(57)【要約】 【課題】  プローブ先端部を安価かつ容易に製造できるマイクロプローブを提供する。【解決手段】  実施形態によれば、保護台、絶縁層、電極層がこの順番で第１の方向に配列したマイクロプローブが提供される。前記第１の方向とは異なる第２の方向に形成された前記マイクロプローブの主面において、少なくとも前記電極層に段差が形成され、この段差により前記電極層が第１の領域と第２の領域とに区画される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護台、絶縁層、電極層がこの順番で第１の方向に配列したマイクロプローブであって、
前記第１の方向とは異なる第２の方向に形成された前記マイクロプローブの主面において、少なくとも前記電極層に段差が形成され、この段差により前記電極層が第１の領域と第２の領域とに区画されていることを特徴とするマイクロプローブ。
【請求項２】
前記電極層が、前記保護台及び前記絶縁層のいずれよりも硬い材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロプローブ。
【請求項３】
前記絶縁層及び前記電極層のそれぞれを複数形成したことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のマイクロプローブ。
【請求項４】
前記第１の領域又は第２の領域のいずれかがマイクロプローブの端部を形成していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロプローブ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロプローブと、
記録媒体と、
前記記録媒体と前記マイクロプローブの相対的な姿勢を制御する第１の制御部と、
前記電極層と前記記録媒体との電気的相互作用を利用して、前記記録媒体に情報を記録し又は前記記録媒体から情報を再生する第２の制御部と、
を備えることを特徴とする記録装置。
【請求項６】
前記第１の領域又は前記段差に形成された第１の角部が前記記録媒体と接触し、かつ、前記第２の領域に形成された第２の角部が前記記録媒体と接触しないように、前記段差及び前記第２の領域の前記第２の方向の長さがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
【請求項７】
前記第１の制御部は、前記第１の領域又は前記段差に形成された第１の角部が前記記録媒体と接触し、かつ、前記第２の領域に形成された第２の角部が前記記録媒体と接触しないように、前記記録媒体と前記マイクロプローブの相対的な姿勢を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の記録装置。
【請求項８】
保護台に絶縁層を形成し、
前記絶縁層の形成の方向とは異なる方向に形成された前記保護台の主面に、この主面を第１の領域と第２の領域に区画する段差を形成し、
前記主面の裏側からスパッタリング又は蒸着を行うことにより、前記絶縁層上に少なくとも電極層を形成することを特徴とするマイクロプローブの製造方法。
【請求項９】
前記電極層を形成した後に、前記第１の領域又は第２の領域のいずれか一方を取り除くことを特徴とする請求項８に記載のマイクロプローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）メモリに用いられるマイクロプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の原理を利用したプローブ型ＭＥＭＳメモリが研究されている。プローブ型ＭＥＭＳメモリとは、プローブ先端の記録／再生用電極と記録媒体との間の様々な物理的相互作用を利用して情報の書き込み、読み出し（再生）、及び消去を行う記録装置である。
【０００３】
情報の記録媒体への記録／再生を担うプローブ先端の状態、及びプローブ先端と記録媒体の接触状態は、プローブ型ＭＥＭＳメモリの記録性能に大きな影響を与える。また、プローブ型ＭＥＭＳメモリの製造に関して、記録／再生に用いられるプローブを安価にかつ大面積で容易に加工できることが重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プローブ先端部を安価かつ容易に製造できるマイクロプローブの提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、保護台、絶縁層、電極層がこの順番で第１の方向に配列したマイクロプローブが提供される。前記第１の方向とは異なる第２の方向に形成された前記マイクロプローブの主面において、少なくとも前記電極層に段差が形成され、この段差により前記電極層が第１の領域と第２の領域とに区画される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係るマイクロプローブの斜視図
【図２】マイクロプローブと記録媒体とが接触した状態を示す図
【図３】マイクロプローブに働く力の関係を説明するための図
【図４】記録装置を示すブロック図
【図５】マイクロプローブの製造工程の一例を示す図
【図６】作製されたプローブの一例を示す図
【図７】第２の実施形態に係るマイクロプローブの斜視図
【図８】第３の実施形態に係るマイクロプローブの斜視図
【図９】第４の実施形態に係るマイクロプローブの斜視図
【図１０】第５の実施形態に係るマイクロプローブの斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態は、例えばプローブ型ＭＥＭＳメモリ用のマイクロプローブに関する。本実施形態のマイクロプローブは、プローブ先端に優れた耐摩耗特性を有し、また、安価かつ容易に製造することができる。また、本実施形態のマイクロプローブは、プローブ先端と記録媒体の接触状態を良好なものとし、これにより有効寿命の向上及び記録特性の安定化を図っている。
【０００８】
図１は、第１の実施形態に係るマイクロプローブの斜視図であって、同図（ａ）は、ボトム方向から見た斜視図、同図（ｂ）はトップ方向から見た斜視図である。以下の図面において、同一の参照符号は、同一の構成要素を指す。
【０００９】
本実施形態に係るマイクロプローブ１０は、記録媒体との間で情報の記録／再生を行うものであって、保護台１４、絶縁層１３、電極層１２がこの順番で第１の方向Ｄ１に配列する。第１の方向Ｄ１とは異なる第２の方向Ｄ２に形成されたマイクロプローブ１０の主面に段差１５が形成され、この段差１５により電極層１２が第１の領域と第２の領域とに区画されている。第１の領域又は段差１５に形成された第１の角部Ｘが記録媒体と接触し、かつ、第２の領域が記録媒体と接触しないように、段差１５及び第２の領域の第２の方向Ｄ２の長さがそれぞれ形成される。
【００１０】
なお、保護台１４、絶縁層１３、電極層１２のうち、保護台１４又は絶縁層１３に段差を設けない構造としてもよい。言い替えれば、少なくとも電極層１２に段差が形成され、この段差により電極層１２は第１の領域と第２の領域とに区画される。段差１５を設けることの技術的意義は、後述するように、製造工程において同図のように大面積の電極層１２を容易かつ低い製造コストで成膜できるようにすることである。図１（ｂ）において、レバー部１６の上面、即ち上述した主面とは反対側の面は、レバー部電極１７によってコーティングされている。電極層１２から、レバー部１６のレバー部電極１７を経由して、支持土台部１８の表面に形成された支持土台部電極１９に電気的情報が伝えられる。
【００１１】
図２（ａ）は、本実施形態に係るマイクロプローブ１０と、記録媒体２０とが接触した状態を示している。同図（ｂ）は、マイクロプローブ１０と記録媒体２０とが接触している部分を拡大して示している。
【００１２】
電極層１２の材料は、記録媒体２０との間で電気的な情報をやり取りするために導電性の良い材料であって、かつ、保護台１４及び絶縁層１３よりも硬い材料とすることが好ましい。例えば、電極層１２の材料としてＷ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｃｒなどの高硬度と表面酸化膜の生成されにくさとを兼ね備えた材料を用いることができる。電極層１２の材料を硬い材料にすると、硬度の差に応じて保護台１４及び絶縁層１３が電極層１２よりも先に摩耗するので、電極層１２は突出しやすく、記録媒体２０との間の接触が損なわれることがない。
【００１３】
保護台１４の材料は、ＭＥＭＳプロセスによって加工や整形が容易なＳｉ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなどを用いることができる。Ｓｉ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘは、絶縁材料として用いることも可能である。従って、これらの材料を保護台１４と絶縁層１３の同一の材料として用いることにより、保護台１４と絶縁層１３とを一体化することができる。
【００１４】
記録媒体２０に情報を記録し、又は記録媒体２０から情報を再生する際に、マイクロプローブ１０と記録媒体２０とは相対的に移動する。この相対的な移動方向のことを「プローブスキャン方向」という。図２のようにマイクロプローブ１０の角部が記録媒体２００に接触した状態でマイクロプローブ１０に電圧を印加すると、記録ビット２１が形成される。
【００１５】
記録／再生時において、マイクロプローブ１０は次のように位置制御する。
【００１６】
例えば、側面に電極層１２が形成されている保護台１４の第１の角部Ｘが、保護台１４の長手方向に突出している、第２の領域の第２の角部Ｙ（即ち、マイクロプローブ１０の最先端）よりも先に記録媒体２０に接触するように、第１の制御部３３がマイクロプローブ１０の姿勢を制御して記録媒体２０に接触させる。即ち、図２（ａ）から明らかなように、記録媒体２０の記録面に対してマイクロプローブ１０を適切な角度で傾斜させて両者を接触させる。これにより、保護台１４の第１の角部Ｘが記録媒体２０に接触し、同時に、電極層１２が記録媒体２０の記録面に接触する。
【００１７】
なお、図１（ａ）から分かるように、マイクロプローブ１０の電極層１２とは反対側の側壁にも段差が形成されてもよい。このような実施形態によれば、電極層１２と、記録媒体２０の記録面とを確実に接触させることができる。これを図３を参照して説明する。
【００１８】
マイクロプローブ１０と記録媒体２０とをアクチュエータ（不図示）により接触させると、図３に示すようにマイクロプローブ１０の点ｐには記録媒体２０からの反発力Ｆが加わる。点ｐは、プローブ先端の形状中心軸Ｃ１を通る。ここで、マイクロプローブ１０の電極層１２とは反対側の側壁に段差３６が形成されていることから、保護台１４の形状中心軸Ｃ２は、形状中心軸Ｃ１から距離Ｒほど電極層１２の側に寄っており、これにより形状中心軸Ｃ２を中心とする時計回りの方向のトルクＮ＝Ｒ×Ｆが生じる。このトルクは、マイクロプローブ１０の電極層１２が記録媒体２０に接触する方向、即ち第２の方向Ｄ２に働く。従って、マイクロプローブ１０の電極層１２と記録媒体２０の記録面とを確実に接触させることができ、安定な記録再生特性を維持することができる。
【００１９】
図４は、本実施形態に係る記録装置を示すブロック図である。記録装置３０は、外部装置３１に接続される制御部３２と、記録ユニット３５とを備える。制御部３２は、第１の制御部３３と第２の制御部３４とを備え、記録ユニット３５は、マイクロプローブ１０と記録媒体２０とを備える。第１の制御部３３は、マイクロプローブ１０と記録媒体２０の相対的な姿勢を制御する。第２の制御部３４は、マイクロプローブ１０の電極層１２と記録媒体２０との電気的相互作用を利用して、記録媒体２０に情報を記録し又は記録媒体２０から情報を再生する。記録媒体２０への記録を行う際には、外部装置３１から制御部３２に情報が提供される。記録媒体２０から情報を再生した際には、この情報は制御部３２を通じて外部装置３１に送られる。
【００２０】
図５は、本実施形態に係るマイクロプローブ１０の製造工程の一例を示したものである。試作においては、デバイスレイヤー４０の厚さが１０μｍ、ボックスレイヤー４１の厚さが０．５μｍ、ハンドリングレイヤー４２の厚さが３８０μｍであるＳＯＩ基板４３を用いた。
【００２１】
図５（ａ）に示すように、アルミニウムを蒸着し、リソグラフィ工程とアルミニウムのウェットエッチング工程により、プローブ先端に段差１５を形成するためのアルミニウムマスク４４を形成する。その後、再びリソグラフィ工程を実施し、プローブ形状を形成するためのレジストマスク４５を作製する。次に、図５（ｂ）に示すように、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程により、先端部に段差を持たないマイクロプローブ１０の形状を得る。次に、図５（ｃ）に示すように、レジストマスク４５を除去し、アルミニウムマスク４４を露出させ、再び、リソグラフィ及びＤＲＩＥ工程を実施してプローブ先端の段差１５を形成する。次に、図５（ｄ）に示すように、アルミニウムマスク４４を除去し、熱酸化工程を行うことで絶縁層１３を形成する。
【００２２】
次に、図５（ｅ）（ｆ）（ｇ）に示すように、再度、リソグラフィ及びＤＲＩＥ工程を実施し、ＳＯＩ基板４３のハンドリングレイヤー４２に支持土台部１８を形成する。
【００２３】
図５（ｅ）に示すようＳＯＩ基板のデバイスをレジストで保護した後、ＳＯＩ基板４３を裏返し、アルミ蒸着工程、リソグラフィ工程及びアルミエッチング工程により、ＳＯＩ基板４３のハンドリングレイヤー４２に支持土台用のアルミマスクを形成する。その後、図５（ｆ）に示すように、ＤＲＩＥ工程により、ハンドリングレイヤー４２をエッチングし、支持土台部１８を形成する。次に、図５（ｇ）に示すように、ＳＯＩ基板４３のボックスレイヤー４１を除去することで、マイクロプローブ１０をリリースする。
【００２４】
次に、図５（ｈ）に示すように、ＳＯＩ基板４３のデバイスレイヤー４０に塗布された保護レジストを除去する。なお、図５（ｈ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する。最後に、図５（ｉ）に示すように、ＳＯＩ基板４３のハンドリングレイヤー４２の面に、スパッタリング或いは真空蒸着などの工程によって電極層１２及び支持土台部電極１９を形成する。ここで、スパッタリング或いは真空蒸着する方向は、段差１５が形成される主面とは反対側の面、即ち、裏面（支持土台部１８が突出している側の面）からＤ２の方向である。
【００２５】
以上により作製されたマイクロプローブの一例を図６に示す。図６（ａ）は、支持土台部を含むマイクロプローブの全体を示しており、図６（ｂ）は、プローブ先端を拡大して示している。
【００２６】
本実施形態によれば、図５（ｉ）に示したようにスパッタリング或いは真空蒸着を行う際に、プローブ先端には段差１５が形成されていることから、この段差１５がちょうど庇となり、保護台１４の主面及び第１の角部Ｘは成膜されることなく、プローブ先端の最も外側の側壁のみに電極層１２が成膜される。従って、保護台１４、絶縁層１３、電極層１２がこの順番で第１の方向Ｄ１に配列するように、電極層１２を容易に成膜することができ、微細加工を要しないことから、製造コストを抑えることができる。
【００２７】
また、マイクロプローブ１０の先端部と記録媒体２０との間で電気的に接触する電極層１２の第１の方向Ｄ１の幅を、上記製造工程によって微細にすることができる。従って、図２に示した記録ビット２１の幅を微細にすることができ、そのような微細の記録ビット２１によって高密度記録を実現することができる。
【００２８】
また、保護台１４、絶縁層１３、電極層１２がこの順番で第１の方向Ｄ１に配列し、それらの角部が記録媒体２０に接触する。このような構造によれば、マイクロプローブ１０を記録媒体２０に接触させた際の記録媒体２０からの反発力が、電極層１２のみに集中することなく、この反発力を保護台１４及び絶縁層１３に分散することができる。従って、摩耗に対処すべく電極層１２の記録媒体２０に対する電気的接触面積を増大することなく、電極層１２の摩耗を抑制するこができる。
【００２９】
また、電極層１２の材料を保護台１４及び絶縁層１３より硬い材料とすれば、仮にマイクロプローブ１０の先端に摩耗が生じても、電極層１２が突出しやすくなることから、安定な記録／再生特性を維持することができ、有効寿命を延長することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図１に示したマイクロプローブ１０は、レバー部１６（保護台１４）の一側面に電極層１２を備える構成であったが、第２の実施形態は、図７（ａ）（ｂ）に示すようにレバー部１６の両側面に２つの電極層５０ａ，５０ｂを備える構造とするものである。第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏する上、１本のマイクロプローブの先端に２つの電極層５０ａ，５０ｂを備えることから、１本のマイクロプローブで扱い得る記録／再生情報が倍増する。
【００３１】
（第３の実施形態）
図８（ｂ）に示すように、マイクロプローブ６２の先端に複数のスリット６１ａ，６１ｂ，６１ｃ．．．を形成する。これらスリット６１ａ，６１ｂ，６１ｃ．．．を形成する方向は、第１の方向Ｄ１であり、これは、マクロプローブのスキャン方向である。また、図８（ａ）に示すように、複数の段差６３ａ，６３ｂ，６３ｃ．．．を形成する。
【００３２】
そして、保護台６４ａ、絶縁層６５ａ、電極層６０ａをこの順番で第１の方向に配列するように形成し、同様に、保護台６４ｂ、絶縁層６５ｂ、電極層６０ｂをこの順番で第１の方向に配列するように形成し、さらに、保護台６４ｃ、絶縁層６５ｃ、電極層６０ｃをこの順番で第１の方向に配列するように形成する。このようにしてスリット６１ａ，６１ｂ，６１ｃ．．．の側面に複数の電極層６０ａ，６０ｂ，６０ｃ．．．を形成してもよい。
【００３３】
本実施形態によれば、電極層６０ａ，６０ｂ，６０ｃ．．．の配置間隔によって、記録／再生情報のサイズを規定することができる。この場合、電極６０ａ，６０ｂ，６０ｃ．．．のピッチを微細化すれば、記録媒体に一度に書き込みできる情報を増大することができる。
【００３４】
このような第３の実施形態によれば、１本のマイクロプローブで扱い得る記録／再生情報が、第１及び第２の実施形態と比較して大幅に増大する。
【００３５】
（第４の実施形態）
また、図９（ｂ）に示すように、マイクロプローブ７１の先端に、第３の実施形態とは異なるフォーク形状の複数のスリットを形成する。これらスリット７３ａ，７３ｂ，７３ｃ．．．を形成する方向は、第１の方向Ｄ１であり、これは、マクロプローブのスキャン方向である。また、図９（ａ）に示すように、複数の段差７２ａ，７２ｂ，７２ｃ．．．を形成する。
【００３６】
そして、保護台７４ａ、絶縁層７５ａ、電極層７０ａをこの順番で第１の方向に配列するように形成し、同様に、保護台７４ｂ、絶縁層７５ｂ、電極層７０ｂをこの順番で第１の方向に配列するように形成し、さらに、保護台７４ｃ、絶縁層７５ｃ、電極層７０ｃをこの順番で第１の方向に配列するように形成する。このようにしてスリット７３ａ，７３ｂ，７３ｃ．．．の側面に複数の電極層７０ａ，７０ｂ，７０ｃ．．．を形成してもよい。
【００３７】
本実施形態によれば、電極層７０ａ，７０ｂ，７０ｃ．．．の配置間隔によって、記録／再生情報のサイズを規定することができる。この場合、電極７０ａ，７０ｂ，７０ｃ．．．のピッチを微細化すれば、記録媒体に一度に書き込みできる情報を増大することができる。
【００３８】
このように、第４の実施形態によっても、第３の実施形態と同様に１本のマイクロプローブで扱い得る記録／再生情報が、第１及び第２の実施形態と比較して大幅に増大する。
【００３９】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、上述した第１〜第４実施形態の変形例に関する。上述した第１〜第４実施形態では、マイクロプローブ１０の主面において、少なくとも電極層１２に段差１５が形成され、この段差１５により電極層１２が第１の領域と第２の領域とに区画され、第２の領域がマイクロプローブ１０の端部を形成する。これに対し第５の実施形態では、図１０に示すように、電極層１２を成膜した後、第２の領域、即ち第３の方向Ｄ３に突出している領域を取り除いてもよい。この場合、段差１５の端部がマイクロプローブ１０の端部を形成する。従って、この第２の領域に形成された第２の角部Ｙが誤動作又は衝撃等により記録媒体２０と接触するのを防ぐことができるため、記録性再生特性の安定性を向上することができる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…マイクロプローブ；
１２…電極層；
１３…絶縁層；
１４…保護台；
１５…段差；
１６…レバー部；
１７…レバー部電極；
１８…支持土台部；
１９…支持土台部電極；
２０…記録媒体；
２１…記録ビット；
５０ａ，５０ｂ…電極層；
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ…電極層；
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…スリット；
６２…マイクロプローブ；
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ…保護台；
６５ａ，６５ｂ，６５ｃ…絶縁層
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ…電極層；
７１…マイクロプローブ；
７３ａ，７３ｂ，７３ｃ…スリット；
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ…保護台；
７５ａ，７５ｂ，７５ｃ…絶縁層
【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】
2012059332.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012059332.tif 000012