JPH0783942A

JPH0783942A - 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: JPH0783942A
Application number: JP23140193A
Authority: JP
Inventors: Takao Toda; 隆夫任田; Shinichi Yamamoto; 伸一山本; Hiroyuki Kado; 博行加道; Osamu Kusumoto; 修楠本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-31

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
近傍に導電性針状結晶５を低融点金属４により接着す
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。また、使用中に針
先部１６ｂの金属被覆が摩耗し、電気的接続が不安定に
なるという問題点を有していた。従って、このような探
針を用いて微細加工を行った場合、所望する加工形状が
得られないという問題点を生じる。また、このような探
針を用いて情報の記録再生を行った場合、信号のＳ／Ｎ
比が低下するという問題点を生じる。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、Ｓ／Ｎ比が高
く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
バーと、前記カンチレバーの先端に低融点金属により接
着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】一方、本発明の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を加
熱融着させる第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、第１の工程は、加熱溶
融した低融点金属中にカンチレバー先端を浸漬させるこ
とを含むことが好ましい。または、第１の工程は、加熱
したカンチレバー先端に低融点金属の微小片を載置し、
前記カンチレバー先端に低融点金属を融着させることを
含むことが好ましい。または、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を加熱溶融し、溶融し
た低融点金属の上に導電性針状結晶の一部を埋設した
後、冷却固化する操作を含むことが好ましい。または、
第２の工程は、カンチレバーの先端に融着した低融点金
属の上に導電性針状結晶を付着させた後、前記低融点金
属を加熱溶融し、前記針状結晶の一部が前記低融点金属
に埋設された状態で冷却固化する操作を含むことが好ま
しい。

【０００６】また、本発明の記録再生装置は、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
チレバーと、前記カンチレバーの先端に低融点金属によ
り接着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。

【０００７】さらに、本発明の微細加工装置は、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
ンチレバーと、前記カンチレバーの先端に低融点金属に
より接着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。

【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、導電性針状結晶を
低融点金属により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り、その結果、針先部の曲率が
大きくなることもない。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。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４により針状結晶５がカンチレバー１
６０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４はＩｎからなる
が、他に、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、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
ことができた。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た。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１６０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、Ｉｎを石英シャーレに入
れ、約１７０℃に加熱溶融し、カンチレバー１６０の先
端約３０μmをＩｎ中に浸漬した。約２秒後、Ｉｎ中か
ら取り出すことによりカンチレバー先端にＩｎからなる
低融点金属４を融着させた。次に、カンチレバー１６０
の先端に融着した低融点金属４の上に、光学顕微鏡下で
タングステン探針を用いて、大きさが３０μmのテトラ
ポッド形状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の先端を加熱して
低融点金属４を溶融し、針状結晶５の一部を溶融した低
融点金属４に埋設させる。この状態で低融点金属４を冷
却固化することにより、針状結晶５がカンチレバー１６
０に固定され、探針１が完成した。

【００１１】＜実施例２＞カンチレバー１６０の自由端
１６０ａに低融点金属４を融着させる他の方法として、
カンチレバー１６０の自由端１６０ａの近傍をホットプ
レート上で約１８０℃に加熱し、タングステン探針を用
いて２０μm程度の大きさのＩｎなどの低融点金属の微
小片を載置し、カンチレバー先端に低融点金属４を融着
させる方法も可能であった。また、カンチレバー１６０
の自由端１６０ａの近傍に融着した低融点金属４の上に
導電性針状結晶５を付着させる他の方法として、ホット
プレート上でカンチレバー１６０を加熱し、自由端１６
０ａ近傍に融着させた低融点金属４を溶融する。そし
て、タングステン探針の先端に大きさが３０μmのテト
ラポッド形状の酸化亜鉛針状結晶５が付着させ、タング
ステン探針を操作して針状結晶５の一部を溶融した低融
点金属４に埋設させる。その状態で低融点金属４を冷却
固化することにより、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。

【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２
１を介して外部に電気的に接続されている。記録媒体２
３として、厚さ０．１μｍのフッ化ビニリデン（ＶＤ
Ｆ）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
０．０１Ω・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２３に
誘起される電圧を測定することができる。

【００１６】探針１は圧電体微動装置２７に取り付けら
れている。圧電体微動装置２７は、赤色発光半導体レー
ザー２８、２分割フォトダイオード２９及び赤外光半導
体レーザー３０等とともにトラッキングサーボ機構３１
に取り付けられている。トラッキングサーボ機構３１
は、探針１及び圧電体微動装置２７等をＹ軸方向に大き
く移動させるためのものである。また、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、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
位置を制御するためのものである。

【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の高さ（Ｚ軸方向における位置）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３０
Ｖ、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が接触している部分
の記録媒体２３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を
用いてカンチレバーの自由端部近傍に接着するように構
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、導電性針状結晶を低融点金属によ
り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
情報の記録再生時のＳ／Ｎ比を高く維持することができ
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：ガラス基板２：誘電体薄膜３：導電性薄膜４：低融点合金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１０１１：２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：トラッキングサーボ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者楠本修大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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と、前記カンチレバー
の先端に低融点金属により接着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を
加熱融着させる第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】第１の工程は、加熱溶融した低融点金属
中にカンチレバー先端を浸漬させることを含むことを特
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１０】第１の工程は、加熱したカンチレバー
先端に低融点金属の微小片を載置し、前記カンチレバー
先端に低融点金属を融着させることを含むことを特徴と
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１１】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を加熱溶融し、溶融した低融点金属
の上に導電性針状結晶の一部を埋設した後、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の上に導電性針状結晶を付着させた
後、前記低融点金属を加熱溶融し、前記針状結晶の一部
が前記低融点金属に埋設され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１３】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と、前記カンチレバ
ーの先端に低融点金属により接着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１４】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１３記載の記録再生装置。
【請求項１５】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１３又は１４記載の記録再生装置。
【請求項１６】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１３、１４又は１５記
載の記録再生装置。
【請求項１７】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と、前記カンチレバ
ーの先端に低融点金属により接着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１８】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１７記載の微細加工装置。
【請求項１９】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１７又は１８記載の微細加工装置。
【請求項２０】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１７、１８又は１９記
載の微細加工装置。