JP2002365195A

JP2002365195A - プローブ及びその製造方法

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Publication number: JP2002365195A
Application number: JP2001169460A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yatsui; 崇八井; Tadashi Kawazoe; 忠川添; Motonobu Korogi; 元伸興梠; Genichi Otsu; 元一大津
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-18
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP3574794B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一つのプローブで、高い検出感度と高い分解
能とを実現する。【解決手段】プローブ１を、少なくともＳｉを含有す
る材料によって形成する。また、プローブ１に導電部３
を形成する。導電部３に電流を供給することによって、
プローブ１の温度を高くすることが可能となる。プロー
ブ１を形成しているＳｉは温度が高くなるにつれて膨張
することが知られている。したがって、導電部３に電流
を供給してプローブ１の温度を高くすると、出射開口部
４ｂが大きくなる。すなわち、導電部３に流す電流の量
を調節することで、出射開口部４ｂの大きさを調節する
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光を使用し
て試料の観察を行う近接場光学顕微鏡や、近接場光を使
用して光記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装
置、更に電子ビーム使用して試料の観察を行う電子顕微
鏡などに設けられるプローブ及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常の光学顕微鏡によって得られる画像
の分解能は、回折限界という波の伝播に由来する分解能
の限界があるため、光の半波長以下の２点を区別するこ
とはできない。すなわち、光の分解能を超えて試料を観
察することはできない。

【０００３】これに対して、近接場光学顕微鏡を用いれ
ば、光の分解能を超えて試料を観察することが可能とな
る。近接場光学顕微鏡は、観察対象となる試料との対向
面に、先端径がナノメートルサイズである近接場光発生
用プローブ（以下、光プローブと称する。）が設けられ
ている。この光プローブは、尖鋭な先端を有しており、
この先端に形成された近接場光の出射部から染み出した
近接場光（エバネッセント光）を試料に対して照射する
ことによって、光の分解能を超えて試料を観察すること
ができる。

【０００４】この近接場光学顕微鏡用の技術を利用する
ことにより、ナノメートル級の分解能で、例えば生体試
料、半導体試料、光メモリ材料、感光性材料などの形状
を観察することや分光計測をすることなどが可能とな
り、さらには、光加工などを行うことも可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この近接場
光学顕微鏡用の技術を利用して、光記録媒体に対する情
報の高密度記録、及び高密度記録された光記録媒体に対
する再生を行うことができる。このときには、光プロー
ブを光ヘッドとして使用し、光記録媒体に対する記録再
生を行う。

【０００６】光記録媒体に対して高密度記録を行うとき
には、情報信号を示すピットをできるだけ小さく形成す
る必要がある。ピットを小さく形成するためには、光プ
ローブの分解能を高くする必要がある。また、情報が高
密度記録されている光記録媒体に対して再生を行うとき
には、シグナル／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を低減するため
に、情報の検出感度を高くする必要がある。

【０００７】しかしながら、分解能を高くするために
は、近接場光出射部から染み出る光のスポット径をでき
るだけ小さくしなくてはならない。光のスポット径を小
さくするためには、近接場光出射部をできるだけ小さく
形成する必要がある。一方、情報の検出感度を高くする
ためには、光プローブの近接場光出射部から染み出る光
の量ができるだけ多い方が良い。光の量を大きくするた
めには、近接場光出射部をできるだけ大きく形成する必
要がある。

【０００８】したがって、分解能と検出感度との両方を
共に高くすることには限界がある。すなわち、１つの光
プローブを使用して情報の記録と再生との両方を精度良
く行うことは限界がある。

【０００９】また、この光プローブを使用して試料を観
察するに際し、分解能を重視するときには近接場光出射
部が小さい光プローブを使用して試料を観察し、検出感
度を重視するときには近接場光出射部が大きい光プロー
ブを使用して試料を観察している。そして、分解能と検
出感度との両方を重視した観察を行う必要があるときに
は、２つの異なる光プローブを使用している。

【００１０】しかしながら、光プローブを使用して観察
するときに観察対象となる試料は微小であり、２つの異
なる光プローブによって同じ位置を観察することは非常
に困難となる。

【００１１】したがって、一つの微小な試料に対して分
解能と検出感度との両方を重視した観察を行うことは困
難となる。

【００１２】本発明はこのような従来の実情に鑑みて考
案されたものであり、高い分解能と高い検出感度とを共
に実現することが可能であるプローブ及びその製造方法
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプローブ
は、基板に、光、電子、イオン、及び原子の入射媒体の
うち少なくとも１種類を通過させる通過孔が設けられて
おり、上記通過孔が、上記基板を貫通しており、一方の
主面上に形成された上記入射媒体を入射するための入射
開口から、他方の主面上に形成された上記入射媒体を出
射するための出射開口にかけて徐々に小さくなるように
形成されている。そして、上記基板が少なくともＳｉを
含有する材料によって形成されているとともに、この基
板と接触している導電部が形成されていることを特徴と
する。

【００１４】本発明に係るプローブは、導電部に電流が
供給されることで温度が高くなる。また、本発明に係る
プローブは、Ｓｉが含有されている材料によって形成さ
れており、このＳｉは温度が高くなるにつれて膨張する
性質を有している。したがって、本発明に係るプローブ
は、導電部に供給される電流の量が変化することによっ
て温度が変化し、出射開口の大きさが変化する。

【００１５】また、本発明に係るプローブの第１の製造
方法は、第１の穴部穿設工程と、第２の穴部穿設工程
と、導電部形成工程とを有することを特徴とする。第１
の穴部穿設工程は、Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の
主面側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１
の穴部を穿設する。第２の穴部穿設工程は、Ｓｉ基板の
他方の主面側から、上記第１の穴部と連繋するように第
２の穴部を穿設する。導電部形成工程は、遮光性及び導
電性を有する金属材料によって、Ｓｉ基板上に導電部を
形成する。

【００１６】また、本発明に係るプローブの第２の製造
方法は、第１の穴部穿設工程と、Ｂドープ工程と、第２
の穴部穿設工程とを有することを特徴とする。第１の穴
部穿設工程は、Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の主面
側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１の穴
部を穿設する。Ｂドープ工程は、上記Ｓｉ基板の主面側
にＢをドープする。第２の穴部穿設工程は、上記Ｓｉ基
板の他方の主面側から、上記第１の穴部と連繋するよう
に第２の穴部を穿設する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したプローブ
及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に
説明する。

【００１８】第１の実施の形態まず、本発明を適用した第１の実施の形態について説明
する。

【００１９】図１乃至図３に示すように、本発明を適用
したプローブ１は、基板２上に導電部３が形成された構
造を有している。

【００２０】基板２は、一方の主面２ａ上に尖鋭状の凸
部２ｂが形成され、他方の主面２ｃ上には、この凸部２
ｂと対応した凹部２ｄが形成されている。この凸部は、
一方の主面２ａ側から見た形状が略三角柱形状とされて
いる。また、凹部２ｄは、図２に示すように、他方の主
面２ｃ側から見た形状が矩形状とされている。基板２に
は、凸部２ｂと凹部２ｄとの頂点を貫通するスリットが
形成されている。このスリット及び凹部２ｄの内壁によ
って形成された貫通孔が、光が通過する通過孔４とされ
ている。この通過孔４については、詳細を後述する。基
板２は、凸部２ｂ及び凹部２ｄによって形成される集光
部２ｅと、集光部２ｅを支持する支持部２ｆとからなっ
ている。集光部２ｅはＳｉＯ_２によって形成されてお
り、支持部２ｆはＳｉによって形成されている。なお、
集光部２ｅは、プローブ１を製造するときにＳｉ用のエ
ッチャントによってエッチングされることを防ぐため
に、ＳｉＯ_２によって形成される。

【００２１】導電部３は、基板２における一方の主面２
ａ上に形成されている。すなわち、導電部３は、凸部２
ｂ上にも形成されている。この導電部３は、例えばＡｕ
やＡｌなどの導電性及び遮光性を有する金属材料によっ
て形成されている。また、導電部３は外部の電流供給源
と接続可能とされている。導電部３に、外部の電力供給
源から電流が供給されることによって、プローブ１が加
温される。このとき、例えば導電部３の長手方向の両端
部３ａ，３ｂのそれぞれに電流供給源を接続することに
よって、プローブ１が加温される。また、導電部３は遮
光性を有しており、光が後述する出射開口部の周辺から
漏れることを防ぎ、出射する光のスポット径を小さく絞
ることができる。

【００２２】ここで、通過孔４について説明する。通過
孔４は、支持部２ｆ側に形成された矩形状の開口部から
集光部２ｅの先端に形成されたスリット状の開口部ま
で、徐々に開口が小さくなるように形成されている。こ
こで、矩形状の開口部は入射開口部４ａとされており、
スリット状の開口部は出射開口部４ｂとされている。

【００２３】このプローブ１は、入射開口部４ａで光を
入射し、入射した光を通過孔４の内壁で散乱させて出射
開口部４ｂでの光強度が大きくなるように集光し、出射
開口部４ｂから近接場光を出射する。また、プローブ１
は、電流供給源から導電部３へ電流が供給されることで
温度が高くなり、出射開口部４ｂが大きくなる。そし
て、プローブ１は、電流供給源から導電部３へ供給され
る電流の量が減少することによって温度が低くなり、出
射開口部４ｂが小さくなる。

【００２４】以下では、導電部３へ流す電流の量と出射
開口部４ｂの大きさとの関係について詳述する。

【００２５】プローブ１は、集光部２ｅがＳｉＯ_２によ
って形成されており、支持部２ｆがＳｉによって形成さ
れている。Ｓｉは、図４に示すように、温度が高くなる
につれて膨張することが知られている（L. Lin, S. Si
n, Sensors and Actuators A71 (1998) 35-39）。な
お、図４では、横軸が温度を示しており、縦軸がＳｉの
膨張を示している。また、導電部３に電流が供給される
ことで、プローブ１の温度は高くなる。

【００２６】したがって、プローブ１は、導電部３へ供
給される電流の量が増加すると、温度が高くなるために
膨張し、出射開口部４ｂが大きくなる。本実施の形態で
は、出射開口部４ｂの幅ｗは室温で１００ｎｍとされて
おり、温度を更に２００℃上げることによって１μｍと
なる。また、プローブ１は、導電部３へ供給される電流
の量が減少すると、温度が低くなるためにプローブ１の
膨張が小さくなり、出射開口部４ｂが小さくなる。

【００２７】プローブ１は、出射開口部４ｂが大きいと
きには、出射される近接場光の量が多くなるために高い
検出感度を実現することが可能となり、出射開口部４ｂ
が小さいときには、出射される近接場光のスポットが小
さくなるために高い分解能を実現することが可能とな
る。すなわち、本発明を適用したプローブ１は、導電部
３へ供給する電流の量を調節することによって、出射開
口部４ｂの大きさが変化可能とされており、単独で高い
検出感度と高い分解能との両方を実現することが可能と
なる。

【００２８】例えば、プローブ１を使用して光記録媒体
に対する記録再生を行ったときには、高い分解能で情報
の記録を行うことができるため、高密度な情報の記録を
行うことができるとともに、高い検出感度で情報の再生
を行うことができるため、Ｓ／Ｎ比を低下させることが
できる。

【００２９】また、プローブ１を使用して試料の観察を
行ったときには、１つの微小な試料における同一の場所
に対して、高い分解能で試料表面の微細な構造を観察す
ることができるとともに、高い検出感度で試料の分析な
どを行うことができる。

【００３０】このプローブ１は、以下に示す方法によっ
て製造される。

【００３１】先ず、図５に示すようなＳＯＩ（silicon
on inslation）基板１０を用意する。このＳＯＩ基板１
０は、第１のＳｉ層１１上に、第１のＳｉＯ_２層１２
と、第２のＳｉ層１３とが順次積層された構造を有して
いる。本実施の形態で使用されたＳＯＩ基板１０は、第
１のＳｉ層１１の厚さが６００μｍ、第１のＳｉＯ_２層
１２の厚さが１μｍ、第２のＳｉ層１３の厚さが１０μ
ｍとされている。

【００３２】次に、図６に示すように、ＳＯＩ基板１０
に対して１１５０℃・５分の加熱をを行って第２のＳｉ
層１３を酸化することで、第２のＳｉ層１３の表面に第
２のＳｉＯ_２層１４を形成する。

【００３３】次に、この第２のＳｉＯ_２層１４に対し
て、例えばリソグラフィーによるパターニングを行う。
このとき、図７に示すように、第２のＳｉＯ_２層１４の
略中央部に略長方形の開口部１４ａが形成されるよう
に、第２のＳｉＯ_２層１４をパターニングする。この開
口部１４ａが形成された位置には、最終的に入射開口部
４ａが形成される。ここで、リソグラフィー技術として
は、例えばフォトリソグラフィー技術や電子ビーム描画
装置を使用した技術などを用いることができる。このと
き、例えば第２のＳｉＯ_２層１４上にリソグラフィーに
よりレジスト膜を形成した後に、レジスト膜のパターニ
ングを行う。そして、第２のＳｉＯ_２層１４に対してフ
ッ酸緩衝液によるウェットエッチングを行う。

【００３４】次に、ＳＯＩ基板１０に対して、第２のＳ
ｉＯ_２層１４をマスクとして、異方性エッチングを施
す。このときのエッチャントとしては、例えばＫＯＨ水
溶液、ＮａＯＨ水溶液、ヒドラジン一水和物、エティレ
ンジアミン−パイロカテコール−水の混合液（ＥＰ
Ｗ）、テトラメティルアンモニュウムハイドロオキサイ
ド（ＴＭＡＨ）などを使用する。これにより、図８及び
図９に示すように、ＳＯＩ基板の略中央部に凹部１３ａ
が形成される。この凹部１３ａは、開口の形が略長方形
とされており、一方の主面１０ａ側から深さ方向へ進む
に従って、開口が次第に小さくなる形状とされている。

【００３５】次に、図１０に示すように、第２のＳｉＯ
_２層１４を、例えばフッ酸緩衝液によって除去する。

【００３６】次に、９５０℃・９時間の加熱を行って第
２のＳｉ層１３を酸化し、図１１に示すように、第２の
Ｓｉ層１３上に第３のＳｉＯ_２層１５を形成する。な
お、このとき第３のＳｉＯ_２層１５を凹部１３ａ上にも
形成する。

【００３７】次に、図１２に示すように、凹部１３ａ上
に、例えばＣｒを蒸着することで第１の金属層１６を形
成する。

【００３８】次に、図１３に示すように、凹部１３ａ以
外の位置に形成された第３のＳｉＯ _２層１５を除去し、
第２のＳｉ層１３を表面に露出させる。すなわち、上に
第１の金属層１６が形成された領域にのみ、第３のＳｉ
Ｏ_２層１５を残存させる。このとき、例えば、フッ酸緩
衝液を用いることによって、第３のＳｉＯ_２層１５を除
去する。

【００３９】次に、図１４に示すように、第２のＳｉ層
１３上に補強部材１７を接合する。この補強部材１７を
第２のＳｉ層１３上に接合することによって、プローブ
１の強度が向上する。また、本実施の形態では、補強部
材１７としてガラスを使用している。ガラスは光伝搬損
失が少ない。したがって、ガラスによって形成された補
強部材１７を接合することで、プローブ１の強度を向上
させるとともに、入射開口部４ａへ入射する光量を十分
な量とし、出射開口部４ｂから出射する近接場光を十分
な強度とすることが可能となる。

【００４０】ここで、補強部材１７に使用されるガラス
と第２のＳｉ層１３との陽極接合について説明する。ガ
ラスはＮａ^＋を含有している。このガラスと第２のＳｉ
層１３とを接触させ、真空中又はＮ_２、Ａｒ_２などの不
活性ガス中で３５０℃〜４５０℃に加熱したまま、第１
のＳｉ層１１を陽極として２００Ｖ〜１０００Ｖの電位
差を与える。このとき、Ｎａ^＋は、ガラスの融点以下の
温度でもガラス中で動き易くなり、負電界に引かれてガ
ラス表面に到達する。そして、ガラス中に残った多量の
負イオンが第２のＳｉ層１３との間に空間電荷層を形成
してＳｉ−ガラス間に吸着力が生じ、第２のＳｉ層１３
とガラスとが化学接合する。

【００４１】次に、図１５に示すように、第１のＳｉ層
１１を除去する。第１のＳｉ層１１を除去する方法とし
ては、例えばＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ、フッ酸・硝酸混
合液などによるエッチングや、機械的研磨、或いは化学
機械研磨（ＣＭＰ）などが挙げられる。これにより、第
１のＳｉＯ_２層１２表面が露出することとなる。

【００４２】次に、図１６に示すように、第１のＳｉＯ
_２層１２を、例えばフッ酸緩衝液などによって除去す
る。

【００４３】次に、図１７に示すように、第２のＳｉ層
１３を、補強部材１７が接合されている主面と反対側の
主面から、例えばＴＭＡＨなどによってエッチングし、
最終的に集光部２ａとなる凸部１８を形成する。

【００４４】次に、図１８に示すように、凸部１８の先
端１８ａに、例えばフッ酸緩衝液によって、最終的に出
射開口部４ｂとなる穴部１９を穿設する。

【００４５】次に、図１９に示すように、第１の金属層
１６を例えばエッチングにより除去する。このとき、例
えばエッチャントとして、硫酸二アンモニュウムセリウ
ム（１６５ｇ）、硝酸（９０ｍｌ）、超純水（１ｌ）を
混合した溶液を使用し、室温でエッチングを行う。

【００４６】最後に、図２０に示すように、凸部１８の
外周に、例えばＡｕ、Ａｌなどをスパッタすることによ
って第２の金属層１９を形成する。この第２の金属層１
９は、最終的に導電部３となる。そして補強部材１７が
陽極接合されたプローブ１が完成する。

【００４７】なお、本実施の形態では、プローブ１の出
射開口部４ｂをスリットとしたが、出射開口部４ｂはス
リットに限定されない。例えば、出射開口部４ｂは、図
２１に示すような微小開口としても良い。このとき、凸
部２ｂの形状は錐体とされ、この錐体の頂点に微小開口
が形成される。

【００４８】また、出射開口部４ｂがスリットであるプ
ローブ１は、入射媒体が光である近接場光学顕微鏡だけ
ではなく、入射媒体が電子である透過電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）や、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などに使用すること
も可能である。このときには、電子を入射開口部４ａか
ら入射し、通過孔４の内壁で散乱させて出射開口部４ｂ
から出射する。

【００４９】第２の実施の形態つぎに、本発明を適用した第２の実施の形態について説
明する。

【００５０】図２２及び図２３に示すように、本発明を
適用したプローブ３０は、略直方体であり、導電部３１
を有する基板３２を備えている。この基板３２は通過孔
３３を有している。そして、基板３２上には絶縁層３４
と、電極３５ａ，３５ｂとが形成されている。

【００５１】基板３２は、Ｓｉ基板にＢをドープするこ
とによって形成されている。ここで、ＢはＳｉ基板の一
主面から特定の深さまでドープされている。したがっ
て、基板３２は、ＳｉのみによるＳｉ層、及びＢがドー
プされているＢ＋Ｓｉ層からなる。このＢ＋Ｓｉ層は導
電性を有しており、導電部３１とされる。導電部３１
は、後述するように電極３５ａ，３５ｂと電気的に接続
している。

【００５２】通過孔３３は基板３２を貫通している。ま
た、通過孔３３の内壁は導電部３１によって形成されて
いる。この通過孔３３の一方の開口は入射開口部３３ａ
とされており、他方の開口は出射開口部３３ｂとされて
いる。この入射開口部３３ａは矩形状であり、出射開口
部３３ｂはスリットである。そして、通過孔３３は、入
射開口部３３ａから出射開口部３３ｂまで、徐々に開口
が小さくなるように形成されている。

【００５３】絶縁体層３４は、ＳｉＯ_２によって形成さ
れている。絶縁体層３４には２つの開口部３４ａ，３４
ｂが設けられており、この開口部３４ａ，３４ｂからは
それぞれ導電部３１が露呈している。そして、この開口
部３４ａ，３４ｂには、後述するように電極３５ａ，３
５ｂが形成される。

【００５４】電極３５ａ，３５ｂは、上述したように、
開口部３４ａ，３４ｂ上に形成される。また、上述した
ように、開口部３４ａ，３４ｂからは導電部３１が露呈
している。したがって、電極３５ａ，３５ｂは、開口部
３４ａ，３４ｂで導電部３１と接触しており、電気的に
接続している。また、電極３５ａ，３５ｂは、外部の電
流供給源と接続可能とされている。したがって、電極３
５ａ，３５ｂは、外部の電流供給源から供給された電流
を、導電部３１に供給することが可能となる。

【００５５】以上説明したプローブ３０は、入射開口部
３３ａで光を入射し、入射した光を通過孔３３の内壁で
散乱させて出射開口部３３ｂでの光強度が大きくなるよ
うに集光し、出射開口部３３ｂから近接場光を出射す
る。また、プローブ３０は、電流供給源から導電層３１
へ電流が供給されることで温度が高くなり、出射開口部
３３ｂが大きくなる。そして、プローブ３０は、電流供
給源から導電層３１へ供給される電流の量が減少するこ
とによって温度が低くなり、出射開口部３３ｂが小さく
なる。

【００５６】このプローブ３０は、以下に示す方法によ
って製造される。

【００５７】先ず、図２４に示すように、Ｓｉ基板４０
に対して１１５０℃・５分の加熱を行い、一方の主面を
酸化して第１のＳｉＯ_２層４１を形成する。

【００５８】次に、第１のＳｉＯ_２層４１に対して、例
えばリソグラフィーによるパターニングを行う。このと
きには、図２５に示すように、第１のＳｉＯ_２層４１の
略中央部に開口部４１ａが形成されるように、第１のＳ
ｉＯ_２層４１をパターニングする。この開口部４１ａが
形成された位置には、最終的に入射開口部３３ａが形成
される。ここで、リソグラフィー技術としては、例えば
フォトリソグラフィー技術や電子ビーム描画装置を使用
して技術などを用いることができる。このとき、例えば
第１のＳｉＯ_２層４１上にリソグラフィーによりレジス
ト膜を形成した後に、レジスト膜のパターニングを行
う。そして、フッ酸緩衝液によって第１のＳｉＯ_２層４
１をウェットエッチングする。

【００５９】次に、図２６及び図２７に示すように、第
１のＳｉＯ_２層４１をマスクとして、Ｓｉ基板４０に対
して異方性エッチングを施し、穴部４０ａを穿設する。
この穴部４０ａは略長方形状の開口を有しており、一方
の主面４０ｂ側から厚さ方向へ進むに従って開口が小さ
くなるように形成される。すなわち、穴部４０ａは略三
角柱形状を有している。このときのエッチャントとして
は、例えばＫＯＨ水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ヒドラジン
一水和物、エティレンジアミン−パイロカテコール−水
の混合液（ＥＰＷ）、テトラメティルアンモニュウムハ
イドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などを使用する。

【００６０】次に、第１のＳｉＯ_２層４１に対して、例
えばリソグラフィーによるパターニングを再度行う。こ
のときには、図２８に示すように、第１のＳｉＯ_２層４
１の略中央部に開口部４１ｂが形成されるように、第１
のＳｉＯ_２層４１をパターニングする。この開口部４１
ｂは、開口部４１ａよりも大きくなるように形成する。
開口部４１ｂが形成された位置には、最終的に導電部３
１が形成される。

【００６１】次に、図２９に示すように、開口部４１ｂ
が形成されることによって露出したＳｉ基板４０（以
下、領域Ｚと称する。）に対してＢをドープし、最終的
に導電層３１となるＢ＋Ｓｉ層４２を形成する。

【００６２】ここで、Ｓｉ基板４０に対してＢをドープ
するときの具体的な方法について説明する。Ｂをドープ
するときには、Ｂ_２Ｏ_３、有機バインダー、及び溶媒の
混合物であるＰＢＦを使用する。

【００６３】先ず、このＰＢＦを領域Ｚに滴下する。そ
して、スピンコート法によって、ＰＢＦを領域Ｚ上に延
伸した後に、乾燥させる。この状態でＳｉ基板４０を酸
化炉に入れて加熱して焼成する。このとき、領域Ｚ及び
穴部４０ａ上にＢ_２Ｏ_３被膜が形成されるとともに、有
機バインダが酸化分解してＨ_２ＯとＣＯ_２とが発生す
る。更に、当該Ｓｉ基板４０に加熱することによって、
以下の式１に示すような化学反応が起こり、ＢがＳｉに
対して熱拡散してドープされる。

【００６４】３Ｓｉ＋２Ｂ_２Ｏ_３→３ＳｉＯ_２＋４Ｂ・・・式１次に、第１のＳｉＯ_２層４１の除去を行う。このとき、
例えばフッ酸緩衝液を使用したウェットエッチングを行
うことで、第１のＳｉＯ_２層４１を除去する。

【００６５】次に、図３０に示すように、酸素雰囲気中
において１１５０℃・５分の加熱を行うことで、第２の
ＳｉＯ_２層４３を形成する。

【００６６】次に、図３１に示すように、第２のＳｉＯ
_２層４３に対して、例えばリソグラフィーによるパター
ニングを行う。このとき、最終的に電極３５ａ，３５ｂ
が形成される部位に開口部４３ａ，４３ｂが形成される
ように、第２のＳｉＯ_２層４３をパターニングする。

【００６７】次に、図３２に示すように、第２のＳｉＯ
_２層４３上に、レジスト層４４を形成する。

【００６８】次に、図３３に示すように、例えばリソグ
ラフィーにより、レジスト層４４に対するパターニング
を行う。このとき、このとき、最終的に電極３５ａ，３
５ｂが形成される部位に開口部４４ａ，４４ｂが形成さ
れるように、レジスト層４４をパターニングする。

【００６９】次に、図３４に示すように、開口部４４
ａ、４４ｂ上に、最終的に電極層３５ａ，３５ｂとなる
導電性金属層４５ａ，４５ｂを形成する。この導電性金
属層４５ａ、４５ｂは、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒなど
を蒸着することによって形成される。そして、レジスト
層４４を除去する。

【００７０】最後に、図３５に示すように、Ｓｉ基板４
０の他の主面側から最終的に出射開口部３３ｂとなる微
小開口４０ｃを穿設する。この微小開口４０ｃは、穴部
４０ａと貫通するように穿設される。この微小開口を穿
設する方法としては、例えば集束イオンビームなどを利
用して機械的に形成する方法などが挙げられる。そし
て、図２２及び図２３に示すようなプローブ３０が完成
する。

【００７１】

【発明の効果】本発明に係るプローブは、導電部を備え
ており、また少なくともＳｉを含む材料から形成されて
いる。Ｓｉは、温度が高くなるにつれて膨張することが
知られている。また、導電部へ電流が供給されること
で、本発明に係るプローブは温度が高くなる。したがっ
て、本発明に係るプローブは、導電部へ供給される電流
の量が増加すると、温度が高くなるために膨張し、出射
開口部が大きくなる。また、本発明に係るプローブは、
導電部へ供給される電流の量が減少すると、温度が低く
なるために膨張が小さくなり、出射開口部が小さくな
る。

【００７２】プローブは、出射開口部が大きいときには
高い検出感度を実現することが可能となり、出射開口部
が小さいときには高い分解能を実現することが可能とな
る。すなわち、本発明に係るプローブは、導電部へ供給
される電流の量が変化することによって出射開口部の大
きさが変化するため、単独で高い検出感度と高い分解能
との両方を実現することができる。

【００７３】また、本発明を適用したプローブの第１及
び第２の製造方法は、導電部へ供給する電流の量を調節
することによって、出射開口部の大きさを調節すること
ができるプローブを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプローブであり、導電部が金
属材料によって形成されているプローブを示す斜視図で
ある。

【図２】同プローブを示す図であり、基板側から見た平
面図である。

【図３】同プローブを示す図であり、図１中Ａ−Ａ’線
断面図である。

【図４】温度とＳｉの膨張との関係を示す図である。

【図５】ＳＯＩ基板を示す斜視図である。

【図６】ＳＯＩ基板上に第２のＳｉＯ_２層を形成した状
態を示す斜視図である。

【図７】第２のＳｉＯ_２層にパターニングを施した状態
を示す斜視図である。

【図８】パターニングを施した第２のＳｉＯ_２層をマス
クとして第２のＳｉ層をエッチングした状態を示す図で
あり、図７中Ｂ−Ｂ’線断面図である。

【図９】パターニングを施した第２のＳｉＯ_２層をマス
クとして第２のＳｉ層をエッチングした状態を示す図で
あり、図７中Ｃ−Ｃ’線断面図である。

【図１０】第２のＳｉＯ_２層を除去した状態を示す斜視
図である。

【図１１】第２のＳｉ層上に第３のＳｉＯ_２層を形成し
た状態を示す断面図である。

【図１２】穴部１３ａ上に第１の金属層を形成した状態
を示す断面図である。

【図１３】穴部１３ａ以外の位置に形成された第３のＳ
ｉＯ_２層を除去した状態を示す断面図である。

【図１４】穴部１３ａが形成された第２のＳｉ層上にガ
ラスが陽極接合された状態を示す断面図である。

【図１５】ＳＯＩ基板から第１のＳｉ層を除去した状態
を示す断面図である。

【図１６】第１のＳｉＯ_２層を除去した状態を示す断面
図である。

【図１７】第２のＳｉ層を、補強部材が接合している主
面と反対側の主面からエッチングした状態を示す断面図
である。

【図１８】第１のＳｉＯ_２層を除去し、先端に開口を形
成した状態を示す断面図である。

【図１９】第１の金属層を除去した状態を示す断面図で
ある。

【図２０】第２の金属層を形成した状態を示す断面図で
ある。

【図２１】微小開口を示す要部拡大平面図である。

【図２２】本発明を適用したプローブであり、導電部が
ＢをドープしたＳｉによって形成されているプローブを
示す平面図である。

【図２３】同プローブを示す図であり、図２３中Ｅ−
Ｅ’線断面図である。

【図２４】Ｓｉ基板上に第１のＳｉＯ_２層を形成した状
態を示す斜視図である。

【図２５】ＳｉＯ_２層をパターニングした状態を示す斜
視図である。

【図２６】Ｓｉ層に対してエッチングを施した状態を示
す図であり、図２７中Ｆ−Ｆ’線断面図である。

【図２７】Ｓｉ層に対してエッチングを施した状態を示
す図であり、図２７中Ｇ−Ｇ’線断面図である。

【図２８】Ｂをドープする領域Ｚ上に形成された第１の
ＳｉＯ_２層を除去した状態を示す斜視図である。

【図２９】Ｂをドープした状態を示す断面図である。

【図３０】第２のＳｉＯ_２層を形成した状態を示す断面
図である。

【図３１】第２のＳｉＯ_２層に開口部を形成した状態を
示す断面図である。

【図３２】レジスト層を形成した状態を示す断面図であ
る。

【図３３】レジスト層に開口部を形成した状態を示す断
面図である。

【図３４】開口部に導電性金属層を形成した後に、レジ
スト層を除去した状態を示す断面図である。

【図３５】微小開口を形成した状態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１プローブ、２基板、３導電部、４通過孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大津元一東京都品川区豊町６−21−５Ｆターム(参考） 5D119 AA11 AA22 EB02 JA34 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に、光、電子、イオン、及び原子の
入射媒体のうち少なくとも１種類を通過させる通過孔が
設けられており、上記通過孔が、上記基板を貫通しており、一方の主面上
に形成された上記入射媒体を入射するための入射開口か
ら、他方の主面上に形成された上記入射媒体を出射する
ための出射開口にかけて徐々に小さくなるように形成さ
れているプローブにおいて、上記基板が、少なくともＳｉを含有する材料によって形
成されているとともに、さらにこの基板と接触している
導電部が形成されていることを特徴とするプローブ。
【請求項２】上記導電部は、金属材料によって形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載のプローブ。
【請求項３】上記金属材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのう
ちの少なくとも１種類であることを特徴とする請求項２
記載のプローブ。
【請求項４】上記導電部は、ＢをドープしたＳｉによ
って形成されていることを特徴とする請求項１記載のプ
ローブ。
【請求項５】Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の主面
側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１の穴
部を穿設する第１の穴部穿設工程と、Ｓｉ基板の他方の主面側から、上記第１の穴部と連繋す
るように第２の穴部を穿設する第２の穴部穿設工程と、遮光性及び導電性を有する金属材料によって、Ｓｉ基板
上に導電部を形成する導電部形成工程とを有することを
特徴とするプローブの製造方法。
【請求項６】上記金属材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのう
ちの少なくとも１種類であることを特徴とする請求項５
記載のプローブの製造方法。
【請求項７】Ｓｉ基板の一方の主面側に、他方の主面
側に近接するに従って開口が徐々に小さくなる第１の穴
部を穿設する第１の穴部穿設工程と、上記Ｓｉ基板の主面側にＢをドープするＢドープ工程
と、上記Ｓｉ基板の他方の主面側から、上記第１の穴部と連
繋するように第２の穴部を穿設する第２の穴部穿設工程
とを有することを特徴とするプローブの製造方法。