JPH10197540A

JPH10197540A - 微小探針の製造方法及びプローブの製造方法

Info

Publication number: JPH10197540A
Application number: JP1593097A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ikeda; 勉池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】生産性の向上と製造コストを低減を図ることが
できる微小探針の製造方法及びプローブの製造方法の提
供。【解決手段】一方の基板である第１基板の表面における
凹部を含む剥離層上に探針材料層を形成し、他方の基板
である第２基板の接合層上に、剥離層上に形成された探
針材料層を転写し微小探針を製造するトンネル電流また
は微小力検出用の微小探針またはプローブの製造方法で
あって、第１基板の表面における凹部を集束イオンビー
ムを照射して雰囲気ガスと該第１基板を反応させて形成
する。

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
用いる微小探針の製造方法、および該探針と薄膜カンチ
レバーからなるプローブの製造方法に関し、特に、先端
曲率が小さく上記の用途に優れた特性を発揮し、探針の
マルチ化も可能となる探針を高い量産性で製造できる微
小探針及びプローブの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、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徴鏡（以下、「ＳＴＭ」と
いう）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇａｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，５７（１９８３））、
単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解能で測定が
できるようになった。かかるＳＴＭは、金属の探針（ｔ
ｉｐ）と導電性物質の間に電圧を加えて、１ｎｍ程度の
距離まで近付けると、その間に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
流を一定に保つ様に探針を走査することにより実空間の
狭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。

【０００３】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。さら
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、且つ低電力で観察で
きる利点をも有する。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，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｓｏｆ４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎ
ｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ/Ｓｐｅｃｔｒｏｓ
ｃｏｐｙ，“８９，Ｓ１３−３）、及び情報記録再生装
置等の様々な分野ヘ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の探針の先端部の曲率半径が小さ
いことが望まれる。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（探針のマルチ化）が提案されている
が、このために同一の基板上に特性の揃った探針を作製
することが必要となる。

【０００４】また、原子間力顕微鏡（以下、「ＡＦＭ」
という）によれば物質の表面に働く斥力、引力を検知す
るために、導体、絶縁体を問わず試料表面の凹凸像が測
定できる。この原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）には薄膜の片
持ち梁（薄膜カンチレバー）の自由端に微小探針を形成
したものが用いられておりＳＴＭと同様にＡＦＭの分解
能を向上するには探針の先端部の曲率半径が小さいこと
が要求されている。従来のプローブの作成方法（米国特
許第５，２２１，４１５号明細書）は、図８に示すよう
に、まず二酸化シリコン層２０１が形成された単結晶シ
リコン基板２０２に対して結晶軸異方性エッチングを行
い逆ピラミッド型の凹部２０３を形成する（図８−
ａ）。凹部２０３形成後、二酸化シリコン層２０１を除
去する。この凹部２０３を微小探針の雌型とし、次に全
面をＳｉＮ層２０４で被覆し（図８−ｂ）、カンチレバ
ー２０５状にパターン化した後（図８−ｃ）、ソウカッ
ト溝２０６とＣｒ層２０７を設けたガラス板２０８とＳ
ｉＮ層２０４を接合し（図８−ｄ）、ガラス板２０８の
一部を破断後（図８−ｅ）、単結晶Ｓｉ基板２０２をエ
ッチング除去することによりカンチレバー状のプローブ
２１０を得ている（図８−ｆ）。そして最後に、光てこ
式ＡＦＭ用の反射膜となる金属膜２１１を形成する。

【０００５】また微小探針の形成方法としては、図９
（ａ）に示されるように、例えば基板上に薄膜層を円形
にパターニングし、それをマスク２１１にして基板２１
２をエッチングし、サイドエッチングを利用して微小探
針２１３を形成する方法（Ｏ．Ｗｏｌｔｅｒ，ｅｔ．ａ
ｌ．，“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｓｉｌｉｃｏｎ
ｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒｓｃａｎｎｉｎｇｆｏｒｃ
ｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ．Ｂ９（２），Ｍａｒ/Ａｐｒ，１９９１，
ｐｐ１３５３−１３５７）、さらには図９（ｂ）に示さ
れるように、逆テーパーをつけたレジスト開口部２１４
に基板を回転させながら導電性材料２１５を斜めから蒸
着し、リフトオフすることにより微小探針２１３を形成
する方法（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，ｅｔ．ａｌ．，“Ｐ
ｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉ
ｎｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔ
ｈｏｄｅｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅ
ｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７．１９７６，Ｐ
Ｐ５２４８−５２６３）等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の微小探針の製造方法は以下のような問題点を有してい
た。例えば、図８に示したような従来例の微小探針の製
造方法は以下のような問題点がある。（１）探針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）探針表面上に導電性材料を被覆してＳＴＭの探針
とする場合には、探針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。トンネル電流という微
弱な電流を取り扱うＳＴＭでは安定な特性を得ることは
難しい。（３）さらに、薄膜カンチレバー上に微小探針を形成す
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、カンチレバーが反射膜の膜応力により
反ってしまう。また、図９に示したような従来例の微小
探針の製造方法は以下のような問題点がある。（４）探針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探針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。

【０００７】そこで、本発明は、上記従来技術の有する
課題を解決し、微小探針の雌型を後工程でエッチング除
去することなく探針を形成でき、雌型は再利用できるこ
とにより、生産性の向上と製造コストの低減を図ること
のできる微小探針の製造方法及びプローブの製造方法を
提供することを目的とするものである。また、本発明
は、微小探針の材料として金属材料を用いることがで
き、導電体薄膜を被覆する必要のない微小探針の製造方
法及びプローブの製造方法を提供することを目的とする
ものである。また、本発明は、微小探針のみをカンチレ
バー先端に形成することができ、反射膜をプローブの裏
面全面に形成する必要のない微小探針の製造方法及びプ
ローブの製造方法を提供することを目的とするものであ
る。また、本発明は、微小探針として先端を鋭利に形成
でき、探針の複数化（マルチ化）が容易となる微小探針
の製造方法及びプローブ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
決するために、微小探針の製造方法及びプローブの製造
方法をつぎのように構成したことを特徴としている。

【０００９】すなわち、本発明の微小探針の製造方法
は、一方の基板である第１基板の表面における凹部を含
む剥離層上に探針材料層を形成し、他方の基板である第
２基板の接合層上に、前記剥離層上に形成された探針材
料層を転写し微小探針を製造するトンネル電流または微
小力検出用の微小探針の製造方法であって、前記第１基
板の表面における凹部を集束イオンビームを照射して雰
囲気ガスと該第１基板を反応させて形成することを特徴
としている。そして、この本発明の微小探針の製造方法
は、（ａ）第１基板の表面に集束イオンビームを照射し
て雰囲気ガスと該第１基板を反応させて、該第１基板の
表面に凹部を形成する工程と、（ｂ）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、（ｃ）前記
剥離層上に探針材料層による微小探針部を形成する工程
と、（ｄ）第２基板に接合層を形成する工程と、（ｅ）
前記第１基板における前記探針材料層による微小探針部
を、前記第２基板の接合層に接合する工程と、（ｆ）前
記剥離層と前記探針材料層の界面で剥離を行い、前記第
２基板の接合層上に微小探針部を転写する工程と、を少
なくとも有することを特徴としている。また、本発明の
微小探針の製造方法においては、その探針材料層が金属
であることを特徴としており、その接合層が金属である
ことを特徴としており、その微小探針部を第２基板上の
接合層に接合する工程が金属材料間の圧着による結合に
より達成されることを特徴としており、その第１基板が
単結晶シリコン基板であることを特徴としており、その
剥離層が二酸化シリコンであることを特徴としており、
その集束イオンビームがＧａ，Ａｕのいずれかであるこ
とを特徴としており、その雰囲気ガスが塩素ガスである
ことを特徴としている。さらに、本発明のプローブの製
造方法は、トンネル電流または微小力検出用の微小探針
と薄膜カンチレバーとからなるプローブの製造方法であ
って、（ａ）第１基板の表面に集束イオンビームを照射
して雰囲気ガスと該第１基板を反応させて、該第１基板
の表面に凹部を形成する工程と、（ｂ）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、（ｃ）前
記剥離層上に探針材料層による微小探針部を形成する工
程と、（ｄ）第２基板に薄膜カンチレバーを形成する工
程と、（ｅ）前記薄膜カンチレバー先端上に接合層を形
成する工程と、（ｆ）前記第１基板における前記探針材
料層による微小探針部を、前記薄膜カンチレバーの接合
層に接合する工程と、（ｇ）前記剥離層と探針材料層の
界面で剥離を行い、前記薄膜カンチレバーの接合層上に
微小探針部を転写する工程と、（ｈ）前記薄膜カンチレ
バーのー端が、前記第２基板に固定される様に薄膜カン
チレバー下部の該第２基板の一部を除去する工程と、を
少なくとも有することを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、図１により本発明の微小
探針の製造方法の一つの実施の形態について説明する。
まず、第１の基板であるシリコン基板１０１を１０ｍＴ
ｏｒｒ程度の反応性ガス１０２中におく（図１−ａ）。
反応性ガス１０２は、シリコンと反応して蒸気圧の高い
物質を生じさせる、塩素、フッ素などを用いる。この基
板に対して集束されたイオンビーム１０３を照射し、シ
リコンと反応性ガスを反応させて基板のエッチングを行
う（図１−ｂ）。この方法は集束イオンビームだけでエ
ッチングを行うのに比べて、高アスペクト比のパターン
を高速に形成させることができる。これは基板とガスを
反応させて蒸気圧の高い分子１０４を生成させて基板か
ら除去するため、スパッターされた原子の再付着が発生
しないためである「蒲生健次、マスクレスエッチングと
デポジション、応用物理、５６（１９８７）１０７５−
１０７６」。イオンビームのイオン種としては、Ｇａ
＋、Ａｕ＋などが使用できる。反応性ガスとして塩素を
使用した場合、シリコンとの反応によりＳｉＣｌ4など
が生成、蒸発により基板から除去される。エッチング速
度はガス種、ガス圧、ビーム走査速度、イオン種、加速
電圧、ビーム径等に依存する。エッチング形状も同様で
ある。

【００１１】エッチング終了後、基板を十分洗浄する。
続いてシリコン基板１０１を熱酸化して基板表面に二酸
化シリコン層（剥離層）１０５を形成する（図１−
ｃ）。剥離層膜厚は数十〜数百ｎｍでよい。剥離層を形
成した基板上に微小探針材料１０６を成膜する（図１−
ｄ）。材料としてはＡｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕなど
の貴金属を用いる。成膜方法はスパッタリング法、エレ
クトロンビーム法、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐ
ｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法など一般的方法が用い
られる。次に、微小探針材料のパターニングを行う（図
１−ｅ）。パターニングはフォトリソグラフィとウェッ
ト或いはドライエッチングにより行うか、或いはリフト
オフを用いてもよい。次に、第２の基板１０８の接合層
１０９上に微小探針材料パターン１０７を位置合わせを
し、両者を圧着する（図１−ｆ）。圧着後、両基板を引
き離すことにより、微小探針１１０が第２の基板の接合
層上に形成できる（図１−ｇ）。接合層としては、Ａｕ
/Ｃｒ，Ａｕ/Ｔｉ/Ａｌなどの積層、Ｐｔ，Ａｌなどの
単層膜を使用できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の微小探針及びプローブの製造
方法の実施例について説明する。［実施例１］本発明の実施例１においては、微小探針を
つぎのように作製した。

【００１３】第１の基板であるシリコン基板１０１を約
１０ｍＴｏｒｒの塩素ガス１０２中に置いた（図１−
ａ）。この基板１０１に対して加速電圧３０ｋｅＶのＧ
ａ＋ビーム１０３を照射し、シリコンと塩素ガスを反応
させて基板のエッチングを行なった（図１−ｂ）。ビー
ム径は０．３μｍ、ビーム電流４０ｐＡとした。エッチ
ング終了後、基板１０１をバッファフッ酸及び超純水で
十分洗浄した。続いてシリコン基板１０１を熱酸化して
基板表面に２００ｎｍの二酸化シリコン層（剥離層）１
０５を形成した（図１−ｃ）。次に、剥離層１０５を形
成した基板上に微小探針材料１０６を成膜した（図１−
ｄ）。材料としてはＡｕを用い、成膜はスパッタリング
法で行った。膜厚は０．５μｍとした。次に、微小探針
材料上にレジストパターンを形成し、これをマスクとし
てＡｕのエッチングを行い微小探針材料パターン１０７
を形成した（図１−ｅ）。

【００１４】次に第２基板１０８としてシリコンウエハ
を用意し、この表面にＣｒ５ｎｍとＡｕ１００ｎｍを真
空蒸着法により順次連続して薄膜堆積し、該薄膜をフォ
トリソグラフィプロセスとエッチングによりパターニン
グし、接合層１０９を形成した。続いて、第１基板１０
１上の探針材料パターン１０７と第２基板１０８上の接
合層１０９とを位置合わせし当接した。当接の際に、第
１基板１０１と第２基板１０８の裏面に圧力を加えて圧
着する方法により探針材料パターン１０７であるＡｕと
接合層１０９のＡｕとが結合し接合した（図１−ｆ）。
この後、剥離層１０５との界面から引き剥がすことによ
り剥離層上の探針材料パターン１０７のみを接合層１０
９上に転写し微小探針１１０が作製できた（図１−
ｇ）。上述した方法により作製した微小探針１１０をＳ
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、先端は鋭
利に形成されており、先端曲率半径は２０ｎｍ以下であ
った。

【００１５】本実施例の微小探針を用いたＳＴＭ装置を
作製した。本装置のブロック図を図２に示す。図中、１
００−ａはバイアス印加用電源、１００−ｂはトンネル
電流増幅回路、１００−ｃはＸＹＺ駆動用ドライバー、
１０８は第２基板、１０９は接合層、１１０は微小探
針、１００−ｄは試料、１００−ｅはＸＹＺ軸駆動ピエ
ゾ素子である。ここで微小探針１１０と試料１００−ｄ
との間を流れるトンネル電流Ｉｔを接合層１０９を通じ
て検出し、Ｉｔが一定となるようにフィードバックをか
け、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１００−ｅのＺ方向を駆動
し、微小探針と試料との間隔を一定に保っている。接合
層１０９はトンネル電流取り出し電極として用いた。さ
らに、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１００−ｅのＸＹ方向を
駆動することにより試料１００−ｄの２次元像であるＳ
ＴＭ像が観察できる。この装置で試料１００−ｄとして
ＨＯＰＧ（高配向熱分解グラファイト）基板劈開面をバ
イアス電流１ｎＡ、スキャンエリア１００Å×１００Å
で観察したところ、再現性良く良好な原子像を得ること
ができた。

【００１６】［実施例２］本発明の実施例２において
は、微小探針をつぎのように作製した。第１の基板であ
るシリコン基板１０１を約１０ｍＴｏｒｒの塩素ガス１
０２中に置いた（図１−ａ）。この基板に対して加速電
圧３０ｋｅＶのＡｕ＋ビーム１０３を照射し、シリコン
と塩素ガスを反応させて基板のエッチングを行なった
（図１−ｂ）。ビーム径は０．２μｍ、ビーム電流４０
ｐＡとした。エッチング終了後、基板をバッファフッ酸
及び超純水で十分洗浄した。続いてシリコン基板１０１
を熱酸化して基板表面に１００ｎｍの二酸化シリコン層
（剥離層）１０５を形成した（図１−ｃ）。次に、剥離
層１０５を形成した基板上に微小探針材料１０６を成膜
した（図１−ｄ）。材料としてはＰｔを用い、成膜はス
パッタリング法で行った。膜厚は０．５μｍとした。次
に、微小探針材料上にレジストパターンを形成し、これ
をマスクとしてＰｔのエッチングを行い微小探針材料パ
ターン１０７を形成した（図１−ｅ）。

【００１７】次に第２基板としてシリコンウエハ１０８
を用意し、この表面にＣｒ５ｎｍとＡｕ１００ｎｍを真
空蒸着法により順次連続して薄膜堆積し、該薄膜をフォ
トリソグラフィプロセスとエッチングによりパターニン
グし、接合層１０９を形成した。続いて、第１基板上の
探針材料パターン１０７と第２基板上の接合層とを位置
合わせし当接した。当接の際に、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により探針材料パター
ン１０７であるＰｔと接合層１０９のＡｕとが結合し接
合した（図１−ｆ）。この後、剥離層との界面から引き
剥がすことにより剥離層上の探針材料パターンのみを接
合層上に転写し微小探針１１０が作製できた（図１−
ｇ）。上述した方法により作製した微小探針をＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、先端は鋭利に
形成されており、先端曲率半径は２０ｎｍ以下であっ
た。本実施例の微小探針１１０を用いて実施例１と同様
にＳＴＭ装置を作製した。この装置で試料としてＨＯＰ
Ｇ（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、スキャンエリア１００Å×１００Åで観
察したところ、再現性良く良好な原子像を得ることがで
きた。

【００１８】［実施例３］実施例３においては、上記し
た実施例１の微小探針を窒化シリコンからなる薄膜カン
チレバー上に設けてＡＦＭ用のプローブを作製した。作
製したプローブの上面図を図３（ａ）に、側面図を図３
（ｂ）に示す。１１６は薄膜カンチレバーであり、１０
９接合層、１１０は微小探針、１１１は二酸化シリコン
膜、１１２はシリコンウエハを裏面からエッチングする
際にマスクとして用いた窒化シリコン膜、１１３は第２
基板であるシリコンウエハ１１３をエッチングして形成
した薄膜カンチレバーの一端を固定支持するシリコンで
ある。

【００１９】以下、プローブの製造工程を図４を用いて
説明する。微小探針パターン１０７の製造方法は実施例
１と同様である。まず、第２基板１１３としてシリコン
ウエハを用意し、二酸化シリコン膜１１１を０．５μｍ
形成し、次に薄膜カンチレバー１１６及び後工程にて第
２基板１１３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１１２を低圧ＣＶＤ（Ｌ
ｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏ
ｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）にて０．５μｍ形成し
た。窒化シリコン膜の成膜条件は成膜温度８４８℃、流
量比ＮＨ3：ＳｉＨ2Ｃｌ2＝１０ｃｃｍ：２０ｃｃｍ、
成膜圧力０．２Ｔｏｒｒである。第２基板上面の窒化シ
リコン膜をフォトリソグラフィプロセスによりフォトレ
ジストのカンチレバーパターンを形成した後にＣＦ4を
用いた反応性イオンエッチングにより図４（ｂ）に示す
薄膜カンチレバー状にパターニングし、さらに第２基板
の薄膜カンチレバー１１６が形成された場所の裏面の窒
化シリコン膜１１２及び二酸化シリコン膜１１１の一部
をフォトリソグラフィプロセスと反応性イオンエッチン
グにより図４（ｂ）に示すようにパターニングした。薄
膜カンチレバー１１６の自由端にＣｒ５ｎｍとＡｕ１０
０ｎｍを真空蒸着法により順次連続して薄膜堆積し、該
薄膜をフォトリソグラフィプロセスとエッチングにより
パターニングし、接合層１０９を形成した（図４
（ｃ））。続いて第１基板１０１上の探針材料パターン
１０７と第２基板１１３上の接合層１０９とを位置合わ
せし、接合を行った。接合は第１基板１０１と第２基板
１１３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Ａｕとの結合がなされ、探針材料
パターン１０７と接合層１０９が接合し、第１基板１０
１と第２基板１１３を当接後に離すことにより剥離層１
０９上の微小探針パターン１０７のみが接合層１０９上
に転写され、微小探針１１０を形成できた（図４
（ｄ））。

【００２０】次に、第２基板１１３表面を保護膜１１７
で保護した後、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１１３の裏面側からシリ
コンをエッチングし、さらに裏面側から二酸化シリコン
膜１１１をＨＦ水溶液にて除去した（図４（ｅ））。次
に保護膜１１７を除去した。このようにして微小探針１
１０を薄膜カンチレバー１１６の自由端の接合層１０９
上に有し、該薄膜カンチレバーの一端がシリコン１１３
に固定されたプローブ１１８を形成できた。

【００２１】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。本装置のブロック図を図
５に示す。ＡＦＭ装置は薄膜カンチレバー１１６と接合
層１０９と接合層１０９に接合した微小探針１１０から
なるプローブ１１８と、レーザー光１１９と、薄膜カン
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１２０と、薄膜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１２
１と、ポジションセンサからの．信号により変位検出を
行う変位検出回路１２２と、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１
００−ｅと、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子をＸＹＺ方向に駆
動するためＸＹＺ駆動用ドライバー１００−ｃとからな
る。このＡＦＭ装置を用い、マイカからなる試料１２３
にプローブを接近させた後に、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子
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。

【００２２】［実施例４］実施例４においては、上記し
た実施例１の微小探針を単結晶シリコンからなる薄膜カ
ンチレバー上に設けてＡＦＭ／ＳＴＭ用のプローブを作
製した。以下、プローブの製造工程を図６を用いて説明
する。微小探針パターン１０７の製造方法は実施例１と
同様である。（１００）面方位のＳｉ基板１１５上に、
二酸化シリコン膜１１４が０．５μｍ厚、及びＳｉ単結
晶膜１２４が１．０μｍ厚で形成されているＳＯＩ（ｓ
ｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板に対し
て、ＬＰ−ＣＶＤ（ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈｅ
ｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に
より窒化シリコン（ＳｉＮ）膜１２５を０．２μｍ厚形
成した（図６−ａ）。Ｓｉ単結晶膜１２４は抵抗値０．
０１Ω・ｃｍ以下のものを用いた。次に、Ｓｉ基板１１
５をエッチングするために、裏面側にレジストパターン
を形成し、ＣＦ4ガスを用いたドライエッチングにより
ＳｉＮ膜１２５をパターニングした。次に、表面のＳｉ
Ｎ膜１２５を全面エッチング除去し、続いてＳｉ単結晶
膜１２４をフォトリソグラフイーとエッチングによりカ
ンチレバー１２６状にパターニングした（図６−ｂ）。
カンチレバー形状は、長さ２５０μｍ、幅４０μｍの長
方形状とした。次に、Ｃｒ５ｎｍとＡｕ１００ｎｍを真
空蒸着法により順次連続して薄膜堆積し、該薄膜をフォ
トリソグラフィプロセスとエッチングによりパターニン
グし、トンネル電流引き出し用の電極配線１２７及び接
合層１０９を形成した（図６（ｃ））。次に、カンチレ
バー１２６が形成されている基板１１５と微小探針パタ
ーン１０７が形成されている基板の位置合わせを行な
い、カンチレバー１２６上の接合層１０９と微小探針パ
ターン１０７の位置が合ったところで両基板に圧力を加
えて両者を接触させた。その後、両基板を引き剥したと
ころ微小探針１１０が接合層１０９上に良好に形成され
ていた（図６（ｄ））。次に、カンチレバー１２６及び
微小探針１１０形成面上に保護膜としてポリイミド層１
１７を１０μｍ厚形成した。次に、基板１１５の裏面を
水酸化カリウム水溶液に浸して結晶軸異方性エッチング
を行なった（図６（ｅ））。エッチング後、露出した二
酸化シリコン膜１１４をＢＨＦ溶液で溶解除去した。そ
して、さらに酸素プラズマ処理を行ってポリイミド層１
１７を除去し、本発明のプローブ１２８を得た（図６
（ｆ））。

【００２３】本実施例では、同一基板上にプローブを９
本作成したが、どのプローブも走査型レーザー顕微鏡
（レーザーテック社製）による測定において、カンチレ
バー長手方向、横手方向共反りは検出できなかった。こ
れはカンチレバー自身が単結晶であること、及びカンチ
レバーを保持している基板が同じＳｉ単結晶であること
に起因している。次に、本実施例のプローブ１２８を用
いて（ＡＦＭ）装置により、ＨＯＰＧ（高配向熱分解グ
ラファイト）基板の劈開面をスキャンエリア１０００Å
×１０００Åで観察したところ、再現性良く良好な表面
情報を得ることができた。

【００２４】［実施例５］本発明の実施例５において
は、実施例４において作製したものと同様のプローブを
用いて情報記録再生装置を構成した。図７に本実施例の
主要部構成及びブロック図を示す。以下、これにもとづ
いて説明する。記録媒体ステージ１２９上の記録媒体１
３０に対向させてプローブ１２８を配置した。１３０−
１は情報記録層、下地電極１３０−２は情報記録層１３
０−１に電圧を印加するためのものである。１３０−３
は基板である。情報記録層１３０−１は、微小探針１１
０との間に発生するトンネル電流により電気的性質が変
化（電気的メモリー効果）する有機薄膜等よりなる。１
３１は電源、１３２は電流アンプで、マイクロコンピュ
ーター１３３に接続されており、記録媒体１３０への情
報の記録及び再生に使用する。記録媒体ステージ駆動機
構１３４上の記録媒体ステージ１２９は、マイクロコン
ピューター１３３によるＺ方向位置制御回路１３５、Ｘ
−Ｙ方向位置制御回路１３６、チルト角制御回路１３
７、回転角制御回路１３８によって制御される。プロー
ブ１２８先端に対しては、レーザー１３９が照射され、
その反射光を２分割センサー１４０で受光し、たわみ量
検出装置１４１でプローブ１２８のたわみ量を検知す
る。この情報は、マイクロコンピューター１３３及びサ
ーボ回路１４２に送られる。実施例の記録媒体１３０
は、石英ガラス基板１３０−３の上に下地電極１３０−
２として真空蒸着法によってＡｕを３０ｎｍ蒸着した
後、その上にＬＢ（ラングミュアー・ブロジェット）法
によってポリイミド層（情報記録層１３０−１）を形成
して作製した。

【００２５】以上示した記録再生装置に実施例１で作製
したプローブ１２８を設置し、特開昭６３−１６１５５
２号公報に開示されている方法により記録再生を行っ
た。まず、記録媒体１３０を上記プローブ１２８で観察
したところ、すベてのプローブ１２８で良好なＡＦＭ像
を得ることができ、膜剥れ等の記録媒体１３０へのダメ
ージは観察されなかった。次に、記録媒体ステージ１２
９を用いて、記録媒体１３０を走査しながら、ティップ
１１０と下電極１３０−２との間に電圧をパルス状に印
加した。電圧印加は３Ｖ、幅５０ｎｓのパルス状の矩形
波で行った。パルス印加後、２００ｍＶの直流電圧で記
録媒体を走査したところ、情報記録層１３０−１のパル
ス印加点で特性変化を起こし電気抵抗の低い部分が生じ
た。この電気抵抗の低い部分、すなわち記録ビットは１
０ｎｍ径程度の大きさを有していた。これらの記録再生
は、すべてのプローブ１２８で良好に行うことができ
た。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、以上のように、集束イオンビ
ームを照射して雰囲気ガスと第１基板を反応させて形成
した第１基板表面の凹部により、微小探針の先端を鋭利
に形成することが可能となり、ＡＦＭやＳＴＭ用或いは
情報処理装置用として優れた特性を示す微小探針を製造
することがで、また、このように凹部を形成した第１基
板を雌型として繰り返し使用することにより、生産性の
向上と製造コストの低減を図ることができる。また、本
発明は金属からなる微小探針材料を用いることにより、
再現性良く、均一な微小探針を形成することができ、安
定な特性のＳＴＭ用微小探針を得ることができる。ま
た、本発明においては、複数の微小探針を形成した場合
においても、微小探針の先端曲率半径を揃えることが可
能となり、マルチ化が容易となる。また、本発明におい
ては、第２基板上に接合層を有する薄膜カンチレバーを
あらかじめ形成させておくことにより、上記微小探針を
有する薄膜カンチレバーからなるＡＦＭやＳＴＭ用のプ
ローブを容易に作製することがでる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微小探針の製造方法の作製工程を示す
図である。

【図２】本発明の微小探針を用いたＳＴＭ装置のブロッ
ク図である。

【図３】本発明のプローブを説明する上面図（ａ）及び
側面図（ｂ）である。

【図４】本発明の微小探針の製造方法の作製工程を示す
図である。

【図５】本発明のプローブを用いたＡＦＭ装置のブロッ
ク図である。

【図６】本発明の微小探針の製造方法の作製工程を示す
図である。

【図７】本発明のプローブを用いた情報記録再生装置の
ブロック図である。

【図８】従来例のプローブの製造方法の主要工程を示す
断面図である。

【図９】従来例の微小探針の製造工程断面図である。

【符号の説明】

１０１：基板１０２：反応ガス１０３：イオンビーム１０４：反応生成物１０５：剥離層１０６：微小探針材料１０７：微小探針パターン１０８：第２基板１０９：接合層１１０：微小探針１００−ａ：バイアス印加用電源１００−ｂ：トンネル電流増幅回路１００−ｃ：ＸＹＺ駆動用ドライバ１００−ｄ：試料１００−ｅ：ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１１１：二酸化シリコン膜１１２：窒化シリコン膜１１３：第二基板１１４：二酸化シリコン膜１１５：シリコン基板１１６：カンチレバー１１７：保護膜１１８：プローブ１１９：レーザー光１２０：レンズ１２１：ポジションセンサー１２２：変位検出回路１２３：試料１２４：Ｓｉ単結晶膜１２５：ＳｉＮ膜１２６：カンチレバー１２７：電極配線１２８：プローブ１２９：記録媒体ステージ１３０：記録媒体１３０−１：情報記録層１３０−２：下地電極１３０−３：基板１３１：電源１３２：電流アンプ１３３：マイクロコンピューター１３４：ステージ駆動機構１３５：Ｚ方向位置制御回路１３６：Ｘ−Ｙ方向位置制御回路１３７：チルト角制御回路１３８：回転角制御回路１３９：レーザー１４０：２分割センサー１４１：たわみ量検出装置１４２：サーボ回路２０１：二酸化シリコン層２０２：単結晶シリコン基板２０３：凹部２０４：ＳｉＮ層２０５：カンチレバー２０６：ソウカット溝２０７：Ｃｒ層２０８：ガラス板２０９：マウンティングブロック２１０：プローブ２１１：マスク２１２：基板２１３：微小探針２１４：レジスト開口部２１５：導電性材料２１６：レジスト２１７：基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の基板である第１基板の表面における
凹部を含む剥離層上に探針材料層を形成し、他方の基板
である第２基板の接合層上に、前記剥離層上に形成され
た探針材料層を転写し微小探針を製造するトンネル電流
または微小力検出用の微小探針の製造方法であって、前
記第１基板の表面における凹部を集束イオンビームを照
射して雰囲気ガスと該第１基板を反応させて形成するこ
とを特徴とする微小探針の製造方法。
【請求項２】前記微小探針の製造方法は、（ａ）第１基
板の表面に集束イオンビームを照射して雰囲気ガスと該
第１基板を反応させて、該第１基板の表面に凹部を形成
する工程と、（ｂ）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、（ｃ）前記剥離層上に探針材
料層による微小探針部を形成する工程と、（ｄ）第２基
板に接合層を形成する工程と、（ｅ）前記第１基板にお
ける前記探針材料層による微小探針部を、前記第２基板
の接合層に接合する工程と、（ｆ）前記剥離層と前記探
針材料層の界面で剥離を行い、前記第２基板の接合層上
に微小探針部を転写する工程と、を少なくとも有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の微小探針の製造方法。
【請求項３】前記探針材料層が金属であることを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の微小探針の製造方
法。
【請求項４】前記接合層が金属であることを特徴とする
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の微小探針の
製造方法。
【請求項５】前記微小探針部を第２基板上の接合層に接
合する工程が、金属材料間の圧着による結合により達成
されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載
の微小探針の製造方法。
【請求項６】前記第１基板が単結晶シリコン基板である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に
記載の微小探針の製造方法。
【請求項７】前記剥離層が二酸化シリコンであることを
特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の
微小探針の製造方法。
【請求項８】前記集束イオンビームがＧａ，Ａｕのいず
れかであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいず
れか１項に記載の微小探針の製造方法。
【請求項９】前記雰囲気ガスが塩素ガスであることを特
徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の微
小探針の製造方法。
【請求項１０】トンネル電流または微小力検出用の微小
探針と薄膜カンチレバーとからなるプローブの製造方法
であって、（ａ）第１基板の表面に集束イオンビームを
照射して雰囲気ガスと該第１基板を反応させて、該第１
基板の表面に凹部を形成する工程と、（ｂ）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、
（ｃ）前記剥離層上に探針材料層による微小探針部を形
成する工程と、（ｄ）第２基板に薄膜カンチレバーを形
成する工程と、（ｅ）前記薄膜カンチレバー先端上に接
合層を形成する工程と、（ｆ）前記第１基板における前
記探針材料層による微小探針部を、前記薄膜カンチレバ
ーの接合層に接合する工程と、（ｇ）前記剥離層と探針
材料層の界面で剥離を行い、前記薄膜カンチレバーの接
合層上に微小探針部を転写する工程と、（ｈ）前記薄膜
カンチレバーのー端が、前記第２基板に固定される様に
薄膜カンチレバー下部の該第２基板の一部を除去する工
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。