JPH1019907A

JPH1019907A - 微小探針の製造方法と微小探針、その微小探針を用いたプローブの製造方法とプローブ、及びそれを用いた磁気顕微鏡

Info

Publication number: JPH1019907A
Application number: JP8194041A
Authority: JP
Inventors: Yuuko Morikawa; 有子森川; Takayuki Yagi; 隆行八木; Kiyoshi Takimoto; 清瀧本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】微小探針の雌型を後工程でエッチング除去する
ことなく磁気抵抗素子を形成でき、雌型は再利用できる
ことにより、微小探針として再現性の良い均一な形状が
得られ、且つ先端を任意の形状に容易に形成できる微小
探針の製造方法と微小探針の提供と、このような微小探
針を磁気抵抗素子を有する薄膜カンチレバー上に形成す
ることにより、磁性体層をプローブの全面に形成する必
要のないプローブの製造方法とプローブの提供。【解決手段】一方の基板である第１基板に探針材料層で
ある磁性体層７を形成し、他方の基板である第２基板に
形成した薄膜カンチレバー２１の磁気抵抗素子１１上の
接合層８に、前記第１基板の磁性体層７を転写するプロ
ーブの製造方法とプローブ及びそれを用いた磁気顕微鏡
を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小な力を検出す
る走査型プローブ顕微鏡、特に磁気情報を検出する磁気
顕微鏡に用いる微小探針の製造方法と微小探針、プロー
ブの製造方法とプローブ、及びそれを用いた磁気顕微鏡
に関し、特に、該薄膜カンチレバー上に磁気抵抗素子を
有するプローブを高い量産性で製造できるプローブの製
造方法、及びかかるプローブを用いた磁気顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、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、「ＳＴＭ」と
いう）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，５７（１９８
３））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て以来、走査型プローブ顕微鏡
（以下、「ＳＰＭ」という）が材料の微細構造評価の分
野でさかんに研究されるようになってきた。ＳＰＭとし
ては、微小探針を有するプローブを評価する試料に近接
させることにより得られるトンネル電流、原子間力、磁
気力、光等を用いて表面の構造を検出する走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気
力顕微鏡（ＭＦＭ）、近視野走査光学顕微鏡（ＮＳＯ
Ｍ）等がある。これらＳＰＭの中でＭＦＭは、磁性体か
らなるバネ状のプローブを用い、磁気記録媒体や磁気ヘ
ッド等の磁性材料である試料とプローブの間に働く力を
検出することにより、試料の漏洩磁界分布を２次元、３
次元的に非破壊で計測するものである。ＭＦＭ用のプロ
ーブは鋭い先端の微小探針とバネとなるカンチレバーか
らなり、微小探針または、微小探針とカンチレバーが磁
性体層を有したものである。ＭＦＭにおいては、試料の
構造評価以外にも、探針の発生する磁界を用いて、磁気
記録媒体に直接記録を行う情報記憶装置への応用（Ｔ．
Ｏｋｕｂｏｅｔａｌ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｍａ
ｇｎ．，ＭＡＧ−２７（６），ｐｐ．５２８６−５２８
８，（１９９１））も研究されている。ＭＦＭ用微小探
針の形成方法として、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
微小探針が知られている（米国特許第５，２２１，４１
５号明細書）。この微小探針の形成方法は、図１１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、このピットを探針の雌型と
し、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を被覆し片持ち梁（カ
ンチレバー）及び微小探針となるピラミッド状ピット５
２２を形成し、片持ち梁状にパターニングした後、裏面
の窒化シリコン層５２１を除去しソウカット５３４とＣ
ｒ層５３２を設けたガラス板５３０と窒化シリコン層５
２０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５４０に転写さ
れた窒化シリコンからなる、探針とカンチレバーからな
る、プローブを作製するものである。最後に、裏面に光
てこ式ＡＦＭ用の反射膜となる金属膜５４２を形成す
る。ＭＦＭに用いる場合には、上記プローブの表面に真
空蒸着法を用いて磁性体層５４３を形成すればよい。同
様に、Ｓｉ上に形成した二酸化シリコンからなるプロー
ブ上の表面に、真空蒸着法を用いて磁性体層を形成した
例としてはＡ．Ｋｉｋｕｋａｗａ等（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６１（２１），ｐｐ２０６７−
２０６９，（１９９２））、又は保坂等（１９９２年度
精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集，Ｈ２２，ｐ
ｐ．２７７−２７８）によるＭＦＭがある。

【０００３】また、図１２に示されるように、逆テーパ
ーをつけたレジスト６２２のレジスト開口部６２４に基
板６２１を回転させながら導電性材料６２５を斜めから
蒸着し、リフトオフすることにより探針６２３を形成す
るスピント等により提案された方法（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎ
ｄｔｅｔａｌ．，“Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅ
ｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｗｉｔｈｍｏｌ
ｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，ｐｐ５２４８−５２６３，（１９７６））
を用いて形成した磁性体からなる探針（Ｋ．Ｙａｎａｇ
ｉｓａｗａｅｔａｌ．，“ＭａｇｎｅｔｉｃＭｉ
ｃｒｏ−Ａｃｔｕａｔｏｒ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ＩＥＥＥＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａ
ｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，ｐｐ．１２０−１２３，
（１９９１））がある。ＭＦＭによる構造評価やＭＦＭ
の情報記録再生装置への応用を考えると、高分解能や高
記録密度を達成するためにＭＦＭの探針先端部を出来る
だけ試料に近付けることが可能で、かつ、再生周波数を
高くしても再生出力は低下しないことが望まれる。近年
このような高密度化、高速化にともない、磁性試料表面
の漏洩磁界による磁気抵抗の変化を検出することによ
り、高い再生周波数においても、検出感度が低下しない
磁気抵抗素子（以下ＭＲ素子）が提案されている。
（Ｆ．Ｊｅｆｆｅｒｓｅｔａｌ．，“Ｕｎｓｈｉｅ
ｌｄｅｄｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｈｅａ
ｄｓｉｎｖｅｒｙｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙｒ
ｅｃｏｒｄｉｎｇ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｍａ
ｇ．，ＭＡＧ−２０，ｐｐ７０３，（１９８４））

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１１に
示した従来例のプローブの製造方法においては、以下の
ような問題点を有していた。（１）磁性体層をカンチレバーの表面の全面に形成する
ため、カンチレバーを試料に近接させた際に、探針のみ
ならず、カンチレバー上に形成した磁性体層も漏洩磁界
を受ける可能性があり、検出信号のノイズが大きくなる
原因になる。（２）磁性体層をカンチレバーの表面の全面に形成する
ことで生じる磁性体層の膜応力によるカンチレバーの反
りを抑えるために、磁性体層の厚みとしては数〜数十ｎ
ｍ程度の薄膜となり、磁気力の検出感度が低くなる。（３）探針表面上に磁性体層を被覆してＭＦＭ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、このために磁性体材料が被覆されにくく、被覆した
場合に成膜した磁性体膜の粒塊が現れ、再現性良く粒塊
の制御をすることが困難である。また、図１２の方法で
探針を作成すると以下の様な問題がある。（４）探針を形成する際のレジストのパターニング条件
及び磁性体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、形成された微小探針の高さや
先端曲率半径等の正確な形状を、随時、再現性良く維持
するのが難しい。一方、微小探針を用いて、漏洩磁界に
よる磁気情報を再生しようとすると、再生周波数が高く
なるにつれて、検出感度が低下してしまう。叉、磁気抵
抗によって磁気情報を再生しようとすると、再生周波数
を高くしても検出感度が低下することはないが、ＭＲ素
子部が大きいので、高密度化された磁気情報を得ること
が困難である。

【０００５】そこで、本発明は、上記従来技術の課題を
解決し、製造工程が簡略化され、歩留まりの向上が図ら
れ、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ＭＲ素子を形成でき、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、製造コストが低減で
き、微小探針として再現性の良い均一な形状が得られ、
且つ先端を任意の形状に容易に形成できる微小探針の製
造方法と微小探針を提供することを目的としている。ま
た、本発明は、このような微小探針をＭＲ素子を有する
薄膜カンチレバー上に形成することにより、磁性体層を
プローブの全面に形成する必要のないプローブの製造方
法とプローブを提供することを目的としている。さら
に、本発明は、このようなプローブにより微小探針と試
料の間隔制御を行ないながら、磁気情報を磁気抵抗の変
化によって検出する磁気顕微鏡を提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の微小探針の製造
方法は、上記課題を解決するため、磁気情報の検出に用
いる微小探針の製造方法において、一方の基板である第
１基板に探針材料層である磁性体層を形成し、他方の基
板である第２基板に形成した磁気抵抗素子上の接合層
に、前記第１基板の磁性体層を転写して微小探針を形成
するようにしたものである。そして、本発明の微小探針
の製造方法は、次の特徴を有する。（１）前記微小探針の製造方法が、第１基板の表面に凹
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基板における凹
部を含む剥離層上に、磁性体層を被覆する工程と、第２
基板にＭＲ素子を形成する工程と、前記第２基板のＭＲ
素子を含む基板上に、引き出し電極対を形成する工程
と、前記第２基板のＭＲ素子上に絶縁層を被覆する工程
と、前記絶縁層上に接合層を被覆する工程と、前記第１
基板における凹部を含む剥離層上の磁性体層を、前記第
２基板における絶縁層上の接合層に接合する工程と、前
記剥離層と磁性体層、あるいは前記剥離層と第１基板の
界面で剥離を行い接合層に磁性体層を転写する工程と
を、少なくとも有する工程。（２）微小探針の製造方法が、第１基板の表面に凹部を
形成する工程と、前記第１基板の凹部を含む基板上に、
剥離層を被覆する工程と、前記第１基板における凹部を
含む剥離層上に、磁性体層を被覆する工程と、前記第１
基板における凹部を含む剥離層上の磁性体層に、絶縁層
を被覆する工程と、前記第１基板の凹部を含む剥離層上
の磁性体層を被覆する絶縁層に、金属層を被覆する工程
と、第２基板にＭＲ素子を形成する工程と、前記第２基
板のＭＲ素子を含む基板上に、引き出し電極対を形成す
る工程と、前記第２基板のＭＲ素子上に接合層を被覆す
る工程と、前記第１基板における凹部を含む剥離層上の
磁性体層、絶縁層を介してなる金属層を、前記第２基板
のＭＲ素子上の接合層に接合する工程と、前記剥離層と
磁性体層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離
を行い磁気抵抗素子に磁性体層を転写する工程とを、少
なくとも有する。（３）微小探針の製造方法は、第１基板の表面に凹部を
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基板における凹部を
含む剥離層上に、絶縁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絶縁層に、磁性体層を
形成する工程と、前記第１基板の凹部を含む剥離層上の
絶縁層に形成された磁性体層に、金属層を形成する工程
と、第２基板にＭＲ素子を形成する工程と、前記第２基
板のＭＲ素子を含む基板上に、引き出し電極対を形成す
る工程と、前記ＭＲ素子を含む第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
上の絶縁層、磁性体層を介してなる金属層を、前記第２
基板における接合層に接合する工程と、前記剥離層と磁
性体層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離を
行い接合層上に磁性体層を転写する工程とを、少なくと
も有する。（４）前記第１基板が、単結晶シリコン基板であり、結
晶軸異方性エッチングにより基板表面に凹部を形成す
る。（５）前記接合層が、金属である。（６）前記磁性体層を第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金属結合により達成さ
れる。（７）前記ＭＲ素子が、強磁性体と非磁性材料の多層
膜からなる。また、本発明の微小探針は、基板と、該基
板上に形成された接合層、該接合層上に形成された磁性
体層からなる微小探針であって、該微小探針が逆ピラミ
ッド型を写しとった形状を有することを特徴としてお
り、この磁性体層は、基板上に形成された接合層に金属
材料間の圧着によって金属結合することができる。ま
た、本発明のプローブの製造方法は、微小探針と薄膜カ
ンチレバーからなるプローブの製造方法において、一方
の基板である第１基板に探針材料層である磁性体層を形
成し、他方の基板である第２基板に形成した薄膜カンチ
レバーのＭＲ素子上の接合層に、前記第１基板の磁性体
層を転写することを特徴としている。

【０００７】そして、本発明のプローブの製造方法は、
次の特徴を有する。（１）前記プローブの製造方法が、第１基板の表面に凹
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基板における凹
部を含む剥離層上に、磁性体層を被覆する工程と、第２
基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、前記薄膜カ
ンチレバー上にＭＲ素子を形成する工程と、前記ＭＲ素
子を含む薄膜カンチレバー上に引き出し電極対を形成す
る工程と、前記ＭＲ素子を含む薄膜カンチレバー上に絶
縁層を被覆する工程と、前記ＭＲ素子上に接合層を形成
する工程と、前記第１基板における凹部を含む剥離層上
の磁性体層を、前記第２基板における接合層に接合する
工程と、前記剥離層と磁性体層、あるいは前記剥離層と
第１基板の界面で剥離を行い接合層に磁性体層を転写す
る工程と、前記薄膜カンチレバーの一端が第２基板に固
定される様に薄膜カンチレバー下部の第２基板の一部を
除去する工程とを、少なくとも有する。（２）前記プローブの製造方法が、第１基板の表面に凹
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、剥離層を被覆する工程と、前記第１基板における凹
部を含む剥離層上に、磁性体層を被覆する工程と、前記
第１基板における凹部を含む剥離層上の磁性体層に、絶
縁層を被覆する工程と、前記第１基板の凹部を含む剥離
層上の磁性体層を被覆する絶縁層に、金属層を被覆する
工程と、第２基板に薄膜カンチレバーを形成する工程
と、前記薄膜カンチレバー上に磁気抵抗素子を形成する
工程と、前記ＭＲ素子を含む第２基板上に引き出し電極
対を形成する工程と、前記ＭＲ素子上に接合層を被覆す
る工程と、前記第１基板における凹部を含む剥離層上の
磁性体層、絶縁層を介してなる金属層を、前記第２基板
のＭＲ素子上の接合層に接合する工程と、前記剥離層と
磁性体層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離
を行いＭＲ素子に磁性体層を転写する工程と、前記薄膜
カンチレバーの一端が第２基板に固定される様に薄膜カ
ンチレバー下部の第２基板の一部を除去する工程とを、
少なくとも有する。（３）前記プローブの製造方法が、第１基板の表面に凹
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基板における凹
部を含む剥離層上に、絶縁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絶縁層に、磁性体層
を形成する工程と、前記第１基板の凹部を含む剥離層上
の絶縁層に形成された磁性体層に、金属層を形成する工
程と、第２基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、
前記薄膜カンチレバー上にＭＲ素子を形成する工程と、
前記ＭＲ素子を含む薄膜カンチレバー上に引き出し電極
対を形成する工程と、前記ＭＲ素子を含む薄膜カンチレ
バー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絶縁層、磁性体層を介してなる
金属層を、前記第２基板における接合層に接合する工程
と、前記剥離層と磁性体層、あるいは前記剥離層と第１
基板の界面で剥離を行い接合層上に磁性体層を転写する
工程と、前記薄膜カンチレバーの一端が第２基板に固定
される様に薄膜カンチレバー下部の第２基板の一部を除
去する工程とを、少なくとも有する。（４）前記磁気抵抗素子が、強磁性体と非磁性材料の多
層膜からなる構成。

【０００８】また、本発明のプローブは、一方が基板に
固定された薄膜カンチレバーからなり、該プローブの薄
膜カンチレバー上に、磁性体からなる微小探針と、該微
小探針と磁気的に結合しているＭＲ素子と、該磁気抵抗
素子にバイアス電流を流し、磁気抵抗を検出するための
引き出し電極対とを有することを特徴としており、その
引き出し電極対は、電流が一方の引き出し電極からＭＲ
素子を経由して他方の引き出し電極に流れるように構成
される。そして、本発明においては、上述の微小探針を
薄膜カンチレバー先端に形成し、該微小探針を試料に接
近させたときに作用する力によって生じる薄膜カンチレ
バーのたわみ量を検知することによって薄膜カンチレバ
ー先端と試料の間隔制御をおこなうと同時に、該微小探
針によって検出した漏洩磁界の変化を該微小探針と磁気
的に結合しているＭＲ素子の磁気抵抗の変化として検出
することによって磁気情報を検出する磁気顕微鏡を構成
する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、上記のように構成され
ているから、第１基板上の剥離層に形成された磁性体層
を第２基板上の接合層へ転写することにより微小探針を
形成することで、第１基板を後工程でエッチング除去す
ることなく、極めて容易に、かつ正確に微小探針を形成
できるので、生産性を向上させることができる。また、
転写工程の後に磁性体層、または剥離層と磁性体層を新
たに形成することにより、雌型となる第１基板は繰り返
し使用できるため、製造コストの低減ができ、同一の雌
型を用いることにより微小探針の形状再現性が保てる。
さらに、微小探針をカンチレバー先端部に形成し、該微
小探針によって検出した漏洩磁界の変化を薄膜カンチレ
バー上に形成され、かつ微小探針と磁気的に結合してい
るＭＲ素子の磁気抵抗の変化として検出するので、高い
再生周波数においても、再生出力を低下させることな
く、かつ高密度で磁気情報を検出することが可能であ
る。かかる磁気情報は、薄膜カンチレバーのたわみ量を
検知することによってカンチレバー先端と試料の間隔制
御をおこないながら検出するので、資料表面の凹凸に影
響されることなく磁気情報を検出することが可能であ
る。

【００１０】ここで、好ましくは、第１基板としては単
結晶シリコン基板を用い、結晶軸による異方性エッチン
グにより（１１１）結晶面からなる凹部を形成する。結
晶軸異方性エッチングにより凹部を形成した単結晶基板
上にＭＲ素子材料を形成することによりＭＲ素子の雌型
となる凹部は任意の形状で、また同一基板上に複数形成
した場合には形状の揃ったものとなり、その結果得られ
るＭＲ素子は特性の揃ったものとなる。

【００１１】また、転写の際には、金属層を介して磁性
体層と接合層を接着する、もしくは接合層が金属である
ことにより、磁性体層の転写は金属材料間の圧着による
金属材料間の金属結合により達成される。

【００１２】なお、磁性体層、剥離層、金属層、接合
層、引き出し電極対、ＭＲ素子の形成方法としては、従
来公知の技術たとえば真空蒸着法やスパッタ法、化学気
相成長、鍍金法等の薄膜作製技術を用い、さらにフォト
リソグラフィプロセス、及びエッチングを適用すること
で所望の形状にパターニングする。微小探針は第１基板
上に形成した剥離層、又は凹部上の剥離層の表面形状を
忠実に再現するため、薄膜作製方法に制限されない。
叉、このようにして作製された微小探針は中空の領域を
有している。

【００１３】本発明において、磁性体層とＭＲ素子は同
一材料を用いることも可能であるが、それぞれの機能を
最大限に活かすためには、磁性体層は、漏洩磁界の検出
感度が高い材料が好ましく、ＭＲ素子は、大きな磁気抵
抗効果を有した材料を用いることが好ましい。即ち、磁
性体層としては、例えば、Ｆｅ、パーマロイ合金、Ｎ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｏを主成分とする合金からなる軟磁性体材
料、あるいはＣｏ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔ−Ｍｅｔａｌ、
ＣｏＰ、ＣｏＮｉＰ、ＣｏＣｒ、ＦｅＣｏＣｒ、ＣｏＭ
ｎＰ、ＣｏＳｍ等の合金からなる硬磁性体等の強磁性体
材料を用いることが可能である。一方、ＭＲ素子を形成
する材料としては、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ、Ｎｉある
いはこれらを主成分とする強磁性体とＣｕ、Ｍｎ、Ｃ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇなどの非磁性材料を積層した多層
膜を用いることが可能である。かかる多層膜を用いるこ
とによって、より大きなＭＲ効果を得ることが可能にな
る。また、上述のＭＲ素子にバイアス磁界を用いて特定
の方向に磁場を印加することにより、磁気異方性を付与
することが可能である。上述の引き出し電極対は、ＭＲ
素子の両端に設け、電流を一方の引き出し電極からＭＲ
素子を経由して他方の引き出し電極に流し、磁気抵抗の
変化を検出するために用いる。本発明で用いられる絶縁
層は、微小探針を形成する磁性体層を介した試料とＭＲ
素子の間を電気的に絶縁するために設けられるもので、
該磁性体層とＭＲ素子は磁気的に結合している。

【００１４】また、本発明において、第２基板に薄膜カ
ンチレバーとなる層をあらかじめ形成しておき、該薄膜
カンチレバーの先端上にパターニングされた接合層を設
け、剥離層上の磁性体層を接合層に接合、転写した後
に、薄膜カンチレバーの一端が第２基板に固定されるよ
うに薄膜カンチレバー下部の第２基板の一部を除去する
ことにより、微小探針を自由端に有するカンチレバー型
のプローブを作製することが可能である。また、本発明
の微小探針は中空の領域を有しているので、薄膜カンチ
レバー等の自由端に微小探針を設ける場合、軽量化が図
られ、微小探針つきカンチレバーの共振周波数の低下を
抑えることができる。さらに、本発明の製造方法によれ
ば、微小探針は任意の形状で作製することが可能であ
る。また、カンチレバーの形状についても何ら制限する
ものはない。

【００１５】

【実施例】以下本発明のＭＲ素子及びプローブの製造方
法を図１ないし図１０の図面に示し、その実施例につい
て説明する。［実施例１］実施例１において、図１に示す微小探針及
びプローブの製造方法を説明する。作製したプローブの
上面図を図１（ａ）に、図１（ａ）のＡ−Ａ’面からみ
た側面図を図１（ｂ）に示す。図２及び図３は本発明の
微小探針及びプローブ製造方法の工程を示す図１（ａ）
のＡ−Ａ’面からみた断面図である。薄膜カンチレバー
としては、窒化シリコン膜からなるシリコンブロック２
４で支持された薄膜カンチレバー２１を用いた。ここ
で、１０はＭＲ素子、１１はＣｏＰｔ磁性体からなる微
小探針、２３は二酸化シリコン膜、２２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
化シリコン膜である。

【００１６】本実施例の第１基板として、図２（ａ）に
おいて、酸化ガスにより熱酸化して形成した二酸化シリ
コン膜からなる保護層２が形成された結晶方位面が＜１
００＞のシリコンウエハを第１基板１として用意する。
フォトリソグラフィプロセスにより形成したフォトレジ
ストをマスクとして、該保護層２の所望の箇所をＨＦ水
溶液によりエッチングし、８μｍ平方のシリコンを露出
させた。保護層２は第１基板１を結晶軸異方性エッチン
グし、ＭＲ素子の雌型となる凹部を形成する時の保護層
であり、結晶軸異方性エッチング液に対してエッチング
耐性を持つ。フォトレジストを剥離した後に第１基板を
濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて液温
度８０℃で結晶軸異方性エッチングし、深さ５．６μｍ
の（１１１）の結晶面からなる逆ピラミッド状の凹部３
を形成した。（図２（ａ））次に図２（ｂ）に示すよう
に、前記凹部３上にＡｌを真空蒸着法により全面に１０
０Å成膜し、剥離層５を形成し、微小探針材料となるＣ
ｏＰｔ強磁性体をスパッタ法により、全面に５０００Å
成膜し磁性体層７を形成した。Ａｌからなる剥離層５と
シリコンは密着力が弱く、後工程にて第１基板と剥離層
との界面から剥離することが可能である（図２
（ｃ））。

【００１７】次に、レジストを塗布し、露光、現像する
フォトリソグラフィプロセスにより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磁性体層７及
び剥離層５をＡｒイオンによりイオンミリング（Ｉｏｎ
Ｍｉｌｌｉｎｇ）し、フォトレジストを除去し図２
（ｄ）に示すようにパターニングし転写前の微小探針１
１を形成した。

【００１８】次に第２基板１９としてシリコンウエハを
用意し、二酸化シリコン膜２３を０．５μｍ形成し、次
に薄膜カンチレバー２１及び後工程にて第２基板１９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２２を低圧ＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓ
ｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）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：ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂＝１０ｃｃｍ：２０ｃｃｍ、成膜圧力０．２Ｔｏ
ｒｒ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３（ｅ）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２１が形成された場所の裏面の窒化シリコン膜２２及
び二酸化シリコン膜２３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３（ｅ）に示すようにパターニングした。かかる薄膜
カンチレバー上に、Ｎｉ−Ｆｅ１０００Å、Ｃｒ５００
Åを交互積層した多層膜を形成することにより、磁気抵
抗効果を有するＭＲ素子を形成した（図３（ｅ））。そ
の後、Ｔｉ５０Å、Ａｕ１０００Åを真空蒸着法により
成膜し、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、引き出し電極対９を形成した（図３
（ｅ））。

【００１９】次に、絶縁層４としてＳｉＯ2１５００Å
をＭＲ素子上に形成し、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、続いてＴｉ５０Å、
Ｐｔ１０００Åを真空蒸着法により成膜し接合層８を形
成した（図３（ｅ））。本実施例においては、絶縁層の
パターニングを行なったが、ＭＲ素子及び引き出し電極
対全面に絶縁層を形成しても良い。次に、第１基板１上
の磁性体層７と第２基板１９上の接合層８とを位置合わ
せし、接合を行った（図３（ｆ））。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ＰｔとＣｏＰｔとの金属結合がなされ、
磁性体層７と接合層８が接合する。第１基板と第２基板
を当接後に離すことにより、第１基板上のＡｌからなる
剥離層５との界面から磁性体層７が剥離し、図３（ｇ）
に示す微小探針１１を薄膜カンチレバー自由端上のＭＲ
素子上に絶縁層を介して転写できた。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第２
基板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をＨＦ水溶液にて除去した。こ
のようにしてＭＲ素子１０及び、磁性体よりなる微小探
針１１を薄膜カンチレバー２１の自由端上に有し、該薄
膜カンチレバーの一端がシリコンブロック２４に固定さ
れたプローブを形成できた（図３（ｈ））。

【００２０】本発明の製造方法により作製した磁気抵抗
検出用のプローブでは、微小探針形状のＭＲ素子をカン
チレバーの自由端のみに形成することができた。作製し
た本発明の微小探針形状ＭＲ素子１０をＳＥＭ（走査型
電子顕微鏡）で観察したところ、先端はシリコンの結晶
軸異方性エッチングによってできた逆ピラミッドの形状
を写された形状（ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄｓｈａｐｅ）
を有し、先端が鋭利に形成されている微小探針である事
が確認できた。またその微小探針の先端曲率半径は０．
０３μｍ以下であった。また、このようにして作製され
た微小探針は中空の領域を有している。これにより、薄
膜カンチレバー等の自由端に微小探針を設ける場合、図
１１の形成法にて作製した同等の高さの探針に比べて、
約２分の１の重量となり軽量化され、探針付きのカンチ
レバーの共振周波数の低下を抑えることができた。つぎ
に、図１０を用いて、本発明のプローブを適用可能なプ
ローブ接触走査方式磁気顕微鏡の原理を説明する。試料
６４に対し、先端の微小探針５０が接触するように、プ
ローブ５１が配置されている。プローブ５１において、
微小探針５０は弾性変形を生じるカンチレバー（弾性
体）５４により支持されている。ここで、典型値として
は、カンチレバー５４の弾性定数が約０．１［Ｎ／
ｍ］、弾性変形量が約１［μｍ］であるが、このとき試
料に対する探針の接触力は約１０^-7［Ｎ］程度となる。
ＭＲ素子５０はコイル７０によって一定方向にバイアス
磁界がかけられている。試料６４に取り付けられたｘｙ
ｚ駆動機構６５により、プローブ５１と試料６４とは相
対的に３次元方向に移動される。試料６４に対し、プロ
ーブ５１のｘｙ方向及びｚ方向位置を調節し、試料６４
上の所望の位置に、かつ所望の接触力で接触させた状態
にプローブ５１が位置合わせされる。本発明のプローブ
を上述した方法で試料に近接させ、バイアス電流を流
し、試料上を走査することによって生じる磁気抵抗の変
化の検出を行なった。試料としては、ＴｂＦｅＣｏから
なる光磁気ディスクを用いた。この結果、光磁気ディス
クの磁気ドメインを観察することができた。

【００２１】［実施例２］本発明の実施例２を以下に示
す。図４は本実施例により作成したプローブの概略図で
ある。図５及び６は微小探針及びＭＲ素子を窒化シリコ
ンからなる薄膜カンチレバー上に設けた磁気抵抗検出用
のプローブ製造方法の工程を示す図１Ａ−Ａ’面での断
面図である。本実施例の第１基板として、図５（ａ）に
おいて、実施例１と同様に、酸化ガスにより熱酸化して
形成した二酸化シリコン膜からなる保護層２が形成され
た結晶方位面が＜１００＞のシリコンウエハを第１基板
１として用意し、深さ３．４μｍの（１１１）と（１０
０）の結晶面からなる凹部３を形成した。次に実施例１
と同様に、保護層２をＨＦ水溶液によりエッチング除去
した後に、凹部３を含む第１基板上にＡｇを真空蒸着法
により全面に７００Å成膜し、剥離層５を形成した（図
５（ｂ））。

【００２２】次に図５（ｃ）に示すように、微小探針材
料となる８０ａｔ％Ｎｉ−Ｆｅパーマロイをスパッタ法
により、全面に５０００Å成膜し磁性体層７を形成し
た。その後、ＳｉＯ2からなる絶縁層４をスパッタ法に
より１５００Å形成し、続いてＡｕからなる金属層６を
１０００Å成膜した。Ａｇからなる剥離層５とシリコン
は密着力が弱く、後工程にて第１基板と剥離層との界面
から剥離することが可能である。また、絶縁層４は微小
探針と後に形成するＭＲ素子を電気的に絶縁するために
形成したものであり、金属層６は後工程にて磁性体層を
接合層上に転写するため用いた。次に、レジストを塗布
し、露光、現像するフォトリソグラフィプロセスにより
レジストをパターニングし、該フォトレジストをマスク
として絶縁層４、金属層６、磁性体層７及び剥離層５を
Ａｒイオンによりイオンミリング（ＩｏｎＭｉｌｌｉ
ｎｇ）し、フォトレジストを除去し図５（ｄ）に示すよ
うにパターニングし転写前の微小探針を形成した。

【００２３】次に実施例１と同様に、第２基板１９とし
てシリコンウエハを用意し、二酸化シリコン膜２３を
０．５μｍ形成し、次に薄膜カンチレバー２１及び後工
程にて第２基板１９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２２を低圧ＣＶＤ
（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａ
ｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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：２０ｃｃ
ｍ、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ＣＦ
₄を用いた反応性イオンエッチングにより薄膜カンチレ
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２１が形成された場所の裏面の窒化シリコン膜２
２及び二酸化シリコン膜２３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
よりパターニングした。続いて、上述の薄膜カンチレバ
ー２１上にＮｉ−Ｆｅ１０００Å、Ｃｒ５００Åを交互
積層した多層膜を形成することにより、磁気抵抗効果を
有するＭＲ素子を形成した（図６（ｅ））。その後、Ｔ
ｉ５０Å、Ａｕ１０００Åを真空蒸着法により成膜し、
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、引き出し電極９及び、接合層８をＭＲ素子上
に形成した（図６（ｅ））。

【００２４】続いて第１基板１上の磁性体層７下部のＡ
ｕからなる金属層６と第２基板１９上の接合層８とを位
置合わせし、接合を行った（図５（ｂ））。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Ａｕとの金属結合がなさ
れ、金属層６と接合層８が接合する。第１基板と第２基
板を当接後に離すことにより、Ａｇからなる剥離層５と
シリコンからなる第１基板との界面から剥離し、図６
（ｇ）に示す剥離層５を有する磁性体層が薄膜カンチレ
バー先端部に形成されたＭＲ素子１０上に転写できた。
さらに、剥離層のみを、Ａｒイオンプラズマによりエッ
チングし磁性体層を表出させた。

【００２５】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第２基板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
をＨＦ水溶液にて除去した。このようにしてＭＲ素子１
０を有する薄膜カンチレバーの自由端上に微小探針を有
し、該薄膜カンチレバーの一端がシリコンブロック２４
に固定されたプローブを形成できた（図６（ｈ））。

【００２６】上述した方法により作製した磁性体よりな
る微小探針をＳＥＭで観察したところ、先端はシリコン
の結晶軸異方性エッチングにてできた凹形状を写された
形状（ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄｓｈａｐｅ）を有してい
る微小探針である事が確認できた。本実施例において
も、実施例１と同様に本発明のプローブを上述した方法
で試料に近接させ、バイアス電流を印加し、試料上を走
査することによって生じる磁気抵抗の変化の検出を行な
った。試料としては、ＴｂＦｅＣｏからなる光磁気ディ
スクを用いた。この結果、本実施例においても光磁気デ
ィスクの磁気ドメインを観察することができた。

【００２７】［実施例３］図７は実施例３により作成し
たプローブの概略図である。図８、及び図９は本発明の
ＭＲ素子を窒化シリコンからなる薄膜カンチレバー上に
設けた磁気抵抗検出用のＭＲ素子及びプローブ製造方法
の工程を示す図７Ａ−Ａ’面での断面図である。２１は
薄膜カンチレバーであり、４は絶縁層、６は金属層、８
は接合層、９は引き出し電極、１０はＭＲ素子、１１は
磁性体からなる微小探針、２３は二酸化シリコン膜、２
２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、２４はシリコンウエハ
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ブロックである。

【００２８】実施例１と同様に、まず、酸化ガスにより
熱酸化して形成した二酸化シリコン膜からなる保護層２
が形成された結晶方位面が＜１００＞のシリコンウエハ
を第１基板として用意し、フォトリソグラフィプロセス
により深さ３．４μｍの（１１１）の結晶面からなる逆
ピラミッド状の凹部３を形成した（図８（ａ））。

【００２９】次に保護層２をＨＦ水溶液によりエッチン
グ除去した後に、凹部３を含む第１基板上にＡｇを真空
蒸着法により全面に７００Å成膜し、剥離層５を形成し
た。その後引き続きタングステンＷをスパッタ法により
３０００Å成膜し、絶縁層４を形成した（図８
（ｂ））。続いて、図８（ｃ）に示すように、微小探針
材料となる８０ａｔ％Ｎｉ−Ｆｅパーマロイをスパッタ
法により、全面に３０００Å成膜し磁性体層７を形成し
た。続いてＡｕからなる金属層６を５０００Å成膜し
た。Ａｇからなる剥離層５とシリコンは密着力が弱く、
後工程にて第１基板と剥離層との界面から剥離すること
が可能である。また、金属層６は後工程にて磁性体層を
接合層上に転写するため用いた。絶縁層４は、試料とＭ
Ｒ素子の間を電気的に絶縁するために形成したもので、
試料とＭＲ素子は、磁性体を介して、磁気的に結合して
いる。次に、レジストを塗布し、露光、現像するフォト
リソグラフィプロセスにより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金属層６をパター
ニングした後、さらに磁性体層７及び剥離層５、絶縁層
４をＡｒイオンによりイオンミリング（ＩｏｎＭｉｌ
ｌｉｎｇ）し、フォトレジストを除去し図８（ｄ）に示
すようにパターニングし転写前の微小探針を形成した。

【００３０】次に第２基板１９としてシリコンウエハを
用意し、二酸化シリコン膜２３を０．５μｍ形成し、次
に薄膜カンチレバー２１及び後工程にて第２基板１９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２２を低圧ＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓ
ｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）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：Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂＝１０ｃｃｍ：２０ｃｃｍ、成膜圧力０．２Ｔ
ｏｒｒ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９（ｅ）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２１が形成された場所の裏面の窒化シリコン膜２２
及び二酸化シリコン膜２３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９（ｅ）に示すようにパターニングした。

【００３１】続いて、上述の薄膜カンチレバー２１上に
Ｎｉ−Ｆｅ１０００Å、Ｃｒ５００Åを交互積層した多
層膜を形成することにより、磁気抵抗効果を有するＭＲ
素子を形成した（図９（ｅ））。その後、Ｔｉ５０Å、
Ａｕ１０００Åを真空蒸着法により成膜し、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、
引き出し電極９及び、接合層８を形成した（図９
（ｅ））。つぎに、第１基板１上の磁性体層７下部のＡ
ｕからなる金属層６と第２基板１９上の接合層８とを位
置合わせし、接合を行った（図９−（ｆ））。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Ａｕとの金属結合がなさ
れ、金属層６と接合層８が接合する。第１基板と第２基
板を当接後に離すことにより、Ａｇからなる剥離層５と
シリコンからなる第１基板との界面から剥離し、さら
に、剥離層のみを、Ａｒイオンプラズマによりエッチン
グし磁性体層を表出させることによって、図９（ｇ）に
示すように、絶縁層４を有する磁性体層を薄膜カンチレ
バー先端部に転写できた。

【００３２】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第２基板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
をＨＦ水溶液にて除去した。このようにして微小探針１
０を薄膜カンチレバーの自由端の先端部上に有し、該薄
膜カンチレバーの一端がシリコンブロック２４に固定さ
れたプローブを形成できた（図９（ｈ））。

【００３３】本実施例において形成された磁性体層から
なる微小探針は表面に絶縁層４を有し、かつ、ＭＲ素子
とは空隙を介して磁気的に結合しているため、かかる微
小探針を介して、試料とＭＲ素子の間は電気的に絶縁さ
れた状態にある。本実施例においても、実施例１と同様
に本発明のプローブを上述した方法で試料に近接させ、
バイアス電流を印加し、試料上を走査することによって
生じる磁気抵抗の変化の検出を行なった。試料として
は、ＴｂＦｅＣｏからなる光磁気ディスクを用いた。こ
の結果、本実施例においても光磁気ディスクの磁気ドメ
インを観察することができた。

【００３４】［実施例４］本実施例においては、実施例
１で用いた、第１基板の雌型を再利用した。実施例１で
使用した第１基板をＨＦ水溶液にて洗浄した後に、該第
１基板を用いて、再度実施例１の図２（ｂ）〜図２
（ｄ）と同様の工程により、剥離層、磁性体層を形成
し、フォトリソグラフィプロセスとエッチングにより、
パターニングして、微小探針を形成し、つぎに図３
（ｅ）〜図３（ｈ）の工程により微小探針及びＭＲ素子
を有する薄膜カンチレバーを作製した。かかる微小探針
の先端曲率半径は０．０３μｍとなり、再利用前に形成
した微小探針の先端曲率半径と同様であった。これによ
り、微小探針の雌型となる第１基板を再利用可能である
ことがわかった。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上の構成による微小探針ま
たはプローブの製造方法によって、微小探針先端を任意
の形状で製造することが可能となり、凹部を形成した第
１基板、すなわち微小探針の雌型は繰り返し使用できる
ため、生産性の向上、製造コストの低減を図ることがで
きる。また、本発明によると、磁性体の微小探針をカン
チレバーの自由端のみに形成することにより、薄膜カン
チレバーは磁性体層の膜応力により反ることがなく、且
つ磁性体層をカンチレバー上に形成した際に問題となっ
た漏洩磁界の影響を回避することができ、さらに、磁性
体層の膜厚により薄膜カンチレバーが反ることはなく、
所望の膜厚を得ることが可能となる。また、本発明によ
ると、第２基板上にＭＲ素子、引き出し電極対及び接合
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、微小探針及びＭＲ素子を有する薄膜カン
チレバーからなる磁気抵抗検出用のプローブを容易に作
製することができる。また、本発明の微小探針は、磁性
体層と接合層との間で、それらに囲まれた中空の領域を
有する構成を採ることが可能となり、それによって微小
探針を軽量化でき、探針付きのカンチレバーの共振周波
数の低下を抑えることができる。さらに、微小探針をカ
ンチレバー先端部に形成し、該微小探針によって検出し
た漏洩磁界の変化を薄膜カンチレバー上に形成され、か
つ微小探針と磁気的に結合しているＭＲ素子の磁気抵抗
の変化として検出するので、高い再生周波数において
も、再生出力を低下させることなく、かつ高密度で磁気
情報を検出することが可能となる。本発明は、このよう
な、微小探針をカンチレバー先端部に形成したプローブ
で、磁気顕微鏡を構成することにより、磁気情報を、薄
膜カンチレバーのたわみ量を検知することによってカン
チレバー先端と試料の間隔制御を行いながら検出し、試
料表面の凹凸に影響されることなく磁気情報を検出する
ことが可能となるから、プローブ・試料間の間隔制御の
ための特別なサーボ回路を必要とせず、装置の簡略化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例１の微小探針及びＭＲ素子を有す
るプローブを示す図であり、図１（ａ）はその上面図、
図１（ｂ）はその側面図である。

【図２】実施例１の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブ製造方法の作製工程を示す断面図である。

【図３】実施例１の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブ製造方法の作製工程を示す断面図である。

【図４】実施例２の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブを示す図であり、図４（ａ）はその上面図、図４
（ｂ）はその側面図である。

【図５】実施例２の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブ製造方法の作製工程を示す断面図である。

【図６】実施例２の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブ製造方法の作製工程を示す断面図である。

【図７】実施例３の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブを示す図であり、図７（ａ）はその上面図、図７
（ｂ）はその側面図である。

【図８】実施例３の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブ製造方法の作製工程を示す断面図である。

【図９】実施例３の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブ製造方法の作製工程を示す断面図である。

【図１０】本発明の微小探針及びＭＲ素子を有するプロ
ーブを用いる磁気顕微鏡の概略図である。

【図１１】従来例の微小探針の製造方法の主要工程を示
す断面図である。

【図１２】従来例の微小探針の製造工程断面図である。

【符号の説明】

１：第１基板２：保護層３：凹部５：剥離層６：金属層７：磁性体層８：接合層９：引き出し電極１０：微小探針１１：ＭＲ素子１９：第２基板２１：薄膜カンチレバー２２：窒化シリコン膜２３：二酸化シリコン膜２４：シリコンブロック５１０：二酸化シリコン５１４：シリコンウエハ５１８：ピット５２０、５２１：窒化シリコン層５２２：ピラミッド状ピット５３０：ガラス板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５４３：磁性体層６２１：基板６２２：レジスト６２３：探針６２４：レジスト開口部６２５：導電性材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気情報の検出に用いる微小探針の製造方
法において、一方の基板である第１基板に探針材料層で
ある磁性体層を形成し、他方の基板である第２基板に形
成した磁気抵抗素子上の接合層に、前記第１基板の磁性
体層を転写して微小探針を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）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、磁
性体層を被覆する工程と、（ｄ）第２基板に磁気抵抗素
子を形成する工程と、（ｅ）前記第２基板の磁気抵抗素
子を含む基板上に、引き出し電極対を形成する工程と、
（ｆ）前記第２基板の磁気抵抗素子上に絶縁層を被覆す
る工程と、（ｇ）前記絶縁層上に接合層を被覆する工程
と、（ｈ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上の
磁性体層を、前記第２基板における絶縁層上の接合層に
接合する工程と、（ｉ）前記剥離層と磁性体層、あるい
は前記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い接合層に磁
性体層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】微小探針の製造方法は、（ａ）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、剥離層を被覆する工程と、（ｃ）前
記第１基板における凹部を含む剥離層上に、磁性体層を
被覆する工程と、（ｄ）前記第１基板における凹部を含
む剥離層上の磁性体層に、絶縁層を被覆する工程と、
（ｅ）前記第１基板の凹部を含む剥離層上の磁性体層を
被覆する絶縁層に、金属層を被覆する工程と、（ｆ）第
２基板に磁気抵抗素子を形成する工程と、（ｇ）前記第
２基板の磁気抵抗素子を含む基板上に、引き出し電極対
を形成する工程と、（ｈ）前記第２基板の磁気抵抗素子
上に接合層を被覆する工程と、（ｉ）前記第１基板にお
ける凹部を含む剥離層上の磁性体層、絶縁層を介してな
る金属層を、前記第２基板の磁気抵抗素子上の接合層に
接合する工程と、（ｊ）前記剥離層と磁性体層、あるい
は前記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い磁気抵抗素
子に磁性体層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４】微小探針の製造方法は、（ａ）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
記第１基板における凹部を含む剥離層上に、絶縁層を形
成する工程と、（ｄ）前記第１基板における凹部を含む
剥離層上の絶縁層に、磁性体層を形成する工程と、
（ｅ）前記第１基板の凹部を含む剥離層上の絶縁層に形
成された磁性体層に、金属層を形成する工程と、（ｆ）
第２基板に磁気抵抗素子を形成する工程と、（ｇ）前記
第２基板の磁気抵抗素子を含む基板上に、引き出し電極
対を形成する工程と、（ｈ）前記磁気抵抗素子を含む第
２基板上に接合層を形成する工程と、（ｉ）前記第１基
板における凹部を含む剥離層上の絶縁層、磁性体層を介
してなる金属層を、前記第２基板における接合層に接合
する工程と、（ｊ）前記剥離層と磁性体層、あるいは前
記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い接合層上に磁性
体層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５】前記第１基板が、単結晶シリコン基板であ
り、結晶軸異方性エッチングにより基板表面に凹部を形
成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
記載の微小探針の製造方法。
【請求項６】前記接合層が、金属であることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項に記載の微小探針の製造
方法。
【請求項７】前記磁性体層を第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金属結合により達
成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
に記載の微小探針の製造方法。
【請求項８】前記磁気抵抗素子が、強磁性体と非磁性材
料の多層膜からなることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の微小探針の製造方法。
【請求項９】基板と、該基板上に形成された接合層、該
接合層上に形成された磁性体層からなる微小探針であっ
て、該微小探針が逆ピラミッド型を写しとった形状を有
することを特徴とする微小探針。
【請求項１０】前記磁性体層が、基板上に形成された接
合層に金属材料間の圧着による金属結合されていること
を特徴とする請求項９に記載の微小探針。
【請求項１１】微小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おいて、一方の基板である第１基板
に探針材料層である磁性体層を形成し、他方の基板であ
る第２基板に形成した薄膜カンチレバーの磁気抵抗素子
上の接合層に、前記第１基板の磁性体層を転写すること
を特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１２】前記プローブの製造方法は、（ａ）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）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、磁
性体層を被覆する工程と、（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
上に磁気抵抗素子を形成する工程と、（ｆ）前記磁気抵
抗素子を含む薄膜カンチレバー上に引き出し電極対を形
成する工程と、（ｇ）前記磁気抵抗素子を含む薄膜カン
チレバー上に絶縁層を被覆する工程と、（ｈ）前記磁気
抵抗素子上に接合層を形成する工程と、（ｉ）前記第１
基板における凹部を含む剥離層上の磁性体層を、前記第
２基板における接合層に接合する工程と、（ｊ）前記剥
離層と磁性体層、あるいは前記剥離層と第１基板の界面
で剥離を行い接合層に磁性体層を転写する工程と、
（ｋ）前記薄膜カンチレバーの一端が第２基板に固定さ
れる様に薄膜カンチレバー下部の第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請求項１１に記載の
プローブの製造方法。
【請求項１３】前記プローブの製造方法は、（ａ）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、剥離層を被覆する工程と、
（ｃ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、磁
性体層を被覆する工程と、（ｄ）前記第１基板における
凹部を含む剥離層上の磁性体層に、絶縁層を被覆する工
程と、（ｅ）前記第１基板の凹部を含む剥離層上の磁性
体層を被覆する絶縁層に、金属層を被覆する工程と、
（ｆ）第２基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、
（ｇ）前記薄膜カンチレバー上に磁気抵抗素子を形成す
る工程と、（ｈ）前記磁気抵抗素子を含む第２基板上に
引き出し電極対を形成する工程と、（ｉ）前記磁気抵抗
素子上に接合層を被覆する工程と、（ｊ）前記第１基板
における凹部を含む剥離層上の磁性体層、絶縁層を介し
てなる金属層を、前記第２基板の磁気抵抗素子上の接合
層に接合する工程と、（ｋ）前記剥離層と磁性体層、あ
るいは前記剥離層と第１基板の界面で剥離を行い磁気抵
抗素子に磁性体層を転写する工程と、（ｌ）前記薄膜カ
ンチレバーの一端が第２基板に固定される様に薄膜カン
チレバー下部の第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請求項１１に記載の
プローブの製造方法。
【請求項１４】前記プローブの製造方法は、（ａ）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）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、絶
縁層を形成する工程と、（ｄ）前記第１基板における凹
部を含む剥離層上の絶縁層に、磁性体層を形成する工程
と、（ｅ）前記第１基板の凹部を含む剥離層上の絶縁層
に形成された磁性体層に、金属層を形成する工程と、
（ｆ）第２基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、
（ｇ）前記薄膜カンチレバー上に磁気抵抗素子を形成す
る工程と、（ｈ）前記磁気抵抗素子を含む薄膜カンチレ
バー上に引き出し電極対を形成する工程と、（ｉ）前記
磁気抵抗素子を含む薄膜カンチレバー上に接合層を形成
する工程と、（ｊ）前記第１基板における凹部を含む剥
離層上の絶縁層、磁性体層を介してなる金属層を、前記
第２基板における接合層に接合する工程と、（ｋ）前記
剥離層と磁性体層、あるいは前記剥離層と第１基板の界
面で剥離を行い接合層上に磁性体層を転写する工程と、
（ｌ）前記薄膜カンチレバーの一端が第２基板に固定さ
れる様に薄膜カンチレバー下部の第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請求項１１に記載の
プローブの製造方法。
【請求項１５】前記磁気抵抗素子が、強磁性体と非磁性
材料の多層膜からなることを特徴とする請求項１１〜１
４のいずれか１項に記載のプローブの製造方法。
【請求項１６】一方が基板に固定された薄膜カンチレバ
ーからなり、磁気抵抗を検出するプローブにおいて、該
プローブの薄膜カンチレバー上に、磁性体からなる微小
探針と、該微小探針と磁気的に結合している磁気抵抗素
子と、該磁気抵抗素子にバイアス電流を印加し、磁気抵
抗を検出するための引き出し電極対とを有することを特
徴とするプローブ。
【請求項１７】前記引き出し電極対は、電流が一方の引
き出し電極から磁気抵抗素子を経由して他方の引き出し
電極に流れることを特徴とする請求項１６に記載のプロ
ーブ。
【請求項１８】請求項１５〜１７のいずれか１項に記載
のプローブを用いた磁気顕微鏡であって、前記磁性体層
にコイルを用いてバイアス磁界をかけ、かかる状態にお
ける磁界変化に伴う磁性体の抵抗変化をバイアス電流を
かけることによって検出することを特徴とする磁気顕微
鏡。
【請求項１９】プローブ・試料間に作用する力によって
プローブを支持する弾性体を変形させることにより、前
記プローブ・試料との間隔制御を行なうことを特徴とす
る請求項１６に記載の磁気顕微鏡。
【請求項２０】プローブ・試料間に作用する力としてプ
ローブ・試料間の原子間斥力を用いることを特徴とする
請求項１８または請求項１９に記載の磁気顕微鏡。