)에는 압전특성을 가진 강유전체로 PZT(Lead(Pb) Zirconate Titanate) 또는 Zn0를 사용할 수 있다.
또한, 상기 압전 액튜에이터(310)는 실리콘산화막(320)에 의해 상기 캔틸레버(301)와 절연되어 있고, 상기 압전 액튜에이터(310)의 앞쪽에 있는 캔틸레버 표면 내에는 붕소 또는 인등이 도핑된 센싱부(330)가 형성되어 있어 캔틸레버의 움직임에 의한 신호를 감지한다. 상기 센싱부(330)는 피에조 레지스터로 구성될 수 있으며 상기 센싱부에서 감지되는 신호는 센싱신호전달부(321)을 통해 외부로 전달된다.
상기 센싱신호전달부(321)는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버에 붕소 또는 인등의 불순물을 고농도로 도핑하여 도전체로 만들어 사용할 수 있다.
상기 센싱신호전달부(321)는 상기 압전 액튜에이터(310)의 수직 하단을 지나면서 형성될 수도 있고 상기 압전 액튜에이터(310)와 오버-랩되지 않게 형성될 수도 있다. 상기 압전 액튜에이터(310)와 오버-랩되지 않게 상기 센싱신호전달부(321)을 형성하면 압전 액튜에이터(310)와 센싱신호전달부(321) 사이에서 발생할 수 있는 기생 커패시터를 줄일 수 있다.
한편, 상기 탐침부에 신호를 전달하고 내마모성을 향상시키기 위하여 캔틸레버의 표면에는 금속박막을 형성할 수 있다. 내마모성을 향상시키기 위하여는 상기 팁(303)을 포함하는 탐침부(302)에 경도가 우수한 TiN, TiC, Si3N4등의 박막을 형성할 수 있고, 전압인가를 위한 박막으로는 Pt, Au, Ir, Al등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 압전 액튜에이터(310)에서 캔틸레버의 끝단까지의 거리는 수 백 ㎛오더를 가질 수 있고 상기 탐침(302)상에 형성되는 원통형의 팁(303)의 지름은 수 나노미터의 오더를 가질 수 있다.
원통형의 팁을 구비하는 상기 캔틸레버는 시편과의 접촉에 의해 일정부분 마모가 되더라도 마모에 의해 상단의 면적과 하단의 면적이 동일한 원통형의 탐침이므로 패턴의 크기에 오류가 발생하는 일은 없다.
상기 구조를 취하는 본 발명의 캔틸레버 구조를 단면도를 도시한 도 5를 통하여 다시 살펴본다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캔틸레버는 실리콘 등으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버(301)의 끝단에 형성되며 상단 부의 면적과 하단부의 면적이 동일한 원통형의 탐침(303)을 구비하는 탐침(302)부와, 상기 캔틸레버(301)의 상부에 형성되는 압전 액튜에이터(310)와, 상기 압전 액튜에이터(310)의 앞에 위치하는 캔틸레버에 불순물 이온을 주입하여 형성되는 압전특성을 가지는 센싱부(330)와, 상기 센싱부(330)에서 감지되는 신호를 외부로 전달하는 센싱신호 전달부(321)과, 상기 캔틸레버의 다른 일 측에 형성되며 상기 캔틸레버를 지지하는 지지대(350)를 구비하여 형성된다.
상기의 센싱부(330)와 센싱신호 전달부(321)는 실리콘 또는 폴리실리콘으로 이루어지는 캔틸레버에 불순물 이온을 도핑함으로써 형성된다.
그런데, 실리콘 또는 폴리실리콘으로 구성되는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버는 내마모성이 약하므로 제 2 실시 예로서 내마모 특성이 우수한 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 제안한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 구조를 나타내는 단면도를 도시한다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 제 2 실시 예에 의한 SPM용 캔틸레버는 실리콘질화막, 특히 Si3N4의 실리콘질화막을 사용하여 경도가 우수한 탐침을 구성할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 SPM용 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버(601)와, 상기 캔틸레버와 일체로 구성되는 상단과 하단의 면적이 동일한 원통형의 팁(602)을 구비하는 탐침과, 상기 캔틸레버(601)의 일측 상단에 형성되는 압전 액튜에이터(630)와, 상기 캔틸레버(601)의 일측에 형성되는 지지대(630)를 구비하여 형성된다. 상기 지지대(630)과 두 전극판(611a,611b)과 유전층(612)으로 구성되는 압전액튜에이터(630)는 서로 캔틸레버의 반대방향에 형성되며 일부 오버랩 된다.
상기 캔틸레버에 피에조레지스터(piezoresistor)로 구성되는 센싱부를 더 형성할 경우에는, 상기 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 상단에 폴리실리콘층을 형성하고 상기 폴리실리콘층에 불순물 이온을 주입하여 센싱부를 형성할 수 있다.
나머지 구성요소는 상기 제 1 실시 예에 의한 캔틸레버와 동일하다.
제 2 실시 예에 의한 본 발명의 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버인 것이 특징이며 캔틸레버가 실리콘질화막으로 구성되기 때문에 상기 캔틸레 버의 제조공정상의 특징으로 인해 탐침부가 속이 빈 깔대기 형상을 취하는 것이 특징이다.
본 발명은 미세 영역의 시편의 표면상태를 측정할 수 있는 SPM용 캔틸레버로 작용할 수 있지만 극소의 패턴을 형성하기 위한 나노 리소그래피(nano lithography)용 캔틸레버로 작용할 수 있다.
나노 리소그래피용 캔틸레버로 적용될 경우, 시편에 일정한 패턴을 형성하기위하여 캔틸레버로 시편에 열을 가하여 일정한 패턴을 형성하는 방법이 적용될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시 예에 의한 캔틸레버는 시편에 열을 가하여 일정한 패턴을 형성할 수 있도록 가열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 7을 통하여 가열부를 포함하는 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 캔틸레버의 구조에 관하여 살펴본다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캔틸레버는 원통형의 팁(303)을 구비하는 탐침 형성영역에 형성되는 가열부(701)와 상기 가열부(701)에 접하고 외부에서 전압을 인가받는 배선부(702)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 가열부(701) 및 배선부(702)는 탐침부(302)를 포함하는 일부영역에 불순물 이온을 주입함으로써 이루어지며, 상기 배선부(702)에 주입되는 불순물 이온의 농도가 가열부(701)에 주입되는 불순물이온의 농도보다 높도록 이온 주입한다.
그 결과, 배선부(702)에서 상기 가열부(701)로 전압이 인가되면 상대적으로 저항이 큰 가열부(701)에서 발열이 일어나 탐침부(302)가 가열된다.
이와 같이, 가열된 탐침이 시편과 근접하면 시편이 가열되어 패턴 형성이 이루어진다.
그러므로 본 발명의 제 3 실시 예에 의한 리소그래피용 캔틸레버는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버의 상단 일측에 형성되는 압전 액튜에이터(310)와, 상기 압전 액튜에이터의 전단에 불순물 이온 주입에 의해 형성되는 센싱부(330)와, 상기 센싱부에서 감지되는 신호를 외부로 전달하는 센싱신호 전달부(321)와, 상기 캔틸레버의 일측 끝단에 형성되며 상단과 하단의 면적이 동일한 원통형의 팁(303)을 구비하는 탐침부(302)와, 상기 탐침부가 형성되는 캔틸레버 영역에 불순물 이온을 주입하여 형성되는 발열부(701)와, 상기 발열부에 전압을 인가하는 배선부(702)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 배선부(702) 및 발열부(701)에 주입되는 불순물 이온으로는 상기 캔틸레버를 도체화시킬 수 있는 3족 또는 5족의 불순물 이온을 사용할 수 있다. 일 예로서 상기 발열부(701)를 형성하기 위하여 붕소 또는 인을 5×1014 도즈(dose)의 농도로 40keV의 전압으로을 인가하여 캔틸레버 내에 주입할 수 있다.
또한 상기 배선부(702)는 상기 발열부에 주입되는 불순물 이온의 농도보다 높은 농도로 불순물을 주입하여 도전화시킨다. 그러나 상기 배선부를 형성하는 방법으로 불순물 이온의 주입방법으로 제한될 필요는 없으며 도전성의 금속배선을 형성하여 상기 발열부에 전압을 인가할 수 있다.
다음으로 상기 제 2 실시 예에서 설명한 바와 같이, 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 제조하는 경우에는 실리콘질화막에 불순물 이온을 주입하는 것이 어려움이 있으므로 발열부를 포함하는 캔틸레버를 형성하는 방법으로 다른 방법이 제안된다.
도 8은 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 단면을 도시한 것으로, 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버 상에 불순물 이온의 주입이 가능하며 도전성을 가지는 폴리실리콘층(801)과, 상기 캔틸레버를 지지하는 지지대(810)를 포함하여 구성된다. 다른 구성요소는 도 7에 도시된 제 3 실시 예에 의한 캔틸레버와 동일하다.
도8을 참조하여 실리콘질화막으로 구성되며 발열부를 구비하는 캔틸레버의 구조를 좀더 자세히 살펴보면, 본 발명의 나노 리소그래피용 캔틸레버는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버(301)와, 상기 캔틸레버(301) 상단에 형성되는 폴리실리콘층(801)을 구비하여 형성된다. 특히, 상기 폴리실리콘층(801)은 고농도 불순물 이온인 주입된 배선부(803)와, 상기 배선부(803)보다 작은 농도로 불순물 이온 주입되어 형성되는 발열부(802)로 구분될 수 있다. 상기 발열부(802)는 원통형의 팁이 형성되는 탐침부 하단에 형성되어 상기 팁에 열을 가한다. 즉, 상기 배선부에서 공급되는 전압에 의해 일정한 저항을 가지는 발열부가 가열되고, 가열에 의해 발생하는 열을 탐침부에 공급한다. 이후, 가열된 팁을 이용하여 시편에 나노단위의 미세한 패턴을 형성할 수 있게 된다.
상기 구조를 가지는 SPM용 및 나노 리소그래피용 캔틸레버의 제조공정을 도 9a~9i를 통하여 살펴본다. 도 9a~9i는 실리콘 캔틸레버의 제조공정을 나타낸다.
SPM용 캔틸레버는 절연층상에 실리콘층이 적층된 SOI(Silicon On Insulator) 를 기초로 제조된다. 그러므로 실리콘기판 상에 절연층이 형성되고 그 위에 다시 실리콘층의 형성된 SOI형의 기판을 준비한다.
도 9a는 기판인 제 1 실리콘층(901)과 그 상부에 형성된 제 1 절연층(902)과 상기 제 1 절연층(903)상에 형성된 제 2 실리콘층(903)이 적층된 SOI형의 기판을 도시하고 있다. 상기에서 제 1 절연층을 실리콘산화막을 사용할 수 있다.
도 9a에서 상기 제 2 실리콘층을 캔틸레버가 형성되는 실리콘층으로 수 ㎛내외의 두께로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 실리콘층(903)을 dip RIE(Reactive Ion Etch)기술을 이용하여 제 2 실리콘층(903)을 패터닝한다.
RIE기술은 플라즈마 상태의 가스를 사용하여 건식각하는 방법으로 기판에 손상을 최소화하면서 고 정밀도와 높은 비등방성 에칭 특성을 가지는 식각방법으로 미세한 탐침을 구비하는 본 발명의 캔틸레버의 제조에 적용한다.
상기 RIE기술에 의해 식각된 제 2 실리콘층(903)은 도 9b에 도시된 바와 같이 탐침이 형성될 제 2 실리콘층(903)의 일부가 양각으로 패터닝된다. 즉, RIE방법에 의해 상기 제 2 실리콘층(903)이 비등방성 식각되고 양각의 실리콘 돌출부가 형성된다. 상기 양각의 실리콘 돌출부(910a)는 수 ㎛크기의 지름을 가질 수 있다. 그러나 정밀하고 작게 비등방성 식각이 가능한 dip RIE 기술에 의하더라도 양각의 실리콘 돌출부(903a)를 ㎛단위 이하로 제작하는 것은 불가능하다.
그러므로 수 나노미터의 크기를 가지는 SPM용 캔틸레버를 제조하기 위하여는 다른 방법의 적용이 필요하다.
본 발명은 실리콘층을 산화시키면 실리콘층의 산화는 안쪽 및 바깥쪽의 양 방향으로 진행되는 사실에 주목하여 dip RIE기술에 의해 일차로 패터닝된 실리콘돌출부에 산화공정을 진행한다.
도 9c는 양각이 실리콘 돌출부(910a)에 산화공정을 진행한 모습을 나타내고 있다. 상기 제 2 실리콘층(903)을 산소분위기에서 산화시키면 상기 제 2 실리콘층(903)상에는 실리콘산화막이 형성된다. 이와 더불어 상기 제 2 실리콘층(903)의 안쪽으로도 산화가 진행되어 상기 제 2 실리콘층(903)의 일부는 실리콘 산화층으로 변한다. 이때 순수한 실리콘층의 두께는 얇아지고 산화정도를 조절하여 형성되는 실리콘산화층(904)의 두께를 조절할 수 있다.
상기 실리콘 산화층(904)의 두께를 조절할 수 있다는 것은 제 2 실리콘층(903)의 두께가 조절될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 산화공정의 결과, RIE기술에 의해 형성된 양각의 실리콘 돌출부(910a)는 미세한 실리콘 돌출부와 실리콘산화막의 적층이 된다.
상기 실리콘산화층(904)아래에 형성되는 실리콘층은 수 나노미터의 지름을 가지는 정밀한 실리콘 돌출부를 포함하게 된다. 상기 산화 후 형성되는 실리콘 돌출부는 캔틸레버의 실리콘 팁부(910)가 되는 영역이다.
다음으로 상기 제 2 실리콘층(903)의 산화공정으로 말미암아 형성된 상기 실리콘산화막(904)를 제거하는 공정을 진행한다.
도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘산화막(904)위에 감광막(미도시)을 도포하고 포토리소그래피 공정을 진행하여 상기 팁부(910)상에 실리콘산화막(904a) 이 일정한 패턴으로 남도록 상기 실리콘산화막(904a)을 패터닝한다. 상기 실리콘산화막(904a0는 나노 스케일의 팁을 형성할 뿐아니라 상기 제 2 실리콘층(903)을 식각하여 팁을 형성할 때 버퍼로서 기능한다.
다음으로, 상기 팁부(910)상에 실리콘산화막 패턴(904a)을 형성한 후에, 상기 실리콘산화막(904a)패턴을 마스크로 적용하여 상기 제 2 실리콘층(903)을 식각한다. 상기 제 2 실리콘층(903)이 식각될 때 실리콘산화막과 실리콘층의 선택적 식각비에 의해 실리콘산화막 패턴(904a)아래에 형성된 제 2 실리콘층(903)이 테이퍼 형상으로 식각된다.
도 9e는 상기 실리콘산화막 패턴(904a)을 식각의 버퍼 층으로 사용하여 상기 제 2 실리콘층(903)을 식각한 모습을 도시한 것으로, 제 2 실리콘층(903) 식각의 버퍼로서 실리콘산화막 패턴(904a)과 상기 실리콘산화막 패턴에 의해 감싸진 실리콘 팁(910)과 상기 실리콘 팁(910)아래에 형성된 테이퍼 형상의 탐침부를 볼 수 있다.
다음으로, 상기 실리콘산화막 패턴(904a)을 식각에 의해 제거하고 실리콘팁(910)을 노출시킨다.
도 9f에서 상기 실리콘산화막 패턴(904a)가 제거되고 실리콘 팁(910)이 노출된 모습을 볼 수 있다.
실리콘 팁(910)을 노출시킨 다음, 도 9g에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 팁(910)을 포함하는 제 2 실리콘층(903)상에 압전 액튜에이터를 형성하는 공정을 진행한다. 상기 압전 액튜에이터는 하부전극-강유전체-상부전극의 적층으로 구성되 므로 상기 제 2 실리콘층(903)상에 제 1 전극층(906)과 강유전체층(907)과 제 2 전극층(908)을 차례로 형성한다. 상기 제 1 전극층(906) 및 제 2 전극층9908)은 도전성의 물질을 사용할 수 있으며 상기 강유전체층(907)은 PZT박막 또는 ZnO박막을 사용할 수 있다.
압전 액튜에이터를 형성하기 위한 상기 제 1 전극층(906), 강유전체층(907) 및 제 2 전극층(908)을 형성을 형성하기 전에 상기 압전 액튜에이터와 실리콘층으로 구성되는 캔틸레버와의 전기적 접속을 방지하기 위해 상기 제 2 실리콘층(903)상에 제 2 실리콘절연층(905)을 먼저 형성한다.
압전 액튜에이터를 형성하기 위한 상기 강유전막 및 제 1, 2 도전층을 형성한 다음, 상기 강유전막 및 제 1, 2 도전막을 일정한 형상의 압전 액튜에이터로 패터닝한다. 상기 패터닝 방법은 감광막을 도포하고 포토리소그래피 공정을 적용하여 형성할 수 있다. 상기 압전 액튜에이터의 패터닝 결과, 팁을 포함하는 탐침부상에 형성된 강유전막 및 제 1, 2 도전막은 제거되고 탐침부와 반대되는 캔틸레버의 상단에 제 2 절연층(905)을 개재한 채, 압전 액튜에이터(920)이 형성된다.
도 9h는 포토리소그래피 공정 후, 형성된 캔틸레버 상에 형성된 압전액튜에이터의 모습을 도시하고 있다.
압전 액튜에이터(920)를 형성한 다음, 상기 캔틸레버를 형성하는 기판으로 사용된 제 1 실리콘층(901)과 그 상부에 형성된 제 1실리콘절연층(902)의 일부를 패터닝하여 캔틸레버의 지지대를 형성한다. 상기 지지대는 캔틸레버중 탐침부와 서로 이격되는 영역에 형성된다.
상기 공정의 결과, 실리콘으로 구성되며 수 나노미터에서 수백 나노미터의 지름을 가지는 미세한 원통형의 팁을 가지는 캔틸레버가 형성된다.
상기 공정 중에서 캔틸레버의 미세한 움직임을 감지하는 센싱부를 더 형성할 수 있는데, 상기 센싱부(미도시)는 제 2 실리콘층(903)을 산화하고 팁을 형성하는 공정에서 이온주입을 통하여 함께 형성할 수 있다.
상기 공정에서는 본 발명의 제 1 실시 예로서 실리콘 캔틸레버를 제조하는 공정에 대해서 살펴보았는데, 다음으로 도 10a~10e를 통하여 본 발명의 제 2 실시 예인 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버를 제조하는 공정을 살펴본다.
실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버는 실리콘으로 구성되는 캔틸레버에 비해 내마모 특성이 우수하다. 캔틸레버의 사용수명을 연장하기 위하여 여러 방안이 강구되고 있는데, 실리콘으로 구성되는 캔틸레버는 본 발명의 제 1 실시 예와 같이, 실리콘으로 구성되는 탐침부에 마모특성이 우수한 박막을 층착함으로 내마모성을 향상시킨다.
그러나, 본 발명의 제 2 실시 예는 실리콘보다 내마모 특성이 우수한 실리콘질화막을 캔틸레버로 사용함으로 탐침 마모방지를 위한 별도 공정을 줄일 수 있다.
이하, 도 10a~10e를 참조하여 실리콘질화막 캔틸레버의 제조공정을 살펴보면, 도 10a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(901)위에 실리콘 절연층(902)이 형성된 모 기판을 준비하고 상기 실리콘 절연층(902)의 소정의 영역, 즉, 캔틸레버의 탐침을 형성하고자 하는 영역을 포토리소그래피 공정을 통하여 오픈한다.
상기 실리콘절연층(902)을 오픈한 다음, 미세하게 식각 프로파일을 형성할 수 있는 dip RIE방법에 의해 실리콘질화막의 오픈영역 하부에 형성된 실리콘층(901)을 연속하여 식각한다.
도 10b는 상기 실리콘절연층(902)및 그 하방의 실리콘층(901)이 일정한 패턴으로 식각된 모습을 도시하고 있다.
다음으로 상기 식각된 음각의 실리콘층 영역(950)의 일부에 원 통형의 홀(960)을 형성한다. 상기 홀(960)은 식각된 상기 음각의 실리콘 영역(950)의 중앙에 형성될 수 있으며 상,하부의 면적이 동일한 원통형의 홀일 수 있다. 상기 홀(960)은 고 정밀도로 실리콘층을 식각할 수 있는 dip RIE방식에 의해 식각되어 형성될 수 있다. 상기 홀(904)의 크기는 작을수록 좋지만 현재 dip RIE 방식에 의해서는 수 마이크로 미터 크기까지 형성이 가능하다.
상기 홀의 깊이는 형성하고자 하는 탐침의 크기에 따라 결정될 수 있는데, 통상 수 마이크로미터의 크기로 제조될 수 있다.
다음으로, 상기 dip RIE 방식에 의해 홀(960)이 형성된 다음, 건식각등에 의해 상기 실리콘절연층(902)을 완전히 제거한다.
다음으로, 상기 실리콘절연층(902)이 제거되어 완전히 노출된 상기 실리콘층(901)을 열산화시킨다. 상기 열산화에 의해 상기 실리콘층(901)상에는 실리콘절연층(904)이 형성되는데, 이때 상기 실리콘층(901)에 형성된 홀(960)및 식각된 음각의 실리콘 영역(950)에도 열산화에 의해 실리콘산화막(904)이 형성된다.
상기 실리콘산화막(904)의 형성에 의해 상기 홀(960)의 면적은 좁아진다. 이 때, 형성되는 실리콘산화막(904)의 두께를 제조하고자 하는 수 나노미터 내지 수백 나노미터인 캔틸레버 탐침의 크기로 제어한다.
다음으로 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기 열산화방법등에 의해 형성되는 실리콘절연층(904)상에 플라즈마화학기상증착(PECVD)방법에 의해 소정두께의 실리콘질화막(Si3N4)(970)을 증착한다. 이때 증착되는 실리콘질화막(970)은 상기 수 나노미터로 미세하게 좁아진 홀(960)을 채우고 음각의 실리콘 영역(950) 및 기판 전면에 증착된다. 상기 실리콘질화막의 형성과정에서 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버의 팁이 형성된다.
다음으로, 도 10e에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘질화막(906)상에 유리재질의 지지대(990)를 상기 실리콘질화막(970)의 일 측에 접착한다. 상기 지지대(990)를 형성하기 전에 캔틸레버에 복원력의 제공하는 제 1전극-강유전체-제 2전극으로 이루어지는 압전 액튜에이터(920)를 제 1 실시 예에 기술된 방법에 의해 더 형성할 수 있다.
즉, 상기 실리콘질화막(970)상에 압전 액튜에이터와, 상기 실리콘질화막과 압전 액튜에이터를 전기적으로 분리시키기 위한 실리콘산화막(905)을 더 증착하고 포토리소그래피공정을 통해 압전 액튜에이터를 형성한다.
본 발명의 제 2 실시 예에 의해 형성되며 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버의 일측에 형성되는 팁이 실리콘질화막으로 구성되므로 내마모성이 향상된 캔틸레버를 제조할 수 있다.
상기 공정에 의해 나노단위의 미세한 크기를 가지는 원통형의 팁을 구비하는 SPM용 캔틸레버를 제조하였는데, 본 발명의 캔틸레버 제조방법에 의해 캔틸레버의 탐침부가 가열되는 나노 리소그래피용 캔틸레버를 제조할 수 있다.
나노 리소그래피용 캔틸레버는 가열되는 캔틸레버의 탐침부에 의해 기판 상에 형성된 감광막을 패터닝할 수 있는데, 가열부를 구비하는 캔틸레버의 구조를 도 7 및 8을 참조하여 이미 설명하였다.
이하 상기 가열부를 구비하는 캔틸레버를 제조하는 방법에 대해서 도 11a~11b및 12a~12b를 참조하여 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 발열부를 포함하는 실리콘 캔틸레버의 제조공정중, 원통형의 실리콘 팁(910)을 형성하는 공정까지는 도 9a~9f에 도시된 바와 같다. 원통형의 실리콘 팁(910)을 형성한 다음, 도 11a에 도시된 바와 같이, 원통형의 실리콘 팁(910)이 포함된 캔틸레버의 일부에 붕소(B)또는 인(P)등의 저농도 불순물 이온을 주입한다. 도 11a에서는 붕소 등의 n형의 3족 불순물 이온이 주입되는 것을 도시하였다. 상기 저농도 불순물 이온 주입 방법은 불순물 이온이 주입되는 실리콘 영역을 노출시키는 감광막 패턴을 상기 캔틸레버 상에 형성하고 상기 감광막을 마스크로 적용하여 불순물 이온을 주입할 수 있다.
다음으로, 실리콘 캔틸레버에 저농도 불순물 이온을 주입한 후에, 도 11b에 도시된 바와 같이, 원통형의 실리콘 팁(910)이 형성된 탐침부를 감광막(10)으로 가리고 고농도 불순물 이온을 주입한다. 이때, 주입되는 저농도 불순물 이온과 고농도 불순물 이온은 같은 종류의 이온을 주입한다.
상기 결과, 고농도 불순물 이온이 주입된 영역은 저농도 불순물 이온이 주입 된 발열부에 전원을 공급하는 도전부가 된다. 상기 도전부는 고농도의 불순물 이온이 주입되어 양질의 도전성을 나타내지만 저농도의 불순물 이온이 주입된 발열부는 저항이 상기 도전부에 비해 상대적으로 크므로 발열이 일어난다.
발열부 및 도전부를 형성한 다음, 실리콘 캔틸레버를 형성하는 공정은 도 9g~9i와 같다.
발열부는 실리콘질화막을 캔틸레버로 사용하는 제 2 실시 예의 실리콘질화막 캔틸레버에도 형성이 가능한데, 이하, 도 12a및 12b를 참조하여 발열부를 포함하는 실리콘질화막 캔틸레버의 제조공정을 살펴본다.
실리콘질화막의 캔틸레버는 실리콘 캔틸레버와 달리, 발열부를 형성하기 위해 불순물을 실리콘질화막층에 직접 주입할 수가 없다. 그러므로 실리콘질화막층에 폴리실리콘층을 형성한 다음, 상기 폴리실리콘층에 불순물을 주입하여 발열부 및 도전부를 형성한다.
이하, 도 12a및 12b를 참조하여 설명하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 원통형의 팁이 형성된 실리콘질화막(970)을 형성한 다음, 상기 실리콘질화막(970) 상에 LPCVD방법에 의해 폴리실리콘층(20)을 형성한다. 상기 폴리실리콘층(20)이 형성된 다음, 발열부 및 도전부가 형성될 폴리실리콘층을 노출시키는 감광막 패턴(미도시)을 형성한 다음, 저농도불순물 이온을 주입한다. 저농도 불순물 이온을 주입한 다음, 다시 마스크 공정을 진행하여 원통형의 팁이 포함되는 발열부를 가리는 감광막 패턴(30)을 형성하고 상기 감광막 패턴(30)을 마스크로 적용하여 고농도 불순물 이온을 주입한다.
상기 고농도 및 저농도 불순물 주입공정을 통해 고농도로 주입된 도전부와 저농도 불순물 이온이 주입된 발열부가 형성된다.
상기 발열부 및 도전부를 형성한 다음 공정은 도 10e에 도시한 바와 같다. 상기 공정 결과, 발열부와 도전부를 포함하는 실리콘 캔틸레버가 완성된다.
상기 한 바와 같이, 본 발명은 나노단위의 미세한 영역에서 작동하는 원자 현미경의 탐침부의 팁의 구조를 상단과 하단의 면적이 원통형의 팁으로 구성하고 그 구성하는 방법을 제공하므로서 반복되는 사용에 의해 캔틸레버의 팁부가 마모되어 시편의 표면 정보를 정밀하게 감지할 수 없는 문제와, 반복되는 캔틸레버의 사용에 의해 패턴의 크기가 불균일해 지는 문제를 해결한다. 즉, 캔틸레버의 사용에 의해 마모가 일어나더라도 원통형의 팁을 구비하는 본 발명의 캔틸레버는 균일한 패턴의 형성이 가능하다.
Claims (33)
- 실리콘 또는 실리콘화합물 중 어느 하나로 구성되는 캔틸레버와;상기 캔틸레버 상에 형성되며 상기 캔틸레버에 복원력을 제공하는 압전 액튜에이터와;상기 캔틸레버의 움직임을 감지하는 센싱부와;상기 센싱부의 신호를 전달하는 센싱신호 전달부와;상기 캔틸레버의 일부에 형성되고 상기 캔틸레버와 일체로 형성되며 상면과 하면의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부를 구비하는 주사형 현미경용(scanning probe microscope) 캔틸레버.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캔틸레버는 일측에 지지대를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 1 항에 있어서, 상기 압전 액튜에이터는 하부전극, 상부전극 및 상기 하부전극 및 상부전극 사이에 개재되는 유전층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 3항에 있어서, 상기 유전층은 PZT(Lead(Pb) Zirconate Titanate) 또는 산화아연(ZnO)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 1 항에 있어서, 상기 센싱부는 상기 캔틸레버에 이온 주입을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 팁은 상단과 하단의 면적이 동일한 원기둥형인 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 1 항에 있어서, 상기 탐침부가 형성되는 캔틸레버 영역에 형성되는 발열부와 상기 발열부에 전압을 인가하는 도전부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 8 항에 있어서, 상기 발열부 및 도전부는 상기 캔틸레버에 불순물 이온을 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 9항에 있어서, 상기 도전부에 주입되는 불순물 농도가 상기 발열부에 주입되는 불순물 농도보다 큰 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘화합물로 구성되는 캔틸레버는 실리콘질화막인 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 11항에 있어서, 상기 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버 상에는 폴리실리콘층이 형성되고 상기 폴리실리콘층 상에는 발열부와 상기 발열부에 전압을 인가하는 도전부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 12항에 있어서, 상기 발열부는 상기 탐침부가 형성되는 캔틸레버 영역에 형성되고 상기 도전부는 상기 발열부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 12항에 있어서, 상기 발열부 및 도전부는 상기 폴리실리콘층에 불순물 이온을 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경 캔틸레버.
- 제 14항에 있어서, 상기 도전부에 주입되는 불순물 농도가 상기 발열부에 주입되는 불순물 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 주사형 현미경 캔틸레버.
- 실리콘 또는 실리콘질화막으로 구성되는 캔틸레버와;상기 캔틸레버의 일측에 형성되는 압전 액튜에이터와;상기 캔틸레버의 움직임을 감지하는 센싱부와;상기 센싱부의 신호를 전달하는 센싱신호 전달부와;상기 캔틸레버 상에 산화막을 형성하여 그 크기가 조절되며 상기 캔틸레버의 일측에 형성되는 상단과 하단의 면적이 동일한 팁을 구비하는 탐침부와;상기 캔틸레버 상에 형성되는 폴리실리콘층과;상기 폴리실리콘층에 형성되는 발열부 및 도전부를 구비하는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 16항에 있어서, 상기 탐침부는 실리콘층을 일부 식각하여 실리콘 돌출부를 형성하는 단계와;상기 실리콘 돌출부를 열산화하여 실리콘 돌출부의 크기를 조절하는 단계와;상기 열산화된 실리콘산화막을 제거하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경 캔틸레버.
- 제 16항에 있어서, 상기 발열부 및 도전부는 상기 캔틸레버 상에 불순물 이온을 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버.
- 제 1 실리콘층,절연층 및 제 2 실리콘층으로 구성되는 기판을 준비하는 단계와;상기 제 2 실리콘층의 일부를 식각하여 상단과 하단의 면적이 동일한 돌출부 를 형성하는 단계와;상기 돌출부를 포함하는 제 2 실리콘층위에 실리콘산화막을 형성하는 단계와;상기 돌출부에 소정의 실리콘산화막 패턴이 남도록 상기 실리콘산화막을 패터닝하는 단계와;상기 실리콘산화막을 마스크로 적용하여 상기 제 2 실리콘층을 식각하여 탐침부를 형성하는 단계와;상기 돌출부상에 형성된 실리콘산화막 패턴을 제거하여 팁을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 실리콘산화막을 패터닝하는 단계에서 상기 실리콘산화막은 RIE(reactive ion eching)방법에 의해 패터닝되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 돌출부를 포함하는 제 2 실리콘층위에 실리콘산화막을 형성하는 단계에서 상기 실리콘산화막에 의해 실리콘으로 구성되는 상기 돌출부의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 팁을 형성한 다음, 상기 제 1 실리콘층 및 절연층을 제거하여 실리콘 캔틸레버를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주 사형 현미경 캔틸레버 제조방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 탐침이 형성된 제 2 실리콘층에 불순물 이온을 주입하여 발열부 및 도전부를 더 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경 캔틸레버 제조방법.
- 제 23항에 있어서, 상기 불순물 이온 주입단계는 발열부를 구성하는 상기 탐침부가 형성되는 제 2 실리콘층 내에 저농도 불순물 이온을 주입하는 단계;상기 발열부에 연결되는 도전부에 고농도 불순물 이온을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 캔틸레버 제조방법.
- 실리콘층 및 제 1 실리콘산화막을 구비하는 기판을 준비하는 단계;상기 실리콘층 및 제 1 실리콘산화막을 식각하여 제 1 패턴을 형성하는 단계;상기 제 1 패턴 내에 상면과 하면의 면적이 동일한 원통형의 제 2 패턴을 형성하는 단계;상기 제 1 패턴 및 제 2 패턴을 구비하는 실리콘층 상에 제 2 실리콘산화막을 형성하는 단계;상기 제 2 실리콘산화막 상에 실리콘질화막을 형성하는 단계;상기 실리콘층 및 제 2 실리콘산화막을 제거하여 실리콘질화막으로 구성되는 탐침부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 25항에 있어서, 상기 제 1 패턴 및 제 2 패턴은 음각의 패턴인 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 25항에 있어서, 상기 제 2 실리콘산화막이 형성되는 단계에서 상기 원 통형의 제 2 패턴의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 25항에 있어서, 상기 제 1 패턴 및 제 2 패턴은 리액티브 이온 에칭(RIE)방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 25항에 있어서, 상기 제 2 실리콘산화막은 열산화 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 25항에 있어서, 상기 제 2 실리콘산화막 상에 실리콘질화막을 형성하는 단계에서 상기 제 2 실리콘산화막이 형성된 제 2 패턴은 상기 실리콘질화막에 의해 채워지는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 25항에 있어서,상기 실리콘질화막 상에 폴리실리콘층을 형성하는 단계;상기 폴리실리콘층 상에 저농도 불순물 이온을 주입하는 단계; 및상기 폴리실리콘층의 일부에 고농도 불순물 이온을 주입하여 발열부와 상기 발열부에 전압을 인가하는 도전부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 31항에 있어서, 상기 발열부는 상기 탐침부에 형성되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
- 제 31항에 있어서, 상기 발열부는 저농도 불순물 이온이 주입되고 상기 도전부는 고농도 불순물이 주입되는 것을 특징으로 하는 주사형 현미경용 캔틸레버 제조방법.
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Legal Events
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