JPH07311206A - Manufacture of micro-probe - Google Patents

Manufacture of micro-probe

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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
Japan
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probe
substrate
material layer
section
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP10513594A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Fushimi
正弘 伏見
Osamu Takamatsu
修 高松
Yoshihiro Yanagisawa
芳浩 柳沢
Yoshimasa Okamura
好真 岡村
Yasuhiro Shimada
康弘 島田
Masaru Nakayama
優 中山
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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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.

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 1. Field of the Invention The present invention is used in a scanning tunneling microscope or an information processing apparatus for applying high-density recording, reproduction, and erasing of information by applying the principle thereof, or an atomic force microscope for detecting a minute force. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a microprobe that has a small tip curvature and exhibits excellent characteristics for the above-mentioned applications, and that can also be used for multiple probes with high mass 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
hys.Rev.Lett.,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。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。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。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。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。また、大気中での作動も可能であるためS
TMの広範囲な応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Recently, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as "STM") has been developed which allows direct observation of the electronic structure of surface atoms of a conductor (G. Binnig et al. P.
hys. Rev. Lett. , 49, 57 (198
2)), it has become possible to measure with high resolution of real space images regardless of single crystal or amorphous. Such an STM utilizes that a tunnel current flows when a voltage is applied between a metal probe and a conductive substance to bring them closer to a distance of about 1 nm. Since this current is very sensitive to changes in the distance between the two and changes exponentially, observe the surface structure in real space with atomic resolution by scanning the probe so as to keep the tunnel current constant. You can The object of analysis using this STM is limited to the conductive material, but it is also being applied to the structural analysis of the insulating layer thinly formed on the surface of the conductive material. Further, since the above-mentioned devices and means use the method of detecting a minute current, they have an advantage that they can be observed with low power without damaging the medium. Also, since it can be operated in the atmosphere, S
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。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。
An ultra-high density recording / reproducing apparatus is one of the application examples of this STM, but in order to achieve a high recording density, the radius of curvature of the tip of the STM probe is required to be small. At the same time, from the viewpoint of improving the functions of the recording / reproducing system, in particular, from the viewpoint of speeding up, it has been proposed to drive a large number of probes at the same time (multi-probe). It is necessary to manufacture uniform probes.

【0004】また、原子間力顕微鏡(以下、「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。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。
Further, an atomic force microscope (hereinafter referred to as "AFM")
According to the above), the repulsive force and attractive force acting on the surface of the substance are detected, so that the uneven surface image of the sample surface can be measured regardless of the conductor or the insulator. For this atomic force microscope, a cantilever with a microprobe formed at its free end is used, and like the STM, it is required that the radius of curvature of the tip of the probe be small.

【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)。この微小探針の形成方法は、図6に示すように、
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’
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。
Conventionally, as a method of forming the above-mentioned microprobe, a microprobe formed by anisotropic or isotropic etching using single crystal silicon by using a semiconductor manufacturing process technology is known (special feature: Kaihei 3-135702). As shown in FIG. 6, the method for forming the microprobe is as follows.
First, a trench 603 is provided by anisotropic or isotropic etching using single crystal silicon (silicon) 601 coated with an etching mask 602, and this trench is used as a probe mold material. Then, silicon oxide, carbon, and After forming a cantilever layer 604 by coating with silicon nitride, silicon carbide, etc., and patterning into a cantilever shape, a cantilever portion 604 '.
The cantilever probe 605 made of the above-mentioned material is manufactured by removing the silicon underneath 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。 (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。 (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。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, the conventional method for forming a microprobe has the following problems. (A) Since the silicon substrate used as the mold material of the cantilever probe is removed by etching in a later step, there is a problem that the productivity is low and the manufacturing cost is high. (B) Although the tip of the cantilever probe is sharply formed, the probe is made of a material that is easily oxidized, such as silicon oxide or carbon. A coating of a conductive material is required. However, when an STM probe is formed by coating a conductive material on these probes, it is difficult to cover them, and it is difficult to obtain stable characteristics with an STM that handles a weak current such as a tunnel 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、
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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to remove the substrate by etching in a subsequent process,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a probe in which productivity is improved, manufacturing cost is reduced, and multiple probes can be easily formed by forming the probe portion with a minimum etching process.

【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。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。
Another object of the present invention is to use a metal material as the material of the probe to obtain stable characteristics with good reproducibility as a microprobe and to form a sharp tip. A method for manufacturing a probe is provided. Further, even when the conductive material is coated according to the application after forming the probe portion, uniform coating is possible.

【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、
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。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。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。
The present invention which achieves the above object comprises a step of forming a concave portion on the surface of a first substrate, and a step of coating a probe material layer on the first substrate including the concave portion. ,
A step of forming a mask pattern having a peripheral opening on the first substrate around the recess, a step of removing the probe material layer of the peripheral opening formed around the recess, and a step other than the recess The step of mechanically removing the remaining portion of the probe material layer, the probe material layer provided in the recess on the first substrate is brought into contact with the second substrate, and the probe material layer is used as the probe portion. A method of manufacturing a microprobe for detecting a tunnel current or a micro force, comprising a step of transferring onto a second substrate. By forming the probe portion by transferring the probe material layer formed in the concave portion on the first substrate to the second substrate, the opening can be formed without etching the first substrate in a subsequent process. The microprobe can be formed extremely easily and accurately by etching only the part, which improves productivity and reduces the manufacturing cost, and the conventional silicon oxide, carbon, etc. can be used as the material for the SMT probe. It is possible to use a material other than the material that requires the coating of the conductive material, and it is possible to facilitate the multi-use of the probe. Here, it is preferable that the first substrate is a single crystal silicon substrate and a recess is formed on the substrate surface by crystal anisotropic etching, and before the probe material layer is coated on the first substrate. Is to cover the release layer of the probe 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。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。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、
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。
The present invention is also the method of manufacturing a microprobe described above, wherein the probe material layer is a single metal or an alloy. As described above, since the formation of the probe portion is performed not by etching the first substrate but by transferring it to the second substrate, it is possible to prevent deterioration and contamination of the material of the probe portion due to the etching liquid. As a result, stable characteristics with good reproducibility can be obtained as a microprobe, and the tip can be formed sharply, and excellent characteristics as a microprobe for AFM and STM can be realized. Here, preferably, the probe material layer has a multilayer structure composed of a single metal or alloy, and the transfer of the probe portion to the second substrate is
It can be achieved by pressure bonding between metal materials or by alloying between metal materials.

【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。
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a probe having a small tip curvature and excellent characteristics for AFM and STM with excellent mass productivity.

【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。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples shown in the drawings, but the present 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。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
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。
(Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a step of forming a microprobe according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the steps of manufacturing in the order of g), and FIG. 2 is a schematic plan view of the circumferential opening of the etching mask portion used for forming the microprobe of this embodiment (corresponding to the step (c) in FIG. 1). Stage). In addition, FIG. 3 shows S using the microprobe obtained by the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a method of manufacturing a cantilever for TM, in which (a) and (b) are sequentially manufactured, and FIG. 4 is a block diagram of an STM device.

【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。工程(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
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。
FIG. 1 is a diagram for explaining the steps of the method for forming a probe of the present embodiment. Step (a) is a silicon (100) single crystal substrate which is a probe forming substrate (first substrate) 101. The state in which the probe forming hole 201 is formed is shown in FIG. Process (a)
In forming the probe forming hole 201, a silicon nitride film (not shown) is used as a mask and an etching solution
The anisotropic etching method was performed using an aqueous potassium hydroxide solution heated to 00 ° C.

【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。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。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。
Step (b) shows a state in which the probe material layer 202 made of gold is formed to a thickness of 2 μm by the vacuum evaporation method. As the probe material, gold or an alloy of gold and silver, copper or the like is preferable because it has excellent releasability from the substrate, but in addition to such a metal, a metal such as platinum, iridium, palladium, rhodium, or ruthenium alone is used. Alternatively, those alloys can be preferably used. Further, the thickness of the probe material layer is usually 0.5 to 20 μm, preferably about 1 to 5 μm. If the probe material layer is too thin, the strength of the probe portion will be insufficient and it will be easily deformed. There is a problem that the size becomes large and the manufacturing time becomes long.

【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。マスク周状開口部102の開口幅は10μ
mとしたが、通常5〜40μm程度が作業性、生産性が
よい。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。
Step (c) shows a state in which a resist such as RU1100N (registered trademark, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) is patterned as an etching mask 203 by using the photolithography method. The opening width of the mask peripheral opening 102 is 10 μm.
The workability and productivity are usually about 5 to 40 μm. Here, FIG. 2 is a plan view of a substrate for forming a fine probe in which a transfer probe is formed, and a circumferential opening of the etching mask 203 is provided around the probe 103 and the probe base 104. The state where 102 is provided is shown.

【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。
In this embodiment, the size of the probe portion 103 was 10 × 10 μm, the height was 8 μm, the radius of curvature of the tip portion was 0.01 μm, and the width of the probe base portion 104 was 5 μm.

【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
を除去した状態を示す。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
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。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、
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。
In the step (d), the peripheral opening 102 is removed by etching with a mixed solution of iodine and an aqueous solution of potassium iodide, and then an etching mask 203 is formed with an organic solvent.
Shows a state in which is removed. In the present embodiment, the etching material 203 is removed first, and then the probe material peripheral portion 204 is mechanically removed. However, the order of the steps is reversed to etch the probe material peripheral portion 204 above it. Mask 20
It is also possible to remove the etching mask 203 on the probe portion 103 and the probe portion pedestal portion 104 mechanically after removing the etching mask 203 together with 3. The method of removing the probe material layer in the circumferential opening around the recess described above is not limited to the wet etching method using a solution that dissolves and removes the probe material layer, but also irradiation with ions excited in vacuum. It is possible to use a dry etching method using a gas such as an ion milling method for removing by ion removal or a reactive ion etching method for chemically removing activated ions, but since the removed portion is only an opening,
The former has the advantage that the consumption of the etching solution is small, and the latter has the advantage that the vacuum chamber and the like are less contaminated by the probe material.

【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。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。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。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。
Next, the peripheral portion 204 of the probe material layer is mechanically peeled and removed from the peripheral portion of the substrate 101 for forming a micro probe outside the probe forming region to obtain the state of step (e). At this time, since the peripheral portion of the probe material has a sufficient thickness as a film, it can be easily peeled from the peripheral portion by applying a mechanical tensile force using an adhesive such as tape. . Alternatively, the jig can be mechanically removed by pinching the end portion with a jig having a fixed sharp tip and moving the substrate side in parallel. In the invention, since the probe material layer other than the circumferential opening and the probe portion is mechanically separated from the first substrate, it can be easily regenerated as a probe 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。最後に、探針形成用基板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。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。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。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。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。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。
Next, as shown in step (f), the probe forming substrate 101 is pressed against the transfer side substrate 205 (second substrate) on which the probe transfer layer 206 is formed, and the probe pedestal portion 104 is attached. Contact the transfer substrate. Finally, the probe forming substrate 10
By pulling apart 1, a probe is formed as in step (g). As a means for transferring, the probe portion may be bonded to the substrate by pressure bonding between metal materials or may be formed by alloying between metal materials. For example, the former may be contacted and further heated, and the latter may be contacted and heated. In addition, it is possible to bond them by simultaneously applying pressure and heating. The probe transfer layer was formed by continuously depositing chromium as an undercoat layer to a thickness of 0.01 μm and gold to a thickness of 0.3 μm. Usually, the probe transfer layer is formed by coating chromium, nickel, titanium or the like with a thickness of about 0.005 to 0.05 μm to form an undercoat layer and then coating gold, aluminum or the like with a thickness of about 0.1 to 1 μm. Well, it may be appropriately designed according to the application of the probe.

【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。図3(a)
に示すように、カンチレバー形成用シリコン基板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。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
を形成した。
FIGS. 3 and 4 are views for explaining an example in which the microprobe obtained in this embodiment is actually formed on a cantilever and used as a detection probe for STM, and FIG. 2 shows the case where a cantilever forming silicon substrate is used as the probe transfer side substrate of FIG. Figure 3 (a)
As shown in FIG.
In the state where the etching portion 302 is removed by etching and the thickness of the cantilever forming portion is reduced, the probe portion 103 and the probe pedestal portion 104 are transferred. Next, as shown in FIG. 3B, the peripheral portion of the cantilever is removed by etching from the back surface of the cantilever forming substrate 301 to remove the cantilever portion 303.
Was formed.

【0022】図4は、この微小探針を適用したSTM装
置を示す。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。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
像が観察できる。この装置でサンプルとしてHOPG
(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
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。
FIG. 4 shows an STM device to which this microprobe is applied. In FIG. 4, a tunnel current It flowing between the probe 405 and the sample 406 is detected, feedback is performed so that It becomes constant, and the Z direction of the XYZ drive piezo element is driven to detect the probe 405 and the sample 406. Keeps a constant distance from. Further, by driving the XY of the XYZ driving piezo element, the STM that is a two-dimensional image of the sample
The image can be observed. HOPG as a sample with this device
(Highly oriented pyrolytic graphite) Cleaved surface of substrate is bias current 1nA, scan area 0.01 × 0.01μm
As a result of observation, it was possible to obtain a good atomic image with good reproducibility.

【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)。
(Embodiment 2) FIG. 5 shows a second embodiment of the method for manufacturing a micro-tip according to the present invention, which is a manufacturing step of another method for manufacturing a probe similar to that of the first embodiment. (Operations not specified are the same as in Example 1).

【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。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。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。なお、この時穴部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。本実施
例に於いては先端までの深さは7.1μmとした。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。工程(c)
において、さらに探針材料として、白金層505を0.
3μm(通常0.1〜0.5μm程度)、ニッケル層5
06を5μm(通常0.5〜20μm程度)、金層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
7および剥離層504を順次除去した。なお、金層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。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。なお、本実施例に於いては転写側基板50
9上に接合層510としてはニッケル層を0.02μm
(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。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。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。
In step (a), a silicon oxide layer 502 is formed as a mask layer for etching on the surface of a single crystal (100) silicon substrate 501 by thermal oxidation to a thickness of 1 μm. Next, the silicon oxide layer in the etched portion is removed by photolithography and etching. Further, the probe forming hole 503 was formed by anisotropic etching using a potassium hydroxide aqueous solution. At this time, the hole 50
3 has a quadrangular pyramid shape having a sharp tip shape surrounded by the (111) crystal plane of silicon as in Example 1. In this embodiment, the depth to the tip is 7.1 μm. In the step (b), after the silicon oxide layer 502 is completely removed by a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride, silver is used as a peeling layer 504 by a vacuum film forming method to have a thickness of 0.05 μm (usually 0.01 to 0.1 μm). Formed). Process (c)
In addition, a platinum layer 505 was added as a probe material to 0.
3 μm (usually about 0.1 to 0.5 μm), nickel layer 5
06 to 5 μm (usually about 0.5 to 20 μm), gold layer 50
7 is continuously formed to have a thickness of 1 μm (usually about 0.1 to 5 μm) by using an electron beam evaporation method, and then gold of the opening 508 is formed by using photolithography and etching method as in the first embodiment. Layer 505, nickel layer 506, platinum layer 50
7 and the peeling layer 504 were sequentially removed. The gold layer 50
7 was etched by a mixed aqueous solution of potassium iodide and iodine, the nickel layer 506 was etched by a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and ferric chloride, and the platinum layer 505 and the peeling layer 504 were etched by an ion milling method using argon plasma. . Next, the peripheral portion of the probe material layer was removed and the probe portion was transferred onto the transfer side substrate 509 by using the same method as in Example 1. In this embodiment, the transfer side substrate 50
9 as a bonding layer 510 with a nickel layer of 0.02 μm
(Normally about 0.005 to 0.05 μm) As an undercoat layer, aluminum was formed in a thickness of 0.3 μm (normally about 0.1 to 1 μm) by a vacuum deposition method. The joining was performed by holding the substrates together in a nitrogen atmosphere at 300 ° C. for 1 hour to form an alloy of gold and aluminum on the joined portion. Finally, the silver layer, which is the peeling layer 504, was removed using a nitric acid aqueous solution to form a microprobe portion.

【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。この時、探針の先端曲率半径は
0.02μm、高さは14μmであった。
When the microprobe portion of this embodiment was observed with an SEM (scanning electron microscope), it was confirmed that the probe had a sharp tip. At this time, the radius of curvature of the tip of the probe was 0.02 μm and the height was 14 μm.

【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。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。
Further, in this embodiment, the peeling layer 504 and the probe material layers 505 to 507 can be formed by using other metals and alloys. For example, the peeling layer 504 is a substrate such as gold. Which has excellent AFM and STM characteristics such as iridium, palladium and gold as the outermost layer 505 as the probe material layer, and aluminum, nickel and copper which are inexpensive as the intermediate layer 506. In addition, those that are easy to form, and examples of the innermost layer 507 include those that can be bonded to the transfer side, such as gold, aluminum, and indium. In the present embodiment, it is possible to use a material that is inexpensive and has a short forming time as the intermediate layer, and high mass 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。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。
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a probe having a small tip curvature and excellent characteristics for AFM and STM. At the same time, the amount of etching liquid consumed in the manufacturing process and the labor required for removing stains in the vacuum chamber and the like can be dramatically reduced, and high mass productivity can be obtained.

【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、
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。
That is, the probe material layer formed in the recess on the first substrate is transferred to the second substrate to form the probe portion, so that the first substrate is removed by etching in a later step. Without the etching process of only the opening,
Since the micro probe portion can be formed extremely easily and accurately, the productivity can be improved, the manufacturing cost can be reduced, and the multi probe 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, as described above, since the probe portion is formed not by etching the first substrate but by transferring it to the second substrate, deterioration and contamination of the material of the probe portion due to the etching solution can be prevented. As a result, stable characteristics with good reproducibility can be obtained as a microprobe, and the tip can be formed sharply, and excellent characteristics as a microprobe for AFM and STM can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a micro probe according to an embodiment of the present invention, showing steps of manufacturing in 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。
FIG. 2 is a schematic plan view of a circumferential opening of an etching mask 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
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。
[FIG. 3] ST using a microprobe obtained by the present invention
It is a manufacturing method of the cantilever for M, and is explanatory drawing which shows the process of manufacturing in order of (a) and (b).

【図4】本発明により得られた微小探針を利用したST
M装置のブロック図を示す。
[FIG. 4] ST using the microprobe obtained by the present invention
3 shows a block diagram of an M device.

【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。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a micro probe according to another embodiment of the present invention, showing steps of manufacturing in the order of (a) to (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。
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a manufacturing process of a conventional micro probe.

【符号の説明】[Explanation 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 カンチレバー層 604’ カンチレバー部 605 カンチレバー探針 101 Micro Probe Formation Substrate 102 Mask Opening 103 Probe Section 104 Probe Base 201 201 Probe Formation Hole 202 Probe Material Layer 203 Etching Mask Section 204 Probe Material Layer Peripheral 205 Transfer Side Substrate 206 Probe Needle transfer layer 301 Cantilever forming silicon substrate 302 Etching portion 303 Cantilever portion 401 Bias applying power source 402 Tunnel current amplification circuit 403 XYZ driving driver 404 Cantilever 405 Probe 406 Sample 407 XYZ driving piezo element 501 Micro probe forming substrate 502 Silicon oxide layer 503 Probe forming hole 504 Release layer 505 Platinum layer 506 Nickel layer 507 Gold layer 508 Opening 509 Transfer side substrate 510 Probe transfer layer 601 Single crystal silicon 602 Etching mask 603 Trench 604 Can Chiller layer 604 'Cantilever part 605 Cantilever probe

───────────────────────────────────────────────────── 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─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI technical display location // G01B 7/34 Z 21/30 Z (72) Inventor Yoshimasa Okamura 3 Shimomaruko Ota-ku, Tokyo Chome 30-2 Canon Inc. (72) Inventor Yasuhiro Shimada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yu Nakayama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo No. Canon Inc.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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 step of forming a concave portion on the surface of a first substrate, a step of coating a probe material layer on the first substrate including the concave portion, and a circumferential shape on the first substrate around the concave portion. A step of forming a mask pattern having an opening, a step of removing the probe material layer in the circumferential opening formed around the recess, and a step of mechanically removing the remaining probe material layer other than the recess And a step of bringing the probe material layer provided in the recess on the first substrate into contact with the second substrate and transferring the probe material layer as a probe portion onto the second substrate. 2. A method of manufacturing a microprobe for detecting a tunnel current or a microforce, comprising:
【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 manufacturing a microprobe according to claim 1, wherein the first substrate is a single crystal silicon substrate, and the concave portion is formed on the substrate surface by crystal anisotropic etching.
【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. The method of manufacturing a microprobe according to claim 1, wherein the release layer of the probe material layer is coated before coating the probe material layer on the first substrate.
【請求項4】 請求項1乃至3いずれか一項において、
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。
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a microprobe, wherein the probe material layer is a single metal or an alloy.
【請求項5】 請求項1乃至4いずれか一項において、
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。
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A method for manufacturing a micro probe, wherein the probe material layer has a multi-layer structure made of a single metal or an alloy.
【請求項6】 請求項4乃至5いずれか一項において、
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。
6. The method according to claim 4, wherein
A method for manufacturing a microprobe, wherein the transfer of the probe section to the second substrate is achieved by bonding the metal materials by pressure bonding.
【請求項7】 請求項4乃至5いずれか一項において、
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。
7. The method according to any one of claims 4 to 5,
A method for manufacturing a microprobe, wherein the transfer of the probe section to the second substrate is achieved by a bond between metal materials by alloying.
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Cited By (3)

* 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
CN111983272A (en) * 2020-08-14 2020-11-24 强一半导体(苏州)有限公司 Method for manufacturing guide plate MEMS probe structure

Cited By (3)

* 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
JP2001013168A (en) * 1999-06-04 2001-01-19 Cascade Microtech Inc Thin film probe constituting method
CN111983272A (en) * 2020-08-14 2020-11-24 强一半导体(苏州)有限公司 Method for manufacturing guide plate MEMS probe structure

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