JP2884448B2 - Manufacturing method of micro probe - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は走査型トンネル顕微鏡ま
たはその原理を応用した高密度記録再生装置等に用いら
れる微小プローブの製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a small probe used in a scanning tunneling microscope or a high-density recording / reproducing apparatus utilizing the principle thereof.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観測できる走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴ
Ｍと略す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９（１９８２）
５７）、単結晶、非晶質を問わず実空間像を著しく高い
分解能（ナノメートル以下）で測定できるようになっ
た。ＳＴＭは金属のプローブと導電性物質の間に電圧を
加えて、１ｎｍ程度の距離まで近づけるとトンネル電流
が流れることを利用している。この電流は両者の距離変
化に非常に敏感で指数関数的に変化するので、トンネル
電流を一定に保つようにプローブを走査することによ
り、実空間の表面構造を原子オーダの分解能で観察する
ことができる。ＳＴＭを用いた解析は導電性材料に限ら
れるが、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁膜の構
造解析にも応用され始めている。更に、係る装置・手段
は微小電流を検知する方法を用いているため、媒体に損
傷を与えずに、かつ低電力で観測できる利点をも有す
る。また、大気中での動作も可能である。2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as ST) capable of directly observing the electronic structure of surface atoms of a conductor.
M) (G. Binnig et a).
l. Phys. Rev .. Lett. 49 (1982)
57), real space images can be measured with remarkably high resolution (not more than nanometers) irrespective of single crystal or amorphous. The STM utilizes the fact that a tunnel current flows when a voltage is applied between a metal probe and a conductive material to approach a distance of about 1 nm. Since this current is very sensitive to changes in the distance between them and changes exponentially, it is possible to observe the surface structure in real space at atomic-order resolution by scanning the probe so that the tunnel current is kept constant. it can. Although analysis using STM is limited to conductive materials, it has begun to be applied to structural analysis of insulating films formed thinly on the surface of conductive materials. Further, since such a device / means uses a method for detecting a minute current, there is an advantage that the observation can be performed with low power without damaging the medium. Operation in the atmosphere is also possible.

【０００３】このＳＴＭは、試料表面と対向するプロー
ブ先端の曲率半径が小さいほど分解能が高いとされてい
る。理想的には先端が１原子程度まで尖っていることが
望まれている。更にこのＳＴＭの応用例の一つとして超
高密度記録・再生装置があるが、勿論、高い記録密度を
達成するために先端部の曲率半径が小さいことが要求さ
れている。と同時に、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（プローブのマルチ化）が提案され、この為に同
一基板上に作製された特性の揃ったプローブが求められ
ている。[0003] In this STM, the smaller the radius of curvature of the tip of the probe facing the sample surface, the higher the resolution. Ideally, it is desired that the tip be sharpened to about one atom. Further, there is an ultra-high-density recording / reproducing apparatus as one application example of this STM. Needless to say, a small radius of curvature at the tip is required to achieve a high recording density. At the same time, the function of the recording / playback system has been improved,
In particular, from the viewpoint of speeding up, it has been proposed to drive a large number of probes at the same time (multiple probes). For this purpose, a probe manufactured on the same substrate and having uniform characteristics has been demanded.

【０００４】従来、上記の様な微小プローブの形成方法
として、半導体製造プロセス技術を使いシリコンの異方
性エッチングにより、マルチに配列した微小プローブが
記載されている（特開昭６１−２０６１４８号公報）。
また、リフトオフ法を応用した微小プローブの形成方法
が提案されている。Conventionally, as a method for forming such a microprobe, a multiprobe microprobe has been described by anisotropic etching of silicon using a semiconductor manufacturing process technique (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-206148). ).
Further, a method of forming a microprobe using a lift-off method has been proposed.

【０００５】以下、この方法による微小プローブの製造
方法を図２に示す。まず最初に、支持体１上に、プロー
ブ引き出し電極２とリフトオフ層３と円形ないし多角形
のマスク開口部６を有するマスク層４からなる層状構造
の複合薄膜を用意する。FIG. 2 shows a method for manufacturing a microprobe according to this method. First, a composite thin film having a layered structure including a probe extraction electrode 2, a lift-off layer 3, and a mask layer 4 having a circular or polygonal mask opening 6 is prepared on a support 1.

【０００６】次に、図２（ａ）に示すように、支持体１
を回転させた状態で支持体１上の複合薄膜に対して斜め
方向から開口部に向かって、所望のプローブ材料８を蒸
着する。この時、マスク層４上にもプローブ材料８が蒸
着され、かつ、マスク層４の開口部端にも蒸着されるた
めに、蒸着の進行に伴ってマスク開口部６が覆われ開口
部面積が減少する（図２（ｂ））。その結果、マスク層
４下に先端の尖った円錐ないし角錐状の蒸着物質による
微小突起が形成される。[0006] Next, as shown in FIG.
While the is rotated, a desired probe material 8 is deposited on the composite thin film on the support 1 from an oblique direction toward the opening. At this time, since the probe material 8 is also deposited on the mask layer 4 and is also deposited on the end of the opening of the mask layer 4, the mask opening 6 is covered as the deposition proceeds, and the area of the opening is reduced. It decreases (FIG. 2 (b)). As a result, a small projection made of a vapor-deposited substance having a pointed cone or pyramid is formed under the mask layer 4.

【０００７】その後、リフトオフ層３を化学処理等によ
って取り除くことによって、前記支持体上の微小プロー
ブ９を得ることができる（図２（ｃ））。[0007] Thereafter, the lift-off layer 3 is removed by a chemical treatment or the like, so that the microprobe 9 on the support can be obtained (FIG. 2C).

【０００８】一方、記録媒体との間隔が微調整可能な駆
動手段上に存在するトンネル電流発生用プローブからな
る変換器から電圧印加することによって記録媒体表面の
仕事関数を変化させ、記録書き込みし、また、仕事関数
の変化によるトンネル電流の変化を検知して、情報の読
み出しを行う、最小記録面積が１０ｎｍ平方となる記録
再生装置が提案されている。On the other hand, a work function on the surface of the recording medium is changed by applying a voltage from a converter comprising a probe for generating a tunnel current, which is present on a driving means capable of finely adjusting the distance to the recording medium, and recording and writing are performed. Further, there has been proposed a recording / reproducing apparatus which detects a change in tunnel current due to a change in work function and reads out information, and has a minimum recording area of 10 nm square.

【０００９】かかる装置においては、試料を探針で数ｎ
ｍ〜数μｍの範囲で走査する必要があり、その際の移動
機構として圧電体素子（バイモルフ）が用いられる。こ
の例としては、３本の圧電体素子をｘ，ｙ，ｚ方向に沿
って互いに直行するように組み合わせ、その交点に探針
を配置したトライポッド型や、円筒型の圧電体素子の外
周面の電極を分割して一端を固定し、他端に探針を取り
付け、各々の分割電極に対応させて円筒を変形させて走
査する円筒型などのタイプがある。In such an apparatus, the sample is measured by a probe with a number n.
It is necessary to scan in the range of m to several μm, and a piezoelectric element (bimorph) is used as a moving mechanism at that time. In this example, three piezoelectric elements are combined so as to be orthogonal to each other along the x, y, and z directions, and a probe is disposed at the intersection thereof. There is a type such as a cylindrical type in which an electrode is divided, one end is fixed, a probe is attached to the other end, and a cylinder is deformed and scanned corresponding to each divided electrode.

【００１０】さらに圧電体バイモルフを用いたカンチレ
バー型プローブが提案されている（ＵＳＰ Ｎｏ．４，
９１２，８２２）。以下このカンチレバー型プローブの
製造方法について図５を用いて説明する。Further, a cantilever probe using a piezoelectric bimorph has been proposed (USP No. 4,
912, 822). Hereinafter, a method for manufacturing the cantilever probe will be described with reference to FIG.

【００１１】まずシリコン基板２１上に形成された保護
層２２の裏面の一部に開口部を設け、しかる後にＫＯＨ
水溶液を用いた異方性エッチングにより、シリコンメン
ブレン２３を形成する（図５（ａ））。次に金属電極２
４，２６，２８と圧電体２５，２７の積層構造から成る
圧電体バイモルフを保護層２２上に形成する（図５
（ｂ））。次にリフトオフ層２９を該圧電バイモルフ上
を含めた基板上に形成した後、該圧電体バイモルフ上に
開口部を形成する。続いて、プローブ材料３０を蒸着に
より形成する（図５（ｃ））。次にリフトオフ層２９を
溶解して不用のプローブ材料３０を除去することによ
り、プローブ３１を得る。続いて、保護膜３２を表面に
形成する（図５（ｄ））。次に裏面方向からプラズマエ
ッチングを行い、シリコンメンブレン２３を除去し、続
いて保護層３２を除去することでカンチレバー型プロー
ブを製造している（図５（ｅ））。First, an opening is provided in a part of the back surface of the protective layer 22 formed on the silicon substrate 21, and then KOH
The silicon membrane 23 is formed by anisotropic etching using an aqueous solution (FIG. 5A). Next, metal electrode 2
Piezoelectric bimorphs having a laminated structure of piezoelectric elements 4, 26, 28 and piezoelectric elements 25, 27 are formed on protective layer 22 (FIG. 5).
(B)). Next, after forming the lift-off layer 29 on the substrate including the piezoelectric bimorph, an opening is formed on the piezoelectric bimorph. Subsequently, the probe material 30 is formed by vapor deposition (FIG. 5C). Next, the probe 31 is obtained by dissolving the lift-off layer 29 and removing the unnecessary probe material 30. Subsequently, a protective film 32 is formed on the surface (FIG. 5D). Next, plasma etching is performed from the back side to remove the silicon membrane 23, and subsequently, the protective layer 32 is removed to manufacture a cantilever probe (FIG. 5E).

【００１２】この様に作製されたカンチレバー型プロー
ブは プローブが圧電変位素子上に形成されているた
め、プローブ位置をＸ，Ｙ，Ｚの３次元的に移動させる
ことができる。 半導体製造プロセス技術を用いて形
成されるため小型化及びマルチ化が容易であり、さらに
大量生産も可能である。というような利点がある。In the cantilever-type probe manufactured as described above, since the probe is formed on the piezoelectric displacement element, the probe position can be moved three-dimensionally in X, Y, and Z directions. Since the semiconductor device is formed using a semiconductor manufacturing process technology, miniaturization and multiplexing are easy, and mass production is possible. There are such advantages.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示す従来のプローブ製造法ではリフトオフ層にフォトレ
ジスト等の有機材料、又はＡｌ₂Ｏ₃等を用い、マスク開
口部下のリフトオフ層の加工方法としては等方性エッチ
ングにより加工し、アンダーカットを生じさせている。
しかしこの方法ではエッチングむらのためアンダーカッ
トを制御するのは難しく、特にリフトオフ層にフォトレ
ジストを用い、アセトンで加工する場合には加工時間が
数秒と短いため、アンダーカットを制御するのは困難で
あった。このためプローブを形成する際にアンダーカッ
トが小さいとプローブ下にレジストが残り、リフトオフ
時にプローブも除去されてたり、またアンダーカットが
大きいとマスク層が湾曲し、開口部の高さ位置が変化す
るため、プローブの高さ、形状がバラツクという問題が
あった。However, in the conventional probe manufacturing method shown in FIG. 2, an organic material such as a photoresist or Al ₂ O ₃ is used for the lift-off layer, and the lift-off layer below the mask opening is processed. Are processed by isotropic etching to cause undercut.
However, in this method, it is difficult to control the undercut due to uneven etching. In particular, when using a photoresist for the lift-off layer and processing with acetone, the processing time is as short as several seconds, so it is difficult to control the undercut. there were. For this reason, when forming the probe, if the undercut is small, the resist remains under the probe, and the probe is also removed at the time of lift-off, or if the undercut is large, the mask layer is curved, and the height position of the opening changes. Therefore, there is a problem that the height and shape of the probe vary.

【００１４】一方、図５に示す従来のカンチレバー型プ
ローブの製造方法において、この製造工程順序は重要で
ある。というのは先にシリコンメンブレンを除去し、圧
電バイモルフからなるカンチレバーを形成した後にプロ
ーブ形成を行う場合には、カンチレバーは厚さがたかだ
か１〜２μｍの片持ち梁形状となっているため、その先
端にプローブ用の開口部を形成することは極めて困難だ
からである。そこで従来例の様にプローブ形成後にシリ
コンメンブレンを除去しカンチレバー型プローブを製造
している。しかしながらこの場合には以下の様な問題点
があった。 プローブの保護が有機材料等の比較的軟
らかい材料で行われていたため、後工程であるプラズマ
エッチング時にプローブが損傷、又は変形する場合があ
った。これはプラズマエッチング時にプローブの形成さ
れた面をエッチング装置の陰極電極上に設置するために
生じていた。 プローブに直接、保護膜が形成される
ため、後で保護膜を除去する時に完全に除去することが
困難であったため、プローブが汚染されプローブの特性
を劣化させていた。On the other hand, in the conventional method of manufacturing the cantilever probe shown in FIG. 5, the order of the manufacturing steps is important. This is because when the silicon membrane is first removed and a probe is formed after forming a piezoelectric bimorph cantilever, the cantilever has a cantilever shape with a thickness of at most 1 to 2 μm. This is because it is extremely difficult to form an opening for a probe at a time. Therefore, a cantilever probe is manufactured by removing the silicon membrane after forming the probe as in the conventional example. However, in this case, there are the following problems. Since the protection of the probe is performed by a relatively soft material such as an organic material, the probe may be damaged or deformed at the time of plasma etching which is a later process. This has occurred because the surface on which the probe was formed was placed on the cathode electrode of the etching apparatus during plasma etching. Since the protective film is formed directly on the probe, it is difficult to completely remove the protective film later when removing the protective film, so that the probe is contaminated and the characteristics of the probe are deteriorated.

【００１５】本発明の目的は上述の従来技術の問題点に
鑑みなされたものであって、プローブを再現性よく形成
でき、且つマルチ化した場合に形状のそろったプローブ
が得られる微小プローブの製造方法を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is intended to manufacture a microprobe capable of forming a probe with good reproducibility and obtaining a well-formed probe when multiplied. It is to provide a method.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の微小プ
ローブ製造方法によれば、リフトオフ層にポジ型フォト
レジストを用い、斜め露光を用いたフォトリソグラフィ
により、リフトオフ層の開口部を逆テーパー形状に形成
するものである。ここでフォトマスクとなるマスク層は
リフトオフ層上に形成されているため、容易に斜め露光
が任意の角度で行える。さらにフォトリソグラフィーを
用いることにより、リフトオフ層の開口部の形状を容易
に制御できるようにしたものである。According to the microprobe manufacturing method of the present invention, a positive type photoresist is used for a lift-off layer, and the opening of the lift-off layer is formed into an inverse taper shape by photolithography using oblique exposure. It is formed in. Here, since the mask layer serving as a photomask is formed on the lift-off layer, oblique exposure can be easily performed at an arbitrary angle. Further, by using photolithography, the shape of the opening of the lift-off layer can be easily controlled.

【００１７】すなわち、本発明の特徴とするところは、
ＳＴＭの原理を利用した記録再生装置で用いられるマル
チ化された微小プローブの製造方法において、基板上
に、ポジ型フォトレジストを用いたリフトオフ層を形成
する第１の工程と、前記リフトオフ層上に開口部を有す
るマスク層を形成する第２の工程と、前記開口部を介し
て斜め露光することにより、前記リフトオフ層を感光さ
せ、その後現像により前記開口部下に逆テーパーパター
ンを形成する第３の工程と、前記工程により得られた構
造体上にプローブ材料を堆積する第４の工程と、前記基
板上のリフトオフ層を除去する第５の工程とを備える微
小プローブの製造方法である。That is, the features of the present invention are as follows:
In a method for manufacturing a multi-layered microprobe used in a recording / reproducing apparatus using the principle of STM, a first step of forming a lift-off layer using a positive photoresist on a substrate; A second step of forming a mask layer having an opening, and a third step of exposing the lift-off layer by oblique exposure through the opening to form a reverse tapered pattern below the opening by development. A microprobe manufacturing method comprising: a step; a fourth step of depositing a probe material on the structure obtained in the step; and a fifth step of removing a lift-off layer on the substrate.

【００１８】続いて図面を用いて本発明を説明する。図
１は本発明の微小プローブの製造工程図である。Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a manufacturing process diagram of the microprobe of the present invention.

【００１９】図１（ａ）において、先ず支持体１を用意
する。該支持体１は表面凹凸の小さい材料が好ましく、
例えば＃７０５９フュージョン、溶融石英さらには表面
を研磨した＃７０５９、石英、シリコンウェハー等を用
いることができる。また駆動機構を有する基板、例えば
ＰＬＺＴ圧電体、基板に形成された圧電素子、さらには
静電力を用いた片持ち梁（カンチレバー）及び両持ち梁
等を用いることができる。次に支持体１上にプローブ引
き出し電極２を形成する。該プローブ引き出し電極２は
トンネル電流を取り出す配線であるから高導電性を有し
ていれば良い。次にプローブ引き出し電極２上にリフト
オフ層３を形成する。該リフトオフ層３としてはポジ型
フォトレジストを用いて、感光性を失わない条件でベー
キングをする必要がある。次にマスク層４をリフトオフ
層３上に形成する。該マスク層４は後工程でフォトマス
クとしての役割りがあるため、紫外線を通さない金属材
料が好ましい。次にマスク層４上にレジスト層５を形成
する。該レジスト層５のベーキング条件としては、リフ
トオフ層のベーキング温度以下とすることが好ましい。In FIG. 1A, first, a support 1 is prepared. The support 1 is preferably made of a material having a small surface unevenness.
For example, # 7059 fusion, fused quartz, and # 7059 whose surface is polished, quartz, a silicon wafer, or the like can be used. In addition, a substrate having a drive mechanism, for example, a PLZT piezoelectric body, a piezoelectric element formed on the substrate, a cantilever using electrostatic force, a cantilever, or the like can be used. Next, a probe lead electrode 2 is formed on the support 1. Since the probe lead-out electrode 2 is a wiring for extracting a tunnel current, the probe lead-out electrode 2 only needs to have high conductivity. Next, a lift-off layer 3 is formed on the probe extraction electrode 2. It is necessary to use a positive photoresist as the lift-off layer 3 and perform baking under conditions that do not lose photosensitivity. Next, a mask layer 4 is formed on the lift-off layer 3. Since the mask layer 4 functions as a photomask in a later step, a metal material that does not transmit ultraviolet light is preferable. Next, a resist layer 5 is formed on the mask layer 4. The baking conditions for the resist layer 5 are preferably lower than the baking temperature of the lift-off layer.

【００２０】続いて図１（ｂ）において、レジスト層５
をフォトリソグラフィーを用いてパターニングし、露出
したマスク層４をエッチング除去する。しかる後、支持
体を露光光源に対して傾斜させ、回転させながら全面を
露光させることによりマスク開口部下を感光させる。尚
ここでは支持体を回転させながら露光しているが、多方
向から露光を行っても同様の効果が得られる。Subsequently, in FIG. 1B, a resist layer 5
Is patterned using photolithography, and the exposed mask layer 4 is removed by etching. Thereafter, the support is tilted with respect to the exposure light source, and the entire surface is exposed while rotating to expose the area under the mask opening. Here, the exposure is performed while rotating the support, but the same effect can be obtained by performing the exposure from multiple directions.

【００２１】続いて図１（ｃ）において、感光部分の現
像を行うことにより、露光入射角に対応した逆テーパー
形状の開口部が得られる。またレジスト層５も同様に除
去される。尚、ここでは斜め露光と現像により逆テーパ
ー形状を得ているが、露光入射角が深く（基板面に対し
て平行に近い角度）なった場合には開口部直下が感光さ
れないことが生じるため、一度基板面に対して垂直方向
から露光し感光させた方が良い。Subsequently, in FIG. 1C, by developing the photosensitive portion, an opening having a reverse taper shape corresponding to the exposure incident angle is obtained. In addition, the resist layer 5 is similarly removed. Note that, here, an inverse tapered shape is obtained by oblique exposure and development, but if the incident angle of exposure is deep (an angle close to parallel to the substrate surface), the portion immediately below the opening may not be exposed, It is better to expose and expose the substrate surface once from the vertical direction.

【００２２】続いて図１（ｄ）において、支持体を回転
させながら、斜め蒸着により、プローブ材料８を形成す
る。該形成方法としては従来公知の薄膜形成技術で充分
であるが、リフトオフ法によりプローブを形成するた
め、蒸着時に方向性の高い方法が好ましい。例えば真空
蒸着法、イオンビームスパッタ法等が挙げられる。更に
プローブ材料８としては酸化しにくい、高導電性の材料
が好ましく、例えばプラチナ、金、パラジウム等が挙げ
られる。さらに好ましくは硬い材料であるＷＣ，ＴｉＣ
等が良い。Subsequently, in FIG. 1D, a probe material 8 is formed by oblique deposition while rotating the support. As the formation method, a conventionally known thin film formation technique is sufficient. However, since a probe is formed by a lift-off method, a method having high directivity at the time of vapor deposition is preferable. For example, a vacuum deposition method, an ion beam sputtering method, and the like can be given. Further, the probe material 8 is preferably a highly conductive material that does not easily oxidize, such as platinum, gold, and palladium. WC, TiC, which are more preferably hard materials
Etc. are good.

【００２３】続いて図１（ｅ）において、リフトオフ層
３を有機溶剤等を用いて除去することにより、プローブ
９が形成される。Subsequently, in FIG. 1E, the probe 9 is formed by removing the lift-off layer 3 using an organic solvent or the like.

【００２４】以下、図面を参照しつつカンチレバー型プ
ローブの製造方法を説明する。図３は各製造工程の断面
図である。Hereinafter, a method for manufacturing a cantilever probe will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a sectional view of each manufacturing process.

【００２５】まず図３（ａ）において、シリコン基板２
１上に保護層２２を形成し、続いてフォトエッチングに
より該保護層２２に開口部を設けた後、異方性エッチン
グにより露出したシリコンを途中まで加工しシリコンメ
ンブレンを形成する。尚該保護層２２としては、該シリ
コン基板２１と選択的にエッチング可能な材料、例えば
窒化シリコン、酸化シリコン等が適用できる。また異方
性エッチングのエッチング液としては、基板の結晶方位
によりエッチング速度が異なる液、例えば水酸化カリウ
ム水溶液、アンモニア水、ヒドラジン、エチレンジアミ
ンとピロカテコールの水溶液等が適用できる。First, in FIG. 3A, the silicon substrate 2
After forming a protective layer 22 on the substrate 1 and subsequently providing an opening in the protective layer 22 by photoetching, the silicon exposed by anisotropic etching is processed halfway to form a silicon membrane. As the protective layer 22, a material that can be selectively etched with the silicon substrate 21, for example, silicon nitride, silicon oxide, or the like can be used. As an etching solution for anisotropic etching, a solution having an etching rate different depending on the crystal orientation of the substrate, for example, an aqueous solution of potassium hydroxide, aqueous ammonia, hydrazine, or an aqueous solution of ethylenediamine and pyrocatechol can be used.

【００２６】次に図３（ｂ）において、該保護層２２上
に下電極２４を形成後、圧電体２５、中電極２６、圧電
体２７、上電極２８を順次形成し圧電バイモルフを形成
する。尚、該上、中、下電極は圧電体の駆動用電極であ
り、Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ等の金属を堆積させて形成され
る。また圧電体５，７としてはＺｎＯ，ＡｌＮ等の圧電
材料を用い、マグネトロンスパッタ等によりＣ軸配向の
膜を形成する。Next, in FIG. 3B, after a lower electrode 24 is formed on the protective layer 22, a piezoelectric body 25, a middle electrode 26, a piezoelectric body 27, and an upper electrode 28 are sequentially formed to form a piezoelectric bimorph. The upper, middle, and lower electrodes are driving electrodes for the piezoelectric body, and are formed by depositing a metal such as Al, Au, or Cr. Further, as the piezoelectric bodies 5 and 7, a piezoelectric material such as ZnO or AlN is used, and a C-axis oriented film is formed by magnetron sputtering or the like.

【００２７】次に図３（ｃ）において、リフトオフ層２
９を該圧電バイモルフを含む基板上に形成し、その後該
圧電バイモルフ上に開口部を形成する。尚リフトオフ層
２９としてはフォトレジスト材料であるＲＤ−２０００
Ｎ（日立化成製）や有機材料上に形成された無機材料の
２層構成等の逆テーパー形状又は下層のアンダーカット
などにより開口部を形成する。続いて該リフトオフ層２
９上にプローブ材料を蒸着等により堆積させる。この時
蒸着に伴い開口部径が徐々に小さくなるため、開口部下
に円錐状の突起が形成されることを利用している。尚こ
の方法は従来公知の技術である。また該プローブ材料と
しては貴金属及び貴金属合金又はＷＣ，ＴｉＣ等の金属
炭化物を適用できる。Next, in FIG. 3C, the lift-off layer 2
9 is formed on the substrate including the piezoelectric bimorph, and then an opening is formed on the piezoelectric bimorph. The lift-off layer 29 is made of RD-2000 which is a photoresist material.
The opening is formed by a reverse taper shape such as N (manufactured by Hitachi Chemical) or an inorganic material formed on an organic material, or a lower layer undercut. Then, the lift-off layer 2
A probe material is deposited on the substrate 9 by vapor deposition or the like. At this time, since the diameter of the opening gradually decreases with the evaporation, the fact that a conical projection is formed below the opening is used. This method is a conventionally known technique. As the probe material, a noble metal and a noble metal alloy or a metal carbide such as WC and TiC can be applied.

【００２８】次に図３（ｄ）において、シリコンメンブ
レン２３を裏面よりエッチングしシリコンメンブレン２
３を除去し、さらにリフトオフ層２９を除去することに
よりカンチレバー型プローブを製造する。以上の製造工
程に係る薄膜の作製方法は従来公知の技術、例えば半導
体産業で一般に用いられている真空蒸着法やスパッタ
法、化学気相成長法などの薄膜作製技術やフォトリソグ
ラフ技術およびエッチング技術を適用することができ、
その作製方法は本発明を制限するものではない。Next, in FIG. 3 (d), the silicon membrane 23 is etched from
3 and the lift-off layer 29 are further removed to manufacture a cantilever probe. The method for producing a thin film according to the above-described manufacturing process is based on a conventionally known technique, for example, a thin film production technique such as a vacuum deposition method or a sputtering method generally used in the semiconductor industry, a chemical vapor deposition method, etc. Can be applied,
The manufacturing method does not limit the present invention.

【００２９】[0029]

【実施例】以下、本発明の実施例にてさらに具体的に説
明する。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.

【００３０】実施例１ 微小プローブの製造を実施した。製造工程は図１に沿っ
ている。 Example 1 A microprobe was manufactured. The manufacturing process is in accordance with FIG.

【００３１】先ず図１（ａ）に示すように支持体１上に
厚さ１００ｎｍの金蒸着膜をパターニングし、プローブ
引き出し電極２を形成する。続いてポジ型フォトレジス
トＡＺ４６２０（ヘキスト社製）をスピナーによって塗
布し、更に１００℃，３０分でプリベークを行いリフト
オフ層３を形成した。スピナーの回転数は５０００ｒｐ
ｍとし、この時得られたレジスト膜厚は６．０μｍであ
った。続いてリフトオフ層３上に厚さ３００ｎｍのアル
ミニウム蒸着膜を形成しマスク層４とした。続いて、マ
スク層４上にポジ型フォトレジストＡＺ１３７０（ヘキ
スト社製）をスピナーによって塗布し、更に８０℃，１
５分でプリベークを行い、膜厚１．３μｍのレジスト層
５を形成した。First, as shown in FIG. 1A, a 100 nm-thick gold vapor-deposited film is patterned on a support 1 to form a probe leading electrode 2. Subsequently, a positive photoresist AZ4620 (manufactured by Hoechst) was applied by a spinner, and further prebaked at 100 ° C. for 30 minutes to form a lift-off layer 3. Spinner rotation speed is 5000rpm
m, and the resist film thickness obtained at this time was 6.0 μm. Subsequently, a 300 nm-thick aluminum vapor-deposited film was formed on the lift-off layer 3 to form a mask layer 4. Subsequently, a positive photoresist AZ1370 (manufactured by Hoechst) is applied on the mask layer 4 by a spinner.
Pre-baking was performed in 5 minutes to form a resist layer 5 having a thickness of 1.3 μm.

【００３２】次に図１（ｂ）に示すように微小プローブ
を形成しようとする領域に対して紫外線光を照射、レジ
スト層５を露光し現像処理によって露光部分のレジスト
を除去した。この時現像液にはＭＩＦ−３１２（ヘキス
ト社製）を水で半分に希釈したものを用い、現像時間を
３０秒とした。さらに露出したＡｌをりん酸系のエッチ
ャントでエッチングし、マスク開口部６を形成した。続
いて紫外線光源に対して基板面を１５°傾斜させ、基板
を回転させながら、紫外線７を全面に照射した。この
時、露光装置にはＭＡ−１０（ミカサ製）を用い、露光
時間を４０秒とした。Next, as shown in FIG. 1B, the region where the microprobe was to be formed was irradiated with ultraviolet light, the resist layer 5 was exposed, and the exposed portion of the resist was removed by a developing process. At this time, a developer obtained by diluting MIF-312 (manufactured by Hoechst) in half with water was used, and the developing time was 30 seconds. Further, the exposed Al was etched with a phosphoric acid-based etchant to form a mask opening 6. Subsequently, the substrate surface was inclined by 15 ° with respect to the ultraviolet light source, and the entire surface was irradiated with ultraviolet light 7 while rotating the substrate. At this time, MA-10 (manufactured by Mikasa) was used as the exposure apparatus, and the exposure time was 40 seconds.

【００３３】次に図１（ｃ）に示すように現像処理を行
い、リフトオフ層３に逆テーパー形状の開口部を形成し
た。この時、現像液にはＡＺデベロッパー（ヘキスト社
製）を用い、現像時間は６０秒とした。Next, as shown in FIG. 1 (c), a developing process was performed to form an inverse tapered opening in the lift-off layer 3. At this time, AZ developer (manufactured by Hoechst) was used as a developing solution, and the developing time was 60 seconds.

【００３４】次に図１（ｄ）に示すように、係る形状の
構造体上に、プローブ材料８として金を蒸着した。蒸着
は基板を回転させた状態で、斜め方向（基板鉛直方向に
対して１５°方向）から行った。該蒸着によってプロー
ブ材料８がマスク開口部６下の基板１上に成長すると同
時にマスク層４上にも成長し、蒸着の進行とともにマス
ク開口部６の面積が減少した。Next, as shown in FIG. 1D, gold was deposited as a probe material 8 on the structure having such a shape. The vapor deposition was performed in an oblique direction (15 ° with respect to the vertical direction of the substrate) while the substrate was rotated. As a result of the vapor deposition, the probe material 8 grew on the substrate 1 under the mask opening 6 and also on the mask layer 4, and the area of the mask opening 6 decreased as the vapor deposition progressed.

【００３５】更に図１（ｅ）に示すようにリフトオフに
より、不用部分を除去し、先端の尖ったプローブ９を得
た。この時リフトオフにはアセトンを用い、超音波洗浄
により、リフトオフ層３を溶解した。Further, as shown in FIG. 1E, unnecessary portions were removed by lift-off, and a probe 9 having a sharp tip was obtained. At this time, acetone was used for lift-off, and the lift-off layer 3 was dissolved by ultrasonic cleaning.

【００３６】次に上述した方法により作製した微小プロ
ーブをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ、
先端が鋭利に形成されているプローブを確認した。尚プ
ローブ形状は底部の直径６μｍ、高さ６．５μｍであ
り、先端曲率半径は０．０６μｍであった。Next, the microprobe produced by the above-described method was observed with a scanning electron microscope (SEM).
A probe having a sharp tip was confirmed. The probe had a bottom diameter of 6 μm, a height of 6.5 μm, and a tip radius of curvature of 0.06 μm.

【００３７】実施例２ プローブをマルチにし、プローブ材料をＴｉＣに変更し
た以外は全て実施例１と同様にしてプローブを作製し
た。尚ＴｉＣの成膜にはイオンビームスパッタを用い
た。プローブ数はマトリックス状に配置し、２５個とし
た。尚プローブ間のピッチは２０μｍとし、開口径は４
μｍとした。こうして形成したプローブをＳＥＭで観察
したところ、プローブ形状は底部の直径６μｍ±０．２
μｍ、高さ６．４μｍ±０．１μｍ、先端曲率半径は
０．０５μｍ±０．０２μｍのバラツキ内に収ってお
り、マルチにした場合に形状のそろったプローブが得ら
れる事が判った。 Example 2 A probe was prepared in the same manner as in Example 1 except that the probe was multi-piece and the probe material was changed to TiC. The TiC film was formed by ion beam sputtering. The number of probes was arranged in a matrix, and 25 probes were used. The pitch between the probes is 20 μm, and the opening diameter is 4
μm. Observation of the probe thus formed by SEM revealed that the probe had a bottom diameter of 6 μm ± 0.2.
μm, the height was 6.4 μm ± 0.1 μm, and the radius of curvature of the tip was within the range of 0.05 μm ± 0.02 μm. It was found that a probe having a uniform shape could be obtained in the case of multi-layer.

【００３８】実施例３ カンチレバー型プローブの製造を実施した。製造工程は
図３に沿っている。 Example 3 A cantilever probe was manufactured. The manufacturing process is in accordance with FIG.

【００３９】まずシリコン半導体基板２１上に保護層２
２として膜厚２００ｎｍの窒化シリコン膜をＬＰ−ＣＶ
Ｄ法により形成し、続いてフォトエッチング法により該
保護層２２に開口部を設けた後、水酸化カリウム水溶液
を用いた異方性エッチングにより露出したシリコンを加
工し、厚さ３０μｍのシリコンメンブレン２３を形成し
た（図３（ａ））。First, the protective layer 2 is formed on the silicon semiconductor substrate 21.
2. A 200-nm-thick silicon nitride film as LP-CV
After forming an opening in the protective layer 22 by a photo-etching method, the exposed silicon is processed by anisotropic etching using an aqueous solution of potassium hydroxide to form a silicon membrane 23 having a thickness of 30 μm. Was formed (FIG. 3A).

【００４０】次に保護層２２上に下電極２４を形成後に
圧電体２５、中電極２６、圧電体２７、上電極２８を順
次形成し圧電バイモルフを形成した。ここで該電極には
蒸着による厚さ１００ｎｍの金を用いた。また、圧電体
には、マグネトロンスパッタ法により厚さ３００ｎｍの
ＺｎＯを用いた（図３（ｂ））。Next, after a lower electrode 24 was formed on the protective layer 22, a piezoelectric body 25, a middle electrode 26, a piezoelectric body 27, and an upper electrode 28 were sequentially formed to form a piezoelectric bimorph. Here, gold having a thickness of 100 nm was used for the electrode. As the piezoelectric body, ZnO having a thickness of 300 nm was used by a magnetron sputtering method (FIG. 3B).

【００４１】次にリフトオフ層２９としてＲＤ−２００
０Ｎフォトレジスト（日立化成製）を２．０μｍ全面に
塗布し、フォトリソグラフィー法によりφ２μｍの開口
部を形成した。続いて該リフトオフ層２９上にプローブ
材料としてパラジウムを蒸着により、３μｍ堆積させ
た。尚この時に開口部にプローブ３１が形成された（図
３（ｃ））。Next, RD-200 is used as the lift-off layer 29.
0N photoresist (manufactured by Hitachi Chemical) was applied to the entire surface of 2.0 μm, and an opening of φ2 μm was formed by photolithography. Subsequently, 3 μm of palladium was deposited as a probe material on the lift-off layer 29 by vapor deposition. At this time, the probe 31 was formed in the opening (FIG. 3C).

【００４２】次にプラズマエッチングによりシリコンメ
ンブレン２３を加工したのち、リフトオフ層２９をアセ
トンで除去することにより、カンチレバー型プローブを
製造した（図３（ｄ））。Then, after processing the silicon membrane 23 by plasma etching, the lift-off layer 29 was removed with acetone to produce a cantilever probe (FIG. 3D).

【００４３】以上の様にして作製したカンチレバー型プ
ローブを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した
ところ、プローブは高さ３μｍ、底部の直径２．８μｍ
の円錐形状であった。またプローブ先端の変形は生じて
いなかった。さらに該カンチレバー型プローブをＳＴＭ
装置に組み込み評価を行った。図４はＳＴＭ装置のブロ
ック図であり、図中２０１はバイアス印加用電源、２０
２はトンネル電流増幅回路、２０３はカンチレバー駆動
用ドライバ、２０４はカンチレバー、２０５はプロー
ブ、２０６はサンプルである。ここでプローブ２０５と
サンプル２０６との間を流れるトンネル電流Ｉｔを検出
し、Ｉｔが一定となるようにフィードバックをかけ、カ
ンチレバーを駆動し、プローブ２０５とサンプル２０６
との間隔を一定に、保っている。ここでサンプルにはＨ
ＯＰＧ基板を用い、バイアス電流１ｎＡ，スキャンエリ
ア１００Å×１００Åで観察したところ、良好な原子像
を再現性良く得ることができた。このことからプローブ
がレジスト残渣等の汚染を受けていないことが確認でき
た。Observation of the cantilever-type probe manufactured as described above using a scanning electron microscope (SEM) revealed that the probe had a height of 3 μm and a bottom diameter of 2.8 μm.
In the shape of a cone. Also, no deformation of the probe tip occurred. Further, the cantilever type probe is replaced with an STM.
It was incorporated into the device and evaluated. FIG. 4 is a block diagram of the STM device.
Reference numeral 2 denotes a tunnel current amplifier circuit, 203 denotes a cantilever driver, 204 denotes a cantilever, 205 denotes a probe, and 206 denotes a sample. Here, the tunnel current It flowing between the probe 205 and the sample 206 is detected, feedback is applied so that It becomes constant, the cantilever is driven, and the probe 205 and the sample 206 are driven.
The distance between them is kept constant. Here the sample is H
Observation was performed using an OPG substrate at a bias current of 1 nA and a scan area of 100 ° × 100 °. As a result, a good atomic image was obtained with good reproducibility. This confirmed that the probe was not contaminated by resist residues and the like.

【００４４】実施例４ リフトオフ層２９以外は実施例３と全く同様の製造方法
でカンチレバー型プローブを形成した。この時リフトオ
フ層２９としては、ポジ型フォトレジストＡＺ４６２０
（ヘキスト社製）を５μｍ厚に塗布した上にアルミニウ
ムを３００ｎｍ厚形成し、アルミニウムにフォトエッチ
ング法で開口部を形成したのち、露出したＡＺ４６２０
を等方的に加工したものを用いた。またプローブ材料に
は厚さ６μｍのパラジウムとし、リフトオフにはアセト
ンを用いた。 Example 4 A cantilever probe was formed in exactly the same manner as in Example 3 except for the lift-off layer 29. At this time, a positive type photoresist AZ4620 is used as the lift-off layer 29.
(Hoechst) was applied to a thickness of 5 μm, aluminum was formed to a thickness of 300 nm, an opening was formed in the aluminum by a photoetching method, and then the exposed AZ4620 was formed.
What was processed isotropically was used. Palladium having a thickness of 6 μm was used as a probe material, and acetone was used for lift-off.

【００４５】以上の様に作製したカンチレバー型プロー
ブをＳＥＭで観察したところ、プローブは高さ５．５μ
ｍ、底部の直径４μｍに形成されており、先端部の変形
は生じていなかった。さらに実施例３と同様にＳＴＭに
組み込んで評価したところ、実施例３と同等の結果を得
た。When the cantilever-type probe prepared as described above was observed by SEM, the probe was 5.5 μm in height.
m and a diameter of 4 μm at the bottom, and no deformation at the tip. Further, the evaluation was performed by incorporating the STM into the STM in the same manner as in Example 3. As a result, a result equivalent to that of Example 3 was obtained.

【００４６】[0046]

【発明の効果】以上説明したように本発明の微小プロー
ブ製造方法によれば、リフトオフ層の開口部を斜め露光
を用いたフォトリソグラフィーにより形成するため、開
口部形状を再現性よく制御できる様になった。このこと
から微小プローブを再現性よく形成でき、且つマルチ化
した場合に形状のそろったプローブが得られるという効
果がある。As described above, according to the microprobe manufacturing method of the present invention, since the opening of the lift-off layer is formed by photolithography using oblique exposure, the shape of the opening can be controlled with good reproducibility. became. From this, there is an effect that a microprobe can be formed with good reproducibility, and a probe having a uniform shape can be obtained when the probe is multiplied.

【００４７】また、カンチレバー型プローブの製造方法
では、プローブ材料の堆積後に形成されたリフトオフ層
のプローブ材料を保護膜として用いることにより以下の
効果が得られる。 プローブがプローブ材料により保
護されているため、後工程での損傷、変形が生じにくい
ことにより、歩留りが向上する。 プローブに直接保
護層が形成されないため、プローブ表面を汚染しなくな
り、ＳＴＭプローブに用いた場合特性が向上する。
新たに保護膜を形成しないで済むため、製造工程の短縮
が図れる。In the method of manufacturing the cantilever probe, the following effects can be obtained by using the probe material of the lift-off layer formed after the deposition of the probe material as a protective film. Since the probe is protected by the probe material, damage and deformation in the subsequent steps are less likely to occur, thereby improving the yield. Since the protective layer is not directly formed on the probe, the surface of the probe is not contaminated, and the characteristics are improved when used for an STM probe.
Since a new protective film need not be formed, the manufacturing process can be shortened.

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

【図１】本発明の微小プローブの製造工程図を示す。FIG. 1 shows a manufacturing process diagram of a microprobe of the present invention.

【図２】従来の微小プローブの製造工程図を示す。FIG. 2 shows a manufacturing process diagram of a conventional microprobe.

【図３】カンチレバー型プローブの製造工程図を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process diagram of a cantilever probe.

【図４】ＳＴＭ装置のブロック図を示す。FIG. 4 shows a block diagram of an STM device.

【図５】従来のカンチレバー型プローブの製造工程図を
示す。FIG. 5 shows a manufacturing process diagram of a conventional cantilever probe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 支持体 ２ プローブ引き出し電極 ３ リフトオフ層 ４ マスク層 ５ レジスト層 ６ マスク開口部 ７ 紫外線 ８ プローブ材料 ９ プローブ ２１ 基板 ２２ 保護層 ２３ シリコンメンブレン ２４ 下電極 ２５ 圧電体 ２６ 中電極 ２７ 圧電体 ２８ 上電極 ２９ リフトオフ層 ３０ プローブ材料 ３１ プローブ ３２ 保護膜 ２０１ バイアス印加用電源 ２０２ トンネル電流増幅回路 ２０３ カンチレバー駆動用ドライバ ２０４ カンチレバー ２０５ プローブ ２０６ サンプル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support body 2 Probe extraction electrode 3 Lift-off layer 4 Mask layer 5 Resist layer 6 Mask opening 7 Ultraviolet 8 Probe material 9 Probe 21 Substrate 22 Protective layer 23 Silicon membrane 24 Lower electrode 25 Piezoelectric 26 Medium electrode 27 Piezoelectric 28 Upper electrode 29 lift-off layer 30 probe material 31 probe 32 protective film 201 power supply for bias application 202 tunnel current amplifier circuit 203 driver for cantilever drive 204 cantilever 205 probe 206 sample

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 優 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 平井 裕 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−311702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−4928（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−263142（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 9/00 H01L 21/306 H01L 21/302 H01L 21/66 H01J 37/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yu Nakayama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Hiroshi Hirai 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-2-311702 (JP, A) JP-A-58-4928 (JP, A) JP-A-4-263142 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB name) G11B 9/00 H01L 21/306 H01L 21/302 H01L 21/66 H01J 37/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ＳＴＭの原理を利用した記録再生装置で
用いられるマルチ化された微小プローブの製造方法にお
いて、 基板上に、ポジ型フォトレジストを用いたリフトオフ層
を形成する第１の工程と、 前記 リフトオフ層上に開口部を有するマスク層を形成す
る第２の工程と、 前記開口部を介して斜め露光することにより、前記 リフ
トオフ層を感光させ、その後現像により前記開口部下に
逆テーパーパターンを形成する第３の工程と、 前記工程により得られた構造体上にプローブ材料を堆積
する第４の工程と、 前記基板上のリフトオフ層を除去する第５の工程とを備
える ことを特徴とする微小プローブの製造方法。(1)With a recording / reproducing device using the principle of STM
Used multipliedFor micro probe manufacturing methodYou
Stay, Lift-off layer using positive photoresist on substrate
A first step of forming Said Forming a mask layer with an opening on the lift-off layerYou
A second step, By obliquely exposing through the opening, the Riff
To expose the top-off layer and then developSaidBelow the opening
Form a reverse taper patternA third step; Probe material is deposited on the structure obtained by the above process
A fourth step, A fifth step of removing a lift-off layer on the substrate.
Get A method for producing a microprobe, characterized in that: