JPH04296604A - 走査型トンネル顕微鏡及びその製造方法 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡及びその製造方法Info
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- JPH04296604A JPH04296604A JP3311345A JP31134591A JPH04296604A JP H04296604 A JPH04296604 A JP H04296604A JP 3311345 A JP3311345 A JP 3311345A JP 31134591 A JP31134591 A JP 31134591A JP H04296604 A JPH04296604 A JP H04296604A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/02—Coarse scanning or positioning
-
- G—PHYSICS
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
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- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
-
- G—PHYSICS
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- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
- G01Q60/16—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、集積された走査型ト
ンネル顕微鏡の製造方法に関し、特に、空気圧及び静電
駆動される走査型トンネル顕微鏡に関する。
ンネル顕微鏡の製造方法に関し、特に、空気圧及び静電
駆動される走査型トンネル顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡(STM)は、導
電性のティップにより、導電性の表面に非常に近接した
位置関係で、すなわち数原子分の直径の間隔以内(約0
.5nm以内)で試料の表面を走査する。これらの条件
下では、ティップと表面との間にトンネル電流が流れる
。すなわち、ティップ内の原子の電子の確率密度関数は
、表面の原子の電子の確率密度関数と空間的に重なる。 その結果、これらの二つの導体の間に適切なバイアス電
圧が印加されると、ティップ及と表面との間には電子流
の形でトンネルが生じる。典型的には、ティップ・試料
間距離が数nm、バイアス電圧が数ミリボルトの場合、
トンネル電流は1ナノアンペアとなる。
電性のティップにより、導電性の表面に非常に近接した
位置関係で、すなわち数原子分の直径の間隔以内(約0
.5nm以内)で試料の表面を走査する。これらの条件
下では、ティップと表面との間にトンネル電流が流れる
。すなわち、ティップ内の原子の電子の確率密度関数は
、表面の原子の電子の確率密度関数と空間的に重なる。 その結果、これらの二つの導体の間に適切なバイアス電
圧が印加されると、ティップ及と表面との間には電子流
の形でトンネルが生じる。典型的には、ティップ・試料
間距離が数nm、バイアス電圧が数ミリボルトの場合、
トンネル電流は1ナノアンペアとなる。
【0003】走査型トンネル顕微鏡はBinnigとR
ohrerとにより最初に作られた(IBM J. R
ES. DEVELOP., VOL. 30, NO
. 4, JULY 1986, pp. 355−3
69, G. Binnig and H. Rohr
er, ”SCANNING TUNNELING M
ICROSCOPY”及びIBM TECHNICAL
DISCLOSURE BULLETIN, VOL
. 27, NO. 10B, MARCH 1985
, pp. 5976−5977, G. Binni
g et al. ”FAST SCAN PIEZO
DRIVE”) 。これらの文献に記載された走査型
トンネル顕微鏡は、圧電三脚を使用する。この三脚は、
接合部で接合された圧電材料から成る三本の棒から成る
。 各棒は、三つの直交座標軸のうちの一つの方向に伸縮す
る。ティップは、これらの三本の棒の接合部に取り付け
られる。このティップは、粗な位置決め装置により表面
に接近させられる。その後、これらの圧電三脚は、ティ
ップを表面で走査してこの表面の画像を得るために使用
される。
ohrerとにより最初に作られた(IBM J. R
ES. DEVELOP., VOL. 30, NO
. 4, JULY 1986, pp. 355−3
69, G. Binnig and H. Rohr
er, ”SCANNING TUNNELING M
ICROSCOPY”及びIBM TECHNICAL
DISCLOSURE BULLETIN, VOL
. 27, NO. 10B, MARCH 1985
, pp. 5976−5977, G. Binni
g et al. ”FAST SCAN PIEZO
DRIVE”) 。これらの文献に記載された走査型
トンネル顕微鏡は、圧電三脚を使用する。この三脚は、
接合部で接合された圧電材料から成る三本の棒から成る
。 各棒は、三つの直交座標軸のうちの一つの方向に伸縮す
る。ティップは、これらの三本の棒の接合部に取り付け
られる。このティップは、粗な位置決め装置により表面
に接近させられる。その後、これらの圧電三脚は、ティ
ップを表面で走査してこの表面の画像を得るために使用
される。
【0004】集積走査型トンネル顕微鏡の製造方法を教
示する一つの文献がある。この文献は、米国特許出願通
し番号第149236号の分割出願である米国特許出願
通し番号第348707号に基づいて1990年4月3
日に特許された米国特許第4912822号である。こ
の特許には、集積トンネル顕微鏡及び集積圧電トランス
デューサ並びにそれらの製造方法が記載されている。こ
の装置は、標準的な集積回路製造工程を用いたマイクロ
マシーニングにより形成された一つまたは二つのアーム
状圧電バイモルフカンチレバーにより構成されている。 これらのカンチレバーは、基板のある領域に取り付けら
れており、制御回路により発生された適当な電圧の印加
により発生され、バイモルフカンチレバー構造の一体部
として形成された電極対に加えられる圧電力の影響下で
移動自在となっている。圧電バイモルフは、制御電圧に
より発生された電場により、設計で決められる範囲内で
所望の方法で移動される。このバイモルフカンチレバー
は、シャドーマスクを通しての導電材料の蒸着によりそ
の上に形成された先端が非常に尖ったティップを有する
。これらのティップは、制御回路及び圧電バイモルフの
作用により、導電表面の非常に小さな距離内に保たれる
ように移動される。圧電材料により制御される全てのS
TMの制御は、高い絶対精度に対しては理想的でないヒ
ステリシス効果を有するという欠点を有している。
示する一つの文献がある。この文献は、米国特許出願通
し番号第149236号の分割出願である米国特許出願
通し番号第348707号に基づいて1990年4月3
日に特許された米国特許第4912822号である。こ
の特許には、集積トンネル顕微鏡及び集積圧電トランス
デューサ並びにそれらの製造方法が記載されている。こ
の装置は、標準的な集積回路製造工程を用いたマイクロ
マシーニングにより形成された一つまたは二つのアーム
状圧電バイモルフカンチレバーにより構成されている。 これらのカンチレバーは、基板のある領域に取り付けら
れており、制御回路により発生された適当な電圧の印加
により発生され、バイモルフカンチレバー構造の一体部
として形成された電極対に加えられる圧電力の影響下で
移動自在となっている。圧電バイモルフは、制御電圧に
より発生された電場により、設計で決められる範囲内で
所望の方法で移動される。このバイモルフカンチレバー
は、シャドーマスクを通しての導電材料の蒸着によりそ
の上に形成された先端が非常に尖ったティップを有する
。これらのティップは、制御回路及び圧電バイモルフの
作用により、導電表面の非常に小さな距離内に保たれる
ように移動される。圧電材料により制御される全てのS
TMの制御は、高い絶対精度に対しては理想的でないヒ
ステリシス効果を有するという欠点を有している。
【0005】X、Y及びZ方向の全ての移動が静電力の
制御下にある集積走査型トンネル顕微鏡を教示する一つ
の文献がある。この文献は、1985年3月7日に出願
されたヨーロッパ特許出願第85102554.4に基
づいて1989年8月2日に発行されたヨーロッパ特許
第0194323号の特許明細書である。この特許には
、半導体チップに集積された走査型トンネル顕微鏡が記
載されている。この半導体チップには、第1のストライ
プ対によって中間部と接続されている中心部を形成する
ためにスロットがエッチングされている。そして、この
中間部は、第2のストライプ対によってチップ本体と接
続されている。これらのスロットは、これらのスロット
によって規定されたストライプとそれらの反対の壁との
間に発生される静電力の制御下で中心部がX及びY方向
に移動可能なように、相互に直交する方向を持つように
エッチングされている。中心部には、静電力によってZ
方向に移動させることが可能な、突き出たティップが形
成されている。上述のヨーロッパ特許に記載された集積
STMをうまく製造することは極めて困難であろう。 さらに、この集積STMは、一片の材料から、X、Y及
びZ移動が互いに独立ではなく、従って最高の精度での
ティップの移動に対しては理想的でない方法で製造され
たものである。
制御下にある集積走査型トンネル顕微鏡を教示する一つ
の文献がある。この文献は、1985年3月7日に出願
されたヨーロッパ特許出願第85102554.4に基
づいて1989年8月2日に発行されたヨーロッパ特許
第0194323号の特許明細書である。この特許には
、半導体チップに集積された走査型トンネル顕微鏡が記
載されている。この半導体チップには、第1のストライ
プ対によって中間部と接続されている中心部を形成する
ためにスロットがエッチングされている。そして、この
中間部は、第2のストライプ対によってチップ本体と接
続されている。これらのスロットは、これらのスロット
によって規定されたストライプとそれらの反対の壁との
間に発生される静電力の制御下で中心部がX及びY方向
に移動可能なように、相互に直交する方向を持つように
エッチングされている。中心部には、静電力によってZ
方向に移動させることが可能な、突き出たティップが形
成されている。上述のヨーロッパ特許に記載された集積
STMをうまく製造することは極めて困難であろう。 さらに、この集積STMは、一片の材料から、X、Y及
びZ移動が互いに独立ではなく、従って最高の精度での
ティップの移動に対しては理想的でない方法で製造され
たものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、半導体集積回
路の製造プロセスを用いて容易に製造することができる
、ティップを移動させるために空気圧及び静電力を用い
る走査型トンネル顕微鏡の集積版に対する要求が生じて
いた。
路の製造プロセスを用いて容易に製造することができる
、ティップを移動させるために空気圧及び静電力を用い
る走査型トンネル顕微鏡の集積版に対する要求が生じて
いた。
【0007】この発明の目的は、請求項1ないし8によ
る走査型トンネル顕微鏡によって達成される。
る走査型トンネル顕微鏡によって達成される。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明による走査型ト
ンネル顕微鏡は、試料表面からZ軸方向に実質的に一定
の距離に保持された少なくとも一つの電子放出ティップ
と、このティップを試料表面上でマトリクス状に走査す
るためのXY駆動装置と、トンネル電流を制御して上記
距離を実質的に一定に保つための手段とを具備する。上
記XY駆動装置は対向電極から離れた少なくとも四つの
電極から成る。これらの四つの電極は部材上に配設され
た上部電極または基板上に配設された下部電極である。 上記対向電極は膜と接続されている。ティップは上記膜
の一体部を形成する試料表面に垂直なZ軸方向に移動す
ることが可能である。
ンネル顕微鏡は、試料表面からZ軸方向に実質的に一定
の距離に保持された少なくとも一つの電子放出ティップ
と、このティップを試料表面上でマトリクス状に走査す
るためのXY駆動装置と、トンネル電流を制御して上記
距離を実質的に一定に保つための手段とを具備する。上
記XY駆動装置は対向電極から離れた少なくとも四つの
電極から成る。これらの四つの電極は部材上に配設され
た上部電極または基板上に配設された下部電極である。 上記対向電極は膜と接続されている。ティップは上記膜
の一体部を形成する試料表面に垂直なZ軸方向に移動す
ることが可能である。
【0009】
【実施例】図1は走査型トンネル顕微鏡のシステムを示
す。図1において、表面性状の特徴2及び4その他を有
する導電表面1が導電ティップ6によって走査される。 このティップはその先端が非常に細くなっており、その
先端8において単一の原子で終端しているのが好ましい
。この先端8は、静電トランスデューサ10により、X
−Y平面で複数のラスタ走査線を規定することによって
導電表面1上を走査される。このトランスデューサ10
はまた、ティップの先端8とティップが走査される表面
性状の特徴の最上部との間の距離が比較的一定に保たれ
るようにティップがX−Y面内で走査される時に、Z軸
方向にこのティップを前後に移動させる。この距離は通
常、約0.1〜1nmであり、ティップの原子とティッ
プが現在走査している所の表面性状の特徴の最上部の領
域における原子との電子の確率密度関数の重なり領域の
中になければならない。ティップと表面との間の距離が
この重なり領域の中にあり、バイアス電圧がこの接合部
に印加される限り、矢印IT の記号で示されたトンネ
ル電流がティップの先端8と導電表面との間に流れる。 このトンネル電流IT の大きさは、ティップと表面と
の間の距離に対して指数関係にある。バイアス電圧は、
バイアス電圧源12によってティップ6と導電表面1と
の間に印加される。電流検出器14は、トンネル電流I
T の大きさを検出し、このトンネル電流の大きさに比
例した帰還信号をライン16上に出力する。帰還回路制
御システム18は、この帰還信号を受け取って適切な静
電トランスデューサ駆動信号をバス20上に発生し、こ
れによってトンネル電流IT が比較的一定の値に保た
れるように静電トランスデューサによりティップ6を移
動させる。制御システム18はまた、適切なトランスデ
ューサ駆動信号をバス20上に発生してティップ6を導
電表面1上でラスタ走査させる。
す。図1において、表面性状の特徴2及び4その他を有
する導電表面1が導電ティップ6によって走査される。 このティップはその先端が非常に細くなっており、その
先端8において単一の原子で終端しているのが好ましい
。この先端8は、静電トランスデューサ10により、X
−Y平面で複数のラスタ走査線を規定することによって
導電表面1上を走査される。このトランスデューサ10
はまた、ティップの先端8とティップが走査される表面
性状の特徴の最上部との間の距離が比較的一定に保たれ
るようにティップがX−Y面内で走査される時に、Z軸
方向にこのティップを前後に移動させる。この距離は通
常、約0.1〜1nmであり、ティップの原子とティッ
プが現在走査している所の表面性状の特徴の最上部の領
域における原子との電子の確率密度関数の重なり領域の
中になければならない。ティップと表面との間の距離が
この重なり領域の中にあり、バイアス電圧がこの接合部
に印加される限り、矢印IT の記号で示されたトンネ
ル電流がティップの先端8と導電表面との間に流れる。 このトンネル電流IT の大きさは、ティップと表面と
の間の距離に対して指数関係にある。バイアス電圧は、
バイアス電圧源12によってティップ6と導電表面1と
の間に印加される。電流検出器14は、トンネル電流I
T の大きさを検出し、このトンネル電流の大きさに比
例した帰還信号をライン16上に出力する。帰還回路制
御システム18は、この帰還信号を受け取って適切な静
電トランスデューサ駆動信号をバス20上に発生し、こ
れによってトンネル電流IT が比較的一定の値に保た
れるように静電トランスデューサによりティップ6を移
動させる。制御システム18はまた、適切なトランスデ
ューサ駆動信号をバス20上に発生してティップ6を導
電表面1上でラスタ走査させる。
【0010】図2Aはこの発明による走査型トンネル顕
微鏡の機械的詳細を示す。このSTMは、上述のように
静電X−Y−Z偏位に好適なものである。薄い膜24の
底面にはSTMティップ25が保持されている。ティッ
プ25とシリコン基板21の一部には金属コーティング
29が形成されている。この目的のための好ましいコー
ティングは、約0.1μmの厚さの白金コーティングで
ある。この膜はシリコン基板21によってガラスブロッ
ク30に密着固定されている。この膜24の上面は基板
表面より数μm下側にある。ガラスブロック30上には
、2対の金属電極X1、X2、Y1、Y2(27、28
)が配設されている。これらの電極の厚さは約0.1〜
1μmの範囲内にあり、好ましくは約1μmである。 典型的には数μmの厚さであるガラスブロック30には
穴23が設けられている。これらの穴23は、図2Bの
上面図に示されているようにスロットの形態を有してよ
い。
微鏡の機械的詳細を示す。このSTMは、上述のように
静電X−Y−Z偏位に好適なものである。薄い膜24の
底面にはSTMティップ25が保持されている。ティッ
プ25とシリコン基板21の一部には金属コーティング
29が形成されている。この目的のための好ましいコー
ティングは、約0.1μmの厚さの白金コーティングで
ある。この膜はシリコン基板21によってガラスブロッ
ク30に密着固定されている。この膜24の上面は基板
表面より数μm下側にある。ガラスブロック30上には
、2対の金属電極X1、X2、Y1、Y2(27、28
)が配設されている。これらの電極の厚さは約0.1〜
1μmの範囲内にあり、好ましくは約1μmである。 典型的には数μmの厚さであるガラスブロック30には
穴23が設けられている。これらの穴23は、図2Bの
上面図に示されているようにスロットの形態を有してよ
い。
【0011】ガスケット31を介してガラスブロック3
0に固定されている図2Aに示す端片32は、圧力発生
チェンバ(図示せず)の部分を形成している。このチェ
ンバはまた、ティップを有する膜をガラスブロックに対
して移動させる1気圧以下の圧力を発生する真空チェン
バとすることもできる。図3A〜図3GによるSTMは
、好ましくは1気圧以下の圧力を使用する。一方、図4
A〜図4EによるSTMは、好ましくは1気圧以上の圧
力を使用する。調べるべき試料の所望の領域上にティッ
プを位置合わせした後、Z方向のティップの粗な接近が
使用される。ティップをZ方向に大まかに移動させるた
めに、圧力発生チェンバによりガラスブロック30のス
ロット23を通じて膜24に加えられる圧力が変化され
る。この工程の間に、膜24の一体部を形成するティッ
プ25は、調べるべき試料に対して数μm以内に接近さ
せられる。
0に固定されている図2Aに示す端片32は、圧力発生
チェンバ(図示せず)の部分を形成している。このチェ
ンバはまた、ティップを有する膜をガラスブロックに対
して移動させる1気圧以下の圧力を発生する真空チェン
バとすることもできる。図3A〜図3GによるSTMは
、好ましくは1気圧以下の圧力を使用する。一方、図4
A〜図4EによるSTMは、好ましくは1気圧以上の圧
力を使用する。調べるべき試料の所望の領域上にティッ
プを位置合わせした後、Z方向のティップの粗な接近が
使用される。ティップをZ方向に大まかに移動させるた
めに、圧力発生チェンバによりガラスブロック30のス
ロット23を通じて膜24に加えられる圧力が変化され
る。この工程の間に、膜24の一体部を形成するティッ
プ25は、調べるべき試料に対して数μm以内に接近さ
せられる。
【0012】膜/ティップアセンブリに対しては多くの
技術的必要条件があり、それらには膜の応力や膜の固有
振動数f0 が含まれる。膜の剛性はこの膜に対しては
無視することができる。応力の典型的な値はT=10N
/mm2 であり、固有振動数の典型的な値はf0 ≧
10kHzである。応力及びf0 は、上述のようにテ
ィップを基板に大まかに近づける時に膜に圧力を加える
ことによって、必要に応じて変化させることができる。
技術的必要条件があり、それらには膜の応力や膜の固有
振動数f0 が含まれる。膜の剛性はこの膜に対しては
無視することができる。応力の典型的な値はT=10N
/mm2 であり、固有振動数の典型的な値はf0 ≧
10kHzである。応力及びf0 は、上述のようにテ
ィップを基板に大まかに近づける時に膜に圧力を加える
ことによって、必要に応じて変化させることができる。
【0013】また、走査動作の間、膜の減衰は、環境の
幾何学条件の関数として、例えばガラスブロック30の
穴の直径の関数として明確に制御することができる。
幾何学条件の関数として、例えばガラスブロック30の
穴の直径の関数として明確に制御することができる。
【0014】粗な接近の間、STM全体(ティップを含
む)は、例えば光学的制御手段を用いて、調べるべき試
料表面に対して数μm以内に前進される。非動作状態で
は、ガラスブロック30上のX−Y電極27、28と膜
24(図2A)上のZ電極26との間に最大電圧、例え
ばUZ =200Vが印加される。その後、微細な接近
のために、この電極電圧UZ は、ティップ25がトン
ネルモードになるまで減少される。このトンネルモード
は例えばUZ=100Vで起きる。ティップと試料との
間の距離は電圧UZ の関数として制御される。ティッ
プの走査のためには、電圧UX1、UX2及びUY1、
UY2がそれぞれ使用される。X−走査は、UX1を増
加させ、UX2を減少させることによって行われる。こ
れによって、膜24のわずかな回転運動、従ってティッ
プ25、29の走査運動が生じる。Y−走査も同様にし
て行われる。直線的なティップ走査をもたらすUX1、
UX2及びUY1、UY2のそれぞれの正確な電圧曲線
は、マトリクス試験で決定されなければならない。UX
はマトリクス中に自乗値として現れることを指摘して
おく。
む)は、例えば光学的制御手段を用いて、調べるべき試
料表面に対して数μm以内に前進される。非動作状態で
は、ガラスブロック30上のX−Y電極27、28と膜
24(図2A)上のZ電極26との間に最大電圧、例え
ばUZ =200Vが印加される。その後、微細な接近
のために、この電極電圧UZ は、ティップ25がトン
ネルモードになるまで減少される。このトンネルモード
は例えばUZ=100Vで起きる。ティップと試料との
間の距離は電圧UZ の関数として制御される。ティッ
プの走査のためには、電圧UX1、UX2及びUY1、
UY2がそれぞれ使用される。X−走査は、UX1を増
加させ、UX2を減少させることによって行われる。こ
れによって、膜24のわずかな回転運動、従ってティッ
プ25、29の走査運動が生じる。Y−走査も同様にし
て行われる。直線的なティップ走査をもたらすUX1、
UX2及びUY1、UY2のそれぞれの正確な電圧曲線
は、マトリクス試験で決定されなければならない。UX
はマトリクス中に自乗値として現れることを指摘して
おく。
【0015】最大X−Y走査は、第1にはSTM配置の
幾何学的条件(膜の大きさ、ティップの長さなど)に依
存する。もし例えばティップの長さlが膜の辺の長さa
の半分であれば、最大X偏位はZ偏位と等しい。
幾何学的条件(膜の大きさ、ティップの長さなど)に依
存する。もし例えばティップの長さlが膜の辺の長さa
の半分であれば、最大X偏位はZ偏位と等しい。
【0016】以下の計算により、STM配置の機械的及
び電気的パラメータの両方が実現可能であることが示さ
れる。膜はT=10N/mm2 の引張り応力を有する
。 この膜は一辺の長さがaの正方形の形状である。
び電気的パラメータの両方が実現可能であることが示さ
れる。膜はT=10N/mm2 の引張り応力を有する
。 この膜は一辺の長さがaの正方形の形状である。
【0017】たわみ波の速さは次式のとおりである。
【数1】
共振周波数は次式のとおりである。
【数2】
膜の厚さd=2μm、膜の辺の長さa=2mmに対して
共振周波数は次式のとおりである。
共振周波数は次式のとおりである。
【数3】
膜の厚さd=1μm、膜の辺の長さa=10mmに対し
て共振周波数は次式のとおりである。
て共振周波数は次式のとおりである。
【数4】
その場合、表面負荷qでの最大偏位量Δdは次式のとお
りである。
りである。
【数5】
電圧Uが印加された時に膜に加わる力により最大偏位量
が次式のとおり生じる(q=平板キャパシタの静電力)
。
が次式のとおり生じる(q=平板キャパシタの静電力)
。
【数6】
ここで、eはキャパシタの極板間の距離である。
【0018】
例1:
e=5μm
U=±100V
a=2mm
⇒Δd=2.6μm
T=10N/mm2
d=2μm空気圧で膜を約1.3μmたわま
せるためには、約80Paの圧力が必要であろう。
U=±100V
a=2mm
⇒Δd=2.6μm
T=10N/mm2
d=2μm空気圧で膜を約1.3μmたわま
せるためには、約80Paの圧力が必要であろう。
【0019】
例2:
e=20μm
a=10mm
⇒Δd=8μm
d=1μm
その他は同じ。 ○ 板の剛性は無視する(すなわち、膜の引張り応力
だけを考慮する。これは薄い膜に対して成立する。)。 ○ dはほぼ一定。
a=10mm
⇒Δd=8μm
d=1μm
その他は同じ。 ○ 板の剛性は無視する(すなわち、膜の引張り応力
だけを考慮する。これは薄い膜に対して成立する。)。 ○ dはほぼ一定。
【0020】これらの計算は約200Vの最大電圧に基
づいたものである。電極間隔はそれぞれ5μm及び20
μmである。もしSTMが通常の空気圧で使用されるな
らば、電圧破壊が生じるか否かを決定しなければならな
い。空気ギャップを有する従来の電気的アクチュエータ
の破壊強度は、空気の電気的破壊によって約3×106
V/mに制限される。200Vの最大電圧及び10μ
mのギャップの場合、2×107 V/mの破壊強度が
すでに得られている。
づいたものである。電極間隔はそれぞれ5μm及び20
μmである。もしSTMが通常の空気圧で使用されるな
らば、電圧破壊が生じるか否かを決定しなければならな
い。空気ギャップを有する従来の電気的アクチュエータ
の破壊強度は、空気の電気的破壊によって約3×106
V/mに制限される。200Vの最大電圧及び10μ
mのギャップの場合、2×107 V/mの破壊強度が
すでに得られている。
【0021】3×106 V/mの値はもはや加わらな
いが、ギャップ間隔が臨界値に近づくにつれて増加し始
める。これについては、Sensors and Ac
tuators 、14(1988)pp.269−2
92を参照されたい。12.5μmのギャップに対して
この論文で与えられた値は3.2×107 V/mであ
る。この論文における他の値は最大3×108 V/m
から始まる(p.273 参照)。これらのより高い値
は、この発明によるSTMが実現可能なものであること
を示している。
いが、ギャップ間隔が臨界値に近づくにつれて増加し始
める。これについては、Sensors and Ac
tuators 、14(1988)pp.269−2
92を参照されたい。12.5μmのギャップに対して
この論文で与えられた値は3.2×107 V/mであ
る。この論文における他の値は最大3×108 V/m
から始まる(p.273 参照)。これらのより高い値
は、この発明によるSTMが実現可能なものであること
を示している。
【0022】図3A〜図3Gには、Z方向のティップ移
動の空気圧及び静電制御とティップのX及びY走査の静
電制御とを用いた集積走査型トンネル顕微鏡を製造する
ためのいくつかの工程から成る第1のプロセスが示され
ている。製造は基板31(図3A)を用いて開始する。 この基板は好ましくはシリコンまたは集積電子回路を形
成するのに好適な何らかの他の基板である。製造工程の
第1の工程は、基板31の両面に二酸化シリコン層32
を被着することである。窒化シリコン層を使用すること
もできる。次に、前面の二酸化シリコン層32及び基板
31に数μmの深さの穴がウエットまたはドライエッチ
ングされる。ここで、二酸化シリコン層32のエッチン
グには例えばバーファードフッ酸が用いられ、シリコン
基板のエッチングには例えば37.5%のKOH熱水溶
液が用いられる。この穴の大きさは、後に形成される膜
の大きさ(例えば、辺の長さが2mm)に対応する。次
に、前面の残りの二酸化シリコン層が除去される。平坦
な微細エッチングされた穴は、耐性のあるマスク層33
(図3B)で覆われる。マスク材料としては、例えば二
酸化シリコンまたはアルミニウムを用いることができる
。穴の中心のマスク層33に一つの開口が設けられる。 その後、基板31(図3C)を貫通して穴がエッチング
される。このエッチング工程は、塩素または臭素ガスを
用いたドライエッチング工程であってよい。マスク層3
3は除去され、深い穴を含む前面は引っ張り応力を有す
る膜34で覆われる。好ましくは炭化シリコンまたは窒
化シリコンである膜材料は、プラズマエンハンスト化学
気相成長により被着される。膜の厚さは例えば2μmで
ある。この穴は、エッチングプロセスに応じて2μmよ
りもずっと大きな直径を有しているため、穴の側壁及び
底だけがこの膜材料で覆われる。その結果、後に形成さ
れるティップは中空となるが、これは重量上の理由によ
り適切なものである。
動の空気圧及び静電制御とティップのX及びY走査の静
電制御とを用いた集積走査型トンネル顕微鏡を製造する
ためのいくつかの工程から成る第1のプロセスが示され
ている。製造は基板31(図3A)を用いて開始する。 この基板は好ましくはシリコンまたは集積電子回路を形
成するのに好適な何らかの他の基板である。製造工程の
第1の工程は、基板31の両面に二酸化シリコン層32
を被着することである。窒化シリコン層を使用すること
もできる。次に、前面の二酸化シリコン層32及び基板
31に数μmの深さの穴がウエットまたはドライエッチ
ングされる。ここで、二酸化シリコン層32のエッチン
グには例えばバーファードフッ酸が用いられ、シリコン
基板のエッチングには例えば37.5%のKOH熱水溶
液が用いられる。この穴の大きさは、後に形成される膜
の大きさ(例えば、辺の長さが2mm)に対応する。次
に、前面の残りの二酸化シリコン層が除去される。平坦
な微細エッチングされた穴は、耐性のあるマスク層33
(図3B)で覆われる。マスク材料としては、例えば二
酸化シリコンまたはアルミニウムを用いることができる
。穴の中心のマスク層33に一つの開口が設けられる。 その後、基板31(図3C)を貫通して穴がエッチング
される。このエッチング工程は、塩素または臭素ガスを
用いたドライエッチング工程であってよい。マスク層3
3は除去され、深い穴を含む前面は引っ張り応力を有す
る膜34で覆われる。好ましくは炭化シリコンまたは窒
化シリコンである膜材料は、プラズマエンハンスト化学
気相成長により被着される。膜の厚さは例えば2μmで
ある。この穴は、エッチングプロセスに応じて2μmよ
りもずっと大きな直径を有しているため、穴の側壁及び
底だけがこの膜材料で覆われる。その結果、後に形成さ
れるティップは中空となるが、これは重量上の理由によ
り適切なものである。
【0023】次に、裏面の二酸化シリコンマスク32が
開口され、こうして形成された窓を通じて基板31は膜
34までエッチングされて薄くされる。モリブデンアパ
ーチャマスクを用いて膜34(図3E)の前面にAuま
たはAlから成る金属電極36が気相成長される。モリ
ブデンアパーチャマスクを用いたAuまたはAl(図3
F)の気相成長により、2対の金属電極X1 、X2、
Y1 及びY2 (37、38)がガラスブロック40
上に形成される。ガラスブロック40の寸法は例えば3
×3×2mmである。上述のように、ガラスブロック4
0には、ティップ35のZ方向の空気圧による粗な接近
を可能とする穴43が設けられている。次に、ガラスブ
ロック40は、X、Y電極37、38が膜34上のZ電
極36の上方に位置するようにシリコン基板31、34
に接着される。Z電極はガラスブロック40の下面に設
けられている。接着は約300℃及び1000Vで行わ
れる「マローリー(mallory)」接着である。ガ
ラスブロックと基板との間の接着は、炭化シリコンの中
間層によって確実なものとなる(図3G)。
開口され、こうして形成された窓を通じて基板31は膜
34までエッチングされて薄くされる。モリブデンアパ
ーチャマスクを用いて膜34(図3E)の前面にAuま
たはAlから成る金属電極36が気相成長される。モリ
ブデンアパーチャマスクを用いたAuまたはAl(図3
F)の気相成長により、2対の金属電極X1 、X2、
Y1 及びY2 (37、38)がガラスブロック40
上に形成される。ガラスブロック40の寸法は例えば3
×3×2mmである。上述のように、ガラスブロック4
0には、ティップ35のZ方向の空気圧による粗な接近
を可能とする穴43が設けられている。次に、ガラスブ
ロック40は、X、Y電極37、38が膜34上のZ電
極36の上方に位置するようにシリコン基板31、34
に接着される。Z電極はガラスブロック40の下面に設
けられている。接着は約300℃及び1000Vで行わ
れる「マローリー(mallory)」接着である。ガ
ラスブロックと基板との間の接着は、炭化シリコンの中
間層によって確実なものとなる(図3G)。
【0024】この工程までは、ティップ35はその周囲
のシリコン基板31から突き出ていないので、裏面の残
りの二酸化シリコン層32は除去され、基板はエッチン
グにより薄くされる。膜材料は絶縁体であるので、ティ
ップ35、膜34の一部及びシリコン基板31の裏面の
一部に導電層39(図3G)を設けてトンネル電流のた
めの電圧を得なければならない。この層の好ましい材料
は白金であり、約0.1μmの厚さに形成される。
のシリコン基板31から突き出ていないので、裏面の残
りの二酸化シリコン層32は除去され、基板はエッチン
グにより薄くされる。膜材料は絶縁体であるので、ティ
ップ35、膜34の一部及びシリコン基板31の裏面の
一部に導電層39(図3G)を設けてトンネル電流のた
めの電圧を得なければならない。この層の好ましい材料
は白金であり、約0.1μmの厚さに形成される。
【0025】その跡が後のティップ35を形成する深い
穴(図3C)は、20〜100μmの直径を有するよう
に形成される。この膜の穴により走査中に問題が生じる
場合、この穴は以下の追加の工程によって部分的または
完全に閉じられなければならない。炭化シリコンまたは
窒化シリコンの被着工程(図3D)に続いて、この穴は
樹脂材料、好ましくはポリイミドで満たされ、平坦化さ
れる。約400℃でのベーキング工程の後、第2の炭化
シリコンまたは窒化シリコン層が形成される(図示せず
)。満たされた穴の上のこの第2の炭化シリコンまたは
窒化シリコン層は、適切なマスクとして格子構造を有す
るモリブデンマスクを用いた反応性イオンエッチング工
程で部分的に開口される。酸素プラズマエッチング工程
において、ポリイミドは重量のためにティップから除去
される。この工程により、穴に張り渡された格子が形成
され、これによって後お走査の間に膜の張力が開放され
ない。しかし、直径が50μmよりも小さいかなり小さ
な穴の場合には、そのような支持構造は必要ないと考え
られる。
穴(図3C)は、20〜100μmの直径を有するよう
に形成される。この膜の穴により走査中に問題が生じる
場合、この穴は以下の追加の工程によって部分的または
完全に閉じられなければならない。炭化シリコンまたは
窒化シリコンの被着工程(図3D)に続いて、この穴は
樹脂材料、好ましくはポリイミドで満たされ、平坦化さ
れる。約400℃でのベーキング工程の後、第2の炭化
シリコンまたは窒化シリコン層が形成される(図示せず
)。満たされた穴の上のこの第2の炭化シリコンまたは
窒化シリコン層は、適切なマスクとして格子構造を有す
るモリブデンマスクを用いた反応性イオンエッチング工
程で部分的に開口される。酸素プラズマエッチング工程
において、ポリイミドは重量のためにティップから除去
される。この工程により、穴に張り渡された格子が形成
され、これによって後お走査の間に膜の張力が開放され
ない。しかし、直径が50μmよりも小さいかなり小さ
な穴の場合には、そのような支持構造は必要ないと考え
られる。
【0026】図4A〜図4Eには、集積走査型トンネル
顕微鏡を製造するためのプレーナ技術から成る第2のプ
ロセスが示されている。
顕微鏡を製造するためのプレーナ技術から成る第2のプ
ロセスが示されている。
【0027】モリブデンアパーチャマスクを用いた気相
成長により、導電材料の層、例えば0.1μmの白金層
が基板41上に被着され、これによって後にティップの
X、Y及びZ移動のための下部電極として用いられる四
つの四分円形の電極42A、42B(図4A)が得られ
る。基板はシリコンまたは集積電子回路の形成に好適な
何らかの他の基板材料である。例えばプラズマエンハン
スト化学気相成長によって電極42A、42Bの表面に
これらを覆う二酸化シリコン層44が被着される。約2
〜5μmの範囲内の厚さを有するこの二酸化シリコン層
は、下部及び上部電極の間のスペーサ層として働き、こ
れらの電極の間に間隙を設けるために後に選択エッチン
グにより除去されるものである。
成長により、導電材料の層、例えば0.1μmの白金層
が基板41上に被着され、これによって後にティップの
X、Y及びZ移動のための下部電極として用いられる四
つの四分円形の電極42A、42B(図4A)が得られ
る。基板はシリコンまたは集積電子回路の形成に好適な
何らかの他の基板材料である。例えばプラズマエンハン
スト化学気相成長によって電極42A、42Bの表面に
これらを覆う二酸化シリコン層44が被着される。約2
〜5μmの範囲内の厚さを有するこの二酸化シリコン層
は、下部及び上部電極の間のスペーサ層として働き、こ
れらの電極の間に間隙を設けるために後に選択エッチン
グにより除去されるものである。
【0028】次に、モリブデンアパーチャマスクを用い
た気相成長により、二酸化シリコン層44上に環状の金
属導体45、例えば厚さが0.1μmの白金導体が被着
される。下部電極42A、42Bとほぼ同一の領域を覆
うこの環状金属導体は、四つの四分円形の電極の共通対
向電極を形成する。例えばプラズマエンハンスト化学気
相成長によってこの環状金属導体45(図4B)の上に
誘電体層46、例えば炭化シリコンまたは窒化シリコン
が被着される。この材料は、バッファードフッ酸による
二酸化シリコン層44のエッチング中に侵されない。
た気相成長により、二酸化シリコン層44上に環状の金
属導体45、例えば厚さが0.1μmの白金導体が被着
される。下部電極42A、42Bとほぼ同一の領域を覆
うこの環状金属導体は、四つの四分円形の電極の共通対
向電極を形成する。例えばプラズマエンハンスト化学気
相成長によってこの環状金属導体45(図4B)の上に
誘電体層46、例えば炭化シリコンまたは窒化シリコン
が被着される。この材料は、バッファードフッ酸による
二酸化シリコン層44のエッチング中に侵されない。
【0029】反応性イオンエッチングによって円形のサ
ンドイッチ構造の中心に穴が設けられた後、シリコン基
板41を貫通してのテーパ穴47の反応性イオンエッチ
ングまたは例えば37.5%のKOH熱水溶液を用いた
異方性ウエットエッチングによる逆ピラミッドの形成が
行われる。シリコン基板41のほぼ全体を貫通して延在
するこの穴は、トンネル接触材料により満たされ、かつ
下部電極から分離される、後に形成されるティップのネ
ガを形成する。
ンドイッチ構造の中心に穴が設けられた後、シリコン基
板41を貫通してのテーパ穴47の反応性イオンエッチ
ングまたは例えば37.5%のKOH熱水溶液を用いた
異方性ウエットエッチングによる逆ピラミッドの形成が
行われる。シリコン基板41のほぼ全体を貫通して延在
するこの穴は、トンネル接触材料により満たされ、かつ
下部電極から分離される、後に形成されるティップのネ
ガを形成する。
【0030】深い穴を含むサンドイッチ構造は、トンネ
ル接触材料48、例えばモリブデンアパーチャマスクを
用いた気相成長によって被着される0.1μmの厚さの
白金層により覆われる。トンネル電流は、このようにし
て形成された導体を通じてティップから試料に供給され
る。この導体及び構造全体に、例えばプラズマエンハン
スト化学気相成長を用いて炭化シリコンまたは窒化シリ
コンから成る誘電体層49が形成される。この層の厚さ
は2μmであってよい。この層は、誘電体層46及び導
体48(図4D)により上部電極45が接続されている
振動膜49を示す。
ル接触材料48、例えばモリブデンアパーチャマスクを
用いた気相成長によって被着される0.1μmの厚さの
白金層により覆われる。トンネル電流は、このようにし
て形成された導体を通じてティップから試料に供給され
る。この導体及び構造全体に、例えばプラズマエンハン
スト化学気相成長を用いて炭化シリコンまたは窒化シリ
コンから成る誘電体層49が形成される。この層の厚さ
は2μmであってよい。この層は、誘電体層46及び導
体48(図4D)により上部電極45が接続されている
振動膜49を示す。
【0031】底面から及び構造化酸化物マスク(図示せ
ず)を用いて、例えば37.5%のKOH熱水溶液によ
るエッチングにより、ティップを取り囲むシリコンが除
去される。その後、基板全体は同一の溶液を用いて三本
のスタッド50の周囲が少し薄くされる。これらのスタ
ッドを用いて、走査型トンネル顕微鏡が調べるべき基板
上に位置合わせされる。電極42A、42Bと電極45
との間の二酸化シリコン層44は、バッファードフッ酸
によるエッチングによって完全に除去される。これによ
って、電極に電界が印加された時にX、Y及びZ軸方向
に膜を移動させるための隙間が形成される。この白金−
炭化シリコンのティップは膜に接続され、この膜によっ
て自在に移動させることができる。
ず)を用いて、例えば37.5%のKOH熱水溶液によ
るエッチングにより、ティップを取り囲むシリコンが除
去される。その後、基板全体は同一の溶液を用いて三本
のスタッド50の周囲が少し薄くされる。これらのスタ
ッドを用いて、走査型トンネル顕微鏡が調べるべき基板
上に位置合わせされる。電極42A、42Bと電極45
との間の二酸化シリコン層44は、バッファードフッ酸
によるエッチングによって完全に除去される。これによ
って、電極に電界が印加された時にX、Y及びZ軸方向
に膜を移動させるための隙間が形成される。この白金−
炭化シリコンのティップは膜に接続され、この膜によっ
て自在に移動させることができる。
【0032】図4A〜図4Eに関連して述べた走査型ト
ンネル顕微鏡の上部には、膜/ティップアセンブリのZ
軸(図示せず)方向の空気圧による粗な接近を可能とす
るためにガラスブロックを設けてもよい。膜49とガラ
スブロックとの間には、膜の振動を可能とするためにキ
ャビティが設けられる。このガラスブロックは、膜に圧
力を加えることによりこの膜の減衰を変化させるために
穴をあけてもよいし、あるいは、ガラスブロックと膜と
の間のキャビティを接着前に真空排気し、接着によって
真空封止を行うようにしてもよい。
ンネル顕微鏡の上部には、膜/ティップアセンブリのZ
軸(図示せず)方向の空気圧による粗な接近を可能とす
るためにガラスブロックを設けてもよい。膜49とガラ
スブロックとの間には、膜の振動を可能とするためにキ
ャビティが設けられる。このガラスブロックは、膜に圧
力を加えることによりこの膜の減衰を変化させるために
穴をあけてもよいし、あるいは、ガラスブロックと膜と
の間のキャビティを接着前に真空排気し、接着によって
真空封止を行うようにしてもよい。
【0033】
【発明の効果】この発明による走査トンネル顕微鏡によ
れば、ヒステリシスのないX−Y−Z駆動を行うことが
できるとともに、質量が小さく大きさも小さいことによ
り検出器ヘッドの機械的及び熱的安定性が高い。その結
果、この配置は外部振動をほとんど受けない。ティップ
の距離制御のための電流供給の制御回路は、同一の半導
体基板上に集積される。さらに、走査により発生する信
号は、同一基板上に集積される回路によって検出器の直
ぐ近傍で処理することができる。
れば、ヒステリシスのないX−Y−Z駆動を行うことが
できるとともに、質量が小さく大きさも小さいことによ
り検出器ヘッドの機械的及び熱的安定性が高い。その結
果、この配置は外部振動をほとんど受けない。ティップ
の距離制御のための電流供給の制御回路は、同一の半導
体基板上に集積される。さらに、走査により発生する信
号は、同一基板上に集積される回路によって検出器の直
ぐ近傍で処理することができる。
【図1】典型的な走査型トンネル顕微鏡の図である。
【図2】この発明による走査型トンネル顕微鏡の断面図
及びその上部の上面図である。
及びその上部の上面図である。
【図3】この発明による走査型トンネル顕微鏡の好まし
い構造の製造の第1のプロセスにおける中間工程の断面
図である。
い構造の製造の第1のプロセスにおける中間工程の断面
図である。
【図4】この発明による走査型トンネル顕微鏡の好まし
い構造の製造の第2のプロセスにおける中間工程の断面
図である。
い構造の製造の第2のプロセスにおける中間工程の断面
図である。
21、31 シリコン基板
24、34 膜
25 ティップ
30 ガラスブロック
Claims (20)
- 【請求項1】 試料表面からZ軸方向に実質的に一定
の距離に保持された少なくとも一つの電子放出ティップ
と、上記ティップを上記試料表面上でマトリクス状に走
査するためのXY駆動装置と、トンネル電流を制御して
上記距離を実質的に一定に保つための手段とを具備し、
上記XY駆動装置は対向電極(26、36、45)から
離れた少なくとも四つの電極(27、28;37、38
;42A、42B)から成り、上記四つの電極(27、
28;37、38;42A、42B)は部材(40)上
に配設された上部電極または基板(41)上に配設され
た下部電極であり、上記対向電極(26、36、45)
は膜(24、34、49)と接続され、上記ティップ(
25;35、39;48、49)は上記膜(24、34
、49)の一体部を形成する上記試料表面に垂直なZ軸
方向に移動することが可能であることを特徴とする走査
型トンネル顕微鏡。 - 【請求項2】 上記走査型トンネル顕微鏡は集積回路
製造工程を用いたマイクロマシーニングにより製造され
ることを特徴とする請求項1記載の走査型トンネル顕微
鏡。 - 【請求項3】 上記走査型トンネル顕微鏡はプレーナ
バッチ技術により製造されることを特徴とする請求項2
記載の走査型トンネル顕微鏡。 - 【請求項4】 上記膜(24、34、49)は誘電体
材料から成り、上記膜の一体部を形成する上記ティップ
(25、35、49)には導電材料(29、39、48
)が設けられ、かつ上記ティップを上記試料表面に垂直
なZ軸方向に移動させるために電圧が印加される個々の
電極と接続されていることを特徴とする請求項1〜3記
載の走査型トンネル顕微鏡。 - 【請求項5】 上記膜(24、34、49)は炭化シ
リコンまたは窒化シリコンから成り、上記ティップのコ
ーティングは白金であることを特徴とする請求項4記載
の走査型トンネル顕微鏡。 - 【請求項6】 部材(30、40)は圧力または真空
発生室の部分を形成する多孔質ガラスブロックである請
求項1記載の走査型トンネル顕微鏡。 - 【請求項7】 上記膜及び上記ティップのZ軸方向の
粗な接近のためには上記膜への圧力が変化され、上記膜
及び上記ティップのZ軸方向の微細な接近のためにはZ
電極(26、36、45)に電圧UZ が印加され、上
記ティップと上記試料との間の距離はUZ の関数とし
て制御されることを特徴とする請求項1〜6記載の走査
型トンネル顕微鏡。 - 【請求項8】 基板(21、31、41)は、上記テ
ィップの距離制御の電流供給及び走査により発生する信
号の処理のための電子素子を含むことを特徴とする請求
項1〜7のいずれか1項または複数項記載の走査型トン
ネル顕微鏡。 - 【請求項9】 ティップ移動の空気圧及び静電制御を
用いた請求項1〜8記載の走査型トンネル顕微鏡の製造
方法であって、 a)基板(31)の両面にマスキング層(32)を被着
し、前面の上記マスキング層(32)及び上記基板(3
1)に数μmの深さの穴を後に形成される膜の大きさに
対応する大きさにエッチングする工程と、b)上記前面
のマスキング層(32)を除去し、上記微細エッチング
された穴の上に耐性のあるマスキング層(33)を被着
する工程と、 c)上記穴の中心の上記マスキング層(33)に開口を
形成し、上記基板(31)を貫通して穴(35)をエッ
チングする工程と、 d)残りのマスキング層(33)を除去し、上記穴(3
5)を含む上記基板(31)の前面を引張り応力を有す
る膜(34)で覆う工程と、 e)裏面の上記マスキング層(32)に開口を形成し、
上記基板(31)を薄くして上記膜(34)及び上記テ
ィップ(35)を露出させ、上記前面の上記引張り応力
を有する膜(34)に金属層(36)を形成し、上記穴
上に延在するように第1の電極をパターニングする工程
と、 f)部材(40)に金属層を形成し、第2の電極(37
、38)をパターニングする工程と、g)上記第2の電
極(37、38)を有する上記部材(40)を、上記膜
(34)上の上記第1の電極(36)の上方に位置する
上記第2の電極(37、38)を有する基板(31、3
4)にボンディングし、上記基板(31)の裏面から残
りのマスキング層(32)を除去し、上記基板(31)
をエッチングにより薄くし、上記ティップ(35)及び
上記基板(31)の一部分に金属コーティング(39)
を形成する工程とを具備することを特徴とする走査型ト
ンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項10】 上記マスキング層(32)を被着す
る上記工程a)はシリコン基板(31)の両面に二酸化
シリコン層または窒化シリコン層を形成することから成
る請求項9記載の走査型トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項11】 上記耐性のあるマスキング層(33
)を被着する上記工程b)は二酸化シリコンまたはアル
ミニウムを被着することから成る請求項9記載の走査型
トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項12】 穴(35)を含む上記基板(31)
の前面を引張り応力を有する膜(34)で覆う上記工程
d)はプラズマエンハンスト化学気相成長により炭化シ
リコンまたは窒化シリコンを被着することから成る請求
項9記載の走査型トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項13】 マスキング層のエッチング工程は、
二酸化シリコンに対してバッファードフッ酸を用いたウ
エットエッチング工程から成る請求項9記載の走査型ト
ンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項14】 シリコン基板のエッチング工程は、
KOHの37.5%熱水溶液を用いたウエットエッチン
グまたは塩素もしくは臭素ガスを用いたドライエッチン
グから成る請求項9記載の走査型トンネル顕微鏡の製造
方法。 - 【請求項15】 上記第1及び第2の電極の被着及び
パターニングは、金属、好ましくは白金をアパーチャマ
スクを用いて化学気相成長させることから成る請求項9
記載の走査型トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項16】 ティップ移動の空気圧及び静電制御
を用いた請求項1〜8記載の走査型トンネル顕微鏡の製
造方法であって、 a)基板(41)上に金属層を形成し、第1の電極(4
2A、42B)をパターニングし、上記第1の電極(4
2A、42B)の表面に上記第1の電極を覆う誘電体層
(44)を形成する工程と、 b)上記誘電体層(44)上に金属層を形成し、この金
属層をパターニングして上記第1の電極(42A、42
B)とほぼ同一の領域を覆い、かつ第2の電極を形成す
る円環状導体(45)を形成し、上記円環状導体(45
)の上面に誘電体層(46)を被着する工程と、c)円
形のサンドイッチ構造の中心に開口を形成し、基板(4
1)を貫通して穴(47)をエッチングする工程と、 d)上記穴を含む上記円形のサンドイッチ構造をトンネ
ル接触材料の層(48)で覆い、このトンネル接触材料
の層(48)及び構造全体に誘電体層(49)を形成す
る工程と、 e)ティップを取り囲む基板材料を構造化酸化物マスク
を用いたエッチングにより除去し、上記基板をエッチン
グにより薄くし、電界印加時にX、Y及びZ軸方向に移
動させるために、上記誘電体層(49)と上記層(49
、48)の一体部としてのティップ(47)を有するト
ンネル接触材料の層(48)と上記誘電体層(46)と
上記円環状導体(45)とから成るサンドイッチ構造の
ための間隙が得られるように上記誘電体層(44)をエ
ッチング除去する工程とを具備することを特徴とする走
査型トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項17】 上記誘電体層(44)を被着する上
記工程a)は、スペーサ材料として働き、後の工程e)
でバッファードフッ酸を用いたエッチングにより除去さ
れる二酸化シリコンを被着することから成る請求項16
記載の走査型トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項18】 上記第1の電極(42A、42B)
、上記円環状導体(45)及び上記トンネル接触材料の
層(48)の被着及びパターニングの上記工程a)、b
)及びd)は金属、好ましくは白金をアパーチャマスク
を用いて気相成長させることから成る請求項16記載の
走査型トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項19】 上記誘電体層(44、49)を被着
する上記工程b)及びd)はプラズマエンハンスト化学
気相成長により炭化シリコンまたは窒化シリコンを被着
することから成り、誘電体層(49)は上記膜を示す請
求項16記載の走査型トンネル顕微鏡の製造方法。 - 【請求項20】 走査型トンネル顕微鏡の上部にガラ
スブロックを設け、上記ガラスブロックと上記膜(49
)との間にキャビティを残して試料表面に垂直なZ軸方
向の膜/ティップアセンブリの空気圧による粗な接近を
可能とする工程をさらに具備する請求項16〜19記載
の走査型トンネル顕微鏡の製造方法。
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---|---|---|---|
EP90125214A EP0491973B1 (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Integrated pneumatically and electrostatically controlled scanning tunneling microscope and method of making the same |
DE90125214.8 | 1990-12-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04296604A true JPH04296604A (ja) | 1992-10-21 |
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Family
ID=8204882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
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JP3402661B2 (ja) * | 1992-07-06 | 2003-05-06 | キヤノン株式会社 | カンチレバー型プローブ、及びこれを用いた情報処理装置 |
US5553486A (en) * | 1993-10-01 | 1996-09-10 | Hysitron Incorporated | Apparatus for microindentation hardness testing and surface imaging incorporating a multi-plate capacitor system |
US5658698A (en) * | 1994-01-31 | 1997-08-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Microstructure, process for manufacturing thereof and devices incorporating the same |
JP3192887B2 (ja) * | 1994-09-21 | 2001-07-30 | キヤノン株式会社 | プローブ、該プローブを用いた走査型プローブ顕微鏡、および前記プローブを用いた記録再生装置 |
JP3182301B2 (ja) * | 1994-11-07 | 2001-07-03 | キヤノン株式会社 | マイクロ構造体及びその形成法 |
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EP2384442A1 (en) * | 2009-01-30 | 2011-11-09 | International Business Machines Corporation | High-speed scanning probe microscope |
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DD298873A7 (de) * | 1988-11-07 | 1992-03-19 | Technische Universitaet Chemnitz,De | Verfahren und messkopf zur feinsteuerung der tunnelspitze eines raster-tunnel-mikroskops |
US4916002A (en) * | 1989-01-13 | 1990-04-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Jr. University | Microcasting of microminiature tips |
US5041783A (en) * | 1989-02-13 | 1991-08-20 | Olympus Optical Co., Ltd. | Probe unit for an atomic probe microscope |
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- 1990-12-21 EP EP90125214A patent/EP0491973B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3311345A patent/JP2819518B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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DE69023347T2 (de) | 1996-05-30 |
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