(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、一方の基板の剥離層と密着層上に探針材料層を形成し、他方の基板上に形成された接合層へ前記剥離層上の探針材料層を転写することにより微小探針を製造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基板の凹部に剥離層を形成し、前記第１基板の凹部以外の領域に密着層を形成する工程と、
前記第１基板の剥離層及び密着層上に探針材料層を被覆する工程と、
第２基板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探針材料層を、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探針材料層の界面で剥離を行い、前記第２基板上の接合層に前記探針材料層を転写する工程と、
を少なくともその製造工程に含んでい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、金属により形成され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】
前記金属が、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３に記載の微小探針の製造方法。
【請求項５】
前記剥離層が、二酸化シリコンにより形成され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６】
前記密着層が、シリコンにより形成され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７】
前記接合層が、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８】
前記第１基板の表面に凹部を形成する工程は、単結晶シリコン材料で形成した基板表面に結晶軸異方性エッチングにより凹部を形成することにより行われることを特徴とする請求項２に記載の微小探針の製造方法。
【請求項９】
前記探針材料層を第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結合により達成されることを特徴とする請求項２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の製造に用いる雌型基板であって、前記雌型基板の雌型となる凹部に探針材料層を剥離するための剥離層を設け、前記基板の凹部以外の領域に探針材料層を固定するための密着層を設けたことを特徴と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に用いる雌型基板。
【請求項１１】
トンネル電流または微小力検出用の微小探針を薄膜カンチレバーの先端に設けるプローブの製造方法において、
第１基板の表面に凹部を形成する工程と、
前記凹部を含む第１基板上に剥離層及び密着層を形成する工程と、
前記剥離層及び密着層を形成した第１基板上に探針材料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、
前記第２基板の薄膜カンチレバー先端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探針材料層を、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探針材料層の界面で剥離を行い、前記第２基板上の接合層に前記探針材料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基板に固定されたプローブを形成するため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、
を少なくとも有していることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１２】
トンネル電流または微小力検出用の微小探針を有するプローブの製造方法において、
第１基板の表面に凹部を形成する工程と、
前記凹部を含む第１基板上に剥離層及び密着層を形成する工程と、
前記剥離層及び密着層を形成した第１基板上に探針材料層を被覆する工程と、  第２基板又は／及びビームパターンを形成した第３基板上に樹脂膜よりなる接着層を形成する工程と、
前記樹脂膜よりなる接着層を介して前記第３基板と前記第２基板を接着する工程と、
前記第２基板上で前記第３基板を薄膜平板に整形する工程と、
前記第２基板上の前記第３基板による薄膜平板に接合層を形成する工程と、
前記薄膜平板を前記第２基板に接続するための支持部を形成する工程と、
前記第１基板における凹部を含む剥離層上の探針材料層を、前記第３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探針材料層の界面で剥離を行い、前記第３基板上の接合層に前記探針材料層を転写する工程と、
前記第２基板上の薄膜平板下部における接着層を除去し、該薄膜平板と第２基板との間に空隙部を形成する工程と、
を少なくとも有していることを特徴とするプローブの製造方法。
【請求項１３】
前記第３基板が、ＳＯＩ基板からな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。
【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及びその製造用雌型基板、並びにその微小探針を有す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の製造方法に関する。
【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（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｈｙｓ．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（ｔｉｐ）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。
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。
【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  ｏｆ  ４ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，“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。
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。
【０００４】
従来、上記の様な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（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，２２１，４１５）。この微小探針の形成方法は、図１２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５２２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Ｃｒ層５３２を設けたガラス板５３０と窒化シリコン層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。
また、図１３（ａ）に示されるように、例えば基板６１１上の薄膜層を円形にパターニングし、それをマスク６１２にしてシリコン６１１をエッチングし、サイドエッチングを利用して探針６１３を形成する方法（Ｏ．Ｗｏｌｔｅｒ，  ｅｔａｌ．，“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ，１９９１，ｐｐ１３５３−１３５７）、さらには図１３（ｂ）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（Ｓｐｉｎｄｔ）等により提案された方法（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，ｅｔ  ａｌ．，”Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅ  ｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７．１９７６，ｐｐ５２４８−５２６３）等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来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１２に示したような従来例の微小探針の製造方法にはつぎ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探針の材料劣化、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）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。
（４）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１３に示したような従来例の微小探針の製造方法ではつぎのような問題点がある。
（５）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。
【０００６】
そこで本発明は、上記した従来の微小探針の製造方法の諸問題を解決し、微小探針製造用の雌型の再利用を可能とし、微小探針の材料乃至は形状の劣化やエッチング液からの汚染がなく、また微小探針を導電体薄膜によって被覆する必要性やプローブの裏面全体に反射膜を形成する必要がなく、再現性の良い均一な形状が得られると共にマルチ化の容易な微小探針の製造方法及びその製造用雌型基板、並びにその微小探針を有する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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、その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は、一方の基板の剥離層と密着層上に探針材料層を形成し、他方の基板上に形成された接合層へ前記剥離層上の探針材料層を転写することにより微小探針を製造することを特徴としている。
そして、その製造方法における前記微小探針の製造は、第１基板の表面に凹部を形成する工程と、前記第１基板の凹部に剥離層を形成し、前記第１基板の凹部以外の領域に密着層を形成する工程と、  前記第１基板の剥離層及び密着層上に探針材料層を被覆する工程と、第２基板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探針材料層を、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探針材料層の界面で剥離を行い、前記第２基板上の接合層に前記探針材料層を転写する工程と、を少なくともその製造工程に含むものである。
また、本発明においては、前記探針材料層が、金属により形成されることを特徴とする。そしてその金属は、貴金属または貴金属合金が用いられる。
また、本発明においては、前記剥離層は、二酸化シリコンにより、密着層はシリコンにより形成することが好ましく、また、前記接合層は金属により形成することを特徴としている。
また、本発明においては、前記第１基板の表面に凹部を形成する工程は、単結晶シリコン材料で形成した基板表面に結晶軸異方性エッチングにより形成することができる。
また、本発明の前記探針材料層を第２基板上の接合層に接合する工程は、金属材料間の圧着による結合により達成することができる。
さらに、本発明においては、そのトンネル電流または微小力検出用の微小探針の製造に用いる雌型基板は、前記雌型基板の雌型となる凹部に探針材料層を剥離するための剥離層を設け、前記基板の凹部以外の領域に探針材料層を固定するための密着層を設けたことを特徴としている。
また、本発明のトンネル電流または微小力検出用の微小探針を薄膜カンチレバーの先端に設けるプローブの製造方法は、第１基板の表面に凹部を形成する工程と、前記凹部を含む第１基板上に剥離層及び密着層を形成する工程と、前記剥離層及び密着層を形成した第１基板上に探針材料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、前記第２基板の薄膜カンチレバー先端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探針材料層を、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探針材料層の界面で剥離を行い、前記第２基板上の接合層に前記探針材料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基板に固定されたプローブを形成するため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、を少なくとも有していることを特徴とする。
また、本発明のトンネル電流または微小力検出用の微小探針を有するプローブの製造方法は、第１基板の表面に凹部を形成する工程と、前記凹部を含む第１基板上に剥離層及び密着層を形成する工程と、前記剥離層及び密着層を形成した第１基板上に探針材料層を被覆する工程と、第２基板又は／及びビームパターンを形成した第３基板上に樹脂膜よりなる接着層を形成する工程と、前記樹脂膜よりなる接着層を介して前記第３基板と前記第２基板を接着する工程と、前記第２基板上で前記第３基板を薄膜平板に整形する工程と、前記第２基板上の前記第３基板上による薄膜平板に接合層を形成する工程と、前記薄膜平板を前記第２基板に接続するための支持部を形成する工程と、前記第１基板における凹部を含む剥離層上の探針材料層を、前記第３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探針材料層の界面で剥離を行い、前記第３基板上の接合層に前記探針材料層を転写する工程と、前記第２基板上の薄膜平板下部における接着層を除去し、該薄膜平板と第２基板との間に空隙部を形成する工程と、を少なくとも有していることを特徴としている。
そして、本発明においてはその第３基板は、ＳＯＩ基板により形成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記のように第１基板上の剥離層に形成された探針材料層を第２基板上の接合層へ転写することによって微小探針を形成することができるので、第１基板を後工程でエッチング除去する必要がなく、上記した接合及び転写工程により、極めて容易に、かつ正確に微小探針部を形成することができ、生産性を向上させ、容易に探針のマルチ化（複数化）を実現することができる。
また、転写工程の後に第１基板上の密着層に残された探針材料層を剥離すれば、剥離層と密着層を設けた第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る。
本発明においては、好ましくは、第１基板は単結晶シリコン基板で形成し、結晶軸による異方性エッチングにより（１１１）の結晶面からなる凹部を形成する。このような結晶軸異方性エツチングにより凹部を形成した単結晶基板上に微小探針材料を形成することにより微小探針の雌型となる凹部は先端が鋭利で、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、その結果得られる微小探針は特性の揃ったものとなる。
さらに、探針材料層が金属であることを特徴としており、探針上への導電性材料を被覆する必要が無く、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微小探針となる。
また、上記のように探針部の形成を第１基板のエッチングによらず、第２基板への転写により行うので、エッチング液による探針部の材料劣化、形状劣化、及びエッチング液からの汚染等がない。
これにより微小探針として再現性のよい安定な特性が得られ、かつ先端を鋭利に形成できトンネル電流または微小力検出用の微小探針として優れた特性を実現することができる。
特に、トンネル電流検出用の微小探針材料としては、導電性の高い金属材料が必要であり、より好ましくは貴金属または貴金属合金が良い。
探針材料の第２基板上の接合層への転写は、金属材料間の圧着、もしくは金属材料間の合金化による結合により達成される。
また、密着層は探針材料層と密着し、接合、転写工程時に剥離層以外の探針材料層が転写されることを防止する。
これにより、探針材料層は剥離層と密着層との境界にて破断することにより接合層上へ転写される。
密着層としては剥離層と比べて探針材料層と強固な密着が可能な材料及び表面状態を有する必要があり、金属からなる探針材料層では、密着層は探針材料層と合金化が可能な材料が好ましい。
なお、探針材料層、剥離層、密着層、接合層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。
また、このようにして作製された微小探針は接合層との間で囲まれた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１３（ｂ）の形成法にて作製した探針に比べて、軽量化されており、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。
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、剥離層上の探針材料層を接合層に接合、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、本発明において、少なくとも１つ以上の固定電極を第２基板又は／及び第３基板上に樹脂膜よりなる接着層を形成し、該接着層を介して第３基板と第２基板を接着し、第３基板を薄膜平板に整形し、薄膜平板と第２基板とを接続するための支持部、及び接合層を形成し、第１基板の剥離層上の探針材料層を接合層に接合、転写した後に、接着層を除去することにより、微小探針を自由端に有するトンネル電流または微小力検出用のプローブを作製することが可能である。
上記プローブが、薄膜平板と、該薄膜平板を前記基板に対して回転自在に支持する２つのねじり梁と、該ねじり梁を基板上に空隙を介して上部から支持することにより前記薄膜平板が基板に平行に配置させる支持部と、前記薄膜平板上の一端に形成された接合層と、該接合層上に形成された微小探針とからなる構造を有することにより、薄膜平板の下部の第２基板上に形成した固定電極と薄膜平板に電圧を印加することにより生じる静電力により前記ねじり梁がねじり回転し、薄膜平板が回転変位する静電アクチュエータの機能を有する。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
［実施例１］
図１は本発明の実施例１における微小探針の製造方法の工程を示す断面図である。
図１（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＜１００＞のシリコンウエハを第１基板１として用意する。
フォトリソグラフイ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水溶液によりエツチングし、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、微小探針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。
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、第１基板１を酸化ガスを用いて熱酸化し、凹部３を含む第１基板上に二酸化シリコン膜４を１０００Å形成した（図１（ｂ））。
該二酸化シリコン膜４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剥離層５を形成した。二酸化シリコン膜４の一部を除去し、露出した第１基板表面のシリコンは密着層６として用いる（図１（ｃ））。
次に図１（ｄ）に示すように、微小探針材料となるＡｕを真空蒸着法により、全面にｌμｍ成膜し探針材料層７を形成した。探針材料層７であるＡｕと、シリコンからなる密着層６とは容易に合金が形成され強固な密着力を持つ。
これに比べて、二酸化シリコン膜からなる剥離部５とＡｕは密着力が弱く、後工程にて剥離層と探針材料層との界面から剥離するためこれらの密着性が良くない必要がある。
探針材料層と密着層の合金化を促す為に、１００℃にて熱処理を施した。
次に第２基板９としてシリコンウエハを用意し、この表面にＣｒ５０ÅとＡｕ１０００Å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８を形成した（不図示）。
続いて、図１（ｄ）の第１基板１上の探針材料層７と第２基板上の接合層８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層であるＡｕと接合層のＡｕとが結合し接合した（図１（ｅ））。
この後、剥離層５と探針材料層７との界面から引き剥がすことにより剥離層５上の探針材料層のみを接合層８上に転写し、図１（ｆ）に示す微小探針１０が製造できた。
【００１０】
上述した方法により作製した微小探針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てできた逆ピラミッドの形状を写された形状（ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  ｓｈａｐｅ）を有し、先端が鋭利に形成されている微小探針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は０．０３μｍであった。
本実施例の微小探針１０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、１１はバイアス印加用電源、１２はトンネル電流増幅回路、１３はＸＹＺ駆動用ドライバー、９は第２基板、８は接合層、１０は微小探針、１４は試料、１５はＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子である。
ここで微小探針１０と試料１４との間を流れるトンネル電流Ｉｔを接合層８を通じて検出し、Ｉｔが一定となるようにフイードバックをかけ、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子１５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１５のＸＹ方向を駆動することにより試料１４の２次元像であるＳＴＭ像が観察できる。
この装置で試料１４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、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。
【００１１】
［実施例２］
本発明の実施例２における微小探針の製造方法を以下に示す。
本実施例の第１基板として、実施例１の図１（ａ）から図１（ｄ）の探針材料層を形成する工程にて形成した図１（ｄ）に示した第１基板を用いた。
第２基板としてシリコンウエハを用意し、この表面にＡｌを１０００Å真空蒸着法により薄膜堆積し、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、接合層を形成した。
次に第１基板上のＡｕ探針材料層と第２基板上のＡｌ接合層とを位置合わせし当接した。
当接の際に、Ｎ２雰囲気中で温度３００℃で１時間放置した。これによりＡｌ−Ａｕ合金が接合層と探針材料層との界面に形成され、探針材料層と接合層が接合した。
この後、剥離層５と探針材料層との界面から引き剥がすことにより剥離層５上の探針材料層のみをＡｌの接合層上に転写し、微小探針が製造できた。
【００１２】
上述した方法により作製した微小探針を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逆ピラミッドの形状を写された形状（ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  ｓｈａｐｅ）を有し、先端が鋭利に形成されている微小探針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は実施例１と同様に０．０３μｍであった。
次に第１基板上の密着層に残された探針材料層をヨウ素とヨウ化カリウムの混合水溶液を用いてエッチング除去した第１基板上に、再度、Ａｕを１μｍ真空蒸着法により成膜し探針材料層を形成し、実施例１の図１（ｅ）と同様の工程により、第１基板上の剥離層上の探針材料層を第２基板上の接合層に転写することができた。
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分かった。この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。
【００１３】
［実施例３］
本発明の実施例３として微小探針を複数形成した例について以下に説明する。探針材料層として、Ｐｔ１０００ÅとＡｕ１μｍを電子ビーム蒸着法により順次連続して薄膜堆積し全面に成膜した以外は実施例１に示した図１（ａ）〜（ｆ）の構成及び工程により微小探針を形成した。
複数形成に当り、接合層を第２基板上にマトリックス状に１０×１０の計１００個を配置し、該接合層と対になる様に第１基板上に１００個の凹部を設け、これらの接合層上に微小探針を形成した。
なお、微小探針のピッチは２００μｍとした。
こうして作製した複数の微小探針をＳＥＭで観察したところ、全ての微小探針の先端はシリコンの結晶軸異方性エッチングにてできた逆ピラミッドの形状をレプリカした形状を有し、先端が鋭利に形成されており、各微小探針の先端曲率半径は０．０３μｍ±０．０１μｍのバラツキ内に納まっていた。
また、各探針の接合層からの高さバラツキは±０．１μｍの範囲に納まっていた。本発明の微小探針の製造法を用いて、複数にした場合に形状の揃った微小探針が得られることが分かった。
【００１４】
［実施例４］
図３は本発明の実施例４における第２の微小探針の製造方法の工程を示す断面図である。
図３（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＜１００＞のシリコンウエハを第１基板２１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２２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２２は第１基板２１を結晶軸異方性エッチングし、微小探針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℃で結晶軸異方性エツチングし、深さ５．６μｍ（１１１）の結晶面からなる逆ピラミッド状の凹部２３を形成した。
次に保護層２２をＨＦ水溶液によりエッチング除去した後に、第１基板２１上に真空蒸着法によりＡｌ膜２４を０．ｌμｍ成膜した（図３（ｂ））。
該Ａｌ膜２４上にフォトレジストを塗布し、現像することにより後工程にて形成される剥離層となる部分の開口部を形成し、Ａｌを露出させた。
次に、真空蒸着法により前記フォトレジスト及び露出したＡｌ上にＣｒを９００Å成膜し、フォトレジストを溶剤にてエッチング除去するリフトオフ法によりＣｒをパターニングし剥離層２５を形成し、同時に上記工程の後に露出したＡｌは密着層６として用いる（図３（ｃ））。
次に図３（ｄ）に示すように、微小探針材料となるＡｕを真空蒸着法により、全面に１μｍ成膜し探針材料層２７を形成した。
探針材料層２７であるＡｕと、Ａｌからなる密着層２６とは容易に合金が形成され強固な密着力を持つ。これに比べて、上記工程にて形成した剥離層２５とは密着力が弱い。
次に第２基板２９としてパイレックスガラス（商品名＃７０５９Ｃｏｒｎｉｎｇ）を用意し、この表面にＣｒ５０ÅとＡｕ１０００Å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２８を形成した。
続いて、図３（ｄ）の第１基板１上の探針材料層２７と第２基板上の接合層２８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Ａｕ探針材料層とＡｕ接合層とが結合し接合した（図３（ｅ））。
この後、剥離層２５と探針材料層２７との界面から引き剥がすことにより剥離層２５上の探針材料層のみを接合層２８上に転写し、図３（ｆ）に示す微小探針３０が製造できた。
上述した方法により作製した微小探針３０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てできた逆ピラミッドの形状を写された形状（ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  ｓｈａｐｅ）を有し、先端が鋭利に形成されている微小探針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は０．０４μｍであった。
なお、第２基板として、ガラス基板を用いたが、微小探針が接合層に結合されるため基板を選ばず、石英、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、等の他の絶縁体、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体、金属等様々の基板を用いることができることは言うまでもない。
【００１５】
［実施例５］
実施例５として、本発明の実施例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た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４（ａ）に、側面図を図４（ｂ）に示す。
５１は薄膜カンチレバーであり、４８は接合層、５０は微小探針、５３は二酸化シリコン膜、５２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、５４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。
以下、プローブの製造工程を図５、６を用いて説明する。
図５（ａ）から図５（ｄ）に探針材料層を形成するまでの工程図を示す。
図５（ａ）から図５（ｄ）の工程は実施例１に図１（ａ）から図１（ｄ）に示した探針材料層を形成するまでの工程と同様であり、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４２が形成されたシリコンウエハからなる第１基板４１に、保護層４２をマスクとして結晶軸異方性エッチングし、微小探針の雌型となる逆ピラミッド状の凹部４３を形成した。
次に保護層４２を除去した後に、二酸化シリコン膜４４からなる剥離層４５とシリコンの密着層４６を形成し、微小探針材料となるＡｕを１μｍ成膜し探針材料層４７を形成した。
次に第２基板４９としてシリコンウエハを用意し、二酸化シリコン膜５３を０．５μｍ形成し、次に薄膜カンチレバー５１及び後工程にて第２基板４９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（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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（ａ）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５１が形成された場所の裏面の窒化シリコン膜５２及び二酸化シリコン膜５３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５（ｅ）に示すようにパターニングした。
薄膜カンチレバー５１の自由端にＣｒ５０ÅとＡｕ１０００Å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４８を形成した。
続いて第１基板４１上の探針材料層４７と第２基板４９上の接合層４８とを位置合わせし、接合を行った（図５（ｅ））。
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との結合がなされ、探針材料層４７と接合層４８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４８上に転写され、微小探針５０を形成できた（図６（ｆ））。
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５０を薄膜カンチレバーの自由端の接合層上に有し、該薄膜カンチレバーの一端がシリコンブロック５４に固定されたプローブを形成できた（図６（ｇ））。
【００１６】
本発明の製造方法により作製したＡＦＭ用のプローブでは、変位測定の為のレーザーの反射を薄膜カンチレバー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、薄膜カンチレバーの裏面の全面に反射膜を形成する必要がなく、薄膜カンチレバーは反射膜の膜応力により反ることがなかった。
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７に示す。
ＡＦＭ装置は薄膜カンチレバー５１と接合層４８と接合層に接合した微小探針５０からなるプローブと、レーザー光６１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６２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６３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ＸＹＺ駆動用ドライバー６７とからなる。
このＡＦＭ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。
【００１７】
［実施例６］
実施例６として、本発明の実施例１の微小探針を結晶シリコンからなる薄膜平板上に設けた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８（ａ）に、Ａ−Ａ断面図を図８（ｂ）に示す。このプローブは図８に示すように以下の構造を持つ。
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８２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探針８０を有する開口部８７を設けた可撓梁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、微小探針は実施例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７８を通じて微小探針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（Ａｉｒ
Ｂｒｉｄｇｅ）構造にて機械的かつ電気的に接続する。
上記構成のプローブは、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８１がねじり梁の回転軸回りに回転変位する静電アクチェエータの機能を有している。
このような静電アクチェエータを有するプローブでは、可撓梁の自由端に微小探針を有することでＡＦＭ用プローブとして用いると共に、微小探針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２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探針を変位させ、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子のＺ方向の駆動を代わりに行うことができる。
【００１８】
図９及び図１０は本発明の実施例６における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。
図９、１０を用いで図８に示すプローブのＡ−Ａ断面図における本実施例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（シート抵抗３０Ω／□、厚さ１μｍ）が形成してなるＳＯＩ（Ｓｉ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いた（図９（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９４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９（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（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。
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９（ｃ）に示すようにパターニングした。
固定電極８５、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Ａｒイオンによりイオンミーリング（Ｉｏｎ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）し、フォトレジストを除去し図８に示すようにパターニングし形成した。
【００１９】
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９（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。
他の接着層を形成する工程としては、ディッピング法、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、ＯＭＲ−８３を使用した。
接着層４６を塗布した後に、図９（ｂ）の第３基板と図９（ｃ）の第２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９（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。
【００２０】
この後、図９（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９（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オ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（Ｉｏｎ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）し、フォトレジスト、図９（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９（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Ａｌ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１０（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８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１０（ｉ））。
第１基板７１は、実施例１に図１（ａ）から図１（ｄ）に示した探針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上に微小探針材料となるＡｕを１μｍ成膜した探針材料層７７からなる。第１基板７１の探針材料層７７と接合層７８とを位置合わせし、接合を行った（図１０（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、探針材料層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、微小探針８０を形成できた。
【００２１】
次に第２基板上にフォトレジスト１１２を塗布し（図１０（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１０（ｌ））。
最後に、酸素プラズマによりフオトレジスト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。
【００２２】
以上の形成法を用いて図１０（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探針８０を有する、Ａｌの支持部８３、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、かつ従来の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。
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、可撓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撓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、可撓梁の裏面の全面に反射膜を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。
【００２３】
［実施例７］
本発明の実施例７として、実施例６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以下に説明する。
図１１は、窒化シリコン膜１５０、１５１が形成されたシリコンブロック１５４上に、図８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１１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、及び微小探針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１３６、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、また本発明の微小探針の製造法にて形成した形状の揃った微小探針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探針の高さばらつきによる、シリコンブロックと探針との高さ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。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の微小探針の製造方法は、以上のように第１基板である雌型基板を製造工程でエッチング除去することなく、その剥離層と密着層の構成により微小探針を容易に形成することができるから、この雌型を繰り返し再利用することが可能となり、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、微小探針がエッチングによらず転写により形成されるため、エッチング液による微小探針の材料乃至形状の劣化、及びエッチング液からの汚染を防ぐことができる。
さらに、本発明の微小探針の製造方法によると、先端の鋭利な微小探針部を再現性良く均一に形成することができ、探針のマルチ化（複数化）が容易に図れ、ＡＦＭやＳＴＭ用の優れた特性の微小探針を製造することができる。そして、この微小探針を金属材料により形成することにより、ＳＴＭ用微小探針として一層再現性の良い安定な微小探針を実現することができる。
また、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構成を採用した場合には、探針を有する薄膜カンチレバーからなるＡＦＭ用のプローブを作製することが容易になるだけでなく、接合層を薄膜カンチレバーの先端のみに形成したことにより反射膜を形成する必要がなくなり、また反射膜を形成したことに伴う薄膜カンチレバーの反りを回避することができる。
また、第２基板上に樹脂膜よりなる接着層を形成し、第３基板を接着させ、整形し、薄膜平板をあらかじめ形成させておく構成を採用することにより、ＡＦＭまたはＳＴＭ用の静電アクチュエータの機能を有するプローブの作製を容易に実現することができる。
また、上記ＡＦＭまたはＳＴＭ用のプローブのねじり梁及び薄膜平板の材料を、結晶シリコンより形成することにより、反りのないプローブを再現性よく作製することが可能となる。
また、接着層に用いる樹脂膜に、第２基板と第３基板を接着すると共に作製工程における最終工程にて除去される犠牲層の役割を担わせることにより、樹脂膜を除去する方法として酸素ガスによるドライエッチングを用いることが可能となり、従来の犠牲層除去の際に問題となるＳｔｉｃｋｉｎｇを回避することができる。また、この樹脂膜により基板上に形成した電極パターン等による凹凸に左右されずに平坦面を形成することができ、基板の表面粗さに依存せず良好な接着を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における微小探針の製造方法の作製工程を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における微小探針を用いたＳＴＭ装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施例４における微小探針の製造方法の作製工程を示す図である。
【図４】本発明のプローブを説明する図であり、図４（ａ）はその上面図、図４（ｂ）はその側面図である。
【図５】本発明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６】本発明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７】本発明の実施例５におけるプローブを用いたＡＦＭ装置のブロック図である。
【図８】本発明の実施例６におけるプローブを説明する図であり、図８（ａ）はその斜視図、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明の実施例６におけるプローブの製造方法の作製工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施例６における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】本発明の実施例６におけるプローブを１つの基板上に複数形成したマルチプローブを説明する斜視図である。
【図１２】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１３】従来例の微小探針の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、７１    第１基板
２、２２、４２    保護層
３、２３、４３    凹部
４、４４    二酸化シリコン膜
５、２５、４５、７５    剥離層
６、２６、４６、７６    密着層
７、２７、４７、７７    探針材料層
８、２８、４８    接合層
９、２９、４９    第２基板
１０、３０、５０    微小探針
１１    バイアス印加用電源
１２    トンネル電流増幅回路
１３      ＸＹＺ駆動用ドライバー
１４    試料
１５      ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子
２４      Ａｌ膜
５１    薄膜カンチレバー
５２    窒化シリコン膜
５３    二酸化シリコン膜
５４    シリコンブロック
６１    レーザー光
６２    レンズ
６３    ポジションセンサ
６４    試料
６５      ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子
６６    変位検出回路
６７      ＸＹＺ駆動用ドライバー
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、１４３、１４４支持部
８５、８６、１２５、１２６、１３５、１３６、１４５、１４６固定電極
８７    開口部
８８    平板電極部
８９    可撓梁
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    フオトレジスト
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
６１１    シリコン
６１２    マスク
６１３    探針
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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