JPH09304410A - Afm cantilever - Google Patents
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- JPH09304410A JPH09304410A JP14781196A JP14781196A JPH09304410A JP H09304410 A JPH09304410 A JP H09304410A JP 14781196 A JP14781196 A JP 14781196A JP 14781196 A JP14781196 A JP 14781196A JP H09304410 A JPH09304410 A JP H09304410A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、原子間力顕微鏡
(AFM; Atomic Force Microscope)に用いるAFM
カンチレバーに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an AFM used in an atomic force microscope (AFM).
About the cantilever.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、導電性試料を原子サイズオーダー
の分解能で観察できる装置として走査トンネル顕微鏡
(STM; Scanning Tunneling Microscope)が Binni
ngと Rohrer らにより発明されてから、原子オーダーの
表面凹凸を観察できる顕微鏡として各方面での利用が進
んでいる。しかしSTMでは、観察できる試料は導電性
のものに限られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning tunneling microscope (STM) has been used as a device for observing a conductive sample with a resolution of atomic size order.
Since it was invented by ng and Rohrer et al., it has been used in various fields as a microscope that can observe surface irregularities on the atomic order. However, in STM, observable samples are limited to conductive ones.
【0003】そこで、STMにおけるサーボ技術を始め
とする要素技術を利用しながら、STMでは測定し難か
った絶縁性の試料を原子サイズオーダーの精度で観察す
ることのできる顕微鏡として、原子間力顕微鏡(AF
M)が提案された。このAFMは、例えば特開昭62−
130302号(IBM、G.ビニッヒ、サンプル表面
の像を形成する方法及び装置)に開示されている。Therefore, an atomic force microscope (hereinafter referred to as an atomic force microscope) is used as a microscope capable of observing an insulating sample, which has been difficult to measure by the STM, with an accuracy of the order of the atomic size while utilizing elemental technologies such as a servo technique in the STM. AF
M) was proposed. This AFM is disclosed in, for example,
130302 (IBM, G. Binich, Method and Apparatus for Imaging a Sample Surface).
【0004】AFMの構造はSTMに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられる。AF
Mでは、自由端に鋭い突起部分(探針部)を持つ片持ち
梁(カンチレバー)を、試料に対向して近接させ、探針
部の先端の原子と試料原子との間に働く相互作用力によ
り変位する片持ち梁の動きを、電気的あるいは光学的に
とらえて測定しつつ、試料をXY方向に走査し、片持ち
梁の探針部との位置関係を相対的に変化させることによ
って、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダーで三次
元的にとらえることができるようになっている。The structure of the AFM is similar to that of the STM and is positioned as one of scanning probe microscopes. AF
In M, a cantilever having a sharp protrusion (probe) at its free end is brought close to the sample so that the interaction force acts between the atom at the tip of the probe and the sample atom. By measuring the movement of the cantilever which is displaced by the electric or optical, the sample is scanned in the XY directions, and the positional relationship between the cantilever and the probe portion is relatively changed. It is now possible to capture three-dimensional information such as unevenness information of a sample on the order of atomic size.
【0005】このような構成のAFM等の走査型プロー
ブ顕微鏡用のカンチレバーチップとしては、T.R.A
lbrecht らが半導体IC製造プロセスを応用して作製す
ることのできる酸化シリコン膜製のカンチレバーを提案
して以来〔 Thomas R. Albrecht and Calvin F. Quate:
Atomic resolution imaging of a nonconductor Atomf
orce Microscopy J. Appl. Phy. 62(1987)2599〕、ミク
ロンオーダーの高精度で優れた再現性をもって作製する
ことが可能になっている。また、このようなカンチレバ
ーチップは、バッチプロセスによって作製することがで
き、低コスト化が実現されている。したがって、現在で
は、半導体IC製造プロセスを応用して作製されるカン
チレバーチップが主流となっている。As a cantilever tip for a scanning probe microscope such as AFM having the above-mentioned structure, T.I. R. A
Since lbrecht et al. proposed a silicon oxide film cantilever that can be manufactured by applying the semiconductor IC manufacturing process [Thomas R. Albrecht and Calvin F. Quate:
Atomic resolution imaging of a nonconductor Atomf
orce Microscopy J. Appl. Phy. 62 (1987) 2599], it has become possible to fabricate with high precision in the micron order and with excellent reproducibility. Further, such a cantilever chip can be manufactured by a batch process, and cost reduction is realized. Therefore, at present, cantilever chips manufactured by applying a semiconductor IC manufacturing process are mainly used.
【0006】次に、上記のようなIC製造プロセスを応
用した、一般に多用されているカンチレバーの製造方法
を、図7の(A)〜(E)に基づいて説明する。まず、
図7の(A)に示すように、面方位(100)のシリコ
ン基板101 上に窒化シリコン膜パターン102 を形成す
る。次に、この窒化シリコン膜パターン102 を耐エッチ
ングマスクとして、シリコン基板101 に対しKOH等を
用いた湿式異方性エッチングを施すことにより、図7の
(B)に示すように、該シリコン基板101 にカンチレバ
ーの探針部の型となる四角錐状のレプリカ穴103 を形成
する。この後、一旦窒化シリコン膜パターン102 を除去
し、シリコン基板101 上に新たにカンチレバー部の母材
料となる窒化シリコン膜を堆積し、更に、この窒化シリ
コン膜をカンチレバー部の形状に選択エッチングするこ
とにより、図7の(C)に示すように、先端に探針部10
4 を一体的に形成したカンチレバー部105 を形成する。
次いで、図7の(D)に示すように、該カンチレバー部
105 上の所定領域にパイレックスガラスからなるカンチ
レバーの支持部106 を陽極接合する。続いて、シリコン
基板101 をエッチング除去して、図7の(E)に示すよ
うに、探針部104 ,カンチレバー部105 ,支持部106 か
らなるカンチレバーを形成し、最後に探針部104 の先端
の延びる方向とは反対側のカンチレバー部105 の表面
(カンチレバー部背面)全面に、例えば金とクロムの多
層膜からなる光反射膜107 を蒸着形成することにより、
AFMカンチレバー100 を得る。Next, a generally used cantilever manufacturing method to which the above-described IC manufacturing process is applied will be described with reference to FIGS. First,
As shown in FIG. 7A, a silicon nitride film pattern 102 is formed on a silicon substrate 101 having a plane orientation (100). Next, by using the silicon nitride film pattern 102 as an etching resistant mask, the silicon substrate 101 is subjected to wet anisotropic etching using KOH or the like, as shown in FIG. 7B. A quadrangular pyramid-shaped replica hole 103, which will be the mold for the cantilever probe, is formed in the. After that, the silicon nitride film pattern 102 is once removed, a silicon nitride film which is a new base material of the cantilever portion is newly deposited on the silicon substrate 101, and this silicon nitride film is selectively etched into the shape of the cantilever portion. As a result, as shown in FIG.
A cantilever portion 105 in which 4 is integrally formed is formed.
Then, as shown in FIG. 7D, the cantilever portion is
A cantilever support 106 made of Pyrex glass is anodically bonded to a predetermined region on the surface of the cantilever. Then, the silicon substrate 101 is removed by etching to form a cantilever including a probe portion 104, a cantilever portion 105, and a support portion 106, as shown in FIG. 7E, and finally the tip of the probe portion 104. By vapor-depositing a light reflection film 107 made of, for example, a multilayer film of gold and chromium on the entire surface of the cantilever portion 105 (the back surface of the cantilever portion) on the side opposite to the extending direction of
Obtain 100 AFM cantilevers.
【0007】次に、一般的なAFM装置の概略構成を図
8に基づいて説明する。図8において、201 はカンチレ
バーで、該カンチレバー201 は試料202 の凹凸に従って
変位するようになっており、この変位量は、カンチレバ
ー201 の背面に設けられている光反射膜203 に光源204
からの光をレンズ205 を介して照射し、その反射光を変
位検出系206 で光学的に処理することにより検出される
ようになっている。そして、反射光の強度を十分得るた
めに、光反射膜203 は通常カンチレバー背面全面に成膜
されている。Next, a schematic structure of a general AFM device will be described with reference to FIG. In FIG. 8, 201 is a cantilever, and the cantilever 201 is displaced according to the unevenness of the sample 202. The amount of this displacement is due to the light reflecting film 203 provided on the back surface of the cantilever 201 and the light source 204.
The light from is emitted through the lens 205, and the reflected light is optically processed by the displacement detection system 206 to be detected. Then, in order to obtain a sufficient intensity of the reflected light, the light reflecting film 203 is usually formed on the entire back surface of the cantilever.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、AFMカン
チレバーにおいては、カンチレバー部を形成したときに
該カンチレバー部が反らないように、カンチレバー形成
膜を成膜する際は、カンチレバー設計膜厚に合わせて、
その膜応力が適性になるような条件で行う。そして、カ
ンチレバー部上に光反射膜を形成する場合には、この反
射膜の影響も考慮して、上記カンチレバー膜を形成する
ための成膜条件を決めなければならない。しかし、光反
射膜の成膜膜厚が変動するとカンチレバー部が反ってし
まうし、光反射膜の設計膜厚を変更しようとすると、カ
ンチレバー形成膜の成膜条件も変更しなければならなく
なるという問題がある。By the way, in the AFM cantilever, when the cantilever forming film is formed so that the cantilever part does not warp when the cantilever part is formed, the cantilever forming film is formed according to the cantilever design film thickness. ,
The condition is such that the film stress becomes appropriate. When forming the light reflecting film on the cantilever portion, the film forming conditions for forming the cantilever film must be determined in consideration of the influence of the reflecting film. However, if the film thickness of the light reflecting film changes, the cantilever portion warps, and if the designed film thickness of the light reflecting film is changed, the film forming conditions of the cantilever forming film also have to be changed. There is.
【0009】更に、光反射膜を形成したカンチレバー部
は、光反射膜とカンチレバー形成膜との2層構造となっ
ているため、AFM測定中レーザー光がカンチレバー部
背面に照射され続けると、その熱の影響を受け、熱膨張
係数差によりカンチレバー部が反ってしまうという問題
点もある。Further, since the cantilever portion on which the light reflecting film is formed has a two-layer structure of the light reflecting film and the cantilever forming film, if laser light continues to be radiated to the back surface of the cantilever portion during AFM measurement, its heat Also, there is a problem that the cantilever portion is warped due to the difference in thermal expansion coefficient.
【0010】また、AFMカンチレバーに形成されてい
る探針部の材質としては、AFM測定試料や測定方法に
対応して、最適なものを選択すべきであるが、前記のよ
うな製造方法を用いた場合には、探針部の型となるレプ
リカ穴を形成したシリコン基板を最終的にエッチング除
去する際、探針部がエッチング液にさらされるため、こ
のエッチング液に探針部の形成材料が耐えるものでなけ
ればならない。したがって、探針部の形成材料として選
択できる材質の種類は、ごく限られたものになってしま
うという問題点がある。As the material of the probe portion formed on the AFM cantilever, the optimum one should be selected according to the AFM measurement sample and the measurement method. In this case, when the silicon substrate on which the replica hole serving as the mold of the probe part is formed is finally removed by etching, the probe part is exposed to the etching solution, and thus the etching solution is used as a material for forming the probe part. It has to endure. Therefore, there is a problem that the types of materials that can be selected as the material for forming the probe portion are very limited.
【0011】更にまた、探針部と測定試料とを離して測
定する非接触のAFM測定においては、カンチレバー部
を振動させながら試料に近づけ、その共振周波数の変化
から探針部が試料から受ける力を求めている。そして、
一般にカンチレバー部を振動させるため、カンチレバー
支持部をピエゾ振動子等に接続し、これにより支持部を
振動させることによって、間接的にカンチレバー部を振
動させている。一方、カンチレバー部の自由端近傍に磁
性体を設け、外部磁場を制御することによりカンチレバ
ー部を直接振動させて上記のような測定を行うことによ
り、測定感度を高めようとする手法が開発されている。
このような目的に用いるAFMカンチレバーを作製する
ためには、従来用いているカンチレバーを作製した後、
微小な開口部をもつ治具をカンチレバー部の自由端近傍
に合わせた後、磁性体をスパッタすることによって行
う。しかし、治具の開口部をカンチレバー部上の特定位
置に合わせることは極めて困難であり、また量産性にも
乏しいという問題点がある。Furthermore, in the non-contact AFM measurement in which the probe part and the measurement sample are separated, the cantilever part is brought closer to the sample while vibrating, and the force that the probe part receives from the sample due to the change of its resonance frequency. Are seeking. And
Generally, in order to vibrate the cantilever portion, the cantilever support portion is connected to a piezoelectric oscillator or the like, and the support portion is thereby vibrated to indirectly vibrate the cantilever portion. On the other hand, a method has been developed to increase the measurement sensitivity by providing a magnetic substance near the free end of the cantilever part and directly vibrating the cantilever part by controlling an external magnetic field to perform the above-mentioned measurement. There is.
In order to produce an AFM cantilever used for such a purpose, after producing a conventionally used cantilever,
This is performed by aligning a jig having a minute opening with the vicinity of the free end of the cantilever and then sputtering a magnetic material. However, it is extremely difficult to align the opening of the jig with a specific position on the cantilever, and there is a problem that mass productivity is poor.
【0012】本発明は、従来のAFMカンチレバーにお
ける上記問題点を解消するためになされたもので、請求
項1記載の発明は、光反射膜をカンチレバー部の背面に
形成したAFMカンチレバーにおいて、光反射膜の膜厚
変動があってもカンチレバー部が反らず、またAFM測
定中レーザー光を照射し続けてもカンチレバー部が反ら
ないようにする構成を提供することを目的とする。また
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の目的に加
え、探針部に用いる材料選択の幅を広げられるようにす
る構成を提供することを目的とする。また請求項3記載
の発明は、請求項1記載の発明の目的に加え、外部磁場
を制御することによりカンチレバー部を直接振動させて
測定を行えるようにしたAFMカンチレバーにおいて、
カンチレバー部の自由端近傍への磁性体の配設を容易に
する構成を提供することを目的とする。また請求項4記
載の発明は、請求項1〜3記載の発明におけるAFMカ
ンチレバーにおいて、特性の良好な光反射膜を容易に形
成することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems in the conventional AFM cantilever. The invention according to claim 1 is an AFM cantilever in which a light reflecting film is formed on the back surface of the cantilever portion. An object of the present invention is to provide a configuration in which the cantilever portion does not warp even if the film thickness varies, and the cantilever portion does not warp even when laser light is continuously irradiated during AFM measurement. In addition to the object of the invention described in claim 1, it is another object of the invention to provide a structure capable of widening the range of selection of materials used for the probe part. In addition to the object of the invention according to claim 1, the invention according to claim 3 is an AFM cantilever in which the cantilever portion is directly vibrated by controlling an external magnetic field to enable measurement.
An object of the present invention is to provide a structure that facilitates the disposition of a magnetic body near the free end of the cantilever portion. Further, the invention according to claim 4 aims to easily form a light reflection film having good characteristics in the AFM cantilever according to the inventions according to claims 1 to 3.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項1記載の発明は、支持部より伸びたカンチレ
バー部の自由端近傍に探針部を備えると共に、該カンチ
レバー部の自由端近傍に光反射膜を局所的に形成してA
FMカンチレバーを構成するものである。このように構
成することにより、光反射膜の膜応力のカンチレバー部
への影響は小さくなり、したがって光反射膜の膜厚が変
動してもカンチレバー部の反りに影響がなくなる。また
AFM測定中に光反射膜にレーザー光を照射し続けて
も、カンチレバー部の形成膜と光反射膜との2層構造部
分は局所的なため、カンチレバー部全体が反ることはな
くなる。In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is provided with a probe portion near the free end of the cantilever portion extending from the supporting portion, and the free end of the cantilever portion is provided. A light reflecting film is locally formed in the vicinity and A
It constitutes an FM cantilever. With this configuration, the film stress of the light reflecting film has less influence on the cantilever portion, and therefore even if the film thickness of the light reflecting film changes, the warp of the cantilever portion is not affected. Even if the light reflection film is continuously irradiated with the laser beam during the AFM measurement, the two-layer structure portion of the film forming the cantilever portion and the light reflection film is local, so that the entire cantilever portion is not warped.
【0014】請求項2記載の発明は、請求項1記載のA
FMカンチレバーにおいて、前記局所的に形成される光
反射膜は、前記カンチレバー部の自由端近傍に設けられ
ている前記探針部の底部裏面を覆うように設けることを
特徴とするものである。このように構成することによ
り、カンチレバー部を形成するために基板をエッチング
除去する際に、探針部をエッチング液に露出しないよう
にすることができ、したがって、探針部の形成材料の選
択の幅を広げることができる。また光反射膜で探針部の
保護ができるので、基板のエッチング除去工程の事前に
余分な保護膜形成工程を設ける必要がなくなり、安価に
特殊な部材で構成された探針部をもつAFMカンチレバ
ーを実現することができる。The invention according to claim 2 is the A according to claim 1.
In the FM cantilever, the locally formed light-reflecting film is provided so as to cover the bottom surface of the probe portion provided near the free end of the cantilever portion. With this configuration, when the substrate is etched and removed to form the cantilever portion, the probe portion can be prevented from being exposed to the etching liquid, and therefore, the material for forming the probe portion can be selected. The width can be increased. Further, since the probe part can be protected by the light reflecting film, it is not necessary to provide an extra protective film forming step prior to the substrate etching removal step, and the AFM cantilever having the probe part formed of a special member at a low cost is provided. Can be realized.
【0015】請求項3記載の発明は、請求項1記載のA
FMカンチレバーにおいて、前記カンチレバー部の自由
端近傍に磁性体膜を局所的に形成し、該磁性体膜を覆う
ように前記光反射膜を形成することを特徴とするもので
ある。このように構成することにより、磁性体膜は光反
射膜により保護された構造となり、したがってカンチレ
バー部上に磁性体膜を形成する工程を、カンチレバー部
を形成するための基板のエッチング除去工程前に行うこ
とが可能となり、フォトリソグラフィ技術を用いて精度
よく容易にカンチレバー部上の指定領域に磁性体膜を形
成することができる。The invention according to claim 3 is the A according to claim 1.
In the FM cantilever, a magnetic film is locally formed near the free end of the cantilever portion, and the light reflection film is formed so as to cover the magnetic film. With this configuration, the magnetic film has a structure protected by the light reflection film, and therefore, the step of forming the magnetic film on the cantilever portion is performed before the etching removal step of the substrate for forming the cantilever portion. This makes it possible to form the magnetic film in the designated region on the cantilever portion with high accuracy and precision by using the photolithography technique.
【0016】請求項4記載の発明は、請求項1〜3のい
ずれか1項に記載のAFMカンチレバーにおいて、前記
光反射膜を、リフトオフ法により形成されたクロム上に
金を積層した積層膜で構成するものである。このように
光反射膜としてクロム上に金を積層した積層膜を用いる
ことにより、カンチレバー部を形成するための基板のエ
ッチング除去時に、KOH等の薬液に耐えさせることが
でき、また下地にクロムを用いているため密着性が向上
し、剥離を防止することができる。According to a fourth aspect of the present invention, in the AFM cantilever according to any one of the first to third aspects, the light reflection film is a laminated film in which gold is laminated on chromium formed by a lift-off method. It is what constitutes. By using a laminated film in which gold is laminated on chrome as the light reflecting film, it is possible to withstand a chemical solution such as KOH when etching and removing the substrate for forming the cantilever portion, and chromium is used as the base. Since it is used, adhesion is improved and peeling can be prevented.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図1は、本発明に係るAFMカンチレバーの第1の
実施の形態の構成を示す図で、図1の(A)はその横断
面図で、図1の(B)はその上面図である。図におい
て、1はカンチレバー部、2は該カンチレバー部1の自
由端の近傍に設けられた探針部、3は前記カンチレバー
部1の基部に設けられた支持部であり、カンチレバー部
1及び探針部2は、いずれも例えば窒化シリコン膜で形
成されており、支持部3は例えばガラスで形成されてい
る。そして、カンチレバー部1の自由端近傍において、
探針部2の先端の延びる方向とは反対側の面上に、光反
射膜4が局所的に形成されている。この光反射膜4は、
例えばクロム上に金を積層した多層膜で形成されてい
る。Next, an embodiment will be described. 1A and 1B are views showing a configuration of a first embodiment of an AFM cantilever according to the present invention, FIG. 1A being a cross-sectional view thereof, and FIG. 1B being a top view thereof. In the figure, 1 is a cantilever portion, 2 is a probe portion provided near the free end of the cantilever portion 1, 3 is a support portion provided at the base of the cantilever portion 1, the cantilever portion 1 and the probe needle. Each of the parts 2 is formed of, for example, a silicon nitride film, and the support part 3 is formed of, for example, glass. Then, in the vicinity of the free end of the cantilever portion 1,
The light reflection film 4 is locally formed on the surface opposite to the extending direction of the tip of the probe portion 2. This light reflection film 4 is
For example, it is formed of a multilayer film in which gold is laminated on chrome.
【0018】次に、このように構成された第1の実施の
形態に係るAFMカンチレバーの製法を、図2の(A)
〜(E)に示す製造工程図を用いて説明する。まず、従
来技術で説明した方法と全く同様に、面方位(100)
のシリコン基板11を用意し、該基板11にKOH等を用い
た湿式異方性エッチングを施すことにより、図2の
(A)に示すように、該シリコン基板11に探針部の型と
なる四角錐状のレプリカ穴12を形成する。次に、図2の
(B)に示すように、レプリカ穴12を形成したシリコン
基板11上にカンチレバー部の母材料となる窒化シリコン
膜13を堆積し、該窒化シリコン膜13をカンチレバーパタ
ーン状にエッチングすることにより、図2の(C)に示
すように、探針部14を一端に一体的に備えたカンチレバ
ー部15を形成する。Next, the manufacturing method of the AFM cantilever according to the first embodiment having the above-described structure will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to the manufacturing process diagrams shown in FIGS. First, in the same way as the method described in the prior art, the plane orientation (100)
2 is prepared, and the substrate 11 is subjected to wet anisotropic etching using KOH or the like, so that the silicon substrate 11 becomes a mold of a probe portion as shown in FIG. 2 (A). A quadrangular pyramid-shaped replica hole 12 is formed. Next, as shown in FIG. 2B, a silicon nitride film 13, which is a base material of the cantilever portion, is deposited on the silicon substrate 11 having the replica hole 12, and the silicon nitride film 13 is formed into a cantilever pattern. By etching, as shown in FIG. 2C, a cantilever portion 15 integrally provided with the probe portion 14 at one end is formed.
【0019】次に、カンチレバー部15の先端近傍に、光
反射膜16を形成する。この光反射膜16は、例えばクロム
上に金を積層した多層膜構造で形成されている。この光
反射膜16の形成方法としては、光反射膜を形成すべき所
定個所に開口部をもつ、例えはフォトレジストのような
犠牲膜を形成した後、光反射膜部材を成膜し、その後犠
牲膜を剥離して所定個所にのみ選択的に光反射膜を形成
する、いわゆるリフトオフ法を用いて形成する。次い
で、前記カンチレバー部15の探針部14とは反対側の所定
領域に、図2の(D)に示すように、パイレックスガラ
スからなる支持部17を陽極接合する。最後に、シリコン
基板11をエッチング除去することにより、図2の(E)
に示すように、探針部14,カンチレバー部15,支持部1
7,光反射膜16からなるAFMカンチレバー10を得るこ
とができる。Next, a light reflection film 16 is formed near the tip of the cantilever portion 15. The light reflecting film 16 has a multilayer film structure in which gold is laminated on chrome, for example. As a method of forming the light reflection film 16, a light reflection film member is formed after forming a sacrifice film such as a photoresist having an opening at a predetermined position where the light reflection film is to be formed, and then forming the light reflection film member. It is formed by using a so-called lift-off method in which the sacrificial film is peeled off and the light reflecting film is selectively formed only at a predetermined portion. Next, as shown in FIG. 2D, a supporting portion 17 made of Pyrex glass is anodically bonded to a predetermined region of the cantilever portion 15 opposite to the probe portion 14. Finally, by removing the silicon substrate 11 by etching, (E) of FIG.
As shown in, the probe portion 14, the cantilever portion 15, the support portion 1
7. The AFM cantilever 10 including the light reflecting film 16 can be obtained.
【0020】なお、本実施の形態においては、探針部14
及びカンチレバー部15を窒化シリコンで形成したものを
示したが、これらは他の材料で作製しても全く支障はな
い。また、光反射膜16としてはクロム上に金を積層した
多層膜を用いたものを示したが、一般にシリコン基板の
エッチングに用いる強アルカリエッチング液に耐性のあ
る材料で、なお且つ反射率の高いものであれば、どのよ
うな材料を用いても構わない。例えは、上記クロムと金
の多層膜の他には、Ti ,Mo ,W,Co ,Ni ,Pt
,Ag 等が考えられる。また、高精度で任意の材料を
選択できるため、光反射膜はリフトオフ法でパターン形
成するようにした例を示したが、他の形成方法を用いて
も勿論構わない。更に、シリコン基板に設ける探針部形
成用のレプリカ穴は 湿式エッチング法を用いて形成し
たものを示したが、ガスを用いたドライエッチング法な
ど、他の手法を用いて形成しても勿論構わない。In the present embodiment, the probe portion 14
Although the cantilever portion 15 is made of silicon nitride, it can be made of other materials without any problem. Further, as the light reflection film 16, the one using a multilayer film in which gold is laminated on chrome is shown, but it is a material that is resistant to a strong alkaline etching solution generally used for etching a silicon substrate and has a high reflectance. Any material may be used as long as it is a material. For example, in addition to the above-mentioned chromium and gold multilayer film, Ti, Mo, W, Co, Ni, Pt
, Ag, etc. are considered. Further, since an arbitrary material can be selected with high accuracy, an example is shown in which the light reflection film is patterned by the lift-off method, but other formation methods may be used. Further, although the replica hole for forming the probe portion provided on the silicon substrate is formed by using the wet etching method, it may be formed by using another method such as a dry etching method using gas. Absent.
【0021】次に、第2の実施の形態を図3に基づいて
説明する。この実施の形態は、図3に示すように、探針
部21をカンチレバー部22と別材料で構成したもので、探
針部21の底部に対応するカンチレバー部22の背面に、探
針部21の底面を覆うように光反射膜24を設けて形成して
いる。なお、図3において、23はカンチレバー部22の基
部に設けた支持部である。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the probe portion 21 is made of a material different from that of the cantilever portion 22, and the probe portion 21 is provided on the back surface of the cantilever portion 22 corresponding to the bottom portion of the probe portion 21. A light reflection film 24 is provided so as to cover the bottom surface of the. In addition, in FIG. 3, reference numeral 23 denotes a support portion provided at the base of the cantilever portion 22.
【0022】次に、第2の実施の形態に係るAFMカン
チレバーの製法を、図4の(A)〜(E)に示す製造工
程図を用いて説明する。まず、図4の(A)に示すよう
に、面方位(100)のシリコン基板31の表面にカンチ
レバー部を形成する窒化シリコン膜32を形成し、探針部
を形成すべき所定の個所に開口部33を設ける。次に、K
OH等を用いた湿式異方性エッチングを施すことによ
り、図4の(B)に示すように、シリコン基板31に探針
部の型となる四角錐状のレプリカ穴34を形成し、更にシ
リコン基板31を熱酸化処理することにより、レプリカ穴
34の表面に酸化膜35を形成する。この酸化膜35を形成す
ることにより、探針部の先端をより尖鋭化させることが
できると共に、シリコン基板31のエッチングによる除去
時に、探針部の先端がエッチング液にさらされるのを防
ぐことが可能となる。Next, a method of manufacturing the AFM cantilever according to the second embodiment will be described with reference to the manufacturing process drawings shown in FIGS. First, as shown in FIG. 4A, a silicon nitride film 32 forming a cantilever portion is formed on the surface of a silicon substrate 31 having a plane orientation (100), and an opening is formed at a predetermined position where a probe portion is to be formed. A section 33 is provided. Then K
By performing wet anisotropic etching using OH or the like, as shown in FIG. 4B, a quadrangular pyramidal replica hole 34 serving as a mold of the probe portion is formed in the silicon substrate 31, and further silicon By subjecting the substrate 31 to thermal oxidation treatment, the replica hole
An oxide film 35 is formed on the surface of 34. By forming this oxide film 35, it is possible to make the tip of the probe portion sharper and prevent the tip of the probe portion from being exposed to the etching solution when the silicon substrate 31 is removed by etching. It will be possible.
【0023】次に、全面に探針部の母材料を堆積し選択
エッチングすることにより、図4の(C)に示すよう
に、表面に酸化膜35を形成したレプリカ穴34に探針部母
材料を残して、探針部36を形成すると共に、窒化シリコ
ン膜32をカンチレバーパターン状にエッチングしてカン
チレバー部37を形成する。次に、第1の実施の形態と同
様に、図4の(D)に示すように、光反射膜38をカンチ
レバー部37の先端近傍に、探針部36の底部を完全に覆う
ように形成する。そして、カンチレバー部37上の所定領
域に、パイレックスガラスからなる支持部39を陽極接合
する。最後に、シリコン基板31をエッチング除去し、更
に探針部36の周りに残されている酸化膜35をエッチング
除去することにより、カンチレバー部37とは異なる材料
で構成された探針部36,カンチレバー部37,支持部39,
光反射膜38からなるAFMカンチレバー30が得られる。Next, by depositing the base material of the probe portion on the entire surface and performing selective etching, as shown in FIG. 4C, the base material of the probe portion is formed in the replica hole 34 having the oxide film 35 formed on the surface thereof. While leaving the material, the probe portion 36 is formed, and the silicon nitride film 32 is etched into a cantilever pattern to form a cantilever portion 37. Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 4D, a light reflecting film 38 is formed near the tip of the cantilever portion 37 so as to completely cover the bottom portion of the probe portion 36. To do. Then, the support portion 39 made of Pyrex glass is anodically bonded to a predetermined region on the cantilever portion 37. Finally, the silicon substrate 31 is removed by etching, and further the oxide film 35 left around the probe portion 36 is removed by etching, so that the probe portion 36 and the cantilever composed of a material different from the cantilever portion 37 are formed. Part 37, support part 39,
The AFM cantilever 30 including the light reflecting film 38 is obtained.
【0024】このような第2の実施の形態の構成を用い
ることにより、探針部36はシリコン基板31をエッチング
除去する際にエッチング液にさらされることはないの
で、探針部36の形成材料の選択の幅を広げることがで
き、例えば、探針部材料として、従来の構成では不可能
なアルミニウム等を用いることが可能となる。By using the structure of the second embodiment as described above, since the probe portion 36 is not exposed to the etching solution when the silicon substrate 31 is removed by etching, the material for forming the probe portion 36. It is possible to widen the selection range of, for example, it is possible to use aluminum or the like as the material of the probe portion, which is impossible with the conventional configuration.
【0025】次に、第3の実施の形態を図5に基づいて
説明する。この実施の形態は、図1あるいは図3に示し
た第1あるいは第2の実施の形態で示した構成のAFM
カンチレバーにおいて、カンチレバー部41の自由端近傍
に磁性体膜44を局所的に形成し、この磁性体膜44を覆う
ように光反射膜45を形成して構成したものである。な
お、図5において、42は探針部、43は支持部である。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the AFM having the configuration shown in the first or second embodiment shown in FIG. 1 or 3.
In the cantilever, the magnetic film 44 is locally formed in the vicinity of the free end of the cantilever portion 41, and the light reflection film 45 is formed so as to cover the magnetic film 44. In addition, in FIG. 5, 42 is a probe part and 43 is a support part.
【0026】次に、第3の実施の形態に係るAFMカン
チレバーの製法を、図6の(A)〜(C)に示す製造工
程図を用いて説明する。まず、図6の(A)に示すよう
に、第1の実施の形態に示したと同様にして、探針部の
型となる四角錐状のレプリカ穴52を形成したシリコン基
板51上に、探針部及びカンチレバー部の母材料となる窒
化シリコン膜を堆積し、これをカンチレバーパターン状
にエッチングすることにより、一端に探針部53を一体的
に形成したカンチレバー部54を形成する。次に図6の
(B)に示すように、磁性体膜55をカンチレバー部54の
自由端近傍の所定の位置に選択的に成膜し、更にこの磁
性体膜55を完全に覆うように光反射膜56を形成する。次
いで、図6の(C)に示すように、カンチレバー部54上
の所定領域にパイレックスガラスよりなる支持部57を陽
極接合し、更にシリコン基板51をエッチング除去するこ
とにより、カンチレバー部54の自由端近傍に磁性体膜55
を備え、その表面が光反射膜56で覆われているAFMカ
ンチレバー50が得られる。Next, a method of manufacturing the AFM cantilever according to the third embodiment will be described with reference to the manufacturing process drawings shown in FIGS. First, as shown in FIG. 6A, in the same manner as in the first embodiment, the probe is formed on the silicon substrate 51 in which the quadrangular pyramidal replica hole 52 serving as the mold of the probe is formed. A silicon nitride film, which is a base material of the needle portion and the cantilever portion, is deposited and is etched in a cantilever pattern shape to form a cantilever portion 54 integrally formed with a probe portion 53 at one end. Next, as shown in FIG. 6B, a magnetic film 55 is selectively formed at a predetermined position in the vicinity of the free end of the cantilever portion 54, and the optical film 55 is covered with light so as to completely cover the magnetic film 55. The reflective film 56 is formed. Next, as shown in FIG. 6C, a supporting portion 57 made of Pyrex glass is anodically bonded to a predetermined region on the cantilever portion 54, and the silicon substrate 51 is removed by etching to remove the free end of the cantilever portion 54. Magnetic film 55 near
And an AFM cantilever 50 whose surface is covered with a light reflecting film 56 is obtained.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、光反射膜をカンチレバー部の自由
端近傍に局所的に配設しているので、光反射膜成膜時の
膜厚変動や測定中の熱変動によるカンチレバー部の反り
がなくなり、AFMカンチレバーの製品安定性やAFM
測定安定性を向上させることができる。また、光反射膜
で探針部の底部裏面や磁性体膜を覆うことにより、探針
部の形成材料の選択幅を拡大させて多用な測定を可能に
したり、磁性体膜を容易に精度よく形成することが可能
となる。As described above based on the embodiments, according to the present invention, the light reflecting film is locally disposed near the free end of the cantilever portion, so that the light reflecting film is formed. Warping of the cantilever part due to film thickness fluctuations and heat fluctuations during measurement is eliminated, and AFM cantilever product stability and AFM
The measurement stability can be improved. In addition, by covering the bottom surface of the probe and the magnetic film with a light-reflecting film, the range of choice of material for the probe can be expanded to enable versatile measurement, and the magnetic film can be easily and accurately prepared. Can be formed.
【図1】本発明に係るAFMカンチレバーの第1の実施
の形態を示す横断面図及び上面図である。FIG. 1 is a cross sectional view and a top view showing a first embodiment of an AFM cantilever according to the present invention.
【図2】図1に示した第1の実施の形態に係るAFMカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程図であ
る。FIG. 2 is a manufacturing process diagram for describing the manufacturing method of the AFM cantilever according to the first embodiment shown in FIG.
【図3】本発明の第2の実施の形態を示す横断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
【図4】図3に示した第2の実施の形態に係るAFMカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程図であ
る。FIG. 4 is a manufacturing process diagram for describing the manufacturing method for the AFM cantilever according to the second embodiment shown in FIG.
【図5】本発明の第3の実施の形態を示す横断面図であ
る。FIG. 5 is a transverse cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention.
【図6】図5に示した第3の実施の形態に係るAFMカ
ンチレバーの製造方法を説明するための製造工程図であ
る。FIG. 6 is a manufacturing process diagram for describing the manufacturing method for the AFM cantilever according to the third embodiment shown in FIG.
【図7】従来のAFMカンチレバーの製造方法を説明す
るための製造工程図である。FIG. 7 is a manufacturing process diagram for explaining a conventional method for manufacturing an AFM cantilever.
【図8】一般的なAFM装置の概略構成を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a general AFM device.
1 カンチレバー部 2 探針部 3 支持部 4 光反射膜 10 AFMカンチレバー 11 シリコン基板 12 レプリカ穴 13 窒化シリコン膜 14 探針部 15 カンチレバー部 16 光反射膜 17 支持部 21 探針部 22 カンチレバー部 23 支持部 24 光反射膜 30 AFMカンチレバー 31 シリコン基板 32 窒化シリコン膜 33 開口部 34 レプリカ穴 35 酸化膜 36 探針部 37 カンチレバー部 38 光反射膜 39 支持部 41 カンチレバー部 42 探針部 43 支持部 44 磁性体膜 45 光反射膜 50 AFMカンチレバー 51 シリコン基板 52 レプリカ穴 53 探針部 54 カンチレバー部 55 磁性体膜 56 光反射膜 57 支持部 1 cantilever part 2 probe part 3 support part 4 light reflection film 10 AFM cantilever 11 silicon substrate 12 replica hole 13 silicon nitride film 14 probe part 15 cantilever part 16 light reflection film 17 support part 21 probe part 22 cantilever part 23 support Part 24 Light-reflecting film 30 AFM cantilever 31 Silicon substrate 32 Silicon nitride film 33 Opening 34 Replica hole 35 Oxide film 36 Probe part 37 Cantilever part 38 Light-reflecting film 39 Support part 41 Cantilever part 42 Probe part 43 Support part 44 Magnetic Body film 45 Light reflection film 50 AFM cantilever 51 Silicon substrate 52 Replica hole 53 Probe part 54 Cantilever part 55 Magnetic film 56 Light reflection film 57 Support part
Claims (4)
端近傍に探針部を備えると共に、該カンチレバー部の自
由端近傍に光反射膜を局所的に形成したことを特徴とす
るAFMカンチレバー。1. An AFM cantilever characterized in that a probe portion is provided near a free end of a cantilever portion extending from a supporting portion, and a light reflecting film is locally formed near a free end of the cantilever portion.
記カンチレバー部の自由端近傍に設けられている前記探
針部の底部裏面を覆うように設けられていることを特徴
とする請求項1記載のAFMカンチレバー。2. The locally formed light reflecting film is provided so as to cover the bottom surface of the probe portion provided near the free end of the cantilever portion. The AFM cantilever according to item 1.
体膜を局所的に形成し、該磁性体膜を覆うように前記光
反射膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載
のAFMカンチレバー。3. The magnetic film is locally formed in the vicinity of the free end of the cantilever portion, and the light reflecting film is formed so as to cover the magnetic film. AFM cantilever.
成されたクロム上に金を積層した積層膜で構成されてい
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
のAFMカンチレバー。4. The AFM according to claim 1, wherein the light-reflecting film is formed of a laminated film in which gold is laminated on chromium formed by a lift-off method. Cantilever.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14781196A JPH09304410A (en) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | Afm cantilever |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP14781196A JPH09304410A (en) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | Afm cantilever |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09304410A true JPH09304410A (en) | 1997-11-28 |
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ID=15438759
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP14781196A Pending JPH09304410A (en) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | Afm cantilever |
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Country | Link |
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-
1996
- 1996-05-20 JP JP14781196A patent/JPH09304410A/en active Pending
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