JPH03504762A - 集積方式の走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 集積方式の走査型トンネル顕微鏡 アメリカ合衆国政府は、この発明について支払い済の実施権を保有し、限られた 条件のもとでは、海軍省との間の契約番号第Ｎ０００１４−８４−に−０６２４ 号に基づく期間として定められる合理的な期間にわたり、他人に実施権を許諾す ることを特許権者に対し要求できる。

発明の背景 発明の分野 本発明は、走査型トンネル顕微鏡の分野に関し、とくに集積方式の分野に関する 。

走査型トンネル顕微鏡は、ＩＢＭの研究者チーム（ピニングおよびローラー）に より最初に発明された。走査型トンネル顕微鏡の基本的な概念は、先端寸法が１ アトムという寸法オーダーの非常に先鋭な導電性先端部を導電性表面に接近して 配置することである。先端部が、導電性表面に非常に接近して、すなわち数アト ム直径（約５オンゲストロム）の間隙内に配置されると、該先端部と表面との間 にトンネル電流が流れる。すなわち、先端部内の原の電子の確率関数と重なる。

その結果、これら２つの導電体間に適当なバイアス電圧が与えられていれば、ト ンネル作用が発生して、先端部と表面との間に電子流が流れる。

トンネル電流の強さは、先端部と表面との間の距離の指数関数である。先端部と 表面との間の距離が僅か１オンゲストロム増加するだけで、電流はｌＯの割合で 減少する。−例を挙げると、先端部がたとえば数オンゲストロムの間隙にあると きに、１００ミリボルトのバイアス電圧を与えると、１ナノアンペアの電流を形 成できる。

このトンネル電流現象は、表面の像を撮るのに使用できる。そのためには、先端 部は表面に対して非常に接近して配置せねばならず、かつ先端部と表面との間の 相対距離を保持しながら該先端部をラスク走査のような方法で動かさねばならな い。表面の最も高い点においても該先端部と表面との間の相対距離を一定に維持 するために、先端部は表面の形状に追従するように上下に動かさねばならない。

一定の電流値を維持するには、この距離をトンネルオーバーラツプ距離となるよ うに正確に保持せねばならない。

先端部が表面の形状を横切って走査されるとき、先端部の運動の軌跡を記録する ことにより表面形状の像が形成できる。この先端部の運動の軌跡を得る典型的な 方法としては、先端部と表面との間に一定の距離を保持するように該先端部を動 かすために設けられる圧電トランスデユーサの電圧変化を記録する方法がある。

たとえば、先端部の距離を制御する装置により先端部と表面の間に流れる電流を モニターし、先端部トランスデユーサ表面の間に流れる電流が安定するように、 先端部を動かすための装置を制御する。このように、電流の変化がこの電流変化 に対向する先端部と表面の間の距離の変化を生じ、電流を定常値に安定させる。

したがって、表面の上方の先端部の高さが電流値を一定に維持するように調節さ れることになり、先端部移動機構に与えられる信号の変化が表面の形状の変化を 表すことになる。

走査型トンネル顕微鏡の技術の現状を表す論文集がｒｌＢＭジャーナル・オブ・ リサーチ・アンド・デベロップメント」第３０巻第４号の３５３ページないし４ ４０ページに発表されている。このジャーナルの３５３ページないし３６９ペー ジに掲載されたピニングおよびローラーによる「装置型トンネル顕微鏡」と題す る論文では、３脚型圧電素子を使用する走査型トンネル顕微鏡が第２図に示され ている。この３脚構造は、接合部において結合された材料からなる３本の圧電素 子棒から構成され、各棒はそれぞれ平行座標の１つの軸に沿って広がりあるいは 収縮するように配置されている。先端部は３本の棒の接合部に装着されている。

先端部は、粗位置決め装置により表面の近傍に置かれる。次いで、３脚型圧電構 造が先端部を表面に沿って走査させ、該表面の像を形成する。１８Ｍジャーナル ・オブ・リサーチ・アンド・デベロップメントにおける論文集は、走査型トンネ ル顕微鏡が大型の装置により実現されることを示している。

集積方式の走査型トンネル顕微鏡を教示する文献もある。この文献は、１９８５ 年７月３日に出願されたヨーロッパ特許出願第８５１０２５５４、４に基づき１ ９８６年９月１７日に公告されたヨーロッパ特許出願公告番号第０１９４３２３ ＡＩである。この特許出願は、半導体チップにエツチングによりスロットを設け て中央部に片持ち梁を形成した一体型の走査型トンネル顕微鏡を開示している。

スロットは、互いに直交する方向にエツチング形成され、中央部分は、スロット により形成される帯状部とそれに対向する壁との間に発生する静電気力によりＸ 方向およびＹ方向に動かされる。中央部から突出するように先端部が形成され、 この先端部は静電気力によりＺ方向に動かすことができる。先端部の運動にとっ て最大の正確さを達成するためには、静電気力は理想的なものではない。また、 このヨーロッパ特許出願において説明された走査型トンネル顕微鏡は、製造が困 難である。

このように、集積方式の走査型トンネル顕微鏡で圧電手段を先端部移動の手段と して採用することが望まれている。

発明の要約 本発明の教示によれば、新規な構造の集積型圧電トランスデユーサおよび先端部 に必要な運動を行わせるためにこの圧電トランスデユーサを使用する集積方式の 走査型トランスデユーサ顕微鏡の両方が開示される。圧電トランスデユーサは、 バイモルフ技術を使用する。

圧電トランスデユーサの一つの態様では、後工程で除去されることになるスペー サ材料の層が、シリコンまたは他の基体の表面の上に置かれる。次いで導電材料 の層がスペーサ層の上に形成され、３つの電極を別々に形成するようにパターン が描かれる。次に、３つの電極の上に圧電材料の層が形成され、該圧電材料の層 の上に他の導電材料の層が形成される。さらに、この中間導電体の上に第２の圧 電材料層が形成される。最後に、第２の圧電材料層の上に第３の導電材料層が形 成され、最下層の導電層の３つの電極に重なるように３つの電極が別々に形成さ れる。その後で、最上層の導電層の中央電極の上に先鋭な導電性先端部が形成さ れる。この先端部は、遮蔽マスクを介して蒸着を行うことにより形成される。蒸 着は、中央の最上方電極の上に、直径が減少し続ける蒸着材料からなる円錐形部 を形成する。直径が減少し続ける形状は、遮蔽マスクに堆積する材料が先端部形 成点の上方でマスクの穴からゆっくりと離れていくことにより形成される。

上述の構造が形成された後、圧電材料の両側部がエツチングにより除去され、バ イモルフ層が形成される。このエツチングにより、中央電極を完全に包むほど圧 電材料が両側に充分に残るようにする。この圧電材料のエツチングは、最初にチ タニウム・タングステン金属の層を形成し、この層をエツチング用マスクとして 作用できる形状にすることにより行われる。この金属層は、通常の写真リゾグラ フ技術を使用して圧電材料の縁の位置を決めることにより行われる。金属のエツ チングマスクを形成した後、金属のエツチングマスクを案内として酸化亜鉛から なる圧電材料をエツチングする。良好な解像力でエツチングを行うことができる 他の圧電材料を使用する場合には、金属のエツチングマスクのための層形成およ びパターン形成の工程は省略してもよい。酸化亜鉛は良好な解像力でエツチング できない圧電材料である。酸化亜鉛材料をエツチングする場合には、金属のエツ チング用マスクを形成する工程が解像力を大幅に改善する。ここで「解像力」と いう用語は、酸化亜鉛の縁の位置を制御できる程度の意味に用いる。

圧電材料をエツチングした後、構造物全体の下にあるスペーサ材料を除去する。

このスペーサの除去は、片持ちのバイモルフが基体に取り付けられる位置まで行 う。このスペーサ材料の除去により、バイモルフ片持ち梁が形成され、このバイ モルフ片持ち梁は基体への取り付は点から基体上を延び、該バイモルフの底部と 基体の上面との間に空間が形成される。これにより、バイモルフは圧電材料の影 響のもとで、基体の面に対して直角に上下動して先端部を動かすことができるよ うになる。この態様では、４対の電極と２対の圧電材料層が形成されるので、先 端部の３軸方向の運動が可能になる。

ここに述べた構造を作動させて先端部にラスク走査運動を行わせるためには、種 々の電圧の組み合わせを、中央電極と、底部および上部電極層上の外側電極とに より形成される４対の電極に与える。これらの４対の電極に与える電圧を適当に 制御することにより、先端部は平行座標の３つの軸のどの方向にも動かすことが できるようになる。

他の実施例において、前述のように形成された２対の電極だけを除く２つのピエ ゾ層を有する２つのバイモルフ構造は、それらのアタッチメント点から基板に広 がるように、そして互いに直交し、その交点で接合されているように作られる。

これらの２つのバイモルフはカルテシアン座標系の３つの軸のそれぞれに沿って 交点を移動するための単一のバイモルフに対して上述の方法と同様な方法で制御 される。他の実施例において、２つの導電性チップはバイモルフの端に形成され 、電極に印加された電圧が上手に扱われるので、バイモルフのチップは各々のチ ップに対して独立したＺ軸運動と２つのチップに対し同期したＸとＹ運動を与え るために回転する。

上述のバイモルフ圧電トランスデユーサ構造を形成する方法の他の好ましい実施 例は、上述のようなスペーサ材料を用いずに、しかしウェハーの裏側から片もち ぼりバイモルフの表面下を通して、エツチングによって基板からバイモルフの片 もちばりを自由にするためにシリコン基板上に直接多層構造を形成することであ る。

本発明の技術による走査トンネル型顕微鏡は、バイモルフチップ移動構造を製造 するため、ここに記載されたいずれかの方法を用いることによって、そして例え ばバイモルフが走査される導電性の表面に接触している他のウェハーを集積化し ている基板に取りつけることによって、走査される導電性の表面に十分接近して チップを置くことによって作られる。公知の制御回路はトンネル電流を感知し、 そしてバイモルフの電極に印加された電圧を制御するための半導体材料であるな ら、どちらの基板上に集積されてもよい。

ここで述べられている集積形態における走査トンネル型顕微鏡は原子レベルで原 子スケールのりソグラフイと質量保存をイメージすることを含む多くのポテンシ ャル応用を有している。非常に高密度の質量保存システムはチップに隣接して形 成された導電面のラスター走査表面内で個々の「セル」を定めることによって、 この構造を用いて作られる。各々のセルは１つのメモリロケーションを構成する 。１を形成する各セル内に走査トンネル型顕微鏡によって検出される充分な大き さの分子を置くことによって、また０を形成するセル内にこの分子を置かないこ とによって、各々のメモリロケーションは１又は０として書かれる。この表面上 を走査トンネル型顕微鏡が走査するに従って、分子が置かれているこれらのセル は、チップが分子上を通過するにつれて安定したトンネル電流を維持する表面か らチップがその制御システムによって移動させられる毎に読まれる。特に、分子 は他の滑らかな表面に「ヒル（ｈｉｌｌ）　Ｊを形成する。このヒルはチップと 分子の頂きの間の距離を増加させ、それによってトンネル電流が増加する。

制御システムはこの増加を検出し、バイモルフの片もちぼりに適当な電圧を送り 、システムが計測する一定レベルにトンネル電流を下げるため、チップを表面か ら充分に遠ざけるようにする。バイモルフ電極に送られたこのチップの移動又は 電圧の変化が検出され、論理ｌとして読まれる。各々の新しいセルを通過するに 従って、他の回路はチップ位置のトラックと信号を維持する。従って、チップが 特別なセルを横切るにしたがって、チップのこの移動はｌとして読まれ、そして チップが他のセルを横切るにしたがって、移動がなければ、０として読まれる。

この質量保存システムは、原子のディメンジョンが非常に小さいため、美大な情 報記憶密度に対するポテンシャルを有している。

この走査トンネル型顕微鏡の画像への応用は、従来得られている以上の大きな解 像を有する原子スケールについての表面の特性を調べる能力を与える。これは研 究開発または品質制御目的のための種々の処理段階中に半導体基板の表面の試験 を可能にする。

数多くの他の応用がこの分野の知識を有する者によって可能となるであろう。

図面ぶり酊和猟渡咀 第１図は典型的な走査トンネル型顕微鏡システムのダイアクラムである。

第２（ａ）図及び第２（ｂ）図は、ＩＢＭによって発明された、先行技術である 個々の大規模走査トンネル型顕微鏡の斜視図である。

第３図乃至第１０図は、本発明の教示による走査トンネル型顕微鏡用のチップを 有する集積単一レバーバイモルフ片つりぼりの好ましい構造の制作の第１工程に おける中間段階のバイモルフ片つりぼりの横軸に沿った連続断面図である。

第１１図はバイモルフ片つりぼりの縦軸に沿った最終の走査トンネル型顕微鏡の 好ましい構造の断面図である。

第１２図は、本発明の教示による一つの片つりぼりの好ましいバイモルフ構造の 平面図である。

第１３図は、軸の移動がどのように達成されるかを説明するために用いられた一 つの片つりぼりバイモルフにおける４対の電極のダイアダラムである。

第１４図は、特別な軸における移動を達成するために印加された種々の電圧の表 である。

第１５図乃至第２０図は、本発明の教示による変形した２つのバイモルフ圧電ト ランスデユーサの１つのバイモルフをとおしての縦断面図である。

第２１図は、２つのバイモルフ実施例におけるバイモルフ構造の横断面図である 。

第２２図は、基板上に集積された制御回路を有しない本発明の２つのバイモルフ 実施例の平面図である。

第２３図乃至第３３図は、第１０図に示された好ましい構造成いは第２０図及び 第２２図に示された２つのアーム構造のいづれかを有する集積圧電トランスデユ ーサ及び走査トンネル型顕微鏡のための好ましい工程における中間段階の断面図 である。

第３４（８１図及び第３４（ｂ１図乃至第３６（ａ）図及び第３６（ｂ）図は第 １Ｏずの断面図に示された構造を有する単一のチップバイモルフで達成されるＸ ＳＹ及びＺ軸の形式を示す。

第３７（８１図及び第３７（ｂ）図は独立Ｚ軸移動と同期Ｘ、Ｙ移動を与える第 １Ｏ図に示した構造を有するバイモルフを用いている２チップ実施例において達 成される回転移動の形式を示す。

去鳳皿Ω肛凰笠脱肌 集積圧電トランスデユーサ、このトランスデユーサを用いた走査トンネル型顕微 鏡（ＳＴＭ）及びこれらの゛構造を得る方法の好ましい、そして変形実施例の詳 細を論する前に、ＳＴＭにおける先行技術の電流状態を調べるために、本発明の 教示を理解することが助けとなるであろう。第１図は本発明の教示による集積化 された先行技術の走査トンネル型顕微鏡システムを示している。第１図において 、地形上の形１２及び１４等を有する導電性表面ｌＯは導電性チップ１６によっ て走査される。このチップはその先端は非常に狭く、且つ先端１８において単一 の原子で完全に終端している。

この先端１８は圧電トランスデユーサ２０によって、導電性表面１０上を走査さ れる。この圧電トランスデユーサの目的はＸ−Ｙ面における複数のラスター走査 線を定めることによって、チップを表面上を走査することである。またトランス デユーサ２０はＺ軸に沿って、チップ１８とチップがある一定の距離にある地形 上の形の上部との間に距離を保つように、チップを前後に移動する。この距離は 通常約１〜ＩＯ人であり、チップ１８にある原子とチップがある地形上の形の上 部域にある原子のために、電子の確率密度関数の重なる範囲内になければならな い。チップと表面の間の距離が確率密度関数の重畳領域内（トンネル範囲一通常 １０Å以下）及びバイアス電圧がこの接合の両端に印加されている限り、トンネ ル電流はチップ１８と導電性表面の間を流れるであろう。このトンネル電流は矢 印■アによって表される。トンネル電流Ｉ７の大きさはチップと表面間の距離に 略関連している。トンネル電流の大きさは距離が大きくなると減少し、距離が小 さくなると増大する。このトンネル電流を流すために、バイアス電圧がバイアス 電源２２によって、チップＩ８と導電性表面ｌＯの間に印加される。電流センサ ２４はトンネル電流■１の大きさを感知し、トンネル電流工、の大きさに比例す るフィードバック信号をライン２６上に出力する。制御システム２８のフィード バック回路はこのフィードバック信号を受信し、そしてバス３０上に適当な圧電 トランスデユーサ駆動信号を発生し、比較的一定値のトンネル電流を維持するよ うに圧電トランスデユーサをチップ１６に移動するようにする。制御システムは またバス３０上に適当な圧電トランスデユーサ駆動信号を発生し、チップ１６を 導電性表面を横切ってラスター走査させるようにする。

第２図はＩＢＭによって開発され、上述のＩＢＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅ −５ｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔに開示された典型的走査型ト ンネル顕微鏡の概略図である。第２図は構造の機構の詳細を示す。顕微鏡先端Ｔ が第２（ａ）図に圧電三脚台（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）を有する資料Ｓの表面を走査 する。粗い位置決め器りが資料を三脚台の到達範囲内にもたらす。振動フィルタ ーシステムＰは外部振動から装置を保護する。一定のトンネル電流モードの操作 において、電圧Ｖｚが第２（ｂ）区内に示される制御ユニットＣＵによってＺ圧 電素子に与えられる。制御ユニットは、先端が制御電圧Ｖｘ及びｖｙを変えるこ とにより表面を横切る間、トンネル電流を一定に保つ。先端のトレースは、表面 の幾何形状と略類似する。資料表面の電子構造の不均一性はまた先端トレースに おいても構造を生成する。これは、資料の右半分に過剰の負電荷を有する２つの 表面原子として図示されている。

プロセスＮｏｌ 第３図を参照する。集積化走査型トンネル顕微鏡に集積化圧電トランスジューサ を使用するためのプロセスに於ける第１の数ステップの後の中間段階を表示する 集積化構造が示される。製造は基板３２から開始される。好ましくは、この基板 はシリコン又は集積化電子回路を形成するための他の基板であることが好ましい 。

しかしながら、この基板としては、化学的、機械的、及び熱的に、基板の頂部に 形成される材料と適合することの出来る他の材料を使用することが出来る。半導 体材料の基板３２を形成するために、圧電バイモルフによる先端の動きを引き起 こすのに使用される制御回路を、バイモルフと同じ基板上に形成することが好ま しい。

製造工程の第１段階は、片持梁によって支えられるべきバイモルフの位置の下に スペース層３４を堆積することにある。バイモルフは先端と反対側の端の基板に 取り付けられる。スペース材料がこの取り付は領域に形成されないようにする。

このスペーサ層は、後で取り除かれて、基板３２の最上表面（最大の正のＺ座標 ）とスペース層３４の頂部に形成される圧電バイモルフの下表面（最大の負のＺ 座標）との間に空間が設けられる。これは、圧電材料バイモルフをＺ軸方向に移 動するためのクリアランス空間を与える。好ましくは、スペーサ材料はチタン、 タンタル、タングステン又はポリイミドである。このスペーサ層は、基板３２の 材料又は上方の電極及び圧電材料層の材料を浸食しないで選択的にエッチするこ とのできる材料でなくてはならない。この種の材料は、クラス１グループの材料 と以下呼称される。他の層の材料を浸食することなしに選択することの出来る如 何なる材料も本発明を実行するために満足される。チタン／タングステン合金（ １０％Ｔｉ：９０％Ｗ）はクラス１材料であり、導電体がアルミであり、圧電材 料が酸化亜鉛である場合、過酸化水素水によってエツチングできる。ポリイミド が酸素プラズマによって選択的にエッチできるクラス１材料の他の例である。ス ペーサ層３４の厚さはバイモルフを負のＺ方向に移動するために十分な空間を与 えるのに適切でなければならない。

次に、導電的材料層がスペーサ層の頂部に堆積される。導電的材料のこの層は、 ホトリソグラフィーによってパターン化されてエッチされ、３つの電極３６．３ ８及び４０を形成する。これらの電極の目的は、全体の構造が詳細にされた後、 明瞭になる。電極３８は、図中に於いて電極３６及び４０よりもより狭く示され ているが、実際は電極３６．３８及び４０は通常全て同じ大きさを有しているこ とに注意する。しかしながら、このことは必ずそうしなければならないとういう ことではない。電極３６．３８が形成される導電層は好ましくはアルミであり、 ０、ｌから１．０μ厚に堆積されるのが好ましい。電極３Ｇ及び４０がパターン 化されて、約３μ幅にエッチされる。

第４図を参照する。圧電材料の第１の層が堆積された後集積化圧電走査型トンネ ル顕微鏡の製造の他の中間工程が示されている。

最初の３つの電極を製造した後、このプロセスの次のステップで、圧電材料の第 １の層がチップの全表面上に堆積される。この層４２は、この構造の好適な実施 内に於ける酸化亜鉛であり、酸素雰囲気中で反応スパッタリングによって２μ厚 に堆積される。酸化亜鉛を堆積するための方法はよく知られており、これは以下 の参考文献に記述される。

Ｒｏｚｇｏｎｙｉ及びＰｏ１ｉｔｏ　Ｐｒｅ　ａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＺｎＯＴ ｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　ｂ　　Ｓｕ　ｕｔｔｅｒ−ｉｎ　　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃａｍ　 ｏｕｎｄ　ｉｎ　ＯＸ　　ｅｎ　ａｎｄ　Ａｒ　ｏｎ、　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｙ ｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、　ｐｐ、　２２０−２２３．　Ｖｏｌ、　８．　Ｎｕ ｍｂｅｒ　９（１９６６）；　Ｄｅｎｂｕｒｇ。

Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄｗｉｔｈ　　Ｈｉ　　ｈ−Ｃｏｕ　　ｆｉｎ　　　Ｓ　　ｕ ｔｔｅｒｅｄ　　ＺｎＯＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ　　ｏｎ並鉦吐匡工ＩＥＥＥ、 　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　Ｏｎ　５ｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｎ ｉｃｓ、　ｐｐ。

３１−３５．　Ｖｏｌ、　５Ｕ−１８，Ｎｏ、Ｉ、　（Ｊａｎ、　１９７１）； 　Ｉ、ａｒｓｏｎ　ｅｔ　ａｌ、ＲＦＤｉｏｄｅ　　５ｐｕｔｔｅｒｅｄ　　ｚ ｎＯＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ、　　　ＩＥＥＢ　　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　 　ｏｎＳｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｌｌｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、　ｐｐ、１８−２２ （Ｊａｎ、１９７２）；　５ｈｉｏｓａｋｉ　ｅｔＪｕｌｙ　１９７４）；　Ｋ ｈｕｒｉ−Ｙａｋｕｂ　ｅｔ　ａｌ、、　５ｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｔ ｉｍｕｍＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ＲＦ−３ｕｔｔ ｅｒｅｄ　ＺｎＯＦｉｌｍｓ　　ｐｐ。３２６６−３２７２、　Ｊｏｕｒｎａｌ 　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、４６．　Ｎｏ、８　（Ａ ｕｇ、１９７５）；Ｃｈｅｎ　ｅｔ　ａｌ、、　　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　Ｚｎｏ −ＭＯＳ　Ｔａｎ５ｄｕｃｅｒ　ｗｉｔｈ　ＶｉｒｔｕａｌｌＤＣＲｅｓ　ｏｎ ｓｅ、　ｐｐ、　３５７−３６２．５ｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒ ｓ、　４（１９８３）；Ｋｉｍ　ｅｔ　ａｌ、、　ＩＣ−Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　 Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍｉｃｒｏ　ｈｏｎｅ、　ｐｐ、　４６７−８． 　ＩＥＥＢＢＩｅｃｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ、　 ＥＤＬ−８，Ｎｏ、１０　（ｏｃｔｏｂｅｒ　１９８７）。

次に導電材料４４の層が第１の圧電層４２上に堆積される。この導電層の目的は 、バイモルフを形成するのに使用される圧電材料の２つの層間の中心電極を形成 することにある。好ましくは、層４４はアルミであり、０，１から１．０μ厚に 堆積される。この層から中心電極が約 １０から２００μの厚さでホトリソグラフィー的に形成される。

第５図を参照する。第２の圧電層が堆積された後のバイモルフの製造に於ける他 の中間段階が示されている。この第２の圧電層４６はこの構造の好適な例におい ては酸化亜鉛であり、２ム迄の厚さに堆積される。次に、導電材料の眉が、第２ の圧電層４６の頂部に堆積される。好ましくは、導電材料のこの層は約０．１か ら１．０μ厚のアルミである。ある実施例においては、更に１０００オングスト ロームの金がアルミの頂部に堆積される。この導電層から、３つの電極４８．５ ０、及び５２がホトリソグラフィーパターンニングによって形成される。これら 電極は電極３６．３８及び４０の位置と整列され、同じ電極幅を有している。好 ましくは、電極４８．５０及び５２はリフトオフ技法を用いて堆積される。

第６図を参照する。中心電極５０の頂部を形成するプロセスの第１の数工程が達 成された後の製造プロセスの中間段階が示される。蒸着による金属錐の形成は新 しい技術ではなく、５ｐｉｎｄｔ等に例を示している。

基本的に、十分にシャープな先端を形成するプロセスは、シャドーマスクを使用 して最も旨く達成される。第６図において、このシャドーマスクが、最上方の３ つの電極４Ｂ、５０の郡に渡って堆積される層から形成される。この構造の好適 な例において、別のウェハーが処理されて、アライメントキーを有するシャドー マスクが形成される。この別のウェハーは、各ウェハー上のアライメントキーを 位置合わせすることにより第５図に示される構造上に位置される。この別のウェ ハー及び第５図の構造が次に処理されて、シャドーマスク内の開口が中心電極５ ０上に正しく整列できる様な、ロック及びキーの物理的特徴が設けられる。第６ 図に示される別の例において、集積化シャドーマスクを形成する第１のステップ は、クラスｌスペーサ材料の層５４を堆積することにある。再び、この層５４は 、電極４８．５０及び５２の材料又は４６及び４２の酸化亜鉛を浸食しないエッ チャントによって選択的にエツチング可能でなければならない。スペーサ材料５ ４の層はスペーサ層３４内で使用されるのと同じ形態の材料である必要はない。

しかしながら、これらの層の両方の材料はクラス１材料のグルプからのものでな ければならない。層５４上にパターンニングは達成されないで、全構造を覆うこ とが可能である。次に、クラス２材料、好ましくは銅からなる層５６がスペーサ 層５４上に堆積される。クラス２材料は、その上方及び下方で使用されるクラス ｌ材料を浸食しないエッチャントで選択的にエッチされ、先端の材料をエツチン グすることなしに先端を形成した後にエツチングにより除去出来る如何なる材料 である。この構造の好適な例において、スペーサ層５４は１０００オングストロ ームのチタン／タングステン合金である。クラス２材料の層５６は好ましくは２ μである。次に、クラス１のスペーサ材料の５０００オングストローム厚の層５ ８がクラス２の層５６に渡って堆積される。

第７図は、スペーサ層５８をエッチし、クラス２の層５６をアンダーエッチした 後の先端の形成中の中間工程の集積化された構造を示す。先端の形成はシャドー マスク開口を通しての金属の蒸着によって行われる。シャドーマスク開口がシャ ドーマスクの頂部上に材料を堆積することにより閉鎖される前に、金属の錐が形 成できる様に、シャドーマスク開口は先端が形成されるべき表面上で引き上げら れねばならない。第７図において、シャドーマスクは層５８であり、シャドーマ スク開口はこの層の開口６０である。この開口６０は、クラスｌ材料に対する選 択的エッチャント及び通常のホトリソグラフィー技術を使用して形成される。開 口６０は１−２μと決められ、電極５０の中心上に中心を有する。

一般的に、開口６０のサイズは中央電極５０のサイズよりもより小さくすべきで ある。層５８のクラス１材料はチタン／タングステン合金である場合は、この選 択的エンチングに対する好適なエッチャントは加酸化水素水である。

開口６０がエッチされた後、銅層５６は、開口６０の周辺がアンダーエッチされ る様にしてエッチされる。このアンダーエツチング工程の目的は、後で形成され るべき先端錐の壁に対するクリアランス空間を与えるためである。層５６のクラ ス２材料のアンダーエツチング工程はクラス２材料のみを浸食する選択的エッチ ャントを使用することにより達成される。層５６が銅の場合は、このエツチング は開口６０をマスクとして使用し、それぞれ１０：１：１００の比の硝酸、過酸 化水素、及び水の混合物を使用して達成された。即ちこのエッチャントはＨＮｏ 、１０部、Ｈ２Ｏ２１部、８２０　１００部からなる。

第８図を参照する。チップ形成後であるが、チップ形成の過程で形成される層を 除去する前の中間段階の構成の構造状態を示している。チップ材料の蒸着前に第 ３のエッチステップを遂行して層５４のクラスｌの材料を選択的にエツチングし て中心電極５０の上に孔を形成する。ある実施例では、それからクリーニングス テップを遂行して電極５０の表面を清掃してチップ沈着に備える。

これによってチップ材料を電極５０への固着を一層よく保証できるようになる。

層５４の選択的エツチングを行うのに、時間を決めた液体エツチングもしくはプ ラズマを使って、電極５０の頂面を露出する。このエツチングステップで層５８ を少し、そして層５４を全部エツチングして電極５０迄至る。このため層５８は 層５４の少なくとも２倍、好ましくは３倍厚く形成されているべきである。第３ のスパッタエツチングを使用して必要ならば電極５０の表面を清掃する。層５４ の孔の境界が層５６の孔の境界に対して何処にあるかは、層５４をエツチングす るのに液体エツチングを使用しているか、プラズマエツチングを使用しているか によって決まる。液体エツチングでは層５４の孔の境界は層５６の孔の境界に極 く接近している。しかし、プラズマエツチングを使用すると、層５４の孔の境界 は層５８の孔６０の境界と大体同じ位置になる。

次にチップ６６を形成する。好ましい実施例では、このチップはタンタルもしく は何か他のクラス３の材料を真空中で蒸着して形成される。以下に説明する第３ クラスの材料の特性を持つのであればチップ６６に他の材料を使用できる。クラ ス３の材料は、それが空気中でそれと判る程に酸化することはなく、そして層５ ６のクラス２の材料を選択的に酸化するのに使用するエツチング用試薬によって 腐食されない材料でなければならない。タンタルは、もし層５６に銅を使えば上 に述べたような材料である。チップのための他の材料は蒸着によって貴金属を被 膜したアルミニウムである。又は、チップは貴金属だけでもよいし、もしくは上 に述べたような仕方で選択的にエツチングできる何か他の導体であってもよい。

表面から上に（約１−５ミリ）離れた点からクラス３の材料６２を蒸着して層６ ４を形成する。孔６０を通して蒸着を継続していくにつれて、層６４の孔の側壁 に蒸着材料が沈着していくため孔の直径はゆっくり現象していく。層６４の孔の 直径が連続して減少していくにつれ、この孔の下に形成されているチップ６６に おいてその材料の円錐の直径も減少する。層６４の孔が最後に閉じるとチップ６ ６の形成は完了し、そして非常に鋭いチップ（チップ半径は１０００オングスト ロームより小さい）がつくられる。

第９図を参照する。シャドーマスク層のリフト・オフと酸化亜鉛エツチングマス ク層の沈着後の中間段階の構造の断面を示す。

第８図を参照して説明した処理ステップに続いて、層５４．５６．５８．６４を 取り除いてチップ６６を露出することが必要である。

これは、リフト・オフエツチングを使用して層５６ノクラス２の材料を取り除い て行う。このリフト・オフエツチングは層５４の上のすべての層、すなわちクラ ス２の層５６、クラス３の層６４そしてクラス１の層５８を取り除く。

次に、圧電層４７．４２をエツチングしてバイモルフ・カンチレバービームの側 壁を決めることが必要である。これは、上述の酸化亜鉛のためのエツチングマス クとして働く残りの層５４をホトリトグラフィック・パターンニングすることに よりなされる。

層５４は第９図の形にパターンをつけられる。この層の縁７０．７２は電極層４ ４の縁７４．７６の外にＸ軸に沿って位置している。このような位置とした理由 は、中間電極の縁７４．７６が層４６．４２の酸化亜鉛で完全に包まれることを 保証することである。この目的は、破壊電圧を低下させ、こってんあって動作で きなくする電極３６．４０．４４．４８．５２の間の漏洩電流やアーキングを防 止することである。エツチングマスク６８の形成目的は圧電層４２．４６のエツ チングの精密度を改善することである。ホトレジストを使用して酸化亜鉛のよう な圧電材料をエツチングすると、ホトレジストの縁に対して圧電材料の縁を精確 に位置決めするにはそのエツチングの精密度は悪すぎる。この縁の位置を確かな ものとするには、先ずチタン／タングステン合金のようなりラス１の材料のエツ ジングマスクを形成し、それからこのエツチングマスクを使用して圧電材料のエ ツチングを案内する。

こうして、層６８が形成されると１５グラムのＮ、　ＮＯｓ　、５ミリリツトル のＨＮＯｓ、そして６００ミリリツトルの８２０の溶液を使用して圧電気層４６ ．４２を縁７０．７２の大体の位置まで腐食する。

チップを露出し、そして圧電気層を腐食してから、スペーサ層３４を選択的に腐 食してカンチレバーを自由とする。

スペーサ材料３４とエツチングマスク層５４との選択エツチングの後で本発明の 教示に従って集積形態でつくった好ましい最終の圧電気バイモルフトランスジュ ーサ構造体を、横断面で第１Ｏ図に示す。スペーサ層３４の除去によって孔７８ を形成することに地位されたい。このボイドによってチップ６６は圧電気材料が 発生する力によりＹ軸に沿って動けるのである。

第１Ｉ図はＹ−Ｚ面でのバイモルフ・カンチレバーの断面図であり、第１θ図は Ｘ−Ｚ面での断面図である。バイモルフ・カンチレバーの平面図は、Ｘ−７面で Ｙ軸に沿って見下ろした状態で、第１２図に示す。第１２図は裁断線１０−１０ ’で第１０図を裁断し、裁断線１１−１１’　で第１１図を裁断して断面での位 置を示している。第１１図を参照する。第１１図でバイモルフ構造のカンチレバ ーの特徴に注意されたい。バイモルフは構造体３２へ領域８０でだけで取りつけ られている。第１２図の相対的な寸法は販売されるものの実際の設計を正しく示 しているものではない。

ポンディングパッド８９．９１９３は導線路によって電極４８．３６．４４から 成る二対の電極へ結合されている。ポンディングパッド９７．９９．１０１は導 線路によって電極５２．４０．４４から成る二対の電極へ結合されている。ポン ディングパッド９５は導線路によって電極５０．３８とチップ６６との両方へ結 合されている。基板３２に制御回路を組みつけた実施例では第１２図のポンディ ングパッドは省略できる。

ＳＴＭに必　とされる・　的な　素 第１１図を再び参照する。第１１図のカンチレバー・バイモルフ圧電気トランス ジューサを多くの商業的適用を有するシステムに変えるに必要とされるスキャン ニング・トンネリング顕微鏡のいくつかの付加的な要素がある。導電面８４を有 する上のウェーハ８２にキャビチー８６をつくり、このウェーハ８２は基体３２ へ取りつけられ、導電面８４は上になっていて、チップ６６の端から数ミクロン 内にあって、チップはバイモルフの屈曲によって面８４までくることができる。

スキャンニング・トンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）の好ましい実施例ではウェハー ８２はパイレックスもしくはシリコンであるが、別の実施例ではウェハー８２は その構造体の他の材料と機械的、熱的そして化学的に両立できる何か他の材料で よい。ウェハー８２と基体３２との間に十分な結合をつくり、そしてキャビティ ー８２をつくり、導電面８４をつ工−ハ８２へ取りつけるのに適当な従来の便利 な製作技術を利用できるような材料がウェハー８２の材料であるのが好ましい。

更に別の実施例では、ウェーハ８２それ自体が導電材料であって、別の導電面８ ４を取りつける必要がないようにしてもよい。このような実施例ではキャビティ ー８６は問題のウェハー８２の部分がチップ６６によって走査されるようにする ものであるべきである。

又、電極３６．３８．４０．４４．５０．５２は圧電気層を通してそして基体３ ２の面を横切ってポンディングパッドに至る導電路を有し、適当な電圧をこれら の電極へかけるとチップ６６は所望の仕方で走査する。もしこれらの導電路が基 体３２の面とウェーハ８２の合わせ面との間を通ると、これら２つの構成要素の 材料は導電路が正しく形成されるように選択される。

ある実施例ではバイアス電流を供給し、そして種々の電極にかかる電圧を制御す る制御回路を基体に一体に組み込む。ブロック８８は既知の仕方で基体にそのよ うな既知の回路を一体としたものを現す。ブロック８８の位置は例示に過ぎない 。この回路は基体の側面に、基体の凹所に、もしくはバイモルフカンチレバーを 形成した側と反対のウェーハの側面に組込めるからである。回路の適当な接続点 に種々の信号や制御電圧を印加する路筋を簡単にするような位置に回路を組み込 むのが好ましい。

第１Ｌ図の構成を大容量記憶装置、マイクロスコピック・ホトリソグラフィー、 像形成や他の商業的用途に使用できる。

第１３図を参照する。バイモルフカンチレバーを断面で示して、平行座標系内で カンチレバーを動かすように種々の電極を走査する仕方を示す。第１３図の断面 図は第１２図の断面１０−１０’と同じ向きである。第１３図のベクトル１．２ ．３．４は４対の電極間に存在する電界ベクトルを表している。電界ベクトル１ は電極５２と中心電極４４との間の電界を表している。電界ベクトル２は外側電 極４０と中心電極４４との間の電界を表している。

電界ベクトル３は電極４８と中心電極４４との間の電界を表している。電界ベク トル４は外側電極３６と中心電極４４との間の電界を表している。各場合、電界 は問題の区域に境界を接している電極の対へ印加される電位差に直接比例する。

圧電気酸化亜鉛の性格としては、もしくその圧電気酸化亜鉛の結晶Ｃ軸に沿って いる）Ｙ軸に電界が係るとそれはその軸に沿って収縮し、そしてそれは同時にＸ 軸とＹ軸の両方に沿って伸長するようなものである。Ｙ軸に沿う伸長、収縮とは バイモルフの屈曲を生じる。こういうことで以下の説明はＹ軸の運動だけに限る こととする。

第１４図を参照すると、デカルト座標系における所望の運動のテーブルが示され 、このデカルト座標系は第１３図の左部分に示されている座標軸を有し、前記テ ーブルはこれらの所望の運動をテーブルの左半分に与えられた関係にしたがって 圧電材料における相対膨張と相関させたものである。第１４図のテーブルを解釈 する方法は次の通りである。第１３図のバイモルフを−Ｘ方向にのみ運動させる ことを所望する場合には、電極５２及び４４、並びに電極４４及び３６を充電し て、これら二対の電極の間の層４６及び４２における圧電材料のＹ軸方向膨張も また等しくし、かつ、それぞれ電極対４８及び４４と電極対４４及び４６の間の Ｙ軸方向膨張を、電極５２及び４４、並びに電極４４及び４０のそれぞれの間の 膨張よりも小さくすることが必要になる。言い換えれば、第１３図のベクトル■ ないし■を、そのベクトルが通過する局部領域の層４６及び４２における圧電材 料のＹ軸方向膨張の相対的大きさと考えると、バイモルフの−Ｘ方向の運動を得 るためには、領域１及び２における膨張を等しくかつ領域３及び４における膨張 よりも大きくする必要がある。これにより、バイメタルにおける−の金属層の膨 張が他の金属層の膨張よりも小さい場合には、バイモルフはバイメタル片と同じ 機械的状態で−Ｘ方向に運動する。これにより、バイメタル片に力が加わってそ れを膨張の小さいバイメタル片の方へ曲げる傾向がある。第１４図によれば、＋ Ｘ方向の膨張について、その状態は、前述の状態と全く逆になることがわかる。

すなわち、領域３及び４の膨張は等しくかつ領域ｌ及び２の膨張よりも大きい。

同様に、−Ｙ向の運動、すなわち、先端６６の紙面へ向かう方向への運動につい て、電極４８．５２．４４．３６及び４０を充電して領域１〜４の圧電材料をす べて等しい量だけ収縮させる必要がある。この収縮は、膨張が０よりも小さくな るにつれて大きくなる。＋Ｙ方向運動についても、同じ電極を充電して領域１〜 ４をすべて同じ量だけ膨張させる必要があり、この量は、膨張が０より大きくな ればなるほど大きくなる。＋Ｚ方向の運動については、その電極を充電して、領 域２及び４の膨張を等しくしかつ領域ｌ及び３の膨張よりも大きくする必要があ る。同様に、−２方向運動についで、電極を充電して領域１及び３の膨張を等し くしかつ領域２及び４の膨張よりも大きくする必要がある。

第１３図の左部分の３軸座標系で定まるデカルト空間において、任意の１つの座 標軸との関係を他の座標軸との関係と重ね合わせることにより任意の所望の運動 を得ることができる。すなわち、−Ｘ及び＋Ｙ方向の運動の双方を同時に必要と する場合には、第１４図のこれらの２つの行に示された関係を重ね合わせて、４ つの領域のすべてを等しくＡの量だけ膨張させて所望のＹ成分を得、一方、領域 １及び２を領域３及び４の膨張量よりも大きいＢの量だけさらに膨張させて所望 の−Ｘ成分を得る。電極ｌＯは、ただチップ６６との唯一の接続部としてのみ作 用する。底部電極３８は、上部中心電極５０及びチップ６６に加わったのと同じ 電極で充電されて、中心電極５０の下の圧電層４６の膨張又は収縮により起きる 任意にスプリアスな寄生運動を除去する。任意のこのような運動は、底部中心電 極３８上の電荷により生じる層４２の運動により除去される。

プロセス　＃２ 第１５図には、本発明の技術による圧電トランスジューサの実施例である２ア一 ムバイモルフの組み立て工程の最初の状態が示されている。第１５図ないし第２ ０図は、前述のプロセスにより製造されたトランスジューサの第１１図に示され たものと同様のバイモルフ長を有するものの図を示していることに注意されたい 。第１５図には、裏面エツチング技術を用いた２ア一ムバイモルフの１つのアー ムを作成するプロセスの中間段階が示されている。基板９２が選択され、この基 板は、好ましくは半導体、しかし、他の実施例では、微細加工できる材料である のが好ましい。基板は、その制御回路がバイモルフ自身と同じダイで集積できる ので半導体が望ましい。プロセスの第１工程は二酸化シリコン９４の層の厚さを ５００人になるまで成長させることである。次に、窒化物（ＳｊｉＮ４）の層の 厚さを９００人まで成長させ、従来のフォトリソグラフィー技術を利用して酸化 物層９４と窒化物層９６を貫通する孔を形成し、且つ、エツチングして９２で示 される基板９２の表面を露出させる。

第１６図には、空洞をエツチングした後の２ア一ムバイモルフ製造プロセスの更 なる中間段階が示されている。第１５図に示されるような二酸化シリコン及び窒 化物層の開口の位置を定めたのち、ＫＯＨエツチングが用いられて基板９２内に 深さ３５０μのトレンチをエツチングする。その際窒化物層はエツチングマスク として用いられる。このトレンチは１００で示されている。その後、窒化物層９ ６は剥がされてシリコン酸化物層９４のみが残される。整合マークは、その後、 面Ａにパターン化されて面Ｂのパターンと整合されるようになる（第１５図参照 ）。

第１７図は、第１電極層の付着後における、プロセスのさらに別の中間段階を示 す。次の工程は、０．１〜１．０μのアルミニウムを付着させ、それをパターン 化して１０２で示される電極を形成することである。

第１８図は、第１圧電層の付着及び中心電極の形成後における、別の中間段階を 示す。電極１０２を形成した後、圧電材料の層１０４が付着させられる。この層 は２μの亜鉛層又は他のいくつかの圧電材料で成る。次に、０．１−１．０μの アルミニウム層が付着させられ、パターン化され、エツチングされて中心電極１ ０６を形成する。

第１９図には、圧電材料の第２層及び上部電極が形成された後における、２ア一 ムバイモルフ製造プロセスの中間段階が示されている。中央電極１０６を形成し た後、２μの圧電材料が層１０８に付着させられる。この層は亜鉛酸化物又は他 のいくつかの圧電材料で成る。次に、０．１−１．０μのアルミニウム層及び１ ０００人の金の層が圧電層１０８の上に付着させられる。この導電材料層はその 後パターン化され、リフトオフ技術を使用して上部電極１１０及びチップ電極１ １２を形成する。第２０図には、チップが形成されてバイモルフを露出させるよ うにアンダーエツチングされた後における、２ア一ムバイモルフ製造プロセスの 別の中間段階が示されている。チップ１１４を形成するプロセスは、第３図〜第 １Ｏ図を参照して記載されたものと同じである。チップを形成した後、亜鉛酸化 物はパターン化され、エツチングされて縁部を形成する。このプロセスは、第３ 図〜第１０図を参照して記載されたプロセスに使用されるものと同じクラスｌの エツチングマスク材料を使用して行われる。最後に、プラズマエツチングが使用 されて基板９２の残りの部分をシリコン酸化物層９４に至るまでエツチングして 、領域１１８の基板のアタッチメントからバイモルフアームを露出させる。

第２１図は、第２０図の線２１−２１’に沿ったバイモルフの断面を示す。第２ １図に示されているように、第２１図のバイモルフには２対の電極だけが存在す る。これらの２対の電極はそれぞれ電極１１０及び電極１０６、並びに電極１０ ６及び電極１０２である。当業者は、この構造によって、バイモルフがＺ軸上を 上下に曲がるようになり、Ｘ軸上を長手軸方向に膨張又は収縮する。

３軸のデカルト座標運動を得るために、第２０図及び第２１図に示される構造を 有する第２アームが形成されて第２０図及び第２１図のバイモルフと、チップ１ １４の位置で結合されなければならない。このバイモルフの構造の平面図は、第 ２２図に示されている。

第２２では、断面の線２０−２０’は、第２０図に示された第２２図の構造の断 面の位置を指示している。第２２図に示されたイモルフ１１６はチップ１１４を Ｚ軸に沿って上下にかつＸ軸に沿って長手軸方向に移動することができる。バイ モルフ１１６はチップをＺ軸に沿って上下にかつＹ軸に沿って長手軸方向に移動 することができる。バイモルフ１１８は、３つの電極１１０，１０６及び１０２ を有し、これらの電極は、それぞれ、接着パッド１２０．１２２及び１２４に結 合されている。これらの接続部は電気導体１２６．１２８及び１３０を介して行 われ、これらの電気導体は基板９２の表面と同時にフォトリソグラフィー技術に より形成されている。チップ１１４は、電気導体１３２により接着パッド１３４ に結合されている。バイモルフ１１６の対応する３つの電極は接着パッド１３６ ．１３８及び１４０に結合されている。別の実施例では、６つの電極にバイアス 電圧を与えてチップの運動を起こさせ、かつ、正確な電圧でそのチップ１１４を バイアスする回路網は基板上に集積化されて、それにより、第２２図の下部分に 示された接着パッドを設ける必要を排除してもよい。

このような実施例では、接着パッドは、チップをバイアスし且つ電極を駆動する のに用いられる回路網に電極を供給するために設けられている。

プロセス　＃３（好ましいもの） 第１０図の構造を有する１アーム圧電トランスジユーサ又は第２２図に平面図で 第２０図に断面図で示されている２アームバイボツド圧電トランスジユーサのい ずれかを製造するには、以下に示すプロセスが好ましい。第２３図には、走査ト ンネル型顕微鏡を製造するのに好ましいプロセスの中間段階が示されている。こ のプロセスの第１工程は、厚さ３８０μの［１００］　シリコンウェーハを標準 酸洗浄液で洗浄する。この洗浄プロセスの詳細は、付録Ａに記載されている。こ の付録Ａは、好ましいプロセスのための詳細なプロセススケジュールである。次 に、二酸化シリコンの層１３６は熱により厚さ５０００人まで成長する。その後 、低圧力化学蒸着（ＬＰＧＶＤ　）を用いて二酸化シリコン上に窒化シリコンの 層１３８が厚さ１０００人まで付着させられる。

第２４図には、裏面ピットをエツチングした後のプロセスの次の工程が示されて いる。このプロセスの直後にバイモルフカンチレバーが形成されるようにするた めに、裏面エツチングが用いられる。このプロセスの第１工程は、裏面のピッチ をエツチングすることである。負のホトレジスト（図示せず）が加えられてパタ ーン化され、ビットの位置を定める。その後、酸素プラズマエツチングが用いら れて、そのビットが形成されるべきホトレジストの開口から残るカスを除去する 。このプラズマエツチングの詳細は、付録Ａにより与えられる。次に、窒化物層 １３８は、１：１の比のＳＦｓ及びＦ１３Ｂ１プラズマエツチング技術を用いて エツチングされる。その後、酸化物層１３６は６：１の緩衝酸化物エツチング溶 液（Ｂ　ＯＥ）を用いてエツチングされる。この２つのエツチング工程に続いて 、残るホトレジスト（図示せず）が除去され、ウェーハが付録に記載されたプロ セスを用いて洗浄される。その後、基板１４０から３４０μのシリコンが、エツ チングマスクとして窒化物／酸化物層を用いてエツチングされる。このエツチン グは、８０℃において３０％ＫＯＨエツチングを用いることにより行われる。そ の後、ウェーハはＨｘＯ＋ＨＣＬがＩＯ＋１の溶液でリンスされ、その後、さら にリンスされて非イオン化ウェーハとなる。これによりピット１４２が残される 。

基板１４０は研磨された前面１４４を有している。各種のパターン形成工程の相 互のアライメントを容易にするために、整合マスクがこの表面にエツチングによ り形成される。第２５図は、この整合マークを形成する手順は、ホトレジストを パターン化して整合マーク１４６の位置を定めることにより始まる。その後、酸 素プラズマエツチングが用いられて開口からカスを除き、窒化物層１３８及び酸 化物層１３６が、第２４図に示された上記手順と同じ手順を用いてエツチングさ れる。非イオン化ウェーハリンス及び窒化物の周囲の乾燥円が形成され、その後 、ＳＦｇ　：　Ｃ□ＣＩＦｇの比がｌ＝１のプラズマエツチングを用いて３μの シリコンをエツチングすることにより行われる。その後、ウェーハは付録Ａに概 要が記載された手順により洗浄され、残るホトレジストが除去される。その後、 １６５℃において１時間だけ濃縮Ｈ＊ＰＯ，を用いて窒化物層１３８が剥がされ 、その後、無イオン化ウェーハリンス及び窒化物の周囲の乾燥円が形成される。

次の段階が第２６図に示されている。底部電極１４８を配置するため、電極のパ ターンは陽性レジストリフトオフプロセスを用いて形成される。電極の金属は室 温においてアルミニウムの１０００オングストロームの電子ビーム蒸着によって 取り、付けられている。過剰のアルミニウムは加熱アセトンにウェハーを浸すこ とによって除去される。次いで、ウェハーは新しいアセトン、メタノールおよび 非イオン化とした水ですすがれ、窒素雰囲気の中で乾燥される。

第２７図は次の段階を示す。下部電極を配置した後には、圧電層を設けることが 必要である。この圧電層の形成は、３０秒間表面をクリーニングする第一スパッ タと、対象物を２００℃の温度に保持して行う酸化シリコン１５０の１０００オ ングストロームの電子ビーム蒸着によってなされる。次いで、２ミクロンの酸化 亜鉛の層１５２を３０ミリトルにおいて酸素：アルゴンの比が５＝１の雰囲気の 中で亜鉛ターゲットを用いてスパッター配置する。

この過程の間においては対象物は３００℃に保たれる。次いで、酸化シリコンの １０００オングストロームの層１５４を２００℃において電子ビーム蒸着を用い て酸化亜鉛上に被覆する。

第２８図は中間電極が形成された後の中間段階を示す。中間電極１５６を配置す るため、電極のパターンはマスク＃４および陽性レジストおよびリフトオフ技術 を用いて形成される。次いで、１０００オングストロームのアルミニウムの層が 室温ウェハー保持器を用いて電子ビーム蒸着によって形成される。過剰アルミニ ウムはウェハーを加熱アセトンに浸すことによって取り除かれる。

次いで、ウェハーは新しいアセトン、メタノールおよび非イオン化した水ですす がれ、さらに窒素雰囲気の中で乾燥される。

第２９図は上部酸素層が形成された後の段階を示している。まず第一に、３０秒 間ウェハーはスパッター清掃される。次いで、１０００オングストロームの酸化 シリコン１５８を２００℃に保った対象物に電子ビーム蒸着する。圧電物質１６ ０の頂上層は、対象物を３００℃に保ち、３０ミリトルで酸素：アルゴンの比が ５＝１の混合気中において亜鉛ターゲットを用いて２ミクロンの酸化亜鉛を被覆 することによって形成される。最後に、１０００オングストロームの酸化亜鉛の 層１６２が対象物を２００℃に保ったまま酸化亜鉛上に電子ビーム蒸着される。

第３０図は頂上層が形成された後のウェハーの状態を示す。頂上電極１６４は陽 性レジストリフトオフ方法を用いてパターンを形成することによりつくられる。

次いで、５００オングストロームのアルミニウムがウェハー室温保持器および電 子ビーム蒸着を用いて被覆される。この被覆に続いて、ウェハー室温保持器を用 いて５００オングストロームの金が電子ビーム蒸着される。過剰の金およびアル ミニウムはウェハーを加熱アセトンに浸すことによって取り除かれる。次いで、 ウェハーは新しいアセトン、メタノールおよび非イオン化した水ですすがれ、さ らに窒素雰囲気の中で乾燥される。

第３１図は酸化物が形成された後のウェハーを示す。第一に、ウェハー非加熱保 持器を用いて３０００オングストロームのチタニウム／タングステンがスパッタ ー被覆される。次いで、酸化物のパターンが、エッチマスクとして使用されるこ とになっているチタニウム／タングステン層内部に形成される。これは、チタニ ウム／タングステン層上に被覆したフォトレジスト内に所望のパターンを形成し 、さらに室温で３０分間３０％Ｈ！０−を用いてチタニウム／タングステン層を エツチングすることによって行われる。次いで、ウェハーは非イオン化した水で すすがれ、窒素雰囲気の中で乾燥される。酸化物のパターン形成は６：ｌに緩衝 された酸化物エッチを用いて頂上酸化シリコン層１６２をエツチングすることに よって開始され、次いで非イオン化した水ですすがれる。上部酸化亜鉛層１６０ は１５ｇのＮａＮＯｓ　、５ｍｌのＨＮＯｓ　、６００　ｍ　ｌのＨ２Ｏからな る溶液中でエッチされ、次いで非イオン化した水ですすがれる。酸化シリコンの 中間層１５８は層１６２と同様にしてエッチされ、酸化亜鉛の底部層１５２は、 頂上層１６０のエッチの際に用いたのと同じ溶液を用いてエッチされる。酸化シ リコンの底部Ｊｉｉ１６０は酸化シリコンの他の層をエッチする際に用いたのと 同じ溶液を用いてエッチされる。次いで、ウェハーは非イオン化した水ですすが れ、乾燥される。付いで、全ての上部層が取り除かれてシリコン基質を晒してい る範囲内におけるウェハーの頂部から３ミクロンのシリコンを取り除く。

これはＳＦ、：（、ＣＩＦ、が１：ｌであるプラズマエッチを用いて行われる。

次いで、ウェハーは清掃され、レジストはアセトン、メタノールおよび非イオン 化した水を用いて剥がされる。残ったチタニウム／タングステンエッチマスクは 室温において３０分間３０％Ｈ８０，に浸され、除去される。ウェハーは次いで 非イオン化した水ですすがれ、乾燥される。

酸化物層がエッチされた後、結合パッド金属が陽性フォトレジストリフトオフ方 法を用いてパターンを形成することにより被覆される。この金属はウェハー室温 保持器を用いて１ミクロンのアルミニウムを電子ビーム蒸着することによって被 覆される。過剰のアルミニウムはウェハーを加熱アセトン内に浸すことによって 取り除かれる。次いで、ウェハーは新しいアセトン、メタノールおよび非イオン 化した水の中ですすがれ、乾燥される。

次いで、ウェハーのサイドＢはダイヤモンドチップソーを用いてけがかれる。

第３２図は先端フォーメーション用のシャドーマスクが置かれ、先端被覆が起こ った後のウェハーを示す。最初に、ウェハーは３０秒間スパッター清掃される。

次いで、第３２図に示す断面を有するように別個のウェハーを形成する。このウ ェハーは孔１６６を有し、整列マーク１４６と適合する整列マークを有している 。

シャドーマスク１６８のウェハーは基質１４０に接合される。この際、整列マー クは、孔１６６が先端１６８に対する頂上電極１６４上の所望の位置にくるよう に合わせられる。その後、シャドーマスクが所定の位置に置かれ、５〜ｌＯミク ロンの所望の先端物質、例えばニオブまたはタンタルが孔１６６を通して注がれ 、先端１６８が形成される。ここで注意すべきことは、好適な実施例においては 、第３２図に示す構造はウェハー上の複数の位置において形成され、片持ちはり に対する全ての先端の所望の位置における複数の孔に対してただ１個のみのシャ ドーマスク１６８が用いられることである。最後に、シャドーマスクは先端を傷 っけないように注意深く取り除かれる。

次いで、片持ちはりはその長さ方向に沿って基質から分離される。第３３図はこ の工程が行われた後の構造を示す。分離は、ウェハーのサイドＡ上に１０ミクロ ンの陽性レジストを被覆し、けがいたばかりの構造を保護することによって行わ れる。次いで、ウェハーはバックサイドエッチが行われ、ウェハーのサイドＢを ＳＦ、：（、ＣｌＦ５が３：１であるプラズマエッチを行うことによってビット １４２の底部において残りのシリコン膜に対してエッチが行われる。このエッチ の詳細は付録Ｘに示されている。

次いで、フォトレジストはアセトン、メタノールおよび空気乾燥サイクルを用い て剥がされる。次いで、ウェハーをけがき線にそって割ることによって各ダイが 分断される。

酸化シリコン層１３６の存在によってアルミニウム層１４８の成長が促進される ことが判明した。また、アルミニウム層１４８は酸化亜鉛層１５２．１６０の成 長を促進する。また、これによって、層１４８の金属によってショートすること なく、片持ちはり下方に導電路を形成することができるようになる。酸化シリコ ン層１５０．１５８の存在によって酸化亜鉛層１５２．１６０の成長が促進され る。酸化シリコン層１５４．１６２の存在によって、片持ちはりを形成する被覆 方法の間において生じる片持ちはり内の応力の均衡を図ることができる。すなわ ち１、酸化シリコン層１５０．１５８が被覆されるときにそれらの内部に応力が 生じるのと同様に、酸化シリコン層１５４．１６２が被覆されるときにそれらの 内部に同様の応力が生じる。このようにして、応力間の均衡が図られる。また、 対の電極を分離している酸化シリコン層はブレークダウン電圧を増加させる。他 の実施例においては、酸化シリコン層はなくてもよく、あるいは他の物質で代用 してもよい。

これまで述べた好適な方法を用いて、「片腕」またはバイボッド型の圧電トラン スデユーサをつくることができる。これらの主な相違は、結合した各片持ちはり の内部に形成された二つの異なる構造が多数の電極対にあることである。片腕型 のバイモルフは３軸運動を行うためには少な（とも４対の電極が形成されている ことが必要である。片腕型の結合トランスデユーサを走査トンネル顕微鏡用に用 いる場合には、６対の電極を形成し、先端に対して電気接続が行えるようにし、 この先端電極によってスプリアス圧電効果を除去できるようにしなければならな い。二腕バイボッド型のトランスデユーサでは、二腕の電極のみを各バイモルフ アームに形成すればよい。頂上電極１４８および底部電極１６４を形成する上述 の方法に対して、つくりあげる結合圧電トランスデユーサの型に応じて、種々の 修正を行うことができる。

第３４図（ａｌ、（ｂ）乃至第３６図（ａ）、（ｂ）には、第１Ｏ図に示す電極 構造を有する片腕バイモルフ結合圧電トランスデユーサが行う運動が示されてい る。各図の（ａ）及び（ｂ）は各軸上における正または不の動きを表している。

第３７図（ａ）及び（ｂｌは、二つの先端を有する実施例が各先端について独立 のＺ軸運動を行っている場合の回転運動を示す。しかしながら、各先端はＹ軸お よびＸ軸に沿って運動している。

代表的な運動のパラメータは次の通りである。バイボッド構造が、アルミニウム 電極が厚さ１ミクロン、酸化亜鉛層が厚さ２ミクロン、各脚が長さ１０００ミク ロンおよび幅１００ミクロンである場合には、バイボッドはＸ軸およびＹ軸に１ ボルト当たり２０オングストローム、Ｚ軸に１ボルト当たり０．６ミクロンだけ 先端を動かすことができる。ブレークダウン電圧は３０ボルトであり、走査可能 面積は６００オングストローム四方、すなわち３６０．０００平方オングストロ ームである。これと同じ条件の片腕片持ちはリバイモルフの場合には、Ｘ軸に１ ボルト当たり２００オングストローム、Ｙ軸に１ボルト当たり２０オングストロ ームの動きがなされる。Ｚ軸には１ボルト当たり０．６オングストロームの動き がなされる。このように、ｌボルト当たりのＸ軸の動きが１０倍大きいので、片 腕バイモルフに対する走査可能面積はバイボッド型よりも１０倍大きい。バイモ ルフ型は、ＳＴＭに応用する際の導電性表面のトンネル範囲内において先端が移 動可能であるようになっていなければならない。

本発明は好適な、および別の実施例を用いて説明してきたが、当業者にとっては 本発明の範囲を逸脱することなく多くの修正をすることが可能である。これら全 ての修正は特許請求の範囲の範囲内に含まれることを意図するものである。

好ましいプレーナＳＴＭ処理 １、　マスク物質の付与 ｌａ、　　スタンダード酸性クリーンを使用した、厚さ３８０μｍ（１００）ウ ェーハのクリーン ｌｂ、５０００人Ｓｉｎ、の熱的なグローｌｃ、　ＬＰＣＶＤを使用したｌ００ ０人Ｓｉ、Ｎ、の付与２、　背面（荒い表面、サイドＢ）からのＫＯＨピットの エッチ２ａ、　マスク孝Ｉ及びネガティブホトレジストを使用し、ＫＯＨスクエ アを形成 ２ｂ、　　１　ｍｉｎの、Ｄｅｓｃｕｍ　’オープニングへの酸素プラズマ本 ２ｃ、　ＳＦ、及びＦ１３Ｂ１（１：１）プラズマエッチを使用した５ｉｓＮ４ のエッチ ２ｄ、　６：１バツフアされた酸化物エッチ（ＢＯＥ）を使用したＳｉｎ、をエ ッチ ２ｅ、　ホトレジストのストリップ及びウェーハ本ネのクリーン ２ｅ、背面からの、８０℃で３０Ｘ　ＫＯＨを使用した、シリコンの３４０μｍ エッチ ２ｆ、　１０：Ｉ　ＨｚＯ：ＨＣＬ溶液を使用したウェーハのリンス２ｇ、ディ オン化ウェーハ（ＤＩ）内でリンスし、その後Ｎ、内で乾燥 ３、　前面上（ポリッシュされたサイド、サイドＡ）で、アリグンメントマスク をエッチ ３ａ、マスク＃２及びポジティブレジストを使用し、アリグンメントマスクを形 成 ３ｂ、　　１　ｍｉｎの、Ｄｅｓｃｕｍ　’オープニングへの酸素プラダ３ｃ、 　ＳＦ、及びＦ１３Ｂ１（１：１）プラズマエッチを使用した５ｉｓＮ＋のエッ チ ３ｄ、　６：ｌバッファされた酸化物エッチ（ＢＯＩＥ）を使用した５ｉＯｚ層 のエッチ ３ｅ、　ＤＩ内でリンスしその後Ｎ！内で乾燥３ｆ、　１：Ｉ　ＳＦ４：Ｃ２Ｃ ｌＦ５プラズマエッチを使用したＳｉの３μｍエッチ ３ｇ、スタンダード酸性クリーン（ストリップレジスト）零孝を使用したウェー ハのクリーン ３ｈ、１時間、コンセントレイトしたＨｓＰＯｓ　７７１６５℃を使用したＳｉ 、Ｎ＋のストリップ ３ｉ、　ＤＩ内でリンスしその後Ｎ、内で乾燥４、　ボトム電極の付与 ４ａ、パターンｗ／ｍａｓｋ＃　３、ポジティブレジスト及びリフトオフ処理の 形成 ４ｂ、室温ウェーハホルダーを使用したＥビーム蒸着１０００人Ａｌ ４ｃ、熱いアセトンの中でウェーハを浸すことによる「リフトオフ」エフセス ４ｄ、　フレッシュなアセトン、メタノール、及びＤＩ中でウェーハをリンスし その後Ｎ！内で乾燥５、　ロアー酸化物の付与 ５ａ、　　クリーン表面に３０ｓｅｃ、スパッタ５ｂ、　　Ｅビーム蒸着１００ ０Ａ　５ｉｆｔ基層が２００℃に温められる。

５ｃ、　３００℃に保たれた基層に、５：１０．：Ａｒガスの３０ｍトル内で、 Ｚｎターゲットを使用した２μｍ　ＺｎＯをスパッタデポジットする。

５ｄ、　　Ｅビーム蒸着１０００人５ｉｆｔ基層が２００℃に温められる。

６、中間電極の付与 ６ａ、パターンｗ／ｍａｓｋ＃　４、ポジティブレジスト及びリフトオフ処理を 形成 ６ｂ、　　コールドウェーハホルダーを使用したＥビーム蒸着１０００人Ａｌ ６ｃ、熱いアセトンの中でウェーハを浸すことによる「リフトオフ」エフセス ６ｄ、フレッシュなアセトン、メタノール、及びＤＩ中でウェーハをリンスしそ の後Ｎ、内で乾燥７、　アッパー酸化物 ７ａ、　クリーン表面に３０ｓｅｃ、スパッタ７ｂ、　　Ｅビーム蒸着１０００ 人５ｘＯｚ基層が２００℃に温められる。

７ｃ、　３００℃に保たれた基層に、５：ｌ　Ｏ！：Ａｒガスの３０ｍトル内で 、Ｚｎターゲットを使用した２μｍ　ＺｎＯをスパッタデポジットする。

７ｄ、　　Ｅビーム蒸着１０００ミクロンｇ基層が２００℃に温められる。

８、頂上電極の被覆 ８ａ、陽性レジストおよびリフトオフ方法でＷ／マスク＃５パターンを形成する ８ｂ、室温およびウェハー保持器で５００人アルミニウムの電子ビーム蒸着を行 う ８ｃ、室温およびウェハー保持器で５００人金０電子ビーム蒸着を行う ８ｄ、　ウェハーを加熱アセトンに浸して過剰アルミニウムおよび金を除去する ８ｅ、新しいアセトン、メタノールおよび非イオン化した水（ＤＩ）でウェハー をすすぎ、次いでＮ２で乾燥９、酸化亜鉛のパターニング ９ａ、室温およびウェハー保持器で３０００人のＴｉ／Ｗをスパッター被覆 ９ｂ、陽性レジストでＷ／マスク＃６パターンを形成する９ｃ、室温で３０分間 ３０％ＨｔＯｔを用いてＴｉ／Ｗをパターン形成する ９ｄ、ＤＩですすぎ、Ｎ２で乾燥する ９ｅ、　　６　：　１のＢＯＥ　（１分間）を用いて頂上層５ｉＯｚをエッチす る、ＤＩですすぐ ９ｆ、上部ＺｎＯを溶液（１５ｇのＮ　ａ　Ｎ　０３．５　ｍ　ｌのＨＮＯ，， ６００ｍ１のＨ，０）でエッチ、ＤＩですすぐ９ｇ、　　６　：　ｌのＢＯＥ　 （２分間）を用いて中間層５ｉｆ２をエッチする、ＤＩですすぐ ９ｈ、下部ＺｎＯを溶液（１５ｇのＮ　ａ　ＮＯｓ　、５　ｍ　ｌのＨＮＯ，， ６００ｍ１のＮ２０）でエッチ、ＤＩですすぐ９ｉ、　　６　：　１のＢＯＥ　 （１分間）を用いて底部層Ｓｉｆ！をエッチする ９ｊ、ＤＩですすぎ、Ｎ２で乾燥 ９に、１１のＳＦ、：（：、ＣＩＦ、プラズマエッチを用いて３μｍのＳｉをエ ッチする ９１、ウェハーを清掃し、アセトン、メタノールおよびＤＩを用いてレジストを 剥がす ９ｍ、３０％Ｈ，Ｏ，（３０分間、室温）でＴｉ／Ｗを剥がす９ｎ、ＤＩですす ぎ、Ｎ２で乾燥する １０、結合パッド金属の被覆 １０ａ、　　陽性レジストおよびリフトオフ方法でＷ／マスク＃７パターンを形 成する １０ｂ、室温およびウェハー保持器で１．　０μｍのＡＩを電子ビーム蒸着 １０ｃ、　　ウェハーを加熱アセトンに浸して過剰ＡＩを除去する１０ｄ、　　 新しいアセトン、メタノールおよびＤＩでウェハーをすすぎ、次いでＮ２で乾燥 １１、　　ソーを用いてウェハーのサイドＢにけがきを行う１２、先端の形成 １２ａ、　　３０秒間表面をスパッター清掃する１２ｂ。　シャドーマスクをウ ェハー上に置く、ＡＩ／ＺｎＯ／Ａ　Ｉ　／Ｚ　ｎ　Ｏ／Ａ　ｕパターンで形成 した「キー」を用いてパターンを合わせる１２ｃ、　　５〜１０μｍのニオブを 堆積させ、尖状先端を形成する１２ｄ、　　先端を傷つけないように注意深くシ ャドーマスクをとり外す １３、基質から片持ちはりを取り外す １３ａ、　　サイドＡ上に１０μｍの層陽性レジストを堆積させる１３ｂ、３： １のＳＦｓ　　：　Ｃ２ＣＩＦｉプラズマ＊エッチを用いてサイドＢからＳｉ膜 を介してエッチする１３ｃ、　　アセトンおよびメタノールでフォトレジストを 剥がす、空気乾燥する １４、けがき線に沿ってウェハーを割ることによりダイ（チップ）を分離する ＊　プラズマエッチはすべて、特に断りがない限り、２００ミリトル圧力におい て６分間の５００Ｗの電力を用いて行われる＊＊　負のフォトレジストを取り除 くための標準的な清掃＊＊ａ　　１２０℃においてｌＯ：１のＨｔ　ＳＯ−：Ｈ ｉ　０２で２０分間活性化する ＊＊ｂ　　ＤＩですすぐ ＊＊ｃ　　９０℃の４：１：１のＨ，Ｏ：Ｈ，ＳＯ４：Ｈ，Ｏ，で２０分間浸す ＊＊ｄ　　ＤＩですすぎ、Ｎ、で乾燥 ＊＊＊　　標準的な酸化前の清掃 ＊＊＊ａ　上記の清掃を行う（＊負のフォトレジストを取り除くための標準的な 清掃） ＊ｌ＊ｂ　　９０℃の２０：Ｉ：１のＨｉ　Ｏ：ＨＣＩ　：Ｈｉ　０ｇで２０分 間浸す ＊＊＊ｃ　　ＤＩですすぐ ＊＊＊ｄ　　９０℃の１０：１：１のＨｉ　Ｏ：ＮＨ４０Ｈ：Ｈｉ　０ｔで２０ 分間浸す ＊＊＊ｅ　　ＤＩですすぐ ＊＊＊ｆ　　２３℃で５０：ＩのＢＯＥに３０分間浸す＊＊＊ｇ　　ＤＩですす ぎ、Ｎ２で乾燥する浄書（内容に変更なし） 導電性表面 従来技術 従来技術 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、　９ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　Ｉ　Ｉ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　１３　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　１４ＦＩＧ、　１６ ＦＩＧ、　１７ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　２０ ＦＩＧ、２１ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ　２２ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　２８ ＦＩＧ、　２９ 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） １．事件の表示　　　平成１年特許願第５０３０５０号（ＰＣＴ／ＵＳ　８９１ ００２４３） ２、発明の名称　　　集積方式の走査型トンネル顕微鏡３、補正をする者 事件との関係　　出願人 ５、補正命令の日付　　平成３年６月４日図面の翻訳文の浄書（内容に変更なし ）国際調査報告 一吻勾豹１１＾−電沖−ＩＩ１．　ＰＣＴ／υＳ　　８９１００２４３国際調査 報告 ＳＡ　　　　２ｎ７３

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．基板と、 一端で前記基板に取りつけられ、他端に、突出し一点で終わっている導電性チッ プを有する圧電バイモルフカンチレバーとを備えた、一体化走査トンネル型顕微 鏡であって、前記バイモルフはさらに、３軸方向の前記バイモルフの動作が前記 複数対の電極に適当な電位を与えることによって生じるように、複数対の電極の 間にサンドイッチ状に挟まれた圧電材料の２つの層を有しており、 前記一体化走査トンネル型顕微鏡はさらに、導電性表面と、 前記導電性表面を、前記チップの中の原子の電子および導電性表面の原子の電子 についての確率密度関数の空間的に重なり合った領域に保持する手段と、 前記チップと前記導電性表面の間にバイアス電圧をかけてトンネル電流を前記チ ップと導電性表面との間に流すようにするバイアス手段と、 前記バイアス手段および前記複数対の電極に結合され、前記トンネル電流の大き さを検出し、前記電極の対の間の電圧を調整して前記チップを前記トンネル電流 が安定するように移動させる制御手段と、を備え、 前記チップに近くに前記導電性表面を保持する手段はキャビティを有し、該キャ ビティの中に前記導電性表面を有する第２基板であって、該第２基板は前記基板 に取りつけられ、前記キャビティを前記バイモルフの上方に位置させるようにし て、前記バイモルフが前記３つの軸方向の全てに移動出来る余地を与え、かつ前 記バイモルフの移動が前記チップを前記導電性表面のトンネル領域の中に持ち込 むのに十分であるように、前記導電性表面が、前記チップの近くに保持されるこ とを特徴とする一体化走査トンネル型顕微鏡。
2. ２．基板と、 一端で前記基板に取りつけられ、他端に、突出し一点で終わっている導電性チッ プを有する圧電バイモルフカンチレバーとを備えた、一体化走査トンネル型顕微 鏡であって、前記バイモルフはさらに、３軸方向の前記バイモルフの動作が前記 複数対の電極に適当な電位を与えることによって生じるように、複数対の電極の 間にサンドイッチ状に挟まれた圧電材料の２つの層を有しており、 前記一体化走査トンネル型顕微鏡はさらに、導電性表面と、 前記バイモルフの移動が前記チップを前記導電性表面のトンネル領域に中に持ち 込むのに十分であるように前記導電性表面を保持する手段と、 前記チップと前記導電性表面の間にバイアス電圧をかけてトンネル電流を前記チ ップと導電性表面との間に流すようにするバイアス手段と、 前記バイアス手段および前記複数対の電極に結合され、前記トンネル電流の大き さを検出し、前記電極の対の間の電圧を調整して前記チップを前記トンネル電流 が安定するように移動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする一体化走査 トンネル型顕微鏡。
3. ３．半導体基板と、 第１の端部、第２の端部とを有する集積バイモルフカンチレバーとを備えた、集 積装置であって、前記集積バイモルフカンチレバーの第１の端部は、前記基板に 取りつけられ、前記第２の端部はチップを有し、該チップは１つの尖端を有して おり、 前記バイモルフは、異なる電位をもつ複数の電極にパターン化された第１導電層 と、前記第１導電層上に形成される圧電材料の第１層と、圧電材料の前記第１層 上に形成されて中心電極を形成する第２導電層と、前記第２導電層上に形成され る圧電材料の第２の層と、前記第１導電層にパターン化された前記複数の電極と 整合する複数の電極にパターン化された圧電層の前記第２の層上に形成される第 ３導電層とを有し、前記集積装置はさらに、 導電性表面と、 前記基板に接続され、前記バイモルフの移動が前記チップを前記導電性表面のト ンネル領域に中に持ち込むのに十分であるように、前記導電性表面を保持する手 段と、前記基板上に集積され、前記チップ、前記導電性表面および前記バイモル フカンチレバーの電極に接続され、前記チップと導電性表面との間にバイアス電 圧を与え、前記チップと前記導電性表面との間に流れる電流を測定し、適当な電 極対に適当な電圧が加わるようにして、所望のトンネルバイアス電流を維持する ような方法で前記チップを移動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする集 積装置。
4. ４．基板と、 前記基板に取りつけられ、自由空間に片持ち支持された一端と、そこに突出して 形成された導電性チップとを有する圧電バイモルフ動作トランスデューサーと、 を備えた一体化走査トンネル型顕微鏡であって、 前記チップは、集積回路製造技術を使って前記片持ち支持された端部に整合する 開口を有するマスク材料からなるシャドーマスクを通して導電性材料の蒸発によ って形成された集積チップ構造の物理的形状と、配向と、大きさを有する一点で 終わっており、 前記一体化走査トンネル型顕微鏡は更に、導電性表面と、 前記導電性表面を、前記動作トランスデューサの移動が前記チップを前記導電性 表面のトンネル領域に持ち込むのに十分であるように保持する手段と、 前記チップと前記導電性表面の間にバイアス電圧をかけてトンネル電流を前記チ ップと導電性表面との間に流すようにするバイアス手段と、 前記バイアス手段および前記複数対の電極に結合され、前記トンネル電流の大き さを検出し、前記電極の対の間の電圧を調整して前記トンネル電流を所望のレベ ルになるように前記チップを移動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする 一体化走査トンネル型顕微鏡。