JPH075182A

JPH075182A - 微小プローブ及びこれを用いた原子間力顕微鏡

Info

Publication number: JPH075182A
Application number: JP8395093A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kawasaki; 岳彦川崎; Tsutomu Ikeda; 勉池田; Yuji Kasanuki; 有二笠貫; Masahiko Miyamoto; 雅彦宮本; Harunori Kawada; 春紀河田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】物質の表面を高分解能観察するための微小プ
ローブ提供する。【構成】微小変位を光てこ方式により計測するための
微小プローブであって、カンチレバー上に金錯体溶液中
の金錯体を分解処理することにより形成された平板状金
単結晶からなる光反射面を有するカンチレバー型微小プ
ローブ。【効果】非常に平滑性の高い反射面を設けたことによ
り光の乱反射が低減され、反射光による変位測定を高精
度で行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質の表面を高分解能
観察するための微小プローブ及びこれを用いた原子間力
顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下「ＳＴ
Ｍ」と略す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇｅｔ．
ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９（１９８
２）５７）、単結晶、非晶質を問わず実空間像を著しく
高い分解能（ナノメートル以下）で測定できるようにな
った。

【０００３】ＳＴＭは金属のプローブと導電性物質の間
に電圧を加えて、１ｎｍ程度の距離まで近づけるとトン
ネル電流が流れることを利用している。この電流は両者
の距離変化に非常に敏感で指数関数的に変化するので、
トンネル電流を一定に保つようにプローブを走査するこ
とにより実空間の表面構造を原子オーダーの分解能で観
察することができる。

【０００４】しかしながら、ＳＴＭによる観察は、導電
性のサンプルに限られ、絶縁性のサンプルの観察には向
かないという問題点があった。そこで、新たに、原子間
力顕微鏡（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｅ；以下「ＡＦＭ」と記す）というアイディアが提
唱された（Ｂｉｎｎｉｎｇ他Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅ
ｔｔ．５６（１９８６）１９３０）。

【０００５】ＡＦＭは、物質間に働く力によって物質表
面の形状を二次元的に観察するものであり、ＳＴＭと異
なり、電気伝導性のない材料表面や有機分子をナノメー
トルスケールで観察できることから広範な応用が期待さ
れている。ＡＦＭは一般に先端径の小さなプローブ（探
針）を持つカンチレバー部と、このカンチレバーの曲が
りを測定する変位測定部から構成される。このプローブ
は、カンチレバーの自由端に取り付けて作製される場合
や、カンチレバー自体を試料面と傾けて設置することに
よりカンチレバーの自由端をプローブとして用いる場合
等がある。

【０００６】一般に物質表面間において、比較的遠距離
では分散力による微弱な引力が、近距離では斥力が働
く。カンチレバーの曲がりはこの作用する力に比例する
ので、この曲がりを測定することによって、プローブ先
端とこれに数ｎｍ以内に近接する試料表面間に働く微弱
で局所的な力を検出することが可能となる。さらに試料
を走査することで試料表面の力の２次元的情報が得られ
る。さらに、カンチレバーの曲がりを一定にするように
フィードバックをかけながら走査することにより、試料
表面の微小な凹凸形状を観察できる。

【０００７】ＡＦＭによる分解能は試料面に平行な方向
に１ｎｍ以下であるので試料表面に１０ｎｍ程度の間隔
で凹凸を形成し、それをＡＦＭで読み出すことによっ
て、１０¹²ビット／ｃｍ²近い超高密度のメモリを作製
することも可能である。

【０００８】また、カンチレバーの曲がりを検出する方
法としては、ＳＴＭを応用する方式、試料とカンチレバ
ー間の電気容量を検出する方式、光の干渉を用いる方
式、カンチレバーにレーザー光を入射しその反射角の変
化から曲がりを読み取る光てこ方式などがあるが、操作
性、検出感度を考慮して光てこ方式が一般的である。

【０００９】図２にこのような光てこ方式のＡＦＭ装置
の概略図を示す。２０１は上部支持台で、その上にレー
ザー２０２、２分割フォトダイオード２０３が取りつけ
られており、前記上部支持台２０１にカンチレバー２０
４がカンチレバー支持部２０５を介して取りつけられて
いる。２０６は上部支持台２０１と下部支持台２０７と
をつなぐ接続部でり、下部支持台２０７の上に、３次元
駆動可能な円筒ピエゾ２０８が取りつけられ、その上部
に試料２０９が固定されている。

【００１０】上記構成のＡＦＭにおいて、円筒ピエゾ２
０８を２次元に移動させることにより、カンチレバー２
０４が試料２０９に相対的に２次元に走査し、試料２０
９の表面の凹凸に応じてカンチレバー２０４が、曲がる
ので、その曲がりをレーザー光２１０の反射角の変化と
して２分割フォトダイオード２０３で検出する。

【００１１】図３にこのような光てこ方式のＡＦＭ装置
に用いられるカンチレバーの拡大図を示す。図３（ａ）
は上面図であり、図３（ｂ）は断面図である。カンチレ
バー２０４はＳｉウエハー３０１上に作製されている。
レーザー光２１０の照射される面には反射層３０２が形
成されている。カンチレバー２０４の材料としては一般
にＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂等が用いられ、反射層３０２の材
料としてはＡｕの蒸着薄膜が用いられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では以下に示す問題点があった。

【００１３】図３に示したカンチレバーにおいては、カ
ンチレバー２０４の材料としては一般にＳｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ
Ｏ₂等が用いられ、反射層３０２の材料としてはＡｕの
蒸着薄膜が用いられるが、Ｓｉ₃Ｎ₄やＳｉＯ₂上にＡｕ
の蒸着薄膜を形成した場合、この薄膜は数十ｎｍから数
百ｎｍ程度の粒径を持つ微小な結晶の集合体である多結
晶膜となる。このような多結晶膜は多数の結晶粒界を持
ち、そのため微視的に見ると非常に凹凸が大きい。その
ため入射したレーザー光はこの凹凸により乱反射され、
反射光のスポットはブロードなものとなり、測定精度に
悪影響を与えていた。さらにＡＦＭを用いた超高密度メ
モリ等に好適な、集積化したカンチレバー型微小プロー
ブとした場合、乱反射光によるカンチレバー間の相互干
渉が生じ、読み取り精度に悪影響があった。

【００１４】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
で、本発明の目的は、光てこ方式のＡＦＭ等に用いられ
るカンチレバーのレーザー光の反射面に凹凸の少ない材
料を用いることにより、測定精度の高いカンチレバー型
微小プローブ及びこれを用いた原子間力顕微鏡を提供す
ることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために成された本発明は、第１に、カンチレバー上
に反射面を有し、該反射面に照射された光の反射光を検
出することで前記カンチレバーの変位が計測される微小
プローブであって、前記反射面が平板状金単結晶で形成
されていることを特徴とするカンチレバー型微小プロー
ブであり、第２に、前記平板状金単結晶が、金錯体溶液
中の金錯体を分解処理することにより形成されたもので
あることを特徴とする上記第１のカンチレバー型微小プ
ローブであり、第３に、上記第１又は第２のカンチレバ
ー型微小プローブを具備する原子間力顕微鏡である。

【００１６】先ず、本発明のカンチレバー型微小プロー
ブの構成及び作製方法の概略の例、金錯体溶液中の金錯
体を分解処理することで平板状金単結晶を形成する過程
の例、所望の位置に平板状金単結晶を成長させ反射面を
形成する方法、及びその他の実施態様の例について述べ
る（１）カンチレバー型微小プローブの構成及び作製方法
の概略の例図１に、本発明のカンチレバー型微小プローブの構成及
び作製方法の代表的な例の概略を示す。

【００１７】まず、図１（ａ）に示すように、マイクロ
ティップとなる突起１０２を形成したＳｉ（１００）ウ
エハ１０１上の上下面に、ＳｉＯ₂膜１０３及び１０４
を形成する。

【００１８】続いて、図１（ｂ）に示すように、ウエハ
１０１下面のＳｉＯ₂膜１０４にレジストを塗布した
後、通常のフォトリソグラフィーによりカンチレバー部
を形成するためのパターンを形成し、このパターンをマ
スクとしてＫＯＨ水溶液をエッチャントとしたＳｉの異
方性エッチングにより、ウエハ１０１上面のＳｉＯ₂膜
１０３が露出するまでエッチングを行い、カンチレバー
１０５を形成する。

【００１９】これに続いて、図１（ｃ）に示すように、
カンチレバー１０５下面の所望の位置にシード１０６を
形成した後、後述の方法で選択的に平板状金単結晶１０
７を成長させ光反射面を形成し、本発明のカンチレバー
型微小プローブを作製する。このカンチレバー型微小プ
ローブを反射面側から見た図を図１（ｄ）に示す。

【００２０】（２）平板状金単結晶を形成する過程の例次に平板状金単結晶の基板上への形成方法について、金
錯体として［ＡｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-、分解処理手
段として揮発処理を用いるものとして説明する。

【００２１】まず、蒸留水にヨウ化カリウム及びヨウ素
を投入してヨウ素水溶液を形成した後、金を投入し撹拌
溶解させ、［ＡｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-を含有する金
錯体溶液を形成する。このとき溶液中には、金錯体の
他、Ｉ₃ ^-、Ｋ⁺が存在するものと考えられる。

【００２２】次いで、基板の表面を金錯体溶液に接した
後、該溶液を３０〜１００℃に昇温し、この温度を保ち
ヨウ素成分の揮発を促進させる。

【００２３】この時、溶液系内では、Ｉ₃ ^-の状態で存在
するヨウ素成分の揮発による溶液系内の平衡状態の維持
の為、［ＡｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-からのＩ成分の解
離による分解、又は［ＡｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-の形
で存在する錯体中のヨウ素成分の直接の揮発による分解
が進行し、結果として金が過飽和状態となり基板表円に
核として析出する。

【００２４】この後、核の形成は、しばらく続くが、あ
る程度の数の核が形成されると、核の増加が止まり、核
が自己整合的に単結晶成長する。

【００２５】図４にこのようにして作成した金単結晶群
の代表的な光学顕微鏡写真を示す。この金単結晶群は通
常の多結晶薄膜と異なり、それぞれの結晶が基板の面内
方向の粒径に対する垂直方向の厚さのアスペクト比の小
さな（おおよそ１００：１〜２００：１）平板状金単結
晶の集合である。なお、この平板状金単結晶は、基板に
対して（１１１）方位が優先配向したものである。ま
た、この平板状金単結晶の基板の面内方向の粒径は、作
成条件を変えることで１μｍ以下から数１００μｍ以上
まで任意に変えることが可能である。また、溶液中から
の成長であるため、さまざまな形の基板の面に結晶を成
長可能である。

【００２６】このようにして作成した平板状金単結晶の
大きな特徴のひとつとして、表面が非常に平滑であるこ
とがある。ＳＴＭによる観察で２μｍ口内での凹凸はお
よそ１ｎｍ以下であり、さらに位相差光学顕微鏡による
観察でこの平滑性はひとつの結晶粒内でほぼ均一に得ら
れており、結晶粒界や欠陥は観察されない。この様に、
蒸着薄膜では得がたい大面積の平滑面が容易に作成でき
る。このため、光てこ方式の変位測定に用いるようなス
ポット状のレーザー光を入射した場合でも凹凸による乱
反射が少なく、シャープな反射光のスポットが得られ
る。

【００２７】尚、金錯体の種類、分解の手法が異なるも
のの、このような金錯体の分解による溶液内の金過飽和
現象を利用して、導電性金ペースト用の金粉末を系内に
浮遊状態で析出させる技術が特開昭５６−３８４０６、
特開昭５５−５４５０９に開示されている。

【００２８】（３）所望の位置に平板状金単結晶を成長
させる方法次に、反射面を形成しようとする所望の位置のみに選択
的に平板状金単結晶を形成する方法について説明する。

【００２９】様々な基板表面、錯体の種類、形成条件に
よる、平板状金単結晶の平均粒径および、１／（平均粒
径の２乗）で与えられる核形成密度の実験値を表１に示
す。

【００３０】表１によって明らかなように、核形成密度
は、基板表面材料の種類、錯体の種類、形成条件により
異なるが、特に基板表面材料の種類には強く依存する。
特に、金属等の導電体の表面では大きく、絶縁体の表面
では小さい。

【００３１】このことを利用することで、所望の位置の
みから平板状金単結晶を形成することができる。すなわ
ち、結晶の成長を行いたい部分のみに核形成密度の大き
い材料からなるシードを形成し、それ以外の部分は絶縁
体等の核形成密度の低い面とすることである。

【００３２】本発明においては、カンチレバー本体をＳ
ｉ₃Ｎ₄、あるいはＳｉＯ₂等の絶縁体で構成し、反射面
を形成しようとする所望の位置のみにＡｕ、Ａｇ等の金
属等でシードを形成し、その後で前述の平板状金単結晶
の成長を行うことで、所望の位置に、平板金単結晶を形
成することができる。

【００３３】（４）その他の実施態様の例また、本発明は、前述した実施態様の例以外にもさまざ
まな態様にて実施可能である。

【００３４】カンチレバーの材料としては前述のＳｉ₃
Ｎ₄、ＳｉＯ₂の他にもＳｉＯＮ、Ｓｉ等の材料も用いら
れ特に限定されるものではない。さらにはＺｎＯ等の圧
電材料と電極を積層し、逆圧電効果により屈曲変位をす
るカンチレバー等に応用することも可能であり、カンチ
レバーの形状も特に問わない。またマイクロティップに
ついても材料、作成方法は解くに問わない。特に意図的
にマイクロティップを作らずに、カンチレバーの先端等
の先鋭化した部分を利用する方法もある。

【００３５】金錯体としては、［ＡｕＩ₄］^-、［ＡｕＩ
₂］^-、［ＡｕＣｌ₄］^-、［Ａｕ（ＣＮ）₂］^-、［Ａｕ
（ＣＮ）₃］^-などが用いられる。

【００３６】金錯体の分解処理手段としては、加熱によ
る揮発や、還元剤を用いる方法等がある。還元剤として
は例えば、ハイドロキノン、ピロガロール、パイロカテ
キン、グクシン、メトールハイドロキノン、アミドー
ル、メトール、亜硫酸ソーダ、チオ硫酸ナトリウム、水
酸化ナトリウム等、溶液中で還元作用を有する各種の物
質が用いられる。

【００３７】反射面を形成しようとする所望の位置のみ
に平板状金単結晶を成長させる方法としては、前述のシ
ードによる方法が簡便である。シードとして用いる材料
は、カンチレバーの他の部分より十分に核形成密度が高
いものであれば使用可能である。カンチレバーにＳｉ₃
Ｎ₄、ＳｉＯ₂その他の絶縁材料を用いる場合は、前述の
Ａｕ、ＡｇのほかにもＴｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、等
の金属や、Ｓｉ等の半導体も用いることが可能である。
シードの形成方法としては、蒸着してフォトリソグラフ
ィーによるパターニングを行う方法、各金属のペースト
を付ける方法等がある。あるいは、比較的核形成密度の
大きな材料を下地に用い、シードとしたい部分以外に核
形成密度の低い材料の被覆を形成し、平板状金単結晶の
成長を行う方法もある。

【００３８】本発明のカンチレバー型微小プローブによ
れば、光反射面に非常に平滑性の高い平板状金単結晶を
用いることで、反射面の凹凸による光の乱反射が低減さ
れ、反射光による変位測定を高精度で行うことができ
る。このため、本発明のカンチレバー型微小プローブを
具備した原子間力顕微鏡は、分解能の向上が図られる。

【００３９】また、原子間力顕微鏡の原理を用いた超高
密度メモリ等に好適な集積化したカンチレバー型微小プ
ローブとした場合でも、乱反射光によるカンチレバー間
の相互干渉が防止でき、読み取り精度の向上が図れる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。

【００４１】−実施例１− 図１に、本実施例のカンチレバー型微小プローブの構成
及び作成方法の概略を示す。

【００４２】まず、図１（ａ）に示すように、マイクロ
ティップとなる突起１０２を形成したＳｉ（１００）ウ
エハ１０１上の上下面に、ＳｉＯ₂膜１０３及び１０４
を形成した。ＳｉＯ₂膜１０３及び１０４の薄膜は１．
５μｍとした。

【００４３】続いて、図１（ｂ）に示したように、ウエ
ハ１０１下面ＳｉＯ₂膜１０４にレジストを塗布した
後、通常のフォトリソグラフィーによりカンチレバー部
を形成するためのパターンを形成し、このパターンをマ
スクとしてＫＯＨ水溶液をエッチャントとしたＳｉの異
方性エッチングにより、ウエハ１０１上面のＳｉＯ₂膜
１０３が露出するまでエッチングを行い、カンチレバー
１０５を形成した。カンチレバー１０５の形状は、長さ
が３００μｍ、開口部の長さが１５０μｍとなるような
図１（ｄ）に示したような開口部を持つ三角形となるよ
う、別途パターニングした。

【００４４】これに続いて、図１（ｃ）に示したよう
に、カンチレバー１０５下面の所望の位置にシード１０
６を形成した後、選択的に平板状金単結晶１０７を成長
させ、光反射面を形成し、本実施例のカンチレバー型微
小プローブを作成した。シード１０６は、Ａｕペースト
を付けて加熱によりバインダーを蒸散させることで、お
よそ３μｍの径に形成した。その後、以下に述べる方法
でシード１０６上に平板状金単結晶１０７を成長させ
た。

【００４５】蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム４０ｇ
及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この溶液に
金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この溶液か
ら１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさらに蒸
留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液とした。
このようにして作成した結晶成長用溶液を、約９０℃に
加熱した後、該溶液に前述の様にしてシード１０６を形
成したカンチレバーを投入し、温度を保ったまま１時間
放置した。この様にすることで、シード１０６上に選択
的に平板状金単結晶１０７を成長した。なお、平板状金
単結晶１０７の大きさは、基板の面内方向の結晶粒径が
１５０μｍで、厚さは１．５μｍであった。

【００４６】本実施例のカンチレバー型微小プローブを
反射面側から見た図を図１（ｄ）に示す。

【００４７】本実施例のカンチレバー型微小プローブの
平板状金単結晶からなる光反射面に、光てこ方式の変位
測定に用いるスポット状のレーザー光を入射したとこ
ろ、乱反射による反射光の広がりは観測されずシャープ
な反射光のスポットが得られた。このため、精度の高い
変位測定が可能となった。さらに本実施例のカンチレバ
ー型微小プローブを図２に示したような光てこ方式のＡ
ＦＭ装置の試料観察用カンチレバーとして用いたとこ
ろ、高分解能で試料表面の形状観察が可能であった。

【００４８】−実施例２− 図５に、本実施例のカンチレバー型微小プローブの構成
及び作製方法の概略を示す。

【００４９】まず、図５（ａ）に示すように、マイクロ
ティップとなる突起５０２と、シード５０６を形成した
Ｓｉ（１００）ウエハ５０１上の上下面に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜
５０３及び５０４を形成した。シード５０６は、クラス
ター・イオンビーム蒸着法によりＡｇを０．１μｍ堆積
したものをフォトリソグラフィーによるパターニングを
行い、１．５μｍの径のドット状に形成した。また、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄膜５０３及び５０４の膜厚は１．０μｍとした。

【００５０】続いて、図５（ｂ）に示すように、ウエハ
５０１下面のＳｉ₃Ｎ₄膜５０４にレジストを塗布した
後、通常のフォトリソグラフィーによりカンチレバー部
を形成するためのパターンを形成し、このパターンをマ
スクとしてＫＯＨ水溶液をエッチャントとしたＳｉの異
方性エッチングにより、ウエハ５０１上面のＳｉ₃Ｎ₄膜
５０３が露出するまでエッチングを行い、カンチレバ−
５０５を形成した。カンチレバ−５０５の形状は、長さ
が２００μｍ、開口部の長さが１００μｍとなるような
図５（ｄ）に示すような開口部を持つ三角形となるよ
う、別途パターニングした。

【００５１】これに続いて、図５（ｃ）に示すように、
以下に述べる方法でシード５０６上に選択的に平板状金
単結晶５０７を成長させ、光反射面を形成し、本実施例
のカンチレバー型微小プローブを作製した。

【００５２】蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム４０ｇ
及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この溶液に
金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この溶液か
ら１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさらに蒸
留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液とした。
このようにして作成した結晶成長用溶液にハイドロキノ
ン１００ｍｇを溶解し、該溶液に前述の様にして形成し
たシード付きのカンチレバーを投入し２時間放置した。
この様にすることで、シード５０６上に選択的に平板状
金単結晶５０７を成長した。なお、平板状金単結晶５０
７の大きさは、基板の面内方向の結晶粒径が１００μｍ
で、厚さは１．０μｍであった。

【００５３】本実施例のカンチレバー型微小プローブを
反射面側から見た図を図５（ｄ）に示す。

【００５４】本実施例のカンチレバー型微小プローブの
平板状金単結晶からなる光反射面に、光てこ方式の変位
測定に用いるスポット状のレーザー光を入射したとこ
ろ、乱反射による反射光の広がりは観測されずシャープ
な反射光のスポットが得られた。このため、精度の高い
変位測定が可能となった。さらに本実施例のカンチレバ
ー型微小プローブを図２に示したような光てこ方式のＡ
ＦＭ装置の試料観察用カンチレバーとして用いたとこ
ろ、高分解能で試料表面の形状観察が可能であった。 −実施例３− 本実施例は、本発明のカンチレバー型微小プローブを１
枚の基板上に複数個並べて作成し、ＡＦＭを利用した高
密度の記録再生等に好適な、集積化したプローブの例で
ある。図６に集積化した本実施例のカンチレバーの概略
図を示す。

【００５５】まず、実施例２と同様にして、図５（ａ）
〜（ｂ）に示したようにして、平板状金単結晶の選択成
長のためのシード５０６を形成したカンチレバー５０５
の作成を行った。ただし、本実施例においては、カンチ
レバー５０５は、１枚の基板上に複数個並べて集積化し
て作成し、その形状は実施例２よりやや小さい、長さが
１００μｍ、開口部の長さが５０μｍとなるような図５
（ｄ）に示したような開口部を持つ三角形となるよう、
別途パターニングして作成した。

【００５６】これに続いて、図５（ｃ）に示したよう
に、やはり実施例２と同様にして、シード５０６上に選
択的に平板状金単結晶５０７を成長させ、光反射面を形
成し、本実施例の集積化カンチレバー型微小プローブを
作成した。ただし、本実施例においては集積化のため
に、それぞれのカンチレバーの大きさをやや小さくした
ため、平板状金単結晶５０７もやや小さく形成した。こ
のため実施例２においては成長時間を２時間としていた
ものを、本実施例では１時間とし、平板状金単結晶５０
７の大きさは、基板の面内方向の結晶粒径が５０μｍ
で、厚さは、０．５μｍとなるようにした。

【００５７】以上のようにして作成した本実施例の集積
化カンチレバー型微小プローブを反射面側から見た図を
図６に示す。

【００５８】本実施例による集積化カンチレバー型微小
プローブによれば、乱反射光によるカンチレバー間の相
互干渉が防止でき、ＡＦＭの原理を用いた超高密度メモ
リに用いた場合、読み取り精度の向上が図れる。

【００５９】−実施例４− 図７に、本実施例のカンチレバー型微小プローブの構成
及び作製方法の概略を示す。本実施例は、圧電材料と電
極を積層し、逆圧電効果により屈曲変位をするカンチレ
バーの光反射面に、平板状金単結晶を用いた例である。

【００６０】まず、図７（ａ）に示すように、シード７
０６を形成したＳｉ（１００）ウエハ７０１上の上下面
に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜７０３及び７０４を形成した。シード７
０６は、クラスター・イオンビーム蒸着法によりＡｕを
０．１μｍ堆積したものをフォトリソグラフィーによる
パターニングを行い、１．５μｍの径のドット状に形成
した。また、Ｓｉ₃Ｎ₄膜７０３及び７０４の膜厚は１．
０μｍとした。

【００６１】続いて、図７（ｂ）に示すように、Ｓｉ₃
Ｎ₄膜７０３上に、下電極膜７０８／圧電膜７０９／上
電極膜７１０の順で積層して堆積した。下電極膜７０８
及び上電極膜７１０の材料としてはＰｔを用い、イオン
ビームスパッタ法によりいずれも０．１μｍの厚さに堆
積した。また、圧電膜７０９の材料としてはＺｎＯを用
い、ＲＦスパッタ法により０．４μｍの厚さに堆積し
た。

【００６２】続いて、図７（ｃ）に示すように、ウエハ
７０１下面のＳｉ₃Ｎ₄膜７０４にレジストを塗布した
後、通常のフォトリソグラフィーによりカンチレバー部
を形成するためのパターンを形成し、このパターンをマ
スクとしてＫＯＨ水溶液をエッチャントとしたＳｉの異
方性エッチングにより、ウエハ７０１上面のＳｉ₃Ｎ₄膜
７０３が露出するまでエッチングを行い、カンチレバー
７０５を形成した。カンチレバー７０５の形状は、長さ
が２００μｍ、幅が５０μｍとなるよう、別途パターニ
ングした。

【００６３】これに続いて、図７（ｄ）に示すように、
以下に述べる方法でシード７０６上に選択的に平板状金
単結晶７０７を成長させ、光反射面を形成し、本実施例
のカンチレバー型微小プローブを作製した。

【００６４】蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム４０ｇ
及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この溶液に
金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この溶液か
ら１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさらに蒸
留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液とした。
このようにして作成した結晶成長用溶液を、約９０℃に
加熱した後、該溶液に前述の様にしてシード７０６を形
成したカンチレバーを投入し、温度を保ったまま１時間
放置した。この様にすることで、シード７０６上に選択
的に平板状金単結晶７０７を成長した。なお、結晶成長
を行うに当って、カンチレバーの材料であるＺｎＯを保
護し、かつ電極膜上等の不要な場所に平板状金単結晶が
成長するのを防止するために、不図示のポリイミド系レ
ジストによる保護膜を形成し、結晶成長終了後これを除
去した。なお、平板状金単結晶７０７の大きさは、基板
の面内方向の結晶粒径が５０μｍで、厚さは０．５μｍ
であった。

【００６５】さらに、本実施例のカンチレバー型微小プ
ローブに図７（ｅ）に示すようにマイクロティップ７０
２を形成したものも作製した。マイクロティップ７０２
は、Ｔｉ、Ｐｔ等の金属片の接着、あるいは薄膜の堆積
を行った後、エッチング等で針状に加工して形成した。

【００６６】本実施例のカンチレバー型微小プローブの
平板状金単結晶からなる光反射面に、光てこ方式の変位
測定に用いるスポット状のレーザー光を入射したとこ
ろ、乱反射による反射光の広がりは観測されずシャープ
な反射光のスポットが得られた。このため、精度の高い
変位測定が可能となった。

【００６７】

【発明の効果】本発明のカンチレバー型微小プローブに
よれば、光反射面に非常に平滑性の高い平板状金単結晶
を用いることで、反射面の凹凸による光の乱反射が低減
され、反射光による変位測定を高精度で行うことができ
る。このため、本発明のカンチレバー型微小プローブを
具備した原子間力顕微鏡は、分解能の向上が図れる。

【００６８】また、原子間力顕微鏡の原理を用いた超高
密度メモリ等に好適な集積化したカンチレバー型微小プ
ローブとした場合でも、乱反射光によるカンチレバー間
の相互干渉を防止でき、読み取り精度の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概略を示す図である。

【図２】光てこ方式のＡＦＭ装置の概略図である。

【図３】光てこ方式のＡＦＭ装置に用いられる従来例の
カンチレバーの拡大図である。

【図４】本発明に用いる平板状金単結晶群の代表的な光
学顕微鏡像である。

【図５】本発明の第２の実施例の概略を表す図である。

【図６】本発明の第３の実施例の概略を表す図である。

【図７】本発明の第４の実施例の概略を表す図である。

【符号の説明】

１０１ウエハ１０２マイクロティップとなる突起１０３，１０４ＳｉＯ₂膜１０５カンチレバー１０６シード１０７平板状金単結晶（反射面）２０１上部支持台２０２レーザー２０３２分割フォトダイオード２０４カンチレバー２０５カンチレバー支持部２０６接続部２０７下部支持台２０８円筒ピエゾ２０９試料２１０反射光３０１Ｓｉウエハ３０２反射層５０１ウエハ５０２マイクロティップとなる突起５０３，５０４Ｓｉ₃Ｎ₄膜５０５カンチレバー５０６シード５０７平板状金単結晶（反射面）７０１ウエハ７０２マイクロティップ７０３，７０４Ｓｉ₃Ｎ₄膜７０５カンチレバー７０６シード７０７平板状金単結晶（反射面）７０８下電極膜７０９圧電膜７１０上電極膜

【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概略を示す図である。

【図２】光てこ方式のＡＦＭ装置の概略図である。

【図４】本発明に用いる平板状金単結晶郡の代表的な光
学顕微鏡写真である。

【図５】本発明の第２の実施例の概略を表す図である。

【図６】本発明の第３の実施例の概略を表す図である。

【図７】本発明の第４の実施例の概略を表す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ３０Ｂ 19/00 Ｚ 29/02 8216−4ＧＧ０１Ｂ 21/30 Ｚ 9106−2Ｆ (72)発明者宮本雅彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者河田春紀東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カンチレバー上に反射面を有し、該反射
面に照射された光の反射光を検出することで前記カンチ
レバーの変位が計測される微小プローブであって、前記
反射面が平板状金単結晶で形成されていることを特徴と
するカンチレバー型微小プローブ。
【請求項２】前記平板状金単結晶が、金錯体溶液中の
金錯体を分解処理することにより形成されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー型微小
プローブ。
【請求項３】請求項１又は２に記載のカンチレバー型
微小プローブを具備する原子間力顕微鏡。