JPH07113634A

JPH07113634A - 走査型探針顕微鏡用探針、その製造方法、当該探針を用いた記録再生装置及び微細加工装置

Info

Publication number: JPH07113634A
Application number: JP25964493A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yamamoto; 伸一山本; Hiroyuki Kado; 博行加道; Takao Toda; 隆夫任田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】機械的及び電気的にきわめて安定な走査型探
針顕微鏡用探針およびその製造方法を提供する。また、
この探針を具備した長期間に渡り安定に動作する記録再
生装置や微細加工装置を提供する。【構成】導電性薄膜又は導電性物質で被覆された誘電
体薄膜からなるカンチレバー１６０の自由端１６０ａの
近傍に低融点金属薄膜４を形成し、導電性針状結晶５を
低融点金属薄膜４を溶融・冷却することにより固定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型探針顕微鏡用探
針（プローブ）とその製造方法、および当該探針を用い
た、電気的・機械的安定性が高く、長期間にわたり安定
に動作し得る記録再生装置及び微細加工装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体表面を原子スケールで観察で
きる装置として原子間力顕微鏡や走査トンネル顕微鏡が
開発されている。これらの顕微鏡は走査型探針顕微鏡と
総称され、先端の鋭く尖った探針で試料表面を走査する
ことにより、局所的な各種の物理量、たとえば原子間力
や電気伝導度を検出し、画像化するものである。したが
って、走査型探針顕微鏡の分解能は探針の先端曲率半径
や先端角に依存し、これらをより小さくするための研究
が活発に行われている。高分解能原子間力顕微鏡では、
図４の（ａ）に示すような探針が用いられている。図４
の（ａ）において、従来の原子間力顕微鏡の探針は、１
００μｍから２００μｍ程度の長さを有するカンチレバ
ー１６と、カンチレバー１６の自由端１６ａ側には固定
された針状結晶５等で構成され、基板１等に固定されて
いる。カンチレバー１６の一方の面にはレーザー光の反
射のための金属薄膜４１が設けられている。針状結晶５
としては酸化亜鉛などが用いられ、エポキシ樹脂４２に
よりカンチレバー１６を構成する酸化珪素薄膜や窒化珪
素薄膜２に接着されている。一方、走査型探針顕微鏡を
記録再生装置や微細加工装置として用いる場合、図４の
（ｂ）に示すような探針が用いられる。記録再生装置や
微細加工装置用の探針は、１００μｍから２００μｍ程
度の長さを有するカンチレバー１６’が用いられ、カン
チレバー１６’の表面は金属４１’で被覆されている。
このカンチレバー１６’は、シリコン結晶表面の１部を
異方性エッチングすることにより作成したエッチピット
を鋳型とし、その上に酸化珪素や窒化珪素の薄膜４３を
作成し、フォトリソ技術により所望の形状に加工する。
その後、カンチレバーの針先部１６ｂが作成された面
に、数十〜数百ｎｍの厚さの金属４１’を蒸着すること
により、探針１６ｂに導電性を付与する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の、原子間力顕微
鏡の探針では、薄膜カンチレバー１６の自由端１６ａに
エポキシ樹脂４２などを用いて針状結晶５を固定してい
るので、接着強度が弱く、特に水中や有機溶剤中での観
察や、湿度が高い雰囲気中での観察に用いた場合、針状
結晶５がカンチレバー１６から外れやすいという問題点
を有していた。また、針状結晶５に電圧を印加するため
に探針全体を金属薄膜で被覆した場合、針状結晶５の針
先の曲率半径が大きくなったり、針状結晶５とカンチレ
バー１６との間の電気的接続が不安定になるという問題
点を有していた。一方、酸化珪素や窒化珪素の薄膜で作
成された探針付カンチレバー１６’の表面を金属薄膜で
被覆した探針においては、針先部１６ｂの曲率半径が大
きくなるという問題点を有していた。本発明は、以上の
ような問題点を解決するためになされたものであり、機
械的及び電気的にきわめて安定な探針およびその製造方
法を提供することを目的とする。さらに、長期間に渡り
安定に動作可能な記録再生装置や所望する形状が得られ
る微細加工装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の走査型探針顕微鏡用探針は、導電性物質で
被覆された誘電体薄膜又は導電性薄膜からなるカンチレ
バーと、前記カンチレバーの先端に設けられた低融点金
属薄膜と、前記低融点金属薄膜により前記カンチレバー
の先端部に固定された導電性針状結晶とを具備するよう
に構成されている。上記構成において、被覆用導電性物
質は、金、白金及びニッケルから選ばれる少なくとも１
つを主成分とすることが好ましい。また、導電性針状結
晶は、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコン、ゲルマニウ
ム、炭化珪素、酸化錫、酸化インジウム、遷移金属及び
III−Ｖ属化合物半導体から選ばれる少なくとも１つか
らなることが好ましい。また、低融点金属薄膜は、亜
鉛、錫、インジウム、ガリウム及び鉛から選ばれる少な
くとも１つを主成分とすることが好ましい。

【０００５】また、本発明に係る走査型探針顕微鏡用探
針の製造方法は、導電性薄膜又は導電性物質で被覆され
た誘電体薄膜からなるカンチレバーの先端に低融点金属
薄膜を形成する第１の工程と、前記カンチレバーの先端
に融着させた前記低融点金属薄膜を加熱溶融させ、導電
性針状結晶の一方の端を前記低融点金属により前記カン
チレバーに接着する第２の工程とを具備するように構成
されている。上記構成において、被覆用導電性物質は、
金、白金及びニッケルから選ばれる少なくとも１つを主
成分とすることが好ましい。また、導電性針状結晶は、
酸化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコン、ゲルマニウム、炭
化珪素、酸化錫、酸化インジウム、遷移金属及びIII−
Ｖ属化合物半導体から選ばれる少なくとも１つからなる
ことが好ましい。また、低融点金属薄膜は、亜鉛、錫、
インジウム、ガリウム及び鉛から選ばれる少なくとも１
つを主成分とすることが好ましい。また、低融点金属薄
膜は真空プロセス又はメッキプロセスにより形成される
ことが好ましい。また、低融点金属薄膜の厚さは１０ｎ
ｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。また、第２の
工程は、カンチレバーの先端に形成した低融点金属薄膜
を加熱溶融し、溶融した低融点金属薄膜の上に導電性針
状結晶の一部を接触させた後、冷却固化する操作を含む
ことが好ましい。また、第２の工程は、カンチレバーの
先端に融着した低融点金属薄膜の上に導電性針状結晶を
付着させた後、前記低融点金属薄膜を加熱溶融し、前記
針状結晶の一部が前記低融点金属薄膜に埋接触した状態
で冷却固化する操作を含むことが好ましい。また、低融
点金属薄膜に電子ビームを照射し、前記低融点金属薄膜
の加熱溶融を行うことが好ましい。

【０００６】また、本発明に係る記録再生装置は、導電
性物質で被覆された誘電体薄膜又は導電性薄膜からなる
カンチレバーと、前記カンチレバーの先端に設けられた
低融点金属薄膜と、前記低融点金属薄膜により前記カン
チレバーの先端部に固定された導電性針状結晶とを具備
する探針を用いるように構成されている。上記構成にお
いて、被覆用導電性物質は、金、白金及びニッケルから
選ばれた少なくとも１つを主成分とすることが好まし
い。また、導電性針状結晶は、酸化亜鉛、セレン化亜
鉛、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、酸化錫、酸化
インジウム、遷移金属及びIII−Ｖ属化合物半導体から
選ばれた少なくとも１つからなることが好ましい。ま
た、低融点金属は、亜鉛、錫、インジウム、ガリウム及
び鉛から選ばれた少なくとも１つを主成分とすることが
好ましい。

【０００７】また、本発明に係る微細加工装置は、導電
性物質で被覆された誘電体薄膜又は導電性薄膜からなる
カンチレバーと、前記カンチレバーの先端に設けられた
低融点金属薄膜と、前記低融点金属薄膜により前記カン
チレバーの先端部に固定された導電性針状結晶とを具備
する探針を用いるように構成されている。上記構成にお
いて、被覆用導電性物質は、金、白金及びニッケルから
選ばれた少なくとも１つを主成分とすることが好まし
い。また、導電性針状結晶は、酸化亜鉛、セレン化亜
鉛、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、酸化錫、酸化
インジウム、遷移金属及びIII−Ｖ属化合物半導体から
選ばれた少なくとも１つからなることが好ましい。ま
た、低融点金属は、亜鉛、錫、インジウム、ガリウム及
び鉛から選ばれた少なくとも１つを主成分とすることが
好ましい。

【０００８】

【作用】導電性薄膜又は導電性物質で被覆された誘電体
薄膜からなるカンチレバーの先端に低融点金属薄膜を形
成し、低融点金属薄膜を加熱溶融して導電性針状結晶を
接着するように構成したので、接着剤である低融点金属
の導電性により、探針全体を金属薄膜で被覆する必要が
なくなる。その結果、針先部の曲率が大きくなることも
なく、微細加工が可能となる。また、接着剤としての低
融点金属を介して針状結晶とカンチレバーとが電気的に
接続されるため、電気的接続が安定する。さらに、接着
剤としての低融点金属の機械的強度により、針状結晶が
カンチレバーから外れることもない。また、このように
構成された探針を記録再生装置及び微細加工装置に用い
ることにより、長期間にわたり使用しても安定して動作
する。

【０００９】

【実施例】

＜実施例１＞本発明の走査型探針顕微鏡用探針及びその
製造方法の一実施例を図１を用いて説明する。図１にお
いて、（ａ）は探針１の構成を示す側面図であり、
（ｂ）はその平面図である。図１において、カンチレバ
ー１６０は窒化珪素薄膜２と、導電性薄膜３とで構成さ
れている。カンチレバー１６０の自由端１６０ａ側にお
いて、低融点金属薄膜４により針状結晶５がカンチレバ
ー１６０の導電性薄膜３に固定されている。また、カン
チレバー１６の固定端１６０ｂ側はガラス基板１００に
固定されている。窒化珪素薄膜２は厚さ１μm程度であ
り、カンチレバー１６０の主体を構成する。導電性薄膜
３は厚さ５０ｎｍのＣｒ薄膜と、厚さ１００ｎｍのＰｔ
薄膜の積層薄膜とで構成され、カンチレバー１６０の変
位を光てこ方式で検出する際のレーザー光の反射膜とし
て、および針状結晶５へ電圧を印加するためのリード線
としての機能を有する。したがって、導電性薄膜３の構
成材料として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなど前記の機能
を有するものであればよい。低融点金属薄膜４はＩｎか
らなり、その厚さは１０ｎｍ以上２μｍ以下が適する。
低融点金属薄膜４の材料として、他に、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇ
ａ、またはＰｂを主成分とする金属など、融点が数百度
以下のものであれば使用することができる。針状結晶５
は酸化亜鉛からなる。しかし、針状結晶５として、酸化
亜鉛の針状結晶以外に、セレン化亜鉛、シリコン、ゲル
マニウム、炭化珪素、酸化錫、酸化インジウム、遷移金
属、あるいはIII−Ｖ属化合物半導体からなる針状結晶
も使用できる。ただし、酸化亜鉛の針状結晶は大きさが
１０〜１００μmのテトラポッド形状のため作業性にき
わめて優れていた。また、カンチレバー１６０自体を、
金属、窒化チタン、酸化錫、酸化インジウムなどの導電
性物質で構成することも可能である。この場合、導電性
薄膜３を設ける必要はない。ただし、カンチレバー１６
０を酸化錫、酸化インジウムなどの透明な材料で構成し
た場合、カンチレバーの変位を光てこ方式で検出するた
めに、光を反射させるための薄膜を形成する必要があ
る。

【００１０】上記構成を有する探針１の製造方法を以下
に説明する。まず、Ｓｉ基板表面にＣＶＤ法により厚さ
１μmの窒化珪素薄膜を作成し、フォトリソグラフィー
技術により、図１における（ｂ）に示す形状に加工し
た。次に、カンチレバー１６０の固定端１６０ｂとなる
部分の窒化珪素薄膜にガラス基板１００を陽極接合法に
より接着し、Ｓｉ基板をエッチングにより除去した。さ
らに、窒化珪素薄膜２とガラス基板１００との接着面と
は反対の面に、厚さ５０ｎｍのＣｒ薄膜と、厚さ１００
ｎｍのＰｔ薄膜を順次スパッタリング法により作成し導
電性薄膜３を形成した。次に、真空蒸着によりカンチレ
バー１６０の自由端１６０ａ側の先端約３０μｍの領域
に膜厚１０００オングストロームのＩｎからなる低融点
金属薄膜４を形成し、形成された低融点金属薄膜４上に
光学顕微鏡下でタングステンプローブを用いて大きさが
３０μｍのテトラポッド上の酸化亜鉛からなる導電性針
状結晶５を付着させた。その後、カンチレバー１６０の
自由端１６０ａ側の先端部近傍を加熱し、形成された低
融点金属薄膜４を溶融させ、針状結晶５の一部分を溶融
した低融点金属薄膜４に接触させた。この状態で、低融
点金属薄膜４を冷却固化させることにより、針状結晶５
がカンチレバー１６０に固定され、探針１が完成した。
低融点金属薄膜４の膜厚としては、１０ｎｍ以上２０μ
ｍ以下の範囲であれば、針状結晶５をカンチレバー１６
０に充分に（強固に）固定することができることが確認
された。

【００１１】＜実施例２＞なお、上記真空蒸着による場
合の他、メッキ処理によっても低融点金属薄膜４を形成
することができた。また、低融点金属薄膜４を溶融する
ための加熱方法としては、カンチレバー１６０の自由端
１６０ａ側を直接熱源に近づける（又はその逆）方法の
他、針状結晶５と低融点金属薄膜４が接触している部分
に電子ビームを照射し、電子ビームが照射された部分を
局部的に加熱溶融するようにしても同様の結果が得られ
た。

【００１２】＜実施例３＞以上のように構成された本発
明に係る探針を用いた走査トンネル顕微鏡／原子間力顕
微鏡複合機の一実施例を、図２を用いて説明する。図２
において、導電性試料台７は絶縁性試料台８に固定され
ており、絶縁性試料台８はチューブ型圧電体からなる３
次元試料駆動装置９の上に固着されている。また、試料
６は導電性試料台７に載置されている。探針１は試料６
に対向するように固定されており、試料６が３次元試料
駆動装置９により移動されることにより、探針１が相対
的に試料６の表面を走査する。探針１の上部にはレーザ
ー光源１０が設けられており、レーザー光源１０から照
射されたレーザー光はカンチレバー１６０の背面で反射
され、２分割フォトダイオード１１に入射する。針状結
晶５に流れる電流は金属薄膜３を介して外部に取り出さ
れる。試料６は導電性試料台７に電気的に接続され、電
圧発生装置１２からの電圧印加により探針５と試料６と
の間に流れるトンネル電流は電流測定装置１３により検
出される。カンチレバー１６０のたわみは、レーザー光
源１０と２分割フォトダイオード１１とで構成された光
てこ方式の微小変位計測機構により検出される。電流測
定装置１３の出力またはカンチレバー１６のたわみ量に
応じたフォトダイオード１１の出力は位置制御装置１４
に入力される。位置制御装置１４は、電流測定装置１３
の情報またはカンチレバー１６０のたわみ量に応じたフ
ォトダイオード１１の出力により３次元試料駆動装置９
を駆動し、試料６の位置を例えば垂直方向（Ｚ軸方向）
にフィードバック制御するとともに、コンピューター１
５からの情報により３次元試料駆動装置９を駆動し、試
料６の位置を例えば水平方向（Ｚ軸方向に垂直なＸ軸方
向及びＹ軸方向）にラスター走査する。コンピュータ１
５は、試料６の表面上の多数の測定点におけるカンチレ
バー１６０のたわみ量や試料６のＺ軸方向の制御量（変
移量）などを取り込み、それらのデーターを濃淡表示や
グラフ表示する。この顕微鏡は大気中においても動作さ
せることができるが、清浄試料表面のより詳細な情報を
得る場合は超高真空中でも動作させることができる。こ
の走査トンネル顕微鏡／原子間力顕微鏡複合機でグラフ
ァイトのへき開面を観察したところ、走査トンネル顕微
鏡モードにおいても、原子間力顕微鏡モードにおいても
きわめてノイズの少ない鮮明な原子像が得られることが
確認された。

【００１３】＜実施例４＞次に、本発明の探針を用いた
微細加工装置の一実施例について説明する。図２に示す
走査トンネル顕微鏡／原子間力顕微鏡複合機において、
電圧発生装置１２としてパルス発生装置を用いた。試料
６と探針１との間に常に約１×１０^ー9Ｎの斥力が生じる
ように、試料６であるグラファイトの表面を探針１に接
近させ、フォトダイオード１１の出力を位置制御装置１
４に取り込み、３次元試料駆動装置９により試料６と探
針１との間のＺ軸方向の距離をフィードバック制御し
た。この条件で、コンピュータ１５によりＸ軸及びＹ軸
方向に試料６を走査するとともに、試料６の表面上の所
望の位置において電圧発生装置１２により、探針１に電
圧−４Ｖ、時間５ｍｓのパルス電圧を印加した。その
後、通常の原子間力顕微鏡モードにより表面を観察した
ところ、その位置に直径１０ｎｍ、深さ２ｎｍの穴が加
工されていることが確認された。本発明の探針１は、そ
れ自体が導電性を有し、かつ機械的及び電気的に安定で
あるため、例えば図４における（ｂ）に示した従来の誘
電体探針の表面を導電性薄膜で被覆した探針を用いた場
合と比較して、長時間使用しても探針の針先部の摩耗に
よる加工穴の増大や、加工確率の低下は見られず、安定
性、加工精度の高い微細加工装置を実現できることがわ
かった。

【００１４】＜実施例５＞次に、本発明の探針を用いた
記録再生装置の一実施例の構成及び動作を図３を用いて
説明する。図３において、記録媒体２３はシリコン基板
２２の上に形成されている。シリコン基板２２は回転駆
動可能な金属製の円盤２１上に配置され、この円盤２１
を介して外部に電気的に接続されている。また、円盤２
１は圧電体微動装置２７に取り付けられており、圧電体
微動装置２７を駆動することにより、円盤２１上に配置
された基板２２を針状結晶の針先部２４に対してＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対的に移動させる。記録媒体２３と
して、厚さ０．１μｍのフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）と
トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）との７：３の共重合
体薄膜を用いた。この記録媒体２３は、比抵抗が０．０
１Ω・ｃｍのシリコン基板２２の上に、溶媒としてヂメ
チルホルムアミドを用いスピンコート法によって作成し
た。

【００１５】探針１は薄膜カンチレバー３２及び針状結
晶の針先部２４等で構成されている。薄膜カンチレバー
３２は、厚さ０．５μｍ、長さ２００μｍ、幅４０μｍ
の矩形状窒化珪素薄膜２６と、Ｃｒ（３０ｎｍ）／Ｃｕ
（２００ｎｍ）／Ａｕ（８０ｎｍ）の積層薄膜構造の導
電性薄膜２５とで構成されている。針先部２４は、長さ
１０μｍの酸化亜鉛の針状結晶である。針先部２４はＩ
ｎ−Ｓｎ合金薄膜により薄膜カンチレバー３２の自由端
近傍に固定されている。なお、針先部２４として用いた
酸化亜鉛の針状結晶の比抵抗は数Ω・ｃｍである。この
構成により、後述する赤色発光半導体レーザー２８から
照射されるレーザー光を反射することができると共に、
探針１（又は針先部２４）に電圧を印加し、記録媒体２
３に誘起される電圧を測定することができる。

【００１６】赤色発光半導体レーザー２８及び２分割フ
ォトダイオード２９はカンチレバー３２の背面にレーザ
ー光を照射し、その反射光を検出するためのものであ
り、光テコを構成している。そして、この光テコにより
カンチレバー３２の変位（たわみ量）を測定し、カンチ
レバー３２のバネ定数から換算される力を検出すること
により、探針１の針先部２４と記録媒体２３との間に働
く力を検出する。また、赤外光半導体レーザー３０は記
録媒体２３の表面上の探針１の針先部２４と接触する部
分にレンズ３１を介して赤外光を照射し、記録媒体２３
に電圧を誘起させるためのものである。また、圧電体微
動装置２７は、前述のように記録媒体２３の表面に垂直
な方向（Ｚ軸方向）と、記録媒体２３の移動方向（Ｘ軸
方向）とＺ方向の双方に直交する方向（Ｙ軸方向）に探
針１の位置を制御する。

【００１７】以上のように構成された記録再生装置を用
いた情報の書き込み操作について説明する。まず、探針
１の下での記録媒体２３の移動速度が１ｃｍ／ｓｅｃと
なるように円盤２１を回転させる。次に、赤色発光半導
体レーザー２８からカンチレバー３２の背面にレーザー
光を照射し、その反射光を２分割フォトダイオード２９
で検出し、探針１の針先部２４と記録媒体２３の表面と
の間に作用する力を検出する。この力が一定（約１×１
０^-9Ｎ）となるように、圧電体微動装置２７を用いて探
針１の相対的高さ（Ｚ軸方向における針先部２４の先端
と記録媒体２３の表面との距離）をフィードバック制御
する。この状態で、探針１の針先部２４に電圧３０Ｖ、
時間５μｓｅｃのパルス電圧を１０μｓｅｃごとに数回
印加する。このように、記録媒体２３の微小領域に電界
を印加し、記録媒体２３の誘電分極方向を制御すること
により、情報の書き込みを行う。なお、このように小さ
な斥力が働く領域で動作させることにより、探針１の針
先部２４と記録媒体２３との間に作用する摩擦力を小さ
くすることができる。その結果、記録再生速度を高める
ことができる。

【００１８】次に、記録媒体２３に書込まれた情報の読
み出し操作について説明する。赤外光半導体レーザー３
０を用いて、チョッピング周波数１ＭＨｚの赤外レーザ
ー光パルスを、探針１の針先部２４と記録媒体２３とが
接触している部分に照射する。赤外レーザー光パルスの
照射により記録媒体２３に誘起される電圧（焦電効果）
を、針先部２４を介して導電性薄膜２５の電圧として測
定する。赤外レーザー光パルスの照射面積は、１つの信
号が記録されている面積より十分大きくても問題はない
ため、直径約５００μｍとした。導電性薄膜２５の電圧
をロックインアンプによって検出したところ、情報が記
録されていない部分では数μＶ以下であったが、情報を
記録した部分では数十μＶであった。また、書き込み時
の電界の方向によって、誘起電圧の極性が反転して検出
された。なお、導電性薄膜２５からの出力を高感度電流
電圧変換器に導入すれば、電流値の変化によっても情報
の読み出しを行うことができる。また、情報が記録され
ている部分は直径約８０ｎｍの領域であることが分かっ
た。このことは、直径８０ｎｍの微小な領域に１つの情
報を書き込み、かつ、読み出すことができ、超高密度の
記録再生を行うことができることを意味している。赤外
光は可視光よりも吸収され易いため、情報の読み出しに
赤外光を用いた場合、可視光を用いた場合よりも高感度
が得られた。

【００１９】この実施例においては、記録媒体に誘電体
薄膜を用い、誘電特性の局所的な変化を利用して記録再
生を行う場合を説明した。しかし、本発明に係る探針
は、針先部２４として機能する針状結晶を低融点金属薄
膜を用いてカンチレバーの自由端部近傍に固定するよう
に構成されているため、機械的及び電気的特性に優れ、
かつ安定している。また、記録媒体として磁気光学材
料、結晶相変化材料、グラファイトなどの層状結晶など
を用いた場合でも、当該探針を用いた本発明の記録再生
装置はＳ／Ｎ比が高く、長期間に渡り安定に動作させる
ことができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、導電性
薄膜又は導電性物質で被覆された誘電体薄膜からなるカ
ンチレバーの先端に低融点金属薄膜を形成し、導電性針
状結晶を低融点金属薄膜を溶融・冷却することにより固
定するように構成したので、一種の接着剤である低融点
金属の導電性により、探針全体を金属薄膜で被覆する必
要がなくなり、その結果、針先部の曲率が大きくなるこ
とはない。また、接着剤としての低融点金属を介して針
状結晶とカンチレバーとが電気的に接続されるため、電
気的接続が安定するという効果を有する。さらに、接着
剤としての低融点金属薄膜の機械的強度により、針状結
晶がカンチレバーから外れることもないという効果を有
する。また、このように構成された探針を記録再生装置
や微細加工装置に用いることにより、長期間にわたり安
定して情報の記録再生を行うことができると共に、所望
する形状に材料を微細加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の操作型探針顕微鏡用探針の一
実施例の構成を示す側面図、（ｂ）はその平面図

【図２】本発明の探針を用いた走査型探針顕微鏡の一実
施例の構成を示す側面図

【図３】本発明の探針を用いた記録再生装置の一実施例
の構成を示す斜視図

【図４】（ａ）は従来の原子間顕微鏡用の探針を示す側
面図、（ｂ）は従来の記録再生装置又は微細加工装置用
の探針を示す側面図

【符号の説明】

１：探針２：誘電体薄膜３：導電性薄膜４：低融点金属薄膜５：針状結晶６：試料７：導電性試料台８：絶縁性試料台９：３次元試料駆動装置１０：レーザー光源１１：２分割フォトダイオード１２：電圧発生装置１３：電流測定装置１４：位置制御装置１５：コンピュータ１００：ガラス基板１６０：カンチレバー１６０ａ：自由端１６０ｂ：固定端２１：円盤２２：シリコン基板２３：記録媒体２４：針先部２５：導電性薄膜２６：誘電体薄膜２７：圧電体微動装置２８：赤色半導体レーザ２９：２分割フォトダイオード３０：赤外光半導体レーザー３１：レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性物質で被覆された誘電体薄膜又は
導電性薄膜からなるカンチレバーと、前記カンチレバー
の先端に設けられた低融点金属薄膜と、前記低融点金属
薄膜により前記カンチレバーの先端部に固定された導電
性針状結晶とを具備する走査型探針顕微鏡用探針。
【請求項２】被覆用導電性物質は、金、白金及びニッ
ケルから選ばれる少なくとも１つを主成分とすることを
特徴とする請求項１記載の走査型探針顕微鏡用探針。
【請求項３】導電性針状結晶は、酸化亜鉛、セレン化
亜鉛、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、酸化錫、酸
化インジウム、遷移金属及びIII−Ｖ属化合物半導体か
ら選ばれる少なくとも１つからなることを特徴とする請
求項１又は２記載の走査型探針顕微鏡用探針。
【請求項４】低融点金属薄膜は、亜鉛、錫、インジウ
ム、ガリウム及び鉛から選ばれる少なくとも１つを主成
分とすることを特徴とする請求項１、２又は３記載の走
査型探針顕微鏡用探針。
【請求項５】導電性薄膜又は導電性物質で被覆された
誘電体薄膜からなるカンチレバーの先端に低融点金属薄
膜を形成する第１の工程と、前記カンチレバーの先端に
融着させた前記低融点金属薄膜を加熱溶融させ、導電性
針状結晶の一方の端を前記低融点金属により前記カンチ
レバーに接着する第２の工程とを具備する走査型探針顕
微鏡用探針の製造方法。
【請求項６】被覆用導電性物質は、金、白金及びニッ
ケルから選ばれる少なくとも１つを主成分とすることを
特徴とする請求項５記載の走査型探針顕微鏡用探針の製
造方法。
【請求項７】導電性針状結晶は、酸化亜鉛、セレン化
亜鉛、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、酸化錫、酸
化インジウム、遷移金属及びIII−Ｖ属化合物半導体か
ら選ばれる少なくとも１つからなることを特徴とする請
求項５又は６記載の走査型探針顕微鏡用探針の製造方
法。
【請求項８】低融点金属薄膜は、亜鉛、錫、インジウ
ム、ガリウム及び鉛から選ばれる少なくとも１つを主成
分とすることを特徴とする請求項５、６又は７記載の走
査型探針顕微鏡用探針の製造方法。
【請求項９】低融点金属薄膜は真空プロセス又はメッ
キプロセスにより形成されることを特徴とする請求項５
から８のいずれかに記載の走査型探針顕微鏡用探針の製
造方法。
【請求項１０】低融点金属薄膜の厚さは１０ｎｍ以上
２μｍ以下であることを特徴とする請求項５から９のい
ずれかに記載の走査型探針顕微鏡用探針の製造方法。
【請求項１１】第２の工程は、カンチレバーの先端に
形成した低融点金属薄膜を加熱溶融し、溶融した低融点
金属薄膜の上に導電性針状結晶の一部を接触させた後、
冷却固化する操作を含むことを特徴とする請求項５から
１０のいずれかに記載の走査型探針顕微鏡用探針の製造
方法。
【請求項１２】第２の工程は、カンチレバーの先端に
融着した低融点金属薄膜の上に導電性針状結晶を付着さ
せた後、前記低融点金属薄膜を加熱溶融し、前記針状結
晶の一部が前記低融点金属薄膜に埋接触した状態で冷却
固化する操作を含むことを特徴とする請求項５から１０
のいずれかに記載の走査型探針顕微鏡用探針の製造方
法。
【請求項１３】低融点金属薄膜に電子ビームを照射
し、前記低融点金属薄膜の加熱溶融を行うことを特徴と
する請求項５から１２のいずれかに記載の走査型探針顕
微鏡用探針の製造方法。
【請求項１４】導電性物質で被覆された誘電体薄膜又
は導電性薄膜からなるカンチレバーと、前記カンチレバ
ーの先端に設けられた低融点金属薄膜と、前記低融点金
属薄膜により前記カンチレバーの先端部に固定された導
電性針状結晶とを具備する探針を用いた記録再生装置。
【請求項１５】被覆用導電性物質は、金、白金及びニ
ッケルから選ばれた少なくとも１つを主成分とすること
を特徴とする請求項１４記載の記録再生装置。
【請求項１６】導電性針状結晶は、酸化亜鉛、セレン
化亜鉛、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、酸化錫、
酸化インジウム、遷移金属及びIII−Ｖ属化合物半導体
から選ばれた少なくとも１つからなることを特徴とする
請求項１４又は１５記載の記録再生装置。
【請求項１７】低融点金属は、亜鉛、錫、インジウ
ム、ガリウム及び鉛から選ばれた少なくとも１つを主成
分とすることを特徴とする請求項１４、１５又は１６記
載の記録再生装置。
【請求項１８】導電性物質で被覆された誘電体薄膜又
は導電性薄膜からなるカンチレバーと、前記カンチレバ
ーの先端に設けられた低融点金属薄膜と、前記低融点金
属薄膜により前記カンチレバーの先端部に固定された導
電性針状結晶とを具備する探針を用いた微細加工装置。
【請求項１９】被覆用導電性物質は、金、白金及びニ
ッケルから選ばれた少なくとも１つを主成分とすること
を特徴とする請求項１８記載の微細加工装置。
【請求項２０】導電性針状結晶は、酸化亜鉛、セレン
化亜鉛、シリコン、ゲルマニウム、炭化珪素、酸化錫、
酸化インジウム、遷移金属及びIII−Ｖ属化合物半導体
から選ばれた少なくとも１つからなることを特徴とする
請求項１８又は１９記載の微細加工装置。
【請求項２１】低融点金属は、亜鉛、錫、インジウ
ム、ガリウム及び鉛から選ばれた少なくとも１つを主成
分とすることを特徴とする請求項１８、１９又は２０記
載の微細加工装置。