JPH07113634A - Probe for scanning probe microscope, manufacture thereof, recording reproducer using probe and fine machining device - Google Patents

Probe for scanning probe microscope, manufacture thereof, recording reproducer using probe and fine machining device

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Publication number
JPH07113634A
JPH07113634A JP25964493A JP25964493A JPH07113634A JP H07113634 A JPH07113634 A JP H07113634A JP 25964493 A JP25964493 A JP 25964493A JP 25964493 A JP25964493 A JP 25964493A JP H07113634 A JPH07113634 A JP H07113634A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
low melting
probe
melting point
cantilever
Prior art date
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Pending
Application number
JP25964493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Yamamoto
伸一 山本
Hiroyuki Kado
博行 加道
Takao Toda
隆夫 任田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP25964493A priority Critical patent/JPH07113634A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a mechanically and electrically stable probe by providing a cantilever consisting of a dielectric thin-film or a conductive thin-film covered with a conductive substance and a low melting-point metallic thin-film and a conductive needle crystal. CONSTITUTION:A silicon nitride thin-film 2 in length of 1mum is prepared on the surface of an Si substrate, and machined through a photolithographic technique. A glass substrate 100 is bonded with the thin-film 2 of a section as the fixed end 160b of a cantilever 160, and the substrate 100 is removed through etching. A Cr thin-film in thickness of 50mum and a Pt thin-film in thickness of 100mum are prepared on a surface reverse to the adhesive surfaces of the thin-film 2 and the substrate 100, and a conductive thin-film 3 is formed. A low melting-point metallic thin-film 4 composed of In is formed in the region of the free end 160a of the lever 160, and a conductive needle crystal 5 made up of zinc oxide is attached. A section in the vicinity of a front end section on the free end 160a side is heated, the thin-film 4 is melted, and a part of the crystal 5 is brought into contact with the melted thin-film 4. The thin-film 4 is cooled and solidified, and the crystal 5 is fixed onto the lever 160, thus completing a probe 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe (probe) for a scanning probe microscope, a method for manufacturing the probe, and a high electrical / mechanical stability using the probe, which is stable for a long period of time. The present invention relates to a recording / reproducing device and a fine processing device that can operate.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, atomic force microscopes and scanning tunneling microscopes have been developed as devices for observing solid surfaces on an atomic scale. These microscopes are generally called scanning probe microscopes, and by scanning the sample surface with a probe with a sharp tip, various local physical quantities such as atomic force and electrical conductivity are detected and imaged. To do. Therefore, the resolution of the scanning probe microscope depends on the radius of curvature of the tip and the angle of the tip of the probe, and researches for making them smaller are being actively conducted. In a high resolution atomic force microscope,
A probe as shown in FIG. 4A is used. Figure 4
In (a) of, the tip of the conventional atomic force microscope is 1
The cantilever 16 having a length of about 00 μm to 200 μm, and the needle crystal 5 fixed to the free end 16 a side of the cantilever 16 are fixed to the substrate 1 and the like. A metal thin film 41 for reflecting laser light is provided on one surface of the cantilever 16. Needle crystal 5
Zinc oxide or the like is used as the material, and is bonded to the silicon oxide thin film or the silicon nitride thin film 2 forming the cantilever 16 with an epoxy resin 42. On the other hand, when the scanning probe microscope is used as a recording / reproducing device or a microfabrication device, a probe as shown in FIG. 4B is used. A cantilever 16 ′ having a length of about 100 μm to 200 μm is used for a probe for a recording / reproducing device or a microfabrication device, and the surface of the cantilever 16 ′ is covered with a metal 41 ′.
This cantilever 16 'uses an etch pit created by anisotropically etching a part of the silicon crystal surface as a template, and forms a thin film 43 of silicon oxide or silicon nitride on the mold, and forms it into a desired shape by photolithography. To process.
Then, conductivity is imparted to the probe 16b by vapor-depositing a metal 41 'having a thickness of several tens to several hundreds nm on the surface of the cantilever where the needle tip 16b is formed.

【0003】[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。
In the conventional probe of the atomic force microscope, since the needle crystal 5 is fixed to the free end 16a of the thin film cantilever 16 using the epoxy resin 42 or the like, the adhesive strength is improved. The needle crystal 5 is weak and has a problem that the needle-shaped crystal 5 is easily separated from the cantilever 16 when used for observation in water or an organic solvent or observation in a high humidity atmosphere. In addition, when the entire probe is covered with a metal thin film to apply a voltage to the needle-shaped crystal 5, the radius of curvature of the needle tip of the needle-shaped crystal 5 becomes large, or the area between the needle-shaped crystal 5 and the cantilever 16 is increased. There is a problem that the electrical connection becomes unstable. On the other hand, in a probe in which the surface of a cantilever 16 'with a probe made of a thin film of silicon oxide or silicon nitride is coated with a metal thin film, there is a problem that the radius of curvature of the needle tip portion 16b becomes large. . The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a probe that is extremely stable mechanically and electrically and a method for manufacturing the probe. Further, it is another object of the present invention to provide a recording / reproducing device capable of operating stably for a long period of time and a fine processing device capable of obtaining a desired shape.

【0004】[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。
In order to achieve the above object, a probe for a scanning probe microscope according to the present invention comprises a cantilever formed of a dielectric thin film or a conductive thin film coated with a conductive substance, and the cantilever. And a conductive needle crystal fixed to the tip of the cantilever by the low melting point metal thin film. In the above structure, the conductive material for coating is at least 1 selected from gold, platinum and nickel.
It is preferable that one of them is a main component. In addition, the conductive needle-like crystals include zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide, indium oxide, transition metal and
It is preferably composed of at least one selected from III-V group compound semiconductors. The low melting point metal thin film preferably contains at least one selected from zinc, tin, indium, gallium, and lead as a main component.

【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。
In the method of manufacturing a probe for a scanning probe microscope according to the present invention, a low melting point metal thin film is formed at the tip of a cantilever made of a conductive thin film or a dielectric thin film coated with a conductive substance. The first step and the second step of heating and melting the low melting point metal thin film fused to the tip of the cantilever, and adhering one end of the conductive needle crystal to the cantilever with the low melting point metal. It is configured to have. In the above structure, the conductive material for coating is
It is preferable to have at least one selected from gold, platinum and nickel as a main component. In addition, the conductive needle crystal,
Zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide, indium oxide, transition metal and III-
It is preferably composed of at least one selected from Group V compound semiconductors. The low melting point metal thin film is made of zinc, tin,
At least one selected from indium, gallium and lead
It is preferable that one of them is a main component. The low melting point metal thin film is preferably formed by a vacuum process or a plating process. The low melting point metal thin film has a thickness of 10 n.
It is preferably m or more and 2 μm or less. The second step is an operation of heating and melting the low-melting-point metal thin film formed on the tip of the cantilever, bringing a part of the conductive needle crystal into contact with the melted low-melting-point metal thin film, and then cooling and solidifying. It is preferable to include. In the second step, a conductive needle crystal is attached on the low melting point metal thin film fused to the tip of the cantilever, and then the low melting point metal thin film is heated and melted to form a part of the needle crystal. Preferably includes an operation of cooling and solidifying in a state of being embedded in contact with the low melting point metal thin film. Further, it is preferable that the low melting point metal thin film is irradiated with an electron beam to heat and melt the low melting point metal thin film.

【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。
Also, the recording / reproducing apparatus according to the present invention comprises a cantilever made of a dielectric thin film or a conductive thin film coated with a conductive substance, a low melting point metal thin film provided at the tip of the cantilever, and the low melting point. A probe having a conductive needle crystal fixed to the tip of the cantilever by a metal thin film is used. In the above structure, it is preferable that the conductive material for coating has at least one selected from gold, platinum and nickel as a main component. Further, the conductive needle crystal is preferably made of at least one selected from zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide, indium oxide, transition metal and III-V group compound semiconductor. . The low melting point metal preferably contains at least one selected from zinc, tin, indium, gallium, and lead as a main component.

【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。
Further, the microfabrication apparatus according to the present invention includes a cantilever formed of a dielectric thin film or a conductive thin film coated with a conductive substance, a low melting point metal thin film provided at the tip of the cantilever, and the low melting point. A probe having a conductive needle crystal fixed to the tip of the cantilever by a metal thin film is used. In the above structure, it is preferable that the conductive material for coating has at least one selected from gold, platinum and nickel as a main component. Further, the conductive needle crystal is preferably made of at least one selected from zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide, indium oxide, transition metal and III-V group compound semiconductor. . The low melting point metal preferably contains at least one selected from zinc, tin, indium, gallium, and lead as a main component.

【0008】[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。
[Function] A low melting point metal thin film is formed at the tip of a cantilever composed of a conductive thin film or a dielectric thin film coated with a conductive substance, and the low melting point metal thin film is heated and melted to adhere conductive needle crystals. Since it is configured, it is not necessary to cover the entire probe with the metal thin film due to the conductivity of the low melting point metal that is the adhesive. As a result, fine processing is possible without increasing the curvature of the needle tip portion. Further, since the needle-shaped crystal and the cantilever are electrically connected via the low melting point metal as the adhesive, the electrical connection is stable. Further, due to the mechanical strength of the low melting point metal as an adhesive, the needle-shaped crystal does not come off from the cantilever. Further, by using the probe thus constructed in the recording / reproducing apparatus and the microfabrication apparatus, it operates stably even if it is used for a long period of time.

【0009】[0009]

【実施例】【Example】

<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。
<Example 1> An example of a probe for a scanning probe microscope and a method for manufacturing the same of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, (a) is a side view showing the configuration of the probe 1.
(B) is the top view. In FIG. 1, the cantilever 160 is composed of a silicon nitride thin film 2 and a conductive thin film 3. On the free end 160a side of the cantilever 160, the needle crystal 5 is fixed to the conductive thin film 3 of the cantilever 160 by the low melting point metal thin film 4. Moreover, the fixed end 160 b side of the cantilever 16 is fixed to the glass substrate 100. The silicon nitride thin film 2 has a thickness of about 1 μm and constitutes the main body of the cantilever 160. The conductive thin film 3 includes a Cr thin film having a thickness of 50 nm and Pt having a thickness of 100 nm.
It is composed of a laminated thin film of thin films and has a function as a reflection film of laser light when detecting the displacement of the cantilever 160 by an optical lever method and as a lead wire for applying a voltage to the needle crystal 5. Therefore, any material having the above-mentioned function such as Au, Ag, Cu, or Ni may be used as the constituent material of the conductive thin film 3. The low melting point metal thin film 4 is made of In, and its thickness is preferably 10 nm or more and 2 μm or less.
Other materials for the low melting point metal thin film 4 include Zn, Sn, and G.
Any metal having a melting point of several hundred degrees or less, such as a metal containing a or Pb as a main component, can be used. Needle crystal 5
Consists of zinc oxide. However, as the acicular crystals 5, besides acicular crystals of zinc oxide, acicular crystals made of zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide, indium oxide, transition metals, or III-V group compound semiconductors are also available. Can be used. However, the acicular crystals of zinc oxide were extremely excellent in workability because they were tetrapod-shaped with a size of 10 to 100 μm. In addition, the cantilever 160 itself,
It is also possible to use a conductive material such as metal, titanium nitride, tin oxide or indium oxide. In this case, it is not necessary to provide the conductive thin film 3. However, cantilever 16
When 0 is made of a transparent material such as tin oxide or indium oxide, it is necessary to form a thin film for reflecting light in order to detect displacement of the cantilever by an optical lever method.

【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。
A method of manufacturing the probe 1 having the above structure will be described below. First, a silicon nitride thin film having a thickness of 1 μm was formed on the surface of a Si substrate by a CVD method and processed into a shape shown in FIG. 1B by a photolithography technique. Next, the glass substrate 100 was adhered to the silicon nitride thin film in the portion to be the fixed end 160b of the cantilever 160 by the anodic bonding method, and the Si substrate was removed by etching. Further, a Cr thin film having a thickness of 50 nm and a thickness of 100 are formed on the surface opposite to the bonding surface between the silicon nitride thin film 2 and the glass substrate 100.
A Pt thin film having a thickness of nm was sequentially formed by a sputtering method to form a conductive thin film 3. Next, a low-melting-point metal thin film 4 made of In having a film thickness of 1000 angstrom is formed in a region of about 30 μm on the free end 160a side of the cantilever 160 by vacuum deposition, and the formed low-melting-point metal thin film 4 is formed under an optical microscope. Then, a conductive needle crystal 5 made of zinc oxide on a tetrapod having a size of 30 μm was attached using a tungsten probe. Then, the vicinity of the free end 160a side of the cantilever 160 was heated to melt the formed low melting point metal thin film 4, and a part of the needle crystal 5 was brought into contact with the melted low melting point metal thin film 4. In this state, by cooling and solidifying the low melting point metal thin film 4, the needle crystal 5
Was fixed to the cantilever 160, and the probe 1 was completed.
The thickness of the low melting point metal thin film 4 is 10 nm or more and 20 μ.
If it is within the range of m or less, the needle-shaped crystal 5 can
It was confirmed that it could be sufficiently (strongly) fixed to 0.

【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。
<Embodiment 2> The low melting point metal thin film 4 could be formed by plating in addition to the above-mentioned vacuum deposition. As a heating method for melting the low melting point metal thin film 4, in addition to the method of bringing the free end 160a side of the cantilever 160 directly close to the heat source (or vice versa), the needle crystal 5 and the low melting point metal thin film 4 contact Similar results were obtained by irradiating the irradiated part with an electron beam and locally heating and melting the part irradiated with the electron beam.

【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。
<Embodiment 3> An embodiment of a combined scanning tunneling microscope / atomic force microscope using the probe according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. Figure 2
In, the conductive sample stage 7 is fixed to the insulating sample stage 8, and the insulating sample stage 8 is made of a tube-type piezoelectric material.
It is fixed on the dimensional sample driving device 9. The sample 6 is placed on the conductive sample table 7. The probe 1 is the sample 6
The probe 6 is fixed so as to oppose to, and the probe 1 relatively scans the surface of the sample 6 by moving the sample 6 by the three-dimensional sample driving device 9. A laser light source 10 is provided above the probe 1, and the laser light emitted from the laser light source 10 is reflected by the back surface of the cantilever 160 and enters the two-divided photodiode 11. The current flowing through the needle-shaped crystal 5 is extracted to the outside via the metal thin film 3. The sample 6 is electrically connected to the conductive sample stage 7, and the tunnel current flowing between the probe 5 and the sample 6 due to the voltage application from the voltage generator 12 is detected by the current measuring device 13. The deflection of the cantilever 160 is detected by an optical lever type minute displacement measuring mechanism including the laser light source 10 and the two-divided photodiode 11. The output of the current measuring device 13 or the output of the photodiode 11 according to the deflection amount of the cantilever 16 is the position control device 14
Entered in. The position control device 14 uses the current measuring device 13
Of the three-dimensional sample driving device 9 by the output of the photodiode 11 according to the information of the above or the deflection amount of the cantilever 160.
Drive the position of the sample 6 in the vertical direction (Z-axis direction).
Feedback control to the computer 1
The three-dimensional sample driving device 9 is driven by the information from 5, and the position of the sample 6 is raster-scanned, for example, in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction). Computer 1
Reference numeral 5 captures the deflection amount of the cantilever 160 at a number of measurement points on the surface of the sample 6 and the control amount (displacement amount) of the sample 6 in the Z-axis direction, and displays the data in a gray scale or a graph. Although this microscope can be operated in the atmosphere, it can also be operated in an ultrahigh vacuum for obtaining more detailed information on the surface of the clean sample. Observation of the cleavage plane of graphite with this scanning tunnel microscope / atomic force microscope combination machine confirmed that a clear atomic image with very little noise was obtained in both the scanning tunneling microscope mode and the atomic force microscope mode. It was

【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。
<Embodiment 4> Next, an embodiment of a fine processing apparatus using the probe of the present invention will be described. In the scanning tunneling microscope / atomic force microscope combined machine shown in FIG.
A pulse generator was used as the voltage generator 12. The surface of graphite, which is the sample 6, is brought close to the probe 1 so that a repulsive force of about 1 × 10 −9 N is always generated between the sample 6 and the probe 1, and the output of the photodiode 11 is adjusted to the output of the position controller 1.
4, the three-dimensional sample driving device 9 feedback-controlled the distance between the sample 6 and the probe 1 in the Z-axis direction. Under this condition, the computer 15 scans the sample 6 in the X-axis and Y-axis directions, and at the desired position on the surface of the sample 6, the voltage generator 12 causes the probe 1 to have a voltage of -4 V and a pulse voltage of 5 ms. Was applied. After that, when the surface was observed by a normal atomic force microscope mode, it was confirmed that a hole having a diameter of 10 nm and a depth of 2 nm was processed at that position. Since the probe 1 of the present invention itself has conductivity and is mechanically and electrically stable, for example, the surface of the conventional dielectric probe shown in FIG. 4B is made conductive. Compared to the case of using a probe coated with a thin film, even if used for a long time, there is no increase in machining holes due to wear of the tip of the probe and there is no decrease in machining probability. It was found that a high-precision microfabrication device can be realized.

【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。
<Embodiment 5> Next, the configuration and operation of an embodiment of a recording / reproducing apparatus using the probe of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the recording medium 23 is formed on the silicon substrate 22. The silicon substrate 22 is arranged on a metal disk 21 that can be driven to rotate.
It is electrically connected to the outside via. Also, disk 2
1 is attached to the piezoelectric fine movement device 27, and by driving the piezoelectric fine movement device 27, the substrate 22 arranged on the disk 21 is moved to the X-axis with respect to the needle tip portion 24 of the needle crystal,
It is moved relatively in the Y-axis and Z-axis directions. As the recording medium 23, a 7: 3 copolymer thin film of vinylidene fluoride (VDF) and trifluoroethylene (TrFE) having a thickness of 0.1 μm was used. This recording medium 23 has a specific resistance of 0.0
It was formed on the silicon substrate 22 of 1 Ω · cm by a spin coating method using dimethylformamide as a solvent.

【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。
The probe 1 is composed of a thin film cantilever 32, a needle tip 24 of a needle crystal, and the like. The thin film cantilever 32 has a thickness of 0.5 μm, a length of 200 μm, and a width of 40 μm.
Rectangular silicon nitride thin film 26 and Cr (30 nm) / Cu
(200 nm) / Au (80 nm). The needle tip portion 24 is a needle-shaped crystal of zinc oxide having a length of 10 μm. Needle tip 24 is I
It is fixed near the free end of the thin film cantilever 32 by an n-Sn alloy thin film. The specific resistance of the needle crystal of zinc oxide used as the needle tip portion 24 is several Ω · cm. With this configuration, it is possible to reflect the laser light emitted from the red light emitting semiconductor laser 28 described later, and
A voltage is applied to the probe 1 (or the tip portion 24) of the recording medium 2
The voltage induced in 3 can be measured.

【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。
The red light emitting semiconductor laser 28 and the two-divided photodiode 29 are for irradiating the back surface of the cantilever 32 with laser light and detecting the reflected light, and constitute an optical lever. Then, the displacement (deflection amount) of the cantilever 32 is measured by this optical lever, and the force converted from the spring constant of the cantilever 32 is detected to detect the force between the needle tip portion 24 of the probe 1 and the recording medium 23. Detect the working force. Further, the infrared light semiconductor laser 30 irradiates the portion of the surface of the recording medium 23 that comes into contact with the tip 24 of the probe 1 with infrared light through the lens 31, and the recording medium 23
It is for inducing a voltage to. Further, the piezoelectric fine movement device 27 has a direction (Z axis direction) perpendicular to the surface of the recording medium 23 and a direction (Z axis direction) orthogonal to both the moving direction (X axis direction) of the recording medium 23 as described above. The position of the probe 1 is controlled in the Y-axis direction.

【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
-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。
An information writing operation using the recording / reproducing apparatus configured as above will be described. First, the disk 21 is rotated so that the moving speed of the recording medium 23 under the probe 1 becomes 1 cm / sec. Next, laser light is emitted from the red light emitting semiconductor laser 28 to the back surface of the cantilever 32, and the reflected light is divided into two photodiodes 29.
Then, the force acting between the tip 24 of the probe 1 and the surface of the recording medium 23 is detected. This force is constant (about 1 x 1
0 -9 N) and so as to feedback control the relative height of the probe 1 (the distance between Z and the distal end of the needle tip portion 24 in the axial direction surface of the recording medium 23) with a piezoelectric fine movement device 27 To do. In this state, a voltage of 30V is applied to the tip 24 of the probe 1.
A pulse voltage having a time of 5 μsec is applied several times every 10 μsec. In this way, information is written by applying an electric field to the minute area of the recording medium 23 and controlling the dielectric polarization direction of the recording medium 23. By operating in such a region where a small repulsive force acts, the frictional force acting between the needle tip portion 24 of the probe 1 and the recording medium 23 can be reduced. As a result, the recording / reproducing speed can be increased.

【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。
Next, an operation of reading the information written in the recording medium 23 will be described. Infrared semiconductor laser 3
0 is used to irradiate an infrared laser light pulse having a chopping frequency of 1 MHz to a portion where the probe tip portion 24 of the probe 1 and the recording medium 23 are in contact with each other. Voltage (pyroelectric effect) induced in the recording medium 23 by irradiation of infrared laser light pulse
Is measured as the voltage of the conductive thin film 25 via the needle tip portion 24. The irradiation area of the infrared laser light pulse has a diameter of about 500 μm because there is no problem even if the irradiation area is sufficiently larger than the area where one signal is recorded. When the voltage of the conductive thin film 25 was detected by the lock-in amplifier, it was several μV or less in the portion where information was not recorded, but it was several tens μV in the portion where information was recorded. In addition, the polarity of the induced voltage was inverted and detected depending on the direction of the electric field during writing. If the output from the conductive thin film 25 is introduced into the high-sensitivity current-voltage converter, the information can be read out even when the current value changes. Further, it was found that the portion where information was recorded was a region having a diameter of about 80 nm. This means that one piece of information can be written and read in a minute area having a diameter of 80 nm, and super-high density recording / reproduction can be performed. Since infrared light is more easily absorbed than visible light, higher sensitivity was obtained when infrared light was used to read information than when visible light was used.

【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。
In this embodiment, the case where the dielectric thin film is used as the recording medium and the recording / reproducing is performed by utilizing the local change of the dielectric characteristic has been described. However, since the probe according to the present invention is configured to fix the needle-shaped crystal functioning as the needle tip portion 24 in the vicinity of the free end portion of the cantilever by using the low melting point metal thin film, mechanical and electrical It has excellent characteristics,
And it is stable. Further, even when a magneto-optical material, a crystal phase change material, a layered crystal such as graphite is used as the recording medium, the recording / reproducing apparatus of the present invention using the probe has a high S / N ratio and can be used for a long period of time. It can be operated stably.

【0020】[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。
As described above, according to the present invention, a low melting point metal thin film is formed at the tip of a cantilever composed of a conductive thin film or a dielectric thin film coated with a conductive substance to form conductive needle crystals. Since the low melting point metal thin film is configured to be fixed by melting and cooling, the conductivity of the low melting point metal, which is a kind of adhesive, eliminates the need to coat the entire probe with the metal thin film. The curvature of the tip does not increase. Further, since the needle-shaped crystal and the cantilever are electrically connected via the low melting point metal as an adhesive, there is an effect that the electrical connection is stable. Further, due to the mechanical strength of the low melting point metal thin film as an adhesive, there is an effect that the needle-shaped crystal does not come off from the cantilever. In addition, by using the probe configured as described above in a recording / reproducing device or a microfabrication device, information can be stably recorded / reproduced for a long period of time, and the material can be microfabricated into a desired shape. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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
FIG. 1A is a side view showing a configuration of an embodiment of a probe for an operation type probe microscope of the present invention, and FIG. 1B is a plan view thereof.

【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
FIG. 2 is a side view showing a configuration of an embodiment of a scanning probe microscope using the probe of the present invention.

【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
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of an embodiment of a recording / reproducing apparatus using the probe of the present invention.

【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
4A is a side view showing a conventional probe for an atomic force microscope, and FIG. 4B is a side view showing a conventional probe for a recording / reproducing device or a microfabrication device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 1: Probe 2: Dielectric thin film 3: Conductive thin film 4: Low melting point metal thin film 5: Needle crystal 6: Sample 7: Conductive sample stage 8: Insulating sample stage 9: Three-dimensional sample driving device 10: Laser Light source 11: 2-division photodiode 12: Voltage generator 13: Current measuring device 14: Position controller 15: Computer 100: Glass substrate 160: Cantilever 160a: Free end 160b: Fixed end 21: Disk 22: Silicon substrate 23: Recording Medium 24: Needle tip 25: Conductive thin film 26: Dielectric thin film 27: Piezoelectric fine movement device 28: Red semiconductor laser 29: Two-divided photodiode 30: Infrared light semiconductor laser 31: Lens

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A cantilever made of a dielectric thin film or a conductive thin film coated with a conductive substance, a low melting point metal thin film provided at the tip of the cantilever, and a low melting point metal thin film at the tip of the cantilever. A probe for a scanning probe microscope, comprising a fixed conductive needle crystal.
【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。
2. The probe for a scanning probe microscope according to claim 1, wherein the conductive material for coating contains at least one selected from gold, platinum and nickel as a main component.
【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。
3. The conductive needle crystal is made of at least one selected from zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide, indium oxide, transition metal and III-V group compound semiconductor. The probe for a scanning probe microscope according to claim 1 or 2.
【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。
4. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the low melting point metal thin film contains at least one selected from zinc, tin, indium, gallium and lead as a main component. Probe.
【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。
5. A first step of forming a low melting point metal thin film on the tip of a cantilever made of a conductive thin film or a dielectric thin film coated with a conductive substance, and the low melting point fused to the tip of the cantilever. A second step of heating and melting a metal thin film and adhering one end of a conductive needle crystal to the cantilever with the low melting point metal.
【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。
6. The method for manufacturing a probe for a scanning probe microscope according to claim 5, wherein the conductive material for coating contains at least one selected from gold, platinum and nickel as a main component.
【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。
7. The conductive needle crystal is made of at least one selected from zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide, indium oxide, transition metal and III-V group compound semiconductor. 7. The method for manufacturing a probe for a scanning probe microscope according to claim 5 or 6.
【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。
8. The scanning probe microscope according to claim 5, wherein the low melting point metal thin film contains at least one selected from zinc, tin, indium, gallium and lead as a main component. Manufacturing method for medical probe.
【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。
9. The low melting point metal thin film is formed by a vacuum process or a plating process.
9. A method of manufacturing a probe for a scanning probe microscope according to any one of 1 to 8.
【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。
10. The method for manufacturing a probe for a scanning probe microscope according to claim 5, wherein the low melting point metal thin film has a thickness of 10 nm or more and 2 μm or less.
【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。
11. In the second step, the low melting point metal thin film formed on the tip of the cantilever is heated and melted, and a part of the conductive needle crystal is brought into contact with the melted low melting point metal thin film,
The method for manufacturing a probe for a scanning probe microscope according to any one of claims 5 to 10, further comprising an operation of cooling and solidifying.
【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。
12. The second step is to deposit a conductive needle crystal on the low melting point metal thin film fused to the tip of the cantilever and then heat and melt the low melting point metal thin film to obtain the needle crystal. 11. An operation of cooling and solidifying in a state where a part of the metal is buried in contact with the low melting point metal thin film and solidified.
A method for manufacturing a probe for a scanning probe microscope according to any one of 1.
【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。
13. The probe for a scanning probe microscope according to claim 5, wherein the low melting metal thin film is irradiated with an electron beam to heat and melt the low melting metal thin film. Manufacturing method.
【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。
14. A cantilever made of a dielectric thin film or a conductive thin film coated with a conductive substance, a low melting point metal thin film provided at the tip of the cantilever, and a low melting point metal thin film at the tip of the cantilever. A recording / reproducing apparatus using a probe provided with a fixed conductive needle crystal.
【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。
15. The recording / reproducing apparatus according to claim 14, wherein the conductive material for coating contains at least one selected from gold, platinum and nickel as a main component.
【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。
16. The conductive needle crystal is zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide,
16. The recording / reproducing apparatus according to claim 14, comprising at least one selected from indium oxide, a transition metal and a III-V group compound semiconductor.
【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。
17. The recording / reproducing apparatus according to claim 14, 15 or 16, wherein the low melting point metal has at least one selected from zinc, tin, indium, gallium and lead as a main component.
【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。
18. A cantilever made of a dielectric thin film or a conductive thin film coated with a conductive substance, a low melting point metal thin film provided at the tip of the cantilever, and a low melting point metal thin film at the tip of the cantilever. A fine processing apparatus using a probe provided with a fixed conductive needle crystal.
【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。
19. The microfabrication device according to claim 18, wherein the conductive material for coating contains at least one selected from gold, platinum and nickel as a main component.
【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。
20. The conductive needle crystal is zinc oxide, zinc selenide, silicon, germanium, silicon carbide, tin oxide,
20. The microfabrication device according to claim 18, comprising at least one selected from indium oxide, a transition metal, and a III-V group compound semiconductor.
【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。
21. The fine processing apparatus according to claim 18, wherein the low melting point metal has at least one selected from zinc, tin, indium, gallium and lead as a main component.
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