JPH09229946A - Minute tip for detecting tunnel current and/or minute force, probe having minute tip thereof and manufacture thereof - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the productivity and reduce the manufacturing cost by making it possible to reuse a negative form. SOLUTION: This minute tip for detecting tunnel current and/or minute power has a minute-tip holding part 52, which is formed on a substrate 1 and provided on a bonding layer 7 comprising metal and a minute-tip end part 51 comprising nonmetal single crystal mounted on the holding part 52. Furthermore, the minute tip for detecting the tunnel current and/or minute power is manufactured by forming a minute-tip material layer, wherein the holding part and the minute-tip end part 51 comprising the nonmetal single crystal are arranged on the holding part 52, on a releasing layer 4 of the first substrate 1 that in one substrate, and transferring the above described minute tip material formed on the releasing layer to the bonding layer 7 on a second substrate 8 that is the other substrate.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型トンネル電
流顕微鏡、あるいは微小な力を検出する原子間力顕微鏡
等に用いられる微小ティップ（探針）と該ティップを有
するプローブ、及びこれら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 micro tip (probe) used in a scanning tunneling current microscope or an atomic force microscope for detecting a micro force, a probe having the tip, and a method of manufacturing these. It is about.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観察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，４９，５７（１９
８２））、単結晶、非晶質を問わず実空間像を高い分解
能をもって測定することができるようになった。しかも
試料に電流による損傷を与えずに低電力で観測できる利
点も有し、更に大気中でも動作し、種々の材料に対して
用いることができるので、今後広範囲な応用が期待され
ている。かかるＳＴＭは金属のティップと導電性物質間
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あり、かつ指数関数的に変化す
るので、トンネル電流を一定に保つようにティップを走
査することにより実空間の表面構造を原子オーダーの分
解能で観察することができる。このＳＴＭを用いた解析
の対象物は導電性材料に限られていたが、導電性材料の
表面に薄く形成された絶縁層の構造解析にも応用され始
めている。更に、上述の装置、手段は微小電流を検知す
る方法を用いているため、媒体に損傷を与えず、かつ低
電力で観測できる利点をも有する。また、大気中での作
動も可能であるため、ＳＴＭの手法を用いて、半導体あ
るいは高分子材料等の原子オーダー、分子オーダーの観
察評価、微細加工（Ｅ．Ｅ．Ｅｈｒｉｃｈｓ，Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／Ｓｐ
ｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，”８９，Ｓ１３−３）、及び情
報記録再生装置等のさまざまな分野への応用が研究され
ている。例えば、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ＳＴＭのティップの
先端部の曲率半径が小さいことが要求されている。また
同時に、記録再生システムの機能向上、特に高速化の観
点から、多数のプローブを同時に駆動すること（ティッ
プのマルチ化）が提案されているが、このために同一の
基板上に特性や高さのそろったティップを作製すること
が必要となる。また、原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと
略す）によれば物質の表面に働く斥力、引力を検知する
ため導体、絶縁体を問わず試料表面の凹凸像が測定でき
る。このＡＦＭには片持ち梁（カンチレバー）形状の弾
性体の自由端に微小ティップを形成したものが用いられ
ておりＳＴＭと同様に微小ティップの先端部の曲率半径
が小さいことが要求されている。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.
(Abbreviated as M) was developed (G. Binnig et a
l. , Phys. ReV. Lett, 49, 57 (19
82)), real space images can be measured with high resolution irrespective of single crystal or amorphous. Moreover, it has the advantage that it can be observed at low power without damaging the sample due to electric current, and it can also be used in various materials because it operates in the atmosphere and can be used for various materials. Such an STM utilizes the fact that a tunnel current flows when a voltage is applied between a metal tip and a conductive material to approach a distance of about 1 nm. Since this current is very sensitive to the change in distance between the two and changes exponentially, the surface structure in real space is observed with atomic-level resolution by scanning the tip so that the tunnel current is kept constant. be able to. The object of analysis using this STM is limited to the conductive material, but it is also being applied to the structural analysis of the insulating layer thinly formed on the surface of the conductive material. Further, since the above-mentioned devices and means use the method of detecting a minute current, they have an advantage that they can be observed with low power without damaging the medium. In addition, since operation in the atmosphere is also possible, observation and evaluation of atomic order and molecular order of semiconductors or polymer materials, and fine processing (EE Ehrichs, Proc.
eatings of 4th International
nal Conference on Scannin
g tunneling Microscopy / Sp
, 89, S13-3), and applications to various fields such as information recording / reproducing devices, etc. For example, considering application to information recording / reproducing devices, in order to achieve high recording density. It is required that the radius of curvature of the tip of the STM tip is small, and at the same time, from the viewpoint of improving the function of the recording / reproducing system, in particular, increasing the speed, it is necessary to drive many probes at the same time (multiply the tip). Although it has been proposed, it is necessary to fabricate a tip with uniform characteristics and height on the same substrate for this purpose, and the atomic force microscope (AFM) will show the surface of the material. The surface of the sample can be measured regardless of conductor or insulator to detect the repulsive force and attractive force acting on the AFM. It is required curvature radius of the tip of the STM as well as micro-tip and is used as forming a Ippu small.

【０００３】従来、上記のような微小ティップの形成方
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ティッ
プが知られている（米国特許第５，２２１，４１５号明
細書）。この微小ティップの形成方法は、図１０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、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５２０、５２１を
被覆してカンチレバー（片持ち梁）及び微小ティップと
なるピラミッド状ビット５２２を形成し、カンチレバー
形状にパターニングした後、裏面の窒化シリコン５２１
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
るティップと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。Conventionally, as a method of forming such a minute tip, there is known a minute tip formed by anisotropic etching using single crystal silicon by using a semiconductor manufacturing process technique (US Pat. No. 5,221, US Pat. No. 5,221,221). 415). As shown in FIG. 10, in the method of forming the minute tip, first, a pit 518 is provided by anisotropic etching on a silicon wafer 514 covered with a mask of silicon dioxide 510, 512, and then the silicon dioxide 510, 512 is formed.
Of the silicon nitride layers 520 and 521 to form a cantilever (a cantilever) and a pyramid-shaped bit 522 to be a minute tip, and patterning into a cantilever shape is performed.
Is removed, the glass plate 530 provided with the saw cut 534 and the Cr layer 532 is bonded to the silicon nitride 520, and the silicon wafer 514 is removed by etching to form a tip and a probe made of silicon nitride transferred to the mounting block 540. It is a thing. Finally,
A metal film 542 which serves as a reflection film for the optical lever type AFM is formed on the back surface.

【０００４】また、図１１（ａ）に示されるように、た
とえば基板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板２０１をエッチングし、
サイドエッチングを利用してティップ２０３を形成する
方法（Ｏ．Ｗｏｌｔｅｒ，ｅｔ ａｌ．，”Ｍｉｃｒｏ
ｍａｃｈｉｎｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓｆ
ｏｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙ”，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９
（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ，１９９１，ｐｐ１３５３−１
３５７）、さらには図１１（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２０
６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ティップ２０
８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．， ”
Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈ
ｉｎ ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａ
ｔｈｏｄｅ ｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅ
ｓ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７．１９７６，ｐｐ
５２４８−５２６３）等がある。Further, as shown in FIG. 11A, for example, the thin film layer 202 on the substrate 201 is patterned into a circle, and the substrate 201 is etched by using the pattern as a mask.
Method of forming tip 203 using side etching (O. Wolter, et al., “Micro
machined silicon sensorsf
or scanning force microsc
opy ", J. Vac. Sci. Technol. B9.
(2), Mar / Apr, 1991, pp1353-1
357), and as shown in FIG. 11B, the resist opening 20 of the resist 205 having the inverse taper.
The conductive material 207 is vapor-deposited obliquely while rotating the substrate 204 on the substrate 6, and lifted off to obtain the tip 20.
The method proposed by Spindt et al. (CA Spindt, et al., "
Physical properties of the
in film field emission ca
theode withmollybdenum cone
s "J. Appl. Phys., 47.1976, pp.
5248-5263) and the like.

【０００５】一方、ＡＦＭのティップとして非金属の針
状結晶を用いることが特開平５−７９８３５号公報に開
示されている（図１２参照）。単結晶は結晶の面方位に
依存した一定の形状を持つ先端が得られる。特に、結晶
が鋭利な先端曲率半径を有する針状結晶の場合は、凹凸
の多い表面の観察や、高分解能の測定に有利である。図
１２においては酸化亜鉛（ＺｎＯ）のテトラポッド型結
晶を搭載したカンチレバー型プローブを示した。On the other hand, the use of a non-metallic needle crystal as a tip of an AFM is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-79835 (see FIG. 12). A single crystal has a tip with a certain shape depending on the plane orientation of the crystal. In particular, when the crystal is a needle-shaped crystal having a sharp tip curvature radius, it is advantageous for observing a surface having many irregularities and for high-resolution measurement. In FIG. 12, a cantilever type probe equipped with a tetrapod type crystal of zinc oxide (ZnO) is shown.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１０に
示したような従来例の微小ティップの形成方法は以下の
ような問題点を有していた。 （１）ティップ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）ティップ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ティッ
プ部の材料劣化、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、弾性体上に微小ティップを形成する場合
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、弾性体が反射膜の膜応力により反ってしま
う。また、図１１に示したような従来例の微小ティップ
の製造方法では以下のような問題点がある。 （４）ティップ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、形成される微小ティップの鋭利な先端を維持するの
が難しい。また、図１２に示したような従来例の微小テ
ィップの製造方法では以下のような問題点がある。 （５）所定の位置に微小ティップを載置するのが難し
い。 （６）基板あるいは弾性体表面からの微小ティップ先端
の高さを所望の大きさにするのが難しい。However, the conventional method for forming a minute tip as shown in FIG. 10 has the following problems. (1) The tip-shaped silicon substrate cannot be reused because it is removed by etching in a later step, resulting in low productivity and high manufacturing cost. (2) Since the silicon substrate which becomes the female type of the tip is etched, there is a possibility that the material of the tip portion is deteriorated by the etching solution on the probe surface, the shape is deteriorated, and the etching solution is contaminated. (3) Further, when forming the minute tip on the elastic body, since the reflective film is formed on the entire back surface of the probe in the AFM, the elastic body warps due to the film stress of the reflective film. Further, the conventional method for manufacturing a minute tip as shown in FIG. 11 has the following problems. (4) Strict process control is required to keep the silicon etching conditions, resist patterning conditions, conductive material deposition conditions, etc. when forming tips constant, and the sharp tips of the formed minute tips are maintained. Difficult to do. Further, the conventional method for manufacturing a minute tip as shown in FIG. 12 has the following problems. (5) It is difficult to place the minute tip at a predetermined position. (6) It is difficult to set the height of the tip of the minute tip from the substrate or the surface of the elastic body to a desired size.

【０００７】そこで、本発明は、上記従来技術における
課題を解決し、雌型の再利用を可能として生産性の向上
と製造コストの低減を図ることができ、エッチング液か
らの材料または形状の劣化や汚染がなく、ティップのみ
を弾性体の先端に形成することができ、プローブの裏面
に反射膜を形成する必要がなく、鋭利で安定な先端を有
する微小ティップを所定の位置に設けることができ、基
板あるいは弾性体表面からの微小ティップ先端の高さを
所望の大きさに設定できるトンネル電流及び／または微
小力検出用の微小ティップと該微小ティップを有するプ
ローブ、及びそれらの製造方法を提供することを目的と
するものである。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, enables the reuse of the female mold to improve the productivity and reduce the manufacturing cost, and the deterioration of the material or the shape from the etching solution. There is no contamination or contamination, only the tip can be formed on the tip of the elastic body, there is no need to form a reflective film on the back surface of the probe, and a minute tip with a sharp and stable tip can be provided at a predetermined position Provided are a microtip for detecting a tunnel current and / or a microforce capable of setting a height of a tip of the microtip from a substrate or an elastic body surface to a desired size, a probe having the microtip, and a manufacturing method thereof. That is the purpose.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、トンネル電流及び／または微小力検出用
の微小ティップと該微小ティップを有するプローブ、及
びそれら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、本発明の微小ティップは、トンネ
ル電流及び／または微小力検出用の微小ティップにおい
て、基板に形成された金属よりなる接合層上に設けられ
た微小ティップ保持部と、該保持部上に載置された非金
属単結晶よりなる微小ティップ先端部と、を有すること
を特徴としている。そして、本発明の上記微小ティップ
においては、前記微小ティップ先端部を構成する非金属
単結晶として、針状結晶またはダイヤモンドを選択する
ことができ、前記針状結晶材料として、六ホウ化ランタ
ン、または、酸化亜鉛を用いることが好ましい。また、
本発明の上記微小ティップは、該微小ティップ保持部と
接合層とに囲まれた中空の領域を有する構成を採ること
ができる。また、本発明においては、上記の微小ティッ
プを基板上に設け、トンネル電流及び／または微小力検
出用のプローブを構成することができる。その際、上記
基板上に微小ティップを複数個設けるようにしてもよ
い。また、その基板に弾性体を形成し、該弾性体上に本
発明の上記微小ティップを設けプローブを構成すること
ができる。この場合においても弾性体を基板上に複数形
成し、それぞれの弾性体上に微小ティップを設けるよう
にしてもよい。また、本発明の微小ティップの製造方法
は、トンネル電流及び／または微小力検出用の微小ティ
ップの製造方法において、一方の基板である第１基板の
剥離層上に、保持部と該保持部上に非金属単結晶よりな
る微小ティップ先端部を配した微小ティップ材料層を形
成し、他方の基板である第２基板上の接合層に、前記剥
離層上に形成された前記微小ティップ材料層を転写する
ことにより微小ティップを製造することを特徴としてい
る。そして、上記本発明の微小ティップの製造方法は、
少なくとも、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基板における凹部を含む剥離層上に、非
金属単結晶を散布する工程と、前記非金属単結晶が散布
された凹部を含む剥離層上に、微小ティップ保持層を成
膜して微小ティップ材料層を形成する工程と、第２基板
上に接合層を形成する工程と、前記第１基板における凹
部を含む剥離層上の微小ティップ材料層を、前記第２基
板上の接合層に接合する工程と、前記剥離層と微小ティ
ップ材料層の界面で剥離を行い、前記第２基板の接合層
上に微小ティップ材料層を転写する工程と、を有する工
程により構成することができる。また、本発明のトンネ
ル電流及び／または微小力検出用プローブの製造方法
は、少なくとも、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基板における凹部を含む剥離層上
に、非金属単結晶を散布する工程と、前記非金属単結晶
が散布された凹部を含む剥離層上に、微小ティップ保持
層を成膜して微小ティップ材料層を形成する工程と、第
２基板上に弾性体材料を形成する工程と、前記第２基板
弾性体材料上に、接合層を形成する工程と、前記第１基
板における凹部を含む剥離層上の微小ティップ材料層
を、前記第２基板上の接合層に接合する工程と、前記剥
離層と微小ティップ材料層の界面で剥離を行い、前記第
２基板の接合層上に微小ティップ材料層を転写する工程
と、前記第２基板の一部を除去して弾性体材料から弾性
体を形成する工程と、を少なくとも有する工程により構
成することができる。そして、本発明のこれらの微小テ
ィップの製造方法またはプローブの製造方法において、
前記非金属単結晶としては、針状結晶またはダイヤモン
ドを選択することができ、その針状結晶として、六ホウ
化ランタン、または、酸化亜鉛を用いることが好まし
い。また、本発明のこれらの微小ティップの製造方法ま
たはプローブの製造方法において、前記剥離層を、第１
基板を熱酸化してなる二酸化シリコンで形成し、また前
記接合層あるいは前記微小ティップ保持部の少なくとも
一方は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕのうちいずれかの材料
を含むようにすることが好ましい。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a microtip for detecting a tunnel current and / or a microforce, a probe having the microtip, and a manufacturing method thereof. It is configured as follows. That is, the microtip of the present invention is a microtip for detecting a tunnel current and / or a microforce, and a microtip holding portion provided on a bonding layer made of a metal formed on a substrate and mounted on the holding portion. And a tip of a minute tip made of a non-metallic single crystal placed thereon. And, in the above-mentioned minute tip of the present invention, a needle-shaped crystal or diamond can be selected as the non-metallic single crystal constituting the tip portion of the minute tip, and as the needle-shaped crystal material, lanthanum hexaboride, or It is preferable to use zinc oxide. Also,
The minute tip of the present invention may have a structure having a hollow region surrounded by the minute tip holding portion and the bonding layer. Further, in the present invention, the above-mentioned minute tip can be provided on the substrate to configure a probe for detecting a tunnel current and / or a minute force. At that time, a plurality of minute tips may be provided on the substrate. Further, an elastic body may be formed on the substrate, and the microtip of the present invention may be provided on the elastic body to form a probe. Also in this case, a plurality of elastic bodies may be formed on the substrate, and the minute tip may be provided on each elastic body. The method for producing a microtip of the present invention is the method for producing a microtip for detecting a tunnel current and / or a microforce, wherein a holding part and a holding part on the peeling layer of the first substrate, which is one of the substrates, are provided. A microtip material layer having a microtip tip made of a non-metallic single crystal is formed on the second tip substrate, and the microtip material layer formed on the peeling layer is formed on the bonding layer on the second substrate which is the other substrate. The feature is that a minute tip is manufactured by transferring. And the manufacturing method of the microtip of the present invention is
At least a step of forming a recess on the surface of the first substrate,
Forming a release layer on the substrate including the recess of the first substrate; spraying a non-metal single crystal on the release layer including the recess of the first substrate; and spraying the non-metal single crystal. And a step of forming a microtip material layer by forming a microtip holding layer on the peeling layer including concave portions, a step of forming a bonding layer on the second substrate, and peeling including concave portions in the first substrate. Bonding the microtip material layer on the layer to the bonding layer on the second substrate; and peeling at the interface between the peeling layer and the microtip material layer to form the microtip material on the bonding layer on the second substrate. And a step of transferring the layer. Further, in the method for manufacturing a probe for detecting a tunnel current and / or a small force of the present invention, at least a step of forming a recess on the surface of the first substrate and forming a peeling layer on the substrate including the recess of the first substrate. And a step of spraying a non-metallic single crystal on the release layer including recesses in the first substrate, and a step of forming a microtip holding layer on the release layer including recesses on which the non-metal single crystal is sprayed. Forming a microtip material layer by filming, forming an elastic material on the second substrate, forming a bonding layer on the second substrate elastic material, and On the bonding layer of the second substrate, the step of bonding the minute tip material layer on the peeling layer including the recess to the bonding layer on the second substrate, and peeling at the interface between the peeling layer and the minute tip material layer. To transfer the micro tip material layer to Forming an elastic body of an elastic material by removing a portion of the second substrate, it may be constituted by at least a step a. Then, in the manufacturing method of these microtips or the manufacturing method of the probe of the present invention,
A needle crystal or diamond can be selected as the non-metallic single crystal, and lanthanum hexaboride or zinc oxide is preferably used as the needle crystal. In addition, in the method for producing these microtips or the method for producing the probe of the present invention, the peeling layer may be a first
It is preferable that the substrate is formed of silicon dioxide obtained by thermal oxidation, and at least one of the bonding layer and the minute tip holding portion contains any one of Pt, Au, Ag, and Cu.

【０００９】[0009]

【発明の実施の形態】本発明は、上記構成により、ティ
ップの雌型を後工程でエッチング除去することなくティ
ップを形成でき、雌型は再利用できることにより、生産
性を向上すると同時に、製造コストを低減することがで
きる。また、エッチング液によるティップ部の材料劣化
や、形状劣化がなく、またエッチング液から汚染される
ことなくティップを形成することができる。また、ティ
ップのみを弾性体の先端に形成することができ、反射膜
をプローブの裏面に形成する必要がなくなる。また、鋭
利で安定な先端を有する微小ティップを形成し、それを
所定の位置に載置することができ、さらに、基板あるい
は弾性体表面からの微小ティップ先端の高さを所望の大
きさに設定することが可能となる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to the present invention, with the above-described structure, a tip can be formed without etching and removing the female die of the tip in a post process, and the female die can be reused, thereby improving productivity and at the same time manufacturing cost. Can be reduced. In addition, the tip can be formed without material deterioration or shape deterioration of the tip portion due to the etching liquid and without being contaminated by the etching liquid. Further, only the tip can be formed on the tip of the elastic body, and it is not necessary to form the reflection film on the back surface of the probe. In addition, a minute tip with a sharp and stable tip can be formed and placed at a predetermined position, and the height of the tip of the minute tip from the substrate or elastic surface can be set to a desired size. It becomes possible to do.

【００１０】以下に、図に基づいて本発明の詳細な内容
について説明する。図１は本発明による微小ティップの
構成を示す図である。本発明によるプローブは、基板あ
るいはレバー上に形成された接合層７、該接合層７上に
形成された微小ティップ保持部５２、該接合層７と該微
小ティップ保持部５２とに囲まれた中空の領域、及び該
微小ティップ保持部５２上に載置された非金属単結晶６
よりなる微小ティップ先端部５１、を有することを特徴
とする微小ティップ５であり、図２はその製造工程を示
す断面図である。Detailed contents of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a structure of a minute tip according to the present invention. The probe according to the present invention includes a bonding layer 7 formed on a substrate or a lever, a minute tip holding part 52 formed on the bonding layer 7, and a hollow surrounded by the bonding layer 7 and the minute tip holding part 52. Region, and the non-metallic single crystal 6 placed on the minute tip holding portion 52.
2 is a sectional view showing a manufacturing process thereof.

【００１１】以下、図２に従い製造方法を説明する。第
一に、シリコンよりなる第１基板１の表面に凹部３を形
成する。これには、まず第１基板１に保護層２を形成
し、次に、保護層２の所望の箇所を、フォトリソグラフ
ィとエッチングによりパターニングしてシリコンの一部
を露出させ、次に、結晶軸異方性エッチング等を用いて
シリコンをエッチングして凹部３を形成する方法が用い
られる。保護層２としては二酸化シリコンや窒化シリコ
ンを用いることができる。シリコンのエッチングにはテ
ィップ先端部を鋭利に形成できる結晶軸異方性エッチン
グを用いることが好ましい。エッチング液に水酸化カリ
ウム水溶液等を用いることにより（１１１）面と等価な
４つの面で囲まれた逆ピラミッド状の凹部３を形成する
ことができる（図２（ａ）参照）。本発明においては上
記の結晶軸異方性エッチングによる凹部をティップの雌
型として用いることにより、再現性の良い均一なティッ
プ形状が得られ、かつ先端を鋭利に形成できる。The manufacturing method will be described below with reference to FIG. First, the concave portion 3 is formed on the surface of the first substrate 1 made of silicon. For this, first, a protective layer 2 is formed on the first substrate 1, and then a desired portion of the protective layer 2 is patterned by photolithography and etching to expose a part of silicon. A method of forming the concave portion 3 by etching silicon using anisotropic etching or the like is used. As the protective layer 2, silicon dioxide or silicon nitride can be used. For the etching of silicon, it is preferable to use crystal axis anisotropic etching capable of sharply forming the tip end portion of the tip. By using an aqueous solution of potassium hydroxide or the like as the etching liquid, it is possible to form the inverted pyramidal recess 3 surrounded by four surfaces equivalent to the (111) surface (see FIG. 2A). In the present invention, by using the concave portion formed by the above-mentioned crystal axis anisotropic etching as the female die of the tip, a uniform tip shape with good reproducibility can be obtained and the tip can be sharply formed.

【００１２】第二に、上記凹部３を含む第１基板１上に
酸化物よりなる剥離層４を形成する（図２（ｂ）参
照）。この剥離層４形成後の工程で、剥離層４上に微小
ティップ５を形成した後、微小ティップ５を剥離層４か
ら剥離するため、微小ティップ５を構成する材料が剥離
しやすい剥離層４材料を選択する必要がある。すなわ
ち、剥離層４の材料は微小ティップ５の構成材料との反
応性・密着性が小さいことが必要であり、このような材
料として酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3，窒化シリコンＳｉ
3Ｎ4，酸化シリコンＳｉＯ2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。特に、第１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。Secondly, a release layer 4 made of oxide is formed on the first substrate 1 including the recess 3 (see FIG. 2B). In the step after the formation of the release layer 4, the microtips 5 are formed on the release layer 4 and then the microtips 5 are peeled from the release layer 4. Therefore, the material forming the microtips 5 is easily peeled off. Must be selected. That is, the material of the peeling layer 4 needs to have low reactivity and adhesiveness with the constituent material of the minute tip 5. As such materials, aluminum oxide Al2O3, silicon nitride Si
3N4, silicon oxide SiO2, etc. can be used. These materials can be formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method. Particularly, when silicon is used for the first substrate 1, silicon dioxide SiO2 can be easily obtained by oxidizing the surface of the substrate.

【００１３】第三に、前記凹部を含む剥離層４上に非金
属単結晶６を散布する。散布の方法は本発明を限定する
ものではない。直接第１基板上に散布してもよいし、非
金属結晶６を有機溶媒等に展開し、第１基板上に塗布し
た後に溶媒を蒸発させてもよい。基板上に散布された非
金属結晶６の一部は前記凹部に入り、凹部の底部に集中
する。さらに第１基板１に振動などを与えて底部に集中
させてもよい。凹部を含む剥離層上に針状結晶を散布し
た後、スクレイパーや布等を用いて基板表面の針状結晶
を除去することにより、凹部に選択的に針状単結晶を残
すことができる。また針状結晶の大きさが問題にならな
い場合は、凹部以外の針状結晶をそのままにしてももち
ろん良い。これらピラミッド状凹部の底部に集まった非
金属単結晶６により微小ティップ先端部５１が構成され
る（図２（ｃ）参照）。本発明においては、微小ティッ
プ（探針）として非金属単結晶６を用いることにより結
晶の面方位に依存した一定の形状を持つ先端を得ること
ができる。また、非金属の単結晶は金属のように塑性変
形しないため荷重に対して変形しにくく、ＡＦＭ走査に
対しても安定な像を得ることができる。非金属単結晶６
としてはダイヤモンドの様な硬質材料や、小さい曲率半
径の頂角を有する針状結晶等が、目的に応じて選択され
る。針状結晶には、いわゆるウイスカと呼ばれるヒゲ状
の単結晶や、ＺｎＯのテトラポッド型結晶のように中心
から複数の針状結晶が延びている形状のものも存在す
る。針状結晶になる材料としては、たとえば酸化亜鉛Ｚ
ｎＯ，酸化ニオブＮｂＯ，酸化アルミニウムα−Ａ12Ｏ
3，酸化銅ＣｕＯ，酸化鉄Ｆｅ2Ｏ3,酸化ニッケルＮｉ
Ｏ，酸化ベリリウムＢｅＯ，酸化モリブデンＭｏＯ3，
酸化マンガンＭｎＯ，硫化カドミウムＣｄＳ，硫化亜鉛
ＺｎＳ，硫化ニオブＮｂＳ3，硫化タンタルＴａＳ3，リ
ン化ニオブＮｂＰ，リン化ジルコニウムＺｒＰ，六ホウ
化ランタンＬａＢ6，ホウ化チタンＴｉＢ2，炭化ケイ素
ＳｉＣ，炭化チタンＴｉＣ，チタン酸カリウムＫ2Ｔｉ6
O13，セレン化ニオブＮｂＳｅ3，セレン化タンタルＴａ
Ｓｅ3等を挙げることができる。ＳＴＭの探針として用
いる場合はＬａＢ6やＴｉＣの様に材料自体に十分な導
電性を有するものを用いることができる。また、針状結
晶にドーピングをすることにより結晶に導電性を付与す
ることができる。たとえばＺｎＯにＡｌをドーピングす
ることにより導電性を付与させてもよい。Thirdly, the non-metal single crystal 6 is sprinkled on the peeling layer 4 including the recess. The method of application is not a limitation of the present invention. It may be sprayed directly on the first substrate, or the non-metal crystal 6 may be spread on an organic solvent or the like and applied on the first substrate, and then the solvent may be evaporated. A part of the non-metal crystal 6 scattered on the substrate enters the recess and concentrates on the bottom of the recess. Furthermore, vibration may be applied to the first substrate 1 to concentrate it on the bottom. After the acicular crystals are scattered on the release layer including the concave portions, the acicular crystals on the substrate surface are removed by using a scraper, a cloth or the like, whereby the acicular single crystals can be selectively left in the concave portions. Further, if the size of the needle-shaped crystal does not matter, the needle-shaped crystal other than the recess may be left as it is. The non-metal single crystals 6 gathered at the bottoms of these pyramidal recesses form the minute tip tips 51 (see FIG. 2C). In the present invention, by using the non-metallic single crystal 6 as the minute tip (probe), it is possible to obtain a tip having a constant shape depending on the plane orientation of the crystal. Further, since a non-metal single crystal does not plastically deform like a metal, it does not easily deform under a load, and a stable image can be obtained even during AFM scanning. Non-metallic single crystal 6
As the material, a hard material such as diamond or a needle-shaped crystal having a small apex angle with a small radius of curvature is selected according to the purpose. The acicular crystals include a whisker-shaped single crystal called so-called whisker and a shape in which a plurality of acicular crystals extend from the center such as a ZnO tetrapod crystal. As a material which becomes acicular crystals, for example, zinc oxide Z
nO, niobium oxide NbO, aluminum oxide α-A12O
3, copper oxide CuO, iron oxide Fe2O3, nickel oxide Ni
O, beryllium oxide BeO, molybdenum oxide MoO3,
Manganese oxide MnO, cadmium sulfide CdS, zinc sulfide ZnS, niobium sulfide NbS3, tantalum sulfide TaS3, niobium phosphide NbP, zirconium phosphide ZrP, lanthanum hexaboride LaB6, titanium boride TiB2, silicon carbide SiC, titanium carbide TiC, titanium. Potassium acid K2Ti6
O13, niobium selenide NbSe3, tantalum selenide Ta
Se3 etc. can be mentioned. When used as an STM probe, a material having sufficient conductivity such as LaB6 or TiC can be used. Further, by doping the needle-shaped crystal, the crystal can be made conductive. For example, the conductivity may be imparted by doping ZnO with Al.

【００１４】第四に、前記非金属単結晶６よりなる微小
ティップ先端部５１の入った前記凹部を含む剥離層上に
微小ティップ保持部５２を形成する。微小ティップ保持
部は、微小ティップ先端部５１を凹部の底部に固定する
ことにより保持する。また、微小ティップ保持部５２は
接合層７と接合する部分であり、圧力で互いに変形して
金属結合を得るために圧着の容易な延性に富んだＰｔ，
Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の材料を選択的できる。また、たと
えば純粋なＺｎＯよりなる針状結晶を用いる場合、微小
ティップ保持部５２にＡｌを用い、後工程の圧着後に加
熱処理することにより、ＺｎＯに導電性を付与させるこ
とが可能である。微小ティップ保持部５２の材料は既存
の薄膜作製技術である真空蒸着法やスパッタリング法等
で成膜する。この際、針状結晶の落下を防ぐために第１
基板の上方にスパッタリングターゲット等を設けたタイ
プのスパッタ蒸着装置を用いるのがよい。最後に、既知
のフォトリソグラフィーの手法を用いて微小ティップ保
持部５２材料をパターニングし、微小ティップ保持部５
２とする（図２（ｄ）参照）。この微小ティップ保持部
５２と微小ティップ先端部５１とにより微小ティップ５
が形成される。Fourthly, the minute tip holding portion 52 is formed on the peeling layer including the recess having the minute tip tip portion 51 made of the non-metallic single crystal 6. The minute tip holding section holds the minute tip tip portion 51 by fixing it to the bottom of the recess. Further, the minute tip holding portion 52 is a portion to be joined to the joining layer 7, and is deformed to each other by pressure to obtain a metallic bond.
Materials such as Au, Ag and Cu can be selectively used. When acicular crystals made of pure ZnO are used, for example, Al is used for the minute tip holding portion 52, and it is possible to impart conductivity to ZnO by performing heat treatment after pressure bonding in a later step. The material of the minute tip holding portion 52 is formed by the existing thin film forming technique such as a vacuum vapor deposition method or a sputtering method. At this time, in order to prevent the needle-shaped crystals from falling, the first
It is preferable to use a sputter deposition apparatus of the type in which a sputtering target or the like is provided above the substrate. Finally, the material of the minute tip holding portion 52 is patterned by using a known photolithography method, and the minute tip holding portion 5 is formed.
2 (see FIG. 2D). The minute tip holding section 52 and the minute tip tip section 51 allow the minute tip 5 to move.
Is formed.

【００１５】第五に、第２基板８または第２基板８上に
形成されたカンチレバー等の弾性体９上に接合層７を形
成する。第２基板８および弾性体９は接合層７を介して
微小ティップ５を支持する部材である。接合層７は微小
ティップ５、特に微小ティップ保持部と同様で、延性に
富んだＰｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の材料が望ましい。な
お、トンネル電流を取り出すための配線１０は、接合層
７と同一材料で同一層に形成しても良い。本発明におい
てはティップのみをカンチレバー先端に形成することが
できるため、ティップ形成時の膜応力によりカンチレバ
ーが反ることがない。また、弾性体９の変位を測定する
ために用いるレーザー反射膜の機能を接合層７が有する
ため、反射膜をプローブの裏面に形成する必要がない。
弾性体９としては、基板上に作製された片持ち梁（カン
チレバー）、両持ち梁、膜（メンブレン）、バネ等が用
いられ、その形状は本発明を制限するものではない。ま
た、本発明に用いられる弾性体はアクチュエータとして
の機能を有していても良い。Fifth, the bonding layer 7 is formed on the second substrate 8 or the elastic body 9 such as a cantilever formed on the second substrate 8. The second substrate 8 and the elastic body 9 are members that support the microtip 5 via the bonding layer 7. The bonding layer 7 is similar to the minute tip 5, especially the minute tip holding portion, and is preferably made of a material such as Pt, Au, Ag, Cu having a high ductility. Note that the wiring 10 for extracting a tunnel current may be formed in the same layer with the same material as the bonding layer 7. In the present invention, since only the tip can be formed on the tip of the cantilever, the cantilever does not warp due to the film stress during tip formation. Further, since the bonding layer 7 has the function of the laser reflection film used for measuring the displacement of the elastic body 9, it is not necessary to form the reflection film on the back surface of the probe.
As the elastic body 9, a cantilever beam (cantilever), a double-supported beam, a film (membrane), a spring or the like formed on a substrate is used, and the shape thereof does not limit the present invention. The elastic body used in the present invention may have a function as an actuator.

【００１６】第六に、前記凹部３を含む剥離層４上の微
小ティップ５材料を接合層７に接合する。これには、そ
れぞれの基板を真空チャック等により保持できるアライ
メント装置を用い、第１基板１上の微小ティップ５と第
２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ティップ５と接合
層７の接合（圧着）を行う（図２（ｅ）参照）。上記の
方法にて圧着を行うことにより微小ティップ保持部５２
と接合層７とに囲まれた中空の領域が形成される。中空
の領域の大きさ（高さ）は、保護層２をパターニングし
て形成するエッチング開口部の形状に依存するが、この
中空の領域を形成することにより、基板あるいは弾性体
の表面から微小ティップの先端までの高さを、ティップ
重量増を抑制しつつ自由に設定することが可能である。
特に、基板上あるいは弾性体上に複数の微小ティップを
形成する場合、微小ティップ先端の高さを揃えることが
可能である。Sixth, the material of the minute tip 5 on the peeling layer 4 including the recess 3 is bonded to the bonding layer 7. For this, an alignment device capable of holding each substrate by a vacuum chuck or the like is used, and the microtips 5 on the first substrate 1 and the bonding layer 7 on the second substrate 8 are aligned to face and contact each other. The microtip 5 and the bonding layer 7 are bonded (compressed) by applying a load (see FIG. 2E). The minute tip holding portion 52 is formed by performing the pressure bonding according to the above method.
A hollow region surrounded by the bonding layer 7 is formed. The size (height) of the hollow region depends on the shape of the etching opening formed by patterning the protective layer 2. However, by forming this hollow region, a minute tip can be formed from the surface of the substrate or the elastic body. It is possible to freely set the height up to the tip of the tip while suppressing the increase in tip weight.
In particular, when forming a plurality of minute tips on the substrate or the elastic body, it is possible to make the heights of the tips of the minute tips uniform.

【００１７】第七に、前記剥離層４と微小ティップ５材
料の界面で剥離を行い接合層７上に微小ティップ５材料
を転写する。すなわち、第１基板１と第２基板８を引き
離すことにより、剥離層４と微小ティップ５との界面で
剥離させる（図２（ｆ）参照）。本発明においては第１
基板をエッチング除去する工程がないため、エッチング
液によるティップ部の材料劣化、形状劣化、及びエッチ
ング液からの汚染がなくティップが形成できる。また、
剥離後の第１基板１は微小ティップ形成工程から再利用
できるため、生産性を向上すると同時に、製造コストを
低減できる。なお、ここでは本発明による微小ティップ
をＡＦＭ，ＳＴＭのプローブとして利用することについ
て述べたが、目的に応じて結晶材料及び微小ティップ保
持部の材料を選択することにより磁気力、近接場等他の
物理量を観察するための各種の走査型プローブ顕微鏡に
用いることが可能である。また、逆にこのような構成の
プローブを、ティップ先端にある針状結晶の物性を調べ
るために用いることも考えられる。すなわち、ＡＦＭの
手法を用いて針状結晶の摩擦力や硬度を評価したり、Ｓ
ＴＭの手法により針状結晶のミクロな領域での導電特性
を評価することも可能である。以下実施例を挙げて本発
明を詳細に説明する。Seventh, peeling is performed at the interface between the peeling layer 4 and the material of the minute tip 5 to transfer the material of the minute tip 5 onto the bonding layer 7. That is, the first substrate 1 and the second substrate 8 are separated from each other so that they are separated at the interface between the separation layer 4 and the minute tip 5 (see FIG. 2F). In the present invention, the first
Since there is no step of removing the substrate by etching, the tip can be formed without deterioration of the material of the tip portion due to the etching solution, deterioration of the shape, and contamination from the etching solution. Also,
Since the first substrate 1 after peeling can be reused from the step of forming the minute tip, the productivity can be improved and the manufacturing cost can be reduced at the same time. Although the microtip according to the present invention is used as a probe for the AFM and STM, the crystal material and the material for the microtip holding portion are selected according to the purpose, so that magnetic force, near field, etc. It can be used for various scanning probe microscopes for observing physical quantities. On the contrary, it may be considered to use a probe having such a structure for investigating the physical properties of the needle-like crystal at the tip of the tip. That is, the friction force and hardness of the needle-like crystals are evaluated using the AFM method, and S
It is also possible to evaluate the conductive properties in the microscopic region of the needle-shaped crystal by the TM method. The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【００１８】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］図１に本発明における実施例１のＳＴＭ用
プローブを示す。本実施例よるプローブは、第２基板８
上に形成された接合層７、該接合層７上に形成された微
小ティップ保持部５２、該接合層７と該微小ティップ保
持部５２とに囲まれた中空の領域、及び該微小ティップ
保持部５２上に載置された六ホウ化ランタンＬａＢ6非
金属単結晶６よりなる微小ティップ先端部５１、により
構成されている。また、トンネル電流用配線１０が接合
層７に接続されている。Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] FIG. 1 shows an STM probe according to Embodiment 1 of the present invention. The probe according to this embodiment includes the second substrate 8
The bonding layer 7 formed on the bonding layer 7, the minute tip holding part 52 formed on the bonding layer 7, a hollow region surrounded by the bonding layer 7 and the minute tip holding part 52, and the minute tip holding part A tiny tip tip 51 made of lanthanum hexaboride LaB6 non-metallic single crystal 6 is placed on 52. In addition, a tunnel current wiring 10 is connected to the bonding layer 7.

【００１９】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。以下、この図に従い製造方法を説明す
る。まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを
第１基板１として用意した。次に、保護層２としてシリ
コン熱酸化膜を１００ｎｍ形成した。次に、保護層２の
所望の箇所を、フォトリソグラフィとエッチングにより
パターニングし、１０μｍ平方のシリコンを露出した。
次に、水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッ
チングによりパターニング部のシリコンをエッチングし
た。なお、エッチング条件は、濃度３０％の水酸化カリ
ウム水溶液を用い、液温９０℃、エッチング時間は１０
分とした。このとき（１１１）面と等価な４つの面で囲
まれた深さ約７μｍの逆ピラミッド状の凹部３が形成さ
れた（図２（ａ）参照）。次に、保護層２である熱酸化
膜をフッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液（ＨＦ：
ＮＨ4Ｆ＝１：５）で除去した。次に、１２０℃に加熱
した硫酸と過酸化水素水の混合液、及び、２％フッ酸水
溶液を用いて第１基板１の洗浄を行った。次に、熱酸化
炉をもちいて第１基板１を酸素及び水素雰囲気中で１０
００℃に加熱し、剥離層４である二酸化シリコンを３０
０ｎｍ堆積した（図２（ｂ）参照）。次に、三塩化ラン
タンＬａＣｌ3、三塩化ホウ素ＢＣｌ3、水素Ｈ2の混合
ガスから１２５０℃で六ホウ化ランタンＬａＢ6針状結
晶を得た（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇ
ｒｏｕｔｈ ４４，ｐ１０６−（１９７８））。次に、
この六ホウ化ランタンＬａＢ６針状結晶よりなる非金属
単結晶６を第１基板１上に散布した。次に、スクレイパ
ーを用いて凹部３以外の非金属単結晶６を除去した（図
２（ｃ）参照）。次に、真空蒸着法によりＡｕを８００
ｎｍ堆積した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパタ
ーニングし、微小ティップ保持部５２とした（図２
（ｄ）参照）。次に第２基板８として表面酸化膜を形成
したシリコン基板を用意し、この表面にクロムＣｒを５
ｎｍ、Ａｕを３００ｎｍ真空蒸着法により、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、接合層７及び配線１０とした。次に、第１基板１上
の微小ティップと第２基板８上の接合層とを位置合わせ
して対向・接触させ、更に荷重を加えることにより微小
ティップ５と接合層７の接合（圧着）を行った（図２
（ｅ）参照）。次に、第１基板１と第２基板８を引き離
し、剥離層４と微小ティップ５との界面で剥離させるこ
とによりＳＴＭプローブを形成した（図２（ｆ）参
照）。基板表面からのティップの高さは約８μｍであっ
た。FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of the probe of this embodiment. The manufacturing method will be described below with reference to this drawing. First, a single crystal silicon wafer having a plane orientation (100) was prepared as the first substrate 1. Next, a 100 nm thick silicon thermal oxide film was formed as the protective layer 2. Next, a desired portion of the protective layer 2 was patterned by photolithography and etching to expose 10 μm square silicon.
Next, the silicon in the patterning portion was etched by crystal axis anisotropic etching using an aqueous potassium hydroxide solution. The etching conditions were an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 30%, a liquid temperature of 90 ° C., and an etching time of 10
Minutes. At this time, an inverted pyramidal recess 3 having a depth of about 7 μm surrounded by four planes equivalent to the (111) plane was formed (see FIG. 2A). Next, the thermal oxide film which is the protective layer 2 is formed by using a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride (HF:
It was removed with NH4F = 1: 5). Next, the first substrate 1 was washed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution heated to 120 ° C. and a 2% hydrofluoric acid aqueous solution. Next, using a thermal oxidation furnace, the first substrate 1 is placed in an oxygen and hydrogen atmosphere for 10
After heating to 00 ° C., the release layer 4 of silicon dioxide is
0 nm was deposited (see FIG. 2B). Next, lanthanum hexaboride LaB6 needle crystals were obtained at 1250 ° C. from a mixed gas of lanthanum trichloride LaCl3, boron trichloride BCl3, and hydrogen H2 (Journal of Crystal G).
rout 44, p106- (1978)). next,
The non-metal single crystal 6 made of the lanthanum hexaboride LaB6 needle-like crystal was dispersed on the first substrate 1. Next, the scraper was used to remove the non-metallic single crystal 6 other than the concave portion 3 (see FIG. 2C). Next, 800 Au is deposited by a vacuum deposition method.
nm, and then patterned by using a photolithography technique to form a minute tip holding portion 52 (see FIG. 2).
(D)). Next, a silicon substrate having a surface oxide film formed thereon is prepared as the second substrate 8, and chromium Cr is deposited on the surface thereof.
nm and Au were formed by a vacuum evaporation method of 300 nm and patterned by photolithography and etching to form the bonding layer 7 and the wiring 10. Next, the microtips 5 on the first substrate 1 and the bonding layer on the second substrate 8 are aligned and faced and contact each other, and a load is further applied to bond (compress) the microtips 5 and the bonding layer 7. Went (Figure 2
(E)). Next, the STM probe was formed by separating the first substrate 1 and the second substrate 8 and separating them at the interface between the separation layer 4 and the minute tip 5 (see FIG. 2F). The height of the tip from the substrate surface was about 8 μm.

【００２０】図３は本実施例の微小ティップを適用した
ＳＴＭ装置のブロック図を示す。図３において、微小テ
ィップ５と試料１１との間にバイアス電圧を印加し、こ
の間を流れるトンネル電流Ｉｔを検出し、Ｉｔが一定と
なるようにフィードバックをかけ、ＸＹＺ駆動ピエゾ素
子１２のＺ方向を駆動しティップ５と試料１１との間隔
を一定に保っている。更に、ＸＹＺ駆動ピエゾ素子１２
のＸＹを駆動することにより試料の２次元像であるＳＴ
Ｍ像が観察される。この装置で試料として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で観察したところ、良好な原子像を得ることがで
きた。また、本実施例において得られたティップ庄着後
の第１基板１を洗浄し、図２（ｃ）で示されるティップ
形成工程から再びティップ形成を行ったところ、本実施
例中に示されたＳＴＭプローブと同一のものが形成され
た。FIG. 3 is a block diagram of an STM device to which the minute tip of this embodiment is applied. In FIG. 3, a bias voltage is applied between the minute tip 5 and the sample 11, a tunnel current It flowing between the tip 5 and the sample 11 is detected, feedback is performed so that It is constant, and the Z direction of the XYZ drive piezo element 12 is changed. The distance between the tip 5 and the sample 11 is kept constant by driving. Furthermore, the XYZ drive piezo element 12
ST, which is a two-dimensional image of the sample,
An M image is observed. When a cleavage plane of a HOPG (highly oriented pyrolytic graphite) substrate was observed at a bias current of 1 nA as a sample with this apparatus, a good atomic image could be obtained. In addition, the first substrate 1 after the tip deposition, which was obtained in this example, was washed and the tip was formed again from the tip forming step shown in FIG. 2C. The same STM probe was formed.

【００２１】［実施例２］図４に本発明における実施例
２のＳＴＭ用プローブを示す。本実施例によるプローブ
は、第２基板８上に形成された接合層７、該接合層７上
に形成された微小ティップ保持部５２、該接合層７と該
微小ティップ保持部５２とに囲まれた中空の領域、及び
該微小ティップ保持部５２上に載置された酸化亜鉛Ｚｎ
Ｏ非金属単結晶６よりなる微小ティップ先端部５１によ
り構成されている。また、トンネル電流用配線１０が接
合層７に接続されている。[Second Embodiment] FIG. 4 shows an STM probe according to a second embodiment of the present invention. The probe according to the present embodiment is surrounded by the bonding layer 7 formed on the second substrate 8, the minute tip holding part 52 formed on the bonding layer 7, and the bonding layer 7 and the minute tip holding part 52. Hollow area and zinc oxide Zn placed on the minute tip holding portion 52
It is composed of a minute tip tip portion 51 made of O non-metallic single crystal 6. In addition, a tunnel current wiring 10 is connected to the bonding layer 7.

【００２２】図５は本実施例のプローブの製造工程を示
す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明す
る。まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを
第１基板１として用意し、実施例１と同様の方法にて逆
ピラミッド状の凹部３および剥離層４を形成した（図５
（ａ）（ｂ）参照）。次に、亜鉛粉末をアルゴンおよび
酸素雰囲気中で１０００℃に加熱し、多数のテトラポッ
ド形状のＺｎＯ針状結晶を作製した。次に、このＺｎＯ
針状結晶よりなる非金属単結晶６を第１基板１上に散布
した。次に、スクレイパーを用いて凹部３以外の非金属
単結晶６を除去した（図５（ｃ）参照）。次に、真空蒸
着法によりＡｌを８００ｎｍ堆積した後、フォトリソグ
ラフィ技術を用いてパターニングし、微小ティップ保持
部５２とした（図５（ｄ）参照）。次に第２基板８とし
て表面酸化膜を形成したシリコン基板を用意し、この表
面にクロムＣｒを５ｎｍ、Ａｕを３００ｎｍ真空蒸着法
により、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、接合層７及び配線１０とした。次
に、第１基板１上の微小ティップ５と第２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ティップ５と接合層７の接合（圧
着）を行った（図５（ｅ）参照）。次に、第１基板１と
第２基板８を引き離して、剥離層４と微小ティップ５と
の界面で剥離させることによりＳＴＭ用プローブが形成
された（図５（ｆ）参照）。基板表面からのティップの
高さは約８μｍであった。次に、ＳＴＭ探針として十分
な導電性を得るために窒素雰囲気中で２５０℃１時間熱
処理することにより、ＺｎＯ結晶中にＡｌを拡散させ
た。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe of this embodiment. The manufacturing method will be described below with reference to this drawing. First, a single crystal silicon wafer having a plane orientation (100) was prepared as a first substrate 1, and an inverted pyramid-shaped recess 3 and a peeling layer 4 were formed in the same manner as in Example 1 (FIG. 5).
(See (a) and (b)). Next, the zinc powder was heated to 1000 ° C. in an atmosphere of argon and oxygen to produce a large number of tetrapod-shaped ZnO needle crystals. Next, this ZnO
The non-metallic single crystal 6 composed of needle-like crystals was scattered on the first substrate 1. Next, the scraper was used to remove the non-metallic single crystal 6 other than the concave portion 3 (see FIG. 5C). Then, Al was deposited to a thickness of 800 nm by a vacuum evaporation method, and then patterned using a photolithography technique to form a minute tip holding portion 52 (see FIG. 5D). Next, a silicon substrate having a surface oxide film formed thereon is prepared as the second substrate 8. Chromium Cr is deposited on the surface by a vacuum deposition method of 5 nm and Au is formed by a thickness of 300 nm, and a pattern is formed by photolithography and etching. 7 and wiring 10. Next, the microtips 5 on the first substrate 1 and the bonding layer 7 on the second substrate 8 are aligned so as to face and contact each other, and a load is further applied to bond the microtips 5 and the bonding layer 7 (compression bonding). ) Was performed (see FIG. 5 (e)). Next, the STM probe was formed by separating the first substrate 1 and the second substrate 8 and separating them at the interface between the separation layer 4 and the minute tip 5 (see FIG. 5F). The height of the tip from the substrate surface was about 8 μm. Next, in order to obtain sufficient conductivity as an STM probe, heat treatment was performed at 250 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to diffuse Al into the ZnO crystal.

【００２３】本実施例を用いたＳＴＭ装置において、実
施例１と同様に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で観察したところ、
良好な原子像を得ることができた。また、本実施例にお
いて得られたティップ圧着後の第１基板１を洗浄し、図
５（ｃ）で示されるティップ形成工程から再びティップ
形成を行ったところ、本実施例中に示されたＳＴＭプロ
ーブと同一のものが形成された。In the STM apparatus using this example, HOPG (highly oriented pyrolytic graphite) was used as in Example 1.
When the cleaved surface of the substrate was observed with a bias current of 1 nA,
A good atomic image could be obtained. Further, when the first substrate 1 after the tip pressure bonding obtained in this example was washed and the tip was formed again from the tip forming step shown in FIG. 5C, the STM shown in this example was obtained. The same as the probe was formed.

【００２４】［実施例３］図６に本発明における実施例
３のＡＦＭ用カンチレバー型プローブを示す。本発明に
よるプローブは、第２基板８上に形成されたカンチレバ
ー型の弾性体９、該弾性体上に形成された接合層７、該
接合層７上に形成された微小ティップ保持部５２、該接
合層７と該微小ティップ保持部５２とに囲まれた中空の
領域、及び該微小ティップ保持部５２上に載置されたダ
イヤモンド非金属単結晶６よりなる微小ティップ先端部
５１により構成されている。[Embodiment 3] FIG. 6 shows a cantilever type probe for AFM according to Embodiment 3 of the present invention. The probe according to the present invention includes a cantilever type elastic body 9 formed on a second substrate 8, a bonding layer 7 formed on the elastic body, a micro tip holding portion 52 formed on the bonding layer 7, It is composed of a hollow region surrounded by the bonding layer 7 and the minute tip holding portion 52, and a minute tip tip portion 51 made of the diamond non-metal single crystal 6 placed on the minute tip holding portion 52. .

【００２５】図７は本実施例のプローブの製造工程を示
す断面図である。以下、この図に従い製造方法を説明す
る。まず、面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを
第１基板１として用意し、実施例１と同様の方法にて逆
ピラミッド状の凹部３および剥離層４を形成した（図７
（ａ）参照）。次に、メタンと水素の混合ガスを熱フィ
ラメントＣＶＤ法により反応させることにより、直径３
μｍ程度の粒状ダイヤモンド結晶を得た。次に、この粒
状ダイヤモンドよりなる非金属結晶６を第１基板上に散
布した。次に、スクレイパーを用いて凹部３以外の非金
属結晶６を除去した（図７（ｂ）参照）。次に、真空蒸
着法によりＡｕを８００ｎｍ堆積した後、フォトリソグ
ラフィ技術を用いてパターニングし、微小ティップ保持
部５２とした（図７（ｃ）参照）。次に第２基板８とし
て単結晶シリコン基板を用意し、第２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型の弾性
体９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５０μｍ、長さ３００μｍとした。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３ｎｍ、金Ａｕを５０ｎｍ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、弾
性体９上に接合層７を形成した。次に、第１基板１上の
微小ティップ５と第２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
小ティップ５と接合層７の接合（圧着）を行った（図７
（ｄ）参照）。次に、第１基板１と第２基板８を引き離
すことに、剥離層４と微小ティップ５との界面で剥離さ
せた（図７（ｅ）参照）。次に、表面保護層１５として
ポリイミド層をスピンコートにより塗布し、ベークして
形成した。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、酸素プ
ラズマ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）。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the probe of this embodiment. The manufacturing method will be described below with reference to this drawing. First, a single crystal silicon wafer having a plane orientation (100) was prepared as the first substrate 1, and the inverted pyramidal recess 3 and the peeling layer 4 were formed in the same manner as in Example 1 (FIG. 7).
(A)). Next, by reacting a mixed gas of methane and hydrogen by a hot filament CVD method, a diameter of 3
Granular diamond crystals of about μm were obtained. Next, the non-metal crystal 6 made of the granular diamond was dispersed on the first substrate. Next, the non-metal crystal 6 other than the concave portion 3 was removed using a scraper (see FIG. 7B). Next, Au was deposited to a thickness of 800 nm by a vacuum evaporation method, and then patterned using a photolithography technique to form a minute tip holding portion 52 (see FIG. 7C). Next, a single crystal silicon substrate is prepared as the second substrate 8, and silicon dioxide 13 is 0.3 μm and silicon nitride 14 is 0.2 μm on both surfaces of the second substrate 8.
A film having a thickness of 5 μm was formed. Next, the surface silicon nitride 14 was patterned into the shape of the cantilever type elastic body 9 by photolithography and etching. At this time, the dimensions of the cantilever were 50 μm in width and 300 μm in length. next,
Similarly, the silicon nitride 14 and the silicon dioxide 13 on the back surface were patterned into an etching mask shape. Next, titanium Ti having a thickness of 3 nm and gold Au having a thickness of 50 nm were formed, and pattern formation was performed by photolithography and etching to form the bonding layer 7 on the elastic body 9. Next, the microtips 5 on the first substrate 1 and the bonding layer 7 on the second substrate 8 are aligned so as to face and contact each other, and a load is further applied to bond the microtips 5 and the bonding layer 7 (compression bonding). ) Was performed (FIG. 7)
(D)). Next, the first substrate 1 and the second substrate 8 were separated from each other so that they were separated at the interface between the separation layer 4 and the minute tip 5 (see FIG. 7E). Next, a polyimide layer was applied as a surface protective layer 15 by spin coating and baked. Next, using the silicon nitride 14 on the back surface as an etching mask, the silicon substrate 8 was etched from the back surface with a 30% potassium hydroxide aqueous solution heated to 90 ° C. Next, the silicon dioxide layer 13 was removed with a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. Finally, the surface protective layer was removed using oxygen plasma to form a cantilever type probe (see FIG. 7 (f)).

【００２６】上記、本実施例のプローブを用いた光てこ
方式のＡＦＭ装置を作製した。本実施例により作製した
ＡＦＭ用のプローブでは、変位測定のためのレーザーの
反射をカンチレバー先端に設けた接合層７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、カン
チレバーの裏面の全面に反射膜をコーティングする必要
がなく、その膜応力により反ることがなくなった。An optical lever type AFM device using the probe of this embodiment was manufactured. In the AFM probe manufactured according to this example, the laser for displacement measurement can be reflected on the back surface of the bonding layer 7 provided at the tip of the cantilever, and can be used as a substitute for the reflective film. This eliminates the need to coat the entire surface of the back surface of the cantilever with a reflective film, and prevents warping due to the film stress.

【００２７】本ＡＦＭ装置のブロック図を図８に示す。
ＡＦＭ装置はカンチレバー型弾性体５１と接合層４８と
接合層４８に接合した微小ティップ５０からなるプロー
ブと、レーザー光６１と、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
ポジションセンサー６３と、ポジションセンサーからの
信号により変位検出を行う変位検出回路６６と、ＸＹＺ
軸駆動ピエゾ素子６５と、ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子をＸ
ＹＺ方向に駆動するためのＸＹＺ駆動用ドライバー６７
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のＸＹ方向を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。A block diagram of the present AFM device is shown in FIG.
The AFM device includes a probe comprising a cantilever type elastic body 51, a bonding layer 48, and a minute tip 50 bonded to the bonding layer 48, a laser beam 61, and a lens 62 for focusing the laser beam on the back surface of the bonding layer at the free end of the cantilever. A position sensor 63 that detects a change in the reflection angle of light due to the deflection displacement of the cantilever, a displacement detection circuit 66 that detects displacement based on a signal from the position sensor, and XYZ
Axis drive piezo element 65 and XYZ axis drive piezo element
XYZ driving driver 67 for driving in the YZ direction
Consists of Using this AFM device, after bringing the probe close to the sample 64 made of mica, the AFM image of the sample surface was observed by driving the XYZ-axis driving piezo element 65 in the XY directions, and a step image of the mica surface was observed. We were able to.

【００２８】本実施例においては非金属単結晶６として
ダイヤモンドを選んだが、実施例１で用いたＬａＢ6結
晶の様に導電性を有する結晶を用いて本実施例と同様に
弾性体上に微小ティップを形成することにより、媒体の
ＡＦＭ像とＳＴＭ像とを同時に測定できるプローブとし
て用いることも可能である。In this embodiment, diamond is selected as the non-metallic single crystal 6, but a crystal having conductivity such as the LaB6 crystal used in the first embodiment is used to form a minute tip on the elastic body in the same manner as in the present embodiment. It is also possible to use as a probe capable of simultaneously measuring the AFM image and the STM image of the medium by forming the.

【００２９】［実施例４］実施例４は実施例３に示した
微小ティップを有する弾性体を基板上に複数有するＡＦ
Ｍマルチプローブを構成したものであり、その構成を図
９に示す。本実施例によるプローブは、第２基板８上に
形成された複数のカンチレバー型の弾性体９、該それぞ
れの弾性体上に形成された接合層７、該接合層７上に形
成された微小ティップ保持部５２、該接合層７と該微小
ティップ保持部５２とに囲まれた中空の領域、及び該微
小ティップ保持部５２上に載置されたダイヤモンド非金
属単結晶６よりなる微小ティップ先端部５１により構成
されている。本実施例のＡＦＭプローブの製造方法は、
実施例３に示した方法に準ずる。本実施例により、非金
属単結晶よりなる微小ティップ先端部を有するカンチレ
バー型プローブにおいて、基板面からそれぞれの微小テ
ィップ先端までの高さを揃えることができた。[Fourth Embodiment] In the fourth embodiment, an AF having a plurality of elastic bodies having the minute tips shown in the third embodiment on a substrate is used.
FIG. 9 shows the configuration of the M multi-probe. The probe according to the present embodiment includes a plurality of cantilever-type elastic bodies 9 formed on the second substrate 8, a bonding layer 7 formed on each elastic body, and microtips formed on the bonding layer 7. A holding portion 52, a hollow area surrounded by the bonding layer 7 and the minute tip holding portion 52, and a minute tip tip portion 51 made of a diamond non-metal single crystal 6 placed on the minute tip holding portion 52. It is composed by. The manufacturing method of the AFM probe of this embodiment is
According to the method shown in Example 3. According to the present example, in the cantilever type probe having the tip of the minute tip made of a non-metallic single crystal, the heights from the substrate surface to the tips of the minute tips could be made uniform.

【００３０】[0030]

【発明の効果】本発明は、以上の微小ティップの製造方
法により、単結晶の頂角からなる鋭利で安定な先端を得
ることができ、ＡＦＭやＳＴＭ用の微小ティップとして
優れた特性を示す微小ティップを製造することが可能と
なる。また同時に、製造工程におけるティップ材料層の
エッチングを行う必要がないため、製造プロセスでの工
程を簡略化することが可能となり、凹部を形成した第１
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、生産性の向上と製造コストの低減を図ること
ができる。また、本発明においては、微小ティップの形
成を第１基板のエッチングによらず、第２基板上の接合
層に転写するため、エッチング液によるティップ材料の
劣化、汚染等を防ぐことができる。また、本発明におい
ては、弾性体上に微小ティップを形成してＡＦＭに用い
る場合、接合層があるために反射膜を形成する必要がな
くなり、かつ反射膜を形成したことに伴う弾性体のそり
を回避することが可能となる。また、本発明において
は、鋭利で安定な先端を有する微小ティップを得ること
ができ、基板における所定の位置に微小ティップ先端を
載置することが可能となる。また、本発明においては、
基板あるいは弾性体表面からの微小ティップ先端の高さ
を所望の大きさに設定でき、特に、複数の微小ティップ
を形成する際にそれぞれのティップ先端の高さを揃える
ことが可能となる。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible to obtain a sharp and stable tip composed of the apex angle of a single crystal by the above-described method for producing a microtip, and a microtip which exhibits excellent characteristics as a microtip for AFM and STM. It becomes possible to manufacture tips. At the same time, since it is not necessary to etch the tip material layer in the manufacturing process, the process in the manufacturing process can be simplified, and the first concave portion is formed.
Since the substrate, that is, the female die of the minute tip can be repeatedly used, it is possible to improve the productivity and reduce the manufacturing cost. Further, in the present invention, since the formation of the minute tip is transferred to the bonding layer on the second substrate instead of etching the first substrate, it is possible to prevent the tip material from being deteriorated and contaminated by the etching solution. Further, in the present invention, when a minute tip is formed on an elastic body to be used for an AFM, it is not necessary to form a reflective film because of a bonding layer, and the elastic body is warped due to the formation of the reflective film. Can be avoided. Further, according to the present invention, a minute tip having a sharp and stable tip can be obtained, and the tip of the minute tip can be placed at a predetermined position on the substrate. In the present invention,
The height of the tip of the minute tip from the substrate or the surface of the elastic body can be set to a desired size, and in particular, when forming a plurality of minute tips, the height of the tip of each tip can be made uniform.

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

【図１】実施例１によるプローブを示す図である。1 is a diagram showing a probe according to Example 1. FIG.

【図２】実施例１によるプローブの製造方法を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing a probe according to the first embodiment.

【図３】実施例１によるプローブを用いたＳＴＭ装置の
ブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an STM device using a probe according to the first embodiment.

【図４】実施例２によるプローブを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a probe according to a second embodiment.

【図５】実施例２によるプローブの製造方法を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a method for manufacturing a probe according to a second embodiment.

【図６】実施例３によるプローブを示す図である。FIG. 6 shows a probe according to Example 3.

【図７】実施例３によるプローブの製造方法を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram illustrating a method of manufacturing a probe according to a third embodiment.

【図８】実施例３によるプローブを用いたＡＦＭ装置の
ブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of an AFM device using a probe according to a third embodiment.

【図９】実施例４によるプローブの構成を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a probe according to Example 4.

【図１０】従来例の微小ティップの製造方法を示す断面
図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a minute tip of a conventional example.

【図１１】従来例の微小ティップの製造方法の主要工程
を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the main steps of a conventional method for manufacturing a minute tip.

【図１２】従来例の微小ティップを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a minute tip of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１：第１基板 ２：保護層 ３：凹部 ４：剥離層 ５：微小ティップ ６：非金属単結晶 ７：接合層 ８：第２基板 ９：弾性体 １０：配線 １１：試料 １２：ＸＹＺ軸駆動ピエゾ素子 １３：二酸化シリコン １４：窒化シリコン １５：表面保護層 ５１：微小ティップ先端部 ５２：微小ティップ保持部 ２０１：基板 ２０２：薄膜層 ２０３：ティップ ２０４：基板 ２０５：レジスト ２０６：レジスト開口部 ２０７：導電性材料 ２０８：ティップ 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 1: First substrate 2: Protective layer 3: Recessed portion 4: Release layer 5: Micro tip 6: Non-metallic single crystal 7: Bonding layer 8: Second substrate 9: Elastic body 10: Wiring 11: Sample 12: XYZ axis drive Piezo element 13: Silicon dioxide 14: Silicon nitride 15: Surface protection layer 51: Micro tip tip portion 52: Micro tip holding portion 201: Substrate 202: Thin film layer 203: Tip 204: Substrate 205: Resist 206: Resist opening 207: Conductive Material 208: Tips 510, 512: Silicon Dioxide 514: Silicon Wafer 518: Pits 520, 521: Silicon Nitride 522: Pyramid Pits 532: Cr Layer 534: Saw Cut 540: Mounting Block 542: Metal Film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１１Ｂ 9/00 9075−5Ｄ Ｇ１１Ｂ 9/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. ⁶ Identification code Internal reference number FI Technical display location G11B 9/00 9075-5D G11B 9/00

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】トンネル電流及び／または微小力検出用の
微小ティップにおいて、基板に形成された金属よりなる
接合層上に設けられた微小ティップ保持部と、該保持部
上に載置された非金属単結晶よりなる微小ティップ先端
部と、を有することを特徴とする微小ティップ。1. A micro-tip for detecting a tunnel current and / or a micro-force, a micro-tip holding part provided on a bonding layer made of metal formed on a substrate, and a non-tip mounted on the holding part. A minute tip made of a metal single crystal, and a minute tip. 【請求項２】前記微小ティップ先端部を構成する非金属
単結晶が、針状結晶であることを特徴とする請求項１に
記載の微小ティップ。2. The microtip according to claim 1, wherein the non-metallic single crystal forming the tip of the microtip is a needle crystal. 【請求項３】前記針状結晶が、六ホウ化ランタン、また
は、酸化亜鉛であることを特徴とする請求項２に記載の
微小ティップ。3. The microtip according to claim 2, wherein the acicular crystals are lanthanum hexaboride or zinc oxide. 【請求項４】前記微小ティップ先端部を構成する非金属
単結晶が、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項
１に記載の微小ティップ。4. The microtip according to claim 1, wherein the non-metallic single crystal forming the tip of the microtip is diamond. 【請求項５】前記微小ティップが、該微小ティップ保持
部と接合層とに囲まれた中空の領域を有していることを
特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の
微小ティップ。5. The microtip has a hollow region surrounded by the microtip holding portion and a bonding layer, according to any one of claims 1 to 4. Micro tip. 【請求項６】トンネル電流及び／または微小力検出用の
微小ティップを有するプローブにおいて、請求項１〜請
求項５のいずれか１項に記載の微小ティップが、基板上
に設けられていることを特徴とするプローブ。6. A probe having a microtip for detecting a tunnel current and / or a microforce, wherein the microtip according to any one of claims 1 to 5 is provided on a substrate. Characteristic probe. 【請求項７】前記微小ティップが、基板上に複数個設け
られていることを特徴とする請求項６に記載のプロー
ブ。7. The probe according to claim 6, wherein a plurality of the minute tips are provided on a substrate. 【請求項８】トンネル電流及び／または微小力検出用の
微小ティップを有するプローブにおいて、請求項１〜請
求項５のいずれか１項に記載の微小ティップが、基板に
形成された弾性体上に設けられていることを特徴とする
プローブ。8. A probe having a microtip for detecting a tunnel current and / or a microforce, wherein the microtip according to any one of claims 1 to 5 is provided on an elastic body formed on a substrate. A probe that is provided. 【請求項９】前記弾性体が、基板上に複数形成され、そ
れぞれの弾性体上に微小ティップが設けられていること
を特徴とする請求項８に記載のプローブ。9. The probe according to claim 8, wherein a plurality of the elastic bodies are formed on a substrate, and a minute tip is provided on each elastic body. 【請求項１０】トンネル電流及び／または微小力検出用
の微小ティップの製造方法において、一方の基板である
第１基板の剥離層上に、保持部と該保持部上に非金属単
結晶よりなる微小ティップ先端部を配した微小ティップ
材料層を形成し、他方の基板である第２基板上の接合層
に、前記剥離層上に形成された前記微小ティップ材料層
を転写することにより微小ティップを製造することを特
徴とする微小ティップの製造方法。10. A method of manufacturing a microtip for detecting a tunnel current and / or a microforce, comprising a holding portion on a peeling layer of a first substrate, which is one substrate, and a non-metallic single crystal on the holding portion. A microtip material layer having a tip portion of the microtip is formed, and the microtip material layer formed on the peeling layer is transferred to the bonding layer on the second substrate, which is the other substrate, to form the microtip. A method for manufacturing a microtip, which comprises manufacturing. 【請求項１１】前記微小ティップの製造方法は、（ａ）
第１基板の表面に凹部を形成する工程と、（ｂ）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、
（ｃ）前記第１基板における凹部を含む剥離層上に、非
金属単結晶を散布する工程と、（ｄ）前記非金属単結晶
が散布された凹部を含む剥離層上に、微小ティップ保持
層を成膜して微小ティップ材料層を形成する工程と、
（ｅ）第２基板上に接合層を形成する工程と、（ｆ）前
記第１基板における凹部を含む剥離層上の微小ティップ
材料層を、前記第２基板上の接合層に接合する工程と、
（ｇ）前記剥離層と微小ティップ材料層の界面で剥離を
行い、前記第２基板の接合層上に微小ティップ材料層を
転写する工程と、 を少なくとも有することを特徴とする請求項１０に記載
の微小ティップの製造方法。11. The method for manufacturing the microtips comprises (a)
Forming a recess in the surface of the first substrate, and (b) forming a release layer on the substrate including the recess in the first substrate,
(C) a step of spraying a non-metallic single crystal on a release layer including recesses in the first substrate, and (d) a microtip holding layer on the release layer including recesses on which the non-metal single crystal is sprayed. A step of forming a microtip material layer by forming a film,
(E) a step of forming a bonding layer on the second substrate, and (f) a step of bonding the microtip material layer on the release layer including the concave portion on the first substrate to the bonding layer on the second substrate. ,
11. The method according to claim 10, further comprising: (g) performing peeling at an interface between the peeling layer and the minute tip material layer and transferring the minute tip material layer onto the bonding layer of the second substrate. Manufacturing method of micro tip. 【請求項１２】トンネル電流及び／または微小力検出用
プローブの製造方法において、（ａ）第１基板の表面に
凹部を形成する工程と、（ｂ）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、（ｃ）前記第１基
板における凹部を含む剥離層上に、非金属単結晶を散布
する工程と、（ｄ）前記非金属単結晶が散布された凹部
を含む剥離層上に、微小ティップ保持層を成膜して微小
ティップ材料層を形成する工程と、（ｅ）第２基板上に
弾性体材料を形成する工程と、（ｆ）前記第２基板弾性
体材料上に、接合層を形成する工程と、（ｇ）前記第１
基板における凹部を含む剥離層上の微小ティップ材料層
を、前記第２基板上の接合層に接合する工程と、（ｈ）
前記剥離層と微小ティップ材料層の界面で剥離を行い、
前記第２基板の接合層上に微小ティップ材料層を転写す
る工程と、（ｉ）前記第２基板の一部を除去して弾性体
材料から弾性体を形成する工程と、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。12. A method of manufacturing a probe for detecting a tunnel current and / or a small force, comprising: (a) forming a recess on the surface of a first substrate; and (b) forming a recess on the substrate of the first substrate. Forming a release layer; (c) spraying a non-metallic single crystal on the release layer including recesses in the first substrate; and (d) peeling including recesses in which the non-metal single crystal is spread. Forming a minute tip holding layer on the layer to form a minute tip material layer; (e) forming an elastic material on the second substrate; and (f) the second substrate elastic material. A step of forming a bonding layer thereon, and (g) the first
Bonding a microtip material layer on a release layer including recesses in the substrate to a bonding layer on the second substrate, and (h)
Detach at the interface between the release layer and the microtip material layer,
At least including a step of transferring a minute tip material layer onto the bonding layer of the second substrate, and (i) removing a part of the second substrate to form an elastic body from an elastic material. A method for manufacturing a characteristic probe. 【請求項１３】前記非金属単結晶が、針状結晶であるこ
とを特徴とする請求項１１に記載の微小ティップの製造
方法または請求項１２に記載のプローブの製造方法。13. The method for manufacturing a microtip according to claim 11, or the method for manufacturing a probe according to claim 12, wherein the non-metallic single crystal is a needle-shaped crystal. 【請求項１４】前記針状結晶が、六ホウ化ランタン、ま
たは、酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１３に記
載の微小ティップの製造方法またはプローブの製造方
法。14. The method for producing a microtip or the method for producing a probe according to claim 13, wherein the needle-like crystal is lanthanum hexaboride or zinc oxide. 【請求項１５】前記非金属単結晶が、ダイヤモンドであ
ることを特徴とする請求項１１に記載の微小ティップの
製造方法または請求項１２に記載のプローブの製造方
法。15. The method for manufacturing a microtip according to claim 11, or the method for manufacturing a probe according to claim 12, wherein the non-metallic single crystal is diamond. 【請求項１６】前記剥離層が、第１基板を熱酸化してな
る二酸化シリコンであることを特徴とする請求項１１〜
請求項１５のいずれか１項に記載の微小ティップの製造
方法またはプローブの製造方法。16. The release layer is made of silicon dioxide obtained by thermally oxidizing the first substrate.
The method for manufacturing a microtip or the method for manufacturing a probe according to claim 15. 【請求項１７】前記接合層あるいは前記微小ティップ保
持部の少なくとも一方が、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕのう
ちいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項１１〜
請求項１５のいずれか１項に記載の微小ティップの製造
方法またはプローブの製造方法。17. The bonding layer or at least one of the minute tip holding portions contains a material selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, and Cu.
The method for manufacturing a microtip or the method for manufacturing a probe according to claim 15.