JP2004058267A - シリコン微小細線からなる３次元構造体、その製造方法及びそれを利用した装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い極微小なシリコン微小細線からなる、３次元構造体、その３次元構造体の製造方法及びそれを利用した装置を提供する。
【解決手段】シリコン微小細線からなる３次元構造体であって、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンオーダのワイヤ２を形成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン微小細線からなる３次元構造体に関するものである。特に、シリコン等の結晶性を用いたエッチングにより、ナノメートル（ナノと言う）乃至ミクロンのワイヤを実現し、それを要素に用いる３次元構造体、その製造方法及びそれを利用した装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、シリコンを用いた板状の構造体や、ブロック状の構造体、金属導線を折り曲げて作製した構造体により、振動子、コイル等が実現されていた。
【０００３】
また、従来は、探針をコバルト、鉄などで磁化し、それを原子間力顕微鏡の探針として用いて磁場の検出を行っていた。
【０００４】
更に、本願発明者らは、微小３次元構造体からなるカンチレバーなどを下記の特許文献１で既に提案している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９１４４１号公報（第７頁−第８頁，図４）
【特許文献２】
特開２００１−２８９７６８号公報（第３頁−第４頁，図１）
【特許文献３】
特開２００３−１１４１８２号公報（第５頁−第６頁，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の微小探針では磁力のインプロセスでの制御は不可能であった。
【０００７】
また、走査型温度顕微鏡では、温度検出部となるループは手作り、もしくは単品のナノファブリケーションによっており、追試、多点計測が困難であった。
【０００８】
更に、従来の走査型電子顕微鏡内走査型力顕微鏡は、カンチレバーが板状であるため、試料法線方向から走査型電子顕微鏡による観察を行う場合、カンチレバーが観察点を遮蔽してしまい、観察が困難な上、どこを観察しているかが分かり難いといった問題があった。
【０００９】
また、シリコンを用いた細線からなる３次元構造体によってカンチレバーを微小化すると、質量分析や力検出の感度が向上することが期待できるが、表面付近に存在する結晶欠陥などのダメージが、機械的振動子としてのＱ値に対して与える影響が大きくなるので、表面付近のダメージを減らす工夫が必要である。特に、反応性イオンエッチング（異方性エッチング）によって形成するシリコン微小細線からなる３次元構造体の場合には、その結晶欠陥などのダメージが大きくなるので、エッチング手法の検討が重要である。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みて、信頼性の高い極微小なシリコン微小細線からなる３次元構造体、その製造方法及びそれを利用した装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕シリコン微小細線からなる３次元構造体において、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより得られるナノ乃至ミクロンオーダのワイヤから形成されることを特徴とする。
【００１２】
〔２〕上記〔１〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体であって、前記ワイヤを複数本用いて作製される微小コイルであることを特徴とする。
【００１３】
〔３〕シリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、このワイヤを複数本用いて作製される微小コイルにより、磁場の発生又は磁場の検出を行うことを特徴とする。
【００１４】
〔４〕シリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、このワイヤを複数本用いて微小コイルを作製し、この微小コイルの抵抗が温度により変化することを利用して微小領域の温度計測を行うことを特徴とする。
【００１５】
〔５〕上記〔４〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記微小コイルを、平面試料の温度分布、生体試料の温度分布と代謝の可視化、電子デバイスの温度分布のマッピングに用いることを特徴とする。
【００１６】
〔６〕シリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、このワイヤを複数本用いて振動子を作製し、この振動子の振幅変化、位相変化、自励周波数変化を用いて原子レベルの相互作用、力、質量の変化を検出することを特徴とする。
【００１７】
〔７〕シリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、このワイヤを複数本用いて作製される網目状の構造体により特定の粒度の試料の捕捉を行うことを特徴とする。
【００１８】
〔８〕上記〔７〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体の表面を修飾することにより、特定の物質を吸着するフィルタを構成することを特徴とする。
【００１９】
〔９〕上記〔７〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体を全体として弾性体として振る舞うようになし、前記網目状の構造体により、弾性的な構造体を構成することを特徴とする。
【００２０】
〔１０〕上記〔７〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体を３次元光学フィルタ、グレーティング、又は遮蔽窓として構成することを特徴とする。
【００２１】
〔１１〕上記〔７〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体を抵抗体のあみだ型構造とし、回路網を実現することを特徴とする。
【００２２】
〔１２〕シリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、このワイヤを複数本用いて３次元構造体を構成し、前記ワイヤの交点にウェットエッチングにより作製される探針やブロックをプローブや質量として用い、所定の振動特性を有する構造体とすることを特徴とする。
【００２３】
〔１３〕シリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、このワイヤを複数本用いて作製される観察部位を観察しやすい顕微鏡の探針を有することを特徴とする。
【００２４】
〔１４〕シリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、シリコン単結晶の｛１００｝面を表面に持つＳＯＩ基板を用意し、このＳＯＩ基板のＳＯＩ層の一部にシリコン酸化薄膜を形成し、このシリコン酸化薄膜及び一部のＳＯＩ層上にシリコン窒化薄膜を形成し、このシリコン窒化薄膜の一部を除去して、前記ＳＯＩ層を〈１１０〉方位に平行な細長い形状が繰り返し配列するように露出させ、この露出したＳＯＩ層の部分をウェットエッチングして除去し、このウェットエッチングによって露出した｛１１１｝面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、残っている前記シリコン窒化薄膜の一部を再び除去して新たに露出したＳＯＩ膜をウェットエッチングして、シリコン細線の配列を形成し、前記ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜を除去し、独立して振動できるシリコン細線を形成することを特徴とする。
【００２５】
〔１５〕上記〔１４〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の基部をこのシリコン細線の幅の両側で異なるように形成することを特徴とする。
【００２６】
〔１６〕上記〔１４〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さが一定になるように加工することを特徴とする。
【００２７】
〔１７〕上記〔１４〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さを変化させるように加工することを特徴とする。
【００２８】
〔１８〕シリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、シリコン単結晶の｛１００｝面を表面に持つＳＯＩ基板を用意し、このＳＯＩ基板のＳＯＩ層の上にシリコン窒化薄膜を形成し、このシリコン窒化薄膜の一部を除去して、前記ＳＯＩ層を〈１１０〉方位に平行な細長い形状が繰り返し配列するように露出させ、この露出したＳＯＩ層の部分をウェットエッチングして除去し、このウェットエッチングによって露出した｛１１１｝面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、残っている前記シリコン窒化薄膜の一部を再び除去して新たに露出したＳＯＩ膜をウェットエッチングして、シリコン細線の配列を形成し、前記ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜を除去し、独立して振動できるシリコン細線を形成することを特徴とする。
【００２９】
〔１９〕上記〔１８〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の基部をこのシリコン細線の幅の両側で異なるように形成することを特徴とする。
【００３０】
〔２０〕上記〔１８〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さが一定になるように加工することを特徴とする。
【００３１】
〔２１〕上記〔１８〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さを変化させるように加工することを特徴とする。
【００３２】
〔２２〕上記〔１４〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記３次元構造体がプローブであることを特徴とする。
【００３３】
〔２３〕上記〔２２〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが片持ち梁であることを特徴とする。
【００３４】
〔２４〕上記〔２３〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記片持ち梁が原子間力顕微鏡用カンチレバーであることを特徴とする。
【００３５】
〔２５〕上記〔２２〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが両持ち梁であることを特徴とする。
【００３６】
〔２６〕上記〔１８〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記３次元構造体がプローブであることを特徴とする。
【００３７】
〔２７〕上記〔２６〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが片持ち梁であることを特徴とする。
【００３８】
〔２８〕上記〔２７〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記片持ち梁が原子間力顕微鏡用カンチレバーであることを特徴とする。
【００３９】
〔２９〕上記〔２６〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが両持ち梁であることを特徴とする。
【００４０】
〔３０〕シリコン微小細線からなる３次元構造体において、上記〔１４〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法を用いて得られる。
【００４１】
〔３１〕シリコン微小細線からなる３次元構造体において、上記〔１８〕記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法を用いて得られる。
【００４２】
すなわち、
（１）シリコン微小細線を複数本用いてコイルを作製し、それを微小コイルとして用い、磁場の発生、磁場の検出を行う。
【００４３】
（２）シリコン微小細線を複数本用いてコイルを作製し、その抵抗が温度により変化することを利用して微小領域の温度計測を行う。また、このコイルを平面試料の温度分布、生体試料の温度分布と代謝の可視化、電子デバイスの温度分布等のマッピングに用いる。
【００４４】
（３）シリコン微小細線を複数本用いて振動子を作製し、その振幅変化、移相変化、自励周波数変化を用いて原子レベルの相互作用、力、質量の変化を検出する。
【００４５】
（４）シリコン微小細線を複数本用いて網目状の構造体を構成し、それにより特定の粒度の試料の捕捉を行う。
【００４６】
（５）シリコン微小細線を複数本用いて網目状の構造体を構成し、その表面を修飾することにより、特定の物質を吸着するフィルタを実現する。
【００４７】
（６）シリコン微小細線を複数本用いて網目状の構造体を構成し、全体として弾性体として振る舞うようにし、その構造体により、ダメージの少ない弾性体の構造体を実現する。
【００４８】
（７）シリコン微小細線を複数本用いて網目状の構造体を構成し、３次元光学フィルタ、グレーティング、遮蔽窓を実現する。
【００４９】
（８）シリコン微小細線を複数本用いて網目状の構造体を構成し、それを抵抗体のあみだ型構造とし、回路網を実現する。
【００５０】
（９）シリコン微小細線を複数本用いて３次元までの構造体を構成し、シリコン微小細線の交点にウェットエッチングにより作製した探針やブロックを作製する。これをプローブや質量として用い、所定の振動特性を有する構造体とする。
【００５１】
（１０）シリコンの結晶性を生かした結晶欠陥などのダメージがないシリコン微小細線からなる片持ち梁とする。
【００５２】
（１１）プローブとしての微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有し、シリコン酸化薄膜を省略した簡易なプロセスを採用することができ、安価に製造することができる。また、片持ち梁の基部が揃っていないために堅牢な構造の片持ち梁とする。
【００５３】
（１２）プローブ特性が良好な長さの等しい片持ち梁とする。
【００５４】
（１３）プローブ特性が良好な長さの異なる片持ち梁とする。
【００５５】
（１４）シリコンの結晶性を生かした結晶欠陥などのダメージがないシリコン微小細線からなる両持ち梁とする。
【００５６】
（１５）プローブ特性が良好な長さの等しい両持ち梁とする。
【００５７】
（１６）プローブ特性が良好な長さの異なる両持ち梁とする。
【００５８】
（１７）プローブ特性が良好なシリコン微小細線からなる片持ち又は両持ち梁を有する３次元構造体を得る。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００６０】
図１は本発明の実施例を示す複数の微小ワイヤで支持される探針を有する装置の模式図である。
【００６１】
この図において、１はカンチレバーベース、２は複数の微小ワイヤ、３は探針、４は試料である。
【００６２】
このように、探針３の支持機構が複数の微小ワイヤ〔ナノメートル（以下、ナノと略す）〕乃至ミクロンオーダ〕であるため試料４の観察部位を遮蔽することがなく、探針３による観察部位を光学顕微鏡や走査型顕微鏡で観察することが容易である。
【００６３】
なお、本願発明者は、半導体材料を用いて形成される、微小な機械的振動子、その製造方法及びそれを用いた測定装置を、既に、上記特許文献１として提案している。
【００６４】
図２は本発明の実施例を示す複数の微小ワイヤで支持される探針を有する振動子（装置）の斜視図である。
【００６５】
この図において、１００は振動子のベース、１０１，１０２は２本の微小ワイヤ、１０３はその２本の微小ワイヤ１０１，１０２の交点に形成される探針である。
【００６６】
図３は本発明の実施例を示す複数の微小ワイヤからなる微小コイル（装置）の斜視図である。
【００６７】
この図において、２００は微小コイルのベース、２０１はＶ字形状の微小ワイヤからなる微小コイルである。
【００６８】
図４は本発明の実施例を示す両持ちダブル微小ワイヤで支持される探針を有する振動子（装置）の斜視図である。
【００６９】
この図において、３００は両側に配置される振動子のベース、３０１，３０２は両側に配置される振動子のベース３００からそれぞれ延びる２本の微小ワイヤ、３０３はそのそれぞれの２本の微小ワイヤ３０１，３０２の交点に形成される探針である。
【００７０】
なお、図４に見られる探針３０３を設けないようにすることにより、両持ちダブル微小ワイヤからなるダブルコイルを構成するようにしてもよい。
【００７１】
図５は本発明の実施例を示す微小ワイヤによるあみだ型構造の微小コイル（装置）の斜視図である。
【００７２】
この図において、４００は微小コイルのベース、４０１は微小ワイヤによるあみだ型構造の微小コイルである。なお、この装置は３次元化も可能である。
【００７３】
図６は本発明の実施例を示す温度による抵抗変化を検出するための複数の微小ワイヤで支持される探針を有する振動子（装置）の斜視図、図７はその抵抗ブリッジを示す図である。
【００７４】
この図において、５００はカンチレバー支持部、５０１は複数の微小ワイヤ、５０２は探針である。
【００７５】
この実施例では、微小ワイヤ５０１で構成される各カンチレバーにボロンドーピングを行い、導電性を与え、カンチレバー支持部５００に、図７に示すような抵抗ブリッジを構成することにより、カンチレバーの温度による抵抗変化を検出することができる。熱容量が極めて小さいため、高い感度と応答周波数を得ることができる。なお、図７において、ｒ_１は複数の微小ワイヤ部の抵抗、ｒ_２，ｒ_３はカンチレバー支持部５００の抵抗である。
【００７６】
上記した図２〜図６に示した装置の製造方法によれば、例えば、単結晶シリコンをＫＯＨでエッチングすることにより、複数の結晶面からなる微小ワイヤを得ることができる。例として、シリコン｛１１１｝面２面と、シリコン｛１００｝面１面からなる微小ワイヤがある。
【００７７】
また、単結晶シリコンには、シリコン｛１１１｝面および、それに相当する面が複数方向にあるため、その組み合わせにより、異なる軸方向を有する微小ワイヤを単結晶シリコン中からエッチングで得ることが可能である。
【００７８】
更に、方位の異なる微小ワイヤや、互いに平行な微小ワイヤの組み合わせにより、１次元の線や、２次元から３次元までの、コイル構造、あみだ型構造、編み目構造、振動子構造等を実現することが可能となる。３次元の構造を実現する場合は、シリコンと酸化シリコン等の多層構造を用い、エッチングされる部分とされない部分を適宜マスクする。
【００７９】
ここで、本発明により得られた構造体は、梁、Ｖ字型コイル、Ｖ字型抵抗体、あみだ型構造体、３次元リンク構造と見なし、使用することが可能である。いずれの場合も、従来は手作りや、板状のものの組み合わせに依っていたものを、本発明によれば、微小化、多数化、均一化、３次元化、高周波化、低損失化することによる利点が得られる。
【００８０】
この梁は針や片持ち梁、プローブとして用いられ、Ｖ字型コイルは微小コイルとして用いられる。
【００８１】
また、Ｖ字型抵抗体は、その抵抗値が温度により変化することを利用して微小領域の温度マッピングのためのプローブとして用いられる。
【００８２】
あみだ型構造体は、物理的濾過器、もしくは、その表面を修飾することにより、物理・化学的濾過器として用いることができる。また、このあみだ型構造体は、一種のスポンジ構造で、所定の弾性が実現でき、光を方向や波長により選択できるフィルタとして機能する。また、構造体に振動を与えると、光の変調素子として機能する。そして、特定の物質の濾過器としての構造体と、振動子としての構造体の機能を合わせることにより、特定の物質の吸着を、構造体の振動特性の変化として検出可能とする。
【００８３】
また、微小ワイヤから構成される構造体の、微小ワイヤ内を光や振動の導波路として用い、光や振動の伝搬の制御を可能とする。
【００８４】
以上のように、シリコン等の結晶性を用いたウェットエッチングにより、ナノ乃至ミクロンの微小ワイヤを実現し、それを要素に用いる３次元構造体を実現することができる。これにより、振動子、網、コイル、発熱ループ、フィルタ、磁気検出素子をミクロンからサブミクロンの大きさで実現することが可能となる。
【００８５】
したがって、振動子による力や質量の検出、網による特定の粒度の試料の捕捉、コイルによる微小磁場の発生と磁場の検出、発熱ループによる試料の温度分布の計測等が可能となる。
【００８６】
この作製方法は、数百万、数億の微小ワイヤにより構成される３次元構造体の大量生産に適応している。
【００８７】
図８は本発明の実施例を示す変調機能を付加することができる微小コイル（装置）の模式図である。
【００８８】
この図において、６００は微小コイルの支持部、６０１は微小ワイヤで構成される微小コイル、６０２は試料である。
【００８９】
この実施例では、微小ワイヤで構成される微小コイル６０１に電流を流し、その微小コイル６０１が試料６０２の磁場から受けるローレンツ力やその勾配を振動方向の力として検出することができる。
【００９０】
これにより、磁性探針の特性を用いずに磁気分布計測が可能になる。また、電流を変調するなど、従来の磁性探針では可能でなかった変調機能を付加することができる。
【００９１】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡、振動計測、表面界面特性、電気回路、質量検出器、回路網、物質捕捉フィルタ、弾性材料や、温度計測、電子デバイス温度分布計測、生体試料温度分布、代謝計測に適用可能である。
【００９２】
以下の発明において、一般に、カンチレバーとは、原子間力顕微鏡用カンチレバーを意味し、プローブとは、原子間力顕微鏡用カンチレバーに限定されることなく、質量検出や磁場検出等の多様な用途に用いられるものを意味する。
【００９３】
図９は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの構成図であり、図９（ａ）はその斜視図、図９（ｂ）はその平面図、図９（ｃ）は図９（ｂ）のＬ−Ｌ線断面図である。
【００９４】
ここで、７０１はハンドリングウエハ、７０２は埋め込み酸化膜、７０３はＳＯＩ層、７０７はＳＯＩ層７０３の結晶性を生かして形成されるシリコン微小細線（片持ち梁からなるカンチレバー）である。
【００９５】
以下、このカンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）の製造方法について、図１０〜１４を参照しながら説明する。
【００９６】
（１）まず、図１０（ａ−１）は平面図、図１０（ａ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１において、ハンドリングウエハ７０１上に埋め込み酸化膜７０２、その上にＳＯＩ層７０３を形成する。ここで、矢印Ａは＜１００＞方位、矢印Ｂは＜１１０＞方位を示している。
【００９７】
（２）次に、図１０（ｂ−１）は平面図、図１０（ｂ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ２において、ＳＯＩ層７０３上の一部にシリコン酸化（ＳｉＯ_２）薄膜７０４を形成する。
【００９８】
（３）次いで、図１０（ｃ−１）は平面図、図１０（ｃ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ３において、その上にシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜７０５を堆積する。
【００９９】
（４）次に、図１１（ｄ−１）は平面図、図１１（ｄ−２）は図１１（ｄ−１）のＡ−Ａ線断面図、図１１（ｄ−３）は図１１（ｄ−１）のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ４において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜７０５をパターニングして、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜７０５に細長く平行な長方形形状の窓をあける。その窓からはシリコン酸化（ＳｉＯ_２）薄膜７０４のエッジ７０４Ａが見えるようにする。長方形形状の窓の辺は＜１１０＞方位に平行になるように形成する。
【０１００】
なお、ここで、窓は図１１（ｄ−４）に示すように、一方端を開口してもよいし、図１１（ｄ−５）に示すように、両端を開口するようにしてもよいし、図１１（ｄ−６）に示すように、他方端を開口するようにしてもよい。
【０１０１】
（５）次に、図１２（ｅ−１）は平面図、図１２（ｅ−２）は図１２（ｅ−１）のＣ−Ｃ線断面図、図１２（ｅ−３）は図１２（ｅ−１）のＤ−Ｄ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ５において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜７０５をマスクとして、窓から露出しているＳＯＩ層７０３をアルカリ性溶液でウェットエッチングする。すると、＜１１１＞面７０３Ａで囲まれた凹みができる。
【０１０２】
（６）次に、図１２（ｆ−１）は平面図、図１２（ｆ−２）は図１２（ｆ−１）のＥ−Ｅ線断面図、図１２（ｆ−３）は図１２（ｆ−１）のＦ−Ｆ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ６において、熱酸化する。すると、シリコンが露出している＜１１１＞面７０３Ａが熱酸化膜７０６で保護される。
【０１０３】
（７）次に、図１３（ｇ−１）は平面図、図１３（ｇ−２）は図１３（ｇ−１）のＧ−Ｇ線断面図、図１３（ｇ−３）は図１３（ｇ−１）のＨ−Ｈ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ７において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜７０５の一部を除去する。なお、ここではシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜７０５を部分的に残した場合を示しているが、全部除去するようにしてもよい。
【０１０４】
（８）次に、図１３（ｈ−１）は平面図、図１３（ｈ−２）は図１３（ｈ−１）のＩ−Ｉ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ８において、熱酸化膜７０６をマスクとして、２回目のウェットエッチングを施す。すると、図１３（ｈ−２）から明らかなように埋め込み酸化膜７０２上に片面が熱酸化膜７０６で保護された、断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層７０３′が形成される。
【０１０５】
（９）次に、図１４（ｉ−１）は平面図、図１４（ｉ−２）は図１４（ｉ−１）のＪ−Ｊ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ９において、ステップＳ６で生成した熱酸化膜７０６とステップＳ７で部分的に残したシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜７０５及びシリコン酸化（ＳｉＯ_２）薄膜７０４を除去する。するとワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層７０３′が形成される。
【０１０６】
（１０）次に、図１４（ｊ−１）は平面図、図１４（ｊ−２）は図１４（ｊ−１）のＫ−Ｋ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１０において、ワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層７０３′〔カンチレバー（片持ち梁）〕を所定の長さに加工する（ＲＩＥ加工などを用いることができる）。
【０１０７】
（１１）最後に、図１４（ｋ−１）は平面図、図１４（ｋ−２）は図１４（ｋ−１）のＬ−Ｌ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１１において、ワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層７０３′の下部の埋め込み酸化膜７０２を除去して分離することにより断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層７０３′から長さが等しい単結晶材料の結晶性を生かしたシリコン微小細線〔カンチレバー（片持ち梁）〕７０７を形成することができる。
【０１０８】
このように、シリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、シリコン単結晶の｛１００｝面を表面に持つＳＯＩ基板を用意し、このＳＯＩ基板のＳＯＩ層７０３の一部にシリコン酸化薄膜７０４を形成し、このＳＯＩ層７０３及びシリコン酸化薄膜７０４上にシリコン窒化薄膜７０５を形成し、このシリコン窒化薄膜７０５の一部を除去して、前記ＳＯＩ層７０３を〈１１０〉方位に平行な細長い形状が繰り返し配列するように露出させ、この露出したＳＯＩ層７０３の部分をアルカリ性溶液によってウェットエッチングして除去し、このウェットエッチングによって露出した｛１１１｝面７０３Ａを熱酸化して熱酸化膜７０６を形成し、残っている前記シリコン窒化薄膜７０５の一部を再び除去して新たに露出したＳＯＩ層７０３をアルカリ性溶液によってウェットエッチングして、得られた断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層７０３′の熱酸化膜７０６、残っているシリコン窒化膜７０５、シリコン酸化膜７０４を除去し、シリコン微小細線の配列を形成した後に所定の長さに加工し、前記ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜７０２を除去し、独立して振動できるシリコン微小細線〔カンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁）〕７０７を形成する。
【０１０９】
図１５は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの第１の変形例を示す構成図であり、図１５（ａ）はその斜視図、図１５（ｂ）はその平面図、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）のＭ−Ｍ線断面図である。
【０１１０】
この実施例では、シリコン微小細線〔カンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）〕７０８はその基部は一定であるが、その長さが順次異なるように形成したものであり、その他の構造は上記したものと同一である。
【０１１１】
図１６は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの第２の変形例を示す構成図であり、図１６（ａ）はその斜視図、図１６（ｂ）はその平面図、図１６（ｃ）は図１６（ｂ）のＮ−Ｎ線断面図である。
【０１１２】
この実施例では、シリコン微小細線〔カンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）〕７０９はその先端位置は同じ位置であるがその基部が傾斜しているため、長さが順次異なる形状をしている。その他の構造は上記したものと同一である。
【０１１３】
上記のように構成したので、カンチレバーをシリコンの結晶性に関係なく、異方性エッチング（ＲＩＥなど）により形成する従来例に対して、本発明によれば、シリコンの結晶性を生かした、結晶欠陥などのダメージがないシリコン微小細線からなる片持ち梁を形成することができる。
【０１１４】
図１７は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの構成図であり、図１７（ａ）はその斜視図、図１７（ｂ）はその平面図、図１７（ｃ）は図１７（ｂ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【０１１５】
ここで、８０１はハンドリングウエハ、８０２は埋め込み酸化膜、８０３はＳＯＩ層、８０６はＳＯＩ層８０３の結晶性を生かして形成されるシリコン微小細線（片持ち梁からなるカンチレバー）である。
【０１１６】
以下、このカンチレバー（微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する片持ち梁）の製造方法を図１８〜図２０を参照しながら説明する。
【０１１７】
（１）まず、図１８（ａ−１）は平面図、図１８（ａ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１において、ハンドリングウエハ８０１上に埋め込み酸化膜８０２、その上にＳＯＩ層８０３を形成する。ここで、矢印Ａは＜１００＞方位、矢印Ｂは＜１１０＞方位を示している。
【０１１８】
（２）次に、図１８（ｂ−１）は平面図、図１８（ｂ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ２において、ＳＯＩ層８０３上にシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜８０４を形成する。
【０１１９】
（３）次に、図１８（ｃ−１）は平面図、図１８（ｃ−２）は図１８（ｃ−１）のＡ−Ａ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ３において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜８０４をパターニングして、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜８０４に細長く平行な長方形形状の窓をあける。その窓からはＳＯＩ層８０３が見えるようにする。長方形形状の窓の辺は＜１１０＞方位に平行になるように形成する。
【０１２０】
（４）次に、図１８（ｄ−１）は平面図、図１８（ｄ−２）は図１８（ｄ−１）のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ４において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜８０４をマスクとして、アルカリ性溶液でウェットエッチングする。すると、＜１１１＞面８０３Ａで囲まれた凹みができる。
【０１２１】
（５）次に、図１９（ｅ−１）は平面図、図１９（ｅ−２）は図１９（ｅ−１）のＣ−Ｃ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ５において、熱酸化する。すると、シリコンが露出している＜１１１＞面８０３Ａが熱酸化膜８０５で保護される。
【０１２２】
（６）次に、図１９（ｆ−１）は平面図、図１９（ｆ−２）は図１９（ｆ−１）のＤ−Ｄ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ６において、長方形形状の窓の両端部を残してシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜８０４を部分的に除去する。
【０１２３】
（７）次に、図１９（ｇ−１）は平面図、図１９（ｇ−２）は図１９（ｇ−１）のＥ−Ｅ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ７において、熱酸化膜８０５をマスクとして、２回目のウェットエッチングを施す。すると、埋め込み酸化膜８０２上に片面が熱酸化膜８０５で保護された断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層８０３′〔プローブとしての微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する片持ち梁〕が形成される。
【０１２４】
（８）次いで、図２０（ｈ−１）は平面図、図２０（ｈ−２）は図２０（ｈ−１）のＦ−Ｆ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ８において、ステップＳ５で生成した熱酸化膜８０５と残っている両端のシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜８０４を除去する。するとワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層８０３′〔微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する片持ち梁〕が形成される。
【０１２５】
（９）次に、図２０（ｉ−１）は平面図、図２０（ｉ−２）は図２０（ｉ−１）のＧ−Ｇ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ９において、ワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層８０３′を所定の長さにＲＩＥなどで加工する。
【０１２６】
（１０）最後に、図２０（ｊ−１）は平面図、図２０（ｊ−２）は図２０（ｊ−１）のＨ−Ｈ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１０において、ワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層８０３′の下部の埋め込み酸化膜８０２を除去する。すると、ワイヤ状のほぼ三角形状のＳＯＩ層８０３′はハンドリングウエハ８０１と分離され、微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する片持ち梁８０６が形成される。
【０１２７】
図２１は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの変形例を示す構成図であり、図２１（ａ）はその斜視図、図２１（ｂ）はその平面図、図２１（ｃ）は図２１（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【０１２８】
この実施例においては、シリコン微小細線〔カンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁）〕８０７の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有し、さらに、シリコン微小細線〔カンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁）〕８０７の長さが順次異なるように形成したものであり、その他の構造は上記したものと同一である。
【０１２９】
このように、プローブとしての微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する片持ち梁８０６，８０７は、シリコン酸化薄膜を省略した簡易なプロセスを採用することができ、安価に製造することができる。また、片持ち梁の基部が揃っていないために堅牢な構造の片持ち梁となり、経時変化にも耐久性があり折損することがないシリコンの結晶性を生かした片持ち梁を形成することができる。
【０１３０】
図２２は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁の構成図であり、図２２（ａ）はその斜視図、図２２（ｂ）はその平面図、図２２（ｃ）は図２２（ｂ）のＫ−Ｋ線断面図である。
【０１３１】
ここで、９０１はハンドリングウエハ、９０２は埋め込み酸化膜、９０３はＳＯＩ層、９０７はＳＯＩ層９０３の結晶性を生かして形成されるシリコン微小細線（両持ち梁）である。
【０１３２】
以下、この微小ワイヤの両持ち梁の製造方法について、図２３〜２６を参照しながら説明する。
【０１３３】
（１）まず、図２３（ａ−１）は平面図、図２３（ａ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１において、ハンドリングウエハ９０１上に埋め込み酸化膜９０２、その上にＳＯＩ層９０３を形成する。ここで、矢印Ａは＜１００＞方位、矢印Ｂは＜１１０＞方位を示している。
【０１３４】
（２）次に、図２３（ｂ−１）は平面図、図２３（ｂ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ２において、ＳＯＩ層９０３上の両端にパターニングしてシリコン酸化（ＳｉＯ_２）薄膜９０４を形成する。
【０１３５】
（３）次いで、図２３（ｃ−１）は平面図、図２３（ｃ−２）は図２３（ｃ−１）の斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ３において、その全面にシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜９０５を堆積する。
【０１３６】
（４）次に、図２４（ｄ−１）は平面図、図２４（ｄ−２）は図２４（ｄ−１）のＡ−Ａ線断面図、図２４（ｄ−３）は図２４（ｄ−１）のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ４において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜９０５をパターニングして、両端がシリコン酸化（ＳｉＯ_２）薄膜９０４にかかる長方形形状の窓をあける。なお、ここで、その窓の形状は図２４（ｄ−４）に示すようにその両端を開口するようにしてもよいし、図２４（ｄ−５）に示すようにその下端のみを開口するようにしてもよい。
【０１３７】
（５）次に、図２４（ｅ−１）は平面図、図２４（ｅ−２）は図２４（ｅ−１）のＣ−Ｃ線断面図、図２４（ｅ−３）は図２４（ｅ−１）のＤ−Ｄ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ５において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜９０５をマスクとして、アルカリ性溶液でウェットエッチングする。すると、＜１１１＞面９０３Ａで囲まれた凹みができる。
【０１３８】
（６）次に、図２５（ｆ−１）は平面図、図２５（ｆ−２）は図２５（ｆ−１）のＥ−Ｅ線断面図、図２５（ｆ−３）は図２５（ｆ−１）のＦ−Ｆ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ６において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜９０５をマスクとして熱酸化する。すると、シリコンが露出している＜１１１＞面９０３Ａが熱酸化膜９０６で保護される。
【０１３９】
（７）次に、図２５（ｇ−１）は平面図、図２５（ｇ−２）は図２５（ｇ−１）のＧ−Ｇ線断面図、図２５（ｇ−３）は図２５（ｇ−１）のＨ−Ｈ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ７において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜９０５を除去する。
【０１４０】
（８）次に、図２６（ｈ−１）は平面図、図２６（ｈ−２）は図２６（ｈ−１）のＩ−Ｉ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ８において、熱酸化膜９０６をマスクとして、２回目のウェットエッチングを施す。すると、埋め込み酸化膜９０２上に片面が熱酸化膜９０６で保護された断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層９０３′（プローブとしての両持ち梁）が形成される。
【０１４１】
（９）次に、図２６（ｉ−１）は平面図、図２６（ｉ−２）は図２６（ｉ−１）のＪ−Ｊ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ９において、ステップＳ６で生成した熱酸化膜９０６を除去する。するとワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層９０３′（プローブとしての両持ち梁）が形成される。
【０１４２】
（１０）次に、図２６（ｊ−１）は平面図、図２６（ｊ−２）は図２６（ｊ−１）のＫ−Ｋ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１０において、ワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層９０３′の下部の埋め込み酸化膜９０２を除去する。すると、ワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層９０３′はハンドリングウエア９０１と分離され、ＳＯＩ層９０３の結晶性を生かしたシリコン微小ワイヤからなる両持ち梁タイプのプローブ９０７が形成される。
【０１４３】
このように、シリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、シリコン単結晶の｛１００｝面を表面に持つＳＯＩ基板を用意し、このＳＯＩ基板のＳＯＩ層９０３の上の両端部にシリコン酸化薄膜９０４を形成し、そのシリコン酸化薄膜９０４の上にシリコン窒化薄膜９０５を形成し、このシリコン窒化薄膜９０５の一部を除去して、前記ＳＯＩ層９０３を〈１１０〉方位に平行な細長い形状が繰り返し配列するように露出させ、この露出したＳＯＩ層９０３の部分をアルカリ性溶液によってウェットエッチングして除去し、このウェットエッチングによって露出した｛１１１｝面９０３Ａを熱酸化し、残っているシリコン窒化薄膜９０５の全部を再び除去して新たに露出したＳＯＩ膜９０３をアルカリ性溶液によってウェットエッチングして、シリコン微小細線の配列を形成し、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜９０２を除去し、独立して振動できるシリコン微小細線９０７を形成する。
【０１４４】
図２７は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしての微小ワイヤの両持ち梁の変形例を示す構成図であり、図２７（ａ）はその斜視図、図２７（ｂ）はその平面図、図２７（ｃ）は図２７（ｂ）のＬ−Ｌ線断面図である。
【０１４５】
この実施例では、微小ワイヤの両持ち梁９０８の長さが順次異なるように形成したものであり、その他の構造は上記したものと同一である。
【０１４６】
このように構成したので、両持ち梁をシリコンの結晶性に関係なく、異方性エッチング（ＲＩＥなど）により形成する従来法に対して、本発明ではシリコンの結晶性を生かした結晶欠陥などのダメージがないシリコン微小細線からなる両持ち梁を形成することができる。
【０１４７】
図２８は本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁（微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する）の構成図であり、図２８（ａ）はその斜視図、図２８（ｂ）はその平面図、図２８（ｃ）は図２８（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【０１４８】
ここで、１００１はハンドリングウエハ、１００２は埋め込み酸化膜、１００３はＳＯＩ層、１００６はＳＯＩ層１００３の結晶性を生かして形成され、その基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有するシリコン微小細線（両持ち梁）である。
【０１４９】
以下、この微小ワイヤの両持ち梁の製造方法について、図２９〜３１を参照しながら説明する。
【０１５０】
（１）まず、図２９（ａ−１）は平面図、図２９（ａ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ１において、ハンドリングウエハ１００１上に埋め込み酸化膜１００２、その上にＳＯＩ層１００３を形成する。矢印Ａは＜１００＞方位、矢印Ｂは＜１１０＞方位を示している。
【０１５１】
（２）次に、図２９（ｂ−１）は平面図、図２９（ｂ−２）は斜視図であり、これらの図に示すように、ステップＳ２において、ＳＯＩ層１００３上の全面にシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜１００４を形成する。
【０１５２】
（３）次いで、図２９（ｃ−１）は平面図、図２９（ｃ−２）は図２９（ｃ−１）のＡ−Ａ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ３において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜１００４をパターニングして、長方形形状の窓をあける。
【０１５３】
（４）次に、図３０（ｄ−１）は平面図、図３０（ｄ−２）は図３０（ｄ−１）のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ４において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜１００４をマスクとして、アルカリ性溶液でウェットエッチングする。すると、＜１１１＞面１００３Ａで囲まれた凹みができる。
【０１５４】
（５）次に、図３０（ｅ−１）は平面図、図３０（ｅ−２）は図３０（ｅ−１）のＣ−Ｃ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ５において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜１００４をマスクとして熱酸化する。すると、シリコンが露出している＜１１１＞面１００３Ａが熱酸化膜１００５で保護される。
【０１５５】
（６）次に、図３０（ｆ−１）は平面図、図３０（ｆ−２）は図３０（ｆ−１）のＤ−Ｄ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ６において、シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜１００４を部分的に除去する。このシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜１００４を除去する部分は長方形形状の窓の長さより短い領域に止める。
【０１５６】
（７）次に、図３１（ｇ−１）は平面図、図３１（ｇ−２）は図３１（ｇ−１）のＥ−Ｅ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ７において、熱酸化膜１００４をマスクとして、２回目のウェットエッチングを施す。すると、埋め込み酸化膜１００２上に片面が熱酸化膜１００５で保護された断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層１００３′（プローブとしての両持ち梁）が形成される。
【０１５７】
（８）次に、図３１（ｈ−１）は平面図、図３１（ｈ−２）は図３１（ｈ−１）のＦ−Ｆ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ８において、ステップＳ５で生成した熱酸化膜１００５とシリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜１００４を除去する。するとワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層１００３′（両持ち梁）が形成される。
【０１５８】
（９）次に、図３１（ｉ−１）は平面図、図３１（ｉ−２）は図３１（ｉ−１）のＧ−Ｇ線断面図であり、これらの図に示すように、ステップＳ９において、ワイヤ状の断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層１００３′の下部の埋め込み酸化膜１００２を除去する。すると、ＳＯＩ層１００３の結晶性を生かした微小細線の幅の両側で異なる形状を有するシリコン微小細線（両持ち梁）１００６が形成される。
【０１５９】
このように、微小細線の幅の両側で異なる形状を有するシリコン微小細線（両持ち梁）１００６は、シリコン酸化薄膜を省略した簡易なプロセスを採用することができ、安価に製造することができる。また、両持ち梁の基部が揃っていないために堅牢な構造の両持ち梁となり、経時変化にも耐久性があり折損することがないシリコンの結晶性を生かした両持ち梁を形成することができる。
【０１６０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１６１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【０１６２】
（Ａ）微小ワイヤによる振動子を実現することにより、微小ワイヤの組み合わせによって振動の方向を限定することができ、かつ、微小ワイヤが平滑な結晶面を有するため、表面による振動のロスを低減することができる。結果として、振動のＱ値の高い振動子を実現することができる。
【０１６３】
（Ｂ）微小ワイヤによる振動子を実現することにより、液中でも固有振動数の低下や、Ｑ値の低下の少ない振動子を実現することができる。それにより、より高感度で、高速検出に適した振動子を実現することができる。
【０１６４】
（Ｃ）微小ワイヤによる振動子を実現することにより、それをコイルとして用い、電流の通電により、磁場の発生や、磁場をローレンツ力として検出することが可能となる。
【０１６５】
（Ｄ）微小ワイヤによるコイルを実現することにより、コイルが試料に接する部分の温度変化による抵抗の変化を検出し、試料の微小領域の温度計測を可能とする。これによって電子デバイスの温度分布、生体試料の温度と代謝の分布のマッピングを可能とする。しかも、微小なコイルが高い均質性で多数作製できるので、追試性と多点計測を可能とする。
【０１６６】
（Ｅ）微小ワイヤを複数本用いて網目状の構造体を構成し、それにより特定の粒度の試料の捕捉を可能とする。
【０１６７】
（Ｆ）微小ワイヤを複数本用いて網目状の構造体を構成し、その表面を修飾することにより、特定の物質を吸着するフィルタを実現する。これは、化学的・物理的選択性を有するフィルタとなる。
【０１６８】
（Ｇ）微小ワイヤを複数本用いて網目状の構造体を構成し、全体として弾性体として振る舞うようにする。
【０１６９】
（Ｈ）微小ワイヤを複数本用いて網目状の構造体を構成し、３次元光学フィルタ、グレーティング、遮蔽窓を実現することができる。規則正しい３次元構造体を実現し、それによる方向、波長による選択性を得る。構造体に振動を与え、変調光学素子を実現することができる。
【０１７０】
（Ｉ）微小ワイヤを複数本用いて網目状の構造体を構成し、それを抵抗体のあみだ型構造とし、回路網を実現することができる。網構造の回路網を実現し、３次元的なセンシングの可能な微小３次元物体を実現することができる。
【０１７１】
（Ｊ）微小ワイヤを複数本用いて３次元までの構造体を構成し、微小ワイヤの交点にウェットエッチングにより作製した探針やブロックを作製することができる。これをプローブや質量として用い、所定の振動特性を有する構造体とする。これにより、従来はマクロスコピックな構造体や手作りの３次元構造体でのみ可能であった振動特性の制御を行い、かつ、高い振動のＱ値や設計の自由度を得ることができる。
【０１７２】
（Ｋ）微小ワイヤと探針からなる走査型プローブ顕微鏡用カンチレバーを作製すると、試料の法線方向から光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡等で観察を行う場合、探針の極近傍までを直接観察することが可能となる。それにより、各顕微鏡の像の相対位置関係を把握することが可能となり、各顕微鏡の観察がより容易になる。
【０１７３】
すなわち、（１）微小なコイルの実現による磁場の発生と磁場の検出、コイルに流す電流の変調による検出感度の向上、（２）微小な抵抗体の実現による温度計測とマッピング、（３）微小な振動子の実現による原子レベルの質量や力の検出、（４）微小な振動子の実現による、液中での振動損失や周波数低下の少ない振動子の実現、それによる高感度化、高周波化、（５）微小な３次元構造体による物理・化学的濾過機能、（６）微小な３次元構造体による光学素子の実現、（７）光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡から視野を遮蔽しにくい走査型プローブ顕微鏡、（８）上記各種構造体や検出素子で、構造が同一のものを多数作製することによる追試性の向上、多点計測の実現などができる。
【０１７４】
（Ｌ）シリコンの結晶性に関係なく、異方性エッチング（ＲＩＥなど）により形成した従来法に対して、本発明では、シリコンの結晶性を生かした結晶欠陥などのダメージがないシリコン微小細線からなる片持ち梁を形成することができる。
【０１７５】
（Ｍ）プローブとしての微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有し、、シリコン酸化薄膜を省略した簡易なプロセスを採用することができ、安価に製造することができる。また、片持ち梁の基部が揃っていないために堅牢な構造の片持ち梁となり、経時変化にも耐久性があり折損することがない、シリコンの結晶性を生かした片持ち梁を形成することができる。
【０１７６】
（Ｎ）プローブ特性が良好な長さの等しい片持ち梁を容易に形成することができる。
【０１７７】
（Ｏ）プローブ特性が良好な長さの異なる片持ち梁を容易に形成することができる。
【０１７８】
（Ｐ）シリコンの結晶性に関係なく、異方性エッチング（ＲＩＥなど）により形成した従来法に対して、シリコンの結晶性を生かした、結晶欠陥などのダメージがないシリコン微小細線からなる両持ち梁を形成することができる。
【０１７９】
（Ｑ）プローブとしての微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有し、両持ち梁の基部が揃っていないために堅牢な構造の両持ち梁となり、経時変化にも耐久性があり折損することがない、シリコンの結晶性を生かした両持ち梁を形成することができる。
【０１８０】
（Ｒ）プローブ特性が良好な長さの等しい両持ち梁を容易に形成することができる。
【０１８１】
（Ｓ）プローブ特性が良好な長さの異なる両持ち梁を容易に形成することができる。
【０１８２】
（Ｔ）プローブ特性が良好なシリコン微小細線からなる片持ち又は両持ち梁を有する３次元構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す複数の微小ワイヤで支持される探針を有する装置の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す複数の微小ワイヤで支持される探針を有する振動子（装置）の斜視図である。
【図３】本発明の実施例を示す複数の微小ワイヤからなる微小コイル（装置）の斜視図である。
【図４】本発明の実施例を示す両持ちダブル微小ワイヤで支持される探針を有する振動子（装置）の斜視図である。
【図５】本発明の実施例を示す微小ワイヤによるあみだ型構造の微小コイル（装置）の斜視図である。
【図６】本発明の実施例を示す温度による抵抗変化を検出するための複数の微小ワイヤで支持される探針を有する振動子（装置）の斜視図である。
【図７】図６における抵抗ブリッジを示す図である。
【図８】本発明の実施例を示す変調機能を付加することができる微小コイル（装置）の模式図である。
【図９】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの構成図である。
【図１０】図９に示すカンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）の製造工程（その１）図である。
【図１１】図９に示すカンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）の製造工程（その２）図である。
【図１２】図９に示すカンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）の製造工程（その３）図である。
【図１３】図９に示すカンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）の製造工程（その４）図である。
【図１４】図９に示すカンチレバー（微小ワイヤの片持ち梁タイプ）の製造工程（その５）図である。
【図１５】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの第１の変形例を示す構成図である。
【図１６】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの第２の変形例を示す構成図である。
【図１７】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの構成図である。
【図１８】図１７に示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの製造工程図（その１）である。
【図１９】図１７に示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの製造工程図（その２）である。
【図２０】図１７に示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの製造工程図（その３）である。
【図２１】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしてのカンチレバーの変形例を示す構成図である。
【図２２】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁の構成図である。
【図２３】図２２に示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁の製造工程図（その１）である。
【図２４】図２２に示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁の製造工程図（その２）である。
【図２５】図２２に示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁の製造工程図（その３）である。
【図２６】図２２に示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁の製造工程図（その４）である。
【図２７】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしての微小ワイヤの両持ち梁の変形例を示す構成図である。
【図２８】本発明の実施例を示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁（微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する）の構成図である。
【図２９】図２８に示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁（微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する）の製造工程図（その１）である。
【図３０】図２８に示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁（微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する）の製造工程図（その２）である。
【図３１】図２８に示すシリコン微小細線からなるプローブとしての両持ち梁（微小細線の基部がその細線の幅の両側で異なる形状を有する）の製造工程図（その３）である。
【符号の説明】
１　　カンチレバーベース
２，５０１　　複数の微小ワイヤ
３，５０２　　探針
４，６０２　　試料
１００　　振動子のベース
１０１，１０２　　２本の微小ワイヤ
１０３　　２本の微小ワイヤの交点に形成される探針
２００，４００　　微小コイルのベース
２０１　　Ｖ字形状の微小ワイヤからなる微小コイル
３００　　両側に配置される振動子のベース
３０１，３０２　　それぞれの振動子のベースからそれぞれ延びる２本の微小ワイヤ
３０３　　それぞれの２本の微小ワイヤの交点に形成される探針
４０１　　微小ワイヤによるあみだ型構造の微小コイル
５００　　カンチレバー支持部
６００　　微小コイルの支持部
６０１　　微小ワイヤで構成される微小コイル
７０１，８０１，９０１，１００１　　ハンドリングウエハ
７０２，８０２，９０２，１００２　　埋め込み酸化膜
７０３，８０３，９０３，１００３　　ＳＯＩ層
７０３′，８０３′，９０３′，１００３′　　断面がほぼ三角形状のＳＯＩ層
７０３Ａ，８０３Ａ，９０３Ａ，１００３Ａ　　＜１１１＞面
７０４，９０４　　シリコン酸化（ＳｉＯ_２）薄膜
７０４Ａ　　シリコン酸化（ＳｉＯ_２）薄膜のエッジ
７０５，８０４，９０５，１００４　　シリコン窒化（Ｓｉ_３Ｎ_４）薄膜
７０６，８０５，９０６，１００５　　熱酸化膜
７０７，７０８，７０９，８０６，８０７　　シリコン微小細線（片持ち梁からなるカンチレバー）
９０７，９０８，１００６　　　プローブとしてのシリコン微小細線からなる両持ち梁

Claims (31)

1. 単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより得られる微小なナノ乃至ミクロンオーダのワイヤから形成されることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体。
2. 請求項１記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体であって、前記ワイヤを複数本用いて作製される微小コイルであることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体。
3. 単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、微小なナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、該ワイヤを複数本用いて作製される微小コイルにより、磁場の発生又は磁場の検出を行うことを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
4. 単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、微小なナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、該ワイヤを複数本用いて微小コイルを作製し、該微小コイルの抵抗が温度により変化することを利用して微小領域の温度計測を行うことを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
5. 請求項４記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記微小コイルを、平面試料の温度分布、生体試料の温度分布と代謝の可視化、電子デバイスの温度分布のマッピングに用いることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
6. 単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、微小なナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、該ワイヤを複数本用いて振動子を作製し、該振動子の振幅変化、位相変化、自励周波数変化を用いて原子レベルの相互作用、力、質量の変化を検出することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
7. 単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、微小なナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、該ワイヤを複数本用いて作製される網目状の構造体により特定の粒度の試料の捕捉を行うことを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
8. 請求項７記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体の表面を修飾することにより、特定の物質を吸着するフィルタを構成することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
9. 請求項７記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体を全体として弾性体として振る舞うようになし、前記網目状の構造体により、弾性的な構造体を構成することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
10. 請求項７記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体を３次元光学フィルタ、グレーティング、又は遮蔽窓として構成することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
11. 請求項７記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置において、前記網目状の構造体を抵抗体のあみだ型構造とし、回路網を実現することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
12. 単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、微小なナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、該ワイヤを複数本用いて３次元構造体を構成し、前記ワイヤの交点にウェットエッチングにより作製される探針やブロックをプローブや質量として用い、所定の振動特性を有する構造体とすることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
13. 単結晶材料の結晶性を用いたウェットエッチングにより、微小なナノ乃至ミクロンオーダのワイヤを形成し、該ワイヤを複数本用いて作製される観察部位を観察しやすい顕微鏡の探針を有することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体を利用した装置。
14. シリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、
    （ａ）シリコン単結晶の｛１００｝面を表面に持つＳＯＩ基板を用意し、
    （ｂ）該ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の一部にシリコン酸化薄膜を形成し、
    （ｃ）該シリコン酸化薄膜及び一部のＳＯＩ層上にシリコン窒化薄膜を形成し、
    （ｄ）該シリコン窒化薄膜の一部を除去して、前記ＳＯＩ層を〈１１０〉方位に平行な細長い形状が繰り返し配列するように露出させ、
    （ｅ）該露出したＳＯＩ層の部分をウェットエッチングして除去し、
    （ｆ）該ウェットエッチングによって露出した｛１１１｝面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、
    （ｇ）残っている前記シリコン窒化薄膜の一部を再び除去して新たに露出したＳＯＩ膜をウェットエッチングして、シリコン細線の配列を形成し、
    （ｈ）前記ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜を除去し、独立して振動できるシリコン細線を形成することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
15. 請求項１４記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の基部を該シリコン細線の幅の両側で異なるように形成することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
16. 請求項１４記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さが一定になるように加工することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
17. 請求項１４記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さを変化させるように加工することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
18. シリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、
    （ａ）シリコン単結晶の｛１００｝面を表面に持つＳＯＩ基板を用意し、
    （ｂ）該ＳＯＩ基板のＳＯＩ層の上にシリコン窒化薄膜を形成し、
    （ｃ）該シリコン窒化薄膜の一部を除去して、前記ＳＯＩ層を〈１１０〉方位に平行な細長い形状が繰り返し配列するように露出させ、
    （ｄ）該露出したＳＯＩ層の部分をウェットエッチングして除去し、
    （ｅ）該ウェットエッチングによって露出した｛１１１｝面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、
    （ｆ）残っている前記シリコン窒化薄膜の一部を再び除去して新たに露出したＳＯＩ膜をウェットエッチングして、シリコン細線の配列を形成し、
    （ｇ）前記ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜を除去し、独立して振動できるシリコン細線を形成することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
19. 請求項１８記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の基部を該シリコン細線の幅の両側で異なるように形成することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
20. 請求項１８記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さが一定になるように加工することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
21. 請求項１８記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記シリコン細線の長さを変化させるように加工することを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
22. 請求項１４記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記３次元構造体がプローブであることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
23. 請求項２２記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが片持ち梁であることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
24. 請求項２３記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記片持ち梁が原子間力顕微鏡用カンチレバーであることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
25. 請求項２２記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが両持ち梁であることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
26. 請求項１８記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記３次元構造体がプローブであることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
27. 請求項２６記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが片持ち梁であることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
28. 請求項２７記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記片持ち梁が原子間力顕微鏡用カンチレバーであることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
29. 請求項２６記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法において、前記プローブが両持ち梁であることを特徴とするシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法。
30. 請求項１４記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法を用いて得られるシリコン微小細線からなる３次元構造体。
31. 請求項１８記載のシリコン微小細線からなる３次元構造体の製造方法を用いて得られるシリコン微小細線からなる３次元構造体。

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