JP2000195837A - 微細加工方法、磁気力顕微鏡用プローブおよび電場センサ - Google Patents

微細加工方法、磁気力顕微鏡用プローブおよび電場センサ

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JP2000195837A
JP2000195837A JP10366338A JP36633898A JP2000195837A JP 2000195837 A JP2000195837 A JP 2000195837A JP 10366338 A JP10366338 A JP 10366338A JP 36633898 A JP36633898 A JP 36633898A JP 2000195837 A JP2000195837 A JP 2000195837A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝
導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜の成長に必要なＳｒＴｉＯ
3単結晶基板を精密に加工する方法を提供し、さらに、
その方法により形成された三次元構造を直接、あるいは
鋳型として利用する方法を提供すること。 【解決手段】ＳｉＯ2をエッチングマスクとしてＨ3ＰＯ
4でエッチングすることにより、 （１００） ＳｒＴｉ
Ｏ3単結晶基板および（１１０） ＳｒＴｉＯ3単結晶基
板を結晶異方的にエッチングする。エッチング速度、お
よびマスクであるＳｉＯ2との選択比を上げるために１
５０℃程度の沸点に保たれたＨ3ＰＯ4を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細加工方法、磁
気力顕微鏡用プローブおよび電場センサに関し、特に高
温超伝導体またはＳｒＴｉＯ3を材質の一部とするもの
の微細加工方法、高温超伝導体またはＳｒＴｉＯ3を材
質の一部とする磁気力顕微鏡用プローブおよび電場セン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、シリコン半導体の微細加工技術を
利用しておこなうマイクロマシン技術により種々の応用
がなされている。この発展の基盤をなしているのが水酸
化カリウムなどのアルカリエッチャントによるシリコン
の結晶異方性エッチング技術（米国特許第３,７６５,９
６９号）である。すなわち、ある特定のエッチング条件
において（１１１）面のエッチング速度が（１００）お
よび（１１０）面のそれに比して十分遅いため適当なマ
スクを使用することにより精密な三次元加工をおこなう
ことが可能である。シリコンは、半導体微細加工技術を
そのまま応用できる材質である便利さもあって、マイク
ロマシン技術はほとんどがシリコンを材料として行われ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、シ
リコン以外の材料を微細加工することは考慮されておら
ず、また、困難であるという問題があった。高温超伝導
体の場合、薄膜を生成するためには適当な単結晶基板を
使うことが必須であり、たとえば、高温超伝導体ＹＢａ
ＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜
の場合、 ＳｒＴｉＯ3の単結晶基板が良好な薄膜を作成
するのに有効である。ところが、シリコンに対する水酸
化カリウムのように、 ＳｒＴｉＯ3に対する有効なエッ
チャントは従来知られていなかった。 ＳｒＴｉＯ3は水
酸化カリウムなどシリコンを結晶異方的にエッチングす
るエッチング液ではまったくエッチングされない。な
お、異方性エッチングをおこなうための方法は化学的な
エッチング方法に限らず、物理的なエッチング法もあ
る。ところが物理的なエッチングではエッチング速度が
一般に遅く、特にＳｒＴｉＯ3などの材料は通常シリコ
ンのエッチングに使用される条件ではほとんどエッチン
グされない。また、シリコンの場合でも厚い基板を貫通
するようなエッチングをおこなうには現実的でない長い
時間を要する。シリコンの場合には数種類の特殊なガス
を組み合わせた物理化学的エッチングを使用することに
より従来よりも１０００倍程度速いエッチング速度を得
ることが可能になっており、現実的な時間内で加工をお
こなうことができるが、 ＳｒＴｉＯ3ではいまだそのよ
うな加工方法は確立されていない。また、異方性エッチ
ングが可能なシリコン基板の上にＳｒＴｉＯ3の薄膜を
成長させてから、改めてその上に高温超伝導体ＹＢａＣ
ｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜を
成長させる試みもあるが良い結果は得られていない。物
理的エッチング法のさらに大きな問題は加工表面の損傷
であり、また加工角度の制御が困難なことである。たと
えばＳｒＴｉＯ3の基板表面に段差を物理的エッチング
法により形成し、その上から高温超伝導体薄膜を成長さ
せると段差の部分がジョセフソン接合として機能するこ
とが知られているが、このような方法で作成した接合の
性能は段差の角度や段差表面の状態に大きく影響される
ため、一様な高い性能を有したジョセフソン素子の製作
は不可能である。
【０００４】本発明の目的は、高温超伝導体薄膜の成長
基板であるＳｒＴｉＯ3単結晶の微細加工を精密におこ
なう方法を提供することである。
【０００５】本発明の他の目的は、上記方法により製作
されるところの、高温超伝導薄膜をその一部として有す
るデバイスを提供することである。
【０００６】本発明の更に他の目的は、上記方法により
製作されるところの、ＳｒＴｉＯ3の誘電体としての性
質を特徴とするデバイスを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、少なくとも１つの（１００）面を表面に有
するＳｒＴｉＯ3単結晶基板の、少なくとも１つの（１
００）面に（１００）面と（１１１）面の交線に平行な
縁を有するエッチングマスクをＳｉＯ2膜で形成し、基
板をＨ3ＰＯ4溶液に浸し、加熱し、ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板にエッチングマスクの形状に対応した所定の形状を
作成することを特徴とする。また、本発明は少なくとも
１つの（１１０）面を表面に有するＳｒＴｉＯ3単結晶
基板の、少なくとも１つの（１１０）面に（１１０）面
と（１１１）面の交線に平行な縁を有するエッチングマ
スクをＳｉＯ2膜で形成し、基板をＨ3ＰＯ4溶液に浸
し、加熱し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエッチングマス
クの形状に対応した所定の形状を作成することを特徴と
する。これらのエッチングは８０℃程度の低温において
も進行するが、エッチング速度を上げ、またエッチング
マスクとして使用するＳｉＯ2に対する選択比を上げる
目的から１５０℃程度の沸点に保たれたＨ3ＰＯ4を使用
するのがよい。この沸点に保たれたＨ3ＰＯ4によるエッ
チングは従来のシリコン半導体微細加工技術においてＳ
ｉ3Ｎ4（窒化シリコン膜）のエッチングに使われている
が、このエッチング条件においてＳｉＯ2はほとんどエ
ッチングされないことがわかっている。したがってＳｉ
Ｏ2薄膜をエッチングマスクとしてＨ3ＰＯ4でエッチン
グすることにより、 Ｓｉ3Ｎ4薄膜をエッチングマスク
としてシリコンをＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液でエッ
チングするのと同じように、 ＳｒＴｉＯ3を精密加工す
ることができる。ちなみにＳｒＴｉＯ3はＫＯＨではま
ったくエッチングされないことから、本発明はシリコン
の異方性エッチングから類推することは困難である。
【０００８】
【発明の実施の形態】(実施例１)図１に（１００） Ｓ
ｒＴｉＯ3単結晶上に成膜した高温超伝導体ＹＢａＣｕ
Ｏ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜を自
己支持膜とする工程の一例を示す。まず、両面研磨され
た厚さ２５０μｍ程度の（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板１の表面に厚さ２００ｎｍ程度の高温超伝導体ＹＢ
ａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄
膜２をエピタキシャル成長法によって成膜する（図１
（ａ））。ここで必要ならばアルゴンなどのイオンを用
いたミリング法などにより高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄
膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜２のパタ
ーニングをおこなってもよい。次に表面と裏面に１００
０ｎｍ程度のＳｉＯ2薄膜３および４を蒸着する（図１
（ｂ））。ここで表面のＳｉＯ2薄膜３は高温超伝導体
ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ薄膜をエッチング液から保護するためのものであり、
一方裏面のＳｉＯ2薄膜４はＳｒＴｉＯ3単結晶基板１の
エッチングに対するマスクを形成するためのものであ
る。裏面のＳｉＯ2薄膜４に所定のエッチングマスクを
ＣＨＦ3などの反応性ガスを用いたイオンエッチング法
によりパターニングし、窓５を形成する（図１
（ｃ））。次に裏面を上にした状態でシリコンゴム６に
より基板全体をスライドガラス７などのＨ3ＰＯ4にエッ
チングされにくい材質でできた別の基板に密着させる
（図１（ｄ））。これを１５０℃程度の沸点に保たれた
Ｈ3ＰＯ4溶液中におくと結晶異方性エッチングにより図
１（ｅ）のような構造が得られる。エッチング時間を適
当に選び、エッチングを終了させる。ここで基板全体を
スライドガラス７から剥離する際の破損を防ぐため、若
干のＳｒＴｉＯ3膜８を残して機械的強度を保つのがよ
い。基板全体をスライドガラス７から剥離し、残留した
シリコンゴム６を除去する。この状態で今度は８０℃程
度に保ったＨ３ＰＯ４溶液中でエッチングをおこない、
ＳｒＴｉＯ3単結晶基板１に貫通孔９を形成する（図１
（ｆ））。最後に高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または
高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜２の保護膜として
用いたＳｉＯ2薄膜３をＣＨＦ3などの反応性ガスを用い
たイオンエッチング法により除去すれば高温超伝導体Ｙ
ＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ
薄膜の自己支持膜１０が形成される（図１（ｇ））。
【０００９】(実施例２)図２に（１００） ＳｒＴｉＯ3
単結晶上に成膜した高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜また
は高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜を自己支持膜と
する別の工程の一例を示す。まず、両面研磨された厚さ
２５０μｍ程度の（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板１
１の表面に１０００nｍ程度のＳｉＯ2薄膜１２を蒸着す
る（図２（ａ））。ＳｉＯ2薄膜１２に所定のエッチン
グマスクをＣＨＦ3などの反応性ガスを用いたイオンエ
ッチング法によりパターニングし、窓１３を形成する
（図２（ｂ））。同様な処理を施した基板を二つ用意
し、 ＳｉＯ2薄膜の蒸着およびパターニングをおこなっ
ていない面を向かい合わせた形でシリコンゴム１４によ
り密着させる（図２（ｃ））。これを１５０℃程度の沸
点に保たれたＨ3ＰＯ4溶液中におくと結晶異方性エッチ
ングにより図２（ｄ）のような構造が得られる。エッチ
ング時間を調節して、若干のＳｒＴｉＯ3膜１６を残し
てエッチングを終了させる。 ＳｒＴｉＯ3単結晶には加
工孔１５が形成される。シリコンゴム１４を除去し、二
つの基板を別離した後にＳｉＯ2薄膜１２の蒸着および
パターニングをおこなっていない面に厚さ２００ｎｍ程
度の高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体
ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜１７をエピタキシャル成長法に
よって成膜する（図２（ｅ））。最後に残留しているＳ
ｒＴｉＯ3膜１６をアルゴンなどのイオンエッチングに
より除去すれば高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高
温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜の自己支持膜１８が
形成される（図２（ｆ））。
【００１０】(実施例３）このようにして製作した高温
超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ薄膜の自己支持膜の磁場センサとしての実施
例を図３に示した。上記の方法により製作した高温超伝
導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ薄膜の自己支持膜を図３（ａ）に示す。この自己
支持膜の上に金属薄膜２３を蒸着する。これは光の反射
を良くするためである。自己支持膜を冷却することによ
り超伝導状態とすると、自己支持膜はマイスナー効果に
より外部磁場２６に応じた歪みを生じる。この歪みをレ
ーザー光源を含むレーザー光干渉計測装置２５を用いて
レーザー光２４で計測することにより微少な磁場センサ
を実現できる（図３（ｃ））。
【００１１】これらの工程においてＳｉＯ２薄膜に形成
する窓の形状に関しては（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板の場合と（１１０） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板の場合
とで異なる。図４に（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板
の場合に用いる窓の形状およびエッチング後形成される
構造の一例を示す。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は
断面図である。ここで、（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板２８の側面３０を（１１０）面とし、ＳｉＯ2薄膜
２７に矩形状の窓３１を形成した場合に逆ピラミッド状
の孔３２が形成され、最終的に高温超伝導体ＹＢａＣｕ
Ｏ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜２９
が露出し、自己支持膜３４が形成される。ここで孔３２
の側面３３は（１１１）面が露出する。一方、（１１
０） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板の場合に用いる窓の形状お
よびエッチング後形成される構造の一例は図５に示した
ようになる。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は断面図
である。ここで、（１１０） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板３
５の側面３８を（１１１）面とし、ＳｉＯ2薄膜４５に
六角形状の窓３９を形成した場合に孔４０が形成され、
最終的に高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝
導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜３７が露出し、自己支持膜
４１が形成される。ここで孔４０の側面４２は（１１
１）面が露出する。
【００１２】(実施例４)図６に高温超伝導薄膜から形成
した探針とＳｒＴｉＯ3の梁から成る磁気力顕微鏡（Ｍ
ＦＭ）用プローブを製作する工程の一例を示す。両面研
磨した（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板４３の片方の
（１００）面に高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高
温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜４４を成膜し、両面
にＳｉＯ2薄膜４５、４６を蒸着しておく。リソグラフ
ィーにより、この基板の高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜
または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜４４を成膜
していない側のＳｉＯ2薄膜４６の一部を除去し、窓４
７を形成する（図６（ａ））。高温超伝導体ＹＢａＣｕ
Ｏ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜の自
己支持膜を作成したのと同様にしてりん酸による結晶異
方性エッチングをおこない、適当な深さで止めて孔４８
を形成する（図６（ｂ））。ここでリソグラフィーによ
り、ＳｉＯ2薄膜４６に拡張された窓４９を形成する
（図６（ｃ））。引き続いて、りん酸による結晶異方性
エッチングを継続すると孔５０が形成され、高温超伝導
体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ薄膜４４の一部５１が露出する（図６（ｄ））。こ
こで基板の上側にレジスト５２を用いてリソグラフィー
をおこないアルゴンなどのイオンミリングによりＳｉＯ
2薄膜４５および高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または
高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜４４の一部を除去
する（図６（ｅ））。レジスト５２を除去した後、さら
にＳｉＯ2薄膜４４をＣＨＦ3などの反応性ガスを用いた
イオンエッチング法により除去すれば先端に高温超伝導
体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ薄膜の探針５３およびＳｒＴｉＯ3の梁５４から成
るプローブを製作することができる（図６（ｆ））。
【００１３】(実施例５)このようにして製作したプロー
ブを使用した磁気力顕微鏡の動作原理を図７に示す。図
７（ａ）に図６で製作したプローブを示す。これの上下
を逆にした状態で金属薄膜６０を蒸着する（図７
（ｂ））。この金属蒸着膜は光の反射を良くするための
ものである。プローブの探針５８を試料表面に接近させ
る。プローブの探針５８を冷却し、探針を超伝導状態に
すると探針はマイスナー効果により磁力線６４を排除し
ようとし、プローブの梁５９が微小な変位をする。この
変位をプローブの梁５９の一部にレーザー光源を含むレ
ーザー光干渉計測装置６１を用いてレーザー光６２で計
測することにより、試料６３表面の磁場６４を知ること
ができる（図７（ｃ））。従来の磁気力顕微鏡はシリコ
ン微細加工技術を利用して製作した原子間力顕微鏡用プ
ローブの探針の先端に磁性体を蒸着することにより実現
されているが、この場合、磁性体の磁場が試料に及ぼす
影響が大きな問題となっている。本実施例のように高温
超伝導体薄膜でプローブの探針を形成し、超伝導体のマ
イスナー効果による反発力を検出することによりこの問
題を解決でき、理想的な磁気力顕微鏡を実現できる。
【００１４】(実施例６)本発明の鋳型としての実施例を
図８に示す。（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板６５の
場合、ピラミッド状の孔６６を形成し（図８（ａ））、
これを鋳型としてピラミッド状の突起６７を適当な材質
より成る基板６８上に作成できる（図８（ｂ））。また
（１１０） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板６９の場合、適当な
マスクを使用することにより直方体状の孔７０を形成し
（図８（ｃ））、これを鋳型として直方体状の突起物７
２を適当な材質より成る基板７１上に形成できる（図８
（ｄ））。シリコンを用いて行われているように、Ｓｒ
ＴｉＯ3単結晶基板上に微細なパターンを形成し、それ
を鋳型として他の材質に転写することも可能である。Ｃ
Ｄ−ＲＯＭなどの作成に利用することができる。
【００１５】(実施例７)図９に本発明によるジョセフソ
ン接合の製作の実施例を示す。まず、 ＳｒＴｉＯ3単結
晶基板７３上にＳｉＯ2薄膜７４を蒸着する（図９
（ａ））。次にリソグラフィによりＳｉＯ2薄膜７４に
窓７５を開ける（図９（ｂ））。ここで本発明による結
晶異方性エッチングを施すとＳｒＴｉＯ3単結晶基板７
３に孔７６を加工することができる（図９（ｃ））。し
かる後にＳｉＯ2薄膜を除去することにより一定の角度
を有する段差７７をＳｒＴｉＯ3単結晶基板７３上に形
成することができる（図９（ｄ））。ここで段差の角度
は ＳｒＴｉＯ3単結晶基板の結晶面方位に依存し、（１
００） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板を用いると５４．７４度
の角度になり、（１１０） ＳｒＴｉＯ3単結晶を用いる
と９０度の角度になる。このような段差をもつＳｒＴｉ
Ｏ3単結晶基板７３上に高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜
またはＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜７８を成膜するとその段
差部分７９がジョセフソン接合となる。このように本発
明を利用すると段差の角度を幾何学的に決まる一定の角
度にすることができるため、再現性のよいジョセフソン
接合を作成することができるという利点がある。
【００１６】(実施例８)図１０に本発明により形成した
ジョセフソン接合を用いた超伝導量子干渉磁束計（ＳＱ
ＵＩＤ）の実施例を示した。ここに図１０（ｂ）はその
断面図、図１０（ｃ）は平面図である。まず、上記のよ
うに ＳｒＴｉＯ3単結晶基板８０、高温超伝導体ＹＢａ
ＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜
８１、ジョセフソン接合８２をもつ形状を製作する（図
１０（ａ））。ジョセフソン接合８２を含む高温超伝導
体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ薄膜８１をリソグラフィーにより加工し、ジョセフ
ソン接合８２を二つ含んだ超伝導ループ回路８３を形成
する。この超伝導ループ８３の両端に端子８４および８
５を設け、端子間の電流と電圧を計測することにより超
伝導量子干渉磁束計（ＳＱＵＩＤ）を実現できる。
【００１７】(実施例９)図１１にＳｒＴｉＯ3の自己支
持膜を作成する工程の一例を示す。まず、両面研磨され
た厚さ２５０μｍ程度の（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板８６を準備する（図１１（ａ））。片方の（１０
０）面に１０００ｎｍ程度のＳｉＯ2薄膜８７を蒸着す
る（図１１（ｂ））。ＳｉＯ2薄膜８７に所定のエッチ
ングマスクをＣＨＦ3などの反応性ガスを用いたイオン
エッチング法によりパターニングし、窓８８を形成する
（図１１（ｃ））。次に裏面を上にした状態でシリコン
ゴム８９により基板全体をスライドガラス９０などのＨ
3ＰＯ4にエッチングされにくい材質でできた別の基板に
密着させる（図１１（ｄ））。これを１５０℃程度の沸
点に保たれたＨ3ＰＯ4溶液中におくと結晶異方性エッチ
ングにより孔９１が形成されていく。エッチング時間を
調節することにより、 ＳｒＴｉＯ3単結晶基板８６の一
部が自己支持膜９２として残っている構造を得ることが
できる（図１１（ｅ））。最後に基板全体をスライドガ
ラス９０から剥離し、残留したシリコンゴム８９を除去
すると、ＳｒＴｉＯ3の自己支持膜９２を形成できる
（図１（ｆ））。
【００１８】(実施例１０)このようにして形成したＳｒ
ＴｉＯ3自己支持膜の電場センサとしての実施例を図１
２に示す。まず、上記方法によりＳｒＴｉＯ3単結晶基
板９３、ＳｉＯ2薄膜９４およびＳｒＴｉＯ3自己支持膜
９５の構造を製作する（図１２（ａ））。ＳｒＴｉＯ3
自己支持膜９５の上から金属薄膜９６を蒸着する（図１
２（ｂ））。これは光の反射を良好にするためである。
ＳｒＴｉＯ3は誘電体であり、電場９９があると分極
し、自己支持膜に歪みが生じる。この膜の変位をレーザ
ー光源を含むレーザー光干渉計測装置９７を用いてレー
ザー光９８で計測することにより、微小な電場センサを
実現することができる（図１２（ｃ））。
【００１９】
【発明の効果】本発明により、材料として高温超伝導体
や誘電体など多様な材料を扱えるようになれば、従来の
シリコンを使った加工では不可能であったことが可能に
なると考えられ、マイクロマシン技術の大きな発展が期
待される。また、基板上に一定の角度をもった段差を形
成し、その上に高温超伝導薄膜を成長させることにより
再現性の良好なジョセフソン接合の加工をおこない、さ
らにそれを利用した超伝導量子干渉磁束計などのデバイ
スを製作することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の実施例にかかわる高
温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳ
ｒＣａＣｕＯ薄膜の自己支持膜の製作過程の例を示す概
略図。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例にかかわる高
温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳ
ｒＣａＣｕＯ薄膜の自己支持膜の製作過程の別の例を示
す概略図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明による微小磁場センサ
の製作過程を示す概略図、および（ｃ）は微小磁場セン
サの動作を示す概略図。
【図４】（ａ）は本発明の実施例にかかわる（１００）
ＳｒＴｉＯ3単結晶の精密エッチングにエッチングマス
クとして用いるＳｉＯ2薄膜のマスクパターンの一例、
および（ｂ）はそのＡ−Ｂ位置の断面。
【図５】（ａ）は本発明の実施例にかかわる（１１０）
ＳｒＴｉＯ3単結晶の精密エッチングにエッチングマス
クとして用いるＳｉＯ2薄膜のマスクパターンの一例、
および（ｂ）はそのＡ−Ｂ位置の断面。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例にかかわる磁
気力顕微鏡（ＭＦＭ）用プローブの製作過程の例を示す
概略図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明によるマイスナー効果
を利用した磁気力顕微鏡装置の製作過程を示す概略図、
および（ｃ）はその動作を示す概略図。
【図８】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例にかかわる
（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶表面に形成したピラミッ
ド状の孔とそれを鋳型にして別の基板上に形成したピラ
ミッド状の突起を説明する概略図、および（ｃ）、
（ｄ）は（１１０） ＳｒＴｉＯ3単結晶表面に形成した
直方体の孔とそれを鋳型にして形成した直方体の突起を
説明する概略図。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例にかかわるジ
ョセフソン接合の製作過程の例を示す概略図。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は本発明によるジョセフソン
接合を使用した超伝導量子干渉磁束計（ＳＱＵＩＤ）の
製作過程を示す概略図、および（ｃ）はその動作を示す
概略図。
【図１１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施例にかかわる
ＳｒＴｉＯ3の自己支持膜の製作過程の例を示す概略
図。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は本発明による電場センサの
製作過程を示す概略図、および（ｃ）はその動作を示す
概略図。
【符号の説明】
１：（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶基板、２：高温超伝
導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ薄膜、３：ＳｉＯ2薄膜（高温超伝導体ＹＢａＣ
ｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜保
護用）、４：ＳｉＯ2薄膜（エッチングマスク用）、
５：窓、６：Ｓｉゴム、７：スライドガラス、８：Ｓｒ
ＴｉＯ3自己支持膜、９：孔、１０：高温超伝導体ＹＢ
ａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄
膜の自己支持膜、１１：（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板、１２：ＳｉＯ2薄膜、１３：窓、１４：Ｓｉゴ
ム、１５：孔、１６：ＳｒＴｉＯ3自己支持膜、１７：
高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体Ｂｉ
ＳｒＣａＣｕＯ薄膜、１８：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ
薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜の自己
支持膜、１９：（１００） ＳｒＴｉＯ3単結晶基板、２
０：ＳｉＯ2薄膜、２１：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄
膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜、２２：
高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体Ｂｉ
ＳｒＣａＣｕＯ薄膜の自己支持膜、２３：金属蒸着膜、
２４：レーザー光、２５：レーザー光源を含むレーザー
光干渉計測装置、２６：外部磁場、２７：ＳｉＯ2薄
膜、２８：（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶基板、２９：
高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体Ｂｉ
ＳｒＣａＣｕＯ薄膜、３０：ＳｒＴｉＯ3（１１０）結
晶面、３１：窓、３２：孔、３３：ＳｒＴｉＯ3（１１
１）結晶面、３４：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜また
は高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜の自己支持膜、
３５：ＳｉＯ2薄膜、３６：（１１０）ＳｒＴｉＯ3単結
晶基板、３７：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高
温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜、３８：ＳｒＴｉＯ
3（１１１）結晶面、３９： 窓、４０：孔、４１：Ｓｒ
ＴｉＯ3（１１１）結晶面、４２：高温超伝導体ＹＢａ
ＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜
の自己支持膜、４３： （１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶基
板、４４：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超
伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜、４５：ＳｉＯ2薄膜
（高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体Ｂ
ｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜の保護用）、４６：ＳｉＯ2薄膜
（エッチングマスク用）、４７：窓、４８：孔、４９：
拡張された窓、５０：孔、５１：高温超伝導体ＹＢａＣ
ｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜の
自己支持膜、５２：レジスト、５３：高温超伝導体ＹＢ
ａＣｕＯまたは高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯの探
針、５４：ＳｒＴｉＯ3の梁、５５：（１００）ＳｒＴ
ｉＯ3単結晶基板、５６：ＳｉＯ2薄膜、５７：高温超伝
導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ薄膜、５８：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯまたは高
温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯの探針、５９： ＳｒＴ
ｉＯ3の梁、６０：金属蒸着膜、６１：レーザー光源を
含むレーザー光干渉計測装置、６２：レーザー光、６
３：試料、６４：試料表面の磁場、６５：（１００）Ｓ
ｒＴｉＯ3単結晶基板、６６：ピラミッド状の孔、６
７：ピラミッド状の突起、６８：基板、６９：（１１
０）ＳｒＴｉＯ3単結晶基板、７０：直方体状の孔、７
１：直方体の突起、７２：基板、７３：（１００）Ｓｒ
ＴｉＯ3単結晶基板、７４：ＳｉＯ2薄膜、７５：窓、７
６：孔、７７：段差、７８：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ
薄膜またはＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜、７９：ジョセフソ
ン接合、８０：（１００）ＳｒＴｉＯ3単結晶基板、８
１：高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜またはＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ薄膜、８２：ジョセフソン接合、８３：超伝導ル
ープ回路、８４：端子、８５：端子、８６：（１００）
ＳｒＴｉＯ3単結晶基板、８７：ＳｉＯ2薄膜、８８：
窓、８９：Ｓｉゴム、９０：スライドガラス、９１：
孔、９２：ＳｒＴｉＯ3自己支持膜、９３：（１００）
ＳｒＴｉＯ3単結晶基板、９４：ＳｉＯ2薄膜、９５：Ｓ
ｒＴｉＯ3自己支持膜、９６：金属蒸着膜、９７：レー
ザー光源を含むレーザー光干渉計測装置、９８：レーザ
ー光、９９：外部電場。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの（１００）面を表面に有
    するＳｒＴｉＯ3単結晶基板の、少なくとも１つの（１
    ００）面に（１００）面と（１１１）面の交線に平行な
    縁を有するエッチングマスクをＳｉＯ2膜で形成し、Ｓ
    ｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3ＰＯ4溶液に浸し、加熱し、
    ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエッチングマスクの形状に対
    応した所定の形状を作成することを特徴とする微細加工
    方法。
  2. 【請求項２】ＳｒＴｉＯ3単結晶基板の少なくとも１つ
    の（１００）面にエッチングマスクの形状に対応した所
    定の形状を作成した後に、その（１００）面に高温超伝
    導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａ
    ＣｕＯ薄膜をエピタキシャル成長させることを特徴とす
    る請求項１記載の微細加工方法。
  3. 【請求項３】ＳｒＴｉＯ3単結晶基板として（１００）
    面を上下２つの対向した底面に有するＳｒＴｉＯ3単結
    晶基板を使用し、片方の（１００）面に（１００）面と
    （１１１）面の交線に平行な縁を有するエッチングマス
    クをＳｉＯ2膜で形成し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3
    ＰＯ4溶液に浸し、加熱し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエ
    ッチングマスクの形状に対応した所定の形状を作成した
    後に、対向した他方の（１００）面に高温超伝導体ＹＢ
    ａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄
    膜をエピタキシャル成長させ、形状を形作ることを特徴
    とする請求項１記載の微細加工方法。
  4. 【請求項４】ＳｒＴｉＯ3単結晶基板として（１００）
    面を上下２つの対向した底面に有するＳｒＴｉＯ3単結
    晶基板を使用し、片方の（１００）面に（１００）面と
    （１１１）面の交線に平行な縁を有するエッチングマス
    クをＳｉＯ2膜で形成し、対向した他方の（１００）面
    に高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体Ｂ
    ｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜をエピタキシャル成長させ、その
    上からＳｉＯ2薄膜を蒸着した基板をＨ3ＰＯ4溶液に浸
    し、加熱し、形状を形作ることを特徴とする請求項１記
    載の微細加工方法。
  5. 【請求項５】少なくとも１つの（１１０）面を表面に有
    するＳｒＴｉＯ3単結晶基板の、少なくとも１つの（１
    １０）面に（１１０）面と（１１１）面の交線に平行な
    縁を有するエッチングマスクをＳｉＯ2膜で形成し、Ｓ
    ｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3ＰＯ4溶液に浸し、加熱し、
    ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエッチングマスクの形状に対
    応した所定の形状を作成することを特徴とする微細加工
    方法。
  6. 【請求項６】ＳｒＴｉＯ3単結晶基板の少なくとも１つ
    の（１１０）面にエッチングマスクの形状に対応した所
    定の形状を作成した後に、その（１１０）面に高温超伝
    導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａ
    ＣｕＯ薄膜をエピタキシャル成長させることを特徴とす
    る請求項５記載の微細加工方法。
  7. 【請求項７】ＳｒＴｉＯ3単結晶基板として（１１０）
    面を上下２つの対向した底面に有するＳｒＴｉＯ3単結
    晶基板を使用し、片方の（１１０）面に（１１０）面と
    （１１１）面の交線に平行な縁を有するエッチングマス
    クをＳｉＯ2膜で形成し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3
    ＰＯ4溶液に浸し、加熱し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエ
    ッチングマスクの形状に対応した所定の形状を作成した
    後に、対向した他方の（１１０）面に高温超伝導体ＹＢ
    ａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体ＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄
    膜をエピタキシャル成長させ、形状を形作ることを特徴
    とする請求項５記載の微細加工方法。
  8. 【請求項８】ＳｒＴｉＯ3単結晶基板として（１１０）
    面を上下２つの対向した底面に有するＳｒＴｉＯ3単結
    晶基板を使用し、片方の（１１０）面に（１１０）面と
    （１１１）面の交線に平行な縁を有するエッチングマス
    クをＳｉＯ2膜で形成し、対向した他方の（１１０）面
    に高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜または高温超伝導体Ｂ
    ｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜をエピタキシャル成長させ、その
    上からＳｉＯ2薄膜を蒸着した基板をＨ3ＰＯ4溶液に浸
    し、加熱し、形状を形作ることを特徴とする請求項５記
    載の微細加工方法。
  9. 【請求項９】請求項１または請求項５に記載された微細
    加工方法のいずれかにより形作られた形状を鋳型にして
    新たな形状を形作る微細加工方法。
  10. 【請求項１０】ＳｒＴｉＯ3の梁を有し、その片方の面
    に高温超伝導体ＹＢａＣｕＯまたはＢｉＳｒＣａＣｕＯ
    の探針を有し、他方の面においては金属薄膜がコーティ
    ングされていることを特徴とする磁気力顕微鏡用プロー
    ブ。
  11. 【請求項１１】請求項２または請求項６に記載された微
    細加工法において、ＳｒＴｉＯ3基板表面に５４．７４
    度または９０度の角度を有した段差を形作り、その上に
    高温超伝導体ＹＢａＣｕＯ薄膜またはＢｉＳｒＣａＣｕ
    Ｏ薄膜をエピタキシャル成長させることことを特徴とす
    る微細加工方法。
  12. 【請求項１２】ＳｒＴｉＯ3の自己支持膜を有し、その
    片方の面に金属薄膜がコーティングされていることを特
    徴とする電場センサ。
  13. 【請求項１３】（１００）面、（１１１）面および（１
    １０）面を有するＳｒＴｉＯ3単結晶基板の、１つの
    （１００）面にＳｉＯ2膜を形成し、（１００）面と
    （１１１）面の交線に平行な縁を有するエッチングマス
    クをＳｉＯ2膜に形成し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3
    ＰＯ4溶液に浸し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエッチング
    マスクの形状に対応した所定の形状を作成することを特
    徴とする微細加工方法。
  14. 【請求項１４】他の（１００）面にＳｉＯ2膜で形成し
    た後、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3ＰＯ4溶液に浸し、
    ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエッチングマスクの形状に対
    応した所定の形状を作成することを特徴とする請求項１
    ３記載の微細加工方法。
  15. 【請求項１５】（１００）面、（１１１）面および（１
    １０）面を有するＳｒＴｉＯ3単結晶基板の、１つの
    （１１０）面にＳｉＯ2膜を形成し、（１１０）面と
    （１１１）面の交線に平行な縁を有するエッチングマス
    クをＳｉＯ2膜に形成し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3
    ＰＯ4溶液に浸し、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエッチング
    マスクの形状に対応した所定の形状を作成することを特
    徴とする微細加工方法。
  16. 【請求項１６】他の（１１０）面にＳｉＯ2膜で形成し
    た後、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板をＨ3ＰＯ4溶液に浸し、
    ＳｒＴｉＯ3単結晶基板にエッチングマスクの形状に対
    応した所定の形状を作成することを特徴とする請求項１
    ５記載の微細加工方法。
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