JPH09133689A - Very small probe, probe using the same, manufacture of the same, and information processor - Google Patents

Very small probe, probe using the same, manufacture of the same, and information processor

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JPH09133689A
JPH09133689A JP31469495A JP31469495A JPH09133689A JP H09133689 A JPH09133689 A JP H09133689A JP 31469495 A JP31469495 A JP 31469495A JP 31469495 A JP31469495 A JP 31469495A JP H09133689 A JPH09133689 A JP H09133689A
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JP
Japan
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layer
substrate
organic compound
probe
microprobe
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JP31469495A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuuko Morikawa
有子 森川
Takayuki Yagi
隆行 八木
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probe manufacturing method by which a probe which can be constituted of multiple probes can be manufactured easily and an information processor using the probes. SOLUTION: After a recessed section 3 is formed on the surface of a first substrate 1, a releasable layer 4 is formed on the surface of the substrate 1 including the recessed section 3 and the layer 4 is coated with an organic compound layer 101 of conductive organic compound layer as a very-small probe layer 5. Then a joining layer 7 is formed on a second substrate 8 and the organic compound layer 10 or conductive organic compound layer on the releasable layer 4 of the first substrate 1 is joined with the joining layer 7 of the second substrate 8. Thereafter, the layer 101 or conductive organic compound layer is transferred to the joining layer 7 by stripping off the layer 101 or conductive organic compound layer at the boundary between the releasable layer 4 and the layer 101 or conductive organic compound layer.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、走査型トンネル顕
微鏡、あるいは微小な力を検出する原子間力顕微鏡等、
または、走査型プローブ顕微鏡を応用して高密度記録再
生を行なう装置に用いる微小探針および該微小探針と薄
膜カンチレバーからなるプローブ及びこれらを用いた情
報処理装置に関し、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。 【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
3))、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(tip)と導電性物質の間に電圧を加えて、1n
m程度の距離まで近付けると、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様に探針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。また、STM技術を発展させ、絶縁物質等
の表面をSTMと同様な分解能で観察可能な原子間力顕
微鏡(以下、AFMと略す。)も開発されている(米国
特許第4,724,318号明細書)。そこで、かかる
STM、AFM等の走査型プローブ顕微鏡(以下、SP
Mと略す。)の原理を応用し、記録媒体に対してプロー
ブを原子、分子スケールでアクセスし、記録、再生を行
なうことにより高密度メモリーを実現するという提案が
なされている(米国特許第4,575,822号明細
書、特開昭63−161552号公報、特開昭63−1
61553号公報)。このような情報記録再生装置への
応用を考えると、高い記録密度を達成するためにSPM
の探針の先端部の曲率半径が小さいことが望まれる。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。 【0003】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
いて異方性エッチングにより形成した微小探針が知られ
ている(米国特許第5,221,415号明細書)。こ
の微小探針の形成方法は図11に示すように、まず、二
酸化シリコン510、512のマスクを被覆したシリコ
ンウエハ514に異方性エッチングによりピット518
を設け、このピットを探針の雌型とし、二酸化シリコン
510、512を除去し、次に全面に窒化シリコン層5
20、521を被覆し片持ち梁(カンチレバー)及び微
小探針となるピラミッド状ピット522を形成し、片持
ち梁状にパターニングした後、裏面の窒化シリコン層5
21を除去しソウカット534とCr層532を設けた
ガラス板530と窒化シリコン層520を接合し、シリ
コンウエハ514をエッチング除去することによりマウ
ンティングブロック540に転写された窒化シリコンか
らなる探針とカンチレバーからなるプローブを作製する
ものである。最後に、裏面に光てこ式AFM用の反射膜
となる金属膜542を形成する。 【0004】また、図12(a)に示されるように、例
えば基板201上の薄膜層202を円形にパターニング
し、それをマスクにして基盤201をエッチングし、サ
イドエッチングを利用して探針203を形成する方法
(O.Wolter,et al.,¨Microma
chined silicon sensors fo
r scanning force microsco
py¨,J.Vac.Sci.Technol.B9
(2),Mar/Apr,1991,ppl353−1
357)や、図12(b)に示されるように、逆テーパ
ーをつけたレジスト205のレジスト開口部206に基
板204を回転させながら導電性材料207を斜めから
蒸着し、リフトオフすることにより探針208を形成す
るスピント(Spindt)等により提案された方法
(C.A.Spindt,et al.,¨Physi
cal properties of thin fi
lm field emission cathode
with molybdenum cones¨,
J.Appl.Phys.,47.1976,pp52
48−5263)等がある。 【0005】さらに最近では、ノボラック樹脂を用い
て、フォトリソグラフィーにより、片持ち梁を形成した
のち、エレクトロンビームデポジションによって探針を
形成する方法(R.Pechmann,etal.,¨
The Novolever:A new canti
lever for scanning forcem
icroscopy microfabricated
from polymeric materials
¨,Rev.Sci.instrum.,65(1
2).1994,pp3702−3706)が提案され
ている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の微小探針の製造方法は以下のような問題点を有してい
た。例えば、図11に示したような従来例の微小探針の
製造方法においては、つぎのような問題があった。 (1)探針の雌型となったシリコン基板は、後工程でエ
ッチング除去されてしまうため再利用ができず、生産性
が低くなり製造コストが高くなる。 (2)探針の雌型となったシリコン基板をエッチングす
るため、プローブ表面のエッチング液による探針の材料
劣化、形状劣化、及びエッチング液からの汚染等が生じ
る可能性がある。 (3)さらに、薄膜カンチレバー上に微小探針を形成す
る場合には、AFMでは反射膜をプローブの裏面の全面
に形成するため、カンチレバーが反射膜の膜応力により
反ってしまう。また、図12に示したような従来例の微
小探針の製造方法では、 (4)探針を形成する際のシリコンのエッチング条件や
レジストのパターニング条件及び導電性材料の蒸着条件
等を一定にするには厳しいプロセス管理が必要となり、
形成される複数の微小探針の高さや先端曲率半径等の正
確な形状を維持するのが難しいという問題があった。 (5)さらに、図12(b)の微小探針の材料は金属で
構成されているので、カンチレバー上に形成した場合、
高速走査には不適であり、AFMにおける高速走査に追
従するように微小探針の重量を軽量化する必要がある。 (6)さらにまた、従来の微小探針の表面は、酸化物、
金属等からなるために、微小探針と試料の間に存在する
吸着水の影響を受けやすく、摩擦力や、吸着力を感度良
く測定することが困難である。 (7)ほかに、カンチレバーをノボラック樹脂で形成し
た場合は、カンチレバーの剛性を低くすることは可能で
あるが、カンチレバー及び微小探針の材料は限られたも
のになり、カンチレバーの降伏応力が低下するという問
題がある。 【0007】そこで、本発明は、上記従来枝術の課題を
解決するため、探針材料選択の幅が広く、汎用性に富む
微小探針の製造方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、雌型の再利用が可能で、生産性の向上と
製造コストの低減が可能な微小探針の製造方法を提供す
ることを目的とする。また、本発明は、エッチング液に
よる微小探針の材料劣化、形状劣化、及びエッチング液
からの汚染がなく微小探針を形成できる微小探針の製造
方法を提供することを目的とする。また、本発明は、軽
量化が可能で、共振周波数の高い、高速走査における追
従性が良好な微小探針を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、微小探針と試料表面の間に存在する吸着
水の影響を低下することが可能な微小探針を提供するこ
とを目的とする。また、本発明は、反射膜をプローブの
裏面全面に形成する必要がないプローブを提供すること
を目的とする。さらに、本発明は、微小探針として再現
性の良い均一な形状が得られ、且つ先端を鋭利に形成で
き、探針の複数化(マルチ化)が容易となるプローブの
製造方法およびそれらを用いた情報処理装置を提供する
ことを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、微小探針、該微小探針を用いたプローブ、
及び該微小探針の製造方法についてつぎのように構成し
たものである。すなわち、本発明の微小探針は、基板上
に接合層を介して設置された微小力検出用の微小探針で
あって、該微小探針が有機化合物層で形成されているこ
とを特徴としている。そして、本発明の微小探針は、金
属層を介して基板上に設置するようにしてもよく、前記
有機化合物層を、フッ素化合物、またはポリイミド化合
物で形成することができる。また、本発明の微小探針
は、基板上に接合層を介して設置されたトンネル電流、
または微小力検出用の微小探針であって、該微小探針が
導電性有機化合物層で形成されていることを特徴として
いる。そして、本発明の微小探針は、金属層を介して基
板上に設置するようにしてもよく、前記導電性有機化合
物層を、電荷移動錯体、または導電性高分子、または導
電性物質を熱硬化型樹脂に配合した導電性樹脂層で形成
することができる。また、本発明におけるこれらの微小
探針は、前記接合層との間で囲まれた中空の領域を有し
ていることを特徴としている。また、このような微小探
針を用いて、一端を基板に固定された薄膜カンチレバー
の自由端に、前記微小探針を接合層を介して圧着により
結合してプローブを構成することができる。そして、こ
の場合、前記接合層を微小力検出に用いるプローブのた
わみ変位を検出する際の光学的反射膜として用いること
が可能となる。また、本発明では、これらのものにおい
て、その微小探針と微小探針の引き出し電極の間の抵抗
値が1〜100MΩとすることが好ましい。 【0009】さらに、本発明の微小探針の製造方法は、
微小力検出用の微小探針の製造方法において、第1基板
の表面に凹部を形成する工程と、前記第1基板の凹部を
含む基板上に剥離層を形成する工程と、前記第1基板の
剥離層上に微小探針層としての有機化合物層を被覆する
工程と、 第2基板に接合層を形成する工程と、前記凹
部を含む剥離層上の前記有機化合物層を、前記第2基板
の接合層に接合する工程と、前記第1基板における剥離
層と前記有機化合物層の界面で剥離を行い、前記第2基
板上の接合層に前記有機化合物層を転写する工程と、を
少なくとも有することを特徴としている。そして、本発
明においては、前記有機化合物層を被覆する工程が、前
記第1基板の剥離層上に微小探針層としての有機化合物
層を被覆した後に該有機化合物層上に金属層を被覆する
工程を含み、また、前記接合層に前記有機化合物層を転
写する工程が、有機化合物層上の金属層を該有機化合物
層と共に転写する工程を含むようにすることができる。
また、本発明の微小探針の製造方法は、トンネル電流、
または微小力検出用の微小探針の製造方法において、第
1基板の表面に凹部を形成する工程と、前記第1基板の
凹部を含む基板上に剥離層を形成する工程と、前記第1
基板の剥離層上に微小探針層としての導電性有機化合物
層を被覆する工程と、第2基板に接合層を形成する工程
と、前記凹部を含む剥離層上の前記導電性有機化合物層
を、前記第2基板の接合層に接合する工程と、前記第1
基板における剥離層と前記導電性有機化合物層の界面で
剥離を行い、前記第2基板上の接合層に前記導電性有機
化合物層を転写する工程と、を少なくとも有することを
特徴としている。そして、本発明においては、前記導電
性有機化合物層を被覆する工程が、前記第1基板の剥離
層上に微小探針層としての導電性有機化合物層を被覆し
た後に該導電性有機化合物層上に金属層を被覆する工程
を含み、また、前記接合層に前記有機化合物層を転写す
る工程が、有機化合物層上の金属層を該有機化合物層と
共に転写する工程を含むようにすることができる。 【0010】さらに、また、本発明のプローブの製造方
法は、微小力検出用の微小探針と薄膜カンチレバーから
なるプローブの製造方法において、第1基板の表面に凹
部を形成する工程と、前記第1基板の凹部を含む基板上
に剥離層を形成する工程と、前記第1基板の剥離層上に
微小探針層としての有機化合物層を被覆する工程と、第
2基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、前記薄膜
カンチレバー先端上に接合層を形成する工程と、前記凹
部を含む剥離層上の前記有機化合物層を、前記薄膜カン
チレバー先端上の接合層に接合する工程と、前記第1基
板における剥離層と前記有機化合物層の界面で剥離を行
い、前記薄膜カンチレバー先端上の接合層に前記有機化
合物層を転写する工程と、前記薄膜カンチレバーの一端
が、第2基板に固定されるように前記薄膜カンチレバー
下部の前記第2基板の一部を除去する工程と、を少なく
とも有することを特徴としている。そして、本発明にお
いては、前記有機化合物層を被覆する工程が、前記第1
基板の剥離層上に微小探針層としての有機化合物層を被
覆した後に該有機化合物層上に金属層を被覆する工程を
含み、また、前記接合層に前記有機化合物層を転写する
工程が、有機化合物層上の金属層を該有機化合物層と共
に転写する工程を含むようにすることができる。また、
本発明においては、これらの探針の製造方法またはプロ
ーブの製造方法において、前記有機化合物層を被覆する
工程が、有機化合物層をコーティングし、キュアする工
程を有するように構成することができ、また、前記第1
基板が単結晶シリコン基板であり、結晶軸異方性エッチ
ングにより該第1基板表面に凹部を形成するように構成
することができる。また、本発明のプローブの製造方法
は、トンネル電流、または微小力検出用の微小探針と薄
膜カンチレバーからなるプローブの製造方法において、
第1基板の表面に凹部を形成する工程と、前記第1基板
の凹部を含む基板上に剥離層を形成する工程と、前記第
1基板の剥離層上に微小探針層としての導電性有機化合
物層を被覆する工程と、第2基板に薄膜カンチレバーを
形成する工程と、前記薄膜カンチレバー先端上に接合層
を形成する工程と、前記凹部を含む剥離層上の前記導電
性導電性有機化合物層を、前記薄膜カンチレバー先端上
の接合層に接合する工程と、前記第1基板における剥離
層と前記導電性有機化合物層の界面で剥離を行い、前記
薄膜カンチレバー先端上の接合層に前記導電性有機化合
物層を転写する工程と、前記薄膜カンチレバーの一端
が、第2基板に固定されるように前記薄膜カンチレバー
下部の前記第2基板の一部を除去する工程と、を少なく
とも有することを特徴としている。そして、本発明にお
いては、前記導電性有機化合物層を被覆する工程が、前
記第1基板の剥離層上に微小探針層としての導電性有機
化合物層を被覆した後に該導電性有機化合物層上に金属
層を被覆する工程を含み、また、前記接合層に前記導電
性有機化合物層を転写する工程が、導電性有機化合物層
上の金属層を該導電性有機化合物層と共に転写する工程
を含むようにすることができる。また、本発明において
は、これらの探針の製造方法またはプローブの製造方法
において、前記導電性有機化合物層を被覆する工程が、
導電性有機化合物層をコーティングし、キュアする工程
を有するように構成することができ、前記第1基板が単
結晶シリコン基板であり、また、前記第1基板が単結晶
シリコン基板であり、結晶軸異方性エッチングにより該
第1基板表面に凹部を形成するように構成することがで
きる。そして、またその第2基板を、単結晶Si基板と
該基板上に形成された絶縁層と該絶縁層上に形成された
単結晶Si層より形成することができる、その際、この
単結晶Si層の電気抵抗が、0.0lΩ・cm以下であ
ることが好ましい。また、本発明においては、上記した
ような微小探針又はプローブを具備し、該微小探針又は
プローブを介して記録媒体に情報の記録及び/または再
生を行なう情報処理装置を構成することができ、このよ
うな情報処理装置として、プローブを支持する弾性部材
をプローブ・記録媒体間に作用する力により変形させ、
プローブ・記録媒体間の間隔変動を補正することによっ
て、プローブ・記録媒体間隔を制御し、該制御状態で前
記プローブ・記録媒体間の電流を検出することによって
再生を行なう情報処理装置を構成することができる。 【0011】 【発明の実施の形態】本発明は、上記のように雌型に探
針材料を形成しそれを転写して微小探針を形成すること
により、探針材料選択の幅の広い、汎用性に富む微小探
針の製造が可能となる。また、本発明は、上記のように
探針材料の雌型を後工程でエッチング除去することなく
探針を形成することにより、雌型の再利用が可能で、生
産性の向上と製造コストの低減が可能となる。また、本
発明によると、エッチング液による微小探針の材料劣
化、形状劣化、及びエッチング液からの汚染がなく微小
探針を形成することが可能となる。本発明は上記のよう
な微小探針の製造方法を用いることにより、微小探針の
材料として有機化合物または導電性有機化合物を用いる
ことが可能となり、微小探針の軽量化を図り、共振周波
数の高い、高速走査における追従性が良好な微小探針の
提供を実現することが可能となる。また、本発明は、微
小探針の材料として有機化合物を用いることで、はっ水
性の高い材料を選択することが可能になり、微小探針と
試料表面の間に存在する吸着水の影響を低下することが
可能となる。また、本発明は、微小探針のみをカンチレ
バー先端の接合層上に形成することができるので、接合
層を反射膜として利用でき、反射膜をプローブの裏面全
面に形成する必要がないプローブを提供することができ
る。さらに、本発明は、微小探針として再現性の良い均
一な形状が得られ、且つ先端を鋭利に形成でき、探針の
複数化(マルチ化)が容易となるプローブの製造方法及
びそれらを用いた情報処理装置を提供することができ
る。 【0012】また、本発明においては、第1基板を単結
晶シリコン基板とし、結晶軸による異方性エッチングに
より、(111)の結晶面からなる凹部を形成した単結
晶基板上に、微小探針材料を形成することによって、微
小探針の雌型となる凹部は先端が鋭利で、また同一基板
上に複数形成した場合には形状の揃ったものとなり、そ
の結果得られる微小探針は特性の揃ったものとなる。 【0013】さらに、本発明においては、探針材料層が
有機化合物であることを特徴としており、探針を軽量化
することが可能である。本発明で用いられる有機化合物
は、成形可能で、耐熱性、耐溶剤性に優れているもので
あればよく、各種フッ素化合物や、各種ポリイミド化合
物などを用いることが可能である。本発明で用いられる
フッ素化合物としては、例えば、ポリテトラフルオロエ
チレン(商標名テフロン)や、テフロンFEP、テフロ
ンPFAとして知られるテフロン化合物が挙げられ、一
方、本発明で用いられるポリイミド化合物はカルボン酸
無水物とジアミンとを縮合反応させることによって得ら
れるポリイミド前駆体を加熱することによって得られ
る。かかるカルボン酸無水物としては例えば、ピロメリ
ット酸無水物、3、3’、4、4’−ビフェニルテトラ
カルボン酸無水物、3、3’、4、4’−ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸無水物、2、2−ビス(3、4−ジ
カルボキシフェニル)−1、1、1、3、3、3、ヘキ
サフルオロプロパン酸無水物等が挙げられ、ジアミンと
してはフェニレンジアミン、4、4’−オキシジアニリ
ン、4、4’−ジオキシフェニレンジアニリン、4、
4’−フェニレンジアニリン、4、4’−チオジアニリ
ン、4、4’―サルフォニルジアニリン、4、4’―メ
チレンジアニリン、2−ビス(4−アミノフェニル)−
1、1、1、3、3、3−ヘキサフルオロプロパンなど
が挙げられる。さらにかかるポリイミド前駆体はそのポ
リマー主鎖中に前述の構造単位が一部含まれていてもよ
いので2種以上のカルボン酸無水物及び/又は、2種以
上のジアミンを用いた共重合体の利用も可能である。ま
た、本発明においては、探針材料層が導電性有機化合物
であることを特徴としており、微小探針の軽量化が可能
である。 【0014】また、本発明で用いられる導電性有機化合
物は成形可能であればよく、例えば、金属フタロシアニ
ン、テトラシアニキノジメタン−テトラチオフルバレン
(TCNQ−TTF)等の電荷移動錯体、またはポリア
セチレン、ポリフェニレンビニレン(PPV)などの導
電性高分子、またはカーボンブラック、カーボンファイ
バー、電荷移動錯体等をエポキシ樹脂、シリコン樹脂、
フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化型樹脂に3〜
30%添加した導電性樹脂等を用いることが可能であ
る。かかる導電性有機化合物の比抵抗は導電物質の種類
や配合量にもよるが、10-5〜106Ω・cmの範囲に
することが可能なので、微小探針と引き出し電極の間の
抵抗値を所望の値にすることが容易である。そのため
に、抵抗値が部分的に変化する試料を用いて、情報の記
録再生を行なうような場合、微小探針と引き出し電極の
間に流れる過大電流を抑制することが可能である。ま
た、該電荷移動錯体、該導電性高分子の伝導度を向上さ
せる為に、ドーピングを行なったり、該導電性樹脂の成
形性を向上させるための架橋剤等を添加させてもよい。 【0015】さらには、本発明においては第1基板から
第2基板への転写をし易くするために、第1基板に探針
材料層を形成する前に、剥離層を設ける。かかる剥離層
材料は探針材料との反応性・密着性が小さいことが必要
である。このような材料として、例えば、探針材料がテ
フロンのときにはSiO2、Au、Pt等が使用でき
る。これらの材料はスパッタリング法や真空蒸着法によ
り形成することができる。さらに、第一基板1にシリコ
ンを用いる場合は基板表面を酸化することにより容易に
二酸化シリコン(SiO2)を得ることができる。この
酸化による二酸化シリコンの形成方法は、放置(自然酸
化)する方法、硫酸+過酸化水素水を利用する方法、沸
騰水を用いる方法、熱酸化炉を用いる方法等があり、特
に、熱酸化炉をもちいてシリコン表面を熱酸化する方法
が再現性・制御性・成膜速度の点で優れている。また、
探針材料層を第2基板上に形成された接合層に圧着によ
って接合する際に、あらかじめ探針材料層上に金属層を
設けておくことにより、接合層を形成している金属と金
属層が金属結合することによって、より強固に探針材料
層を接合層上に転写することが可能である。なお、探針
材料層、剥離層、接合層の形成方法としては、従来公知
の技術たとえばスピナー法、デイッピング法、スプレー
法、真空蒸着法やスパッタ法、化学気相成長法等の薄膜
作製技術を用い、さらにフォトリソグラフィプロセス、
及びエッチングを適用することで所望の形状にパターニ
ングする。微小探針は第1基板上に形成した凹部上の剥
離層の表面形状を忠実に再現するため、薄膜作製方法に
制限されない。また、このようにして作製された微小探
針は接合層との間で囲まれた中空の領域を有しており、
薄膜カンチレバー等の自由端に微小探針を設ける場合、
図12(b)の形成法にて作製した探針に比べて、さら
に軽量化されており、探針付きのカンチレバーの共振周
波数の低下を抑えることができる。 【0016】また、本発明の探針材料層を有機化合物層
で形成したプローブにおいては、第2基板に薄膜カンチ
レバーとなる層をあらかじめ形成しておき、該薄膜カン
チレバーの先端上にパターニングされた接合層を設け、
剥離層上の探針材料層を接合層に接合、転写した後に、
薄膜カンチレバーの一端が第2基板に固定されるように
薄膜カンチレバー下部の第2基板の一部を除去すること
により、微小探針を自由端に有するカンチレバー型のプ
ローブを作製することが可能である。 【0017】そしてまた、本発明の探針材料層を導電性
有機化合物層で形成したプローブにおいては、第2基板
としてSi単結晶基板101上にSi酸化層103及び
Si単結晶層107が形成された基板、即ちSOI(s
ilicon on insulator)基板を用い
ることが可能である。かかるSOI基板を用いることに
より、トンネル電流取り出し電極と機械的弾性体の2つ
の役割を有することが可能になる。ここでSi単結晶層
107は不純物導入した低抵抗のものが好ましく、抵抗
値として好ましくは、0.0lΩ・cm以下のものを用
いる。Si単結晶層107の厚さは所望するレバーのバ
ネ定数に対して、レバーの形状と共に決定されるが、通
常は0.1から数μm程度である。Si酸化層103及
びSiN層108の厚さは、後のエッチング工程におい
て耐えられる厚さならばよく、通常Si酸化層103は
0.1〜1.0μm程度、SiN層108は0.1〜
0.3μmである。 【0018】 【実施例】以下、本発明の実施例について図に基づいて
説明する。 [実施例1]図1に本発明の実施例1における第1の微
小探針を用いたAFM用カンチレバー型プローブの構成
を示し、図1(a)は該プローブの上面図であり、図1
(b)は側面図である。図2は本実施例のプローブの製
造工程を示す断面図である。図2(a)において、酸化
ガスにより熱酸化して形成した二酸化シリコン膜からな
る保護層2が形成された結晶方位面が<100>のシリ
コンウエハを第1基板1として用意する。フォトリソグ
ラフィプロセスにより形成したフォトレジストをマスク
として、該保護層2の所望の箇所をHF水溶液によりエ
ッチングし、8μm平方のシリコンを露出させた。保護
層2は第1基板1を結晶軸異方性エッチングし、微小探
針の雌型となる凹部を形成する時の保護層であり、結晶
軸異方性エッチング液に対してエッチング耐性を持つ。
フォトレジストを剥離した後に第1基板を濃度27%の
水酸化カリウム(KOH)水溶液にて液温度80℃で結
晶軸異方性エッチングし、深さ5.6μmの(111)
の結晶面からなる逆ピラミッド状の凹部3を形成した。 【0019】次に保護層2をHF水溶液によりエッチン
グ除去した後に、第1基板1を酸化ガスを用いて熱酸化
し、凹部3を含む第1基板上に二酸化シリコン膜4を1
000Å形成し剥離層4とした(図2(b))。 【0020】次に図2(c)に示すように、微小探針材
料となるテフロンを主成分とするフッ素樹脂(ファイン
ケミカルジャパン(株)製、商標名 テフロン耐熱TF
Eコート)を厚さlμmになるようにスプレー法によっ
て塗布し、キュアして、テフロンからなる有機化合物層
101を形成した。引き続き探針材料層上にCr30
Å、Au400Åを真空蒸着法により形成し、金属層6
を探針材料層上にコーテイングした。該金属層をフォト
リソグラフィプロセスとエッチングにより、パターニン
グし、さらにO2による反応性イオンエッチングによ
り、該金属層6をマスクとしてエッチングし、微小探針
5を形成した。次に第二基板8として単結晶シリコン基
板を用意し、第二基板8両面に二酸化シリコン13を
0.3μm、窒化シリコン14を0.5μm成膜した。
次に表面の窒化シリコン14をフォトリソグラフィとエ
ッチングによりカンチレバー9(片持ち梁)の形状にパ
ターニングした。このとき、カンチレバーの寸法は幅5
0μm、長さ125μmとした。 【0021】次に、裏面の窒化シリコン14及び二酸化
シリコン13を同様にエッチングマスク形状にパターニ
ングした。次に、チタンTiを30Å、金Auを500
Å成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによりパタ
ーン形成を行い、カンチレバー上に接合層7を形成し
た。次に、第一基板1上の微小探針5と第二基板8上の
接合層7とを位置合わせして対向・接触させ、更に荷重
を加えることにより微小探針5と接合層7の接合(圧
着)を行った(図2(d)参照)。 【0022】次に、第一基板1と第二基板8を引き離す
ことにより、剥離層4と微小探針5との界面で剥離させ
た(図2(e)参照)。次に、表面保護層15としてA
Zレジスト(商標名AZ1370)をスピンコートによ
り塗布し、ベークして形成した(不図示)。 【0023】次に、裏面の窒化シリコン14をエッチン
グマスクにして、90℃に加熱した30%水酸化カリウ
ム水溶液により裏面からシリコン基板8のエッチングを
行った。次に、フッ酸とフッ化アンモニウム混合水溶液
により二酸化シリコン層13を除去した。最後に、アセ
トンを用いて表面保護層を除去してカンチレバー型プロ
ーブを形成した(図7(f)参照)。 【0024】かかる本実施例のAFM用のプローブで
は、変位測定の為のレーザーの反射を薄膜カンチレバー
の先端に設けた接合層の裏面にて行う事ができ、反射膜
の代用となる。これにより、反射膜を薄膜カンチレバー
の裏面の全面に形成する必要がなく、薄膜カンチレバー
は従来問題となった反射膜の膜応力による反りをなくす
ことができる。 【0025】上述した方法により作製した微小探針5を
SEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、先端は
シリコンの結晶軸異方性エッチングにてできた逆ピラミ
ッドの形状を写された形状(replicated s
hape)を有し、先端が鋭利に形成されている微小探
針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は
0.03μmであった。また、本実施例で作成したプロ
ーブに外部から振動を与えることによって共振周波数を
測定したところ、50kHzであった。 【0026】本実施例の微小探針10を用いた光てこ方
式のAFM装置を作製した。本装置のブロック図を図3
に示す。AFM装置は薄膜カンチレバー51と接合層4
8と接合層に接合した微小探針50からなるプローブ
と、レーザー光61と、薄膜カンチレバー自由端の接合
層裏面にレーザー光を集光するためのレンズ62と、薄
膜カンチレバーのたわみ変位による光の反射角の変化を
検出するポジションセンサ63と、ポジションセンサか
らの信号により変位検出を行う変位検出回路66と、X
YZ軸駆動ピエゾ素子65と、XYZ軸駆動ピエゾ素子
をXYZ方向に駆動するためXYZ駆動用ドライバ−6
7とからなる。このAFM装置を用い、マイカからなる
試料64にプローブを接近させた後に、XYZ軸駆動ピ
エゾ素子65をXY方向に駆動することにより試料表面
のAFM像を観察したところ、マイカ表面のステップ像
を観察することができた。また、本実施例で用いられた
AFM装置のポジションセンサーは4分割センサーを用
いているため、摩擦力を検出することも可能であるの
で、AFM像の観察に引き続き、摩擦力を検出したとこ
ろ、感度良く検出された。さらに、フォースカーブを測
定したところ、吸着成分が少なく、吸着水の影響が軽減
されていることがわかった。 【0027】[実施例2]実施例2においては微小探針
材料に式1で表されるポリイミドの前駆体を用いた。本
実施例では実施例1と全く同様に第1基板を形成したの
ち、式1で示される微小探針材料となるポリイミドの前
駆体を厚さlμmになるようにスピナー法により塗布
し、イミド化するために300℃で加熱処理し、ポリイ
ミドからなる探針材料層7を形成した。 (式1) 引き続き探針材料層上にCr30Å、Au400Åを真
空蒸着法により形成し、探針材料層をコーテイングした
後、実施例1と同様にして第2基板上の接合層に微小探
針を接合し、カンチレバー型プローブを作成した。かか
る微小探針をSEM観察したところ、先端曲率半径は
0.03μmであり、プローブの共振周波数は46kH
zであった。かかるプローブを用いて実施例1と同様に
マイカ表面のAFM観察を行なったところ、マイカ表面
のステップ像を観察することができた。また、実施例1
と同様に摩擦力を検出したところ、感度良く検出され
た。さらに、フォースカーブを測定したところ、吸着成
分が少なく、吸着水の影響が軽減されていることがわか
った。 【0028】[実施例3]実施例3においては探針材料
に式2で表されるポリイミドの前駆体を用いた。 (式2) 本実施例では実施例1と全く同様に第1基板を形成した
のち、式2で示される微小探針材料となるポリイミドの
前駆体を厚さ1μmになるようにスピナー法により塗布
し、イミド化するために300℃で加熱処理し、ポリイ
ミドからなる有機化合物層101を形成した。続いて、
実施例1と同様にしてカンチレバー型プローブを形成し
た。但し、本実施例においては、図4に示すように探針
材料層上に金属層を設けずに、接合層上に直接探針材料
層を接合することによって、探針材料層と接合層の圧着
を行なった。また、接合層は、アルミニウムAlを真空
蒸着法により、3000Å成膜し、実施例1と同様にパ
ターニングして形成した。その後、実施例1と同様に微
小探針をSEMを用いて観察したところ、かかる微小探
針の先端曲率半径は0.03μmであり、プローブの共
振周波数は51kHzであった。かかるプローブを用い
て実施例1と同様にマイカ表面のAFM観察を行なった
ところ、マイカ表面のステップ像を観察することができ
た。また、実施例1と同様に摩擦力を検出したところ、
感度良く検出された。さらに、フォースカーブを測定し
たところ、吸着成分が少なく、吸着水の影響が軽減され
ていることがわかった。 【0029】[実施例4]実施例4に於ては、剥離層に
Auを用いた点を除いては、実施例1と同様である。本
実施例で形成したプローブを実施例1と同様に評価した
ところ、微小探針の先端曲率半径は0.04μm、プロ
ーブの共振周波数は46kHzであった。かかるプロー
ブを用いて実施例1と同様にマイカ表面のAFM観察を
行なったところ、マイカ表面のステップ像を観察するこ
とができた。また、実施例1と同様に摩擦力を検出した
ところ、感度良く検出された。さらに、フォースカーブ
を測定したところ、吸着成分が少なく、吸着水の影響が
軽減されていることがわかった。 【0030】[実施例5]図5は本発明の実施例5にお
ける第1の微小探針の製造方法の工程を示す断面図であ
る。図5(a)において、酸化ガスにより熱酸化して形
成した二酸化シリコン膜からなる保護層2が形成された
結晶方位面が<100>のシリコンウエハを第1基板1
として用意する。フォトリソグラフィプロセスにより形
成したフォトレジストをマスクとして、該保護層2の所
望の箇所をHF水溶液によりエッチングし、8μm平方
のシリコンを露出させた。保護層2は第1基板1を結晶
軸異方性エッチングし、微小探針の雌型となる凹部を形
成する時の保護層であり、結晶軸異方性エッチング液に
対してエッチング耐性を持つ。フォトレジストを剥離し
た後に第1基板を濃度27%の水酸化カリウム(KO
H)水溶液にて液温度80℃で結晶軸異方性エッチング
し、深さ5.6μmの(111)の結晶面からなる逆ピ
ラミッド状の凹部3を形成した。 【0031】次に保護層2をHF水溶液によりエッチン
グ除去した後に、第1基板1を酸化ガスを用いて熱酸化
し、凹部3を含む第1基板上に二酸化シリコン膜からな
る剥離層4を1000Å形成した(図5(b)参照)。 【0032】次に図5(c)に示すように、導電性有機
化合物層101’として銅フタロシアニンを真空蒸着法
により、全面にlμm成膜し、引き続きかかる導電性有
機化合物層上にCr30Å、Au400Åを真空蒸着法
により形成し、金属層6とした。該金属層をフォトリソ
グラフィプロセスとエッチングにより、パターニング
し、さらにO2による反応性イオンエッチングにより、
該金属層6をマスクとしてエッチングし、微小探針5を
形成した。 【0033】次に第2基板8としてシリコンウエハを用
意し、この表面にCr50ÅとAu1000Åを真空蒸
着法により順次連続して薄膜堆積し、該薄膜をフォトリ
ソグラフィプロセスとエッチングによりパターニング
し、接合層7を形成した(不図示)。 【0034】次に、第一基板1上の微小探針5と第二基
板8上の接合層7とを位置合わせして対向・接触させ、
更に荷重を加えることにより微小探針5と接合層7の接
合(圧着)を行った(図5(d)参照)。この後、第一
基板1と第二基板8を引き離すことにより、剥離層4と
微小探針5との界面で剥離することにより剥離層4上の
微小探針5のみを接合層7上に転写し、図5(e)に示
す微小探針5が製造できた。 【0035】上述した方法により作製した微小探針5を
SEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、先端は
シリコンの結晶軸異方性エッチングにてできた逆ピラミ
ッドの形状を写された形状(replicated s
hape)を有し、先端が鋭利に形成されている微小探
針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半径は
0.03μmであった。 【0036】本実施例の微小探針5を用いたSTM装置
を作製した。本装置のブロック図を図6に示す。図中、
70はバイアス電圧印加回路、12はトンネル電流増幅
回路、13はXYZ駆動用ドライバー、8は第2基板、
7は接合層、5は微小探針、11は試料、15はXYZ
軸駆動ピエゾ素子である。ここで微小探針5と試料11
との間を流れるトンネル電流Itを接合層7を通じて検
出し、Itが一定となるようにフィードバックをかけ、
XYZ軸駆動ピエゾ素子15のZ方向を駆動し、微小探
針と試料との間隔を一定に保っている。接合層はトンネ
ル電流取り出し電極として用いた。さらに、XYZ軸駆
動ピエゾ素子15のXY方向を駆動することにより試料
11の2次元像であるSTM像が観察できる。この装置
で試料11としてHOPG(高配向熱分解グラファイ
ト)基板の劈開面をバイアス電流1nA、スキャンエリ
ア100Å×100Å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。 【0037】[実施例6]図7は本発明の実施例6のプ
ローブの製造工程を示す断面図である。図7(a)にお
いて、酸化ガスにより熱酸化して形成した二酸化シリコ
ン膜からなる保護層2が形成された結晶方位面が<10
0>のシリコンウエハを第1基板1として用意する。フ
ォトリソグラフィプロセスにより形成したフォトレジス
トをマスクとして、該保護層2の所望の箇所をHF水溶
液によりエッチングし、8μm平方のシリコンを露出さ
せた。保護層2は第1基板1を結晶軸異方性エッチング
し、微小探針の雌型となる凹部を形成する時の保護層で
あり、結晶軸異方性エッチング液に対してエッチング耐
性を持つ。フォトレジストを剥離した後に第1基板を濃
度27%の水酸化カリウム(KOH)水溶液にて液温度
80℃で結晶軸異方性エッチングし、深さ5.6μmの
(111)の結晶面からなる逆ピラミッド状の凹部3を
形成した。 【0038】次に保護層2をHF水溶液によりエッチン
グ除去した後に、第1基板1を酸化ガスを用いて熱酸化
し、凹部3を含む第1基板上に二酸化シリコン膜を10
00Å形成し剥離層4とした(図7(b)参照)。次に
図7(c)に示すように、実施例5と同様に導電性有機
化合物層101’として銅フタロシアニンを真空蒸着法
により全面にlμm形成した。引き続き導電性有機化合
物層101’上にCr30Å、Au400Åを真空蒸着
法により形成し、金属層6を導電性有機化合物層10
1’上に蒸着した。該金属層をフォトリソグラフイプロ
セスとエッチングにより、パターニングし、さらにO2
による反応性イオンエッチングにより、該金属層6をマ
スクとしてエッチングし、微小探針5を形成した。 【0039】一方、第二基板として、(100)面方位
のSi基板102上に、Si酸化膜103が0.5μm
厚、及びSi単結晶膜104が1.0μm厚で形成され
ているSOI(silicon on insulat
or)基板8を用意し、LP−CVD(low pre
ssure chemical vapor depo
sition)法により窒化シリコン(SiN)膜10
5を0.2μm厚形成した(図7(d)参照)。Si単
結晶膜104は抵抗値0.0lΩ・cm以下のものを用
いた。次に、Si基板102をエッチングするために、
裏面側にレジストパターンを形成し、CF4ガスを用い
たドライエッチングによりSiN膜105をパターニン
グした。 【0040】次に、表面のSiN膜105を全面エッチ
ング除去し、続いてSi単結晶膜107をフォトリソグ
ラフィーとエッチングによりカンチレバー(片持ち梁)
状にパターニングした。このとき、カンチレバーの寸法
は幅50μm、長さ125μmとした。次に、チタンT
iを30Å、金Auを500Å成膜し、フォトリソグラ
フィとエッチングによりパターン形成を行い、カンチレ
バー上に接合層7及び引き出し電極10を形成した(図
7(e)参照)。 【0041】次に、第一基板1上の微小探針5と第二基
板8上の接合層7とを位置合わせして対向・接触させ、
更に荷重を加えることにより微小探針5と接合層7の接
合(圧着)を行った(図7(f)参照)。 【0042】次に、第一基板1と第二基板8を引き離す
ことにより、剥離層4と微小探針5との界面で剥離させ
た(図7(g)参照)。 【0043】次に、裏面のSiN膜105をエッチング
マスクにして、CF4とH2の混合ガスをもちいて裏面か
らSi基板102のドライエッチングを行った。最後
に、フッ酸とフッ化アンモニウム混合水溶液によりSi
酸化膜103を除去した(図7(h)参照)。 【0044】かかる本実施例のプローブをAFMに用い
た際、変位測定の為のレーザーの反射を薄膜カンチレバ
ーの先端に設けた接合層の裏面にて行うことができ、反
射膜の代用となる。これにより、反射膜を薄膜カンチレ
バーの裏面の全面に形成する必要がなく、薄膜カンチレ
バーは従来問題となった反射膜の膜応力による反りをな
くすことができた。上述した方法により作製した微小探
針5をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、
先端はシリコンの結晶軸異方性エッチングにてでぎた逆
ピラミッドの形状を写された形状(replicate
d shape)を有し、先端が鋭利に形成されている
微小探針である事を確認し、その微小探針の先端曲率半
径は0.03μmであった。また、本実施例で作成した
プローブに外部から振動を与えることによって共振周波
数を測定したところ、52kHzであった。 【0045】つぎに、図8を用いて、本発明のプローブ
が適用可能なプローブ接触走査方式記録再生装置の原理
を説明する。記録媒体64に対し、先端の微小探針50
が接触するように、プローブが配置されている。プロー
ブにおいて、微小探針50は弾性変形を生じるカンチレ
バー(弾性体)51により支持されている。ここで、典
型値としては、カンチレバー51の弾性変形の弾性定数
が約0.1[N/m]、弾性変形量が約1[μm]であ
るが、このとき記録媒体に対する探針の接触力は約10
-7[N]程度となる。記録媒体64に取り付けられたx
yz軸駆動ピエゾ素子65により、プローブと記録媒体
64とは相対的に3次元方向に移動される。記録媒体6
4に対し、プローブのxy方向及びz方向位置を調節
し、記録媒体64上の所望の位置に、かつ所望の接触力
で接触させた状態にプローブが位置合わせされる。かか
る情報処理装置における記録信号は、電圧印加回路68
及び電流検知回路69から微小探針50を通じて記録媒
体64に印加され、微小探針50先端が接触する部分に
局所的に記録が行われる。上述の情報処理装置における
記録媒体は、電極基板と記録層からなり、該記録層とし
ては、電圧印加により流れる電流が変化するような材料
を用いる。具体例としては、特開昭63−161552
号公報、特開昭63−161553号公報に開示されて
いるようなポリイミドやSOAZ(ビス−n−オクチル
スクアリリウムアズレン)等電気メモリー効果を有する
LB膜(=Langmuir−Blodgette法に
より作製された有機単分子膜の累積膜)が挙げられる。
この材料は、探針−LB膜−基板間にしきい値以上の電
圧(5〜10[V]程度)を印加すると間のLB膜の導
電性が変化(OFF状態→ON状態)し、再生用のバイ
アス電圧(0.01〜2[V]程度)を印加した際に流
れる電流が増大するものである。一方、電極基板は伝導
性を有するものであればよく、例えば、Au、Pt、P
d等の金属やこれらの合金、グラファイトやシリサイ
ド、ITOなどの導電性酸化物が挙げられ、何ら制限さ
れるものではない。 【0046】本実施例の微小探針50を前述のAFMを
応用した情報処理装置に設置し、行なった記録、再生の
実験について述べる。検出電流をモニターしながらプロ
ーブと記録媒体64との距離を接近させ、この状態でx
yz駆動用ドライバーの出力を保持し、波高値9V、パ
ルス幅3msの波形を持つ三角波パルス電圧をプローブ
と記録媒体64との間に印加した後、再び100mVの
バイアスを印加して測定したところ、8μA程度の電流
が流れ、ON状態となったことを示した以外に、記録媒
体が破壊された形跡はなかった。また、かかる記録再生
実験をおこなった微小探針を再び、SEM(走査型電子
顕微鏡)で観察したところ、記録再生実験前と変わらな
い先端形状をしていた。また、微小探針と引き出し電極
10の間の抵抗値を測定したところ、10MΩであった
ことから、本実施例の微小探針によって、記録時の過大
電流が制限されていることがわかった。 【0047】[実施例7]本発明の実施例7においては
探針材料としてカーボンファイバー(商標名 トーホー
ベスロンHTA−C6−S、トーホーベスロン(株)
製)を25%配合したメチルフェニル系シリコン樹脂を
導電性有機化合物層101’として用いた。実施例6と
全く同様に第1基板を形成したのち、かかるカーボンフ
ァイバーを配合したメチルフェニル系シリコン樹脂を全
面lμmになるようにスピンコート法により塗布した
後、120℃で加熱し、導電性有機化合物層101’を
形成した。続いて、実施例6と同様にしてカンチレバー
型プローブを形成した。但し、本実施例においては、図
9に示すように導電性有機化合物層上に金属層を設けず
に、接合層7上に直接探針材料層を接合することよっ
て、探針材料層と接合層の圧着を行なった。また、接合
層7は、アルミニウムAlを真空蒸着法により、300
0Å成膜し、実施例6と同様にパターニングして形成し
た。 【0048】その後、実施例5と同様に微小探針をSE
Mを用いて観察したところ、かかる微小探針の先端曲率
半径は0.03μmであり、プローブの共振周波数は5
3kHzであった。また、実施例6と同様の記録再生実
験を行なったところ、記録媒体及び微小探針の破壊は見
られなかった。また、微小探針と引き出し電極10の間
の抵抗値を測定したところ、10MΩであったことか
ら、本実施例の微小探針によって、記録時の過大電流が
制限されていることがわかった。 【0049】[実施例8]本発明の実施例8は図10に
示すように微小探針を複数形成した例であり、それにつ
いて以下に説明する。複数形成に当り、第1基板上にマ
トリックス状に10×10の計100個の凹部を配置
し、実施例1または実施5と同様に、図2(a)〜
(e)または図5(a)〜(e)の構成及び工程により
有機化合物層または導電性有機化合物層及び金属層(C
rおよびAu)を形成した。つぎに該有機化合物層また
は導電性有機化合物層及び金属層と対になる様に第2基
板上に100個の接合層を形成し、第1基板上の有機化
合物層または導電性有機化合物層及び金属層と第2基板
上の接合層を位置合わせして対向、接触させ、実施例1
または実施5と同様に圧着、剥離を行ない、第2基板の
接合層上に100個の微小探針を形成した(図10)。
なお、微小探針のピッチは200μmとした。 【0050】こうして作製した複数の微小探針をSEM
で観察したところ、全ての微小探針の先端はシリコンの
結晶軸異方性エッチングにてできた逆ピラミッドの形状
をレプリカした形状を有し、先端が鋭利に形成されてお
り、各微小探針の先端曲率半径は0.03μm±0.0
1μmのバラツキ内に納まっていた。また、各探針の接
合層からの高さバラツキは±0.1μmの範囲に納まっ
た。本発明の微小探針の製造法を用いて、複数にした場
合に形状の揃った微小探針が得られることが分かった。 【0051】 【発明の効果】本発明は、以上のように微小探針を構成
することによって、微小探針を軽量化することができ、
カンチレバーの共振周波数を向上させることが可能とな
り、また、微小探針表面のはっ水性を向上させて、吸着
水の影響を低減させることが可能となる。また、本発明
においては、上記のように雌型に探針材料を形成しそれ
を転写して微小探針を形成することにより、探針材料の
選択の幅を広げることができる。また、本発明では、製
造工程において、探針材料層のエッチングを行う必要が
ないため、製造工程を簡略化することが可能となり、ま
た、凹部を形成した第一基板、すなわち微小ティップの
雌型は繰り返し使用ができるため、生産性の向上、製造
コストの低減を図ることができ、エッチング液による微
小探針の材料劣化、形状劣化、及びエッチング液からの
汚染のない微小探針を形成することが可能となる。ま
た、本発明は、第二基板上に接合層を有する薄膜カンチ
レバーをあらかじめ形成させておくことにより探針を有
する薄膜カンチレバーからなるプローブを作製すること
が容易になり、また、微小探針のみをカンチレバー先端
の接合層上に形成することができるので、接合層を反射
膜として利用でき、かつ、反射膜をプローブの裏面全面
に形成する必要がないため、反射膜を形成したことに伴
う薄膜カンチレバーの反りのないプローブを提供するこ
とができる。さらに、本発明は、微小探針として再現性
の良い均一な形状が得られ、且つ先端を鋭利に形成で
き、探針の複数化(マルチ化)が容易となるプローブの
製造方法及びそれらを用いた情報処理装置を提供するこ
とができる。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a scanning tunneling microscope.
Microscope or atomic force microscope that detects minute force, etc.
Alternatively, apply a scanning probe microscope to reproduce high-density recording.
Microprobe for use in a device for performing living, and the microprobe and thin
Probes consisting of membrane cantilevers and information using these
In particular, the above-mentioned applications have a small tip curvature.
It has excellent characteristics and can be used for multiple probes.
A method for manufacturing a micro probe that can manufacture needles with high mass productivity
You. Recently, the electronic structure of surface atoms of a conductor has been directly investigated.
Observable scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as "STM")
Has been developed (G. Binnig et al. P.
hys. Rev .. Lett. , 49, 57 (198
3)), high resolution of real space image regardless of single crystal or amorphous
Now you can measure. Such STM is metallic
Apply a voltage between the tip and the conductive material to
When approaching to a distance of about m, the tunnel current
It uses the flow. This current changes the distance between the two
It is very sensitive to
By scanning the probe to keep the channel current constant
To observe the surface structure in real space with atomic resolution.
Can be. In addition, by developing STM technology, insulating materials, etc.
Atomic force microscope that can observe the surface of the surface with the same resolution as STM
Microscope (hereinafter abbreviated as AFM) has also been developed (US
(Patent No. 4,724,318). So take
Scanning probe microscopes such as STM and AFM (hereinafter SP
Abbreviated as M. ) Is applied to the recording medium
You can access, record, and play back on the atomic or molecular scale.
Proposal to realize high-density memory by
(US Pat. No. 4,575,822)
, JP-A-63-161552, JP-A-63-1
61553). Such information recording / reproducing apparatus
Considering the application, SPM in order to achieve high recording density
It is desirable that the radius of curvature of the tip of the probe is small. Ma
At the same time, the function of the recording / playback system was improved, especially the speedup.
From the viewpoint of
Multi-needle) has been proposed, but for this reason the same
It is necessary to fabricate a probe with uniform characteristics on the substrate.
You. Conventionally, as a method for forming a microprobe as described above,
Using single crystal silicon using semiconductor manufacturing process technology
It is well known that microprobes formed by anisotropic etching
(US Pat. No. 5,221,415). This
As shown in FIG. 11, the method of forming the microprobe is as follows.
Silicon coated with a mask of silicon oxide 510, 512
Pit 518 on the wafer 514 by anisotropic etching.
This pit is used as the female type of the probe, and silicon dioxide is used.
510 and 512 are removed, and then a silicon nitride layer 5 is formed on the entire surface.
20 and 521 are covered and cantilever and fine
Pyramid-shaped pit 522 to be a small probe is formed and cantilevered.
After patterning in a beam shape, the silicon nitride layer 5 on the back surface
21 was removed and saw cut 534 and Cr layer 532 were provided.
Bond the glass plate 530 and the silicon nitride layer 520 and
By removing the conwafer 514 by etching,
The silicon nitride transferred to the mounting block 540
A probe consisting of a new probe and a cantilever
Things. Finally, a reflective film for the optical lever type AFM on the back side
A metal film 542 to be the following is formed. Further, as shown in FIG. 12 (a), an example
For example, the thin film layer 202 on the substrate 201 is circularly patterned.
Then, using it as a mask, the substrate 201 is etched and the substrate is
Method of forming probe 203 using id etching
(O. Wolter, et al., ¨ Microma
chined silicon sensors fo
r scanning force microsco
py., J. Vac. Sci. Technol. B9
(2), Mar / Apr, 1991, ppl353-1.
357) and as shown in FIG.
Based on the resist opening 206 of the resist 205
While rotating the plate 204, the conductive material 207 is obliquely attached.
The probe 208 is formed by vapor deposition and lift-off.
Method proposed by Spindt et al.
(CA Spindt, et al., ¨Physi.
cal properties of thin fi
lm field emission cathode
with mollybdenum cones,
J. Appl. Phys. , 47.1976, pp52
48-5263). More recently, novolac resins have been used.
Then, a cantilever was formed by photolithography.
After that, the probe is moved by electron beam deposition.
Method of forming (R. Pechmann, et al.,
The Novolver: A new canti
lever for scanning forces
microscopy microfabricated
from polymeric materials
¨, Rev. Sci. instrum. , 65 (1
2). 1994, pp3702-3706)
ing. [0006] However, the conventional example
The method for manufacturing the microprobe has the following problems.
Was. For example, in the conventional microprobe as shown in FIG.
The manufacturing method has the following problems. (1) The silicon substrate that became the female type of the probe is
Productivity will not be reusable because it will be removed.
Lowers the manufacturing cost. (2) Etch the silicon substrate that is the female type of the probe
Therefore, the material of the probe with the etching solution on the probe surface
Deterioration, shape deterioration, contamination from etching solution, etc.
May be (3) Furthermore, a micro probe is formed on the thin film cantilever.
In case of AFM
The cantilever is formed by the film stress of the reflective film.
Will warp. In addition, the conventional example as shown in FIG.
In the manufacturing method of the small probe, (4) the etching conditions of silicon when forming the probe,
Resist patterning conditions and conductive material deposition conditions
Strict process management is required to keep the
Correct the height and radius of curvature of the tips of the formed microprobes.
There was a problem that it was difficult to maintain a precise shape. (5) Further, the material of the microprobe of FIG. 12 (b) is metal.
Since it is configured, when formed on the cantilever,
It is not suitable for high-speed scanning, and is
Therefore, it is necessary to reduce the weight of the microprobe. (6) Furthermore, the surface of the conventional microprobe is an oxide,
Since it is made of metal, etc., it exists between the microprobe and the sample.
It is easily affected by adsorbed water and has good sensitivity to friction force and adsorption force.
Difficult to measure. (7) In addition, the cantilever is made of novolac resin.
In this case, it is possible to reduce the rigidity of the cantilever.
However, the materials for cantilevers and microprobes are limited.
Therefore, the yield stress of the cantilever decreases.
There is a title. Therefore, the present invention addresses the above-mentioned problems of the conventional branch surgery.
To solve the problem, the choice of probe materials is wide and versatile.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a micro probe. Ma
In addition, the present invention enables reuse of the female mold and improves productivity.
We provide a method for manufacturing microprobes that can reduce manufacturing costs.
The porpose is to do. In addition, the present invention is an etching solution
Deterioration of material, shape deterioration, and etching solution
Of micro-tips that can form micro-tips without contamination from water
The aim is to provide a method. In addition, the present invention is
Quantization is possible, and the resonance frequency is high,
It is an object of the present invention to provide a fine probe having good flexibility. Ma
Further, the present invention is directed to the adsorption existing between the microprobe and the sample surface.
To provide a microprobe that can reduce the influence of water.
aimed to. Further, the present invention uses a reflective film for the probe.
To provide a probe that does not need to be formed on the entire back surface
With the goal. Furthermore, the present invention is reproduced as a minute probe.
A uniform shape with good properties can be obtained, and the tip can be formed sharply.
Of the probe that makes it easy to use multiple probes
Provide a manufacturing method and an information processing apparatus using them
The purpose is to: The present invention solves the above problems.
In order to determine, a microprobe, a probe using the microprobe,
And the method of manufacturing the microprobe is configured as follows.
It is a thing. That is, the microprobe of the present invention is
With a micro probe for detecting micro force, which is installed on the
The microprobe is formed of an organic compound layer.
It is characterized by. And the microprobe of the present invention is
It may be installed on the substrate through a metal layer,
The organic compound layer is a fluorine compound or a polyimide compound.
It can be formed of objects. Further, the microprobe of the present invention
Is a tunneling current installed on the substrate through a junction layer,
Alternatively, a micro probe for detecting a micro force, which is
Characterized by being formed of a conductive organic compound layer
I have. Further, the microprobe of the present invention has a base through a metal layer.
The conductive organic compound may be installed on the plate.
Of the charge transfer complex, the conductive polymer, or the conductive layer.
Formed by a conductive resin layer in which an electric substance is mixed with thermosetting resin
can do. In addition, these minute
The probe has a hollow region surrounded by the bonding layer.
It is characterized by having. In addition, such micro search
Thin film cantilever with one end fixed to the substrate using a needle
The microprobe is attached to the free end of the
Can be combined to form a probe. And this
In the case of, the joint layer is used as a probe
Use as an optical reflection film when detecting flexural displacement
Becomes possible. In addition, according to the present invention, these odors
The resistance between the microprobe and the extraction electrode of the microprobe.
The value is preferably 1 to 100 MΩ. Furthermore, the method of manufacturing the microprobe of the present invention is
In a method of manufacturing a micro probe for detecting a micro force, a first substrate
Forming a recess on the surface of the first substrate, and
A step of forming a release layer on the substrate including the first substrate;
Coating the exfoliation layer with an organic compound layer as a microprobe layer
A step of forming a bonding layer on the second substrate,
The organic compound layer on the release layer including a part, the second substrate
Bonding to the bonding layer, and peeling on the first substrate
Peeling is performed at the interface between the layer and the organic compound layer, and the second group
A step of transferring the organic compound layer to the bonding layer on the plate,
It is characterized by having at least. And the main
In the light, the step of coating the organic compound layer is
An organic compound as a microprobe layer on the release layer of the first substrate
Coating a metal layer on the organic compound layer after coating the layer
And a step of transferring the organic compound layer to the bonding layer.
The step of copying the metal layer on the organic compound layer
A step of transferring with the layer can be included.
In addition, the method of manufacturing the microprobe of the present invention includes a tunnel current,
Alternatively, in a method of manufacturing a micro probe for detecting a micro force,
A step of forming a recess on the surface of one substrate;
Forming a release layer on the substrate including the recess, and the first step
Conductive organic compound as a microprobe layer on the release layer of the substrate
Coating the layers and forming a bonding layer on the second substrate
And the conductive organic compound layer on the release layer including the recess
A step of joining the first layer to the bonding layer of the second substrate;
At the interface between the release layer on the substrate and the conductive organic compound layer
After peeling, the conductive organic layer is formed on the bonding layer on the second substrate.
And a step of transferring the compound layer.
Features. And in the present invention, the conductive
The step of coating the volatile organic compound layer includes peeling the first substrate.
A conductive organic compound layer as a microprobe layer is coated on the layer.
And then coating a metal layer on the conductive organic compound layer
And transferring the organic compound layer to the bonding layer.
The step of forming a metal layer on the organic compound layer as the organic compound layer.
It may include a step of transferring together. Further, a method of manufacturing the probe of the present invention
The method consists of a microprobe and a thin film cantilever for detecting a micro force.
In the method of manufacturing a probe, the concave portion is formed on the surface of the first substrate.
A step of forming a portion, and on the substrate including the concave portion of the first substrate
Forming a release layer on the release layer on the first substrate
A step of coating an organic compound layer as a microprobe layer,
2. Forming a thin film cantilever on a substrate, and the thin film
Forming a bonding layer on the tip of the cantilever;
Part of the organic compound layer on the release layer,
A step of joining to the joining layer on the tip of the chelator;
Peeling is performed at the interface between the peeling layer on the plate and the organic compound layer.
The organic layer is formed on the bonding layer on the tip of the thin film cantilever.
Step of transferring the compound layer and one end of the thin film cantilever
However, the thin film cantilever is fixed to the second substrate.
A step of removing a part of the lower second substrate,
It is characterized by having both. And in the present invention
In addition, the step of coating the organic compound layer includes the first step.
An organic compound layer as a microprobe layer is coated on the release layer of the substrate.
And then covering the organic compound layer with a metal layer.
And transferring the organic compound layer to the bonding layer
A step of co-imposing a metal layer on the organic compound layer with the organic compound layer.
It may be possible to include a step of transferring to. Also,
In the present invention, a method of manufacturing these probes or a professional method
In the method for producing a tube, the organic compound layer is coated.
The process involves coating and curing the organic compound layer.
Can be configured to have a
The substrate is a single crystal silicon substrate, and the crystal axis is anisotropically etched.
To form a recess on the surface of the first substrate by pressing
can do. In addition, the method for producing the probe of the present invention
Is a thin film with a microprobe for detecting tunnel current or micro force.
In the method of manufacturing a probe composed of a membrane cantilever,
Forming a recess on the surface of the first substrate, and the first substrate
Forming a release layer on the substrate including the concave portion of
Conductive organic compound as a microprobe layer on the release layer of one substrate
The step of coating the material layer and the thin film cantilever on the second substrate.
Forming process and bonding layer on the tip of the thin film cantilever
And a step of forming the conductive layer on the release layer including the recess.
A conductive organic compound layer on the tip of the thin film cantilever.
Bonding to the bonding layer, and peeling on the first substrate
Peeling at the interface between the layer and the conductive organic compound layer,
The conductive organic compound is added to the bonding layer on the tip of the thin film cantilever.
Of transferring the material layer and one end of the thin film cantilever
However, the thin film cantilever is fixed to the second substrate.
A step of removing a part of the lower second substrate,
It is characterized by having both. And in the present invention
In addition, the step of coating the conductive organic compound layer is
A conductive organic layer as a microprobe layer on the release layer of the first substrate
A metal on the conductive organic compound layer after coating the compound layer
A step of coating a layer, and the conductive layer is applied to the bonding layer.
Of transferring a conductive organic compound layer is a conductive organic compound layer.
Transferring the upper metal layer together with the conductive organic compound layer
Can be included. In the present invention,
Is a method for manufacturing these probes or a method for manufacturing a probe.
In, the step of coating the conductive organic compound layer,
Process of coating and curing conductive organic compound layer
And the first substrate is a single substrate.
A crystalline silicon substrate, and the first substrate is a single crystal
It is a silicon substrate and is
It can be configured to form a recess on the surface of the first substrate.
Wear. And again, the second substrate is a single crystal Si substrate.
An insulating layer formed on the substrate and formed on the insulating layer
It can be formed from a single crystal Si layer, in which case this
The electric resistance of the single crystal Si layer is 0.0 lΩ · cm or less.
Preferably. Further, in the present invention, the above
Such a micro probe or a probe,
Information is recorded and / or reproduced on a recording medium via a probe.
You can configure an information processing device that
An elastic member that supports a probe as an information processing device.
Is deformed by the force acting between the probe and the recording medium,
By compensating for the gap variation between the probe and recording medium
Control the probe / recording medium interval, and
By detecting the current between the probe and recording medium
An information processing device that performs reproduction can be configured. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As described above, the present invention seeks for a female mold.
Forming a needle material and transferring it to form a microprobe
Enables a versatile micro probe with a wide selection of probe materials.
The needle can be manufactured. In addition, the present invention, as described above,
Without removing the female mold of the probe material by etching in the subsequent process
By forming the probe, the female mold can be reused and
It is possible to improve productivity and reduce manufacturing costs. Also book
According to the invention, the material of the microprobe is inferior due to the etching solution.
Minute, no deterioration of shape, no contamination from etching solution
It becomes possible to form a probe. The present invention is as described above.
By using various methods for manufacturing microprobes,
Use organic compounds or conductive organic compounds as materials
It is possible to reduce the weight of the microprobe and reduce the resonance frequency.
The number of microprobes with good followability in high-speed scanning
It becomes possible to realize the provision. Further, the present invention is
Water repellency by using organic compounds as the material of the small probe
It is now possible to select materials with high
It is possible to reduce the influence of the adsorbed water existing between the sample surfaces.
It becomes possible. In addition, the present invention can be used only for the fine probe.
Since it can be formed on the joining layer at the bar tip, joining
The layer can be used as a reflection film, and
Can provide probes that do not need to be formed on the surface
You. Furthermore, the present invention provides a fine probe with good reproducibility.
A uniform shape can be obtained, and the tip can be formed sharply.
A method for manufacturing a probe that facilitates multiple production
And information processing equipment using them.
You. Further, in the present invention, the first substrate is single-bonded.
As a crystalline silicon substrate, for anisotropic etching by the crystal axis
A single bond with a concave part consisting of the (111) crystal plane
By forming a microprobe material on a crystal substrate,
The concave part that is the female type of the small probe has a sharp tip and the same substrate
If multiple layers are formed on top, they will have the same shape,
As a result, the microprobe obtained has uniform characteristics. Further, in the present invention, the probe material layer is
Characterized by being an organic compound, weight saving of the probe
It is possible to Organic compound used in the present invention
Is moldable and has excellent heat resistance and solvent resistance.
All that is needed is various fluorine compounds and various polyimide compounds.
It is possible to use things and the like. Used in the present invention
Examples of the fluorine compound include polytetrafluoroethylene.
Tylene (Teflon brand name), Teflon FEP, Teflon
Teflon compound known as PFA
However, the polyimide compound used in the present invention is a carboxylic acid.
Obtained by subjecting an anhydride and a diamine to a condensation reaction
Obtained by heating a polyimide precursor
You. Examples of such carboxylic acid anhydrides include pyromellitic
Acid anhydride 3,3 ', 4,4'-biphenyltetra
Carboxylic anhydride 3,3 ', 4,4'-benzopheno
Tetracarboxylic anhydride, 2,2-bis (3,4-di
Carboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3, hex
Safluoropropanoic anhydride and the like, and diamine
Phenylenediamine, 4,4'-oxydianili
4,4'-dioxyphenylenedianiline, 4,
4'-phenylenedianiline, 4,4'-thiodianili
4,4'-Sulfonyldianiline, 4,4'-Me
Tolylenedianiline, 2-bis (4-aminophenyl)-
1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, etc.
Is mentioned. Furthermore, such polyimide precursors are
Some of the above structural units may be included in the main chain of the limer.
2 or more carboxylic acid anhydrides and / or 2 or more
It is also possible to use a copolymer using the above diamine. Ma
Further, in the present invention, the probe material layer is a conductive organic compound.
It is possible to reduce the weight of the microprobe.
It is. The conductive organic compound used in the present invention is also
It is sufficient that the object be moldable, for example, metal phthalocyanine.
Tetracaniquinodimethane-tetrathiofulvalene
(TCNQ-TTF) or other charge transfer complex, or
Conducting acetylene, polyphenylene vinylene (PPV), etc.
Electropolymer, carbon black, carbon phi
Bar, charge transfer complex etc. with epoxy resin, silicone resin,
3 to thermosetting resins such as phenol resin and melamine resin
It is possible to use a conductive resin added with 30%
You. The specific resistance of such a conductive organic compound depends on the type of conductive material.
10 depending on the amount -Five -10 6 In the range of Ω · cm
Between the microprobe and the extraction electrode.
It is easy to set the resistance value to a desired value. for that reason
In addition, information is recorded using a sample whose resistance value changes partially.
For recording / playback, the microprobe and extraction electrode
It is possible to suppress an excessive current flowing between them. Ma
Also, the conductivity of the charge transfer complex and the conductive polymer is improved.
In order to improve the conductivity of the conductive resin,
A cross-linking agent or the like for improving formability may be added. Further, in the present invention, from the first substrate
To facilitate transfer to the second substrate, a probe is attached to the first substrate.
Before forming the material layer, a release layer is provided. Such a release layer
The material needs to have low reactivity and low adhesion to the probe material.
It is. An example of such a material is a probe material.
In case of CFC, SiO2, Au, Pt, etc. can be used
You. These materials are produced by sputtering or vacuum deposition.
Can be formed. In addition, the first substrate 1
If you use
Silicon dioxide (SiO2) can be obtained. this
The method of forming silicon dioxide by oxidation is as follows:
Method), method using sulfuric acid + hydrogen peroxide solution, boiling
There is a method using boiling water, a method using a thermal oxidation furnace, etc.
To thermally oxidize the silicon surface using a thermal oxidation furnace
Is excellent in terms of reproducibility, controllability, and deposition rate. Also,
The probe material layer is bonded to the bonding layer formed on the second substrate by pressure bonding.
A metal layer on the probe material layer before joining.
By providing the metal and gold forming the bonding layer
Metallic bonding of the metal layer makes the probe material stronger
It is possible to transfer the layer onto the bonding layer. Note that the probe
Conventionally known methods for forming the material layer, release layer, and bonding layer
Techniques such as spinner method, dipping method, spray
Method, vacuum deposition method, sputtering method, chemical vapor deposition method, etc.
Using fabrication technology, photolithography process,
And apply etching to obtain the desired pattern.
To run. Remove the microprobe from the recess on the first substrate.
Since the surface shape of the delamination is faithfully reproduced,
Not restricted. In addition, the microprobe manufactured in this way
The needle has a hollow area surrounded by the bonding layer,
When a micro probe is provided on the free end of a thin film cantilever,
Compared with the probe manufactured by the forming method of FIG.
It is lightweight and has a resonance circumference of a cantilever with a probe.
The decrease in wave number can be suppressed. The probe material layer of the present invention may be an organic compound layer.
In the probe formed in step 2, the thin film cantilever is formed on the second substrate.
A thin film can be formed by forming a layer that will become a lever in advance.
Providing a patterned bonding layer on the tip of the chilever,
After bonding and transferring the probe material layer on the release layer to the bonding layer,
One end of the thin film cantilever is fixed to the second substrate
Removing part of the second substrate below the thin film cantilever
Allows a cantilever type probe with a microprobe at its free end.
It is possible to make lobes. Further, the probe material layer of the present invention is made conductive.
In the probe formed of the organic compound layer, the second substrate
As a Si oxide layer 103 on the Si single crystal substrate 101 and
The substrate on which the Si single crystal layer 107 is formed, that is, SOI (s
ilicon on insulator) substrate
It is possible to To use such an SOI substrate
Two, a tunnel current extraction electrode and a mechanical elastic body
It becomes possible to have a role of. Where Si single crystal layer
It is preferable that 107 has a low resistance introduced with impurities.
As the value, it is preferable to use a value of 0.0lΩ · cm or less.
I have. The thickness of the Si single crystal layer 107 depends on the desired lever bar.
It is determined with the shape of the lever for the
Usually, it is about 0.1 to several μm. Si oxide layer 103 and
The thickness of the SiN layer 108 and
The thickness of the Si oxide layer 103 is usually
0.1 to 1.0 μm, the SiN layer 108 is 0.1 to
0.3 μm. Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
explain. [Embodiment 1] FIG. 1 shows the first embodiment of the present invention.
Configuration of AFM cantilever probe using small probe
FIG. 1A is a top view of the probe.
(B) is a side view. FIG. 2 shows the production of the probe of this embodiment.
It is sectional drawing which shows a manufacturing process. In FIG. 2 (a), oxidation
It consists of a silicon dioxide film formed by thermal oxidation with gas.
With a crystal orientation plane of <100> on which the protective layer 2 is formed.
A conwafer is prepared as the first substrate 1. Photolithography
Mask with photoresist formed by Luffy process
As a result, a desired portion of the protective layer 2 is treated with an HF aqueous solution.
To expose 8 μm square silicon. protection
The layer 2 is formed by etching the first substrate 1 by crystallographic anisotropic etching,
It is a protective layer when forming the concave part that becomes the female type of the needle, and the crystal
It has etching resistance to an axially anisotropic etching solution.
After removing the photoresist, the first substrate is
Bond with an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) at a liquid temperature of 80 ° C.
Crystal axis anisotropic etching, depth of 5.6 μm (111)
The inverted pyramid-shaped recess 3 having the crystal plane of was formed. Next, the protective layer 2 is etched with an aqueous HF solution.
After the removal, the first substrate 1 is thermally oxidized with an oxidizing gas.
Then, the silicon dioxide film 4 is formed on the first substrate including the recess 3 by one.
000Å was formed to form the release layer 4 (FIG. 2 (b)). Next, as shown in FIG. 2 (c), a fine probe material
Fluorine resin containing Teflon as a main component
Chemical Japan Co., Ltd., trade name Teflon heat resistant TF
E-coat) to a thickness of 1 μm by spraying
Apply, cure, Teflon organic compound layer
101 was formed. Then Cr30 on the probe material layer
Å, Au400Å formed by vacuum deposition method, metal layer 6
Was coated on the probe material layer. Photo of the metal layer
Patterning by lithographic process and etching
And reactive ion etching with O2.
By etching using the metal layer 6 as a mask,
5 was formed. Next, as the second substrate 8, a single crystal silicon base is used.
Prepare a plate and put silicon dioxide 13 on both sides of the second substrate 8.
A film of 0.3 μm and silicon nitride 14 of 0.5 μm was formed.
Next, the silicon nitride 14 on the surface is removed by photolithography and
The cantilever 9 (cantilever) shape by
I turned. At this time, the size of the cantilever is width 5
The length was 0 μm and the length was 125 μm. Next, the silicon nitride 14 and the dioxide on the back surface are
Similarly, the silicon 13 is patterned into an etching mask shape.
I did. Next, titanium Ti is 30Å and gold Au is 500.
Å A film is formed and patterned by photolithography and etching.
Forming the bonding layer 7 on the cantilever.
Was. Next, on the microprobe 5 on the first substrate 1 and on the second substrate 8,
Position the bonding layer 7 so that they face and contact each other, and further load
Is applied to bond the microprobe 5 and the bonding layer 7 (pressure).
Wearing) (see FIG. 2 (d)). Next, the first substrate 1 and the second substrate 8 are separated from each other.
As a result, the peeling layer 4 and the microprobe 5 are separated at the interface.
(See FIG. 2 (e)). Next, as the surface protection layer 15, A
Z resist (trade name AZ1370) is applied by spin coating.
Applied and baked to form (not shown). Next, the silicon nitride 14 on the back surface is etched.
Gumask and 30% potassium hydroxide heated to 90 ℃
Etching of the silicon substrate 8 from the back side with an aqueous solution
went. Next, a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride
To remove the silicon dioxide layer 13. Finally,
To remove the surface protection layer and remove the cantilever
Formed (see FIG. 7 (f)). With the probe for the AFM of the present embodiment,
Is a thin film cantilever for laser reflection for displacement measurement.
It can be done on the back side of the bonding layer provided at the tip of the
Is a substitute for. This makes the reflective film a thin film cantilever.
Thin film cantilevers do not need to be formed on the entire back surface of
Eliminates the warp caused by the film stress of the reflective film, which has been a problem in the past
be able to. The microprobe 5 manufactured by the above method is
When observed with a SEM (scanning electron microscope),
Inverse pyramid formed by crystal axis anisotropic etching of silicon
The replicated shape of the head.
a micro probe with a sharp tip.
After confirming that it is a needle, the radius of curvature of the tip of the microprobe is
It was 0.03 μm. In addition, the professional created in this example
The resonance frequency by externally applying vibration to the
When measured, it was 50 kHz. Optical lever method using the microprobe 10 of this embodiment
Formula AFM device was made. A block diagram of this device is shown in FIG.
Shown in The AFM device has a thin film cantilever 51 and a bonding layer 4.
8 and a micro probe 50 bonded to the bonding layer
And laser light 61 and thin film cantilever free end joining
A lens 62 for condensing laser light on the back surface of the layer, and a thin
Changes in the light reflection angle due to the deflection displacement of the film cantilever
Position sensor 63 to detect and position sensor
A displacement detection circuit 66 for detecting displacement based on these signals;
YZ axis drive piezo element 65 and XYZ axis drive piezo element
XYZ driver 6 for driving the XYZ direction
7 Made of mica using this AFM device
After bringing the probe close to the sample 64,
By driving the piezo element 65 in the XY directions, the sample surface
Observation of the AFM image of the
Could be observed. Also used in this example
The position sensor of the AFM device uses a 4-division sensor
Therefore, it is also possible to detect frictional force.
Then, after observing the AFM image, the friction force was detected.
Well, it was detected with high sensitivity. In addition, measure the force curve
When determined, the amount of adsorbed components is small and the effect of adsorbed water is reduced
I found out that it was done. [Embodiment 2] In Embodiment 2, a micro probe
A polyimide precursor represented by Formula 1 was used as the material. Book
In the example, the first substrate was formed in exactly the same manner as in the example 1.
Then, in front of the polyimide that is the microprobe material shown in Formula 1.
Apply the spinner to the thickness of 1μm by spinner method
Heat treatment at 300 ° C. for imidization,
A probe material layer 7 made of amide was formed. (Equation 1) Continue to put Cr30Å and Au400Å on the probe material layer.
It was formed by the vacuum evaporation method, and the probe material layer was coated.
Then, in the same manner as in Example 1, a microprobe was formed on the bonding layer on the second substrate.
A needle was joined to create a cantilever type probe. Heel
SEM observation of the microprobe with
0.03 μm, the resonance frequency of the probe is 46 kHz
It was z. Using such a probe, as in Example 1.
AFM observation of the mica surface revealed that the mica surface
I was able to observe the step image of. In addition, Example 1
The frictional force was detected in the same manner as
Was. Furthermore, when the force curve was measured, the adsorption
It can be seen that the amount is small and the influence of the adsorbed water is reduced.
Was. [Example 3] In Example 3, the probe material
A polyimide precursor represented by the formula 2 was used. (Equation 2) In this example, the first substrate was formed exactly as in Example 1.
After that, the polyimide of the microprobe material shown in Formula 2
Apply the precursor to a thickness of 1μm by spinner method
Heat treatment at 300 ° C. for imidization,
An organic compound layer 101 made of amide was formed. continue,
A cantilever type probe was formed in the same manner as in Example 1.
Was. However, in this embodiment, as shown in FIG.
The probe material is directly on the bonding layer without providing a metal layer on the material layer.
By bonding the layers, crimping the probe material layer and the bonding layer
Was performed. In addition, the bonding layer is formed by vacuuming aluminum Al.
A 3000Å film was formed by the vapor deposition method, and the same procedure as in Example 1 was performed.
It was formed by turning. Then, as in Example 1,
When observing the small probe with SEM,
The radius of curvature of the tip of the needle is 0.03 μm,
The vibration frequency was 51 kHz. With such a probe
AFM observation of the mica surface was conducted in the same manner as in Example 1.
However, the step image on the surface of the mica can be observed.
Was. Further, when the frictional force was detected in the same manner as in Example 1,
It was detected with high sensitivity. In addition, measure the force curve
As a result, the amount of adsorbed components is small and the influence of adsorbed water is reduced.
I found out. [Embodiment 4] In Embodiment 4, the release layer is
The same as Example 1 except that Au was used. Book
The probe formed in Example was evaluated in the same manner as in Example 1.
However, the radius of curvature of the tip of the microprobe is 0.04 μm,
The resonance frequency of the probe was 46 kHz. Such a plot
AFM observation of mica surface using
When doing, you can observe the step image on the surface of the mica.
I was able to. Further, the frictional force was detected in the same manner as in Example 1.
However, it was detected with high sensitivity. In addition, the force curve
As a result of measuring the
It turned out that it was reduced. [Fifth Embodiment] FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the steps of the first method for manufacturing a microprobe.
You. In FIG. 5 (a), it is formed by thermal oxidation with an oxidizing gas.
The protective layer 2 composed of the formed silicon dioxide film was formed.
The first substrate 1 is a silicon wafer having a crystal orientation plane of <100>.
Prepare as. Shaped by photolithography process
The protective layer 2 is formed by using the formed photoresist as a mask.
8μm square by etching the desired area with HF solution
Exposed silicon. The protective layer 2 crystallizes the first substrate 1.
Axial anisotropic etching is performed to form the concave part that will be the female type of the microprobe.
It is a protective layer when it is formed,
It has etching resistance. Strip the photoresist
After that, the first substrate is treated with potassium hydroxide (KO) having a concentration of 27%.
H) Crystalline axis anisotropic etching at 80 ° C in an aqueous solution
The reverse pits composed of (111) crystal planes with a depth of 5.6 μm.
A ramid-shaped recess 3 was formed. Next, the protective layer 2 is etched with an HF aqueous solution.
After the removal, the first substrate 1 is thermally oxidized with an oxidizing gas.
Of the silicon dioxide film on the first substrate including the recess 3.
A peeling layer 4 having a thickness of 1000 liters was formed (see FIG. 5B). Next, as shown in FIG.
Vacuum vapor deposition of copper phthalocyanine as the compound layer 101 '
To form a film with a thickness of 1 μm on the entire surface.
Vacuum deposition of Cr30Å and Au400Å on the organic compound layer
To form a metal layer 6. Photolithography the metal layer
Patterning by graphic process and etching
And by reactive ion etching with O2,
Etching is performed using the metal layer 6 as a mask to remove the fine probe 5.
Formed. Next, a silicon wafer is used as the second substrate 8.
I mean, vacuum vaporize Cr50Å and Au1000Å on this surface.
Thin film is successively deposited by the deposition method, and the thin film is
Patterning by sographic process and etching
Then, the bonding layer 7 was formed (not shown). Next, the microprobe 5 and the second probe on the first substrate 1
The bonding layer 7 on the plate 8 is aligned to face and contact,
By further applying a load, the contact between the microprobe 5 and the bonding layer 7
Bonding (pressure bonding) was performed (see FIG. 5D). After this, first
By separating the substrate 1 and the second substrate 8 from each other,
On the peeling layer 4 by peeling at the interface with the microprobe 5.
Only the microprobe 5 is transferred onto the bonding layer 7 and shown in FIG.
The fine probe 5 was successfully manufactured. The microprobe 5 manufactured by the above-mentioned method
When observed with a SEM (scanning electron microscope),
Inverse pyramid formed by crystal axis anisotropic etching of silicon
The replicated shape of the head.
a micro probe with a sharp tip.
After confirming that it is a needle, the radius of curvature of the tip of the microprobe is
It was 0.03 μm. STM apparatus using the microprobe 5 of this embodiment
Was prepared. A block diagram of this device is shown in FIG. In the figure,
70 is a bias voltage application circuit, 12 is a tunnel current amplification
Circuit, 13 is an XYZ driving driver, 8 is a second substrate,
7 is a bonding layer, 5 is a microprobe, 11 is a sample, and 15 is XYZ.
It is an axial drive piezo element. Here, the micro probe 5 and the sample 11
The tunnel current It flowing between and is detected through the junction layer 7.
And give feedback so that It is constant,
The XYZ axis drive piezo element 15 is driven in the Z direction to perform a micro search.
The distance between the needle and the sample is kept constant. Bonding layer
It was used as a current extraction electrode. Furthermore, XYZ axis drive
The sample can be obtained by driving the moving piezo element 15 in the XY directions.
An STM image, which is a two-dimensional image of 11, can be observed. This device
As sample 11, HOPG (highly oriented pyrolysis graphi
G) Bias current of 1 nA and scan area on the cleaved surface of the substrate
Observed at 100Å × 100Å, good reproducibility
I was able to obtain a good atomic image. [Embodiment 6] FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a lobe. In Figure 7 (a)
And silicon dioxide formed by thermal oxidation with oxidizing gas
The crystal orientation plane on which the protective layer 2 made of a silicon film is formed is <10.
A silicon wafer of 0> is prepared as the first substrate 1. H
Photoresist formed by photolithography process
The desired portion of the protective layer 2 is HF
Etching with liquid exposes 8 μm square silicon
I let you. The protective layer 2 is formed by etching the first substrate 1 with crystal axis anisotropy.
The protective layer when forming the concave part that will be the female type of the microprobe.
Yes, etching resistance against crystal axis anisotropic etchant
Have sex. After removing the photoresist, concentrate the first substrate
Liquid temperature at 27% potassium hydroxide (KOH) aqueous solution
Crystal axis anisotropic etching is performed at 80 ° C. to obtain a depth of 5.6 μm.
The inverted pyramid-shaped concave portion 3 composed of the (111) crystal plane
Formed. Next, the protective layer 2 is etched with an HF aqueous solution.
After the removal, the first substrate 1 is thermally oxidized with an oxidizing gas.
Then, a silicon dioxide film 10 is formed on the first substrate including the recess 3.
00Å was formed and used as the release layer 4 (see FIG. 7B). next
As shown in FIG. 7C, as in Example 5, the conductive organic material is used.
Vacuum vapor deposition of copper phthalocyanine as the compound layer 101 '
To have a thickness of 1 μm. Continued conductive organic compound
Vacuum deposition of Cr30Å and Au400Å on the object layer 101 '
Formed by the method, and the metal layer 6 is formed into a conductive organic compound layer 10
It was vapor-deposited on 1 '. The metal layer is a photolithographic ipro
Patterning by etching and etching, and further O2
The metal layer 6 is masked by reactive ion etching using
As a mask, it was etched to form the fine probe 5. On the other hand, as the second substrate, (100) plane orientation
0.5 μm of Si oxide film 103 on the Si substrate 102 of
And a Si single crystal film 104 having a thickness of 1.0 μm is formed.
SOI (silicon on insulator)
or) substrate 8 and LP-CVD (low pre)
sure chemical vapor depo
silicon nitride (SiN) film 10 by the
5 was formed to a thickness of 0.2 μm (see FIG. 7D). Si single
The crystal film 104 has a resistance value of 0.0 lΩ · cm or less.
Was. Next, in order to etch the Si substrate 102,
A resist pattern is formed on the back side and CF4 gas is used.
The SiN film 105 is patterned by dry etching.
I did it. Next, the entire surface of the SiN film 105 is etched.
And then the Si single crystal film 107 is subjected to photolithography.
Cantilever (cantilever) by Ruffy and etching
Patterned. At this time, the size of the cantilever
Has a width of 50 μm and a length of 125 μm. Next, titanium T
i is 30 Å and gold Au is 500 Å
Pattern is formed by etching and etching
The bonding layer 7 and the extraction electrode 10 were formed on the bar (Fig.
7 (e)). Next, the fine probe 5 on the first substrate 1 and the second probe
The bonding layer 7 on the plate 8 is aligned to face and contact,
By further applying a load, the contact between the microprobe 5 and the bonding layer 7
Bonding (pressure bonding) was performed (see FIG. 7 (f)). Next, the first substrate 1 and the second substrate 8 are separated from each other.
As a result, the peeling layer 4 and the microprobe 5 are separated at the interface.
(See FIG. 7 (g)). Next, the SiN film 105 on the back surface is etched.
Use it as a mask and use a mixed gas of CF4 and H2 on the back
The Si substrate 102 was dry-etched. last
In addition, Si is treated with a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride.
The oxide film 103 was removed (see FIG. 7 (h)). The probe of this embodiment is used for AFM.
The thin film cantilever to reflect the laser for displacement measurement.
Can be performed on the back surface of the bonding layer provided at the tip of the
Substitute for a spray film. This allows the reflective film to be a thin film cantilever.
It is not necessary to form the entire back surface of the bar,
The bar does not warp due to the film stress of the reflective film, which has been a problem in the past.
I was able to smolder. Micro probe manufactured by the above method
When observing the needle 5 with a SEM (scanning electron microscope),
The tip is the reverse of the crystal axis anisotropic etching of silicon.
A shape that replicates the shape of the pyramid (replicate
d shape), and the tip is sharply formed
Confirm that the tip is a microprobe, and
The diameter was 0.03 μm. Also, created in this example.
Resonance frequency by applying external vibration to the probe
When the number was measured, it was 52 kHz. Next, the probe of the present invention will be described with reference to FIG.
Principle of probe contact scanning recording / playback device
Will be described. The microprobe 50 at the tip of the recording medium 64
Are placed so that they touch. Plow
In the probe, the microprobe 50 is a cantilever that causes elastic deformation.
It is supported by a bar (elastic body) 51. Where the source
The mold value is the elastic constant of the elastic deformation of the cantilever 51.
Is about 0.1 [N / m], and the amount of elastic deformation is about 1 [μm].
However, at this time, the contact force of the probe with respect to the recording medium is about 10
-7 It becomes about [N]. X attached to recording medium 64
A probe and a recording medium by the yz-axis driving piezo element 65
It is moved in the three-dimensional direction relative to 64. Recording medium 6
Adjust the xy and z position of the probe for 4
The desired contact force on the recording medium 64 at the desired position.
The probe is aligned so as to be in contact with. Heel
The recording signal in the information processing device is a voltage applying circuit 68.
And the recording medium from the current detection circuit 69 through the fine probe 50.
It is applied to the body 64 and is applied to the part where the tip of the microprobe 50 contacts.
Recording is done locally. In the above information processing device
The recording medium is composed of an electrode substrate and a recording layer.
Is a material that changes the current that flows when a voltage is applied.
Is used. As a specific example, there is JP-A-63-161552.
And Japanese Patent Laid-Open No. 63-161553.
Like polyimide and SOAZ (bis-n-octyl)
Squarylium azulene) etc. has an electric memory effect
LB film (= Langmuir-Blodgette method
A cumulative film of an organic monomolecular film produced by the above) is mentioned.
This material has a voltage above the threshold between the probe, the LB film and the substrate.
When a pressure (about 5-10 [V]) is applied, conduction of the LB film between
The electrical property changes (OFF state → ON state), and the playback
Flows when an ass voltage (about 0.01 to 2 [V]) is applied.
The electric current to be supplied is increased. On the other hand, the electrode substrate is conductive
As long as it has a property, for example, Au, Pt, P
Metals such as d, alloys of these, graphite and silicia
And conductive oxides such as ITO
It is not something to be done. The microprobe 50 of this embodiment is replaced with the AFM described above.
Installed in the applied information processing device and recorded / played back
Describe the experiment. While monitoring the detected current,
And the recording medium 64 are brought close to each other, and in this state, x
Holds the output of the driver for yz driving, peak value 9V, power
Probe a triangular pulse voltage with a waveform with a width of 3 ms
Between the recording medium 64 and the recording medium 64.
When a bias was applied and measured, the current was about 8 μA.
Flowed to indicate that the recording medium was turned on.
There was no evidence of body destruction. Also, such recording and playback
The microprobe that was used for the experiment was again analyzed by SEM (scanning electron
When observed under a microscope, it was the same as before the recording / reproduction experiment.
It had a nice tip shape. Also, the microprobe and the extraction electrode
When the resistance value between 10 was measured, it was 10 MΩ.
Therefore, with the microprobe of this example, an excessive
It turns out that the current is limited. [Embodiment 7] In Embodiment 7 of the present invention,
Carbon fiber (trade name Toho
Bethlon HTA-C6-S, Toho Bethlon Co., Ltd.
25% methyl phenyl silicone resin
It was used as the conductive organic compound layer 101 '. Example 6
After forming the first substrate in exactly the same way,
All of the methylphenyl-based silicone resin containing fiber
It was applied by spin coating so that the surface would be 1 μm.
Then, it is heated at 120 ° C. to form the conductive organic compound layer 101 ′.
Formed. Then, in the same manner as in Example 6, the cantilever
A mold probe was formed. However, in this embodiment,
No metal layer is provided on the conductive organic compound layer as shown in FIG.
By directly bonding the probe material layer onto the bonding layer 7.
Then, the probe material layer and the bonding layer were pressure bonded. Also join
The layer 7 is made of aluminum Al by a vacuum evaporation method,
0 Å Deposition and patterning as in Example 6
Was. Thereafter, as in the fifth embodiment, the fine probe is set to SE.
When observed with M, the tip curvature of such a microprobe
The radius is 0.03 μm and the resonance frequency of the probe is 5
It was 3 kHz. In addition, the same recording / reproduction as in the sixth embodiment is performed.
As a result of the test, it was confirmed that the recording medium and the microprobe were not destroyed.
I couldn't do it. Also, between the microprobe and the extraction electrode 10.
Measured the resistance value of, it was 10MΩ
With the microprobe of this example, an excessive current during recording
Turned out to be limited. [Embodiment 8] FIG. 10 shows Embodiment 8 of the present invention.
As shown, this is an example of forming multiple microprobes.
Will be described below. When forming multiple substrates, make a mark on the first substrate.
Arrangement of a total of 100 recesses of 10 × 10 in the shape of a trick
2 (a) to FIG.
(E) or FIG. 5 (a) ~ (e) configuration and process
Organic compound layer or conductive organic compound layer and metal layer (C
r and Au) were formed. Next, the organic compound layer or
Is the second group so as to be paired with the conductive organic compound layer and the metal layer.
100 bonding layers are formed on the board, and the first substrate is organized.
Compound layer or conductive organic compound layer and metal layer and second substrate
Example 1 The upper bonding layer was aligned to face and contact.
Alternatively, pressure bonding and peeling are performed in the same manner as in Example 5, and the second substrate
100 microprobes were formed on the bonding layer (FIG. 10).
The pitch of the microprobes was 200 μm. The plurality of microprobes manufactured in this way are taken by SEM.
When observed with, the tips of all microprobes are made of silicon.
Shape of inverted pyramid formed by crystal axis anisotropic etching
It has a replica shape, and the tip is sharply formed.
The radius of curvature of the tip of each microprobe is 0.03 μm ± 0.0
It was within the variation of 1 μm. Also, connect each probe.
The height variation from the ply layer is within ± 0.1 μm
Was. When the method for producing a microprobe of the present invention is used,
It was found that a microprobe with a uniform shape could be obtained. According to the present invention, the microprobe is constructed as described above.
By doing so, it is possible to reduce the weight of the microprobe,
It is possible to improve the resonance frequency of the cantilever.
In addition, it improves the water repellency of the surface of the microprobe,
It is possible to reduce the influence of water. In addition, the present invention
In, the probe material is formed in the female mold as described above, and
Of the probe material by transferring the
The range of choice can be expanded. Further, in the present invention,
It is necessary to etch the probe material layer in the manufacturing process.
Since it is not necessary, it is possible to simplify the manufacturing process.
In addition, the first substrate with the concave portion formed, that is, the small tip
The female mold can be used repeatedly, improving productivity and manufacturing
The cost can be reduced and the etching solution
Material deterioration of the small probe, deterioration of shape, and
It is possible to form a fine probe without contamination. Ma
The present invention also provides a thin film cantilever having a bonding layer on the second substrate.
By forming the lever in advance,
A probe consisting of thin film cantilevers
Can be made easier, and only the microprobe cantilever tip
Since it can be formed on the bonding layer, it reflects the bonding layer
Can be used as a film, and a reflective film can be used on the entire back surface
Since it is not necessary to form it on the
It is possible to provide a probe without warping of thin film cantilevers.
Can be. Furthermore, the present invention is reproducible as a microprobe.
Good and uniform shape can be obtained, and the tip can be formed sharply.
Of the probe that makes it easy to use multiple probes
Provided are a manufacturing method and an information processing apparatus using them.
Can be.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例1におけるプローブを示す図で
ある。 【図2】本発明の実施例1におけるプローブの製造方法
を示す図である。 【図3】本発明の実施例1におけるプローブを用いたA
FM装置のブロック図である。 【図4】本発明の実施例3におけるプローブを示す図で
ある。 【図5】本発明の実施例5における微小探針の製造方法
を示す図である。 【図6】本発明の実施例5における微小探針を用いたS
TM装置のブロック図である。 【図7】本発明の実施例6におけるプローブの製造方法
を示す図である。 【図8】本発明の実施例6におけるプローブを用いた情
報処理装置のブロック図である。 【図9】本発明の実施例7におけるプローブを示す図で
ある。 【図10】本発明の実施例8における微小探針を複数形
成した例を示す図である。 【図11】従来例による微小探針を示す図である。 【図12】従来例による微小探針を示す図である。 【符号の説明】 1 第一基板 2 保護層 3 凹部 4 剥離層 5 微小探針 6 金属層 7 接合層 8 第二基板 9 弾性体(カンチレバー) 10 引き出し電極 11 試料 12 トンネル電流増幅回路 13 二酸化シリコン 14 窒化シリコン 15 XYZ軸駆動ピエゾ素子 48 接合層 50 微小探針 51 薄膜カンチレバー 54 シリコンブロック 61 レーザー光 62 レンズ 63 ポジションセンサ 64 試料(記録媒体) 65 XYZ軸駆動ピエゾ素子 66 変位検出回路 67 XYZ駆動用ドライバー 68 電圧印加回路 69 電流検知回路 70 バイアス電圧印加回路 101 有機化合物層 101’ 導電性有機化合物層 102 Si基板 103 Si酸化膜 104 単結晶膜 105 SiN膜 201 基板 202 薄膜層 203 探針 204 基板 205 レジスト 206 レジスト開口部 207 導電性材料 208 探針 510、512 二酸化シリコン 514 シリコンウエハ 518 ピット 520、521 窒化シリコン 522 ピラミッド状ピット 532 Cr層 534 ソウカット 540 マウンティングブロック 542 金属膜
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a probe in Example 1 of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a method of manufacturing a probe according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A using the probe in Example 1 of the present invention
It is a block diagram of FM apparatus. FIG. 4 is a diagram showing a probe in Example 3 of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a method of manufacturing a micro probe according to the fifth embodiment of the present invention. [FIG. 6] S using a microprobe in Example 5 of the present invention
It is a block diagram of a TM apparatus. FIG. 7 is a diagram showing a method of manufacturing a probe according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a block diagram of an information processing device using a probe according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing a probe in Example 7 of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing an example in which a plurality of microprobes are formed in Example 8 of the present invention. FIG. 11 is a diagram showing a conventional microprobe. FIG. 12 is a diagram showing a conventional microprobe. [Explanation of reference numerals] 1 first substrate 2 protective layer 3 recess 4 peeling layer 5 microprobe 6 metal layer 7 bonding layer 8 second substrate 9 elastic body (cantilever) 10 extraction electrode 11 sample 12 tunnel current amplification circuit 13 silicon dioxide 14 Silicon Nitride 15 XYZ Axis Drive Piezo Element 48 Bonding Layer 50 Microprobe 51 Thin Film Cantilever 54 Silicon Block 61 Laser Light 62 Lens 63 Position Sensor 64 Sample (Recording Medium) 65 XYZ Axis Drive Piezo Element 66 Displacement Detection Circuit 67 XYZ Drive Driver 68 Voltage application circuit 69 Current detection circuit 70 Bias voltage application circuit 101 Organic compound layer 101 'Conductive organic compound layer 102 Si substrate 103 Si oxide film 104 Single crystal film 105 SiN film 201 Substrate 202 Thin film layer 203 Probe 204 Substrate 205 Resist 206 Open resist Part 207 conductive material 208 probe 510, 512, silicon dioxide 514 silicon wafer 518 pits 520, 521 silicon 522 pyramidal pit 532 Cr layer 534 nitride Soukatto 540 Mounting block 542 metal film

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上に接合層を介して設置された微小
力検出用の微小探針であって、該微小探針が有機化合物
層で形成されていることを特徴とする微小探針。 【請求項2】 前記有機化合物層で形成された微小探針
は、金属層を介して基板上に設置されていることを特徴
とする請求項1に記載の微小探針。 【請求項3】 前記有機化合物層が、フッ素化合物から
なることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
微小探針。 【請求項4】 前記有機化合物層が、ポリイミド化合物
からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記
載の微小探針。 【請求項5】 基板上に接合層を介して設置されたトン
ネル電流、または微小力検出用の微小探針であって、該
微小探針が導電性有機化合物層で形成されていることを
特徴とする微小探針。 【請求項6】 前記導電性有機化合物層で形成された微
小探針は、金属層を介して基板上に設置されていること
を特徴とする請求項5に記載の微小探針。 【請求項7】 前記導電性有機化合物層が、電荷移動錯
体からなることを特徴とする請求項5または請求項6に
記載の微小探針。 【請求項8】 前記導電性有機化合物層が、導電性高分
子からなることを特徴とする請求項5または請求項6に
記載の微小探針。 【請求項9】 前記導電性有機化合物層が、導電性物質
を熱硬化型樹脂に配合した導電性樹脂層からなることを
特徴とする請求項5または請求項6に記載の微小探針。 【請求項10】 前記微小探針において、その微小探針
と微小探針の引き出し電極の間の抵抗値が1〜100M
Ωであることを特徴とする請求項5〜請求項9のいずれ
か1項に記載の微小探針。 【請求項11】 請求項1〜請求項10のいずれか1項
に記載の前記微小探針は、前記接合層との間で囲まれた
中空の領域を有していることを特徴とする微小探針。 【請求項12】 請求項1〜請求項11のいずれか1項
に記載の微小探針を有するプローブであって、該プロー
ブが一端を基板に固定された薄膜カンチレバーの自由端
に、前記微小探針を接合層を介して圧着により結合して
構成されていることを特徴とするプローブ。 【請求項13】 前記接合層が、微小力検出に用いるプ
ローブのたわみ変位を検出する際の光学的反射膜を構成
していることを特徴とする請求項12に記載のプロー
ブ。 【請求項14】 微小力検出用の微小探針の製造方法に
おいて、 第1基板の表面に凹部を形成する工程と、 前記第1基板の凹部を含む基板上に剥離層を形成する工
程と、 前記第1基板の剥離層上に微小探針層としての有機化合
物層を被覆する工程と、 第2基板に接合層を形成する工程と、 前記第1基板における剥離層上の前記有機化合物層を、
前記第2基板の接合層に接合する工程と、 前記第1基板における剥離層と前記有機化合物層の界面
で剥離を行い、前記第2基板上の接合層に前記有機化合
物層を転写する工程と、を少なくとも有することを特徴
とする微小探針の製造方法。 【請求項15】 前記有機化合物層を被覆する工程が、
前記第1基板の剥離層上への有機化合物層の被覆後に該
有機化合物層上に金属層を被覆する工程を含み、また、
前記接合層に前記有機化合物層を転写する工程が、該有
機化合物層上の金属層を介して該有機化合物層を前記接
合層に転写する工程を含んでいることを特徴とする請求
項14に記載の微小探針の製造方法。 【請求項16】 微小力検出用の微小探針と薄膜カンチ
レバーからなるプローブの製造方法において、 第1基板の表面に凹部を形成する工程と、 前記第1基板の凹部を含む基板上に剥離層を形成する工
程と、 前記第1基板の剥離層上に微小探針層としての有機化合
物層を被覆する工程と、 第2基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、 前記薄膜カンチレバー先端上に接合層を形成する工程
と、 前記第1基板の凹部における剥離層上の前記有機化合物
層を、前記薄膜カンチレバー先端上の接合層に接合する
工程と、 前記第1基板における剥離層と前記有機化合物層の界面
で剥離を行い、前記薄膜カンチレバー先端上の接合層に
前記有機化合物層を転写する工程と、 前記薄膜カンチレバーの一端が、前記第2基板に固定さ
れるように前記薄膜カンチレバー下部の前記第2基板の
一部を除去する工程と、を少なくとも有することを特徴
とするプローブの製造方法。 【請求項17】 前記有機化合物層を被覆する工程が、
前記第1基板の剥離層上への有機化合物層の被覆後に該
有機化合物層上に金属層を被覆する工程を含み、また、
前記接合層に前記有機化合物層を転写する工程が、該有
機化合物層上の金属層を介して該有機化合物層を前記接
合層に転写する工程を含んでいることを特徴とする請求
項18に記載のプローブの製造方法。 【請求項18】 請求項14〜15の微小探針の製造方
法または請求項16〜17のプローブの製造方法におい
て、前記有機化合物層を被覆する工程が、有機化合物層
をコーティングし、キュアする工程を有していることを
特徴とする微小探針またはプローブの製造方法。 【請求項19】 請求項14〜15の微小探針の製造方
法または請求項16〜17のプローブの製造方法におい
て、前記第1基板が単結晶シリコン基板であり、結晶軸
異方性エッチングにより該第1基板表面に凹部を形成す
ることを特徴とする微小探針またはプローブの製造方
法。 【請求項20】 トンネル電流、または微小力検出用の
微小探針の製造方法において、 第1基板の表面に凹部を形成する工程と、 前記第1基板の凹部を含む基板上に剥離層を形成する工
程と、 前記第1基板の剥離層上に微小探針層としての導電性有
機化合物層を被覆する工程と、 第2基板に接合層を形成する工程と、 前記第1基板における剥離層上の前記導電性有機化合物
層を、前記第2基板の接合層に接合する工程と、 前記第1基板における剥離層と前記導電性有機化合物層
の界面で剥離を行い、前記第2基板上の接合層に前記導
電性有機化合物層を転写する工程と、を少なくとも有す
ることを特徴とする微小探針の製造方法。 【請求項21】 前記導電性有機化合物層を被覆する工
程が、前記第1基板の剥離層上への導電性有機化合物層
の被覆後に該導電性有機化合物層上に金属層を被覆する
工程を含み、また、前記接合層に前記導電性有機化合物
層を転写する工程が、該導電性有機化合物層上の金属層
を介して該導電性有機化合物層を前記接合層に転写する
工程を含んでいることを特徴とする請求項20に記載の
微小探針の製造方法。 【請求項22】 トンネル電流、または微小力検出用の
微小探針と薄膜カンチレバーからなるプローブの製造方
法において、 第1基板の表面に凹部を形成する工程と、 前記第1基板の凹部を含む基板上に剥離層を形成する工
程と、 前記第1基板の剥離層上に微小探針層としての導電性有
機化合物層を被覆する工程と、 第2基板に薄膜カンチレバーを形成する工程と、 前記薄膜カンチレバー先端上に接合層を形成する工程
と、 前記第1基板の凹部における剥離層上の前記導電性有機
化合物層を、前記薄膜カンチレバー先端上の接合層に接
合する工程と、 前記第1基板における剥離層と前記導電性有機化合物層
の界面で剥離を行い、前記薄膜カンチレバー先端上の接
合層に前記導電性有機化合物層を転写する工程と、 前記薄膜カンチレバーの一端が、前記第2基板に固定さ
れるように前記薄膜カンチレバー下部の前記第2基板の
一部を除去する工程と、を少なくとも有することを特徴
とするプローブの製造方法。 【請求項23】 前記導電性有機化合物層を被覆する工
程が、前記第1基板の剥離層上への導電性有機化合物層
の被覆後に該導電性有機化合物層上に金属層を被覆する
工程を含み、また、前記接合層に前記導電性有機化合物
層を転写する工程が、該導電性有機化合物層上の金属層
を介して該導電性有機化合物層を前記接合層に転写する
工程を含んでいることを特徴とする請求項22に記載の
プローブの製造方法。 【請求項24】 請求項20〜21の微小探針の製造方
法または請求項22〜23のプローブの製造方法におい
て、前記導電性有機化合物層を被覆する工程が、導電性
有機化合物層をコーティングし、キュアする工程を有し
ていることを特徴とする微小探針またはプローブの製造
方法。 【請求項25】 請求項20〜21の微小探針の製造方
法または請求項22〜23のプローブの製造方法におい
て、前記第1基板が単結晶シリコン基板であり、結晶軸
異方性エッチングにより該第1基板表面に凹部を形成す
ることを特徴とする微小探針またはプローブの製造方
法。 【請求項26】 前記第2基板が、単結晶Si基板と該
基板上に形成された絶縁層と該絶縁層上に形成された単
結晶Si層であることを特徴とする請求項22または請
求項23に記載のプローブの製造方法。 【詰求項27】 前記単結晶Si層の電気抵抗が、0.
0lΩ・cm以下であることを特徴とする請求項26に
記載のプローブの製造方法。 【請求項28】 請求項1〜27のいずれか1項に記載
の微小探針又はプローブを具備し、該微小探針又はプロ
ーブを介して記録媒体に情報の記録及び/または再生を
行なうことを特徴とする情報処理装置。 【請求項29】 前記情報処理装置は、プローブを支持
する弾性部材をプローブ・記録媒体間に作用する力によ
り変形させ、プローブ・記録媒体間の間隔変動を補正す
ることによって、プローブ・記録媒体間隔を制御し、該
制御状態で前記プローブ・記録媒体間の電流を検出する
ことによって再生を行なうことを特徴とする請求項28
に記載の情報処理装置。
Claim: What is claimed is: 1. A microprobe for detecting a microforce, which is installed on a substrate via a bonding layer, wherein the microprobe is formed of an organic compound layer. And a small probe. 2. The microprobe according to claim 1, wherein the microprobe formed of the organic compound layer is provided on the substrate via a metal layer. 3. The microprobe according to claim 1, wherein the organic compound layer is made of a fluorine compound. 4. The microprobe according to claim 1, wherein the organic compound layer is made of a polyimide compound. 5. A microprobe for detecting a tunnel current or a microforce, which is installed on a substrate via a bonding layer, wherein the microprobe is formed of a conductive organic compound layer. And a small probe. 6. The microprobe according to claim 5, wherein the microprobe formed of the conductive organic compound layer is installed on the substrate via a metal layer. 7. The microprobe according to claim 5, wherein the conductive organic compound layer comprises a charge transfer complex. 8. The microprobe according to claim 5, wherein the conductive organic compound layer is made of a conductive polymer. 9. The microprobe according to claim 5, wherein the conductive organic compound layer comprises a conductive resin layer in which a conductive substance is mixed with a thermosetting resin. 10. The resistance value between the microprobe and the extraction electrode of the microprobe is 1 to 100 M in the microprobe.
The microprobe according to any one of claims 5 to 9, which is Ω. 11. The microprobe according to any one of claims 1 to 10, wherein the microprobe has a hollow region surrounded by the bonding layer. Probe. 12. A probe having the microprobe according to claim 1, wherein the microprobe is attached to a free end of a thin film cantilever having one end fixed to a substrate. A probe comprising a needle bonded by pressure through a bonding layer. 13. The probe according to claim 12, wherein the bonding layer constitutes an optical reflection film when detecting the flexural displacement of the probe used for detecting a small force. 14. A method of manufacturing a microprobe for detecting a microforce, the step of forming a recess on the surface of a first substrate, and the step of forming a release layer on the substrate including the recess of the first substrate. A step of coating an organic compound layer as a microprobe layer on the release layer of the first substrate; a step of forming a bonding layer on the second substrate; and a step of forming the organic compound layer on the release layer of the first substrate. ,
Bonding to the bonding layer on the second substrate, and peeling at the interface between the peeling layer on the first substrate and the organic compound layer, and transferring the organic compound layer to the bonding layer on the second substrate. A method for manufacturing a microprobe, comprising: 15. The step of coating the organic compound layer,
And a step of coating a metal layer on the organic compound layer after coating the organic compound layer on the release layer of the first substrate, and
15. The step of transferring the organic compound layer to the bonding layer includes the step of transferring the organic compound layer to the bonding layer via a metal layer on the organic compound layer. A method for manufacturing the described microprobe. 16. A method of manufacturing a probe comprising a fine probe for detecting a small force and a thin film cantilever, the step of forming a recess on the surface of a first substrate, and a release layer on the substrate including the recess of the first substrate. A step of forming a thin film cantilever on the second substrate, a step of forming a thin film cantilever on the peeling layer of the first substrate, a step of forming a thin film cantilever on the second substrate, and a bonding layer on the tip of the thin film cantilever. And a step of joining the organic compound layer on the release layer in the recess of the first substrate to a bonding layer on the tip of the thin film cantilever, and a step of forming the release layer and the organic compound layer on the first substrate. Peeling at the interface and transferring the organic compound layer to the bonding layer on the tip of the thin film cantilever; and the thin film cantilever having one end fixed to the second substrate. Method of manufacturing a probe for and a step of removing a portion of the cantilever lower portion of the second substrate, at least. 17. The step of coating the organic compound layer,
And a step of coating a metal layer on the organic compound layer after coating the organic compound layer on the release layer of the first substrate, and
19. The step of transferring the organic compound layer to the bonding layer includes the step of transferring the organic compound layer to the bonding layer via a metal layer on the organic compound layer. A method for producing the described probe. 18. The method of manufacturing a microprobe according to claim 14 or the method of manufacturing a probe according to claims 16 to 17, wherein the step of coating the organic compound layer is a step of coating and curing the organic compound layer. A method for manufacturing a microprobe or a probe, which comprises: 19. The method of manufacturing a microprobe according to any one of claims 14 to 15 or the method of manufacturing a probe according to any of claims 16 to 17, wherein the first substrate is a single crystal silicon substrate, A method of manufacturing a microprobe or probe, comprising forming a recess on the surface of a first substrate. 20. A method of manufacturing a micro probe for detecting a tunnel current or a micro force, the step of forming a recess on the surface of a first substrate, and the step of forming a release layer on the substrate including the recess of the first substrate. A step of covering the release layer of the first substrate with a conductive organic compound layer as a microprobe layer, a step of forming a bonding layer on the second substrate, and a step of forming the release layer on the first substrate. Bonding the conductive organic compound layer to the bonding layer of the second substrate, and peeling at the interface between the peeling layer on the first substrate and the conductive organic compound layer, and bonding on the second substrate. And a step of transferring the conductive organic compound layer to a layer. 21. The step of coating the conductive organic compound layer comprises the step of coating the conductive organic compound layer with a metal layer after coating the release organic layer of the first substrate with the conductive organic compound layer. In addition, the step of transferring the conductive organic compound layer to the bonding layer includes the step of transferring the conductive organic compound layer to the bonding layer via a metal layer on the conductive organic compound layer. 21. The method for manufacturing a microprobe according to claim 20, wherein: 22. A method of manufacturing a probe including a fine probe for detecting a tunnel current or a small force and a thin film cantilever, the step of forming a recess on the surface of the first substrate, and the substrate including the recess of the first substrate. A step of forming a release layer thereon, a step of coating the release layer of the first substrate with a conductive organic compound layer as a microprobe layer, a step of forming a thin film cantilever on a second substrate, and the thin film A step of forming a bonding layer on the tip of the cantilever; a step of bonding the conductive organic compound layer on the release layer in the recess of the first substrate to a bonding layer on the tip of the thin film cantilever; Peeling at the interface between the peeling layer and the conductive organic compound layer, and transferring the conductive organic compound layer to the bonding layer on the tip of the thin film cantilever, End The method for producing a probe and having at least and a step of removing a portion of the second substrate of the thin film cantilever lower to be secured to the second substrate. 23. The step of coating the conductive organic compound layer comprises the step of coating the conductive organic compound layer on the release layer of the first substrate and then coating the conductive organic compound layer with a metal layer. In addition, the step of transferring the conductive organic compound layer to the bonding layer includes the step of transferring the conductive organic compound layer to the bonding layer via a metal layer on the conductive organic compound layer. 23. The method for manufacturing a probe according to claim 22, wherein: 24. The method of manufacturing a microprobe according to any one of claims 20 to 21 or the method of manufacturing a probe according to any one of claims 22 to 23, wherein the step of coating the conductive organic compound layer coats the conductive organic compound layer. A method of manufacturing a microprobe or probe, which comprises a curing step. 25. The method of manufacturing a microprobe according to any one of claims 20 to 21 or the method of manufacturing a probe according to any one of claims 22 to 23, wherein the first substrate is a single crystal silicon substrate, A method of manufacturing a microprobe or probe, comprising forming a recess on the surface of a first substrate. 26. The method according to claim 22, wherein the second substrate is a single crystal Si substrate, an insulating layer formed on the substrate, and a single crystal Si layer formed on the insulating layer. Item 24. A method for producing a probe according to Item 23. [Item 27] The electric resistance of the single crystal Si layer is 0.
27. The method for manufacturing a probe according to claim 26, which is 0 lΩ · cm or less. 28. A microprobe or probe according to any one of claims 1 to 27 is provided, and information is recorded and / or reproduced on a recording medium via the microprobe or probe. A characteristic information processing device. 29. The information processing apparatus deforms an elastic member supporting a probe by a force acting between a probe and a recording medium, and corrects a gap variation between the probe and the recording medium to thereby obtain an interval between the probe and the recording medium. 29, and reproducing is performed by detecting the current between the probe and the recording medium in the controlled state.
An information processing apparatus according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008111735A (en) * 2006-10-31 2008-05-15 Sii Nanotechnology Inc Sample operation apparatus
JP2008241346A (en) * 2007-03-26 2008-10-09 Fujitsu Ltd Probe and measuring instrument using it
JP2015526743A (en) * 2012-08-31 2015-09-10 ブルカー ナノ インコーポレイテッドBruker Nano,Inc. Small cantilever probe for scanning probe microscopy and method for manufacturing the same

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