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JPH07311206A - Manufacture of micro-probe - Google Patents

Manufacture of micro-probe

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Publication number
JPH07311206A
JPH07311206A JP10513594A JP10513594A JPH07311206A JP H07311206 A JPH07311206 A JP H07311206A JP 10513594 A JP10513594 A JP 10513594A JP 10513594 A JP10513594 A JP 10513594A JP H07311206 A JPH07311206 A JP H07311206A
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JP
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Application
Patent type
Prior art keywords
section
substrate
probe
layer
material
Prior art date
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Pending
Application number
JP10513594A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Fushimi
Masaru Nakayama
Yoshimasa Okamura
Yasuhiro Shimada
Osamu Takamatsu
Yoshihiro Yanagisawa
優 中山
正弘 伏見
好真 岡村
康弘 島田
芳浩 柳沢
修 高松
Original Assignee
Canon Inc
キヤノン株式会社
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Filing date
Publication date

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Abstract

PURPOSE: To form a probe by minimum processes by a method wherein a recessed substrate, is covered with a probe material layer, a mask pattern with a peripheral opening section is formed around a recessed section, the material layer in the opening section is removed, the residual section of the material layer except the recessed section is taken off mechanically, and the material layer in the recessed section is abutted and transferred onto another substrate as a probe.
CONSTITUTION: An Si single crystal substrate 101 is etched by the mask of an Si3N4 film and a KOH solution, thus forming a hole section 201. A probe material layer 202 composed of Au is vacuum-deposited on the substrate 101, a mask 203 for etching is shaped through photolithography, and a peripheral opening section 102 is formed to the mask 203. The opening section 102 is removed by a mixed etchant of I and a KI aqueous solution, the mask 203 is taken away by an organic solvent, and a material-layer peripheral section 204 is peeled and detached mechanically from the peripheral section of the substrate 101. The substrate 101 is pushed against a transfer side substrate 205, overlaid with a probe transfer layer 206, and a probe seat section 104 is abutted against the substrate 205. Lastly, the substrate 101 is separated to form a probe.
COPYRIGHT: (C)1995,JPO

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、走査型トンネル顕微鏡またはその原理を応用した情報の高密度記録、再生、消去を行う情報処理装置、或いは微小な力を検出する原子間力顕微鏡等に用いる微小探針の製造方法に関し、特に、先端曲率が小さく上記の用途に優れた特性を発揮し、探針のマルチ化も可能となる探針を高い量産性で製造できる微小探針の製造方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention, high-density recording of a scanning tunneling microscope or information which applies the principle, regeneration, use in an atomic force microscope for detecting the information processing apparatus, or small force for erasing relates to a manufacturing method for a micro tip, in particular, exhibits excellent properties in small above applications tip curvature, a method of manufacturing a micro-probe of the probe becomes possible multiplexing of the probe can be manufactured with high productivity .

【0002】 [0002]

【従来の技術】最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡(以下、「STM」という)が開発され(G.Binnig et al.P Recently, a scanning tunneling microscope capable of observing the electron structure of surface atoms of a conductor directly (hereinafter, referred to as "STM") has been developed (G.Binnig et al.P
hys. hys. Rev. Rev. Lett. Lett. ,49, 57 (198 , 49, 57 (198
2))、単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解能で測定ができるようになった。 2)), single crystal, it has enabled measurements with high resolution of a real space image regardless of amorphous. かかるSTMは、金属の探針と導電性物質の間に電圧を加えて、1nm程度の距離まで近づけると、その間にトンネル電流が流れることを利用している。 Such STM, in addition a voltage between the metal probe and the conductive material, is brought close to a distance of about 1 nm, is utilized to flow a tunnel current therebetween. この電流は両者の距離変化に非常に敏感でありかつ指数関数的に変化するので、トンネル電流を一定に保つようにプローブを走査することにより実空間の表面構造を原子オーダーの分解能で観察することができる。 This current is very sensitive to the distance change therebetween and varies exponentially, to observe the surface structure of the real space with a resolution of atomic order by scanning the probe so as to keep the tunnel current constant can. このSTMを用いた解析の対象物は導電性材料に限られていたが、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁層の構造解析にも応用され始めている。 Analysis objects using the STM has had limited conductive material, it is beginning to be applied to the structural analysis of the electrically conductive surface thinly formed insulating layer material. 更に、上述の装置、手段は微小電流を検知する方法を用いているため、媒体に損傷を与えず、かつ低電力で観測できる利点をも有する。 Furthermore, the apparatus described above, means have because it uses a method of detecting a minute current, without damage to the media, and also the advantages that can be observed at low power. また、大気中での作動も可能であるためS In addition, S because it is also possible to operate in the atmosphere
TMの広範囲な応用が期待されている。 A wide range of applications of TM are expected.

【0003】このSTMの応用例の1つとして超高密度記録・再生装置があるが、高い記録密度を達成するためにSTMの探針の先端部の曲率半径が小さいことが要求されている。 [0003] Although there are ultrahigh-density recording and reproducing apparatus as one application example of the STM, the radius of curvature of the tip portion of the probe of the STM in order to achieve a high recording density that is less has been required. また同時に、記録・再生システムの機能向上、特に高速化の観点から、多数のプローブを同時に駆動すること(探針のマルチ化)が提案されているが、このために同一の基板上に特性の揃った探針を作製することが必要となる。 At the same time, improvements in the recording and reproducing system, in view of particularly high speed, but to drive a large number of probes simultaneously (multiplexing of the probe) is proposed, the characteristics on the same substrate for the it is necessary to create a uniform probe.

【0004】また、原子間力顕微鏡(以下、「AFM」 [0004] In addition, an atomic force microscope (hereinafter referred to as "AFM"
という)によれば物質の表面に働く斥力、引力を検知するため、導体、絶縁体を問わず試料表面の凹凸像が測定できる。 According to) that for detecting repulsive, the attractive force acting on the surface of the material, the conductor, can be measured topographic image of the sample surface regardless of the insulator. この原子間力顕微鏡には片持ち梁の自由端に微小探針を形成したもの等が用いられておりSTMと同様に探針の先端部の曲率半径が小さいことが要求されている。 Radius of curvature of the tip portion of the similarly probe and STM is like are used that form a fine tip is small is required for the free end of the cantilever in the AFM.

【0005】従来、上記の様な微小探針の形成方法として、半導体製造プロセス技術を使い単結晶シリコンを用いて異方性または等方性エッチングにより形成した微小探針が知られている(特開平3−135702号公報)。 Conventionally, as a method of forming such fine tip of the micro probe is formed by anisotropic or isotropic etching using a single crystal silicon using the semiconductor manufacturing process technique is known (JP No. 3-135702 JP). この微小探針の形成方法は、図6に示すように、 The method of forming the micro tip, as shown in FIG. 6,
まずエッチング用マスク602を被覆した単結晶珪素(シリコン)601を用いて異方性または等方性エッチングによりトレンチ603を設け、このトレンチを探針の型材とし、次に全面に酸化珪素、炭素、窒化珪素、炭化珪素などを被覆しカンチレバー層604を形成し、片持ち梁状にパターン化した後、カンチレバー部604' A trench 603 provided by anisotropic or isotropic etching first etching mask 602 using a single crystal silicon (silicon) 601 coated, the trench as the mold material of the probe, then the entire surface of silicon oxide, carbon, silicon nitride, silicon carbide and the coating to form a cantilever layer 604, after patterning the cantilever, the cantilever portion 604 '
の下のシリコンをエッチング除去することにより上述した材料からなるカンチレバー探針605を作製するものである。 Of the underlying silicon is to produce a cantilever tip 605 made of a material described above is removed by etching.

【0006】しかしながら、従来例の微小探針の形成方法は以下のような問題点を有していた。 However, the method of forming the micro probe of a conventional example had the following problems. (イ)カンチレバー探針の型材となったシリコン基板は、後工程でエッチング除去されるので、生産性が低く、製造コストが高くなるという問題があった。 (B) a silicon substrate having a mold material of the cantilever tip, so is etched away in a subsequent process, productivity is low, there is a problem that manufacturing cost becomes high. (ロ)カンチレバー探針の最先端部は鋭利に形成されるが、該探針は酸化珪素や炭素等の酸化され易い材料により構成されているので、STMの探針とするには表面に導電性材料の被覆が必要である。 Although most distal portion of the (b) cantilever tip is sharp form because 該探 needle is composed of a material easily oxidized such as silicon oxide or carbon, conductive on the surface to the tip of the STM it is necessary to cover the sexual material. しかし、これら探針上に導電性材料を被覆してSTMの探針とする場合には被覆されにくく、トンネル電流という微弱な電流を取り扱うSTMでは安定な特性を得ることは難しいという問題があった。 However, there was hardly covered if covering the conductive material on these probes to the probe of the STM, the problem that it is difficult to obtain the STM in stable characteristics handling a weak current of tunneling current .

【0007】 [0007]

【発明が解決しようとしている課題】本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、基板を後工程でエッチング除去することなく、 THE INVENTION you are trying to solve problems] The present invention has been made in view of the problems of the prior art, its object, without etching away the substrate in a subsequent step,
最小限のエッチング処理で探針部を形成することにより、生産性を向上させ、製造コストを低減させ、探針のマルチ化も容易となる探針の製造方法を提供することである。 By forming the tip portion with minimal etching process, increase productivity, reduce production costs, it is to provide a method of manufacturing a probe multi of probe is facilitated.

【0008】また、本発明の他の目的は、探針部の材料として金属材料を用いることにより、微小探針として再現性の良い安定な特性が得られ、かつ先端を鋭利に形成でき、微小探針の製造方法を提供するものである。 Another object of the present invention, by using a metal material as the material of the probe portion, good reproducibility stable characteristics as a fine tip, and it can sharply formed tip, fine there is provided a method of manufacturing the probe. また、探針部形成後に用途に合せて導電性材料を被覆する場合においても均一な被覆を可能とするものである。 Moreover, those also to allow a uniform coating in the case of coating a conductive material in accordance with the application after the probe portion formed.

【0009】 [0009]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する本発明は、第一の基板の表面に凹部を形成する工程と、該凹部を含む第一基板上に探針材料層を被覆する工程と、 [Summary of the present invention to achieve the above object, a step of forming a concave portion on a surface of the first substrate, a step of coating the tip material layer on the first substrate including a recess ,
該凹部の周囲の第一基板上に周状開口部を有するマスクパターンを形成する工程と、該凹部の周囲に形成した周状開口部の探針材料層を除去する工程と、該凹部以外の探針材料層残部を機械的に除去する工程と、第一の基板上の該凹部に設けられた探針材料層を第二の基板に当接させ、該探針材料層を探針部として第二の基板上に転写する工程とを含んでなることを特徴とする、トンネル電流または微小力検出用微小探針の製造方法である。 Removing a step of forming a mask pattern having a circumferential opening in the first substrate around the recess, the tip material layer of circumferential openings formed around the recess, other than the recess a step of mechanically removing the tip material layer remainder, the tip material layer provided on the recess on the first substrate is brought into contact with the second substrate, the 該探 needle material layer as the probe portion characterized in that it comprises a step of transferring the second substrate, a manufacturing method of a tunnel current or micro force sensing micro tip. 第一の基板上の凹部に形成された探針材料層を第二の基板へ転写することにより探針部を形成することにより、第一の基板を後工程でエッチング除去することなく、上記開口部のみのエッチング処理で、極めて容易に、かつ正確に微小探針部を形成できるので、生産性を向上させ、製造コストを低減させると共に、SMT探針部の材料として従来の酸化珪素や炭素等の導電性材料の被覆が必要な材料以外のものの使用を可能とし、探針のマルチ化も容易化することができる。 By forming the tip portion by transferring the tip material layer formed on the first recess of the substrate to the second substrate without etching removal in a subsequent process the first substrate, the opening in the etching process only parts, very easily, and so can be accurately form a fine probe portion, increase productivity, with reduced manufacturing costs, conventional silicon oxide as the material of the SMT probe portion or carbon, etc. it can be a coating of conductive material to allow the use of other than desired materials, for multiplexing also facilitate the probe. ここで、好ましくは、第一の基板は単結晶シリコン基板であり結晶異方性エッチングにより基板表面に凹部を形成することであり、また、第一の基板上に探針材料層を被覆する前に該探針材料層の剥離層を被覆することである。 Here, preferably, the first substrate is that forming a recess in the substrate surface by crystal anisotropic etching is a single crystal silicon substrate, also, before coating the tip material layer on the first substrate to is to coat the release layer 該探 needle material layer.

【0010】また、本発明は、上記の微小探針の製造方法において、探針材料層が単一金属または合金であることを特徴とする微小探針の製造方法である。 Further, the present invention is the manufacturing method of the micro tip, is a manufacturing method for a micro tip, wherein the tip material layer is a single metal or alloy. 上記のように探針部の形成を第一の基板のエッチングによらず、第二の基板への転写により行うので、エッチング液による探針部の材料の劣化、汚染を防ぐことができ、これにより微小探針として再現性の良い安定な特性が得られ、かつ先端を鋭利に形成でき、AFMやSTM用の微小探針として優れた特性を実現することができる。 The formation of the probe portion as described above regardless of the etching of the first substrate, is performed by the transfer to the second substrate, it is possible to prevent deterioration of the material of the probe portion by the etching solution, contamination, this the good reproducibility stable characteristics can be obtained as fine probe, and can sharply formed tip, it is possible to realize excellent characteristics as a fine tip for AFM and STM. ここで、好ましくは、探針材料層は単一金属または合金からなる多層構造であり、また、探針部の第二の基板への転写は、 Here, preferably, tip material layer is a multilayer structure consisting of a single metal or alloy, also transfer to the second substrate of the probe portion,
金属材料間の圧着による結合によるか、または金属材料間の合金化による結合により達成されるものである。 Either by coupling by crimping between the metal material, or intended to be achieved by coupling by alloying between the metal material.

【0011】このように、本発明によって先端曲率が小さくAFMやSTM用として優れた特性の示す探針を優れた量産性を持って製造することが可能となる。 [0011] Thus, it is possible to manufacture with excellent mass productivity a probe indicated by the excellent characteristics as a small AFM or STM tip curvature by the present invention.

【0012】 [0012]

【実施例】以下本発明を図に示す実施例に基づいて本発明を説明するが本発明はこれに限定されるものではない。 The present invention will be described on the basis of EXAMPLES The present invention will in the embodiment shown in FIG. But not the invention is not limited thereto.

【0013】(実施例一)図1および図2は、本発明の第一の実施例を示すものであり、図1は本実施例の微小探針の形成工程であり、(a)から(g)の順に製造する工程を示す模式断面図、図2は本実施例の微小探針の形成に用いるエッチングマクス部の周状開口部の平面模式図(図1の工程(c)に相当する段階)である。 [0013] (Example I) 1 and FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a step of forming the micro tip of the embodiment, from (a) ( schematic cross-sectional view showing a step of manufacturing the order of g), corresponding to Figure 2 circumferential openings schematic plan view of the etching Makusu portion used for forming a micro tip of the embodiment (FIG. 1, step (c) it is the stage). また、図3は本発明により得られた微小探針を利用したS Further, FIG. 3 utilized a micro probe obtained by the present invention S
TM用カンチレバーの作製法であり、(a)、(b)の順で作製する工程を示す説明図、図4はSTM装置のブロック図を示す。 A method of producing TM cantilever is a diagram for explaining a block diagram of FIG. 4 STM apparatus illustrating the process for producing in the order of (a), (b).

【0014】図1は、本実施例の探針形成法の工程を説明する図であり、工程(a)は探針形成用基板(第一の基板)101であるシリコン(100)単結晶基板に探針形成用穴部201を形成した状態を示す。 [0014] Figure 1 is a diagram illustrating a process of probe formation method of this embodiment, step (a) is silicon, which is 101 probe forming substrate (first substrate) (100) single crystal substrate showing a state of forming a probe-forming hole 201. 工程(a) Steps (a)
において、探針形成用穴部201の形成は窒化シリコン膜(図示せず)をマスクとし、エッチング溶液として1 In the formation of the probe-forming hole 201 a silicon nitride film (not shown) as a mask, 1 as an etching solution
00℃に加熱した水酸化カリウム水溶液を用いて異方性エッチング法により行った。 00 using aqueous potassium hydroxide heated to ℃ was performed by anisotropic etching.

【0015】工程(b)は、金により構成される探針材料層202を真空蒸着法を用いて2μm厚に形成した状態を示す。 [0015] Step (b) shows a state in which the formed tip material layer 202 was formed in 2μm thickness by vacuum evaporation of gold. 探針材料としては、金または金と銀、銅等の合金が基板との剥離性に優れているので好ましいが、かかる金属の他にも、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム等の金属単独またはそれらの合金を好適に用いることができる。 The tip material, gold or gold and silver, an alloy of copper and the like are preferable since excellent peeling property from a substrate, in addition to such metals, platinum, iridium, palladium, rhodium, a metal such as ruthenium alone or it can be used an alloy thereof suitably. また、探針材料層の厚みは、通常0.5〜20μm、好ましくは1〜5μm程度であり、薄過ぎると探針部の強度が不足して変形し易くなり、厚過ぎると駆動時に負荷が大きくなったり、作製時間が長くなるという問題が生じる。 The thickness of the tip material layer is usually 0.5 to 20 [mu] m, is preferably about 1 to 5 [mu] m, easily deformed insufficient strength too thin probe portion, too load at the time of driving thickness or larger, a problem that the manufacturing time becomes longer occurs.

【0016】工程(c)は、ホトリソグラフィ法を用いてエッチング用マスク203としてRU1100N(登録商標、日立化成製)等のレジストをパターニングした状態を示す。 [0016] Step (c) shows RU1100N (registered trademark, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) as an etching mask 203 a state where resist is patterned was such using photolithography. マスク周状開口部102の開口幅は10μ The opening width of the mask circumferential opening 102 10μ
mとしたが、通常5〜40μm程度が作業性、生産性がよい。 Was with the m, usually 5~40μm about the workability, a good productivity. ここで、図2は、転写用探針部の形成される微小探針形成用基板の平面図であり、探針部103および探針台座部104の周囲にエッチング用マスク203の周状開口部102を設けた様子を示す。 Here, FIG. 2 is a plan view of a micro-tip-forming substrate formed of a transfer probe portion, the circumferential openings of the etching mask 203 around the probe 103 and the probe base portion 104 It shows a state in which a 102.

【0017】本実施例に於いて、探針部103の大きさは10×10μm、高さは8μm、先端部曲率半径は0.01μm、探針台座部104の幅は5μmであった。 [0017] In the present embodiment, the size is 10 × 10 [mu] m of the probe portion 103, the height 8 [mu] m, tip radius of curvature 0.01 [mu] m, the width of the probe base portion 104 was 5 [mu] m.

【0018】工程(d)は、ヨウ素とヨウ化カリウム水溶液の混合溶液によりエッチングし周状開口部102を除去した後、有機溶剤によりエッチング用マスク203 [0018] step (d), after removing the etching circumferential opening 102 by mixed solution of iodine and potassium iodide solution, an etching mask 203 with an organic solvent
を除去した状態を示す。 Showing a state in which to remove. なお、本実施例においては、エッチング用マスク203を除去してから探針材料周辺部204を機械的に除去したが、この工程順を逆にして探針材料周辺部204をその上のエッチング用マスク20 In the present embodiment has been mechanically removed tip material periphery 204 after removing the etching mask 203, an etching thereon a tip material periphery 204 by the order of steps in the opposite mask 20
3と共に機械的に除去してから、探針部103、探針部台座部104の上のエッチング用マスク203を除去してもよい。 After mechanically removed with 3, the probe unit 103, an etching mask 203 on the probe portion pedestal 104 may be removed. 上述の凹部の周囲の周状開口部の探針材料層を除去する方法は探針材料層を溶解させて除去する溶液を用いたウエットエッチング法の他、真空中で励起させたイオンを照射して除去するイオンミリング法や活性化させたイオン化学的に除去する反応性イオンエッチング法等のガスを用いるドライエッチング法を用いることが可能であるが、除去する部分が開口部のみであるため、 Method for removing the tip material layer of circumferential openings around the aforementioned recess other wet etching method using the solution to remove by dissolving the tip material layer is irradiated with ions excited in vacuo Although it is possible to use a dry etching method using an ion milling method or the activated ions chemically reactive ion etching or the like of the gas to be removed was removing Te, since the portion to be removed is only opening,
前者においてはエッチング液の消費量が少い、後者に於いては真空チャンバー等を探針材料による汚染が少なくなるという利点を有す。 It is less consumption of the etchant in the former, the at the latter have a advantage that contamination of the vacuum chamber due tip material decreases.

【0019】次に、探針材料層周辺部204を微小探針形成用基板101の探針形成領域外の周辺部から機械的に剥し除去して工程(e)の状態とする。 Next, the state of step (e) mechanically stripped removed tip material layer peripheral portion 204 from the periphery of the outer probe formation region of the micro tip forming substrate 101. この時、探針材料周辺部は膜として十分の厚さを有しているため周辺部より、テープ等の粘着物を用いて機械的な引っ張り力を印加することにより容易に剥離することができる。 At this time, tip material peripheral portion than at the periphery since it has a thickness sufficient as a membrane, can be easily peeled off by applying a mechanical tensile force using the adhesive of the tape . この他、固定された鋭利な先端を有する治具により端部をつまみ、基板側を平行移動させる等によっても機械的に除去することができる。 In addition, knob end by jig having a sharp tip that is fixed, can also be mechanically removed, such as by translating the substrate side. 発明においては、周状開口部および探針部以外の探針材料層は機械的に第一の基板から分離するので、探針材料として容易に再生することが可能である。 In the invention, the circumferential opening and the probe portion other than the tip material layer so separated from mechanically first substrate, it is possible to easily reproduce the tip material.

【0020】次に、工程(f)に示すように、探針転写層206を形成した転写側基板205(第二の基板)に探針形成用基板101を押し当て、探針台座部104を転写用基板に当接させる。 Next, as shown in step (f), pressed against the probe forming substrate 101 on the transfer side substrate 205 to form a tip transfer layer 206 (second substrate), the probe base portion 104 into contact with the transfer substrate. 最後に、探針形成用基板10 Finally, the probe forming substrate 10
1を引き離すことにより、工程(g)の様に探針を形成する。 By separating the 1, to form a probe as in step (g). 転写する手段としては、探針部を基板へ金属材料間の圧着による結合したり、金属材料間の合金化により行えばよい。 As a means for transferring, or bonding by pressure bonding between the metal material the probe portion to the substrate, it may be performed by alloying between the metal material. 例えば、前者は接触させた状態で更に加圧して行えばよく、また、後者は接触させて加熱して行えばよい。 For example, the former may be carried out by applying further pressure while in contact, also the latter may be carried out by heating in contact. この他、加圧と加熱を同時に行っても、結合することができる。 In addition, even when subjected to heat and pressure at the same time, it can be coupled. なお、探針転写層としては、クロムを下引き層として0.01μm、金を0.3μm厚に連続蒸着して形成した。 As the probe transfer layer, chromium was formed continuously deposited 0.01 [mu] m, the gold 0.3μm thick undercoat layer. 通常、探針転写層としては、クロム、ニッケル、チタン等を0.005〜0.05μm程度被覆し下引き層とし、その上に金、アルミニウム等を0.1〜1μm程度被覆して構成するとよく、適宜、探針の用途に応じて設計すればよい。 Usually, as the probe transfer layer, chromium, nickel, titanium or the like as a 0.005~0.05μm about coated undercoat layer, a gold thereon, the aluminum or the like is constructed by covering about 0.1~1μm well, it may be appropriately designed depending on the probe application.

【0021】図3および図4は、本実施例により得られた微小探針を実際にカンチレバー上に形成してSTM用の検出プローブとして利用した例を説明するための図であり、図3は、図2の探針転写側基板としてカンチレバー形成用シリコン基板を用いた場合を示す。 [0021] Figures 3 and 4 are views for explaining an example of using as a detection probe for forming on actual cantilever micro probe obtained STM by the present embodiment, FIG. 3 illustrates the use of a silicon substrate cantilever formed as a probe transferring-side substrate of FIG. 図3(a) Figure 3 (a)
に示すように、カンチレバー形成用シリコン基板301 As shown in, the cantilever forming silicon substrate 301
はエッチングによりエッチング部302を除去しカンチレバー形成部の厚みを薄くした状態で探針部103及び探針台座部104を転写する。 Transferring the probe portion 103 and the probe base portion 104 in a state that the thickness of the cantilever forming section to remove the etching unit 302 by etching. 次に、図3(b)に示すようにカンチレバー形成基板301の裏面よりカンチレバー周辺部をエッチング除去してカンチレバー部303 Next, the cantilever portion 303 of cantilever periphery from the rear surface of the cantilever forming substrate 301 as shown in FIG. 3 (b) is removed by etching
を形成した。 It was formed.

【0022】図4は、この微小探針を適用したSTM装置を示す。 [0022] Figure 4 shows an STM apparatus employing the micro tip. 図4において、探針405と試料406との間を流れるトンネル電流Itを検出し、Itが一定となるようにフィードバックをかけ、XYZ駆動ピエゾ素子のZ方向を駆動し、探針405とサンプル406との間隔を一定に保っている。 4, to detect the tunnel current It flowing between the probe 405 and the sample 406, fed back so It is constant, and drives the Z-direction of the XYZ driving piezoelectric element, the probe 405 and the sample 406 It is kept constant interval between. 更に、XYZ駆動ピエゾ素子のXYを駆動することにより試料の2次元像であるSTM Furthermore, a two-dimensional image of the sample by driving the XY of the XYZ driving piezoelectric element STM
像が観察できる。 Image can be observed. この装置でサンプルとしてHOPG HOPG as a sample in this apparatus
(高配向熱分解グラファイト)基板のへき開面をバイアス電流1nA、スキャンエリア0.01×0.01μm (Highly oriented pyrolytic graphite) substrate cleavage plane bias current 1 nA, scan area 0.01 × 0.01 [mu] m
で観察したところ、再現性良く良好な原子像を得ることができた。 , Then it was found that it was possible to obtain a good reproducibility good atomic image.

【0023】(実施例二)図5は、本発明の微小探針製造方法の第二の実施例を示すものであり、第一の実施例と同様の探針の他の作製方法の作製工程を示す(特記しない操作は実施例一と同様に行った)。 [0023] (Example II) FIG. 5 shows a second embodiment of the micro tip manufacturing method of the present invention, a manufacturing process of another manufacturing method of the same probe in the first embodiment It is shown (indicated otherwise operations were carried out in the same manner as in example I).

【0024】工程(a)において、エッチング用マスク層として酸化シリコン層502を単結晶(100)シリコン基板501の表面に熱酸化法を用いて1μm厚に形成する。 [0024] In step (a), the formed 1μm thickness by thermal oxidation of the silicon oxide layer 502 in the single crystal (100) surface of the silicon substrate 501 as an etching mask layer. 次に、フォトリソグラフィ法とエッチングによりエッチング部の酸化シリコン層を除去する。 Then, to remove the silicon oxide layer etched portion by photolithography and etching. 更に、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチングにより探針形成用穴部503を形成した。 Furthermore, to form a probe-forming hole 503 by anisotropic etching using a potassium hydroxide solution. なお、この時穴部50 It should be noted that this Tokiana section 50
3は実施例一同様シリコンの(111)結晶面に囲まれた鋭利な先端形状を有す四角錘状の形状をなす。 3 forms a square pyramid shape with having a sharp tip shape surrounded by (111) crystal face of one example embodiment similar silicon. 本実施例に於いては先端までの深さは7.1μmとした。 It is in the present embodiment the depth to the tip was 7.1 [mu] m. 工程(b)は、酸化シリコン層502をフッ酸とフッ化アンモニウム混合水溶液により全て除去した後、真空成膜法により剥離層504として銀を0.05μmの厚み(通常0.01〜0.1μm程度)に形成した。 Step (b), after all removed by a silicon oxide layer 502 ammonium fluoride mixed aqueous solution and hydrofluoric acid, silver 0.05μm thick as the separation layer 504 by a vacuum deposition method (usually 0.01~0.1μm It was formed to a degree). 工程(c) Step (c)
において、さらに探針材料として、白金層505を0. In, As a further tip material, a platinum layer 505 0.
3μm(通常0.1〜0.5μm程度)、ニッケル層5 3 [mu] m (usually about 0.1 to 0.5 [mu] m), a nickel layer 5
06を5μm(通常0.5〜20μm程度)、金層50 06 5 [mu] m (usually about 0.5 to 20 [mu] m), a gold layer 50
7を1μm厚(通常0.1〜5μm程度)に電子ビーム蒸着法を用いて連続的に形成し、次に、フォトリソグラフィ及びエッチング法を用いて第一実施例と同様に開口部508の金層505、ニッケル層506、白金層50 Using an electron beam evaporation method continuously form a 7 to 1μm thickness (usually about 0.1 to 5 [mu] m), then the gold in the first embodiment similarly to the opening 508 by using a photolithography and an etching method layer 505, nickel layer 506, platinum layer 50
7および剥離層504を順次除去した。 7 and release layer 504 were sequentially removed. なお、金層50 It should be noted that the gold layer 50
7のエッチングはヨウ化カリウムとヨウ素の混合水溶液、ニッケル層506のエッチングは塩酸および塩化第二鉄の混合水溶液、白金層505および剥離層504のエッチングはアルゴンプラズマを用いたイオンミリング法により行った。 7 of etching a mixed aqueous solution of potassium iodide and iodine, etching of the nickel layer 506 is a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and ferric chloride, the etching of the platinum layer 505 and release layer 504 was carried out by ion milling using argon plasma . 次に、実施例一と同様の方法を用いて探針材料層周辺部を除去し転写側基板509上に探針部を転写した。 Then, to transfer the probe portion on the transfer-side substrate 509 to remove the tip material layer peripheral portion using the same method as in Example one. なお、本実施例に於いては転写側基板50 Incidentally, in the present embodiment the transfer side substrate 50
9上に接合層510としてはニッケル層を0.02μm 0.02μm nickel layer as the bonding layer 510 on the 9
(通常0.005〜0.05μm程度)下引き層としてアルミニウムを0.3μm厚(通常0.1〜1μm程度)で真空蒸着法により形成した。 It was formed by vacuum evaporation process at a 0.3μm thick aluminum as (usually about 0.005~0.05Myuemu) subbing layer (usually about 0.1 to 1 [mu] m). また、接合は基板を合わせた状態で300℃の窒素雰囲気下に1時間保持し、接合部に金とアルミニウムの合金を形成させることにより行った。 The joining is held for 1 hour under a nitrogen atmosphere at 300 ° C. while the combined substrate, was performed by forming a gold and aluminum alloy joints. 最後に、剥離層504である銀層を硝酸水溶液を用いて除去することにより微小探針部を形成した。 Finally, the silver layer is a release layer 504 to form a micro-probe portion by removing with a nitric acid solution.

【0025】本実施例の微小探針部をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、先端が鋭利に形成されている探針を確認した。 [0025] When a micro-probe portion of this example was observed by SEM (scanning electron microscope) to confirm the probe tip is sharp form. この時、探針の先端曲率半径は0.02μm、高さは14μmであった。 At this time, tip curvature radius of the probe is 0.02 [mu] m, the height was 14 [mu] m.

【0026】また、本実施例に於いて剥離層504及び探針材料層505から507は他の金属および合金を用いて形成することが可能であり、例えば剥離層504としては金、などの基板との剥離性に優れるもの、探針材料層としては一番外側の層505としてイリジウム、パラジウム、金などのAFMおよびSTM特性の優れるもの、中間層506としてはアルミニウム、ニッケル、銅などの安価でかつ形成が容易であるもの、一番内側の層507としては金、アルミニウム、インジウムなどの転写側と結合性が得られるものが挙げられる。 Further, 507 from the release layer 504 and the tip material layer 505 in the present embodiment is can be formed using other metals and alloys, for example, a gold substrate, such as a peeling layer 504 is excellent in peeling property from a, those having excellent AFM and STM properties as best as the tip material layer outer layer 505 iridium, palladium, gold, as the intermediate layer 506 inexpensive aluminum, nickel, copper and those formed is easy, as the innermost layer 507 of gold, aluminum, binding and transcription side such as indium those obtained. なお、本実施例においては、中間層として安価でかつ形成時間の短い材料を用いることが可能であり、高い量産性が得られる。 In the present embodiment, it is possible to use a short material inexpensive and forming time as an intermediate layer, a high productivity can be obtained.

【0027】 [0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によって先端曲率が小さくAFMやSTM用として優れた特性の示す探針を製造することが可能となった。 As described in the foregoing, it has become possible to produce a probe indicated excellent characteristics as a small AFM or STM tip curvature by the present invention. また同時に、製造工程に於けるエッチング液消費量や真空チャンバー等の汚れ除去に費やす労力が飛躍的に抑えられ高い量産性を得ることが可能となった。 At the same time, effort spent on soil removal in an etching solution consumption and the vacuum chamber to the manufacturing process has become possible to obtain a high productivity is suppressed dramatically.

【0028】即ち、第一の基板上の凹部に形成された探針材料層を第二の基板へ転写することにより探針部を形成することにより、第一の基板を後工程でエッチング除去することなく、上記開口部のみのエッチング処理で、 [0028] That is, by forming the probe portion by transferring the tip material layer formed on the first recess of the substrate to the second substrate, is etched away in a subsequent process the first substrate it not, the etching process of the opening only,
極めて容易に、かつ正確に微小探針部を形成できるので、生産性を向上させ、製造コストを低減させ、探針のマルチ化も容易化することができる。 Very easily, and so it can be accurately form a fine probe portion, increase productivity, reduce production costs, multiplexing of the probe also can be facilitated.

【0029】また、上記のように探針部の形成を第一の基板のエッチングによらず、第二の基板への転写により行うので、エッチング液による探針部の材料の劣化、汚染を防ぐことができ、これにより微小探針として再現性の良い安定な特性が得られ、かつ先端を鋭利に形成でき、AFMやSTM用の微小探針として優れた特性を実現することができる。 Further, the formation of the probe portion as described above regardless of the etching of the first substrate, is performed by the transfer to the second substrate, preventing the deterioration of the material of the probe portion by the etching solution, contamination it can, thereby reproducible good stable characteristics can be obtained as fine probe, and can sharply formed tip, it is possible to realize excellent characteristics as a fine tip for AFM and STM.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の一実施例の微小探針の形成工程であり、(a)から(g)の順に製造する工程を示す模式断面図である。 [1] a step of forming the micro tip of one embodiment of the present invention, is a schematic sectional view illustrating a process of manufacturing the order of (a) to (g).

【図2】図1の工程(c)に相当するエッチング用マクス部の周状開口部の平面模式図である。 2 is a schematic plan view of the circumferential openings of the etching Makusu portion corresponding to step (c) of FIG.

【図3】本発明により得られた微小探針を利用したST [3] using a micro probe obtained according to the invention ST
M用カンチレバーの作製法であり、(a)、(b)の順で作製する工程を示す説明図である。 A method of producing the cantilever for M, is an explanatory view illustrating the process for producing in the order of (a), (b).

【図4】本発明により得られた微小探針を利用したST [4] using a micro probe obtained according to the invention ST
M装置のブロック図を示す。 It shows a block diagram of a M apparatus.

【図5】本発明の他の実施例の微小探針の形成工程であり、(a)から(e)の順に製造する工程を示す模式断面図である。 [5] a step of forming the micro tip of another embodiment of the present invention, is a schematic sectional view illustrating a process of manufacturing the order of (a) from (e).

【図6】従来例の微小探針の製造工程を示す模式説明図である。 6 is a schematic explanatory view showing a manufacturing process of the micro tip of the prior art.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

101 微小探針形成用基板 102 マスク開口図 103 探針部 104 探針台座部 201 探針形成用穴部 202 探針材料層 203 エッチング用マスク部 204 探針材料層周辺部 205 転写側基板 206 探針転写層 301 カンチレバー形成用シリコン基板 302 エッチング部 303 カンチレバー部 401 バイアス印加用電源 402 トンネル電流増幅回路 403 XYZ駆動用ドライバー 404 カンチレバー 405 探針 406 試料 407 XYZ駆動用ピエゾ素子 501 微小探針形成基板 502 酸化シリコン層 503 探針形成用穴部 504 剥離層 505 白金層 506 ニッケル層 507 金層 508 開口部 509 転写側基板 510 探針転写層 601 単結晶珪素 602 エッチングマクス 603 トレンチ 604 カン 101 micro tip forming substrate 102 mask openings diagram 103 probe portion 104 probe pedestal 201 probe forming hole 202 tip material layer 203 etching mask portion 204 tip material layer peripheral portion 205 transfer side substrate 206 probe needle transfer layer 301 cantilever forming silicon substrate 302 etched portion 303 cantilever portion 401 bias application power source 402 tunnel current amplifying circuit 403 XYZ drive driver 404 cantilever 405 probe 406 samples 407 XYZ driving piezoelectric element 501 micro tip forming substrate 502 silicon oxide layer 503 probe forming hole 504 peeling layer 505 platinum layer 506 nickel layer 507 of gold layer 508 opening 509 transfer side substrate 510 probe transfer layer 601 single crystal silicon 602 etched Makusu 603 trench 604 cans チレバー層 604' カンチレバー部 605 カンチレバー探針 Chireba layer 604 'cantilever portion 605 cantilever tip

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 6識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // G01B 7/34 Z 21/30 Z (72)発明者 岡村 好真 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 島田 康弘 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中山 優 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (51) Int.Cl. 6 identification symbol Agency in the docket number FI technology display location // G01B 7/34 Z 21/30 Z (72 ) inventor Yoshimi Okamura true Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3 chome No. 30 No. 2 Canon within Co., Ltd. (72) inventor Yasuhiro Shimada Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome No. 30 No. 2 Canon within Co., Ltd. (72) inventor Yu Nakayama Ota-ku, Tokyo Shimomaruko 3-chome 30 No. 2 No. Canon within Co., Ltd.

Claims (7)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 第一の基板の表面に凹部を形成する工程と、該凹部を含む第一基板上に探針材料層を被覆する工程と、該凹部の周囲の第一基板上に周状開口部を有するマスクパターンを形成する工程と、該凹部の周囲に形成した周状開口部の探針材料層を除去する工程と、該凹部以外の探針材料層残部を機械的に除去する工程と、第一の基板上の該凹部に設けられた探針材料層を第二の基板に当接させ、該探針材料層を探針部として第二の基板上に転写する工程とを含んでなることを特徴とする、トンネル電流または微小力検出用微小探針の製造方法。 1. A forming a concave portion on a surface of the first substrate, process and, circumferentially on the first substrate around the recess covering the tip material layer on the first substrate including a recess forming a mask pattern having an opening, and removing the tip material layer formed around the concave portion circumferential opening, the step of mechanically removing the tip material layer remaining portion other than the recess including the, the tip material layer provided on the recess on the first substrate is brought into contact with the second substrate, and a step of transferring the second substrate to 該探 needle material layer as the probe portion characterized by comprising, a tunnel current or manufacturing method for a micro force detection micro tip.
  2. 【請求項2】 請求項1において、第一の基板が単結晶シリコン基板であり結晶異方性エッチングにより基板表面に凹部を形成することを特徴とする微小探針の製造方法。 2. The method of claim 1, method for producing a micro-probe, wherein the first substrate to form a recess in the substrate surface by crystal anisotropy etching a single crystal silicon substrate.
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、第一の基板上に探針材料層を被覆する前に該探針材料層の剥離層を被覆することを特徴とする微小探針の製造方法。 3. An apparatus according to claim 1 or 2, the manufacturing method of the micro-probe, characterized by coating the release layer 該探 needle material layer prior to coating the tip material layer on the first substrate.
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3いずれか一項において、 4. A any one of claims 1 to 3,
    探針材料層が単一金属または合金であることを特徴とする微小探針の製造方法。 Method for producing a fine probe tip material layer is characterized in that it is a single metal or alloy.
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4いずれか一項において、 5. A method according to claim 1 to 4 any one,
    探針材料層が単一金属または合金からなる多層構造であることを特徴とする微小探針の製造方法。 Method for producing a fine probe tip material layer is characterized in that it is a multilayer structure comprising a single metal or alloy.
  6. 【請求項6】 請求項4乃至5いずれか一項において、 6. The method according to claim 4 or 5 any one,
    探針部の第二の基板への転写が金属材料間の圧着による結合により達成されることを特徴とする微小探針の製造方法。 Method for producing a fine tip, characterized in that the transfer to the second substrate of the probe portion is achieved by coupling by crimping between the metal material.
  7. 【請求項7】 請求項4乃至5いずれか一項において、 7. The method of claim 4 or 5 any one,
    探針部の第二の基板への転写が金属材料間の合金化による結合により達成されることを特徴とする微小探針の製造方法。 Method for producing a fine tip, characterized in that the transfer to the second substrate of the probe portion is achieved by coupling by alloying between the metal material.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001013168A (en) * 1999-06-04 2001-01-19 Cascade Microtech Inc Thin film probe constituting method
US6307392B1 (en) 1997-10-28 2001-10-23 Nec Corporation Probe card and method of forming a probe card

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307392B1 (en) 1997-10-28 2001-10-23 Nec Corporation Probe card and method of forming a probe card
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