JPH0511079B2 - - Google Patents
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- JPH0511079B2 JPH0511079B2 JP63118240A JP11824088A JPH0511079B2 JP H0511079 B2 JPH0511079 B2 JP H0511079B2 JP 63118240 A JP63118240 A JP 63118240A JP 11824088 A JP11824088 A JP 11824088A JP H0511079 B2 JPH0511079 B2 JP H0511079B2
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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]
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、鋭利な先端部を有する微小プローブ
を複数本高密度に形成して成る微細マルチプロー
ブの製造方法に関する。
を複数本高密度に形成して成る微細マルチプロー
ブの製造方法に関する。
（従来の技術）
鋭利な先端を持つ微小プローブは、導電性基板
上に存在する導電性粒子の２次元的な挙動を測定
したり、トンネル電流あるいは電界放射電流によ
つて幅0.1μｍ以下の線を基板に描かせる場合など
に利用される。
上に存在する導電性粒子の２次元的な挙動を測定
したり、トンネル電流あるいは電界放射電流によ
つて幅0.1μｍ以下の線を基板に描かせる場合など
に利用される。
この先端の鋭利な微小プローブを、従来は機械
研磨あるいは電解研磨によつて製作していた。
研磨あるいは電解研磨によつて製作していた。
即ち、機械的研磨による場合は、金属ワイヤを
所望の長さに切断後、先端をグラインダ等によつ
て機械的に研磨することによつて得ていた。
所望の長さに切断後、先端をグラインダ等によつ
て機械的に研磨することによつて得ていた。
また、電解研磨による場合は、第４図に示すよ
うに、先ず、直径0.5mm程度のタングステン線１
の先端部を薄い荷性ソーダの水溶液２につける。
そして、このタングステン線１と電極３との間に
直流電源４を介して数ボルトの直流電圧を印加す
る。これにより、水溶液２中のタングステン線１
の表面が研磨されていくが、液面の近くは研磨速
度が特に速く、液面を静かにしておくと、タング
ステン線１の液面に接している部分の近傍が糸巻
形状に研磨され、やがて切断される。切断の瞬間
に急減する電流を的確に検知してすばやく印加電
圧を切ることにより、鋭利な先端を持つ微小タン
グステンプローブを得ていた。
うに、先ず、直径0.5mm程度のタングステン線１
の先端部を薄い荷性ソーダの水溶液２につける。
そして、このタングステン線１と電極３との間に
直流電源４を介して数ボルトの直流電圧を印加す
る。これにより、水溶液２中のタングステン線１
の表面が研磨されていくが、液面の近くは研磨速
度が特に速く、液面を静かにしておくと、タング
ステン線１の液面に接している部分の近傍が糸巻
形状に研磨され、やがて切断される。切断の瞬間
に急減する電流を的確に検知してすばやく印加電
圧を切ることにより、鋭利な先端を持つ微小タン
グステンプローブを得ていた。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記従来方法は、基本的には微
小プローブを１本ずつ製作する方法であるため、
これから高密度化した微細マルチプローブを得る
ことはできない。なぜならば、機械研磨は機械加
工であるために、一方、電解研磨は電解液の表面
張力の存在のために、微小なプローブを製作する
ことだけでも極めて困難である。まして従来の研
磨による方法では、高密度な微細マルチプローブ
を製作することは不可能である。
小プローブを１本ずつ製作する方法であるため、
これから高密度化した微細マルチプローブを得る
ことはできない。なぜならば、機械研磨は機械加
工であるために、一方、電解研磨は電解液の表面
張力の存在のために、微小なプローブを製作する
ことだけでも極めて困難である。まして従来の研
磨による方法では、高密度な微細マルチプローブ
を製作することは不可能である。
このため従来は、１本の微小プローブを機械的
に移動させて基板上を測定走査したり、同じ図形
を繰り返し描かねばならず、極めて作業効率が悪
かつた。
に移動させて基板上を測定走査したり、同じ図形
を繰り返し描かねばならず、極めて作業効率が悪
かつた。
そこで、本発明は、鋭利な先端を持つ複数の微
小プローブが高密度に形成できる微細マルチプロ
ーブの製造方法を提供することを目的とする。
小プローブが高密度に形成できる微細マルチプロ
ーブの製造方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明は、リソグラフイによつて、結晶基板上
に複数の穴を高密度化してあけた薄膜を形成し、
それら穴底部に露出している基板上に導電物質を
選択的にエピタキシヤル成長させるようにしたも
のである。
に複数の穴を高密度化してあけた薄膜を形成し、
それら穴底部に露出している基板上に導電物質を
選択的にエピタキシヤル成長させるようにしたも
のである。
（作用）
薄膜に形成された穴を通して結晶基板上に導電
物質を選択的にエピタキシヤル成長させると、フ
アセツト形成現象により各穴毎に先端の鋭利な結
晶が成長し、微小プローブを高密度に形成させる
ことができる。
物質を選択的にエピタキシヤル成長させると、フ
アセツト形成現象により各穴毎に先端の鋭利な結
晶が成長し、微小プローブを高密度に形成させる
ことができる。
（実施例）
第１図は本発明による微細マルチプローブの製
造方法の説明図で、ａの斜視図およびｂの断面図
に示すように、シリコン基板１１の表面に厚さ
1μｍ程度のシリコン酸化膜１２を成長させ、そ
こに通常のリソグラフイによつて角穴１３を多数
（図で４個）高密度に形成する。更に、その上か
らSiH2Cl2，HCl，H2，B2H6の４種類のガスを
供給して角穴１３の底部に露出するシリコン基板
１１上にシリコンの結晶を選択的にエピタキシヤ
ル成長させる。
造方法の説明図で、ａの斜視図およびｂの断面図
に示すように、シリコン基板１１の表面に厚さ
1μｍ程度のシリコン酸化膜１２を成長させ、そ
こに通常のリソグラフイによつて角穴１３を多数
（図で４個）高密度に形成する。更に、その上か
らSiH2Cl2，HCl，H2，B2H6の４種類のガスを
供給して角穴１３の底部に露出するシリコン基板
１１上にシリコンの結晶を選択的にエピタキシヤ
ル成長させる。
これにより、同図ｃの斜視図およびｄの断面図
に示すように、鋭利な先端を持つピラミツド状の
結晶がエピタキシヤル成長し、シリコンの微小プ
ローブ１４が形成される。このとき、結晶中には
ホウ素(B)が自然にドープされて微小プローブ１４
はＰ型導伝性を有するようになる。
に示すように、鋭利な先端を持つピラミツド状の
結晶がエピタキシヤル成長し、シリコンの微小プ
ローブ１４が形成される。このとき、結晶中には
ホウ素(B)が自然にドープされて微小プローブ１４
はＰ型導伝性を有するようになる。
このシリコンの選択的エピタキシヤル成長時に
フアセツトが形成されることはよく知られた実験
的事実で、第１図ａに示したような角穴のパター
ンでは４つのフアセツトが成長する（J.O.
Borland and C.Drowley，Solid State
Technology，1985，Vol.28，No.8，pp141−148
参照）。
フアセツトが形成されることはよく知られた実験
的事実で、第１図ａに示したような角穴のパター
ンでは４つのフアセツトが成長する（J.O.
Borland and C.Drowley，Solid State
Technology，1985，Vol.28，No.8，pp141−148
参照）。
しかし、一般にはこのようなフアセツト形成は
望ましくなく、これまでは、フアセツト形成を阻
止する方策が研究されてきた。
望ましくなく、これまでは、フアセツト形成を阻
止する方策が研究されてきた。
本発明では、逆に、このフアセツトの形成を積
極的に利用し、先端が鋭利なピラミツド状の微細
プローブを高密度に形成するようにしたものであ
る。
極的に利用し、先端が鋭利なピラミツド状の微細
プローブを高密度に形成するようにしたものであ
る。
次に、上記のように絶縁性のシリコン基板１１
上に高密度に形成した各微小プローブに電気配線
を施す方法について説明する。
上に高密度に形成した各微小プローブに電気配線
を施す方法について説明する。
第２図ａに示すように、上記方法により製造さ
れた微細マルチプローブを裏面にして通常のリソ
グラフイを用い、基板裏面から各微小プローブ１
４に達するコンタクト孔１５を形成する。このと
き、これらコンタクト孔１５が微小プローブ１４
に合致するように、シリコン基板１１の数個所に
スルーホールをあけ、これらスルーホールを基準
として微小プローブ１４の位置を推定する。
れた微細マルチプローブを裏面にして通常のリソ
グラフイを用い、基板裏面から各微小プローブ１
４に達するコンタクト孔１５を形成する。このと
き、これらコンタクト孔１５が微小プローブ１４
に合致するように、シリコン基板１１の数個所に
スルーホールをあけ、これらスルーホールを基準
として微小プローブ１４の位置を推定する。
次いで、同図ｂに示すようにアルミニウム１６
をコンタクト孔１５に埋込み、更に同図ｃに示す
ように、その上にアルミニウム線１７とシリコン
酸化膜１８との多層構造を形成し、各アルミニウ
ム線１７に電極端子を取り付ける。
をコンタクト孔１５に埋込み、更に同図ｃに示す
ように、その上にアルミニウム線１７とシリコン
酸化膜１８との多層構造を形成し、各アルミニウ
ム線１７に電極端子を取り付ける。
第３図は、上記のようにして作成された微細マ
ルチプローブ１９を用いて平滑表面を有する導電
性基板２０上に存在する導電性粒子２１の２次元
的な挙動の測定に適用した場合の例を示したもの
である。
ルチプローブ１９を用いて平滑表面を有する導電
性基板２０上に存在する導電性粒子２１の２次元
的な挙動の測定に適用した場合の例を示したもの
である。
先ず、微細マルチプローブ１９の微小プローブ
先端と導電性基板２０の表面との間隔を数nm（ナ
１メートル）以下に設定する。次に、マルチプレ
クサ２２によつて微小電流計２３に接続する微小
プローブ１４を高速に切り換える。このとき、微
小電流計２３に接続された微小プローブ１４と、
導電性基板２０との間に数ボルト程度の直流電圧
を微小プローブ１４側がプラスになるように印加
する。すると、この微小プローブ直下に導電性粒
子２１が存在するか否かをトンネル電流の大きさ
によつて検出できる。このトンネル電流を微小電
流計２３で測定し、測定結果u1を信号処理装置２
４に出力する。同時に、微小電流計２３に接続さ
れている微小プローブ１４の位置u2をマルチプレ
クサ２２から信号処理装置２４に出力する。これ
により、信号処理装置２４は信号u1とu2とから導
電性粒子２１の位置を決定することができる。こ
のように、微細マルチプローブ１９を用いること
により、導電性粒子２１の位置を高速かつ高精度
に捉えることができるが、微小プローブ１本を導
電性基板２０上で機械的に操作する従来装置にお
いては、導電性粒子２１の存在位置を決定するこ
とは容易なことではなかつた。
先端と導電性基板２０の表面との間隔を数nm（ナ
１メートル）以下に設定する。次に、マルチプレ
クサ２２によつて微小電流計２３に接続する微小
プローブ１４を高速に切り換える。このとき、微
小電流計２３に接続された微小プローブ１４と、
導電性基板２０との間に数ボルト程度の直流電圧
を微小プローブ１４側がプラスになるように印加
する。すると、この微小プローブ直下に導電性粒
子２１が存在するか否かをトンネル電流の大きさ
によつて検出できる。このトンネル電流を微小電
流計２３で測定し、測定結果u1を信号処理装置２
４に出力する。同時に、微小電流計２３に接続さ
れている微小プローブ１４の位置u2をマルチプレ
クサ２２から信号処理装置２４に出力する。これ
により、信号処理装置２４は信号u1とu2とから導
電性粒子２１の位置を決定することができる。こ
のように、微細マルチプローブ１９を用いること
により、導電性粒子２１の位置を高速かつ高精度
に捉えることができるが、微小プローブ１本を導
電性基板２０上で機械的に操作する従来装置にお
いては、導電性粒子２１の存在位置を決定するこ
とは容易なことではなかつた。
次に、本発明により製造される微細マルチプロ
ーブをリソグラフイの電子発生チツプに適用した
場合の例について説明する。
ーブをリソグラフイの電子発生チツプに適用した
場合の例について説明する。
M.A.McCord and R.F.W.Pease，J.Vac.Sci.
Technol.B4(1)，1986，pp86−88に報告されてい
るように、トンネル電流あるいは電界放射電流に
よつて幅0.1μｍ以下の線を基板上に形成すること
ができる。この論文では電子発生チツプとして１
本のプローブのみを使用している。そこで、電子
発生チツプとして本発明による微細マルチプロー
ブを使用すれば、複数の同じパターンを同時に効
率よく形成することができる。
Technol.B4(1)，1986，pp86−88に報告されてい
るように、トンネル電流あるいは電界放射電流に
よつて幅0.1μｍ以下の線を基板上に形成すること
ができる。この論文では電子発生チツプとして１
本のプローブのみを使用している。そこで、電子
発生チツプとして本発明による微細マルチプロー
ブを使用すれば、複数の同じパターンを同時に効
率よく形成することができる。
また、この場合に使用する微細マルチプローブ
は、前述の導電性粒子２１の存在位置を決定する
場合のときのように、各微小プローブ１４を切り
換える必要はないので、プローブ製造時において
も、微小プローブ１４形成後に改めて配線を形成
することなくプローブと同時に形成することがで
きる。即ち、第１図で説明した微細マルチプロー
ブの製法において、シリコン絶縁基板の代りに予
めヒ素がドープされた導電性のｎ型シリコン基板
を使用する。また、選択的エピタキシヤル成長に
使用するガスのうちB2H6の代りにAsH3を使用す
る。その他は第１図で説明した場合と全く同様に
して基板上に微小プローブを形成することによ
り、Asがドープされたｎ型導電性プローブが形
成される。このようにして導電性基板上に導電性
の微小プローブが高密度に形成された微細マルチ
プローブが、本発明によれば極く簡単に得られ
る。
は、前述の導電性粒子２１の存在位置を決定する
場合のときのように、各微小プローブ１４を切り
換える必要はないので、プローブ製造時において
も、微小プローブ１４形成後に改めて配線を形成
することなくプローブと同時に形成することがで
きる。即ち、第１図で説明した微細マルチプロー
ブの製法において、シリコン絶縁基板の代りに予
めヒ素がドープされた導電性のｎ型シリコン基板
を使用する。また、選択的エピタキシヤル成長に
使用するガスのうちB2H6の代りにAsH3を使用す
る。その他は第１図で説明した場合と全く同様に
して基板上に微小プローブを形成することによ
り、Asがドープされたｎ型導電性プローブが形
成される。このようにして導電性基板上に導電性
の微小プローブが高密度に形成された微細マルチ
プローブが、本発明によれば極く簡単に得られ
る。
なお、上記実施例ではシリコン酸化膜１２上に
角穴１３を形成する例について説明したが、シリ
コン酸化膜１２上に形成する穴は任意形状のもの
が採用できる。
角穴１３を形成する例について説明したが、シリ
コン酸化膜１２上に形成する穴は任意形状のもの
が採用できる。
（発明の効果）
以上のように本発明によれば、リソグラフイを
用いた微細加工技術によつて微細マルチプローブ
を製造するので、複数の微小プローブを自由な配
列に高密度に形成できる。しかも、微小プローブ
をエピタキシヤル成長によつて形成するので、結
晶からなる鋭利な先端を持つ微小プローブを容易
に得ることができる。
用いた微細加工技術によつて微細マルチプローブ
を製造するので、複数の微小プローブを自由な配
列に高密度に形成できる。しかも、微小プローブ
をエピタキシヤル成長によつて形成するので、結
晶からなる鋭利な先端を持つ微小プローブを容易
に得ることができる。
第１図は本発明による微細マルチプローブの製
造方法の説明図で、ａは微小プローブ形成前の基
板斜視図、ｂはその断面図、ｃは微小プローブ形
成後の基板斜視図、ｄはその断面図、第２図ａ〜
ｃは第１図で製造された微細マルチプローブの各
微小プローブに電気配線を施す過程の説明図、第
３図は本発明による微細マルチプローブを利用し
た測定装置の構成図、第４図は従来の電解研磨に
よる微小プローブ製造方法説明図である。 １１……シリコン基板、１２，１８……シリコ
ン酸化膜、１３……角穴、１４……微小プロー
ブ、１５……コンタクト孔、１６……アルミニウ
ム、１７……アルミニウム線。
造方法の説明図で、ａは微小プローブ形成前の基
板斜視図、ｂはその断面図、ｃは微小プローブ形
成後の基板斜視図、ｄはその断面図、第２図ａ〜
ｃは第１図で製造された微細マルチプローブの各
微小プローブに電気配線を施す過程の説明図、第
３図は本発明による微細マルチプローブを利用し
た測定装置の構成図、第４図は従来の電解研磨に
よる微小プローブ製造方法説明図である。 １１……シリコン基板、１２，１８……シリコ
ン酸化膜、１３……角穴、１４……微小プロー
ブ、１５……コンタクト孔、１６……アルミニウ
ム、１７……アルミニウム線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 結晶基板上に絶縁性の薄膜を形成し、その薄
膜上に複数の穴を高密度にあけ、これらの穴から
露出する前記結晶基板上に導電性結晶を選択的に
エピタキシヤル成長させ、先端が鋭利な微小プロ
ーブを前記結晶基板上に高密度に形成することを
特徴とする微細マルチプローブの製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記微
小プローブの形成された結晶基板の裏面より前記
各微小プローブに達するコンタクト孔を形成し、
これらコンタクト孔に金属材を埋込み、更にこれ
ら金属材にそれぞれ接続する導体を絶縁体を介在
させて外部に延出し端子に接続することを特徴と
する微細マルチプローブの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63118240A JPH01290598A (ja) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | 微細マルチプローブの製造方法 |
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