JPH09218207A

JPH09218207A - トンネル電流検出用の微小ティップとその製造方法、およびトンネル電流または微小力検出用のプローブとその製造方法

Info

Publication number: JPH09218207A
Application number: JP5105296A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Shimada; 康弘島田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】微小ティップ製造用の雌型の再利用を可能と
し、微小ティップの材料または形状の劣化や、エッチン
グ液からの汚染がなく、ティップ材料として金属を用い
ることが可能なため導電性材料の被覆の必要がなく、テ
ィップのみをカンチレバー等の弾性体の先端に形成する
ことができ、反射膜をプローブの裏面に形成する必要が
なく、再現性の良い均一な形状が得られ、かつ先端を鋭
利に形成でき、チップの複数化（マルチ化）が容易で、
重量の軽減を目的としている。【解決手段】微小ティップは、基板上に金属よりなる接
合層を介して形成されたトンネル電流検出用の微小ティ
ップにおいて、該微小ティップが接合層に接合する複数
の脚部と該脚部により支持される先端部とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型トンネル電
流顕微鏡、あるいは微小な力を検出する原子間力顕微鏡
等に用いられる微小ティップ（探針）、及び該ティップ
を有するプローブ及びこれらの製造方法に関するもので
ある。

【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．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａ
ｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９
８２））、単結晶、非晶質を問わず実空間像を高い分解
能をもって測定することができるようになった。しかも
試料に電流による損傷を与えずに低電力で観測できる利
点も有し、更に大気中でも動作し、種々の材料に対して
用いることができるので、今後広範囲な応用が期待され
ている。かかるＳＴＭは金属のティップと導電性物質間
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あり、かつ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ティップを走
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。このＳＴＭを用いた解析
の対象物は導電性材料に限られていたが、導電性材料の
表面に薄く形成された絶縁層の構造解析にも応用され始
めている。更に、上述の装置、手段は微小電流を検知す
る方法を用いているため、媒体に損傷を与えず、かつ低
電力で観測できる利点をも有する。

【０００３】また、大気中での作動も可能であるため、
ＳＴＭの手法を用いて、半導体あるいは高分子材料等の
原子オーダー、分子オーダーの観察評価、微細加工
（Ｅ．Ｅ．Ｅｈｒｉｃｈｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆ４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅｏｎＳｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌ
ｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏ
ｐｙ．”８９，Ｓ１３−３）、及び情報記録再生装置等
のさまざまな分野への応用が研究されている。例えば、
情報記録再生装置への応用を考えると、高い記録密度を
達成するためにＳＴＭのティップの先端部の曲率半径が
小さいことが要求されている。また同時に、記録再生シ
ステムの機能向上、特に高速化の観点から、多数のプロ
ーブを同時に駆動すること（ティップのマルチ化）が提
案されているが、このために同一の基板上に特性のそろ
ったティップを作製することが必要となる。また、原子
間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと略す）によれば物質の表面
に働く斥力、引力を検知するため導体、絶縁体を問わず
試料表面の凹凸像が測定できる。このＡＦＭには片持ち
梁（カンチレバー）の自由端に微小ティップを形成した
ものが用いられておりＳＴＭと同様にティップの先端部
の曲率半径が小さいことが要求されている。

【０００４】従来、上記のような微小ティップの形成方
法として、半導体製造プロセス技術を使い単結晶シリコ
ンを用いて異方性エッチングにより形成した微小ティッ
プが知られている（ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＰａ
ｔｅｎｔＮＯ．５，２２１，４１５）。この微小ティ
ップの形成方法は、図１３に示すように、まず二酸化シ
リコン５１０、５１２のマスクを被覆したシリコンウエ
ハ５１４に異方性エッチングによりピット５１８を設
け、二酸化シリコン５１０・５１２を除去し、次に全面
に窒化シリコン層５２０、５２１を被覆してカンチレバ
ー（片持ち梁）及び微小ティップとなるピラミッド状ピ
ット５２２を形成し、カンチレバー形状にパターニング
した後、裏面の窒化シリコン５２１を除去し、ソウカッ
ト５３４とＣｒ層５３２を設けたガラス板５３０と窒化
シリコン５２０を接合し、シリコンウエハ５１４をエッ
チング除去することによりマウンティングブロック５４
０に転写された窒化シリコンからなるティップとプロー
ブを作製するものである。最後に、裏面に光てこ式ＡＦ
Ｍ用の反射膜となる金属膜５４２を形成する。

【０００５】また、図１４（ａ）に示されるように、た
とえば基板２０１上の薄膜層２０２を円形にパターニン
グし、それをマスクにして基板２０１をエッチングし、
サイドエッチングを利用してティップ２０３を形成する
方法（Ｏ．Ｗｏｌｔｅｒ，ｅｔａｌ．，”Ｍｉｃｒｏ
ｍａｃｈｉｎｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｅｎｓｏｒｓｆ
ｏｒｓｃａｎｎｉｎｇｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９
（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ，１９９１，ｐｐ１３５３−１
３５７）さらには図１４（ｂ）に示されるように、逆テ
−パーをつけたレジスト２０５のレジスト開口部２０６
に基板２０４を回転させながら導電性材料２０７を斜め
から蒸着し、リフトオフすることによりティップ２０８
を形成するスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）等により提案され
た方法（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，ｅｔａｌ．，”ｐｈ
ｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ
ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏ
ｄｅｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｅｃｏｎｅ
ｓ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７．１９７６，ｐｐ
５２４８−５２６３）等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来における微小ティップの形成方法は以下のような問
題を有していた。例えば、図１３に示したような従来例
の微小ティップの形成方法ではつぎのような問題点があ
る。（１）ティップの雌型となったシリコン基板は、後工程
でエッチング除去されてしまうため再利用ができず、生
産性が低くなり製造コストが高くなる。（２）ティップの雌型となったシリコン基板をエッチン
グするため、プローブ表面のエッチング液によるティッ
プ部の材料劣化、形状劣化、及びエッチング液からの汚
染等が生じる可能性がある。（３）ティップ表面上に導電性材料を被覆してＳＴＭの
ティップとする場合には、ティップの先端部は鋭利に形
成されているが、このために導電性材料が被覆されにく
く、被覆した場合に成膜した導電体膜の粒塊が現れ、再
現性良く粒塊の制御をすることが困難である。（４）さらに、薄膜カンチレバー等の弾性体上に微小テ
ィップを形成する場合には、ＡＦＭでは反射膜をプロー
ブの裏面の全面に形成するため、弾性体が反射膜の膜応
力により反ってしまう。また、図１４に示したような従
来例の微小ティップの製造方法ではつぎのような問題点
がある。（５）ティップを形成する際のシリコンのエッチング条
件やレジストのパターニング条件及び導電性材料の蒸着
条件等を一定にするには厳しいプロセス管理が必要とな
り、形成される複数の微小ティップの高さや先端曲率半
径等の正確な形状を維持するのが難しい。（６）弾性体上にティップを形成する場合、ティップ全
体が材料で充填されているため、ティップの重量により
共振周波数が低下する。

【０００７】そこで、本発明は、上記した従来技術にお
ける課題を解決し、微小ティップ製造用の雌型の再利用
を可能とし、微小ティップの材料または形状の劣化や、
エッチング液からの汚染がなく、ティップ材料として金
属を用いることが可能なため導電性材料の被覆の必要が
なく、ティップのみをカンチレバー等の弾性体の先端に
形成することができ、反射膜をプローブの裏面に形成す
る必要がなく、再現性の良い均一な形状が得られ、かつ
先端を鋭利に形成でき、チップの複数化（マルチ化）が
容易で、重量の軽減できる、トンネル電流検出用の微小
ティップとその製造方法、およびトンネル電流または微
小力検出用のプローブとその製造方法を提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためトンネル電流検出用の微小ティップとその製
造方法、およびトンネル電流または微小力検出用のプロ
ーブとその製造方法につき、つぎのように構成したもの
である。すなわち、本発明の微小ティップは、基板上に
金属よりなる接合層を介して形成されたトンネル電流検
出用の微小ティップにおいて、該微小ティップが接合層
に接合する複数の脚部と該脚部により支持される先端部
とからなることを特徴としている。そして、本発明の上
記微小ティップは、金属材料により形成することがで
き、その金属材料としては、貴金属または貴金属合金を
用いることが好ましい。また、本発明の微小ティップの
製造方法は、トンネル電流検出用の微小ティップの製造
方法において、一方の基板の剥離層上に複数の脚部と該
脚部により支持される先端部を有する微小ティップを形
成し、他方の基板上の接合層へ前記剥離層上の微小ティ
ップを転写して微小ティップを製造することを特徴とし
ている。そして、本発明の上記微小ティップの製造方法
は、少なくとも、シリコンよりなる第１基板の表面に少
なくとも１つ以上の凹部を形成する工程と、第１基板の
凹部を含む基板上に剥離層を形成する工程と、前記第１
基板の剥離層上に微小ティップ材料を形成する工程と、
前記微小ティップ材料上にレジストを塗布する工程と、
前記レジストをフォトリソグラフィーの手法により加工
し、これをマスクとして微小ティップ材料をエッチング
し、複数の脚部と該脚部により支持される先端部を有す
る微小ティップ構造を形成する工程と、第２基板上に接
合層を形成する工程と、前記第１基板における凹部を含
む剥離層上の微小ティップ材料を、前記第２基板上の接
合層に接合する工程と、前記第１基板における剥離層と
微小ティップ材料の界面で剥離を行い、前記第２基板上
の接合層上に微小ティップ材料を転写する工程とにより
構成することができる。また、本発明の微小ティップの
製造方法においては、前記ティップと前記接合層との接
合を、金属同士の圧着による金属結合により接合する構
成を採ることができる。また、本発明の微小ティップの
製造方法においては、前記剥離層を前記第１基板の表面
を熱酸化してなる二酸化シリコンにより形成し、また、
前記ティップまたは前記接合層のうち少なくとも一方の
材料として、Ａｕを含む材料を用いることが好ましい。
また、本発明のプローブは、基板上に形成された弾性体
上に、金属よりなる接合層を介して形成された微小ティ
ップを有するトンネル電流または微小力検出用のプロー
ブにおいて、該微小ティップが接合層に接合する複数の
脚部と該脚部により支持される先端部とからなることを
特徴としている。この場合にも、前記微小ティップを、
金属材料により形成し、その金属材料として、貴金属ま
たは貴金属合金を用いることが好ましい。また、本発明
のトンネル電流または微小力検出用プローブの製造方法
は、シリコンよりなる第１基板の表面に少なくとも１つ
以上の凹部を形成する工程と、前記第１基板の凹部を含
む基板上に剥離層を形成する工程と、前記第１基板の剥
離層上に微小ティップ材料を形成する工程と、前記微小
ティップ材料上にレジストを塗布する工程と、前記レジ
ストをフォトリソグラフィーの手法により加工し、これ
をマスクとして微小ティップ材料をエッチングし、複数
の脚部と該脚部により支持される先端部を有する微小テ
ィップ構造を形成する工程と、第２基板上に弾性体材料
を形成する工程と、前記第２基板における弾性体材料上
に接合層を形成する工程と、前記第１基板における凹部
を含む剥離層上の微小ティップ材料を、前記第２基板に
おける接合層に接合する工程と、前記第１基板における
剥離層と微小ティップ材料の界面で剥離を行い、前記第
２基板における接合層上に微小ティップ材料を転写する
工程と、前記第２基板の一部を除去して弾性体材料から
弾性体を形成する工程と、を少なくとも有することを特
徴としている。この場合にも、前記ティップ材料層と前
記接合層との接合を、金属同士の圧着による金属結合す
る構成を採ることができる。また、前記剥離層を、前記
第１基板の表面を熱酸化してなる二酸化シリコンで形成
し、また、前記ティップ材料または前記接合層のうち少
なくとも一方の材料が、Ａｕを含む材料を用いることが
好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、上記構成により、ティ
ップの雌型を後工程でエッチング除去することなくティ
ップを形成でき、雌型は再利用できることにより、生産
性を向上すると同時に、製造コストを低減できる。ま
た、エッチング液によるティップ部の材料劣化、形状劣
化、及びエッチング液からの汚染がなくティップ形成が
可能となる。また、ティップの材料として金属を用いる
ことができ、導電性材で被覆する必要をなくすことがで
きる。また、ティップのみをカンチレバー等の弾性体の
先端に形成することができ、反射膜をプローブの裏面に
形成する必要をなくすことができる。また、ティップと
して再現性の良い均一な形状が得られ、かつ先端を鋭利
に形成でき、ティップの複数化（マルチ化）が容易とな
る。さらに、ティップの重量を軽減できる微小ティップ
の製造方法を提供することができる。

【００１０】以下に、本発明の詳細な内容について、図
に基づいて説明する。図１は、本発明によるプローブの
基本構成を示すものであり、基板あるいはレバー上に形
成された接合層、該接合層上に形成された微小ティッ
プ、を有するトンネル電流あるいは微小力検出用のプロ
ーブにおいて、該微小ティップが接合層に接合する複数
の脚部と該脚部により支持される先端部とからなる。図
２はその製造工程を示す断面図である。つぎに、この図
に従い製造方法を説明する。第一に、シリコンよりなる
第１基板１の表面に凹部３を形成する。これには、まず
第１基板１に保護層２を形成し、次に、保護層２の所望
の箇所を、フォトリソグラフィとエッチングによりパタ
ーニングしてシリコンの一部を露出させ、次に、結晶軸
異方性エッチング等を用いてシリコンをエッチングして
凹部３を形成する方法が用いられる。保護層２としては
二酸化シリコンや窒化シリコンを用いることができる。
シリコンのエッチングにはティップ先端部を鋭利に形成
できる結晶軸異方性エッチングを用いることが好まし
い。エッチング液に水酸化カリウム水溶液等を用いるこ
とにより（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた逆ピ
ラミッド状の凹部３を形成することができる（図２
（ａ）参照）。

【００１１】第二に、上記凹部３を含む第１基板１上に
酸化物よりなる剥離層４を形成する。この剥離層４形成
後の工程で、剥離層４上に微小ティップ５材料を成膜し
た後、微小ティップ５を剥離層４から剥離するため、微
小ティップ５材料が剥離しやすい剥離層４材料を選択す
る必要がある。すなわち、剥離層４の材料はティップ５
材料との反応性・密着性が小さいことが必要である。こ
のような材料としては、金属元素、半金属元素、半導体
元素のそれぞれの酸化物あるいは窒化物、たとえばＢ
Ｎ、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＴｉＮ、
ＴｉＯ2、ＶＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3
等が使用できる。これらの材料はスパッタリング法や真
空蒸着法により形成することができる。さらに、第１基
板１にシリコンを用いる場合は基板表面を酸化すること
により容易に二酸化シリコン（ＳｉＯ2）を得ることが
できる。この酸化による二酸化シリコンの形成方法は、
放置（自然酸化）する方法、硫酸＋過酸化水素水を利用
する方法、沸騰水を用いる方法、熱酸化炉を用いる方法
等があり、特に、熱酸化炉をもちいてシリコン表面を熱
酸化する方法が再現性・制御性・成膜速度の点で優れて
いる。また、この酸化膜を厚くすることにより、シリコ
ン基板表面の凹凸を吸収し表面を平滑にすることができ
る。このため形成されるティップの表面も平滑となり、
形成されたティップの強度を向上させることが可能であ
る。また、ティップと剥離層との界面が平滑であるた
め、ティップを剥離層から剥離することが容易となる。
また、シリコン基板を熱酸化して酸化膜を形成すること
によりティップを構成する側壁面を中空の領域に向かっ
て凸の形状とすることができる（図２（ｂ）参照）。こ
れは、シリコンの形状により、熱酸化した時の二酸化シ
リコンの厚みに差が生じることを利用している。これに
より、ティップ先端に加わる力に対して変形しにくい構
造にすることができ、また先端曲率半径を小さくするこ
とができて、先鋭化の形状は全体の熱酸化膜の厚さを変
えることにより制御することが可能であるという効果が
得られる。

【００１２】第三に、前記凹部を含む剥離層上に微小テ
ィップ５を形成する。微小ティップ５の材料としては導
電性の高い金属系材料が必要であり、より好ましくは貴
金属または貴金属合金が良い。微小ティップ５材料の成
膜には既知の薄膜作製技術である真空蒸着法、スパッタ
リング法等が用いられる。特に、真空蒸着法は成膜時の
粒子のエネルギーが小さいため、剥離層４との密着性が
小さく、剥離性に優れている。

【００１３】第四に、前記微小ティップ材料をフォトリ
ソグラフィの手法によりパターニングする。すなわち、
まず前記微小ティップ材料上にレジスト６を塗布し、次
に、所望のパターンを有するフォトマスクを用いて露光
した後にレジスト６を現像してレジストパターンを形成
し、このレジストをマスクとして微小ティップ材料をエ
ッチングすることにより所望のパターンを有する微小テ
ィップ部を得ることができる（図２（ｃ）参照）。たと
えば、スピンコーターを用いて微小ティップ５材料上に
レジスト６を塗布した後、図３（ａ）に斜線で示したパ
ターンを有するフォトマスクを用いて露光・現像を行
う。この際、現像時間を制限することにより、図３
（ｂ）のドットで示す部分のレジスト６を残すことがで
きる。これは後工程で微小ティップを転写した際に脚部
及び先端部となる部分である。この図においてはレジス
ト６の現像時間を制御することにより四脚構造とした
が、あらかじめ図３（ｂ）のような四脚構造のパターン
が形成されたフォトマスクを用いて形成してももちろん
良い。

【００１４】第五に、第２基板８または第２基板８上に
形成されたカンチレバー等の弾性体９上に接合層７を形
成する。第２基板８および弾性体９は接合層７を介して
微小ティップ５を支持する部材である。接合層７は圧力
によりティップを接合するためのものであり、微小ティ
ップ５と接合層７に金属を用いれば、圧力で互いに変形
することにより金属結合を得ることができる。そこで、
材料としては金属、特にＡｕ、Ｐｔのような延性・展性
に富んだ金属が望ましい。なお、トンネル電流を取り出
すための配線１０は、接合層７と同一材料で同一層に形
成しても良い。

【００１５】第六に、前記凹部３を含む剥離層４上の微
小ティップ５材料を接合層７に接合する。これには、そ
れぞれの基板を真空チャック等により保持できるアライ
メント装置を用い、第１基板１上の微小ティップ５と第
２基板８上の接合層７とを位置合わせして対向・接触さ
せ、更に荷重を加えることにより微小ティップ５と接合
層７の接合（圧着）を行う（図２（ｄ）参照）。

【００１６】第七に、前記剥離層４と微小ティップ５材
料の界面で剥離を行い接合層７上に微小ティップ５材料
を転写する。すなわち、第１基板１と第２基板８を引き
離すことにより、剥離層４と微小ティップ５との界面で
剥離させる（図２（ｅ）参照）。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。［実施例１］本実施例は本発明の第一態様であるＳＴＭ
用プローブ及びその製造方法である。図１にプローブの
構成を示す。基板上に形成された接合層７上に微小ティ
ップ５が接合されている。また、トンネル電流用配線１
０が接合層７に接続されている。図２は本実施例のプロ
ーブの製造工程を示す断面図である。以下、この図に従
い製造方法を説明する。まず、面方位（１００）の単結
晶シリコンウエハを第１基板１として用意した。次に、
保護層２としてシリコン熱酸化膜を１００ｎｍ形成し
た。次に、保護層２の所望の箇所を、フォトリソグラフ
ィとエッチングによりパターニングし、１０μｍ平方の
シリコンを露出した。次に、水酸化カリウム水溶液を用
いた結晶軸異方性エッチングによりパターニング部のシ
リコンをエッチングした。なお、エッチング条件は、濃
度３０％の水酸化カリウム水溶液を用い、液温９０℃、
エッチング時間は１０分とした。このとき（１１１）面
と等価な４つの面で囲まれた深さ約７μｍの逆ピラミッ
ド状の凹部３が形成された（図２（ａ）参照）。

【００１８】次に、保護層２である熱酸化膜をフッ酸と
フッ化アンモニウムの混合水溶液（ＨＦ：ＮＨ４Ｆ＝
１：５）で除去した。次に、１２０℃に加熱した硫酸と
過酸化水素水の混合液、及び、２％フッ酸水溶液を用い
て第１基板１の洗浄を行った。次に、酸化炉をもちいて
第１基板１を酸素及び水素雰囲気中で１０００℃に加熱
し、剥離層４である二酸化シリコンを５００ｎｍ堆積し
た（図２（ｂ）参照）。

【００１９】次に微小ティップ５材料として金Ａｕを真
空蒸着法により成膜した。このときのＡｕの膜厚は１．
０μｍとした。次に、スピンコーターを用いて微小ティ
ップ５材料上にポジ型レジスト６（ヘキスト社製Ａｚ１
３７０ＳＦ）を塗布した後、図３（ａ）に斜線で示した
パターンを有するフォトマスクを用いて露光・現像を行
った。この際、現像時間を制限することにより、図３
（ｂ）のドットで示す部分のレジスト６を残した。

【００２０】次に、ヨウ素とヨウ化カリウムの混合水溶
液により微小ティップ５材料をエッチングした後レジス
ト６を除去し、四本の脚部とこれにより支持される先端
部を有する微小ティップ構造とした（図２（ｃ）参
照）。次に第２基板８として表面酸化膜を形成したシリ
コン基板を用意し、この表面にクロムＣｒを５ｎｍ、Ａ
ｕを３００ｎｍ真空蒸着法により、成膜しフォトリソグ
ラフィとエッチングによりパターン形成を行い、接合層
７及び配線１０とした。次に、第１基板１上の微小ティ
ップ５と第２基板８上の接合層７とを位置合わせして対
向・接触させ、更に荷重を加えることにより微小ティッ
プ５と接合層７の接合（圧着）を行った（図２（ｄ）参
照）。次に、第１基板１と第２基板８を引き離すことに
より、剥離層４と微小ティップ５との界面で剥離させた
（図２（ｅ）参照）。このとき、基板表面からのティッ
プの高さは約８μｍであった。また、ティップ先端の曲
率半径は約１００ｎｍであった。

【００２１】図４は本実施例の微小ティップを適用した
ＳＴＭ装置のブロック図を示す。図４において、微小テ
ィップ５と試料１１との間にバイアス電圧を印加し、こ
の間を流れるトンネル電流Ｉｔを検出し、Ｉｔが一定と
なるようにフィードバックをかけ、ＸＹＺ駆動ピエゾ素
子１２のＺ方向を駆動しティップ５と試料１１との間隔
を一定に保っている。更に、ＸＹＺ駆動ピエゾ素子１２
のＸＹを駆動することにより試料の２次元像であるＳＴ
Ｍ像が観察される。この装置で試料としてＨＯＰＧ（高
配向熱分解グラファイト）基板の劈開面をバイアス電流
１ｎＡで観察したところ、良好な原子像を得ることがで
きた。

【００２２】［実施例２］本実施例は、本発明による微
小ティップの製造方法のまた別の方法であり、その工程
を図５に示す。まず、面方位（１００）の単結晶シリコ
ンウエハを第１基板１として用意し、実施例１と同様の
方法にて逆ピラミッド状の凹部３を形成した（図５
（ａ）参照）。次に、スパッタリング法を用いて凹部３
を含む第１基板１に剥離層４として酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）を１００ｎｍ堆積した（図５（ｂ）参
照）。次に微小ティップ５材料として白金Ｐｔをスパッ
タリング法により０．１μｍ成膜し、続けて金Ａｕを真
空蒸着法により０．７μｍ成膜した。

【００２３】次に、スピンコーターを用いて微小ティッ
プ５材料上にポジ型のレジスト６（ヘキスト社製Ａｚ１
３７０ＳＦ）を塗布した後、図３（ｂ）にドットで示し
たパターンを有するフォトマスクを用いて露光・現像を
行った。次に、ヨウ素とヨウ化カリウムの混合水溶液に
より金Ａｕをエッチングし、ＣＦ４ガスをもちいたドラ
イエッチングにより白金Ｐｔをエッチングした後レジス
ト６を除去し、四本の脚部とこれにより支持される先端
部を有する微小ティップ構造とした（図５（ｃ）参
照）。

【００２４】次に第２基板８として表面酸化膜を形成し
たシリコン基板を用意し、この表面にクロムＣｒを５ｎ
ｍ、Ａｕを３００ｎｍ真空蒸着法により、成膜しフォト
リソグラフィとエッチングによりパターン形成を行い、
接合層７及び配線１０とした。次に、第１基板１上の微
小ティップと第２基板８上の接合層とを位置合わせして
対向・接触させ、更に荷重を加えることにより微小ティ
ップ５と接合層７の接合（圧着）を行った（図５（ｄ）
参照）。

【００２５】次に、第１基板１と第２基板８を引き離す
ことに、剥離層４と微小ティップ５との界面で剥離させ
た（図５（ｅ）参照）。このとき、基板表面からのティ
ップの高さは約８μｍであった。本実施例を用いたＳＴ
Ｍ装置において、実施例１と同様にＨＯＰＧ（高配向熱
分解グラファイト）基板の劈開面をバイアス電流１ｎＡ
で観察したところ、良好な原子像を得ることができた。
本実施例においては剥離層４として酸化アルミニウム
（Ａｌ２Ｏ３）を用いたが、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）
をスパッタリング法により堆積しても同様の効果が得ら
れる。

【００２６】［実施例３］本実施例は本発明による第２
態様であるＡＦＭ用カンチレバー型プローブ及びその製
造方法である。図６にプローブの構成を示す。カンチレ
バー９上に形成された接合層７上に微小ティップ５が接
合されている。図７は本実施例のプローブの製造工程を
示す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明
する。まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハ
を第１基板１として用意した。次に、保護層２としてシ
リコン熱酸化膜を１００ｎｍ形成した。次に、保護層２
の所望の箇所を、フォトリソグラフィとエッチングによ
りパターニングし、１０μｍ平方のシリコンを露出し
た。次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性
エッチングによりパターニング部のシリコンをエッチン
グした。なお、エッチング条件は、濃度３０％の水酸化
カリウム水溶液を用い、液温９０℃、エッチング時間は
１０分とした。このとき（１１１）面と等価な４つの面
で囲まれた深さ約７μｍの逆ピラミッド状の凹部３が形
成された（図７（ａ）参照）。

【００２７】次に、保護層２である熱酸化膜をフッ酸と
フッ化アンモニウムの混合水溶液（ＨＦ：ＮＨ４Ｆ＝
１：５）で除去した。次に、１２０℃に加熱した硫酸と
過酸化水素水の混合液、及び、２％フッ酸水溶液を用い
て第１基板１の洗浄を行った。次に、熱酸化炉をもちい
て第１基板１を酸素及び水素雰囲気中で１０００℃に加
熱し、剥離層４である二酸化シリコンを５００ｎｍ堆積
した（図７（ｂ）参照）。次に微小ティップ５材料とし
て金Ａｕを真空蒸着法により成膜した。このときのＡｕ
の膜厚は１．０μｍとした。次に、スピンコーターを用
いて微小ティップ５材料上にポジ型のレジスト６（ヘキ
スト社製Ａｚ１３７０ＳＦ）を塗布した後、図３（ａ）
に斜線で示したパターンを有するフォトマスクを用いて
露光・現像を行った。この際、現像時間を制限すること
により図３（ｂ）のドットで示す部分のレジスト６を残
した。次に、ヨウ素とヨウ化カリウムの混合水溶液によ
り微小ティップ材料をエッチングした後レジスト６を除
去し、四本の脚部とこれにより支持される先端部を有す
る微小ティップ構造とした（図７（ｃ）参照）。

【００２８】次に第２基板８として単結晶シリコン基板
を用意し、第２基板８両面に二酸化シリコン１３を０．
３μｍ、窒化シリコン１４を０．５μｍ成膜した。次に
表面の窒化シリコン１４をフォトリソグラフィとエッチ
ングによりカンチレバー９（片持ち梁）の形状にパター
ニングした。このとき、カンチレバーの寸法は幅５０μ
ｍ、長さ３００μｍとした。次に、裏面の窒化シリコン
１４及び二酸化シリコン１３を同様にエッチングマスク
形状にパターニングした。次に、チタンＴｉを３ｎｍ、
金Ａｕを５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィとエッチ
ングによりパターン形成を行い、カンチレバー上に接合
層７を形成した。次に、第１基板１上の微小ティップ５
と第２基板８上の接合層７とを位置合わせして対向・接
触させ、更に荷重を加えることにより微小ティップ５と
接合層７の接合（圧着）を行った（図７（ｄ）参照）。
次に、第１基板１と第２基板８を引き離すことに、剥離
層４と微小ティップ５との界面で剥離させた（図７
（ｅ）参照）。次に、表面保護層１５としてポリイミド
層をスピンコートにより塗布し、ベークして形成した。
次に、裏面の窒化シリコン１４をエッチングマスクにし
て、９０℃に加熱した３０％水酸化カリウム水溶液によ
り裏面からシリコン基板８のエッチングを行った。次
に、フッ酸とフッ化アンモニウム混合水溶液により二酸
化シリコン層１３を除去した。最後に、酸素プラズマを
用いて表面保護層を除去してカンチレバー型プローブを
形成した（図７（ｆ）参照）。

【００２９】上記、本実施例のプローブを用いた光てこ
方式のＡＦＭ装置を作製した。本実施例により作製した
ＡＦＭ用のプローブでは、変位測定のためのレーザーの
反射をカンチレバー先端に設けた接合層７の裏面にて行
うことができ、反射膜の代用となる。これにより、カン
チレバーの裏面の全面に反射膜をコーティングする必要
がなく、その膜応力により反ることがなくなった。本Ａ
ＦＭ装置のブロック図を図８に示す。ＡＦＭ装置はカン
チレバー５１と接合層４８と接合層４８に接合した微小
ティップ５０からなるプローブと、レーザー光６１と、
カンチレバー自由端の接合層裏面にレーザー光を集光す
るためのレンズ６２とカンチレバーのたわみ変位による
光の反射角の変化を検出するポジションセンサー６３
と、ポジションセンサーからの信号により変位検出を行
う変位検出回路６６と、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子６５
と、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子をＸＹＺ方向に駆動するた
めのＸＹＺ駆動用ドライバー６７とからなる。このＡＦ
Ｍ装置を用い、マイカからなる試料６４にプローブを接
近させた後に、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子６５のＸＹ方向
を駆動することにより試料表面のＡＦＭ像を観察したと
ころ、マイカ表面のステップ像を観察することができ
た。

【００３０】［実施例４］本実施例は本発明の第三態様
であるＡＦＭ／ＳＴＭ用プローブ及びその製造方法であ
る。本実施例にて、本発明の実施例２で作製された第１
基板の微小ティップを結晶シリコンからなる薄膜平板上
に転写したＡＦＭまたはＳＴＭ用のプローブを作製し
た。作製したプローブの斜視図を図９（ａ）に、Ａ−Ａ
断面図を図９（ｂ）に示す。本発明のプローブは図９よ
り以下の構造を持つ。１０４は固定電極８５及び８６を
有する窒化シリコン膜１００、１０１を形成したシリコ
ンブロック、８１は導電性を有するｎ型の結晶シリコン
からなる薄膜平板であり、ねじり梁８２を側面に有し、
空隙１０２を介して支持部８３、８４によりねじり梁８
２の上面で吊り下げ支持されている。薄膜平板８１は、
平板電極部８８と、一端に接合層７８及び接合層上に形
成した微小ティップ８０を有する開口部８７を設けた可
橈梁８９を有する。固定電極８６は平板電極部８８に対
向するように窒化シリコン膜１００上に配置して形成し
てある。支持部８３、８４は、Ａｌ膜の電気導電体より
なり、接合層はＰｔ、微小ティップは実施例１と同様の
行程により形成したＡｕよりなる。支持部８３は、薄膜
平板８１と固定電極８５、及び薄膜平板８１と接合層７
８を通じて微小ティップ８０とも電気的に接続してい
る。これにより支持部はねじり梁８２を介して薄膜平板
８１をエアブリッジ（ＡｉｒＢｒｉｄｇｅ）構造にて機
械的かつ電気的に接続する。

【００３１】本発明のプローブは、固定電極８６と固定
電極８５に電圧を印加することにより、固定電極８６と
平板電極部８８との間に静電引力が生じ、ねじり梁がね
じり回転し、平板電極部がシリコンブロック側に変位
し、微小探針が逆側に変位する、すなはち、薄膜平板８
１がねじり梁の回転軸回りに回転変位する静電アクチュ
エータの機能を有している。本発明の静電アクチュエー
タを有するプローブでは、可橈梁の自由端に微小ティッ
プを有することでＡＦＭ用プローブとして用いると共
に、微小ティップ及び薄膜平板が電気導電性を有するこ
とによりＳＴＭ用プローブとしても用いることが可能で
あり、さらに複合型ＳＴＭ／ＡＦＭ用プローブとして利
用できる。また、図４で示したＳＴＭ装置に本発明のプ
ローブを用いることで、固定電極８５と固定電極８６に
電圧を印加し微小ティップを変位させ、ＸＹＺ軸駆動ピ
エゾ素子のＺ方向の駆動を換わりに行うことができる。
図１０及び図１１は本発明のプローブの製造方法を説明
するための作製工程図である。

【００３２】図１０、１１を用いて図９に示すプローブ
のＡ−Ａ断面図における本発明の製造方法について説明
する。第３基板として、シリコン基板９１上に二酸化シ
リコン膜の絶縁層９２を介して後工程で薄膜平板８１と
なるｎ型の結晶シリコン膜９３（３０Ω／□、厚さｌμ
ｍ）が形成してなるＳＯＩ（ＳｉｏｎＩｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）基板を用いた（図１０（ａ））。前記基板上に
フォトレジストを塗布し露光、現像を行うフォトリソグ
ラフィプロセスを用いてフォトレジストのパターニング
を施し、該フォトレジストをマスクとして結晶シリコン
膜９３をＣＦ４ガスを用いて反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によりエッチングし、後工程にて薄膜平板と
なる開口部８７を有するビームパターン８４を形成し、
フォトレジストをレジスト剥離液を用いて剥離し図１０
（ｂ）に示すビームパターンを有する第３基板を作製し
た。第３基板と接着する第２基板として、シリコン基板
９５を用意し、シリコン基板９５を裏面から結晶軸異方
性エッチングする際のマスクとなる窒化シリコン膜を低
圧ＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）にて０．５
μｍ形成した。窒化シリコン膜の成膜条件は成膜温度８
４８℃、流量比ＮＨ３：ＳｉＨ２Ｃｌ２＝１０ｃｃｍ：
２０ｃｃｍ、成膜圧力０．２Ｔｏｒｒである。さらに後
工程にて第２基板上に空隙を介して薄膜平板８１が形成
される場所の裏面の窒化シリコン膜１０１の一部をフォ
トリソグラフィプロセスとＣＦ４を用いた反応性イオン
エッチングにより図１０（ｃ）に示すようにパターニン
グした。固定電極８５（不図示）、８６は、Ｐｔターゲ
ットを用いてスパッタ法によりＰｔを１００ｎｍ成膜
し、フォトリソグラフィプロセスによりフォトレジスト
をパターニングし、該フォトレジストをマスクとしてＡ
ｒイオンによりイオンミーリング（ＩｏｎＭｉｌｌｉ
ｎｇ）し、フォトレジストを除去し図９に示すようにパ
ターニングし形成した。次に、第２基板上に、樹脂膜で
ある接着層９７をスピナー法により塗布した。樹脂膜と
してフォトレジストである東京応化（株）製のゴム系レ
ジストＯＭＲ−８３（商品名）を用いた（図１０
（ｃ））。塗布する際の樹脂を溶解した溶液中に含まれ
る溶媒の含有量を調節しないと接着層と第３基板との間
に気泡が残る場合がある。硬化しない程度の低温にて前
処理加熱を施し樹脂膜中に含まれる溶媒の含有量を調節
することで界面に気泡が残ることを防止できる。接着層
９７を、５０℃にて１５分間の前処理加熱を行った。

【００３３】他の接着層を形成する工程としては、デイ
ッピング法、スプレー法等により塗布する方法等の樹脂
膜形成法を用いて行うことが可能である。塗布方法では
樹脂膜は基板上の表面凹凸が存在しても、平坦性良く塗
布することが可能であり、これにより第３基板と接着す
る工程にて基板表面粗さ及び固定電極の段差に依存せず
に良好な面接着を得ることが可能となる。樹脂材料とし
ては、回路を集積化したＳｉ基板上に樹脂膜を形成する
場合ナトリウムイオン等の不純物の少ないフォトレジス
トが好ましい。さらに好ましくは、密着力及び機械的な
強度に優れたゴムを有するゴム系フォトレジスト（例え
ば「微細加工とレジスト」、野々垣三郎著、高分子学会
編集、共立出版発行、１９９０年、１１頁第３行のゴム
系フォトレジスト）である。このため本実施例では、Ｏ
ＭＲ−８３を使用した。接着層４６を塗布した後に、図
１０（ｂ）の第２基板と図１０（ｃ）の第１基板を裏面
より圧力をかけて押し当てた後に、１５０℃に加熱処理
することにより接着層を硬化させ、図１０（ｄ）に示す
ように接着した。第３基板に結晶シリコン膜９３にビー
ムパターン９４を形成したことで、溝ができ、接着層を
加熱処理し硬化する際に発生する有機溶媒の蒸気を前記
溝を通じて逃がすことができ、気泡が残ることを防止で
きた。硬化後の接着層の膜厚は２μｍであった。

【００３４】この後、図１０（ｄ）の接着した基板に対
して、８０℃、３０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液中で第３基板
のシリコン基板９１をエッチング除去し、さらにＨＦ水
溶液にて絶縁層９２をエッチング除去した（図１０
（ｅ））。次に、Ｐｔターゲットを用いてスパッタ法に
よりＰｔを５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィプロセ
スによりフォトレジストをパターニングし、該フォトレ
ジスト１１０をマスクとしてＡｒイオンによりイオンミ
ーリング（ＩｏｎＭｉｌｌｉｎｇ）し、フォトレジス
ト、図１０（ｆ）に示すように接合層７８を形成した。
この後、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングによ
り、図１０（ｇ）に示すようにフォトレジスト１１０及
び接着層９７の一部をエッチングした。このようにして
形成したビームパターン及び接合層上に支持層となるＡ
ｌ膜９８を真空蒸着法の一つであるＡｌターゲットを用
いたイオンビームスパッタリング法により１μｍ成膜し
た。Ａｌ膜９８上にフォトリソグラフィプロセスにより
フォトレジスト１１１を塗布、露光、現像し（図１１
（ｈ））、Ａｌ膜９８をりん酸、硝酸及び酢酸からなる
Ａｌエッチャントを用いてパターニングし図９の支持部
８３、８４のパターンをねじり梁８２上に形成した。さ
らに、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングによ
り、フォトレジスト１１１を除去した（図１１
（ｉ））。

【００３５】第１基板７１は、実施例１に図２（ａ）か
ら図２（ｃ）に示したティップ材料層を形成するまでの
工程と同様であり、密着層７６と剥離層７５上に微小テ
ィップ材料となるＡｕを１μｍ成膜したティップ材料層
７７からなる。第１基板７１のティップ材料層７７と接
合層７８とを位置合わせし、接合を行った（図１１
（ｊ））。接合は第１基板と第２基板の裏面に圧力を加
えて圧着する方法を用いている。これによりＡｕとＰｔ
との結合がなされ、ティップ材料層７７と接合層７８が
接合し、第１基板と第２基板を当接後に離すことにより
剥離層上のＡｕのみが接合層７８上に転写され、微小テ
ィップ８０を形成できた。次に第２基板上にフォトレジ
スト１１２を塗布し（図１１（ｋ））、水酸化カリウム
水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングにより第２基板
の裏面側からシリコン基板９５の一部をエッチングしシ
リコンブロック１０４を形成し、さらに裏面側から薄膜
平板下部の窒化シリコン膜１００をＣＦ４ガスを用いた
反応性イオンエッチングにより除去した（図１１
（ｌ））。最後に、酸素プラズマによりフォトレジス卜
１１１及び薄膜平板下部の樹脂膜よりなる接着層９７を
アッシングし空隙１０２を形成した。以上の形成法を用
いて図１１（ｍ）の空隙１０２を持つ、結晶シリコンか
らなるねじり梁８２と薄膜平板８１、及び接合層上に形
成された微小ティップ８０を有する、Ａｌの支持部８
３、８４で支持された図８に示す静電アクチュエータの
機能を持つプローブを形成した。酸素プラズマによるア
ッシングにより各電極がエッチングされることはなく、
かつウエットエッチングによる犠牲層除去の際に問題と
なるＳｔｉｃｋｉｎｇを回避することができた。

【００３６】本発明の形成法では、結晶シリコンにより
薄膜平板を作製したことにより、本質的に内部応力を持
たない反りのないプローブを作製することができた。ま
た、固定電極８５と固定電極８６の間に電圧を印加する
ことにより平板電極部の自由端はシリコンブロック方向
に、可橈梁の自由端は平板電極部の自由端とは逆方向に
ねじり梁の捩り回転に応じて変位した。また、本発明の
製造方法により作製したプローブでは、ＡＦＭ変位測定
の為のレーザーの反射を可橈梁の先端に設けた接合層の
裏面にて行う事ができ、反射膜の代用となる。これによ
り、可橈梁の裏面の全面に形成する必要がなく、薄膜平
板は反射膜の膜応力により反ることがなかった。本実施
例では、接着層を第２基板上に形成し第３基板と接着し
たが、第３基板上、または第２基板及び第３基板の両面
に形成した後に接着しても同様のプローブの形成が可能
であった。

【００３７】［実施例５］本実施例では実施例４で示し
た本発明の静電アクチュエータの機能を有するプローブ
を１つの基板上に複数形成したマルチプローブの例につ
いて説明する。図１２は、窒化シリコン膜１５０、１５
１が形成されたシリコンブロック１５４上に、図９に示
したプローブを複数形成したマルチプローブを説明する
斜視図である。本発明のマルチプローブは図１２より以
下の構造を持つ。１２１、１３１、１４１は薄膜平板で
あり、夫々ねじり梁１２２、１３２、１４２を側面に有
し、夫々支持部１２３と１２４、１３３と１３４、及び
１４３と１４４により各ねじり梁の上面で吊り下げ支持
されている。また、薄膜平板１２１、１３１、１４１は
夫々接合層１２８、１３８、１４８、及び微小ティップ
１２０、１３０、１４０を有している。また、夫々のプ
ローブは対となる固定電極１２５と１２６、１３５と１
３６、１４５と１４６を有し、対となる固定電極間に電
圧を印加することにより、各プローブのねじり梁の回転
軸回りに回転変位させ、夫々のプローブを独立に変位さ
せることが可能である。結晶シリコンにより薄膜平板を
作製したことにより、本質的に内部応力を持たない反り
のないプローブを作製することができ、また本発明の微
小ティップの製造法にて形成した形状の揃った微小ティ
ップを用いることにより、マルチ化する際に問題となる
カンチレバー等の反りやティップの高さばらつきによ
る、シリコンブロックとティップとの高さばらつき、ま
た、複数のティップのそれぞれの先端曲率半径のばらつ
きを抑えることが可能となり、作製再現性の高いマルチ
プローブを提供することができた。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、以上の構成によって、製造工
程におけるティップ材料層のエッチングを行うことなく
プロセスでの工程を簡略化することが可能となり、ま
た、凹部を形成した第１基板、すなわち微小ティップの
雌型は繰り返し使用ができるため、生産性の向上、製造
コストの低減を図ることが可能となる。また、本発明に
おいては、微小ティップの形成を第１基板のエッチング
によらず、第２基板上の接合層に転写するため、エッチ
ング液によるティップ材料の劣化、汚染等を防ぐことが
でき、これにより微小ティップとして再現性の良い安定
な特性を確保することができる。また、本発明において
は、金属からなる微小ティップ材料を用いるため、ＳＴ
Ｍ用微小ティップとして再現性の良い安定な特性を確保
することができる。また、本発明においては、第２基板
上に接合層を有する弾性体をあらかじめ形成させておく
ことによりティップを有する弾性体からなるＡＦＭ用の
プローブを作製することが容易になり、反射膜を形成す
る必要がなくなり、かつ反射膜を形成したことに伴う薄
膜カンチレバーのそりを回避することが可能となる。ま
た、本発明においては、先端を鋭利に形成でき、ＡＦＭ
やＳＴＭ用の微小ティップとして優れた特性を示す微小
ティップを製造することができ、複数の微小ティップを
形成した場合においても微小ティップの先端曲率半径が
揃っており、チップの複数化（マルチ化）を容易に実現
することができる。さらに、本発明においては、ティッ
プを脚部とこれに支持された先端部により構成すること
により、ティップの重量を軽減でき、弾性体上に形成す
る際の共振周波数の低下を押さえることがでる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１によるプローブを示す図である。

【図２】実施例１によるプローブの製造方法を示す図で
ある。

【図３】実施例１によるプローブの製造工程におけるパ
ターンを示す図である。

【図４】実施例１によるプローブを用いたＳＴＭ装置の
ブロック図である。

【図５】実施例２によるプローブの製造方法を示す図で
ある。

【図６】実施例３によるプローブを示す図である。

【図７】実施例３によるプローブの製造方法を示す図で
ある。

【図８】実施例３によるプローブを用いたＡＦＭ装置の
ブロック図である。

【図９】実施例４で示したプローブを説明する斜視図
（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。

【図１０】実施例４のプローブの製造方法の作製工程を
示す断面図である。

【図１１】実施例４のプローブの製造方法の作製工程を
示す断面図である。

【図１２】実施例５で示したマルチプローブを説明する
斜視図である。

【図１３】従来例の微小ティップの製造工程断面図であ
る。

【図１４】従来例の微小ティップの製造方法の主要工程
を示す断面図である。

【符号の説明】

１：第１基板２：保護層３：凹部４：剥離層５：微小ティップ６：レジスト７：接合層８：第２基板９：弾性体（カンチレバー）１０：配線１１：試料１２：ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１３：二酸化シリコン１４：窒化シリコン１５：表面保護層７１：第１基板７５：剥離層７６：密着層７７：探針材料層７８、１２８、１３８、１４８：接合層８０、１２０、１３０、１４０：微小探針８１、１２１、１３１、１４１：薄膜平板８２、１２２、１３２、１４２：ねじり梁８３、８４、１２３、１２４、１３３、１３４、１４
３、１４４：支持部８５、８６、１２５、１２６、１３５、１３６、１４
５、１４６：固定電極８７：開口部８８：平板電極部８９：可橈梁９１：シリコン基板９２：絶縁層９３：結晶シリコン膜９４：ビームパターン９５：シリコン基板９７：接着層９８：Ａｌ膜１００、１０１、１５０、１５１：窒化シリコン膜１０２：空隙１０４、１５４：シリコンブロック１１０、１１１、１１２：フォトレジスト２０１：基板２０２：薄膜層２０３：ティップ２０４：基板２０５：レジスト２０６：レジスト開口部２０７：導電性材料２０８：ティップ５１０、５１２：二酸化シリコン５１４：シリコンウエハ５１８：ピット５２０、５２１：窒化シリコン５２２：ピラミッド状ピット５３２：Ｃｒ層５３４：ソウカット５４０：マウンティングブロック５４２：金属膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に金属よりなる接合層を介して形成
されたトンネル電流検出用の微小ティップにおいて、該
微小ティップが接合層に接合する複数の脚部と該脚部に
より支持される先端部とからなることを特徴とする微小
ティップ。
【請求項２】前記微小ティップが、金属材料により形成
されていることを特徴とする請求項１に記載の微小ティ
ップ。
【請求項３】前記微小ティップを形成する金属材料が、
貴金属または貴金属合金であることを特徴とする請求項
２に記載の微小ティップ。
【請求項４】トンネル電流検出用の微小ティップの製造
方法において、一方の基板の剥離層上に複数の脚部と該
脚部により支持される先端部を有する微小ティップを形
成し、他方の基板上の接合層へ前記剥離層上の微小ティ
ップを転写して微小ティップを製造することを特徴とす
る微小ティップの製造方法。
【請求項５】前記微小ティップの製造方法は、シリコンよりなる第１基板の表面に少なくとも１つ以上
の凹部を形成する工程と、第１基板の凹部を含む基板上に剥離層を形成する工程
と、前記第１基板の剥離層上に微小ティップ材料を形成する
工程と、前記微小ティップ材料上にレジストを塗布する工程と、前記レジストをフォトリソグラフィーの手法により加工
し、これをマスクとして微小ティップ材料をエッチング
し、複数の脚部と該脚部により支持される先端部を有す
る微小ティップ構造を形成する工程と、第２基板上に接合層を形成する工程と、前記第１基板における凹部を含む剥離層上の微小ティッ
プ材料を、前記第２基板上の接合層に接合する工程と、前記第１基板における剥離層と微小ティップ材料の界面
で剥離を行い、前記第２基板上の接合層上に微小ティッ
プ材料を転写する工程と、を少なくとも有することを特徴とする微小ティップの製
造方法。
【請求項６】前記ティップと前記接合層との接合が、金
属同士の圧着による金属結合であることを特徴とする請
求項４または請求項５に記載の微小ティップの製造方
法。
【請求項７】前記剥離層が、前記第１基板の表面を熱酸
化してなる二酸化シリコンであることを特徴とする請求
項４〜請求項６のいずれか１項に記載の微小ティップの
製造方法。
【請求項８】前記ティップまたは前記接合層のうち少な
くとも一方の材料が、Ａｕを含むことを特徴とする請求
項４〜請求項７のいずれか１項に記載の微小ティップの
製造方法。
【請求項９】基板上に形成された弾性体上に、金属より
なる接合層を介して形成された微小ティップを有するト
ンネル電流または微小力検出用のプローブにおいて、該
微小ティップが接合層に接合する複数の脚部と該脚部に
より支持される先端部とからなることを特徴とするプロ
ーブ。
【請求項１０】前記微小ティップが、金属材料により形
成されていることを特徴とする請求項９に記載のプロー
ブ。
【請求項１１】前記微小ティップを形成する金属材料
が、貴金属または貴金属合金であることを特徴とする請
求項１０に記載の微小ティップ。
【請求項１２】トンネル電流または微小力検出用プロー
ブの製造方法において、シリコンよりなる第１基板の表面に少なくとも１つ以上
の凹部を形成する工程と、前記第１基板の凹部を含む基板上に剥離層を形成する工
程と、前記第１基板の剥離層上に微小ティップ材料を形成する
工程と、前記微小ティップ材料上にレジストを塗布する工程と、前記レジストをフォトリソグラフィーの手法により加工
し、これをマスクとして微小ティップ材料をエッチング
し、複数の脚部と該脚部により支持される先端部を有す
る微小ティップ構造を形成する工程と、第２基板上に弾性体材料を形成する工程と、前記第２基板における弾性体材料上に接合層を形成する
工程と、前記第１基板における凹部を含む剥離層上の微小ティッ
プ材料を、前記第２基板における接合層に接合する工程
と、前記第１基板における剥離層と微小ティップ材料の界面
で剥離を行い、前記第２基板における接合層上に微小テ
ィップ材料を転写する工程と、前記第２基板の一部を除去して弾性体材料から弾性体を
形成する工程と、を少なくとも有することを特徴とするプローブの製造方
法。
【請求項１３】前記ティップ材料層と前記接合層との接
合が、金属同士の圧着による金属結合であることを特徴
とする請求項１２に記載のプローブの製造方法。
【請求項１４】前記剥離層が、前記第１基板の表面を熱
酸化してなる二酸化シリコンであることを特徴とする請
求項１２または１３に記載のプローブの製造方法。
【請求項１５】前記ティップ材料または前記接合層のう
ち少なくとも一方の材料が、Ａｕを含むことを特徴とす
る請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載のプロ
ーブの製造方法。