DE69721093T2

DE69721093T2 - Sonde, Verfahren zu deren Herstellung sowie Sondeneinheit und Informationsaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung damit

Info

Publication number: DE69721093T2
Application number: DE69721093T
Authority: DE
Inventors: C/O Canon Kabushiki Kaisha Ikeda; C/O Canon Kabushiki Kaisha Shimada; C/O Canon Kabushiki Kaisha Yagi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: EP0785410B1; US5959957A; JPH09196933A; EP0785410A3; EP0785410A2; DE69721093D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonde, die in einem Rastersondenmikroskop verwendet wird, ein Verfahren zum Herstellen der Sonde, eine Sondeneinheit und eine Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung unter Verwendung der Sondeneinheit.
Es ist ein Oberflächenmikroskop bekannt geworden, das eine räumliche Auflösung im Atom-Maßstab aufweist, und zwar in Form eines Rastertunnelmikroskops (im folgenden mit RTM abgekürzt) und eines Raster-Atomkraftmikroskops (im folgenden mit AFM (atomic force microscope) abgekürzt) (ein allgemeiner Ausdruck für derartige Mikroskope lautet "Rastersondenmikroskop" (abgekürzt SPM; scanning probe microscope)).
Bei diesen SPMs kann eine Spitze im atomaren Größenordnungsbereich auf eine Probenoberfläche zugreifen. Es wird folglich versucht, diese SPMs einzusetzen bei einer Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung, die Aufzeichnungsinformation in einer lokalen Zone schreibt. Das SPM detektiert einen Tunnelstrom, der dann fließt, wenn der Abstand zwischen einer vorgespannten, leitenden Spitze und einer leitenden Probe auf einige A oder weniger abnimmt, es führt die Spitze in einer Abtastbewegung, während der Abstand zwischen der Spitze und der Probe derart gesteuert wird, daß der Tunnelstrom konstant gehalten wird, und es erzeugt ein Bild aus dem Tunnelstrom oder aus einem Rückkopplungssignal, um dadurch das Oberflächenbild zu konstruieren. Beispiele für ein Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung des STMs sind ein Verfahren, bei dem zwischen eine Spitze und einen Aufzeichnungsträger eine Spannung gelegt wird, um den Oberflächenzustand des Aufzeichnungsträgers lokal zu ändern, und ein Verfahren, bei dem die Leitfähigkeit eines Aufzeichnungsträgers geändert wird.
Andererseits detektiert das AFM eine Atomkraft, die zwischen einer Spitze und der Oberfläche einer Probe dann wirkt, wenn die Spitze auf eine Distanz von einigen Ä oder weniger gegenüber der Probe angenähert wird, und es führt eine Abtastbewegung mit der Spitze in einer zweidimensionalen Ebene durch, um dadurch das Oberflächenbild zu konstruieren, welches Welligkeitsinformation enthält.
Als Mittel zum Detektieren der Atomkraft wird ein elastischer Ausleger verwendet, der mit einem Ende fixiert ist und in der Nähe des freien Endes die Spitze trägt.
Ein Raster-Atomkraft/Tunnel-Verbundmikroskop (AFM/RTM) ist ein Beispiel für ein Mehrfunktions-Mikroskop zum Durchführen einer einzelnen AFM- und RTM- Beobachtung.
Bei diesem Mikroskop besteht eine in dem AFM verwendete Sonde aus einem Ausleger oder Freiträger und einer von diesem gehaltenen Spitze. Die Spitze besteht aus einem leitenden Werkstoff, und deshalb kann das Mikroskop einen zwischen der Spitze und einer Probe fließenden Strom detektieren.
Bei einem üblichen Einsatzverfahren kann das Mikroskop einen Strom dadurch erfassen, daß zwischen die Spitze und einer Probe während eines AFM-Betriebs eine Vorspannung gelegt wird, und es kann gleichzeitig ein Oberflächen- Welligkeitsbild und ein Tunnelstrom-Verteilungsbild mit ein und derselben Spitze gewinnen.
Da die Spitze dieser Verbundvorrichtung außerdem auf die Probenoberfläche in Atom-Größenordnung zugreifen kann, wird versucht, die Verbundvorrichtung anzuwenden bei einer Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung, die Information in eine lokale Zone einschreibt.
In diesem Fall werden mehrere Sonden verwendet, um die Schreib- oder Lesegeschwindigkeit zu steigern (japanische Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift 04-321955).
Ein herkömmliches Sondenherstellungsverfahren (US-A-5 221 415) ist in den Fig. 1A bis 1G dargestellt. Zunächst erfolgt das anisotrope Ätzen entsprechend einer kristallographischen Achse für ein Substrat 202 aus einkristallinem Si, auf dem ein Si-Oxidfilm 201 gebildet ist, um dadurch einen vertieften Abschnitt 203 auszubilden, der die Form einer umgekehrten Pyramide besitzt (Fig. 1A).
Nach der Ausbildung des vertieften Abschnitts 203 wird der Si-Oxidfilm 201 entfernt.
Unter Verwendung dieses ausgenommenen Abschnitts 203 als Matrize werden sämtliche Oberflächen mit einer Siliciumnitridschicht 204 bedeckt (Fig. 1B). Diese Siliciumnitridschicht 204 wird mit einem Muster eines Auslegers 205 versehen (Fig. 1C). Mit der Siliciumnitridschicht 204 wird eine Glasplatte 208 vereint, die eine ausgeschnittene Nut 206 und eine Cr-Schicht 207 aufweist (Fig. 1D). Ein Teil der Glasplatte 208 wird weggeschnitten (Fig. 1E). Anschließend wird das einkristalline Si-Substrat 202 zur Bildung einer Auslegersonde 209 weggeätzt (Fig. 1F).
Schließlich wird eine Metallschicht 210 gebildet, die als AFM-Reflexionsfilm vom optischen Hebeltyp dient.
Ein weiteres Beispiel für ein Spitzenherstellungsverfahren und ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Spitze versehenen Auslegers ist in der JP-A-06084455 offenbart.
In den Fig. 2A und 2B sind Beispiele für ein Spitzenherstellungsverfahren dargestellt. Bei dem Verfahren nach Fig. 2A wird eine Dünnfilmschicht 211 in Form eines Kreises auf einem Substrat ausgebildet, Silicium 212 wird mit Hilfe der kreisförmigen Schicht 211 geätzt, und es wird eine Spitze 213 unter Einsatz von seitlichem Ätzen gebildet (O. Wolter et al., "Micromachined silicon sensors for scanning forcemicroscopy", J. Vac. Sci. Technol. B9(2), März/April 1991, Seiten 1353-1357). Bei dem in Fig. 2B gezeigten Verfahren wird ein leitendes Material 215 schräg auf ein sich umgekehrt verjüngendes Resistmaterial-Loch 214 niedergeschlagen, während das Substrat gedreht wird, und eine Spitze 213 wird dadurch ausgebildet, daß das leitende Material abgehoben wird (C. A. Spindt et al., "Physical properties of thin film field emission cathode with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 1976, Seiten 5248-5263).
Unglücklicher Weise weisen die in den Fig. 1A bis 1G, 2A und 2B (wie sie in der JP-A-06084455 offenbart sind) dargestellten Verfahren folgende Probleme auf:
Als erstes sollen die Probleme der Sondenhebel beschrieben werden. Durch Vakuumaufdampfung gebildete Filme aus SiO&sub2;, SiN, SiC und C oder mittels CVD- Verfahren gebildete Filme dieser Art besitzen mehr oder weniger eine interne Spannung, obschon sie polykristallin oder amorph sind. Dies führt in unerwünschter Weise zu einer Verziehung des Hebels selbst.
Wenn außerdem ein Teil des aus SiO&sub2; oder SiN gefertigten Dünnfilm-Hebels an einem Dicksubstrat gehalten wird, zum Beispiel einem Si-Substrat, so wird in dem gestapelten Bereich dieser Werkstoffe eine Spannung hervorgerufen. Diese Spannung konzentriert sich speziell im Basisbereich des Hebels. Bei wiederholter Betätigung kann daher der Hebel von seinem Basisteil abbrechen.
Wenn außerdem eine Auslegersonde mit beispielsweise einem Metallfilm überzogen wird, um der Sonde lichtreflektierende Eigenschaften oder leitende Eigenschaften zu verleihen, kommt es zu einer Spannung zwischen dem Ausleger und dem Metallfilm, und dies verzieht den Ausleger. Wenn der Ausleger sich in Richtung einer Spitze verzieht und der Auslegerpunkt sich in die entgegengesetzte Seite verzieht, besteht die Möglichkeit, daß ein Mittelbereich des Auslegers in Berührung mit einer Sonde oder einem Aufzeichnungsträger tritt. Dies ist speziell dann ein Problem, wenn mehrere Sonden verwendet werden, da es zu Verziehungs-Schwankungen kommt. Das heißt: bei einer Informationsverarbeitung, die von dem Prinzip des AFM/RTM Gebrauch macht, müssen mehrere Sonden in der gleichen Ebene gleichzeitig in Berührung mit einem Aufzeichnungsträger gebracht werden. Wenn diese Hebel Verziehungs- Schwankungen unterliegen, bringen die Hebel unterschiedliche Lasten auf den Aufzeichnungsträger auf. Abhängig von den Beträgen dieser Lasten wird die Auflösung verringert, oder der Aufzeichnungsträger oder das Ende der Spitze bricht ab.
Die Spitze selbst wirft folgendes Problem auf: Wenn eine RTM-Sonde hergestellt wird, indem man eine Auslegersonde mit einem leitenden Material überzieht, so kann man das Ende der Spitze nur schwer beschichten, da das Spitzenende sehr scharf ist. Folglich ist es schwierig, eine stabile Kennlinie für das RTM zu erhalten, das einen als Tunnelstrom bezeichneten schwachen Strom benutzt. Beispielsweise können in den in den Fig. 2A und 2B gezeigten Spitzen die Bedingungen für die Resistmaterial-Musterbildung und die Bedingungen für das Ätzen der Materialien bei der Herstellung der Spitzen nur schwierig konstant gehalten werden. Dies führt zu dem Problem, daß man nur schwierig die Höhen mehrerer hergestellter Spitzen und Gestaltungen wie zum Beispiel einem Krümmungsradius des Spitzenendes genau bemessen kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die obigen Probleme des Standes der Technik zu lösen und eine Sonde zu schaffen, bei der ein Ausleger selbst keine Verziehung aufweist, und der sich auch nicht durch eine Elektrodenleitung verzieht, bei dem eine Elektrodenfläche verkleinert werden kann, bei dem eine Streukapazität zwischen dem Ausleger und einem Aufzeichnungsträger verringert werden kann, bei dem die Aufzeichnungsgeschwindigkeit gesteigert werden kann, bei dem der Ausleger nicht durch Spannung bricht, bei dem eine leitende Metallspitze mit einem scharfen Ende an dem Ausleger mit hoher Wiederholbarkeit ausgebildet werden kann, bei dem das Gewicht vermindert werden kann, und bei dem die Metallspitze in einfacher Weise an einer gewünschten Stelle ausgebildet werden kann. Außerdem soll ein Verfahren zum Herstellen der Sonde, eine Sondeneinheit und eine Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung unter Einsatz der Sondeneinheit geschaffen werden.
Das obige Ziel der Erfindung wird erreicht durch eine Sonde gemäß Anspruch 1. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Anspruch 2 angegeben.
Das obige Ziel der Erfindung wird bezüglich eines Herstellungsverfahrens für eine Sonde gemäß Anspruch 3 erreicht.
Das obige Ziel der Erfindung wird für eine Sondeneinheit gemäß Anspruch 4 erreicht.
Das obige Ziel der Erfindung wird bezüglich der Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung zum Durchführen einer Aufzeichnung und einer Wiedergabe von Information auf einem Aufzeichnungsträger gemäß Anspruch 5 erreicht.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen im folgenden in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen detailliert erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A bis 1G sind Schnittansichten, die übliche Herstellungsschritte zum Herstellen einer Sonde zeigen;
Fig. 2A und 2B sind Schnittansichten, die herkömmliche Spitzenfertigungsverfahren darstellen;
Fig. 3A und 3B sind Ansichten, die eine Sonde gemäß der Erfindung zeigen;
Fig. 4A bis 4F sind Schnittansichten, welche die Fertigungsschritte für die erfindungsgemäße Sonde zeigen;
Fig. 5A bis 5E sind Schnittansichten, die die Fertigungsschritte für die erfindungsgemäße Sonde zeigen;
Fig. 6A und 6B sind Schnittansichten, welche die Fertigungsschritte der erfindungsgemäßen Sonde zeigen;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, welches die schematische Ausgestaltung einer Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 8A und 8B sind perspektivische Ansichten, die den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Sondeneinheit zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
Fig. 3A und 3B sind Schnitt- bzw. Draufsichten einer Sonde gemäß der Erfindung.
Ein einkristallines Si-Substrat 101 und ein einkristalliner Si-Ausleger 102 sind über einer Schicht 103 aus SiO&sub2; angeordnet.
In den einkristallinen Si-Ausleger wird Dotierstoff eindotiert, um einen Tunnelstrom zu extrahieren.
Eine Metallspitze 105 wird an einem freien Endbereich des Auslegers 102 gebildet. Eine Metallsilicidschicht 104 aus den gleichen Werkstoffen wie der Ausleger 102 und die Spitze 105 wird an der Schnittstelle zwischen dem Ausleger 102 und der Spitze 105 gebildet. Eine Elektrodenleitung 106 wird an dem anderen Ende des Auslegers 102 gebildet.
Da der Si-Ausleger 102 als Tunnelstrom-Abführleitung verwendet wird, kommt es in dem Ausleger zu keiner Verziehung aufgrund der Elektrodenleitung.
Darüber hinaus wird ein Tunnelstrom mit Hilfe der Elektrodenleitung 106 aus dem Si-Ausleger 102 entnommen. Dies verringert die Elektrodenfläche im Vergleich zu einer Sonde, bei der ein Ausleger und eine gesamte Oberfläche eines den Ausleger haltenden Substrats mit leitendem Werkstoff überzogen werden.
Wenn also Information aufgezeichnet werden soll, indem eine Spannung an einen Aufzeichnungsträger gelegt wird, so läßt sich eine Streukapazität verringern, die zwischen der Sonde und dem Aufzeichnungsträger entsteht. Folglich läßt sich die Zeit zum Anlegen einer Spannung verkürzen.
Hieraus folgt, daß man Information mit höherer Geschwindigkeit aufzeichnen kann.
Fig. 4A bis 4F zeigen ein Verfahren zum Herstellen der Sonde gemäß der Erfindung.
Ein durch Bilden einer SiO&sub2;-Schicht 103 und einer einkristallinen Si-Schicht 107 auf einem einkristallinen Si-Substrat 101 erhaltenes Substrat, das heißt ein SOI- Substrat (Silicon On Insulator) wird mit einer Siliciumnitridschicht 108 (SiN) überzogen (Fig. 4A).
Diese einkristalline Si-Schicht 107 wird mit einem Dotierstoff, der einen geringen Widerstand besitzt, dotiert. Der spezifische Widerstand beträgt vorzugsweise 0,01 Ω·cm oder weniger.
Die Dicke der einkristallinen Si-Schicht 107 bestimmt sich zusammen mit der Form eines gewünschten Auslegers in Bezug auf die Federkonstante des Auslegers. Die Dicke beträgt typischerweise 0,1 bis einige um.
Die SiO&sub2;-Schicht 103 und die SiN-Schicht 108 brauchen lediglich Dicken zu haben, die dem später durchgeführten Ätzen mit einer wäßrigen Kaliumhydroxidlösung widerstehen. Üblicherweise beträgt die Dicke der SiO&sub2;-Schicht 103 etwa 0,1 bis 1,0 um, und die Dicke der SiN-Schicht 108 beträgt 0,1 bis 0,3 um.
Anschließend werden die SiN-Schicht 108 in einem für die Ausbildung eines Hebels vorgesehenen Bereich auf der Rückseite des Substrats und die SiN-Schicht 108 auf der gesamten Oberseite durch Trockenätzen entfernt.
Die einkristalline Si-Schicht 107 wird zu der Form eines Auslegers 102 bearbeitet (Fig. 4B).
In einem Ende des Auslegers 102 wird eine Elektrodenleitung 106 zum Abziehen eines Tunnelstroms aus dem Ausleger 102 gebildet (Fig. 4C).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung fungiert der Ausleger 102 als Tunnelstrom- Abziehelektrode und als mechanisches elastisches Element.
Anschließend wird auf einem anderen Substrat eine Spitze ausgebildet.
Eine SiO&sub2;-Schicht oder SiN-Schicht 112 auf einem (100)-Si-Substrat 111 wird entfernt in Form eines Rechtecks oder eines Kreises, um die Si-Oberfläche freizulegen. Es erfolgt ein der kristallographischen Achse entsprechendes anisotropes Ätzen für die freigelegte Si-Oberfläche unter Einsatz einer wäßrigen Kaliumhydroxidlösung, wodurch ein vertiefter Abschnitt 113 gebildet wird (Fig. 5A). Nachdem die SiO&sub2;-Schicht oder SiN-Schicht entfernt ist (Fig. 5B), wird das Substrat erneut mit einer dünnen SiO&sub2;-Schicht 114 überzogen (Fig. 5C).
Anschließend wird auf dem Substrat (Fig. 5D) ein Spitzenmaterialfilm 115 gebildet und mit einem Muster versehen, um eine Spitze 105 herzustellen (Fig. 5E).
Das Spitzenmaterial ist ein Metall, welches in der Lage ist, einen Tunnelstrom abzuführen. Es besteht die Möglichkeit, vorzugsweise Au oder Pt zu verwenden, die nicht so leicht einen Oxidfilm bilden, oder Ir zu verwenden, das eine hohe mechanische Festigkeit besitzt.
Die Spitze 105 wird dann auf den Ausleger 102 übertragen.
Ein Verfahren zum Übertragen und Vereinen der Spitze 105 ist folgendes (Fig. 6A und 6B): als erstes wird ein natürlicher SiO-Film auf der Oberfläche des Auslegers 102 mit Hilfe von Puffer-Flußsäure (BHF) entfernt, und die beiden Substrate werden in Stellung gebracht.
Anschließend werden die Spitze 105 und der Ausleger 102 in Berührung miteinander gebracht, und die jeweiligen Werkstoffe dieser Teile werden diffundiert, um eine Metallsilicidschicht 104 zu bilden (Fig. 6A).
Durch die Ausbildung dieser Metallsilicidschicht werden die Spitze und der Ausleger innig miteinander vereint und können sich nicht voneinander abschälen. Anschließend wird die Spitze 105 durch Abschälen des Substrats auf den Ausleger 102 übertragen (Fig. 6B).
Eine durch eine Spannung des Films hervorgerufene Verziehung des Auslegers läßt sich deshalb vermeiden, weil der Einkristall-Ausleger verwendet wird und die Spitze nur auf das freie Ende des Auslegers übertragen wird.
Danach wird eine Schutzschicht 109, beispielsweise aus Resistmaterial oder einem Polyimid-Harz ausgebildet, um die Oberfläche vor Verunreinigungen zu schützen (Fig. 4D).
Die freiliegende Si-Oberfläche auf der Rückseite des Si-Substrats 101 wird einer anisotropen Ätzung entsprechend der kristallographischen Achse unter Verwendung einer erhitzten wäßrigen Kaliumhydroxidlösung unterzogen (Fig. 4E).
Nach dem anisotropen Ätzen wird die freigelegte SiO&sub2;-Schicht 103 durch eine BHF-Lösung weggeätzt, und danach wird der Schutzfilm 109 durch eine Sauerstoffplasmabehandlung beseitigt, wodurch die gewünschte Sonde 110 erhalten wird (Fig. 4F).
Die so geformte Spitze besitzt eine hohle Zone und ist folglich leichter als die in Fig. 2B dargestellte Spitze.
Außerdem kann die Spitze an jeder Stelle des Auslegers haften, und dies steigert die Möglichkeiten für das Herstellungsverfahren.
Im folgenden werden praktische Beispiele für die Erfindung erläutert.

[Beispiel 1]

Es wurde durch LP-CVD (chemisches Niederdruck-Niederschlagen aus der Dampfphase) auf einem SOI-Substrat (Silicon On Insulator), seinerseits hergestellt durch Bilden einer 0,5 um dicken SiO&sub2;-Schicht 103 und einer 1,0 um dicken einkristallinen Si-Schicht 107 auf einem (100)-Si-Substrat 101, eine 0,2 um dicke Siliciumnitridschicht (SiN) 108 gebildet (Fig. 4A).
Die einkristalline Si-Schicht 107 besaß einen spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm oder weniger.
Auf der Rückseite wurde zum Ätzen des Substrats 101 ein Resistmaterialmuster gebildet, und durch Trockenätzen mit einem CF&sub4;-Gas wurde die SiN-Schicht 108 mit einem Muster versehen.
Die SiN-Schicht 108 auf der gesamten Oberseite wurde weggeätzt, und in der einkristallinen Si-Schicht 107 wurde ein Muster in Form eines Auslegers 102 durch photolithographisches Behandeln und eine Ätzbehandlung gebildet (Fig. 4B).
Die Form des Auslegers war ein Rechteck mit einer Länge von 250 um und einer Breite von 40 um. Dann wurde auf einem Endbereich des Auslegers 102 eine Elektrodenleitung 106 zum Abführen eines Tunnelstroms gebildet (Fig. 4C).
Danach wurde eine Spitze auf einem anderen Substrat gebildet.
Eine 0,1 um dicke SiO&sub2;-Schicht 112 wurde auf einem (100)-Si-Substrat 111 ausgebildet. In dieser SiO&sub2;-Schicht 112 wurde durch Photolithographie und durch Ätzen ein Loch mit einem Durchmesser von 6 um gebildet.
Das erhaltene Substrat wurde einem anisotropen Ätzen entlang der kristallographischen Achse unter Verwendung einer wäßrigen Kaliumhydroxidlösung unterzogen, um in dem Loch eine einem umgekehrten Dreieck entsprechende Ausnehmung 113 zu bilden (Fig. 5A).
Das Substrat wurde zum Auflösen der SiO&sub2;-Schicht 112 in eine BHF-Lösung eingetaucht (Fig. 5B). Das erhaltene Substrat wurde dann in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt, um auf sämtlichen Oberflächen des Substrats eine 100 nm dicke SiO&sub2;-Schicht 114 zu erzeugen.
Anschließend wurde als Spitzenmaterial auf dem Substrat ein 1 um dicker Au-Film 115 gebildet und durch Photolithographie und Ätzen mit einem Muster versehen, um dadurch eine Spitze 105 zu erhalten (Fig. 5E).
Ein natürlicher Oxidfilm auf der Oberfläche des Auslegers 102 wurde durch Eintauchen des Auslegers 102 in eine BHF-Lösung entfernt.
Anschließend wurden das Substrat, auf dem der Ausleger 102 gebildet war, und das Substrat, auf dem die Spitze 105 geformt war, in Stellung gebracht. Als der freie Endbereich des Auslegers 102 und die Spitze 105 einander gegenüberlagen, wurden die beiden Substrate mit Druck in Berührung miteinander gebracht (Fig. 6A).
Anschließend wurden die beiden Substrate abgeschält, und es zeigte sich, daß die Spitze 105 gut an den Ausleger 102 angeformt war (Fig. 6B).
Als später dann die Grenzfläche zwischen dem Ausleger 102 und der Spitze 105 mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) betrachtet wurde, wurde eine Au-Silicidschicht beobachtet.
Anschließend wurde eine 5 um dicke Polyimidschicht 109 als Schutzfilm auf der Oberfläche des Substrats dort gebildet, wo der Ausleger 102 und die Spitze 105 gebildet waren (Fig. 4D).
Die Unterseite des Substrats wurde in eine wäßrige Kaliumhydroxidlösung getaucht, um ein anisotropes Ätzen entlang der kristallographischen Achse vorzunehmen (Fig. 4E).
Nach dem Ätzen wurde die freigelegte SiO&sub2;-Schicht 103 mit einer BHF-Lösung weggeätzt.
Außerdem wurde eine Sauerstoffplasmabehandlung durchgeführt, um die Polyimidschicht 109 zu beseitigen und eine Sonde 110 gemäß der Erfindung zu erhalten (Fig. 4F).
Bei diesem Beispiel wurden gleichzeitig neun Sonden auf ein und demselben Substrat mit Hilfe des obigen Herstellungsverfahrens gebildet. Als diese Sonden mit einem Rasterlasermikroskop (hergestellt von Laser Tech) ausgemessen wurden, konnte keine Verziehung sowohl in Längs- als auch in seitlicher Richtung bei dem Ausleger irgendeiner Probe festgestellt werden.
Der Grund hierfür liegt darin, daß der Ausleger selbst aus dem Einkristall und das den Ausleger halternde Substrat ebenfalls aus dem gleichen einkristallinen Si hergestellt war. Dies zeigt also, daß keine Spannung wirksam war, die zu einem Bruch des Auslegers hätte führen können.
Durch den Einsatz der Sonde 110 nach diesem Beispiel wurde die Spaltebene eines HOPG-Substrats (HOPG = High Orientation Pyrolytic Graphite) in einem Abtastbereich von 1000 Å · 1000 Å mit Hilfe einer AFM/RTM-Vorrichtung betrachtet. Es konnte eine gute Oberflächeninformation mit hoher Reproduzierbarkeit gewonnen werden.

[Beispiel 2]

Wie im Beispiel 1 wurde eine 0,2 um dicke SiN-Schicht 108 auf einem SOI- Substrat gebildet (Fig. 4A).
Es wurde eine einkristalline Si-Schicht 107 mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Q·cm oder weniger verwendet.
Die SiN-Schicht 108 auf der Rückseite wurde mit einem Muster versehen, die gesamte SiN-Schicht 108 auf der Oberseite wurde durch Ätzen entfernt. Anschließend wurde die einkristalline Si-Schicht 107 mit der Form eines Auslegers 102 durch Photolithographie und Ätzen versehen (Fig. 4B).
Die Hebelform war ein Rechteck mit einer Länge von 200 um und einer Breite von 50 um.
Danach wurde an einem Endbereich des an der SiO&sub2;-Schicht fixierten Auslegers 102 eine Elektrodenleitung 106 zum Ableiten eines Tunnelstroms gebildet (Fig. 4C).
Es wurde nach der gleichen Prozedur wie beim Beispiel 1 eine Spitze 105 gebildet.
Als Spitzenmaterial wurde Pt verwendet.
Eine natürliche Oxidschicht auf der Oberfläche des Auslegers 102 wurde entfernt, indem der Ausleger 102 in eine BHF-Lösung getaucht wurde.
Das Substrat, auf dem der Ausleger 102 geformt war, und das Substrat, auf dem die Spitze 105 gebildet war, wurden in Stellung gebracht, und die beiden Substrate wurden unter Druck vereint (Fig. 6A).
Während diese Substrate vereint wurden, wurden sie auf 150ºC erhitzt. Als die beiden Substrate nach dem Vereinen abgeschält wurden, zeigte sich, daß die Spitze 105 gut an den Ausleger 102 angebracht war (Fig. 6B).
Als später die Grenzfläche zwischen dem Ausleger 102 und der Spitze 105 mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) betrachtet wurde, war eine Pt- Silicidschicht zu sehen.
Danach wurde als Schutzfilm auf der Oberfläche des Substrats, wo der Ausleger 102 und die Spitze 105 gebildet waren, eine 5 um dicke Polyimidschicht 109 gebildet (Fig. 4D).
Die Unterseite des Substrats wurde in eine wäßrige Kaliumhydroxidlösung eingetaucht, um anisotrop entlang der kristallographischen Achse zu ätzen (Fig. 4E).
Nach dem Ätzen wurde die freigelegte SiO&sub2;-Schicht 103 mit einer BHF-Lösung aufgelöst.
Darüber hinaus erfolgte eine Sauerstoffplasmabehandlung zum Beseitigen der Polyimidschicht 109, wodurch die erfindungsgemäße Sonde 110 erhalten wurde (Fig. 4F).
Bei diesem Beispiel wurden gleichzeitig auf ein und demselben Substrat mit Hilfe des obigen Herstellungsverfahrens sechzehn Sonden hergestellt. Als diese Sonden mit einem Rasterlasermikroskop ausgemessen wurden, konnte keine Verziehung festgestellt werden, weder in Längs- noch in seitlicher Richtung des Auslegers.
Unter Verwendung der Sonde 110 dieses Beispiels wurde die Spaltebene eines HOPG-Substrats (eines Substrats aus pyrolytischem Graphit mit hoher Orientierung; High Orientation Pyrolytic Graphite) in einem Abtastbereich von 1000 Å · 1000 Å mit Hilfe einer AFM/RTM-Apparatur betrachtet. Es konnte hierdurch gute Oberflächeninformation mit hoher Reproduzierbarkeit gewonnen werden.

[Beispiel 3]

Wie im Beispiel 1 wurde eine 0,2 um dicke SiN-Schicht 108 auf einem SOI- Substrat gebildet (Fig. 4A).
Es wurde eine einkristalline Si-Schicht 107 mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ω·cm oder weniger verwendet.
Die SiN-Schicht 108 auf der Rückseite wurde mit einem Muster versehen, und sie wurde auf der gesamten Oberseite durch Ätzen entfernt. Anschließend wurde die einkristalline Si-Schicht 107 mit der Form eines Auslegers 102 durch Lithographie und durch Ätzen gebildet (Fig. 4B).
Die Auslegerform war ein Rechteck mit einer Länge von 200 um und einer Breite von 50 um. Anschließend wurde an einem Endbereich des Auslegers 102 eine Elektrodenleitung 106 zum Abführen eines Tunnelstroms gebildet (Fig. 4C).
Mit der gleichen Prozedur wie im Beispiel 1 wurde eine Spitze 105 gebildet.
Als Spitzenmaterial wurde Ir verwendet.
Ein natürlicher Oxidfilm auf der Oberfläche des Auslegers 102 wurde durch Eintauchen des Auslegers 102 in eine BHF-Lösung entfernt.
Das Substrat mit dem daran gebildeten Ausleger 102 und das Substrat mit der daran ausgebildeten Spitze 105 wurden in Stellung gebracht, und die beiden Substrate wurden unter Druck vereint (Fig. 6A).
Als die Substrate vereint wurden, wurden sie auf 120ºC erhitzt. Als die beiden Substrate nach dem Vereinen abgeschält wurden, zeigte sich, daß die Spitze 105 gut an dem Ausleger 102 angeformt war (Fig. 6B).
Als später dann die Schnittstelle zwischen dem Ausleger 102 und der Spitze 105 mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) betrachtet wurde, wurde eine Ir-Silicidschicht beobachtet.
Danach wurde als Schutzfilm auf der Oberfläche des Substrats dort, wo der Ausleger 102 und die Spitze 105 gebildet waren, eine 5 um dicke Polyimidschicht 109 gebildet (Fig. 4D).
Die Unterseite des Substrats wurde in eine wäßrige Kaliumhydroxidlösung eingetaucht, um entsprechend der kristallographischen Achse anisotrop zu ätzen (Fig. 4E).
Nach dem Ätzen wurde die freigelegte SiO&sub2;-Schicht 103 mit einer BHF-Lösung aufgelöst.
Außerdem wurde eine Sauerstoffplasmabehandlung durchgeführt, um die Polyimidschicht 109 zu entfernen, wodurch eine erfindungsgemäße Sonde 110 erhalten wurde (Fig. 4F).
Bei diesem Beispiel wurden auf einem Substrat nach dem obigen Herstellungsverfahren gleichzeitig sechzehn Sonden gebildet. Als diese Sonden mit einem Rasterlasermikroskop ausgemessen wurden, zeigte sich bei keiner Probe irgendeine Verziehung, weder in Längs- noch in seitlicher Richtung.
Mit Hilfe der diesem Beispiel entsprechenden Sonde 110 wurde die Spaltebene eines HOPG-Substrats (aus pyrolytischem Graphit mit hoher Orientierung) in einem Abtastbereich von 1000 Å · 1000 Å in einer AFM/RTM-Apparatur betrachtet. Es konnte eine gute Oberflächeninformation mit hoher Reproduzierbarkeit gewonnen werden.

[Beispiel 4]

Im folgenden wird eine Informationsaufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung beschrieben, die eine Sonde verwendet, die gemäß der Prozedur nach Beispiel 1 hergestellt wurde. Fig. 7 zeigt die Ausgestaltung der Hauptkomponenten und ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung. Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert. Eine Sonde 118 wurde so angeordnet, daß sie einem auf einer Aufzeichnungsträgerbühne 116 befindlichen Aufzeichnungsträger 117 gegenüberlag.
Der Aufzeichnungsträger 117 besteht aus einer Informationsaufzeichnungsschicht 117-1, einer darunter liegenden Elektrode 117-2 zum Anlegen einer Spannung an die Informationsaufzeichnungsschicht 117-1, und einem Substrat 117-3.
Die Informationsaufzeichnungsschicht 117-1 ist zum Beispiel ein dünner organischer Film, der seine elektrischen Eigenschaften ändert (einen elektrischen Speichereffekt besitzt) aufgrund eines zwischen der Schicht 117-1 und einer Spitze 119 gebildeten Tunnelstroms.
Die Vorrichtung enthält außerdem eine Energiequelle 120 und einen Stromverstärker 121, der an einen Mikrocomputer 122 angeschlossen ist und dazu dient, Information auf den Aufzeichnungsträger 117 aufzuzeichnen und von ihm wiederzugeben.
Die Aufzeichnungsträgerbühne 116 an einem Aufzeichnungsträgerbühnen- Antriebsmechanismus 123 wird von einer Stellungsregelschaltung (Z-Richtung) 124, einer Stellungsregelschaltung (X-Y-Richtung) 125, einer Kippwinkelregelschaltung 126 und einer Drehwinkelregelschaltung 127 mit Hilfe des Mikrocomputers 122 geregelt. Ein Laser 128 wird auf den Punkt der Sonde 118 gerichtet, von dem das reflektierte Licht durch einen Spaltsensor 129 empfangen wird, und die Auslenkung der Sonde 118 wird von einer Auslenkungs- Detektoreinrichtung 130 erfaßt.
Diese Information wird dem Mikrocomputer 122 und einer Regelschaltung 131 zugeleitet.
Der Aufzeichnungsträger 117 dieses Beispiels wurde hergestellt durch Aufdampfen eines 30 nm dicken Au-Films als Unterelektrode 117-2 auf ein Quarzglassubstrat 117-3 im Vakuum und durch Ausbilden einer Polyimidschicht (der Informationsaufzeichnungsschicht 117-1) oben auf der Unterelektrode 117-2 durch ein LB-Verfahren (Langmuir-Blodgett).
Die nach dem ersten Beispiel gefertigten Sonden 118 wurden in die oben beschriebene Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung eingebaut, und es erfolgte eine Aufzeichnung und eine Wiedergabe gemäß einem Prinzip und einem Verfahren, das in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 63- 161552 offenbart ist. Hierdurch konnten gute AFM-Bilder von sämtlichen Sonden 118 gewonnen werden, es wurden keine Beschädigungen beobachtet, beispielsweise ein Abschälen eines Films an dem Aufzeichnungsträger 117.
Während der Aufzeichnungsträger 117 mit Hilfe der Aufzeichnungsträgerbühne 116 eine Abtastung durchführte, wurde eine Impulsspannung zwischen die Spitze 119 und die Unterelektrode 117-2 gelegt. Das Anlegen der Spanne erfolgte in Form einer 3 V betragenden Impulsförmigen Rechteckwelle einer Breite von 50 ns. Nach der Impulsanlegung wurde der Aufzeichnungsträger mit einer Gleichspannung von 200 mV abgetastet. Als Folge davon änderte sich die Charakteristik im Punkt der Impulsanlegung in der Aufzeichnungsschicht 117-1, es entstand ein Bereich, in welchem der elektrische Widerstand gering war.
Dieser Teil mit geringem elektrischen Widerstand, das heißt ein Aufzeichnungsbit, besaß einen Durchmesser von etwa 10 nm. Diese Aufzeichnung und Wiedergabe war bei sämtlichen Sonden 118 möglich.

[Beispiel 5]

Gemäß der gleichen Prozedur wie im Beispiel 1 wurde auf einem SOI-Substrat ein Torsionshebel 133 erzeugt.
Fig. 8A ist eine perspektivische Ansicht des Aufbaus.
Der Hebelaufbau besaß eine Länge von 300 um und eine Breite von 150 um.
Auf demselben Substrat wurden ein Signalverarbeitungs-IC 134, ein Oberflächenausrichtmechanismus 135 und Signalabnahmeflecken 136 gebildet (Fig. 8B).
Ein auf einem SOI-Substrat gebildeter IC besaß einen geringen Leckstrom und veranlaßte folglich nicht ohne weiteres einen Verarbeitungsfehler im Vergleich zu einem auf einem gemeinsamen Si-Wafer gebildeten IC. Diese Sondeneinheit diente zum Durchführen einer Aufzeichnung und einer Wiedergabe in der gleichen Weise wie im Beispiel 4, und es stellte sich heraus, daß Aufzeichnung und Wiedergabe mit sämtlichen Sonden möglich waren.
Bei der erfindungsgemäßen Sonde besitzt ein Ausleger selbst nahezu keine Verziehung, weil der Ausleger aus einkristallinem Si gebildet ist. Da außerdem der Ausleger leitend ist, braucht keine neue Elektrodenleitung gebildet zu werden, und dies verhindert eine Verziehung des Hebels durch eine Elektrodenleitung.
Erfindungsgemäß ist der Ausleger selbst leitend, und eine Elektrodenleitung geht von einem Endbereich des Hebels weg. Folglich ist es möglich, die Elektrodenfläche zu verkleinern, die zwischen dem Ausleger und dem Aufzeichnungsträger gebildete Streukapazität zu verringern und dadurch die Aufzeichnungsgeschwindigkeit zu steigern.
Da außerdem sowohl der Ausleger als auch das den Ausleger halternde Substrat aus einkristallinem Si bestehen, wirkt keine Spannung seitens des Substrats auf den Ausleger. Dies verhindert, daß der Ausleger aufgrund von Spannung bricht.
Das erfindungsgemäße Sondenherstellungsverfahren kann eine leitende Metallspitze mit scharfem Ende an einem Ausleger mit hoher Reproduzierbarkeit erzeugen.
Außerdem ist es erfindungsgemäß möglich, das Gewicht des Endbereichs des Auslegers dadurch zu senken, daß man im Inneren der Spitze eine Hohlstruktur bildet.
Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Sondenherstellungsverfahren eine Spitze direkt mit einem aus einkristallinem Si bestehenden Ausleger vereint werden. Dementsprechend läßt sich die leitende Metallspitze in einfacher Weise an einer gewünschten Stelle des Auslegers anformen.

Claims

1. Sonde mit einer metallischen Spitze (105) auf einem Ausleger (102), aufweisend:

eine diffundierte Schicht (104), die an einer Schnittstelle zwischen der Spitze (105) und dem Ausleger (102) angeordnet ist, und in die ein den Ausleger (102) bildendes Material und ein die Spitze (105) bildendes Material diffundiert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Ausleger (102) aus einkristalligem Si besteht und die diffundierte Schicht (104) aus einem Metallsilicid besteht.

2. Sonde nach Anspruch 1, in der die Spitze (105) aus einem Material hergestellt ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Au, Pt und Ir und deren Legierungen.

3. Verfahren zur Herstellung einer Sonde mit einer metallischen Spitze (105) auf einem Ausleger (102), aufweisend die folgenden Schritte:

Ausbilden eines Auslegers (102) auf einem ersten Substrat (101);

Ausbilden einer Spitze (105) auf einem zweiten Substrat (111); und

Verbinden der Spitze (105) mit dem Ausleger (102) durch Ausbilden einer diffundierten Schicht (104), in die ein den Ausleger (102) bildendes Material und ein die Spitze (105) bildendes Material diffundiert sind, an einer Schnittstelle zwischen der Spitze und dem Ausleger,

dadurch gekennzeichnet, daß

4. Sondeneinheit einschließlich einer Sonde mit einer metallischen Spitze (105) auf einem Ausleger (102), aufweisend:

ein Substrat (101), auf dem ein signalverarbeitender IC (134) ausgebildet ist;

ein von dem Substrat (101) getragener Ausleger (102);

eine mit dem Ausleger (102) verbundene Spitze (105); und

eine diffundierte Schicht (104), die an einer Schnittstelle zwischen der Spitze (105) und dem Ausleger (102) ausgebildet ist, und in die ein den Ausleger (102) bildendes Material und ein die Spitze (105) bildendes Material diffundiert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Ausleger (102) aus einkristalligem Si besteht,

die diffundierte Schicht (104) aus einem Metallsilicid besteht, und das Substrat (101) ein einkristalliges Si-Substrat ist.

5. Eine informationsaufzeichnende/wiedergebende Vorrichtung zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer Information auf einem Aufzeichnungsmedium (117) unter Verwendung einer Sonde (118) mit einer metallischen Spitze (105) auf einem Ausleger (102), aufweisend:

eine Sondeneinheit aufweisend

ein Substrat (101), auf dem ein signalverarbeitender IC (134) ausgebildet ist,

ein von dem Substrat (101) getragener Ausleger (102),

eine mit dem Ausleger (102) verbundene Spitze (105), und

eine diffundierte Schicht (104), die an einer Schnittstelle zwischen der Spitze (105) und dem Ausleger (102) angeordnet ist, und in die ein den Ausleger (102) bildendes Material und ein die Spitze (105) bildendes Material diffundiert sind; und

Mittel (117-2) zum Anlegen einer Spannung zwischen der Spitze (105) und dem Aufzeichnungsmedium (117),

dadurch gekennzeichnet, daß

der Ausleger (102) aus einkristalligem Si besteht,