JP2752755B2 - 集積方式の走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents

集積方式の走査型トンネル顕微鏡

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Description

【発明の詳細な説明】 アメリカ合衆国政府は、この発明について支払い済の
実施権を保有し、限られた条件のもとでは、海軍省との
間の契約番号第No0014−84−Ｋ−0624号に基づく期間と
して定められる合理的な期間にわたり、他人に実施権を
許諾することを特許権者に対し要求できる。
発明の背景 発明の分野 本発明は、走査型トンネル顕微鏡の分野に関し、とく
に集積方式の分野に関する。
走査型トンネル顕微鏡は、IBMの研究者チーム（ビニ
ングおよびローラー）により最初に発明された。走査型
トンネル顕微鏡の基本的な概念は、先端寸法が１アトム
という寸法オーダーの非常に先鋭な導電性先端部を導電
性表面に接近して配置することである。先端部が、導電
性表面に非常に接近して、すなわち数アトム直径（約５
オングストロム）の間隙内に配置されると、該先端部と
表面との間にトンネル電流が流れる。すなわち、先端部
内の原子についての電子の確率関数が、該間隙内で表面
の原子について電子の確率関数と重なる。その結果、こ
れら２つの導電体間に適当なバイアス電圧が与えられて
いれば、トンネル作用が発生して、先端部と表面との間
に電子流が流れる。
トンネル電流の強さは、先端部と表面との間の距離の
指数関数である。先端部と表面との間の距離が僅か１オ
ングストロム増加するだけで、電流は10の割合で減少す
る。一例を挙げると、先端部がたとえば数オングストロ
ムの間隙にあるときに、100ミリボルトのバイアス電圧
を与えると、１ナノアンペアの電流を形成できる。
このトンネル電流現象は、表面の像を撮るのに使用で
きる。そのためには、先端部は表面に対して非常に接近
して配置せねばならず、かつ先端部と表面との間の相対
距離を保持しながら該先端部をラスタ走査のような方法
で動かさねばならない。表面の最も高い点においても該
先端部と表面との間の相対距離を一定に維持するため
に、先端部は表面の形状に追従するように上下に動かさ
ねばならない。一定の電流値を維持するには、この距離
をトンネルオーバーラップ距離となるように正確に保持
せねばならない。先端部が表面の形状を横切って走査さ
れるとき、先端部の運動の軌跡を記録することにより表
面形状の像が形成できる。この先端部の運動の軌跡を得
る典型的な方法としては、先端部と表面との間に一定の
距離を保持するように該先端部を動かすために設けられ
る圧電トランスデューサの電圧変化を記録する方法があ
る。たとえば、先端部の距離を制御する装置により先端
部と表面の間に流れる電流をモニターし、先端部トラン
スデューサ表面の間に流れる電流が安定するように、先
端部を動かすための装置を制御する。このように、電流
の変化がこの電流変化に対向する先端部と表面の間の距
離の変化を生じ、電流を定常値に安定させる。したがっ
て、表面の上方の先端部の高さが電流値を一定に維持す
るように調節されることになり、先端部移動機構に与え
られる信号の変化が表面の形状の変化を表すことにな
る。
走査型トンネル顕微鏡の技術の現状を表す論文集が
「IBMジャーナル・オブ・リサーチ・アンド・デベロッ
プメント」第30巻第４号の353ベージないし440ページに
発表されている。このジャーナルの353ページないし369
ページに掲載されたビニングおよびローラーによる「装
置型トンネル顕微鏡」と題する論文では、３脚型圧電素
子を使用する走査型トンネル顕微鏡が第２図に示されて
いる。この３脚構造は、接合部において結合された材料
からなる３本の圧電素子棒から構成され、各棒はそれぞ
れ平行座標の１つの軸に沿って広がりあるいは収縮する
ように配置されている。先端部は３本の棒の接合部に装
着されている。先端部は、粗位置決め装置により表面の
近傍に置かれる。次いで、３脚型圧電構造が先端部を表
面に沿って走査させ、該表面の像を形成する。IBMジャ
ーナル・オブ・リサーチ・アンド・デベロップメントに
おける論文集は、走査型トンネル顕微鏡が大型の装置に
より実現されることを示している。
集積方式の走査型トンネル顕微鏡を教示する文献もあ
る。この文献は、1985年７月３日に出願されたヨーロッ
パ特許出願第85102554.4に基づき1986年９月17日に公告
されたヨーロッパ特許出願公告番号第0194323A1であ
る。この特許出願は、半導体チップにエッチングにより
スロットを設けて中央部に片持ち梁を形成した一体型の
走査型トンネル顕微鏡を開示している。スロットは、互
いに直交する方向にエッチング形成され、中央部分は、
スロットにより形成される帯状部とそれに対向する壁と
の間に発生する静電気力によりＸ方向およびＹ方向に動
かされる。中央部から突出するように先端部が形成さ
れ、この先端部は静電気力によりＺ方向に動かすことが
できる。先端部の運動にとって最大の正確さを達成する
ためには、静電気力は理想的なものではない。また、こ
のヨーロッパ特許出願において説明された走査型トンネ
ル顕微鏡は、製造が困難である。
このように、集積方式の走査型トンネル顕微鏡で圧電
手段を先端部移動の手段として採用することが望まれて
いる。
発明の要約 本発明の教示によれば、新規な構造の集積型圧電トラ
ンスデューサおよび先端部に必要な運動を行わせるため
にこの圧電トランスデューサを使用する集積方式の走査
型トランスデューサ顕微鏡の両方が開示される。圧電ト
ランスデューサは、バイモルフ技術を使用する。
圧電トランスデューサの一つの態様では、後工程で除
去されることになるスペーサ材料の層が、シリコンまた
は他の基体の表面の上に置かれる。次いで導電材料の層
がスペーサ層の上に形成され、３つの電極を別々に形成
するようにパターンが描かれる。次に、３つの電極の上
に圧電材料の層が形成され、該圧電材料の層の上に他の
導電材料の層が形成される。さらに、この中間導電体の
上に第２の圧電材料層が形成される。最後に、第２の圧
電材料層の上に第３の導電材料層が形成され、最下層の
導電層の３つの電極に重なるように３つの電極が別々に
形成される。その後で、最上層の導電層の中央電極の上
に先鋭な導電性先端部が形成される。この先端部は、遮
蔽マスクを介して蒸着を行うことにより形成される。蒸
着は、中央の最上方電極の上に、直径が減少し続ける蒸
着材料からなる円錐形部を形成する。直径が減少し続け
る形状は、遮蔽マスクに堆積する材料が先端部形成点の
上方でマスクの穴からゆっくりと離れていくことにより
形成される。
上述の構造が形成された後、圧電材料の両側部がエッ
チングにより除去され、バイモルフ層が形成される。こ
のエッチングにより、中央電極を完全に包むほど圧電材
料が両側に充分に残るようにする。この圧電材料のエッ
チングは、最初にチタニウム・タングステン金属の層を
形成し、この層をエッチング用マスクとして作用できる
形状にすることにより行われる。この金属層は、通常の
写真リゾグラフ技術を使用して圧電材料の縁の位置を決
めることにより行われる。金属のエッチングマスクを形
成した後、金属のエッチングマスクを案内として酸化亜
鉛からなる圧電材料をエッチングする。良好な解像力で
エッチングを行うことができる他の圧電材料を使用する
場合には、金属のエッチングマスクのための層形成およ
びパターン形成の工程は省略してもよい。酸化亜鉛は良
好な解像力でエッチングできない圧電材料である。酸化
亜鉛材料をエッチングする場合には、金属のエッチング
用マスクを形成する工程が解像力を大幅に改善する。こ
こで「解像力」という用語は、酸化亜鉛の縁の位置を制
御できる程度の意味に用いる。
圧電材料をエッチングした後、構造物全体の下にある
スペーサ材料を除去する。このスペーサの除去は、片持
ちのバイモルフが基体に取り付けられる位置まで行う。
このスペーサ材料の除去により、バイモルフ片持ち梁が
形成され、このバイモルフ片持ち梁は基体への取り付け
点から基体上を延び、該バイモルフの底部と基体の上面
との間に空間が形成される。これにより、バイモルフは
圧電材料の影響のもとで、基体の面に対して直角に上下
動して先端部を動かすことができるようになる。この態
様では、４対の電極と２対の圧電材料層が形成されるの
で、先端部の３軸方向の運動が可能になる。
ここに述べた構造を作動させて先端部がラスタ走査運
動を行わせるためには、種々の電圧の組み合わせを、中
央電極と、底部および上部電極層上の外側電極とにより
形成される４対の電極に与える。これらの４対の電極に
与える電圧を適当に制御することにより、先端部は平行
座標の３つの軸のどの方向にも動かすことができるよう
になる。
他の実施例において、前述のように形成された２対の
電極だけを除く２つのピエゾ層を有する２つのバイモル
フ構造は、それらのアタッチメント点から基板に広がる
ように、そして互いに直交し、その交点で接合されてい
るように作られる。これらの２つのバイモルフはカルテ
シアン座標系の３つの軸のそれぞれに沿って交点を移動
するための単一のバイモルフに対して上述の方法と同様
な方法で制御される。他の実施例において、２つの導電
性チップはバイモルフの端に形成され、電極に印加され
た電圧が上手に扱われるので、バイモルフのチップは各
々のチップに対して独立したＺ軸運動と２つのチップに
対し同期したＸとＹ運動を与えるために回転する。
上述のバイモルフ圧電トランスデューサ構造を形成す
る方法の他の好ましい実施例は、上述のようなスペーサ
材料を用いずに、しかしウエハーの裏側から片もちばり
バイモルフの表面下を通して、エッチングによって基板
からバイモルフの片もちばりを自由にするためにシリコ
ン基板上に直接多層構造を形成することである。
本発明の技術による走査トンネル型顕微鏡は、バイモ
ルフチップ移動構造を製造するため、ここに記載された
いずれかの方法を用いることによって、そして例えばバ
イモルフが走査される導電性の表面に接触している他の
ウエハーを集積化している基板に取りつけることによっ
て、走査される導電性の表面に十分接近してチップを置
くことによって作られる。公知の制御回路はトンネル電
流を感知し、そしてバイモルフの電極に印加された電圧
を制御するための半導体材料であるなら、どちらの基板
上に集積されてもよい。
ここで述べらている集積形態における走査トンネル型
顕微鏡は原子レベルで原子スケールのリソグラフィと質
量保存をイメージすることを含む多くのポテンシャル応
用を有している。非常に高密度の質量保存システムはチ
ップに隣接して形成された導電面のラスター走査表面内
で個々の「セル」を定めることによって、この構造を用
いて作られる。各々のセルは１つのメモリロケーション
を構成する。１を形成する各セル内に走査トンネル型顕
微鏡によって検出される充分な大きさの分子を置くこと
によって、また０を形成するセル内にこの分子を置かな
いことによって、各々のメモリロケーションは１又は０
として書かれる。この表面上を走査トンネル型顕微鏡が
走査するに従って、分子が置かれているこれらのセル
は、チップが分子上を通過するにつれて安定したトンネ
ル電流を維持する表面からチップがその制御システムに
よって移動させられる毎に読まれる。特に、分子は他の
滑らかな表面に「ヒル（hill）」を形成する。このヒル
はチップと分子の頂きの間の距離を増加させ、それによ
ってトンネル電流が増加する。制御システムはこの増加
を検出し、バイモルフの片もちばりに適当な電圧を送
り、システムが計測する一定レベルにトンネル電流を下
げるため、チップを表面から充分に遠ざけるようにす
る。バイモルフ電極に送られたこのチップの移動又は電
圧の変化が検出され、論理１として読まれる。各々の新
しいセルを通過するに従って、他の回路はチップ位置の
トラックと信号を維持する。従って、チップが特別なセ
ルを横切るにしたがって、チップのこの移動は１として
読まれ、そしてチップが他のセルを横切るにしたがっ
て、移動がなければ、０として読まれる。この質量保存
システムは、原子のディメンジョンが非常に小さいた
め、莫大な情報記憶密度に対するポテンシャルを有して
いる。
この走査トンネル型顕微鏡の画像への応用は、従来得
られている以上の大きな解像を有する原子スケールにつ
いての表面の特性を調べる能力を与える。これは研究開
発または品質制御目的のための種々の処理段階中に半導
体基板の表面の試験を可能にする。数多くの他の応用が
この分野の知識を有する者によって可能となるであろ
う。
図面の簡単な説明 第１図は典型的な走査トンネル型顕微鏡システムのダ
イアクラムである。
第２（ａ）図及び第２（ｂ）図は、IBMによって発明
された、先行技術である個々の大規模走査トンネル型顕
微鏡の斜視図である。
第３図乃至第10図は、本発明の教示による走査トンネ
ル型顕微鏡用のチップを有する集積単一レバーバイモル
フ片つりばりの好ましい構造の制作の第１工程における
中間段階のバイモルフ片つりばりの横軸に沿った連続断
面図である。
第11図はバイモルフ片つりばりの縦軸に沿った最終の
走査トンネル型顕微鏡の好ましい構造の断面図である。
第12図は、本発明の教示による一つの片つりばりの好
ましいバイモルフ構造の平面図である。
第13図は、軸の移動がどのように達成されるかを説明
するために用いられた一つの片つりばりバイモルフにお
ける４対の電極のダイアグラムである。
第14図は、特別な軸における移動を達成するために印
加された種々の電圧の表である。
第15図乃至第20図は、本発明の教示による変形した２
つのバイモルフ圧電トランスデューサの１つのバイモル
フをとおしての縦断面図である。
第21図は、２つのバイモルフ実施例におけるバイモル
フ構造の横断面図である。
第22図は、基板上に集積された制御回路を有しない本
発明の２つのバイモルフ実施例の平面図である。
第23図乃至第33図は、第10図に示された好ましい構造
或いは第20図及び第22図に示された２つのアーム構造の
いづれかを有する集積圧電トランスデューサ及び走査ト
ンネル型顕微鏡のための好ましい工程における中間段階
の断面図である。
第34（ａ）図及び第34（ｂ）図乃至第36（ａ）図及び
第36（ｂ）図は第10ずの断面図に示された構造を有する
単一のチップバイモルフで達成されるＸ、Ｙ及びＺ軸の
形式を示す。
第37（ａ）図及び第37（ａ）図は独立Ｚ軸移動と同期
Ｘ、Ｙ移動を与える第10図に示した構造を有するバイモ
ルフを用いている２チップ実施例において達成される回
転移動の形式を示す。
実施例の詳細な説明 集積圧電トランスデューサ、このトランスデューサを
用いた走査トンネル型顕微鏡（STM）及びこれらの構造
を得る方法の好ましい、そして変形実施例の詳細を論ず
る前に、STMにおける先行技術の電流状態を調べるため
に、本発明の教示を理解することが助けとなるであろ
う。第１図は本発明の教示による集積化された先行技術
の走査トンネル型顕微鏡システムを示している。第１図
において、地形上の形12及び14等を有する導電性表面10
は導電性チップ16によって走査される。このチップはそ
の先端は非常に狭く、且つ先端18において単一の原子で
完全に終端している。
この先端18は圧電トランスデューサ20によって、導電
性表面10上を走査させる。この圧電トランスデューサの
目的はＸ−Ｙ面における複数のタスター走査線を定める
ことによって、チップを表面上を走査することである。
またトランスデューサ20はＺ軸に沿って、チップ18とチ
ップがある一定の距離にある地形上の形の上部との間に
距離を保つように、チップを前後に移動する。この距離
は通常約１〜10Åであり、チップ18にある原子とチップ
がある地形上の形の上部域にある原子のために、電子の
確率密度関数の重なる範囲内になければならない。チッ
プと表面の間の距離が確率密度関数の重畳領域内（トン
ネル範囲−通常10Å以下）及びバイアス電圧がこの接合
の両端に印加されている限り、トンネル電流はチップ18
と導電性表面の間を流れるであろう。このトンネル電流
は矢印ITによって表される。トンネル電流ITの大きさは
チップと表面間の距離に略関連している。トンネル電流
の大きさは距離が大きくなると減少し、距離が小さくな
ると増大する。このトンネル電流を流すために、バイア
ス電圧がバイアス電源22によって、チップ18と導電性表
面10の間に印加される。電流センサ24はトンネル電流IT
の大きさを感知し、トンネル電流ITの大きさに比例する
フィードバック信号をライン26上に出力する。制御シス
テム28のフィードバック回路はこのフィードバック信号
を受信し、そしてバス30上に適当な圧電トランスデュー
サ駆動信号を発生し、比較的一定値のトンネル電流を維
持するように圧電トランスデューサをチップ16に移動す
るようにする。制御システムはまたバス30上に適当な圧
電トランスデューサ駆動信号を発生し、チップ16を導電
性表面を横切ってラスター走査させるようにする。
第２図はIBMによって開発され、上述のIBM Journal o
f Research and Developmentに開示された典型的走査型
トンネル顕微鏡の概略図である。第２図は構造の機構の
詳細を示す。顕微鏡先端Ｔが第２（ａ）図に圧電三脚台
（X,Y,Z）を有する資料Ｓの表面を走査する。粗い位置
決め器Ｌが資料を三脚台の到達範囲内にもたらす。振動
フィルターシステムＰは外部振動から装置を保護する。
一定のトンネル電流モードの操作において、電圧Vzが第
２（ｂ）図内に示される制御ユニットCUによってＺ圧電
素子に与えられる。制御ユニットは、先端が制御電圧Vx
及びVyを変えることにより表面を横切る間、トンネル電
流を一定に保つ。先端のトレースは、表面の幾何形状と
略類似する。資料表面の電子構造の不均一性はまた先端
トレースにおいても構造を生成する。これは、資料の右
半分に過剰の負電荷を有する２つの表面原子として図示
されている。
プロセスNo1 第３図を参照する。集積化走査型トンネル顕微鏡に集
積化圧電トランスジューサを使用するためのプロセスに
於ける第１の数ステップの後の中間段階を表示する集積
化構造が示される。製造は基板32から開始される。好ま
しくは、この基板はシリコン又は集積化電子回路を形成
するための他の基板であることが好ましい。しかしなが
ら、この基板としては、化学的、機械的、及び熱的に、
基板の頂部に形成される材料と適合することの出来る他
の材料を使用することが出来る。半導体材料の基板32を
形成するために、圧電バイモルフによる先端の動きを引
き起こすのに使用される制御回路を、バイモルフと同じ
基板上に形成することが好ましい。
製造工程の第１段階は、片持梁によって支えられるべ
きバイモルフの位置の下にスペース層34を堆積すること
にある。バイモルフは先端と反対側の端の基板に取り付
けられる。スペース材料がこの取り付け領域に形成され
ないようにする。このスペーサ層は、後で取り除かれ
て、基板32の最上表面（最大の正のＺ座標）とスペース
層34の頂部に形成される圧電バイモルフの下表面（最大
の負のＺ座標）との間に空間が設けられる。これは、圧
電材料バイモルフをＺ軸方向に移動するためのクリアラ
ンス空間を与える。好ましくは、スペーサ材料はチタ
ン、タンタル、タングステン又はポリイミドである。こ
のスペーサ層は、基板32の材料又は上方の電極及び圧電
材料層の材料を浸食しないで選択的にエッチすることの
できる材料でなくてはならない。この種の材料は、クラ
ス１グループの材料と以下呼称される。他の層の材料を
浸食することなしに選択することの出来る如何なる材料
も本発明を実行するために満足される。チタン／タング
ステン合金（10％Ti:90％Ｗ）はクラス１材料であり、
導電体がアルミであり、圧電材料が酸化亜鉛である場
合、過酸化水素水によってエッチングできる。ポリイミ
ドが酸素プラズマによって選択的にエッチできるクラス
１材料の他の例である。スペーサ層34の厚さはバイモル
フを負のＺ方向に移動するために十分な空間を与えるの
に適切でなければならない。
次に、導電的材料層がスペーサ層の頂部に堆積され
る。導電的材料のこの層は、ホトリソグラフィーによっ
てパターン化されてエッチされ、３つの電極36、38及び
40を形成する。これらの電極の目的は、全体の構造が詳
細にされた後、明瞭になる。電極38は、図中に於いて電
極36及び40よりもより狭く示されているが、実際は電極
36、38及び40は通常全て同じ大きさを有していることに
注意する。しかしながら、このことは必ずそうしなけれ
ばならないということではない。電極36、38が形成され
る導電層は好ましくはアルミであり、0.1から1.0μ厚に
堆積されるのが好ましい。電極36及び40がパターン化さ
れて、約３μ幅にエッチされる。
第４図を参照する。圧電材料の第１の層が堆積された
後集積化圧電走査型トンネル顕微鏡の製造の他の中間工
程が示されている。最初の３つの電極を製造した後、こ
のプロセスの次のステップで、圧電材料の第１の層がチ
ップの全表面上に堆積される。この層42は、この構造の
好適な実施内に於ける酸化亜鉛であり、酸素雰囲気中で
反応スパッタリングによって２μ厚の堆積される。酸化
亜鉛を堆積するための方法はよく知られており、これは
以下の参考文献に記述される。
Rozgonyi及びPolito Preparation of ZnO Thin Film
by Suputtering of the Compound in Oxygen and Argo
n,Applied Pysics Letters,pp.220−223,Vol.8,Number
9（1966）;Denburg,Wide-Bandwith High-Coupling Sput
tered ZnO Transducers on Spaphire,IEEE,Transaction
s On Sonics and Ultrasonics,pp.31−35,Vol.SU−18,N
o.1,（Jan.1971）;Larson et al.,RF Diode Sputtered
ZnO Transducers,IEEE Transactions on Sonics and Ul
trasonics,pp.18−22（Jan.1972）;Shiosaki et al.,Lo
w-fraquency Piezoelectric-Transducer Applications
of ZnO Film,Applied physics Lett.,pp.10−11,Vol.3
5,No.1,（1 july 1974）;Khuri−Yakub et al.,Studies
of the Optimum Conditins for Growth of RF-Sputter
ed ZnO Films,pp.3266−3272,Journal of Applied Phys
ics,Vol.46,No.8（Aug.1975）;Chen et al.,Thin Film
ZnO-MOS Tansducer with Virtually DC Response,pp.35
7−362,Sensors and Actuators,4（1983）;Kim et al.,
IC-Processed Piezoelectric Microphone,pp.467−8,IE
EEElecctron Device Letters,Vol.EDL−8,No.10（octob
er 1987）． 次に導電材料44の層が第１の圧電層42上に堆積され
る。この導電層の目的は、バイモルフを形成するのに使
用される圧電材料の２つの層間の中心電極を形成するこ
とにある。好ましくは、層44はアルミであり、0.1から
1.0μ厚に堆積される。この層から中心電極が約10から2
00μの厚さでホトリソグラフィー的に形成される。
第５図を参照する。第２の圧電層が堆積された後のバ
イモルフの製造に於ける他の中間段階が示されている。
この第２の圧電層46はこの構造の好適な例においては酸
化亜鉛であり、２μ迄の厚さに堆積される。次に、導電
材料の層が、第２の圧電層46の頂部に堆積される。好ま
しくは、導電材料のこの層は約0.1から1.0μ厚のアルミ
である。ある実施例においては、更に1000オングストロ
ームの金がアルミの頂部に堆積される。この導電層か
ら、３つの電極48、50、及び52がホトリソグラフィーパ
ターンニングによって形成される。これら電極は電極3
6、38及び40の位置と整列され、同じ電極幅を有してい
る。好ましくは、電極48、50及び52はリフトオフ技法を
用いて堆積される。
第６図を参照する。中心電極50の頂部を形成するプロ
セスの第１の数工程が達成された後の製造プロセスの中
間段階が示される。蒸着による金属錐の形成は新しい技
術ではなく、Spindt等によってJ.Appl. Phys.47,5248
（1976）に以前記述されている。第６図は、集積化シャ
ドーマスクを使用する先端形成プロセスの別の例を示し
ている。
基本的に、十分にシャープな先端を形成するプロセス
は、シャドーマスクを使用して最も旨く達成される。第
６図において、このシャドーマスクが、最上方の３つの
電極48,50の郡に渡って堆積される層から形成される。
この構造の好適な例において、別のウエハーが処理され
て、アライメントキーを有するシャドーマスクが形成さ
れる。この別のウエハーは、各ウエハー上のアライメン
トキーを位置合わせすることにより第５図に示される構
造上に位置される。この別のウエハー及び第５図の構造
が次に処理されて、シャドーマスク内の開口が中心電極
50上に正しく整列できる様な、ロック及びキーの物理的
特徴が設けられる。第６図に示される別の例において、
集積化シャドーマスクを形成する第１のステップは、ク
ラス１スペーサ材料の層54を堆積することにある。再
び、この層54は、電極48、50及び52の材料又は46及び42
の酸化亜鉛を浸食しないエッチャントによって選択的に
エッチング可能でなければならない。スペーサ材料54の
層はスペーサ層34内で使用されるのと同じ形態の材料で
ある必要はない。しかしながら、これらの層の両方の材
料はクラス１材料のグルプからのものでなければならな
い。層54上にパターンニングは達成されないで、全構造
を覆うことが可能である。次に、クラス２材料、好まし
くは銅からなる層56がスペーサ層54上に堆積される。ク
ラス２材料は、その上方及び下方で使用されるクラス１
材料を浸食しないエッチャントで選択的にエッチされ、
先端の材料をエッチングすることなしに先端を形成した
後にエッチングにより除去出来る如何なる材料である。
この構造の好適な例において、スペーサ層54は1000オン
グストロームのチタン／タングステン合金である。クラ
ス２材料の層56は好ましくは２μである。次に、クラス
１のスペーサ材料の5000オングストローム厚の層58がク
ラス２の層56に渡って堆積される。
第７図は、スペーサ層58をエッチし、クラス２の層56
をアンダーエッチした後のチップ形成中の中間工程にお
ける構造を示す。チップの形成は、シャドーマスクを通
しての金属の蒸着によって行われる。シャドーマスクの
上に蒸着材料が体積することによってシャドーマスク開
口が閉鎖される前に、金属錐の形状のチップが形成され
るように、シャドーマスク開口は、チップが形成される
べき表面より上方の位置に設けねばならない。第７図に
おいて、シャドーマスクは層58であり、シャドーマスク
開口はこの層の開口60である。この開口60は、クラス１
材料に対する選択的エッチャント及び通常のホトリソグ
ラフィー技術を使用して形成される。開口60は１−２μ
と決められ、電極50の中心上に中心を有する。一般的
に、開口60のサイズは中央電極50のサイズよりもより小
さくすべきである。層58のクラス１材料はチタン／タン
グステン合金である場合は、この選択的エッチングに対
する好適なエッチャントは加酸化水素水である。
開口60がエッチされた後、銅層56は、開口60の周辺が
アンダーエッチされる様にしてエッチされる。このアン
ダーエッチング工程の目的は、後で形成されるべき先端
錐の壁に対するクリアランス空間を与えるためである。
層56のクラス２材料のアンダーエッチング工程はクラス
２材料のみを浸食する選択的エッチャントを使用するこ
とにより達成される。層56が銅の場合は、このエッチン
グは開口60をマスクとして使用し、それぞれ10:1:100の
比の硝酸、過酸化水素、及び水の混合物を使用して達成
された。即ちこのエッチャントはHNO310部、H2O2１部、
H2O100部からなる。
第８図を参照する。チップ形成後であるが、チップ形
成の過程で形成される層を除去する前の中間段階の構成
の構造状態を示している。チップ材料の蒸着前に第３の
エッチステップを遂行して層54のクラス１の材料を選択
的にエッチングして中心電極50の上に孔を形成する。あ
る実施例では、それからクリーニングステップを遂行し
て電極50の表面を清掃してチップ沈着に備える。これに
よってチップ材料を電極50への固着を一層よく保証でき
るようになる。層54の選択的エッチングを行うのに、時
間を決めた液体エッチングもしくはプラズマを使って、
電極50の頂面を露出する。このエッチングステップで層
58を少し、そして層54を全部エッチングして電極50迄至
る。このため層58はは層54の少なくとも２倍、好ましく
は３倍厚く形成されているべきである。第３のスパッタ
エッチングを使用して必要ならば電極50の表面を清掃す
る。層54の孔の境界が層56の孔の境界に対して何処にあ
るかは、層54のエッチングするのに液体エッチングを使
用しているか、プラズマエッチングを使用しているかに
よって決まる。液体エッチングでは層54の孔の境界は層
56の孔の境界に極く接近している。しかし、プラズマエ
ッチングを使用すると、層54の孔の境界は層58の孔60の
境界と大体同じ位置になる。
次にチップ66を形成する。好ましい実施例では、この
チップはタンタルもしくは何か他のクラス３の材料を真
空中で蒸着して形成される。以下に説明する第３クラス
の材料の特性を持つのであればチップ66に他の材料を使
用できる。クラス３の材料は、それが空気中でそれと判
る程に酸化することはなく、そして層56のクラス２の材
料を選択的に酸化するのに使用するエッチング用試薬に
よって腐食されない材料でなければならない。タンタル
は、もし層56に銅を使えば上に述べたような材料であ
る。チップのための他の材料は蒸着によって貴金属を被
膜したアルミニウムである。又は、チップは貴金属だけ
でもよいし、もしくは上に述べたような仕方で選択的に
エッチングできる何か他の導体であってもよい。
表面から上に（約１−５ミリ）離れた点からクラス３
の材料62を蒸着して層64を形成する。孔60を通して蒸着
を継続していくにつれて、層64の孔の側壁に蒸着材料が
沈着していくため孔の直径はゆっくり減少していく。層
64の孔の直径が連続して減少していくにつれ、この孔の
下に形成されているチップ66においてその材料の円錐の
直径も減少する。層64の孔が最後に閉じるとチップ66の
形成は完了し、そして非常に鋭いチップ（チップ半径は
1000オングストロームより小さい）がつくられる。
第９図を参照する。シャドーマスク層のリフト・オフ
と酸化亜鉛エッチングマスク層の沈着後の中間段階の構
造の断面を示す。第８図を参照して説明した処理ステッ
プに続いて、層54、56、58、64を取り除いてチップ66を
露出することが必要である。これは、リフト・オフエッ
チングを使用して層56ノクラス２の材料を取り除いて行
う。このリフト・オフエッチングは層54の上のすべての
層、すなわちクラス２の層56、クラス３の層64そしてク
ラス１の層58を取り除く。
次に、圧電層47、42をエッチングしてバイモルフ・カ
ンチレバービームの側壁を決めることが必要である。こ
れは、上述の酸化亜鉛のためのエッチングマスクとして
働く残りの層54をホトリトグラフィック・パターンニン
グすることによりなされる。層54は第９図の形にパター
ンをつけられる。この層の縁70、72は電極層44の縁74、
76の外にＸ軸に沿って位置している。このような位置と
した理由は、中間電極の縁74、76が層46、42の酸化亜鉛
で完全に包まれることを保証することである。この目的
は、破壊電圧を低下させ、こうでんあつで動作できなく
する電極36、40、44、48、52の間の漏洩電流やアーキン
グを防止することである。エッチングマスク68の形成目
的は圧電層42、46のエッチングの精密度を改善すること
である。ホトレシストを使用して酸化亜鉛のような圧電
材料をエッチングすると、ホトレジストの縁に対して圧
電材料の縁を精確に位置決めするにはそのエッチングの
精密度は悪すぎる。この縁の位置を確かなものとするに
は、先ずチタン／タングステン合金のようなクラス１の
材料のエッジングマスクを形成し、それからこのエッチ
ングマスクを使用して圧電材料のエッチングを案内す
る。こうして、層68が形成されると15グラムのNaNo3、
５ミリリットルのHNO3、そして600ミリリットルのH2Oの
溶液を使用して圧電気層46、42を縁70、72の大体の位置
まで腐食する。
チップを露出して、そして圧電気層を腐食してから、
スペーサ層34を選択的に腐食してカンチレバーを自由と
する。
スペーサ材料34とエッチングマスク層54との選択エッ
チングの後で本発明の教示に従って集積形態でつくった
好ましい最終の圧電気バイモルフトランスジューサ構造
体を、横断面で第10図に示す。スペーサ層34の除去によ
って孔78を形成することに地位されたい。このボイドに
よってチップ66は圧電気材料が発生する力によりＺ軸に
沿って動けるのである。
第11図はＹ−Ｚ面でのバイモルフ・カンチレバーの断
面図であり、第10図はＸ−Ｚ面での断面図である。バイ
モルフ・カンチレバーの平面図は、Ｘ−Ｙ面でＺ軸に沿
って見下ろした状態で、第12図に示す。第12図は裁断線
10−10′で第10図を裁断し、裁断線11−11′で第11図を
裁断して断面での位置を示している。第11図を参照す
る。第11図でバイモルフ構造のカレンチレバーの特徴に
注意されたい。バイモルフは構造体32へ領域80でだけで
取りつけられている。第12図の相対的な寸法は販売され
るものの実際の設計を正しく示しているものではない。
ボンデイングパッド89、91、93は導線路によって電極4
8、36、44から成る二対の電極へ結合されている。ボン
デイングパッド97、99、101は導線路によって電極52、5
0、44から成る二対の電極へ結合されている。ボンデイ
ングパッド95は導線路によって電極50、38とチップ66と
の両方へ結合されている。基板32に制御回路を組みつけ
た実施例では第12図のボンデイングパッドは省略でき
る。
STMに必要とされる付加的な要素 第11図を再び参照する。第11図のカンチレバー・バイ
モルフ圧電気トランスデューサを多くの商業的適用を有
するシステムに変えるに必要とされるスキャンニング・
トンネリング顕微鏡のいくつかの付加的な要素がある。
導電面84を有する上のウエーハ82にキャビチー86をつく
り、このウエーハ82は基体32へ取りつけられ、導電面84
は上になっていて、チップ66の端から数ミクロン内にあ
って、チップはバイモルフの屈曲によって面84までくる
ことができる。スキャンニング・トンネリング顕微鏡
（STM）の好ましい実施例ではウエハー82はパイレック
スもしくはシリコンであるが、別の実施例ではウエハー
82はその構造体の他の材料と機械的、熱的そして化学的
に両立できる何か他の材料でよい。ウエハー82と基体32
との間に十分な結合をつくり、そしてキャビティー82を
つくり、導電面84をウエーハ82へ取りつけるのに適当な
従来の便利な製作技術を利用できるような材料がウエー
ハ82の材料であるのが好ましい。更に別の実施例では、
ウエーハ82はそれ自体が導電材料であって、別の導電面
84を取りつける必要がないようにしてもよい。このよう
な実施例ではキャビティー86は問題のウエーハ82の部分
がチップ66によって走査されるようにするものであるべ
きである。又、電極36、38、40、44、50、52は圧電気層
を通してそして基体32の面を横切ってボンデイングパッ
ドに至る導電路を有し、適当な電圧をこれらの電極へか
けるとチップ66は所望の仕方で走査する。もしこれらの
導電路が基体32の面とウエーハ82の合わせ面との間を通
ると、これら２つの構成要素の材料は導電路が正しく形
成されるように選択される。
ある実施例ではバイアス電流を供給し、そして種々の
電極にかかる電圧を制御する制御回路を基体に一体に組
み込む。ブロック88は既知の仕方で基体にそのような既
知の回路を一体としたものを現す。ブロック88の位置は
例示に過ぎない。この回路は基体の側面に、基体の凹所
に、もしくはバイモルフカンチレバーを形成した側と反
対のウエーハの側面に組込めるからである。回路の適当
な接続点に種々の信号や制御電圧を印加する路筋を簡単
にするような位置に回路を組み込むのが好ましい。
第11図の構成を大容量記憶装置、マイクロスコピック
・ホトリソグラフィー、像形成や他の商業的用途に使用
できる。
第13図を参照する。バイモルフカンチレバーを断面で
示して、平行座標系内でカンチバーを動かすように種々
の電極を走査する仕方を示す。第13図の断面図は第12図
の断面10−10′と同じ向きである。第13図のベクトル
１、２、３、４は４対の電極間に存在する電界ベクトル
を表している。電界ベクトル１は電極52と中心電極44と
の間の電界を表している。電界ベクトル２は外側電極40
と中心電極44との間の電界を表している。電界ベクトル
３は電極48と中心電極44との間の電界を表している。電
界ベクトル４は外側電極36と中心電極44との間の電界を
表している。各場合、電界は問題の区域に境界を接して
いる電極の対へ印加される電位差に直接比例する。
圧電気酸化亜鉛の性格としては、もし（その圧電気酸
化亜鉛の結晶Ｃ軸に沿っている）Ｚ軸に電界が係るとそ
れはその軸に沿って収縮し、そしてそれは同時にＸ軸と
Ｙ軸の両方に沿って伸長するようなものである。Ｙ軸に
沿う伸長、収縮とはバイモルフの屈曲を生じる。こうい
うことで以下の説明はＹ軸の運動だけに限ることとす
る。
第14図を参照すると、デカルト座標系における所望の
運動のテーブルが示され、このデカルト座標系は第13図
の左部分に示されている座標軸を有し、前記テーブルは
これらの所望の運動をテーブルの左半分に与えられた関
係にしたがって圧電材料における相対膨張と相関させた
ものである。第14図のテーブルを解釈する方法は次の通
りである。第13図のバイモルフを−Ｘ方向にのみ運動さ
せることを所望する場合には、電極52及び44、並びに電
極44及び36を充電して、これらの二対の電極の間の層46
及び42における圧電材料のＹ軸方向膨張もまた等しく
し、かつ、それぞれ電極対48及び44と電極対44及び46の
間のＹ軸方向膨張を、電極52及び44、並びに電極44及び
40のそれぞれの間の膨張よりも小さくすることが必要に
なる。言い換えれば、第13図のベクトルないしを、
そのベクトルが通過する局部領域の層46及び42における
圧電材料のＹ軸方向膨張の相対的大きさと考えると、バ
イモルフの−Ｘ方向の運動を得るためには、領域１及び
２における膨張を等しくかつ領域３及び４における膨張
よりも大きくする必要がある。これにより、バイメタル
における一の金属層の膨張が他の金属層の膨張よりも小
さい場合には、バイモルフはバイメタル片と同じ機械的
状態で−Ｘ方向に運動する。これにより、バイメタル片
に力が加わってそれを膨張の小さいパイメタル片の方へ
曲げる傾向がある。第14図によれば、＋Ｘ方向の膨張に
ついて、その状態は、前述の状態と全く逆になることが
わかる。すなわち、領域３及び４の膨張は等しくかつ領
域１及び２の膨張よりも大きい。同様に、−Ｙ方向の運
動、すなわち、先端66の紙面へ向かう方向への運動につ
いて、電極48、52、44、36及び40を充電して領域１〜４
の圧電材料をすべて等しい量だけ収縮させる必要があ
る。この収縮は、膨張が０よりも小さくなるにつれて大
きくなる。＋Ｙ方向運動についても、同じ電極を充電し
て領域１〜４をすべて同じ量だけ膨張させる必要があ
り、この量は、膨張が０より大きくなればなるほど大き
くなる。＋Ｚ方向の運動については、その電極を充電し
て、領域２及び４の膨張を等しくしかつ領域１及び３の
膨張よりも大きくする必要がある。同様に、−Ｚ方向運
動について、電極を充電して領域１及び３の膨張を等し
くしかつ領域２及び４の膨張よりも大きくする必要があ
る。
第13図の左部分の３軸座標系で定まるデカルト空間に
おいて、任意の１つの座標軸との関係を他の座標軸との
関係と重ね合わせることにより任意の所望の運動を得る
ことができる。すなわち、−Ｘ及び＋Ｙ方向の運動の双
方を同時に必要とする場合には、第14図のこれらの２つ
の行に示された関係を重ね合わせて、４つの領域のすべ
てを等しくＡの量だけ膨張させて所望のＹ成分を得、一
方、領域１及び２を領域３及び４の膨張量よりも大きい
Ｂの量だけさらに膨張させて所望の−Ｘ成分を得る。電
極10は、ただチップ66との唯一の接続部としてのみ作用
する。底部電極38は、上部中心電極50及びチップ66に加
わったのと同じ電極で充電されて、中心電極50の下の圧
電層46の膨張又は収縮により起きる任意にスプリアスな
寄生運動を除去する。任意のこのような運動は、底部中
心電極38上の電荷により生じる層42の運動により除去さ
れる。
プロセス ＃２ 第15図には、本発明の技術による圧電トランスデュー
サの実施例である２アームバイモルフの組み立て工程の
最初の状態が示されている。第15図ないし第20図は、前
述のプロセスにより製造されたトランスジューサの第11
図に示されたものと同様のバイモルフ長を有するものの
図を示していることに注意されたい。第15図には、裏面
エッチング技術を用いた２アームバイモルフの１つのア
ームを作成するプロセスの中間段階が示されている。基
板92が選択され、この基板は、好ましくは半導体、しか
し、他の実施例では、微細加工できる材料であるのが好
ましい。基板は、その制御回路がバイモルフ自身と同じ
ダイで集積できるので半導体が望ましい。プロセスの第
１工程は二酸化シリコン94の層の厚さを500Åになるま
で成長させることである。次に、窒化物（Si3N4）の層
の厚さを900Åまで成長させ、従来のフォトリソグラフ
ィー技術を利用して酸化物層94と窒化物層96を貫通する
孔を形成し、且つ、エッチングして92で示される基板92
の表面を露出させる。
第16図には、空洞をエッチングした後の２アームバイ
モルフ製造プロセスの更なる中間段階が示されている。
第15図に示されるような二酸化シリコン及び窒化物層の
開口の位置を定めたのち、KOHエッチングが用いられて
基板92内に深さ350μのトレンチをエッチングする。そ
の際窒化物層はエッチングマスクとして用いられる。こ
のトレンチは100で示されている。その後、窒化物層96
は剥がされてシリコン酸化物層94のみが残される。整合
マークは、その後、面Ａにパターン化されて面Ｂのパタ
ーンと整合されるようになる（第15図参照）。
第17図は、第１電極層の付着後における、プロセスの
さらに別の中間段階を示す。次の工程は、0.1〜1.0μの
アルミニウムを付着させ、それをパターン化して102で
示される電極を形成することである。
第18図は、第１圧電層の付着及び中心電極の形成後に
おける、別の中間段階を示す。102を形成した後、圧電
材料の層104が付着させられる。この層は２μの亜鉛層
又は他のいくつかの圧電材料で成る。次に、0.1〜1.0μ
のアルミニウム層が付着させられ、パターン化され、エ
ッチングされて中心電極106を形成する。
第19図には、圧電材料の第２層及び上部電極が形成さ
れた後における、２アームバイモルフ製造プロセスの中
間段階が示されている。中央電極106を形成した後、２
μの圧電材料が層108に付着させられる。この層は亜鉛
酸化物又は他のいくつかの圧電材料で成る。次に、0.1
〜1.0μのアルミニウム層及び1000Åの金の層が圧電層1
08の上に付着させられる。この導電材料層はその後パタ
ーン化され、リフトオフ技術を使用して上部電極110及
びチップ電極112を形成する。第20図には、チップが形
成されてバイモルフを露出させるようにアンダーエッチ
ングされた後における、２アームバイモルフ製造プロセ
スの別の中間段階が示されている。チップ114を形成す
るプロセスは、第３図〜第10図を参照して記載されたも
のと同じである。チップを形成した後、亜鉛酸化物はパ
ターン化され、エッチングされて縁部を形成する。この
プロセスは、第３図〜第10図を参照して記載されたプロ
セスに使用されるものと同じクラス１のエッチングマス
ク材料を使用して行われる。最後に、プラズマエッチン
グが使用されて基板92の残りの部分をシリコン酸化物層
94に至るまでエッチングして、領域118の基板のアタッ
チンメントからバイモルフアームを露出させる。
第21図は、第20図の線21−21′に沿ったバイモルフの
断面を示す。第21図に示されているように、第21図のバ
イモルフには２対の電極だけが存在する。これらの２対
の電極はそれぞれ電極110及び電極106、並びに電極106
及び電極102である。当業者は、この構造によって、バ
イモルフがＺ軸上を上下に曲がるようになり、Ｘ軸上を
長手軸方向に膨張又は収縮する。
３軸のデカルト座標運動を得るために、第20図及び第
21図に示される構造を有する第２アームが形成されて第
20図及び第21図のバイモルフと、チップ114の位置で結
合されなければならない。このバイモルフの構造の平面
図は、第22図に示されている。
第22では、断面の線20−20′は、第20図に示された第
22図の構造の断面の位置を指示している。第22図に示さ
れた構造では、２つのバイモルフアーム116及び118が基
板92から直角に延び、チップ114の近接位置で結合され
ている。バイモルフ116はチップ114をＺ軸に沿って上下
にかつＸ軸に沿って長手軸方向に移動することができ
る。バイモルフ116はチップをＺ軸に沿って上下にかつ
Ｙ軸に沿って長手軸方向に移動することができる。バイ
モルフ118は、３つの電極110、106及び102を有し、これ
らの電極は、それぞれ、接着パッド120、122及び124に
結合されている。これらの接続部は電気導体126、128及
び130を介して行われ、これらの電気導体は基板92の表
面と同時にフォトリソグラフィー技術により形成されて
いる。チップ114は、電気導体132により接着パッド134
に結合されている。バイモルフ116の対応する３つの電
極は接着パッド136、138及び140に結合されている。別
の実施例では、６つの電極にバイアス電圧を与えてチッ
プの運動を起こさせ、かつ、正確な電圧でそのチップ11
4をバイアスする回路網は基板上に集積化されて、それ
により、第22図の下部分に示された接着パッドを設ける
必要を排除してもよい。このような実施例では、接着パ
ッドは、チップをバイアスし且つ電極を駆動するのに用
いられる回路網に電極を供給するために設けられてい
る。
プロセス ＃３（好ましいもの） 第10図の構造を有する１アーム圧電トランスジューサ
又は第22図に平面図で第20図に断面図で示されている２
アームバイポッド圧電トランスジューサのいずれかを製
造するには、以下に示すプロセスが好ましい。第23図に
は、走査トンネル型顕微鏡を製造するのに好ましいプロ
セスの中間段階が示されている。このプロセスの第１工
程は、厚さ380μの〔100〕シリコンウェーハを標準酸洗
浄液で洗浄する。この洗浄プロセスの詳細は、付録Ａに
記載されている。この付録Ａは、好ましいプロセスのた
めの詳細なプロセススケジュールである。次に、二酸化
シリコンの層136は熱により厚さ5000Åまで成長する。
その後、低圧力化学蒸着（LPCVD）を用いて二酸化シリ
コン上に窒化シリコンの層138が厚さ1000Åまで付着さ
せられる。
第24図には、裏面ピットをエッチングした後のプロセ
スの次の工程が示されている。このプロセスの直後にバ
イモルフカンチレバーが形成されるようにするために、
裏面エッチングが用いられる。このプロセスの第１工程
は、裏面のピッチをエッチングすることである。負のホ
トレジスト（図示せず）が加えられてパターン化され、
ピットの位置を定める。その後、酸素プラズマエッチン
グが用いられて、そのピットが形成されるべきホトレジ
ストの開口から残るカスを除去する。このプラズマエッ
チングの詳細は、付録Ａにより与えられる。次に、窒化
物層138は、1:1の比のSF6及びF13B1プラズマエッチング
技術を用いてエッチングされる。その後、酸化物層136
は6:1の緩衝酸化物エッチング溶液（BOE）を用いてエッ
チングされる。この２つのエッチング工程に続いて、残
るホトレジスト（図示せず）が除去され、ウェーハが付
録に記載されたプロセスを用いて洗浄される。その後、
基板140から340μのシリコンが、エッチングマスクとし
て窒化物／酸化物層を用いてエッチングされる。このエ
ッチングは、80℃において30％KOHエッチングを用いる
ことにより行われる。その後、ウェーハはH2O:HCLが10:
1の溶液でリンスされ、その後、さらにリンスされて非
イオン化ウェーハとなる。これによりピット142が残さ
れる。
基板140は研磨された前面144を有している。各種のパ
ターン形成工程の相互のアライメントを容易にするため
に、整合マスクがこの表面にエッチングにより形成され
る。第25図は、この整合マークを形成する手順は、ホト
レジストをパターン化して整合マーク146の位置を定め
ることにより始まる。その後、酸素プラズマエッチング
が用いられて開口からカスを除き、窒化物層138及び酸
化物層136が、第24図に示された上記手順と同じ手順を
用いてエッチングされる。非イオン化ウェーハリンス及
び窒化物の周囲の乾燥円が形成され、その後、SF6：C2C
lF5の比が1:1のプラズマエッチングを用いて３μのシリ
コンをエッチングすることにより行われる。その後、ウ
ェーハは付録Ａに概要が記載された手順により洗浄さ
れ、残るホトレジストが除去される。その後、165℃に
おいて１時間だけ濃縮H3PO4を用いて窒化物層138が剥が
され、その後、無イオン化ウェーハリンス及び窒化物の
周囲の乾燥円が形成される。
次の段階が第26図に示されている。底部電極148を配
置するため、電極のパターンは陽性レジストリフトオフ
プロセスを用いて形成される。電極の金属は室温におい
てアルミニウムの1000オングストロームの電子ビーム蒸
着によって取り付けられている。過剰のアルミニウムは
加熱アセトンにウェハーを浸すことによって除去され
る。次いで、ウェハーは新しいアセトン、メタノールお
よび非イオン化とした水ですすがれ、窒素雰囲気の中で
乾燥される。
第27図は次の段階を示す。下部電極を配置した後に
は、圧電層を設けることが必要である。この圧電層の形
成は、30秒間表面をクリーニングする第一スパッタと、
対象物を200℃の温度に保持して行う酸化シリコン150の
1000オングストロームの電子ビーム蒸着によってなされ
る。次いで、２ミクロンの酸化亜鉛の層152を30ミリト
ルにおいて酸素：アルゴンの比が5:1の雰囲気の中で亜
鉛ターゲットを用いてスパッター配置する。この過程の
間においては対象物は300℃に保たれる。次いで、酸化
シリコンの1000オングストロームの層154を200℃におい
て電子ビーム蒸着を用いて酸化亜鉛上に被覆する。
第28図は中間電極が形成された後の中間段階を示す。
中間電極156を配置するため、電極のパターンはマスク
＃４および陽性レジストおよびリフトオフ技術を用いて
形成される。次いで、1000オングストロームのアルミニ
ウムの層が室温ウェハー保持器を用いて電子ビーム蒸着
によって形成される。過剰アルミニウムはウェハーを加
熱アセトンに浸すことによって取り除かれる。次いで、
ウェハーは新しいアセトン、メタノールおよび非イオン
化した水ですすがれ、さらに窒素雰囲気の中で乾燥され
る。
第29図は上部酸素層が形成された後の段階を示してい
る。まず第一に、30秒間ウェハーはスパッター清掃され
る。次いで、1000オングストロームの酸化シリコン158
を200℃に保った対象物に電子ビーム蒸着する。圧電物
質160の頂上層は、対象物を300℃に保ち、30ミリトルで
酸素：アルゴンの比が5:1の混合気中において亜鉛ター
ゲットを用いて２ミクロンの酸化亜鉛を被覆することに
よって形成される。最後に、1000オングストロームの酸
化亜鉛の層162が対象物を200℃に保ったまま酸化亜鉛上
に電子ビーム蒸着される。
第30図は頂上層が形成された後のウェハーの状態を示
す。頂上電極164は陽性レジストリフトオフ方法を用い
てパターンを形成することによりつくられる。次いで、
500オングストロームのアルミニウムがウェハー室温保
持器および電子ビーム蒸着を用いて被覆される。この被
覆に続いて、ウェハー室温保持器を用いて500オングス
トロームの金が電子ビーム蒸着される。過剰の金および
アルミニウムはウェハーを加熱アセトンに浸すことによ
って取り除かれる。次いで、ウェハーは新しいアセト
ン、メタノールおよび非イオン化した水ですすがれ、さ
らに窒素雰囲気の中で乾燥される。
第31図は酸化物が形成された後のウェハーを示す。第
一に、ウェハー非加熱保持器を用いて3000オングストロ
ームのチタニウム／タングステンがスパッター被覆され
る。次いで、酸化物のパターンが、エッチマスクとして
使用されることになっているチタニウム／タングステン
層内部に形成される。これは、チタニウム／タングステ
ン層上に被覆したフォトレジスト内に所望のパターンを
形成し、さらに室温で30分間30％H2O2を用いてチタニウ
ム／タングステン層をエッチングすることによって行わ
れる。次いで、ウェハーは非イオン化した水ですすが
れ、窒素雰囲気の中で乾燥される。酸化物のパターン形
成は6:1に緩衝された酸化物エッチを用いて頂上酸化シ
リコン層162をエッチングすることによって開始され、
次いで非イオン化した水ですすがれる。上部酸化亜鉛層
160は15gのNaNO3、5mlのHNO3、600mlのH2Oからなる溶液
中でエッチされ、次いで非イオン化した水ですすがれ
る。酸化シリコンの中間層158は層162と同様にしてエッ
チされ、酸化亜鉛の底部層152は、頂上層160のエッチの
際に用いたのと同じ溶液を用いてエッチされる。酸化シ
リコンの底部層160は酸化シリコンの他の層をエッチす
る際に用いたのと同じ溶液を用いてエッチされる。次い
で、ウェハーは非イオン化した水ですすがれ、乾燥され
る。付いで、全ての上部層が取り除かれてシリコン基質
を晒している範囲内におけるウェハーの頂部から３ミク
ロンのシリコンを取り除く。これはSF6：C2ClF5が1:1で
あるプラズマエッチを用いて行われる。次いで、ウェハ
ーは清掃され、レジストはアセトン、メタノールおよび
非イオン化した水を用いて剥がされる。残ったチタニウ
ム／タングステンエッチマスクは室温において30分間30
％H2O2に浸され、除去される。ウェハーは次いで非イオ
ン化した水ですすがれ、乾燥される。
酸化物層がエッチされた後、結合パッド金属が陽性フ
ォトレジストリフトオフ方法を用いてパターンを形成す
ることにより被覆される。この金属はウェハー室温保持
器を用いて１ミクロンのアルミニウムを電子ビーム蒸着
することによって被覆される。過剰のアルミニウムはウ
ェハーを加熱アセトン内に浸すことによって取り除かれ
る。次いで、ウェハーは新しいアセトン、メタノールお
よび非イオン化した水の中ですすがれ、乾燥される。
次いで、ウェハーのサイドＢはダイヤモンドチップソ
ーを用いてけがかれる。
第32図は先端フォーメーション用のシャドーマスクが
置かれ、先端被覆が起こった後のウェハーを示す。最初
に、ウェハーは30秒間スパッター清掃される。次いで、
第32図に示す断面を有するように別個のウェハーを形成
する。このウェハーは孔166を有し、整列マーク146と適
合する整列マークを有している。シャドーマスク168の
ウェハーは基質140に接合される。この際、整列マーク
は、孔166が先端168に対する頂上電極164上の所望の位
置にくるように合わせられる。その後、シャドーマスク
が所定の位置に置かれ、５〜10ミクロンの所望の先端物
質、例えばニオブまたはタンタルが孔166を通して注が
れ、先端168が形成される。ここで注意すべきことは、
好適な実施例においては、第32図に示す構造はウェハー
上の複数の位置において形成され、片持ちはりに対する
全ての先端の所望の位置における複数の孔に対してただ
１個のみのシャドーマスク168が用いられることであ
る。最後に、シャドーマスクは先端を傷つけないように
注意深く取り除かれる。
次いで、片持ちはりはその長さ方向に沿って基質から
分離される。第33図はこの工程が行われた後の構造を示
す。分離は、ウェハーのサイドＡ上に10ミクロンの陽性
レジストを被覆し、けがいたばかりの構造を保護するこ
とによって行われる。次いで、ウェハーはバックサイド
エッチが行われ、ウェハーのサイドＢをSF6：C2ClF5が
3:1であるプラズマエッチを行うことによってピット142
の底部において残りのシリコン膜に対してエッチが行わ
れる。このエッチの詳細は付録Ｘに示されている。次い
で、フォトレジストはアセトン、メタノールおよび空気
乾燥サイクルを用いて剥がされる。次いで、ウェハーを
けがき線にそって割ることによって各ダイが分断され
る。
酸化シリコン層136の存在によってアルミニウム層148
の成長が促進されることが判明した。また、アルミニウ
ム層148は酸化亜鉛層152、160の成長を促進する。ま
た、これによって、層148の金属によってショートする
ことなく、片持ちはり下方に導電路を形成することがで
きるようになる。酸化シリコン層150、158の存在によっ
て酸化亜鉛層152、160の成長が促進される。酸化シリコ
ン層154、162の存在によって、片持ちはりを形成する被
覆方法の間において生じる片持ちはり内の応力の均衡を
図ることができる。すなわち、、酸化シリコン層150、1
58が被覆されるときにそれらの内部に応力が生じるのと
同様に、酸化シリコン層154、162が被覆されるときにそ
れらの内部に同様の応力が生じる。このようにして、応
力間の均衡が図られる。また、対の電極を分離している
酸化シリコン層はブレークダウン電圧を増加させる。他
の実施例においては、酸化シリコン層はなくてもよく、
あるいは他の物質で代用してもよい。
これまで述べた好適な方法を用いて、「片腕」または
バイポッド型の圧電トランスデューサをつくることがで
きる。これらの主な相違は、結合した各片持ちはりの内
部に形成された二つの異なる構造が多数の電極対にある
ことである。片腕型のバイモルフは３軸運動を行うため
には少なくとも４対の電極が形成されていることが必要
である。片腕型の結合トランスデューサを走査トンネル
顕微鏡用に用いる場合には、６対の電極を形成し、先端
に対して電気接続が行えるようにし、この先端電極によ
ってスプリアス圧電効果を除去できるようにしなければ
ならない。二腕バイポッド型のトランスデューサでは、
二腕の電極のみを各バイモルフアームに形成すればよ
い。頂上電極148および底部電極164を形成する上述の方
法に対して、つくりあげる結合圧電トランスデューサの
型に応じて、種々の修正を行うことができる。
第34図（ａ）、（ｂ）乃至第36図（ａ）、（ｂ）に
は、第10図に示す電極構造を有する片腕バイモルフ結合
圧電トランスデューサが行う運動が示されている。各図
の（ａ）及び（ｂ）は各軸上における正または不の動き
を表している。第37図（ａ）及び（ｂ）は、二つの先端
を有する実施例が各先端について独立のＺ軸運動を行っ
ている場合の回転運動を示す。しかしながら、各先端は
Ｙ軸およびＸ軸に沿って運動している。
代表的な運動のパラメータは次の通りである。バイポ
ッド構造が、アルミニウム電極が厚さ１ミクロン、酸化
亜鉛層が厚さ２ミクロン、各脚が長さ1000ミクロンおよ
び幅100ミクロンである場合には、バイポッドはＸ軸お
よびＹ軸に１ボルト当たり20オングストローム、Ｚ軸に
１ボルト当たり0.6ミクロンだけ先端を動かすことがで
きる。ブレークダウン電圧は30ボルトであり、走査可能
面積は600オングストローム四方、すなわち360,000平方
オングストロームである。これと同じ条件の片腕片持ち
はりバイモルフの場合には、Ｘ軸に１ボルト当たり200
オングストローム、Ｙ軸に１ボルト当たり20オングスト
ロームの動きがなされる。Ｚ軸には１ボルト当たり0.6
オングストロームの動きがなされる。このように、１ボ
ルト当たりのＸ軸の動きが10倍大きいので、片腕バイモ
ルフに対する走査可能面積はバイポッド型よりも10倍大
きい。バイモルフ型は、STMに応用する際の導電性表面
のトンネル範囲内において先端が移動可能であるように
なっていなければならない。
本発明は好適な、および別の実施例を用いて説明して
きたが、当業者にとっては本発明の範囲を逸脱すること
なく多くの修正をすることが可能である。これら全ての
修正は特許請求の範囲の範囲内に含まれることを意図す
るものである。
好ましいプレーナSTM処理 1.マスク物質の付与 1a.スタンダード酸性クリーンを使用した、厚さ380μｍ
（100）ウェーハのクリーン 1b.5000ÅSiO2の熱的なグロー 1c.LPCVDを使用した1000ÅSi3N4の付与 2.背面（荒い表面、サイドＢ）からのKOHピットのエッ
チ 2a.マスク＊１及びネガティブホトレジストを使用し、K
OHスクエアを形成 2b.1minの、Descum′オープニングへの酸素プラズマ＊ 2c.SF6及びF13B1（1:1）プラズマエッチを使用したSi3N
4のエッチ 2d.6:1バッファされた酸化物エッチ（BOE）を使用したS
iO2をエッチ 2e.ホトレジストのストリップ及びウェーハ＊＊のクリ
ーン 2e.背面からの、80℃で30％KOHを使用した、シリコンの
340μｍエッチ 2f.10:1 H2O:HCL溶液を使用したウェーハのリンス 2g.デイオン化ウェーハ（DI）内でリンスし、その後N2
内で乾燥 3.背面上（ポリッシュされたサイド、サイドＡ）で、ア
リグンメントマスクをエッチ 3a.マスク＃２及びポジティブレジストを使用し、アリ
グンメントマスクを形成 3b.1minの、Descum′オープニングへの酸素プラズマ＊ 3c.SF6及びF13B1（1:1）プラズマ＊エッチを使用したSi
3N4のエッチ 3d.6:1バッファされた酸化物エッチ（BOE）を使用したS
iO2層のエッチ 3e.DI内でリンスしその後N2内で乾燥 3f.1:1 SF6：C2ClF5プラズマエッチを使用したSiの３μ
ｍエッチ 3g.スタンダード酸性クリーン（ストリップレジスト）
＊＊を使用したウェーハのクリーン 3h.1時間、コンセントレイトしたH3PO4??165℃を使用し
たSi3N4のストリップ 3i.DI内でリンスしその後N2内で乾燥 4.ボトム電極の付与 4a.パターンw/mask＃３、ポジティブレジスト及びリフ
トオフ処理の形成 4b.室温ウェーハホルダーを使用したＥビーム蒸着1000
Å Al 4c.熱いアセトンの中でウェーハを浸すことによる「リ
フトオフ」エクセス 4d.フレッシュなアセトン、メタノール、及びDI中でウ
ェーハをリンスしその後N2内で乾燥 5.ロアー酸化物の付与 5a.クリーン表面に30sec.スパッタ 5b.Eビーム蒸着1000Å SiO2基層が200℃に温められ
る。
5c.300℃に保たれた基層に、5:1 O2:Arガスの30mトル内
で、Znターゲットを使用した２μm ZnOをスパッタデポ
ジットする。
5d.Eビーム蒸着1000Å SiO2基層が200℃に温められ
る。
6.中間電極の付与 6a.パターンw/mask＃４、ポジティブレジスト及びリフ
トオフ処理を形成 6b.コールドウェーハホルダーを使用したＥビーム蒸着1
000Å Al 6c.熱いアセトンの中でウェーハを浸すことによる「リ
フトオフ」エクセス 6d.フレッシュなアセトン、メタノール、及びDI中でウ
ェーハをリンスしその後N2内で乾燥 7.アッパー酸化物 7a.クリーン表面に30sec.スパッタ 7b.Eビーム蒸着1000Å SiO2基層が200℃に温められ
る。
7c.300℃に保たれた基層に、5:1 O2:Arガスの30mトル内
で、Znターゲットを使用した２μm ZnOをスパッタデポ
ジットする。
7d.Eビーム蒸着1000Å SiO2基層が200℃に温められ
る。
8.頂上電極の被覆 8a.陽性レジストおよびリフトオフ方法でW/マスク＃５
パターンを形成する。
8b.室温およびウェハー保持器で500Åアルミニウムの電
子ビーム蒸着を行う 8c.室温およびウェハー保持器で500Å金の電子ビーム蒸
着を行う 8d.ウェーハを加熱アセトンに浸して過剰アルミニウム
および金を除去する 8e.新しいアセトン、メタノールおよび非イオン化した
水（DI）でウェーハをすすぎ、次いでN2で乾燥 9.酸化亜鉛のパターニング 9a.室温およびウェハー保持器で3000ÅのTi/Wをスパッ
ター被覆 9b.陽性レジストでW/マスク＃６パターンを形成する 9c.室温で30分間30％H2O2を用いてTi/Wをパターン形成
する 9d.DIですすぎ、N2で乾燥する 9e.6:1のBOE（１分間）を用いて頂上層SiO2をエッチす
る、DIですすぐ 9f.上部ZnOを溶液（15gのNaNO3、5mlのNNO3、600mlのH2
O）でエッチ、DIですすぐ 9g.6:1のBOE（２分間）を用いて中間層SiO2をエッチす
る、DIですすぐ 9h.下部ZnOを溶液（15gのNaNO3、5mlのHNO3、600mlのH2
O）でエッチ、DIですすぐ 9i.6:1のBOE（１分間）を用いて底部層SiO2をエッチす
る 9j.DIですすぎ、N2で乾燥 9k.1:1のSF6：C2ClF5プラズマエッチを用いて３μｍのS
iをエッチする 9l.ウェハーを清掃し、アセトン、メタノールおよびDI
を用いてレジストを剥がす 9m.30％H2O2（30分間、室温）でTi/Wを剥がす 9n.DIですすぎ、N2で乾燥する 10.結合パッド金属の被覆 10a.陽性レジストおよびリフトオフ方法でW/マスク＃７
パターンを形成する 10b.室温およびウェハー保持器で1.0μｍのAlを電子ビ
ーム蒸着 10c.ウェーハを加熱アセトンに浸して過剰Alを除去する 10d.新しいアセトン、メタノールおよびDIでウェハーを
すすぎ、次いでN2で乾燥 11.ソーを用いてウェハーのサイドＢにけがきを行う 12.先端の形成 12a.30秒間表面をスパッター清掃する 12b.シャドーマスクをウェハー上に置く、Al/ZnO/Al/Zn
O/Auパターンで形成した「キー」を用いてパターンを合
わせる 12c.5〜10μｍのニオブを堆積させ、尖状先端を形成す
る 12d.先端を傷つけないように注意深くシャドーマスクを
とり外す 13.基質から片持ちはりを取り外す 13a.サイドＡ上に10μｍの層陽性レジストを堆積させる 13b.3:1のSF6：C2ClF5プラズマ＊エッチを用いてサイド
ＢからSi膜を介してエッチする 13c.アセトンおよびメタノールでフォトレジストを剥が
す、空気乾燥する 14.けがき線に沿ってウェハーを割ることによりダイ
（チップ）を分離する ＊ プラズマエッチはすべて、特に断りがない限り、20
0ミリトル圧力において６分間の500Wの電力を用いて行
われる ＊＊ 負のフォトレジストを取り除くための標準的な清
掃 ＊＊ａ 120℃において10:1のH2SO4：H2O2で20分間活性
化する ＊＊ｂ DIですすぐ ＊＊ｃ 90℃の4:1:1のH2O：H2SO4：H2O2で20分間浸す ＊＊ｄ DIですすぎ、N2で乾燥 ＊＊＊ 標準的な酸化前の清掃 ＊＊＊ａ 上記の清掃を行う（＊負のフォトレジストを
取り除くための標準的な清掃） ＊＊＊ｂ 90℃の10:1:1のH2O:HCl:H2O2で20分間浸す ＊＊＊ｃ DIですすぐ ＊＊＊ｄ 90℃の10:1:1のH2O：NH4OH：H2O2で20分間浸
す ＊＊＊ｅ DIですすぐ ＊＊＊ｆ 23℃で50:1のBOEに30分間浸す ＊＊＊ｇ DIですすぎ、N2で乾燥する
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ズデブリック マーク ジェイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス ヒルズ ヴィ ア セルロ ゴルド 27741 (56)参考文献 特開 昭61−206148（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−110720（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−37159（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板（32）に取り付けられ、突出して顕微
    鏡的に尖った点を端部に有する導電性チップ（66）を備
    える運動トランスデューサと、 前記運動トランスデューサに結合され、前記運動トラン
    スデューサの動きが前記導電性チップを導電性表面（8
    4）のトンネル効果領域の範囲内に置くのに十分になる
    ように前記導電性表面を前記運動トランスデューサに対
    して接近した固定位置に保持する手段と、 前記チップと前記導電性表面との間にトンネル電流が流
    れるようにするのに十分なバイアス電圧を前記チップと
    前記導電性表面との間にかけるバイアス手段（22）と、 トンネル電流の大きさを検出する検出手段（24）と、 前記バイアス手段と前記運動トランスデューサと前記検
    出手段とに結合されて、前記運動トランスデューサを制
    御し前記チップを位置決めしてトンネル電流を調節する
    制御手段と、 を備え、 前記運動トランスデューサは、一端が前記基板に取り付
    けられ他端に前記チップを有する３軸運動可能な圧電バ
    イモルフカンチレバーからなり、 前記バイモルフカンチレバーは、複数の第１電極（36、
    38、40）と、複数の第２電極（48、50、52）と、複数の
    前記第１及び第２電極の間に挟まれた２層の圧電材料
    （42、46）と、前記圧電材料の２つの層の間に挟まれた
    電極（44）とを備え、複数の前記第１及び第２電極とこ
    れら電極の間に挟まれた電極とが複数の電極対（48−4
    4、44−36、52−44、44−40）を形成し、これら複数対
    の電極に適宜電圧を与えることにより圧電バイモルフカ
    ンチレバーの３軸運動を生じさせるようになっており、 前記制御手段（28）は、前記バイモルフカンチレバーの
    前記電極に電圧を与えて前記チップを動かす手段を含
    む、 ことを特徴とする一体化トンネル型顕微鏡。
  2. 【請求項２】請求項１に記載した一体化トンネル型顕微
    鏡であって、前記導電性表面を保持する前記手段は、キ
    ャビチー（86）が形成され該キャビチー内に前記導電性
    表面（84）を有する第２の基板（82）を備え、前記第２
    の基板は、前記バイモルフカンチレバーが３軸方向のす
    べてに動く余裕を有し前記カンチレバーの運動範囲が前
    記チップを前記導電性表面のトンネル効果範囲に置くの
    に十分な程度に該導電性表面を前記チップに対して接近
    させて保持する関係で、前記キャビチーが配置されるよ
    うに、前記第１の基板（32）に取り付けられたことを特
    徴とする一体化トンネル型顕微鏡。
  3. 【請求項３】請求項１又は請求項２に記載した一体化ト
    ンネル型顕微鏡であって、前記バイモルフカンチレバー
    は、 複数の前記第１電極（36、38、40）のパターンに形成さ
    れた第１の導電性層と、 前記第１の導電性層の上に形成された圧電材料の第１の
    層（42）と、 圧電材料の前記第１の層の上に形成された第２の導電性
    層（44）と、 前記第２の導電性層の上に形成された圧電材料の第２の
    層（46）と、 圧電材料の前記第２の層の上に形成された第３の導電性
    層と、 を備え、前記第３の導電性層は、前記第１の導電性層の
    上に形成された複数の前記第１電極のパターンに重なる
    ようなパターンで形成された複数の第２電極（48、50、
    52）を有することを特徴とする一体化トンネル型顕微
    鏡。
  4. 【請求項４】請求項３に記載した一体化トンネル型顕微
    鏡であって、 前記バイモルフカンチレバーが２つの圧電バイモルフカ
    ンチレバーアームを備え、これらカンチレバーアームは
    分離された固定端を有し、それぞれのアームの他端が互
    いに接合され、これらアームの該他端が互いに接合され
    た部分の近傍に前記顕微鏡的に尖ったチップが配置され
    たことを特徴とする一体化トンネル型顕微鏡。
  5. 【請求項５】基板に取り付けられた運動トランスデュー
    サを形成し、 前記運動トランスデューサ上に、端部が顕微鏡的に尖っ
    た突出する導電性チップ（66）を付着または成長させ、 前記運動トランスデューサの動きが前記導電性チップを
    導電性表面（84）のトンネル効果範囲に置くのに十分に
    なるように、該導電性表面を前記導電性チップ（66）に
    対して接近した固定位置に位置決めし、 前記チップと前記導電性表面との間にトンネル電流が流
    れるようにするバイアス電圧を前記チップと前記導電性
    表面との間にかけるバイアス手段（22）を設け、 前記トンネル電流の大きさを検出する検出手段（24）を
    設ける、 ことからなる一体化走査トンネル型顕微鏡を形成する方
    法であって、 運動トランスデューサを形成する前記段階が、一端にお
    いて前記基板に取り付けられ他端に前記チップが配置さ
    れた圧電バイモルフカンチレバーを形成するものであ
    り、該段階が、 前記基板に第１の導電性層を形成し該第１の導電性層を
    パターン化して複数の第１電極（36、38、40）とし、 前記第１の導電性層の上に圧電材料の第１層（42）を形
    成し、 圧電材料の前記第１層の上に第２の導電性層（44）を形
    成し、 前記第２の導電性層の上に圧電材料の第２層（46）を形
    成し、 圧電材料の前記第２層の上に第３の導電性層を形成し、
    該第３の導電性層をパターン化して複数の第２電極（4
    8、50、52）とし、 前記基板の一部を前記第１の導電性層の下の部分で除去
    して、前記バイモルフカンチレバーが一端で前記基板に
    取り付けられ他端に自由空間を有するようにすることか
    らなり、 複数の前記第１及び第２電極と前記第２の導電性層と
    が、複数の電極対（48−44、44−36、52−44、44−40）
    を構成して、該複数の電極対に適当な電圧を与えること
    により圧電バイモルフカンチレバーに３軸運動を生じさ
    せられるようにする、 ことを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】請求項５に記載した一体化走査トンネル型
    顕微鏡を形成する方法であって、前記位置決め段階は、
    キャビチー（86）が形成され、該キャビチー内に前記導
    電性表面（82）を有する第２の基板を形成し、前記バイ
    モルフカンチレバーが３軸のすべてに動く余地を持ち、
    前記バイモルフカンチレバーの運動範囲で前記チップが
    前記導電性表面のトンネル効果範囲に十分に置かれる関
    係で、前記導電性表面が前記チップに対して近接して保
    持されるように、前記キャビチーを配置することを特徴
    とする方法。
  7. 【請求項７】請求項５又は請求項６に記載した一体化走
    査トンネル型顕微鏡を形成する方法であって、前記付着
    又は成長段階は、前記バイモルフカンチレバーの前記他
    端上に重なった孔（166）を有するシャドーマスクを通
    して導電性材料を蒸着させることにより前記チップを前
    記バイモルフカンチレバー上に成長させることからなる
    ことを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】請求項５又は請求項６に記載した一体化走
    査トンネル型顕微鏡を形成する方法であって、圧電バイ
    モルフカンチレバー形成段階は、分離された２つの固定
    端を有しそれぞれの他端が互いに結合された２つの圧電
    バイモルフカンチレバーアームを形成する段階を含むこ
    とを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】基板と、 一端で前記基板に取り付けられ、他端に、突出し一点で
    終わっている導電性チップを有する圧電バイモルフカン
    チレバーと、 を備えた、一体化走査トンネル顕微鏡であって、 前記バイモルフカンチレバーは、複数対の電極（48−4
    4、44−36、52−44、44−40）の間に挟まれた圧電材料
    の２つの層を有し、該複数対の電極に適当な電圧を与え
    ることによって前記バイモルフカンチレバーの３軸方向
    の動きが生じるようになっており、 導電性表面（84）と、 前記導電性表面を、前記チップの中の原子の電子および
    前記導電性表面の原子の電子についての確率密度関数の
    空間的に重なり合った領域に保持する手段と、 前記チップと前記導電性表面の間にトンネル電流を流れ
    させるに十分なバイアス電圧を前記チップと前記導電性
    表面の間にかけるバイアス手段（22）と、 前記バイアス手段および前記複数対の電極に結合され、
    前記トンネル電流の大きさを検出し、該電極の対の間の
    電圧を調整して前記チップを前記トンネル電流が安定す
    るように動かす制御手段（28）と、 が設けられ、 前記導電性表面を保持する手段は、キャビチー（86）を
    有し該キャビチー内に前記導電性表面を有する第２の基
    板であり、前記第２の基板は、前記バイモルフカンチレ
    バーに３軸すべての方向に動く余地を与え、前記バイモ
    ルフカンチレバーの移動が前記チップを前記導電性表面
    のトンネル効果領域内にもたらすのに十分な近さに前記
    チップに対して前記導電性表面が保持されるように、前
    記キャビチーを前記バイモルフカンチレバーの上方に位
    置させる状態で第１の基板に取り付けられた、 ことを特徴とする一体化走査トンネル型顕微鏡。
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