JP2002014116A

JP2002014116A - ナノプローブ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002014116A
Application number: JP2000199175A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fujita; 博之藤田; Gen Hashiguchi; 原橋口; Yasuo Wada; 恭雄和田; Junji Endo; 潤二遠藤; Kuniyuki Kadoshima; 邦之角嶋; Makoto Mita; 信三田
Original assignee: Hitachi Ltd; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】メゾスコピック領域やナノメートル領域の極
微細構造の電気的測定が可能で、測定信号とアクチュエ
ータ駆動電源を独立して処理でき、プローブ間隔の制御
が容易であるとともに、製造が容易であるナノプローブ
装置の構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１及び第２の絶縁層（２，１２）によ
り互いに分離された第１，第２及び第３のＳｉ層（１，
３，１１）を有する基板を備え、上記第３のＳｉ層（１
１）にナノプローブ（１３，１４）が設けられ、上記第
２のＳｉ層（３）にアクチュエータ（４，５）が設けら
れてなる、ナノプローブ装置の構造及びその製造方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子デバイスや
基板等の極微細構造の電気特性を測定するためのナノプ
ローブ装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、単電子デバイスのような量子極限
に極めて近いデバイスが種々開発され、その物性や機能
の解明が盛んに行われている。ところが、このようなデ
バイスはナノメートル寸法の極微細構造をしており、電
気伝導度などの特性を微視的に計測する手段がない。こ
のため、その微細構造の機能を簡単に、かつ正しく計測
する測定系の確立が緊急の課題になっている。一方、カ
ーボンナノチューブに代表される新材料の電気伝導度、
あるいは、電子の微視的挙動を解明するためにもナノ領
域を計測する手段が重要になっている。またこのような
測定系は、半導体中の個々の不純物や欠陥が引き起こす
電気的な効果を評価するのにも役立つ。

【０００３】このような測定系には、自由に動かすこと
ができ、かつ、極微細構造に直接接触しうるナノメート
ル寸法のプローブを必要とし、また、このナノメートル
寸法のプローブを複数本備え、これらの複数のプローブ
の先端の間隔をナノメートル寸法に設定でき、かつ調整
できるナノプローブ（複数ナノプローブ）が必要であ
る。従来のこのようなナノプローブ装置には、下記のも
のがある。ナノプローブとマイクロアクチュエータとが
一体化したナノプローブ装置として、東京大学の小林ら
によって発明された装置が知られている。このナノプロ
ーブ装置は、ナノプローブと静電櫛型アクチュエータと
からなり、ナノプローブは静電櫛型アクチュエータと電
気的に絶縁されることなく、静電櫛型アクチュエータの
一部に形成されている。

【０００４】また、複数のナノプローブが１μｍ以下の
間隔で配置されたナノプローブ装置としては、Ｔｈｅ
ＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤ
ｅｎｍａｒｋのＭｉｋｒｏｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ
Ｃｅｎｔｒｅｔで開発されたＭＩＣ（ＭＩＣ‘ｓａ
ｎｎｕａｌｒｅｐｏｒｔ１９９８）が知られてい
る。ＭＩＣのナノプローブは、電子ビーム堆積法により
炭素のワイヤを成長させることによって作製している。

【０００５】上記の従来技術によれば、ナノプローブと
マイクロアクチュエータが電気的に絶縁されていないた
め、マイクロアクチュエータの駆動電源と測定信号の分
離が困難であり、また測定信号にはノイズが混入されや
すい。また、ファンデルワールス力等の外部力が存在す
る場において静的な位置制御が可能な静電櫛型アクチュ
エータを作製するためには、高度な製造技術を必要とす
る。さらに、ＭＩＣのナノプローブ装置は、工業的な大
量生産が困難なため高価であるとともに、マイクロアク
チュエータを有していないため、プローブ先端の間隔を
変えることが不可能であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
メゾスコピック領域やナノメートル領域の極微細構造の
電気的測定が可能であり、測定信号とアクチュエータ駆
動電源を独立して処理することができ、測定信号にノイ
ズが混入しにくく、プローブ間隔の精密な制御が容易で
あり、かつ、製造が容易なナノプローブ装置とその製造
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のナノプローブ装置は、第１及び第２の絶縁
層により互いに分離された第１，第２及び第３のＳｉ層
を有する基板を備え、この基板の第３のＳｉ層にナノプ
ローブが設けられ、第２のＳｉ層にアクチュエータが設
けられていることを特徴としている。上記アクチュエー
タとしては、熱膨張型アクチュエータが好適である。ま
た、ナノプローブは、好ましくは、２本備えられ、これ
らのナノプローブの先端部の間隔が１μｍ以下に設定さ
れる。さらに好ましくは、ナノプローブ２本を一組と
し、この組を複数組備え、それぞれの組のナノプローブ
の先端部の間隔が１μｍ以下に設定される。また、一方
のアクチュエータの駆動方向と直交する方向に駆動され
る他のアクチュエータが設けられれば好ましい。

【０００８】さらに、上記第３のＳｉ層は、Ｓｉ（００
１）面方位またはこの面と等価な面方位を有し、ナノプ
ローブは、第３のＳｉ層が（００１）面方位を有する場
合に＜１１０＞方向またはこの方向と等価な方向に長手
方向を有し、第３のＳｉ層が（０１０）面方位を有する
場合に＜１０１＞方向またはこの方向と等価な方向に長
手方向を有し、第３のＳｉ層が（１００）面方位を有す
る場合に＜０１１＞方向またはこの方向と等価な方向に
長手方向を有している。

【０００９】また、上記第３のＳｉ層は、Ｓｉ（００
１）面方位またはこの面と等価な面方位を有し、２本の
ナノプローブは、第３のＳｉ層が（００１）面方位を有
する場合に、互いに直交する＜１１０＞方向及び＜１−
１０＞方向に、またはこれらの方向と等価な方向に長手
方向を有し、第３のＳｉ層が（０１０）面方位を有する
場合に、互いに直交する＜１０１＞方向及び＜１０−１
＞方向に、またはこれらの方向と等価な方向に長手方向
を有し、第３のＳｉ層が（１００）面方位を有する場合
に、互いに直交する＜０１１＞方向及び＜０−１１＞方
向に、またはこれらの方向と等価な方向に長手方向を有
している。

【００１０】これらの構成により、例えば、極微細構造
の所望の領域に電圧を印加したり、あるいは、極微細構
造の所望の領域の電気伝導度を測定することができる。
ナノプローブと熱膨張型アクチュエータが絶縁層により
電気的に絶縁されているので、測定信号とアクチュエー
タの駆動電源を独立して処理することが可能であり、測
定信号にノイズが混入しにくい。また、熱膨張型アクチ
ュエータは、静的な駆動が可能で且つ発生力が大きいの
で、被測定対象物とナノプローブとの間に働くファンデ
ルワールス力に打ち勝って、ナノプローブを所定の距離
に保持することが可能であり、そのためトンネル結合に
よる測定も可能になり、被測定物の内部状態に影響を与
えずに電気的な測定ができるようになる。さらに、ナノ
プローブの先端部の間隔が１μｍ以下に設定されるの
で、メゾスコピック領域やナノメートル領域で局在化し
た物質の電気的測定が可能である。

【００１１】上記目的を達成するために、本発明のナノ
プローブ装置の製造方法は、第１及び第２の絶縁層によ
り互いに分離された第１，第２及び第３のＳｉ層を有す
る基板を形成する工程と、第３のＳｉ層にナノプローブ
を形成する工程と、第２のＳｉ層にアクチュエータを形
成する工程とを備えている。好ましくは、上記第１及び
第２の絶縁層により互いに分離された第１，第２及び第
３のＳｉ層を有する基板は、ＳＯＩ基板とＳＩＭＯＸ基
板のそれぞれの表面を熱酸化してＳｉＯ₂層を形成し、
これらのＳｉＯ₂層を介してＳＯＩ基板とＳＩＭＯＸ基
板を融着して形成し、ＳＩＭＯＸ基板のＳｉ基板層とＳ
ｉＯ₂層をエッチングによって除去することによって形
成される。上記第３のＳｉ層にナノプローブを形成する
工程は、Ｓｉの結晶面異方性エッチングを使用して形成
するのが好ましい。また、第２のＳｉ層にアクチュエー
タを形成する工程は、Ｄ・ＲＩＥ（ＤｅｅｐＲｉａｃ
ｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）と結晶面異方性エ
ッチングのコーナーカッティングで形成すれば好適であ
る。

【００１２】これらの構成からなる本発明のナノプロー
ブ装置の製造方法によれば、ＳＯＩ基板とＳＩＭＯＸ基
板を融着して５層基板を製造するので、製造が簡単であ
り、Ｓｉ結晶面異方成エッチングを利用してナノプロー
ブを形成するので、精度が高く、かつ再現性良く製造で
き、アクチュエータは、Ｄ・ＲＩＥと結晶面異方性エッ
チングのコーナーカッティングを利用して形成するの
で、精度良くかつ簡単に製造することができる。さら
に、これらの工程は、部品を一つづつ組み立てる等の工
程を必要としないマイクロマシンニング技術が適用され
るので、極めて大量に生産することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるナノプ
ローブ装置の一実施形態の斜視図である。１はＳｉ（１
００）基板からなる第１のＳｉ層、２は第１のＳｉ層１
の上に形成された厚さ１μｍのＳｉＯ₂膜からなる第１
の絶縁層である。４及び５は第１の絶縁層２の上に形成
された第２のＳｉ層から後述のエッチング手段によって
形成した熱膨張型アクチュエータである。アクチュエー
タ４及び５の厚さは３０μｍ、長さは８００μｍであ
る。６，７及び８はアクチュエータ４及び５の上に形成
されたアクチュエータ４及び５の電極パッドであって、
電極パッド６と７との間に電源９を接続して電流を流
し、熱を発生させることによってアクチュエータ４を熱
膨張させる。また、電極パッド８と７との間に電源１０
を接続して電流を流し、熱を発生させることによってア
クチュエータ５を熱膨張させる。本発明のアクチュエー
タ４，５は、熱膨張によって駆動される。

【００１４】１２は第２のＳｉ層の上に形成された第２
の絶縁層から後述のエッチング手段によって形成した、
アクチュエータ４，５を電気的にナノプローブから分離
するための絶縁層である。１３，１４，１５及び１６は
第２の絶縁層上に形成された第３のＳｉ層から後述の加
工手段によって形成した一対のナノプローブ及びこれら
のナノプローブとそれぞれ連続する電極パッドである。
ナノプローブ１３、１４及びパッド１５，１６は、後述
する加工手段によって、シリサイド化されており、電気
抵抗が小さい。ナノプローブ１３及び１４の先端の間隔
は０．５μｍ以下であり、またナノプローブ１３及び１
４の幅及び厚さは０．２μｍ以下、長さは１０μｍ以下
である。絶縁層１２は、ナノプローブ１３，１４とアク
チュエータ４，５とを電気的に絶縁しており、その厚さ
は２００ｎｍである。

【００１５】本実施の形態では、アクチュエータ４及び
５にそれぞれ２５０ｍＷの電力を印加したとき、ナノプ
ローブ１３及び１４は、図１の手前方向にそれぞれ３μ
ｍ程度移動する。このように印加電力を適切に選ぶこと
により、ｎｍ寸法の制御が可能である。

【００１６】これらの構成により、ナノプローブ１３及
び１４は、アクチュエータ４及び５に印加する電力を適
切に選択することにより、メゾスコピック領域やナノメ
ートル領域の極微細構造に、良好に接触させることがで
きる。これにより、例えば、極微細構造の所望の領域に
電圧を印加したり、あるいは、パッド１５，１６に電
源、電流計及び電圧計を接続して、極微細構造の所望の
領域の電気伝導度を測定することができる。ナノプロー
ブ１３，１４と熱膨張型アクチュエータ４及び５が第２
の絶縁層１２により電気的に絶縁されているので、測定
信号とアクチュエータの駆動電源を独立して処理するこ
とが可能であり、測定信号にノイズが混入しにくい。ま
た、熱膨張型アクチュエータ４及び５は、静的な駆動が
可能で且つ発生力が大きいので、被測定対象物と電子プ
ローブ１３，１４との間に働くファンデルワールス力に
打ち勝ってプローブ１３，１４を所定の距離に保持する
ことが可能であり、そのためトンネル結合による測定も
可能になり、被測定物の内部状態に影響を与えずに電気
的な測定ができるようになる。さらに、ナノプローブ１
３，１４の先端部の間隔が１μｍ以下であるので、メゾ
スコピック領域やナノメートル領域で局在化した物質の
測定が可能である。

【００１７】次に、本発明によるナノプローブ装置の製
造方法について説明する。ＳＯＩ基板（ＳｉＯｎＩ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）は、Ｓｉ基板層の上に比較的厚いＳ
ｉＯ₂層を有し、さらにその上に比較的厚いＳｉ層を有
している。ＳＩＭＯＸ基板（Ｓｅｐａｒａｔｅｄｂｙ
ＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅｎ）はＳｉ基板層の
上に比較的薄いＳｉＯ₂層を有し、さらにその上に比較
的薄いＳｉ層を有している。

【００１８】図２はＳＯＸ基板とＳＩＭＯＸ基板を融着
して形成する５層基板の作製工程をを示している。図２
（ａ）に示すように、厚さ５００μｍの第１のＳｉ層１
と厚さ１μｍのＳｉＯ₂である第１の絶縁層２と厚さ３
０μｍの第２のＳｉ層３とからなるＳＯＩ基板Ａと、Ｓ
ｉ基板層１８とＳｉＯ₂である絶縁層１９と厚さ２００
ｎｍの第３のＳｉ層１１とからなるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐ
ａｒａｔｅｄｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅ
ｎ）基板Ｂを用意する。

【００１９】次に、図２（ｂ）に示すように、基板Ａの
第２のＳｉ層３の表面を熱酸化して、ＳｉＯ₂である第
２の絶縁層１２の一部１２ａを形成し、且つ基板Ｂの第
３のＳｉ層１１の表面を熱酸化して、ＳｉＯ₂である第
２の絶縁層１２の一部１２ｂを形成する。つぎに、図２
（ｃ）に示すように基板Ａの１２ａと基板Ｂの１２ｂと
を密着させて融接ボンディング法により融着し、その
後、基板ＢのＳｉ基板層１８と絶縁層１９をドライエッ
チングにて取り除くことにより、図２（ｄ）に示す５層
基板Ｃを作製する。

【００２０】次に、上記５層基板Ｃにナノプローブ及び
パッドを作製する方法について説明する。図３はナノプ
ローブの製造工程を示している。なお、図示の都合上、
図３においては第１のＳｉ層１及び第１の絶縁層２は省
略している。本発明のナノプローブは、Ｓｉの結晶面異
方性エッチングを利用して形成される。結晶面異方性エ
ッチングは、結晶面によってエッチング速度が異なるこ
とを利用したエッチングである。Ｓｉ｛１００｝の非結
合ボンド数は２であるのに対し、Ｓｉ｛１１１｝面の非
結合ボンド数は１である。このため、例えば、ＴＭＡＨ
（水酸化テトラメチルアンモニウム）液を使用すると、
｛１００｝面はエッチングされるが｛１１１｝面はほと
んどエッチングされない。従って、｛１００｝面上にエ
ッチングパターンを形成し、ＴＭＡＨ液でエッチングす
ると、エッチングパターンの開口部と、保護部（マスキ
ング部）の境界において、｛１１１｝面が露出し、サイ
ドエッチングが防止される。

【００２１】図３（ａ）は、第３のＳｉ層１１上に厚さ
２０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄膜２０を形成し、ＲＩＥ（Ｒｉａ
ｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によってパター
ンニングを行った後の状態を示している。５層基板Ｃの
面方位は（００１）である。このＳｉ₃Ｎ₄膜２０のパ
ターンは、一点Ｐで交わる＜１１０＞及び＜１−１０＞
方向の２辺を有しており、この２辺に沿ってナノプロー
ブ１３及び１４が形成される。

【００２２】図３（ｂ）は、ＴＭＡＨによる結晶面異方
性エッチングにより第３のＳｉ層１１を全てエッチング
し、第２の絶縁層１２が露出した状態を示す。Ｓｉ｛１
１１｝面が＜１１０＞及び＜１−１０＞方向の２辺に沿
って形成され、サイドエッチングが生じないことを示し
ている。なお、ＴＭＡＨ液は、ＳｉＯ₂をエッチングし
ないので、また、マスクパターンの境界は（１１１）面
によって保護されているので、エッチング時間によら
ず、エッチング後の形状は同一になる。次に、図３
（ｃ）に示すように、ＳｉＮ₄膜２０をマスクとした選
択酸化（ＬＯＣＯＳ）を行い（１１１）面上に厚さ５０
ｎｍの酸化膜２１を形成する。

【００２３】続いて、図４（ａ）に示すように、ＳｉＮ
₄膜２０をＲＩＥによりパッド形状にパターンニングす
る。次に、図４（ｂ）に示すように、２度目のＴＭＡＨ
液による結晶面異方性エッチングをおこなうと、＜１１
０＞及び＜１−１０＞方向の２辺の酸化膜２１で保護さ
れた面と反対側の面に｛１１１｝面が形成され、三角柱
状のナノプローブ１３及び１４が形成される。ナノプロ
ーブ１３及び１４の交差部分は凸型の角を形成してお
り、凸型角部分においては、非結合ボンド数が多いため
に｛１００｝面以外の他の結晶面のエッチングが生じ、
凸型角部分のエッチング速度は大きくなる。この現象
は、コーナーカットと呼ばれている。このため、ナノプ
ローブ１３及び１４は、結晶面異方性エッチング時間を
適切に制御することによって、後述する図５（ａ）に示
すように、交差する角に向かって徐々に細くなり、さら
には、ナノプローブ１３と１４が分離する。このように
して形成したナノプローブの顕微鏡写真を図９に示す。
図９から、形成したナノプローブの先端は約３００ｎｍ
であることがわかる。

【００２４】本実施の形態におけるナノプローブ１３及
び１４の形状は、高さ２００ｎｍ（第３のＳｉ層１１の
厚さに対応）、底辺２８０ｎｍの二等辺三角形の断面を
持つ三角柱である。そして、図４（ｃ）に示したように
Ｈ₃ＰＯ₄（熱燐酸）によりＳｉＮ₄膜２０を除去すれ
ば、第３のＳｉ層１１からナノプローブ１３、１４及び
パッド１５、１６が形成される。

【００２５】次に、熱膨張型アクチュエータの製造方法
について説明する。図５は熱膨張型アクチュエータの製
造工程を示している。図５（ａ）は、前述のナノプロー
ブ１３，１４及び電極パッド１５，１６の形成が終了し
た状態を示している。図５（ｂ）に示すように、第２の
絶縁層１２に、アクチュエータ用電極パッド６，７及び
８を第２のＳｉ層３にオーミック接続するためのコンタ
クトホールを開ける。次に、図５（ｃ）に示したよう
に、厚さ１００ｎｍ程度のＰｔ（白金）を表面に付着
し、熱処理（例えば真空中５００℃で１０分間程度）を
行う。これによりナノプローブ１３，１４及び電極パッ
ド１５，１６はＰｔシリサイドとなり電気抵抗が小さく
なる。また、アクチュエータ用電極パッド６，７及び８
が第２のＳｉ層３（アクチュエータ部材）にオーミック
接続できるようになる。次に、熱王水に浸漬して、残留
しているＰｔを取り除く。

【００２６】その後、図６（ａ）に示すように、フォト
レジストのアクチュエータ用パターンを形成する。さら
に、このフォトレジストのアクチュエータ用パターンの
上に、厚さ１００ｎｍのＡｌ（アルミニウム）を蒸着
し、フォトレジストのアクチュエータ用パターンと同一
パターンのＡｌからなるアクチュエータ用パターンであ
るＡｌマスク膜２２を形成する。さらに、この５層基板
Ｃの裏側にもＡｌを蒸着し、本ナノプローブ装置の支柱
部分を形成するためのＡｌマスク膜２３を形成する。こ
のアクチュエータ用パターンは、本装置の完成図である
図１に示したアクチュエータ３及び４を第２のＳｉ層３
からＤ・ＲＩＥによって形成するためのパターンであ
り、フォトレジストは、表面を平坦化するために用い、
Ａｌは、Ｄ・ＲＩＥをマスクするために用いる。

【００２７】次に、図６（ｂ）に示したように、５層基
板Ｃの裏面側からのＤｅｅｐ・ＲＩＥによる異方性ドラ
イエッチングにより第１のＳｉ層１のＡｌマスク膜２３
に覆われていない部分に開口２４を形成する。さらに、
図６（ｃ）に示したようにＨＦ（フッ酸）により第１の
絶縁層２の開口２４に対応する部分を除去する。

【００２８】次いで、図７（ａ）に示すようにＲＩＥに
より、５層基板Ｃの表面側の第２の絶縁層１２のＡｌマ
スク膜２２に覆われていない部分を除去する。そして、
図７（ｂ）に示したように５層基板Ｃの表面側からのＤ
ｅｅｐ・ＲＩＥによる異方性ドライエッチングにより第
２のＳｉ層３のＡｌマスク膜２２に覆われていない部分
を除去する。

【００２９】続いて、図７（ｃ）に示すように、ＴＭＡ
Ｈ液による結晶面異方性エッチングによりアクチュエー
タの側面をエッチングする。アクチュエータ４及び５の
先端部分のＳｉの厚さは、アクチュエータの他の部分に
較べ十分薄く形成してあり、また、結晶面異方性エッチ
ングのエッチング速度は、凸型角では大きい、すなわ
ち、コーナーカットエッチングが生じるので、アクチュ
エータの先端以外の側壁をあまりエッチングすることな
しに、アクチュエータ４と５を先端部において分離す
る。本実施例では、ナノプローブ１３及び１４がアクチ
ュエータ４及び５の先端部から３μｍほど突き出した状
態でエッチングを終了する。なお、ＴＭＡＨ液にＡｌが
溶けるため、このエッチングの際に、Ａｌマスク膜２２
及び２３は除去される。また、アクチュエータ４及び５
はこのエッチングの際には、レジストで保護されている
と共に、Ｐｔシリサイド化されているので、エッチング
液のしみこみなどがあってもエッチングされることはな
い。

【００３０】最後に、レジストを除去して第２の絶縁層
１２を露出させ、図８に示すようにＲＩＥにより露出し
た第２の絶縁層１２を除去する。このようにして、ナノ
プローブ装置が完成する。完成したナノプローブ装置の
上面から撮影した電子顕微鏡写真を図１０に示す。上記
に説明したように、本発明のナノプローブ装置の製造方
法によれば、ＳＯＩ基板とＳＩＭＯＸ基板を融着した５
層基板を用いること、Ｓｉ結晶面異方性エッチングを利
用して形成すること、Ｄ・ＲＩＥを利用して形成するこ
と等により製造するので極めて精度良く、また再現性良
く製造できる。またマイクロマシンニング技術を適用し
得るので、極めて大量に生産でき製造価格が廉価とな
る。

【００３１】なお、上述の実施の形態はアクチュエータ
４及び５の一方向駆動により、プローブ１３及び１４が
一方向のみに移動するようになっているが、アクチュエ
ータ４及び５と直交する方向に駆動される他のアクチュ
エータを組み込めば、プローブ１３及び１４を２軸方向
に移動させることもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明によるナノプローブ装置を用いれば、メゾスコピック
領域やナノメートル領域の極微細構造の電気的測定が可
能であり、測定信号とアクチュエータ駆動電源を独立し
て処理でき、測定信号にノイズが混入しにくく、かつプ
ローブ間隔の精密な制御が容易である。また、本発明の
ナノプローブ装置製造方法を用いれば、極めて精度良
く、再現性良く、かつ安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のナノプローブ装置の一実施の形態を示
す斜視図である。

【図２】上記ナノプローブ装置を構成する５層ウエハの
製造工程の説明図である。

【図３】本発明のナノプローブ及びパッドの製造工程の
説明図である。

【図４】本発明のナノプローブ及びパッドの製造工程の
説明図である。

【図５】本発明のアクチュエータの製造工程の説明図で
ある。

【図６】本発明のアクチュエータの製造工程の説明図で
ある。

【図７】本発明のアクチュエータの製造工程の説明図で
ある。

【図８】本発明のアクチュエータの製造工程の説明図で
ある。

【図９】本発明のナノプローブ装置のナノプローブ部分
を撮影した電子顕微鏡写真である。

【図１０】本発明のナノプローブ装置を上面から撮影し
た電子顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１第１のＳｉ層２第１の絶縁層３第２のＳｉ層４，５熱膨張型アクチュエータ６，７，８電極パッド９，１０電源１１第３のＳｉ層１２第２の絶縁層１３，１４ナノプローブ１５，１６パッド１７電源１８Ｓｉ層１９ＳｉＯ₂膜２０ＳｉＮ₄膜２１酸化膜２２，２３Ａｌマスク膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田恭雄埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者遠藤潤二埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者角嶋邦之神奈川県横浜市青葉区新石川２−13−12 (72)発明者三田信東京都豊島区西巣鴨２−31−７東京大学豊島学寮Ｆターム(参考） 2G003 AG03 AG20 AH05 AH09 2G011 AA01 AA13 AA21 AB06 AC06 AC14 AC33 AF07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の絶縁層により互いに分離
された第１，第２及び第３のＳｉ層を有する基板を備
え、上記基板の第３のＳｉ層にナノプローブが設けられ、上
記第２のＳｉ層にアクチュエータが設けられていること
を特徴とするナノプローブ装置。
【請求項２】前記アクチュエータが熱膨張型アクチュ
エータであることを特徴とする、請求項１に記載のナノ
プローブ装置。
【請求項３】前記ナノプローブを２本有し、これらの
ナノプローブの先端部の間隔が１μｍ以下であることを
特徴とする、請求項１または２に記載のナノプローブ装
置。
【請求項４】前記ナノプローブ２本を一組として複数
組を備え、それぞれの組のナノプローブの先端部の間隔
を１μｍ以下としたことを特徴とする、請求項１〜３の
いずれかに記載のナノプローブ装置。
【請求項５】前記アクチュエータの駆動方向と直交す
る方向に駆動される他のアクチュエータを設けたことを
特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のナノプロ
ーブ装置。
【請求項６】前記第３のＳｉ層は、Ｓｉ（００１）面
方位またはこの面と等価な面方位を有し、前記ナノプロ
ーブは、上記第３のＳｉ層が（００１）面方位を有する
場合に、＜１１０＞方向またはこの方向と等価な方向に
長手方向を有し、上記第３のＳｉ層が（０１０）面方位を有する場合に、
＜１０１＞方向またはこの方向と等価な方向に長手方向
を有し、上記第３のＳｉ層が（１００）面方位を有する場合に、
＜０１１＞方向またはこの方向と等価な方向に長手方向
を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに
記載のナノプローブ装置。
【請求項７】前記第３のＳｉ層は、Ｓｉ（００１）面
方位またはこの面と等価な面方位を有し、前記２本のナ
ノプローブは、上記第３のＳｉ層が（００１）面方位を有する場合に、
互いに直交する＜１１０＞方向及び＜１−１０＞方向
に、またはこれらの方向と等価な方向に長手方向を有
し、上記第３のＳｉ層が（０１０）面方位を有する場合に、
互いに直交する＜１０１＞方向及び＜１０−１＞方向
に、またはこれらの方向と等価な方向に長手方向を有
し、上記第３のＳｉ層が（１００）面方位を有する場合に、
互いに直交する＜０１１＞方向及び＜０−１１＞方向
に、またはこれらの方向と等価な方向に長手方向を有す
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のナ
ノプローブ装置。
【請求項８】第１及び第２の絶縁層により互いに分離
された第１，第２及び第３のＳｉ層を有する基板を形成
する工程と、第３のＳｉ層にナノプローブを形成する工
程と、第２のＳｉ層にアクチュエータを形成する工程と
からなる、ナノプローブ装置の製造方法。
【請求項９】前記第１及び第２の絶縁層により互いに
分離された第１，第２及び第３のＳｉ層を有する基板を
形成する工程は、ＳＯＩ基板とＳＩＭＯＸ基板のそれぞ
れの表面を熱酸化してＳｉＯ₂層を形成し、これらのＳ
ｉＯ₂層を介してＳＯＩ基板とＳＩＭＯＸ基板を融着し
て形成し、上記ＳＩＭＯＸ基板のＳｉ基板層とＳｉＯ₂
層をエッチングによって除去することによって形成され
ることを特徴とする、請求項８に記載のナノプローブ装
置の製造方法。
【請求項１０】前記第３のＳｉ層にナノプローブを形
成する工程は、Ｓｉの結晶面異方性エッチングを使用す
ることによって形成されることを特徴とする、請求項８
に記載のナノプローブ装置の製造方法。
【請求項１１】前記第２のＳｉ層にアクチュエータを
形成する工程は、Ｄ・ＲＩＥ（ＤｅｅｐＲｉａｃｔｉ
ｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）と結晶面異方性エッチ
ングのコーナーカッティングで形成されることを特徴と
する、請求項８に記載のナノプローブ装置の製造方法。