JPH081382B2

JPH081382B2 - ナノメートル・スケールのプローブ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH081382B2
Application number: JP3238905A
Authority: JP
Inventors: ヨアヒム・ゲルハルト・クラベス; マイケル・ハザキス; カム・レウング・リー; ボージャン・ペテク; ジョン・カシミール・スロンツェスキー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-08-27
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: EP0483579A3; DE69115847T2; JPH04233406A; EP0483579B1; EP0483579A2; DE69115847D1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子間力顕微鏡に関し、
詳細にいえば原子間力顕微鏡で使用するナノメートル・
スケールのプローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は１９８０年代半
ばのビーニッヒ他による走査型トンネル顕微鏡の発明に
より、原子レベルで始まった。走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）においては、小さなタングステンのプローブ
を１ナノメートルの範囲内で、導通試料の表面の上を、
プローブ・チップの原子の電子雲と試料の最も近い原子
の電子雲との間にオーバラップを生じさせるに充分な近
さで運動させる。小電圧を先端に印加すると、電子がギ
ャップに「トンネル」を作り、小さなトンネル電流を発
生する。この電流の強さはギャップの幅に対してきわめ
て敏感である。圧電制御を使用してプローブの運動を制
御し、これを試料を横切って前後に移動させるととも
に、その先端と試料表面の間に一定のギャップを維持す
る。表面上方に適切に配置されたプローブを維持するた
めに印加される電圧の変動は、表面の形状のイメージに
電子的に変換される。

【０００３】ＳＴＭの発明は新しい走査型プローブ顕微
鏡のファミリーの開発につながったが、そのうちの１つ
が原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）であり、これは導通試料を
必要としないものである。その最初の実施形態におい
て、ＡＦＭは試料内の表面原子の電子雲との先端の表面
の電子雲のオーバラップによって発生する斥力に依存し
ていた。先端は可撓性のビームに取り付けられ、このビ
ームはこれが表面を横切って移動する場合に、先端の試
料表面に対する一定の力による押圧を維持する。

【０００４】多数の方法を使用して、ＡＦＭのビーム／
先端の移動を測定してきたが、最近では、これをレーザ
光線で行っている。反射されたレーザが検出され、この
レーザによってビームの運動をイメージ信号に変換でき
るようになる。

【０００５】最近開発されたＡＦＭは、振動プローブ／
ビーム構成の力学系に対するその影響によって、表面と
プローブの間の引力を検出することに基づくものであ
る。このような構成においては一般に、テーパ付きタン
グステン・ワイヤをその基部に取り付けられた圧電変換
器によって駆動し、ワイヤの共振周波数に近い周波数で
振動するようにする。ワイヤの先端が表面を横切って移
動すると、引力の結果として、振幅の変化が振動に生じ
る。振幅の変化は、干渉計レーザ構成によって検知され
る。

【０００６】干渉計レーザ検出を使用したＡＦＭのブロ
ック線図を、図１に示す。プローブ構成１０が試料１２
の表面上方に配置されている。プローブ構成１０の振幅
の変化はレーザ・ヘテロダイン干渉計１４によって検知
され、この干渉計はフィードバック発生器１６に出力信
号をもたらす。出力信号が印加基準信号に関して変化す
ると、フィードバック発生器１６は圧電位置制御装置１
８に位置制御信号をもたらす。これらの制御信号は位置
制御要素内の圧電装置１８に試料を移動させるので、振
幅は安定し、したがって力の傾斜が安定する。フィード
バック電位の変動は、調査対象の表面の断面に変換され
る。

【０００７】本発明を使用できるＡＦＭの他の改変形は
静電力顕微鏡であって、振動プローブに電荷がかけら
れ、その振幅が試料の電荷によって生じる静電力によっ
てもたらされる。ＡＦＭの１形態が磁力顕微鏡（ＭＦ
Ｍ）である。ＭＦＭにおいて、磁化されたニッケルまた
は鉄のプローブが、他のＡＦＭで使用されるタングステ
ンまたはシリコンの針の代わりに使用される。振動プロ
ーブを磁性試料に近づけると、先端がプローブの共振周
波数を変え、したがって振幅を変化させる磁力を感知す
る。ＭＦＭは試料から発生する磁場パターンを追跡す
る。

【０００８】ＭＦＭによって検知された磁力成分は、プ
ローブの先端及び試料における総磁気双極モーメントの
相互作用から生じる。これらの成分はさらに、試料の局
所磁気モーメントにおける先端に関連した磁場の影響に
よって左右される。プローブの横方向分解能は、試料及
びチップによる相互作用容積に大幅に左右される。平坦
な磁気媒体の場合、相互作用容積は主として、プローブ
・チップの形状及び磁気特性によって決定される。それ
故、１０００オングストローム未満の横方向分解能を得
るには、１０００オングストロームの範囲の現在の先端
のサイズは大きすぎるものである。

【０００９】「磁性及び磁性体誌（Ｊｏｕｒｎａｌｏ
ｆＭａｇｎｅｔｉｓｍａｎｄＭａｇｎｅｔｉｃＭａ
ｔｅｒｉａｌｓ）」第７１巻、ｐ．１４７（１９８８
年）及び第７２巻、ｐ．２９２（１９８８年）における
ワダス（Ｗａｄａｓ）による最近の理論計算は、１００
０オングストローム未満のプローブ・チップの場合にお
いても、磁力の検出感度が、プローブ・チップの形状の
最適化によって大幅に改善されることを示している。こ
れらの計算は先端における最初の１０００オングストロ
ームの磁性体のみが、高い分解能情報をもたらすのに有
効に寄与することを示唆している。プローブ・チップの
残余部分は、磁性カンチレバと試料との間の長距離相互
作用による背景力に寄与する。これらの相互作用は感度
及び空間分解能に対して有害なものであり、軟質磁性体
における磁壁運動及び先端−試料の分離の不安定性を含
むこともある。

【００１０】現在、磁性センサ・プローブ・チップは強
磁性ワイヤ材料（ニッケル、鉄、またはコバルトなど）
を用いた電気化学的エッチング手法によって製造されて
いる。本質的に、この方法はワイヤの先端を、これがほ
ぼ点になるまでエッチングすることからなっている。こ
の方法は半径１０００オングストローム未満の先端の幾
何学的形状に対する制御を行うものではない。このよう
なプローブ・チップはさらに、複雑な磁区構造の、不必
要に大量な磁性体を有している。本質的に、ＭＦＭ及び
その他のＡＦＭプローブ・チップを作成するサブトラク
ティブ法は、所望の原子レベル分解能をもたらす。

【００１１】従来技術は磁性体及び非磁性体両方を蒸着
するための多くのアディティブ法に代わるものである。
高エネルギー電子及びレーザ・ビームも、ガス雰囲気か
ら表面への材料の局所的蒸着を向上させるために使用さ
れる。これらのシステムは一般に、基板上にパターン
を、すなわちエネルギー・ビームが照射されているガス
雰囲気の１つまたは複数の化合物を選択的に蒸着するこ
とによって得られるパターンを蒸着させるために用いら
れる。米国特許第４３８２１８６号明細書には、精密に
焦点の合わせられた電子ビームを用いて、基板の表面に
物理的、化学的、及びその他の変化をもたらす方法が記
載されている。米国特許第４６７０２９１号明細書にお
いては、半導体表面へのエキゾチック原子の注入が電子
ビーム照射法を使用して行われる。

【００１２】米国特許第４６０５５６６号明細書におい
ては、元素を含有したガスを半導体基板上に通し、次い
でその所定の部分を電子ビームで照射することによっ
て、フィルムが基板上に蒸着される。ガスが分解し、元
素が基板上に析出し、所望のパターンを形成する。有機
金属を含有するクロム、モリブデン、アルミニウム、及
びタングステンが開示されている。特開昭６２−２０７
８６８号明細書には、有機金属化合物を使用して、第Ｖ
ＩＩＩ族金属のフィルムを基板上に作成することが記載
されている。電子ビームを使用して、基板の表面分析を
可能とすることもできる。（たとえば、ＩＢＭテクニカ
ル・ディスクロージャ・ブルテン、Ｖｏｌ．１３、Ｎ
ｏ．９、１９７１年２月、ｐｐ．２４９７−２４９８参
照。）

【００１３】最近、鉄、ニッケル、及びパラジウムをメ
タロセンから直接シリコンに蒸着できることが判明し
た。これは有機金属ソース化合物として金属カルボニル
及び金属アルキルを用いている他のエネルギー・ビーム
支援蒸着システムと対照的なものである。このような活
動はスタウフ（Ｓｔａｕｆ）他によって、「シリコンへ
の鉄、ニッケル及びパラジウムのパターン化光支援有機
金属蒸着（ＰａｔｔｅｒｎｅｄＰｈｏｔｏＡｓｓｉ
ｓｔｅｄＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃＤｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎｏｆＩｒｏｎ，Ｎｉｃｋｅｌａｎｄ
ＰａｌｌａｄｉｕｍｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）」、薄
固体フィルム（ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍ）、１
５６（１９８８年）ｐｐ．Ｌ３１−Ｌ３６に記載されて
いる。詳細にいえば、スタウフ他はコバルトセン、ニッ
ケロセン、及びフェロセンの分解による金属の蒸着が、
周知の熱分解によって、またシングル・フォトン（非
熱）光分解またはプラズマ支援蒸着によって達成される
ことを示した。光支援蒸着ならびに電子ビーム蒸着は特
性上本質的に非加熱形のものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的はアディティブ法を使用して、ＡＦＭプローブ・チ
ップを作成することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、精密なナノメートル
・スケールの寸法特性の高縦横比のプローブ・チップを
作成することである。

【００１６】本発明のさらに他の目的は、プローブ・チ
ップを作成する電子ビーム及びめっき付着法を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来から基板
上にパターンを形成させるために用いられているエネル
ギ・ビーム照射による蒸着法（例えば、ＣＶＤ）におい
て、ビームをある一点に合焦させた状態に維持しておく
と、蒸着物質はその一点で堆積し、その結果としてニー
ドル状の構造を形成することを見いだしたことに基づく
ものである。本発明においては、基板が真空雰囲気中に
配置され、揮発性有機化合物がこの雰囲気中に導入さ
れ、レーザ・ビーム、電子ビーム及びシンクロトロンか
らのＸ線ビームなどのエネルギー・ビームが基板表面に
照射され、このエネルギー・ビームが所定の時間の間こ
れに安定した合焦状態（焦点を合わされた状態）に維持
される、このようなニードル・プローブを作成する方法
を記載する。ビームは基板表面上の焦点において有機化
合物の選択的な分解を行い、有機化合物の連続した層を
直接ビーム状に成長させ、したがってほぼ剛性のナノメ
ートル・スケールの針状形状を生じる。次いで、磁性層
が基板の頂面に蒸着されるが、この層はチップを制限し
て、単一磁区を示すようにする寸法を有している。ま
た、走査型プローブ顕微鏡のプローブ・チップは表面か
ら延びるニードルとして構成され、ニードルはさらに分
解有機反応物（decomposed organic reactant）の炭化
マトリックス（carbonized matrix）からなっている。
ニードルはその長手方向に沿ってかなりの剛性を示し、
ナノメートル・スケールのチップ寸法を有している。

【００１８】

【実施例】図２を参照して、ＡＦＭナノメートル・スケ
ール・ニードル・プローブの構造を、このようなプロー
ブを作成する方法も含めて説明する。まず、基板２０が
電子ビーム装置内の真空室中に配置される。この例にお
いて、基板２０はシリコンのコーンである。次いで、揮
発性の有機金属化合物ガス流がサブチェンバ６４中へ導
入されるとともに、電子ビーム２２がオンとされる。ビ
ーム２２は基板２０の上面２４に衝突し、有機金属ガス
の分解と、表面２４上への分解生成物の選択的蒸着を行
う。このような蒸着は電子ビーム２２によって照射され
る領域内に生じ、また表面２４からの電子の散乱によっ
て決定される半径方向距離だけ離れた前期領域外の部分
にも生じる。電子ビーム２２の半径が６ナノメートル
（６０オングストローム）であると想定すると、最初の
蒸着物の直径は約１００ナノメートルとなる。工程が継
続すると、有機金属ガスの蒸着分解された成分の付加的
な層が堆積し、これによってニードル状の形状２６が作
られる。

【００１９】ニードル２６の円錐形の先端形状及びその
軸部の直径は、１次ビームの電圧ならびにビームのガウ
ス断面を制御することによって形成される。一般に、ニ
ードルの直径及びそれぞれの円錐頂角は、ビーム電圧を
増加させると減少する（１０ｋＶの増加に対して−１０
％）。このようなニードルの形状を図３に示す。適切な
制御を行うことによって、ニードル２６の先端２８の見
かけの直径を、約１０ナノメートルにできることも判明
した。ニードル２６を磁気特性を発揮するように構成し
た場合、１０ナノメートルのチップ直径はこれにおける
磁気作用を単一磁区に制限し、これによって長い磁場線
の結合によって生じる上述の問題を回避する。

【００２０】ニードル・プローブ２６を基板に蒸着させ
るのに用いられた方法は、電子ビーム化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）法である。このような方法はそれ自体公知である。
たとえば、特開昭６２−２０７８６８号明細書参照。し
かしながら、本出願人の知る限りでは、これまでこのよ
うな方法が高縦横比を有するナノメートル・スケールの
針状構造体を作成するために用いられたことはない。電
子ビームＣＶＤ法が長手方向に沿って相当程度の剛性を
示すニードル・プローブをもたらすことが判明した。金
属粒子が分散している炭素マトリックス構造を有するニ
ードルをもたらすＣＶＤ法によって、この剛性がもたら
されると考えられる。換言すれば、介在する炭素が構造
体を強化し、これをＡＦＭプローブとして使用できるよ
うにする。このような構造的な剛性がなければ、ニード
ル・プローブ２６はＡＦＭプローブとして使用できない
ものとなろう。

【００２１】金属カルボニルまたは金属アルキルをＣＶ
Ｄ法の有機金属源化合物として用いることはできるが、
非加熱分解工程が電子ビームの照射のもとで生じるた
め、メタロセンを用いられることが好ましい。固有磁気
特性を有するニードル・プローブを作成するには、コバ
ルトセン、ニッケロセンもしくはフェロセンが好まし
い。このような場合には、図３に示すようなニードル構
造体が成長し、固有ではあるが、弱い磁気能力を示す。
このようなニードル構造体は、場合によっては、ニッケ
ル、コバルトまたは鉄が拡散された炭素マトリックスか
らなっている。

【００２２】ニードル・プローブにより強力な磁性チッ
プを必要とする用途の場合には、シーディング・ステッ
プ後に磁性体のめっきを行うという少なくとも２つの処
理ステップを含んでいる、異なる成長条件を用いる必要
がある。各種の代替方法のうち、２つの方法が好まし
い。第１の方法においては、シーディング材料（たとえ
ば、アリサイクロペンタジニールパラジウム）を使用し
て、ニードル２６を成長させる（図４参照）。これはパ
ラジウム・シード粒子が分散された非磁性ニードル構造
体をもたらす。ニードル２６の全表面は次いで、以降の
無電解めっき工程において、磁性体層３０によってカバ
ーされる。

【００２３】第２の方法においては（図５参照）、ニー
ドル２６が介在金属成分なしに成長させられる。次い
で、シーディング材料３２がニードル２６の頂点のみに
蒸着される。これはシード材料を含有するガス状金属有
機物を導入し、その後チップ領域を電子ビームで露光す
ることによって達成される。したがって、磁性体３０の
以降のめっき（たとえば、ガスまたは液体雰囲気中での
選択的ＣＶＤ）は、頂点のシードされた領域に限定さ
れ、ニードル・プローブ２６に対して単一磁区磁気セン
サをもたらす。

【００２４】図６にＳＥＭ写真を再現した斜視図を示す
が、この図においては、軸部の直径が１００ナノメート
ルの長さ３ミクロンのニードル・プローブが本発明の方
法を使用して作成されている。基板は選択的エッチング
によって作成されたシリコン基台である。

【００２５】図２に示したチップ２０や図６に示したも
ののようなシリコン・プローブ・チップは、当分野で周
知のマイクロ製造技術によって作成される。たとえば、
アルブレヒト（Ａｌｂｒｅｃｈｔ）他の「原子間力顕微
鏡用カンチレバ・スタイラスのマイクロ製造（Ｍｉｃｒ
ｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＣａｎｔｉｌｅｖｅ
ｒＳｔｙｌｉｆｏｒｔｈｅＡｔｏｍｉｃＦｏ
ｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）」真空科学技術誌（Ｊ
ｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃｅＴ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、Ａ８（４）、１９９０年７／８
月、ｐｐ．３３８６−３３９６参照。この参照文献及び
該文献に引用されている参考文献には、一体的な先細シ
リコン・プローブ・チップによるＡＦＭカンチレバの作
成を可能とするシリコン基板の選択的エッチングの手法
が記載されている。このような一体的なカンチレバ／プ
ローブ構造体をもたらすのに使用される手順は、選択的
エッチング及びマスク・アンダーカッティングを用いて
プローブ・チップの製造を可能とする。アルブレヒト他
の記事には、一体的なプローブ・チップを有する薄膜Ｓ
ｉＯ₂及びＳｉ₃Ｎ₄のマイクロカンチレバを製造するた
めの方法も記載されている。このような手順は本発明の
一部を形成するものではないが、本発明のニードル・プ
ローブに対する適切な支持面を作成することのできる方
法及び手順を提供するものである。

【００２６】図７には、直接電子ビーム蒸着システムが
示されており、これは改変走査型電子顕微鏡を含んでい
る。顕微鏡のカラム部分はホウ化ランタン電子源である
ことが好ましいフィラメント４０を含んでいる。可動陽
極構造体４２が、ビームの輝度を最適化できるように設
けられている。ビームは一対の集光レンズ４４、４６、
二重偏向コイル４８及び最終レンズ５０を通過する。こ
のレンズから、ビームは下方チェンバ５２に入り、後方
散乱電子デテクタ５４を通り、次いで引込み式シャッタ
構成５６を通過する。線形駆動機構５７は、引込み式シ
ャッタの位置を制御する。

【００２７】蒸着が行われている期間中に、シャッタは
閉鎖され、ビームがその中のピンホール（図示せず）を
通過する。シャッタが開くと、高分解能の２次電子及び
走査伝送結像が行われ、プローブ・サイズの監視及び残
留非点収差の修正を行えるようになる。

【００２８】基板５８はサブチェンバ６４内で、この温
度を一定に保持するペルチエ効果ヒータ／クーラ６０上
に配置される。蒸気源６２がガスを含有する有機金属の
蒸気をもたらす。静電容量形マノメータ６６はサブチェ
ンバ６４内の圧力を、所望の限度内に維持する。２次電
子デテクタ６７及びＳＴＥＭデテクタ６８を含む各種の
検出システムが含まれている。基板５８の位置は、ＸＹ
Ｚステージ７０及びステージ７０の個別の位置づけを可
能とする制御装置（図示せず）によって制御される。

【００２９】蒸着システムはパターン発生装置７２とイ
ンターフェースしており、この装置は基板上に電子ビー
ムをベクトル配置するパーソナル・コンピュータ７４に
よって制御される。電子ビームのオン時間は静電ブラン
キング装置７６によって制御される。ピクセルあたりの
露光時間は１マイクロ秒から１００マイクロ秒超の範囲
である。５０ｘ５０ミクロンのフィールドの場合、約５
ナノメートルのビーム・ステップ・サイズを、１４ビッ
トのディジタル・アナログ変換によって得ることができ
る。このような制御はフィールド・サイズ制御装置７８
により、走査制御増幅機８０を介してもたらされる。

【００３０】直接電子ビーム蒸着の場合、ソース・ガス
が蒸気源６２から、計量ニードル・バルブ６３を介し
て、下方チェンバ５２内のサブチェンバ６４中へ導入さ
れる。サブチェンバ６４は１０−１１０ミリトルという
動作圧力まで差動排気される。このような圧力は利用可
能な電子ビーム密度と両立するものであって、電子ビー
ムＣＶＤプロセスにおいて最適な成長を可能とする。Ｓ
ＥＭチェンバ５２内の典型的な圧力は、約１０^-4トルで
あり、ソース４０を包囲するガン領域内の圧力は約１０
^-7トルである。

【００３１】電子ビームＣＶＤプロセスの感度は、他の
レジスト・ベースのプロセスに比較してかなり鈍いの
で、比較的長い露光時間が必要である。このような時間
は電子光学カラム及び基板ステージに高い安定性を要求
する。上述のＳＥＭカラムの場合、顕著なビームのドリ
フトは観察されず、また２時間という露光時間の間に測
定されたビーム電流の変動は約５％であった。ドリフト
の主な成因はサンプルの冷却がステージ・アセンブリに
熱応力を生じる顕微鏡ステージにあることが判明した。
この問題はサブチェンバ５２で充分な熱放散を行うこと
によって修正される。このようにして、サンプルの温度
変動は１℃以内に維持され、基板位置に顕著なドリフト
を生じない。

【００３２】例１

【００３３】図７に示した電子ビーム・システムを使用
して、炭素マトリックスに埋め込まれたニッケルからな
り、約１００ナノメートルの軸直径及び２ミクロンの長
さを有する弱磁性プローブ・ニードルを、シリコン基板
に蒸着させた。この例に使用した有機金属ガスはニッケ
ルセン錯体であって、サブチェンバ６４内の蒸気圧は５
ミリトルであった。基板の温度は２０℃、ビーム電圧は
３０ｋＶ、ビーム・サイズ直径は約６ナノメートルであ
った。露光時間は５ないし１０分間であった。

【００３４】例２

【００３５】下記の実験条件において、強磁性ニードル
・センサを作成した。まず、蒸気源材料としてアリサイ
クロペンタジニールパラジウム錯体を使用して、上記と
同じビーム条件のもとで、ニードルを成長させた。その
後、ニードルの表面を６５℃の無電解ＮｉＳＯ₄溶液で
めっきし、５秒間で最大１０ナノメートルの被覆を施し
た。

【００３６】上述の電子ビーム蒸着プロセスは３次元ニ
ードル状構造体の蒸着に適用した場合、単一層膜厚制
御、高分解能、及び高縦横比（すなわち、３１を超え
る）の構造体の製造を可能とするという独特な特性を有
している。ほとんどの用途の場合、おそらくこれは細長
い磁性チップ形状を作成するのに有利であって、チップ
がその長軸に沿って磁化させることを保証するものであ
る。ナノメートル・スケールのチップ寸法を与えた場
合、単一磁区プローブ・チップが達成され、サンプル表
面の磁性構造の結像を原子レベルの分解能で可能とす
る。

【００３７】上記の説明が本発明を例示するにすぎない
ことを理解すべきである。各種の改変形を、本発明を逸
脱することなく、当分野の技術者によって考案すること
ができる。たとえば、有機金属を使用して、ニードル状
構造体を作成することが好ましいが、有機ガスを用い
て、炭化非金属ニードル構造体を成長させ、次いでシー
ド層を蒸着することによってシードし、メタロセン蒸気
で磁性体を蒸着することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、精密なナノメートル・
スケールの寸法特性の高縦横比のプローブ・チップを作
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の走査型プローブ顕微鏡を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明にしたがってナノメートル・スケールの
ニードルがその上に成長させられるシリコン・プローブ
の略斜視図である。

【図３】本発明のナノメートル・スケールのニードルの
１形態の図である。

【図４】本発明のナノメートル・スケールのニードルの
１形態の図である。

【図５】本発明のナノメートル・スケールのニードルの
１形態の図である。

【図６】本発明にしたがってシリコン・プローブ・チッ
プ上に作成されたナノメートル・スケールのニードルを
示す顕微鏡写真を再現した図である。

【図７】本発明方法を実施するために使用される改変走
査型電子顕微鏡の略図である。

【符号の説明】

２０基板２２電子ビーム２４基板表面２６ニードル３０磁性体層４０フィラメント４４集光レンズ４６集光レンズ４８二重偏向コイル５０最終レンズ５２下方チェンバ５４後方散乱電子デテクタ５６引込み式シャッタ構成５７線形駆動機構５８基板６０ペルチエ効果ヒータ／クーラ６２蒸気源６４サブチェンバ６６静電容量形マノメータ６７２次電子デテクタ７２パターン発生装置７６静電ブランキング装置７８フィールド・サイズ制御装置８０走査制御増幅機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マイケル・ハザキスアメリカ合衆国10514、ニューヨーク州チャパク、ハンティング・リッジ・ロード 12番地 (72)発明者カム・レウング・リーアメリカ合衆国10579、ニューヨーク州パトナム・バレー私書箱 627号 (72)発明者ボージャン・ペテクアメリカ合衆国10520、ニューヨーク州コロトン・オン・ハドソン、ホリス・レーン 28番地 (72)発明者ジョン・カシミール・スロンツェスキーアメリカ合衆国10536、ニューヨーク州カトナ、アリソン・ロード 161番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、分解有機反応物の炭化マトリックスからなり、高縦横比
を示し、前記基板から延びており、さらに相当程度の剛
性を示すナノメートル・スケールのニードル状の構造体
とからなる、走査型プローブ顕微鏡用のプローブ。
【請求項２】前記炭化マトリックスがその内部に介在さ
れた金属付着物を含んでいる、請求項１記載のプロー
ブ。
【請求項３】前記金属付着物が磁性を示す、請求項２記
載のプローブ。
【請求項４】前記構造体が単一磁区を示す充分に小さな
チップ直径を示す、請求項３記載のプローブ。
【請求項５】前記構造体が直角方向に延びる一体的突出
部を有する可撓性ビームからなっており、該突出部が前
記ニードル状構造体が延びている頂点表面を有してい
る、請求項１記載のプローブ。
【請求項６】前記可撓性ビーム及び突出部がシリコンを
ベースとした材料製である、請求項５記載のプローブ。
【請求項７】少なくとも前記構造体の末端部に蒸着さ
れ、磁性を示す薄金属層をさらに含んでいる、請求項１
記載のプローブ。
【請求項８】前記構造体の前記末端部と前記薄金属磁性
層の間に配置された薄い金属含有中間層をさらに含んで
いる、請求項７記載のプローブ。
【請求項９】基板と支持されたプローブ・チップからな
る、走査型プローブ顕微鏡用のプローブを作成する方法
において、前記基板を真空雰囲気内に配置し、揮発性ガス状有機ベース化合物を前記雰囲気中に導入
し、エネルギー・ビームを前記基板に供給し、基板上の１点
に設定時間の間合焦状態に維持することからなり、該ビ
ームが前記基板に該ビームが入射する前記の点において
前記有機化合物の分解を惹起し、これによって前記有機
ベース化合物の分解生成物の連続した層が、前記ビーム
の方向へ基板上で成長することを可能とし、これによっ
て剛性で、高縦横比のナノメートル・スケールのチップ
構造体を作成する、前記方法。
【請求項１０】前記エネルギー・ビームが電子のビーム
である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】前記チップ構造体の幾何学的細部が前記
電子ビームのビーム・サイズ及び入射ビーム・エネルギ
ーによって制御される、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】前記揮発性有機化合物が金属成分を含有
している、請求項９記載の方法。
【請求項１３】前記揮発性有機化合物がメタロセン類か
ら選択される、請求項９記載の方法。
【請求項１４】前記メタロセン化合物が磁性を示す金属
を含有している、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】前記の設定時間後に、金属成分を含有している揮発性有機化合物を前記真空雰
囲気中に導入し、エネルギー・ビームを高縦横比の前記構造体の末端部に
供給し、このような末端部への金属／炭素マトリックス
の薄層の選択的な蒸着を生じさせるステップをさらに含
んでいる、請求項９記載の方法。
【請求項１６】前記有機ベース化合物がシーディング金
属を含有しており、さらに前記高縦横比構造体の末端部に磁性金属層を蒸着するス
テップを含んでいる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】前記有機ベース化合物がシーディング金
属を含有しており、さらに前記高縦横比構造体の表面に金属層を蒸着するステップ
を含んでいる、請求項９記載の方法。
【請求項１８】前記金属層が磁性を示す、請求項１７記
載の方法。
【請求項１９】基板と、頂点を有しており、前記基板から延びており、前記頂点
に単一磁区を有しているニードル状構造体とからなる、構造体。
【請求項２０】前記ニードル状構造体が分解有機反応物
の炭化マトリックスからなっており、該ニードル状構造体が相当程度の剛性を示す、請求項１
９記載の構造体。
【請求項２１】基板と、高縦横比を示し、前記基板から延びており、分解有機反
応物の炭化マトリックスからなっており、相当程度の剛
性を示すナノメートル・スケールのニードル状構造体と
からなる、構造体。