JPH03102201A - 走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡Info
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- JPH03102201A JPH03102201A JP1239906A JP23990689A JPH03102201A JP H03102201 A JPH03102201 A JP H03102201A JP 1239906 A JP1239906 A JP 1239906A JP 23990689 A JP23990689 A JP 23990689A JP H03102201 A JPH03102201 A JP H03102201A
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- Japan
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- probe
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- tunneling microscope
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、例えば半導体チップや結晶の臂開而等の非常
に微細な構造を観察するための走査トンネル顕微鏡に関
６するものである。
に微細な構造を観察するための走査トンネル顕微鏡に関
６するものである。
［従来の技術］
近年開発された走査トンネル顕微鏡においては、導電性
の探針先端を試料表面に接近させて圧電素子等を用いて
二次元に走査し、探針先端から試料に流れるトンネル電
流（探針先端と試料表面の間隔．即ち試料表面の凹凸に
対応する）を逐次検出することにより、試料表面の微細
な構造を原子像レベルの分解能で観察することが可能で
ある。
の探針先端を試料表面に接近させて圧電素子等を用いて
二次元に走査し、探針先端から試料に流れるトンネル電
流（探針先端と試料表面の間隔．即ち試料表面の凹凸に
対応する）を逐次検出することにより、試料表面の微細
な構造を原子像レベルの分解能で観察することが可能で
ある。
かかる走査トンネル顕微鏡の探針は、従来第５図（ （
ａ） ：縦断面図． （ｂ） ：横断面図）及び第６図
（（ａ）：縦断而図， （ｂ） ：横断面図）に示され
るような構造であった。即ち、直径０．５〜ｌｍｎ＋φ
程度の丸棒状の導電体ｌ０１の先端部１０１ａが切削研
磨や電解研磨等によって極めて鋭利に加工された形状と
なっている。また、第６図のように試料と対向する最先
端部を除いて絶縁層１０２で導電体１０１を被覆する場
合もあった。
ａ） ：縦断面図． （ｂ） ：横断面図）及び第６図
（（ａ）：縦断而図， （ｂ） ：横断面図）に示され
るような構造であった。即ち、直径０．５〜ｌｍｎ＋φ
程度の丸棒状の導電体ｌ０１の先端部１０１ａが切削研
磨や電解研磨等によって極めて鋭利に加工された形状と
なっている。また、第６図のように試料と対向する最先
端部を除いて絶縁層１０２で導電体１０１を被覆する場
合もあった。
【発明が解決しようとする課題］
しかし、上記のような従来の走査トンネル顕微鏡におい
て、探針のインピーダンスが高い場合、電磁ノイズに対
して非常に敏感であり、画像（観察点の拡大像）に乱れ
を生じるという問題があった。
て、探針のインピーダンスが高い場合、電磁ノイズに対
して非常に敏感であり、画像（観察点の拡大像）に乱れ
を生じるという問題があった。
電磁ノイズの影響を防止するためには、探針の周囲をシ
ールドするということが考えられるが、探針の支持部等
に金属等からなるシールド用の構造物を装着した場合、
重量の増加によって振動を拾いやすくなり、走査の際の
探針の正確な動作が妨げられて、微細構造の高分解能観
察という走査トンネル顕微鏡本来の目的が達成されなく
なってしまう． また、試料を載置するためのステージ側（シールド板を
設置して探針を取り囲もうとすると、探針や試料の交換
の際の操作性を著しく低下させてしまうという不都合が
生じる． この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、機
械特性（探針の動作特性）や操作性を低下させることな
く電磁ノイズの影響を防止した走査トンネル顕微鏡を提
供することを目的とするものである． ［課題を解決するための手段ゴ 本発明では、試料表面を走査するための導電性の探針を
備えた走査トンネル顕微鏡において、前記探針として、
表面に絶縁層が形成されるとともに、更に該絶縁層の外
側に導電層が設けられた導電体の先端部を鋭利に加工し
てなる探針を用いたことによって、上記の課題を達成し
ている．［作用］ 本発明による走査トンネル顕微鏡の探針は、導電体の表
面に絶縁層が形成され、更にその外側に導電層が形成さ
れているので、この導電層を接地することによって、走
査トンネル顕微鏡の構造をほとんど変えることなく探針
を電磁シールドすることができる． 絶縁層は、電気絶縁性であれば特に限定されるものでは
ないが、例えばふっ素樹脂等のプラスチックやＳｉ０２
等のセラミックを用いて形成することかでき、誘電率の
小さい絶縁材が好ましく使用される。また、導電層につ
いても、導電性であれば特に限定されるものではなく、
Ｃｕ，＾ｌ等の金属を蒸着して形成する他、導電性テー
プや導電性べ−ストを用いて形成しても良い。
ールドするということが考えられるが、探針の支持部等
に金属等からなるシールド用の構造物を装着した場合、
重量の増加によって振動を拾いやすくなり、走査の際の
探針の正確な動作が妨げられて、微細構造の高分解能観
察という走査トンネル顕微鏡本来の目的が達成されなく
なってしまう． また、試料を載置するためのステージ側（シールド板を
設置して探針を取り囲もうとすると、探針や試料の交換
の際の操作性を著しく低下させてしまうという不都合が
生じる． この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、機
械特性（探針の動作特性）や操作性を低下させることな
く電磁ノイズの影響を防止した走査トンネル顕微鏡を提
供することを目的とするものである． ［課題を解決するための手段ゴ 本発明では、試料表面を走査するための導電性の探針を
備えた走査トンネル顕微鏡において、前記探針として、
表面に絶縁層が形成されるとともに、更に該絶縁層の外
側に導電層が設けられた導電体の先端部を鋭利に加工し
てなる探針を用いたことによって、上記の課題を達成し
ている．［作用］ 本発明による走査トンネル顕微鏡の探針は、導電体の表
面に絶縁層が形成され、更にその外側に導電層が形成さ
れているので、この導電層を接地することによって、走
査トンネル顕微鏡の構造をほとんど変えることなく探針
を電磁シールドすることができる． 絶縁層は、電気絶縁性であれば特に限定されるものでは
ないが、例えばふっ素樹脂等のプラスチックやＳｉ０２
等のセラミックを用いて形成することかでき、誘電率の
小さい絶縁材が好ましく使用される。また、導電層につ
いても、導電性であれば特に限定されるものではなく、
Ｃｕ，＾ｌ等の金属を蒸着して形成する他、導電性テー
プや導電性べ−ストを用いて形成しても良い。
これらの絶縁層及び導電層の膜厚は、探針周囲の電界や
磁界の条件に応じて、適宜設定されるものであり、膜厚
の精度も特に要求されないが、般に絶縁層が数＋μ層〜
数百μ■．導電層が数十μ鵬程度で良好な電磁シールド
が行なわれる．［実施例］ 第１図（ａ） ． （ｂ）は、それぞれ本発明実施例に
かかる探針の縦断面図及び横断面図であり、第３図（ａ
）〜（ｄ）は探針の製造工程を模式的に示す断面図であ
る． 本実施例においては、タングステン（又は白金）からな
る直径ｌ■−φの丸棒状の導電体１を用意し（第３図（
ａ））、この導電体１を拡径された状態のふっ素樹脂性
の熱収縮チューブに挿入した後、所定の温度に加熱して
チューブを収縮させることによりチューブを導電体１に
密着させ、第３図（ｂ）のように絶縁層２を形成した．
絶縁層２を形成する方法としては、樹脂製の熱収縮チュ
ーブを用いる以外に、導電体１を溶融ガラスの中に浸漬
して静かに引き上げることにより導電体１表面に数十〜
数百μ一のガラス膜を形成する方法やスパッタリングで
Ｓｉ０２膜を形成する方法等がある． 次いで、この絶縁層２の外側にＣｕ（あるいはＡＩ）を
蒸着することにより、第３図（Ｃ）のように数十μ■程
度の厚さの導電層３を設けた。
磁界の条件に応じて、適宜設定されるものであり、膜厚
の精度も特に要求されないが、般に絶縁層が数＋μ層〜
数百μ■．導電層が数十μ鵬程度で良好な電磁シールド
が行なわれる．［実施例］ 第１図（ａ） ． （ｂ）は、それぞれ本発明実施例に
かかる探針の縦断面図及び横断面図であり、第３図（ａ
）〜（ｄ）は探針の製造工程を模式的に示す断面図であ
る． 本実施例においては、タングステン（又は白金）からな
る直径ｌ■−φの丸棒状の導電体１を用意し（第３図（
ａ））、この導電体１を拡径された状態のふっ素樹脂性
の熱収縮チューブに挿入した後、所定の温度に加熱して
チューブを収縮させることによりチューブを導電体１に
密着させ、第３図（ｂ）のように絶縁層２を形成した．
絶縁層２を形成する方法としては、樹脂製の熱収縮チュ
ーブを用いる以外に、導電体１を溶融ガラスの中に浸漬
して静かに引き上げることにより導電体１表面に数十〜
数百μ一のガラス膜を形成する方法やスパッタリングで
Ｓｉ０２膜を形成する方法等がある． 次いで、この絶縁層２の外側にＣｕ（あるいはＡＩ）を
蒸着することにより、第３図（Ｃ）のように数十μ■程
度の厚さの導電層３を設けた。
導電層３についても、Ｃｕや八！等の金属を蒸着する以
外に、導電性テープを巻き付けたり、あるいは導電ペー
ストを塗布したりすることによって形成しても良い．こ
の際、導電体１の端面については、後の加工によって絶
縁層２及び導電層３が除去されるので、絶縁層２及び導
電層３が形成されていなくとも良いが、導電体１の側面
においては絶縁層２及び導電層３に欠損部分ができない
ように留意する． しかる後、切削研磨加工（又は電解研磨加工）によって
導電体の先端部分１０ａを第３図（ｄ）に示される如く
鋭利に加工し、探針ｌＯを得た。探針１０の先端部１０
ａの形状は走査トンネル顕微鏡の高い分解能を確保する
上で重要であり、試料と対向する最先端部分を曲率半径
１００〜５０ｎｎ＋程度になるまで研磨することが望ま
しい．この研磨加工は、絶縁層３及び導電層２を形成す
る前に行なうと絶縁層３及び導電層２を形成する際に鋭
利に研磨した先端部分を損傷する危険性があるので、最
終工程で行なう必要がある。
外に、導電性テープを巻き付けたり、あるいは導電ペー
ストを塗布したりすることによって形成しても良い．こ
の際、導電体１の端面については、後の加工によって絶
縁層２及び導電層３が除去されるので、絶縁層２及び導
電層３が形成されていなくとも良いが、導電体１の側面
においては絶縁層２及び導電層３に欠損部分ができない
ように留意する． しかる後、切削研磨加工（又は電解研磨加工）によって
導電体の先端部分１０ａを第３図（ｄ）に示される如く
鋭利に加工し、探針ｌＯを得た。探針１０の先端部１０
ａの形状は走査トンネル顕微鏡の高い分解能を確保する
上で重要であり、試料と対向する最先端部分を曲率半径
１００〜５０ｎｎ＋程度になるまで研磨することが望ま
しい．この研磨加工は、絶縁層３及び導電層２を形成す
る前に行なうと絶縁層３及び導電層２を形成する際に鋭
利に研磨した先端部分を損傷する危険性があるので、最
終工程で行なう必要がある。
第４図は、上記のようにして作製した探針１０を用いた
走査トンネル顕微鏡の要部構成図である。
走査トンネル顕微鏡の要部構成図である。
図において、試料５は図示しない駆動手段によって二次
元方向に移動可能なステージ６Ｃ載置されている．電磁
シールドされた探針１０は、先端部が試料５と対向する
ように垂直に配置されており、試料５表面を探針１０で
走査するとともに探針１０を上下方向に移動させるため
の探針走査・微動機構部８から延設されたステ−７に支
持されている。
元方向に移動可能なステージ６Ｃ載置されている．電磁
シールドされた探針１０は、先端部が試料５と対向する
ように垂直に配置されており、試料５表面を探針１０で
走査するとともに探針１０を上下方向に移動させるため
の探針走査・微動機構部８から延設されたステ−７に支
持されている。
かかる走査トンネル顕微鏡で試料５の観察を行なうには
、ステージ６を移動させることによって探針１０を試料
５の所望の観察点９（数十μ量Ｘ数十μｍ程度の微小領
域）上に位置合わせし、探針走査・微動機構部８を動作
させて走査を開始する． すると、探針！Ｏを試料５表面に間１！ｊｉｌｔｖ程度
にまで接近させて両者の間に適切な電圧を印加した状態
で、探針１０による試料５表面の二次元走査が行なわれ
、探針１０先端から試料５に流れるトンネル電流（試料
５と探針１０との距離に対応）が検出される．そして、
このトンネル電流の大きさが一定となるように走査・微
動機構郎８によって探針１０が上下方向に移動され、探
針１０の上下方向の移動量に対応した電気信号が時系列
で取り出されることにより、オシロスコープ上に観察点
９の拡大像が得られる。
、ステージ６を移動させることによって探針１０を試料
５の所望の観察点９（数十μ量Ｘ数十μｍ程度の微小領
域）上に位置合わせし、探針走査・微動機構部８を動作
させて走査を開始する． すると、探針！Ｏを試料５表面に間１！ｊｉｌｔｖ程度
にまで接近させて両者の間に適切な電圧を印加した状態
で、探針１０による試料５表面の二次元走査が行なわれ
、探針１０先端から試料５に流れるトンネル電流（試料
５と探針１０との距離に対応）が検出される．そして、
このトンネル電流の大きさが一定となるように走査・微
動機構郎８によって探針１０が上下方向に移動され、探
針１０の上下方向の移動量に対応した電気信号が時系列
で取り出されることにより、オシロスコープ上に観察点
９の拡大像が得られる。
上述したような本実施例の走査トンネル顕微鏡を用いて
半導体の表面を走査したところ、探針１０から送られる
電気信号が電磁ノイズによって乱されることなく、原子
像レベルの高い分解能で観察点の鮮明な拡大像が得られ
た。
半導体の表面を走査したところ、探針１０から送られる
電気信号が電磁ノイズによって乱されることなく、原子
像レベルの高い分解能で観察点の鮮明な拡大像が得られ
た。
次に、第２図は探針の更に別の構成例を示す断面図であ
る． 第２図において、導電体２１は丸棒状のタン゛グステン
（又は白金）からなり、上端部にリード線４が接続され
ている。本実施例においては、このリード線４も含めて
導電体２１の表面をふっ素樹脂性の熱収縮チューブから
なる絶縁層２２で覆った。
る． 第２図において、導電体２１は丸棒状のタン゛グステン
（又は白金）からなり、上端部にリード線４が接続され
ている。本実施例においては、このリード線４も含めて
導電体２１の表面をふっ素樹脂性の熱収縮チューブから
なる絶縁層２２で覆った。
そして、更にその外側に導電性テープを巻き付けること
により導電層２３を形成した後、切削研磨加工（又は電
解研磨加工）によって先端部を鋭利に加工した。
により導電層２３を形成した後、切削研磨加工（又は電
解研磨加工）によって先端部を鋭利に加工した。
このようにすれば、走査トンネル顕微鏡の探針だけでな
く探針に接続された初段増幅器まで電磁シールドを行な
うことができ、より鮮明な試料の拡大像を得ることがで
きる。
く探針に接続された初段増幅器まで電磁シールドを行な
うことができ、より鮮明な試料の拡大像を得ることがで
きる。
なお、第２図に示された探針の絶縁層２２及び導電層２
３についても、導電体２１とリード線４の接続部分に損
傷を与えないような方法であれば、熱収縮チューブ．導
電性テープ以外のものを用いて形成しても良いことは言
うまでもない。
３についても、導電体２１とリード線４の接続部分に損
傷を与えないような方法であれば、熱収縮チューブ．導
電性テープ以外のものを用いて形成しても良いことは言
うまでもない。
［発明の効果］
以上のように、本発明においては、探針の表面に絶縁層
を形成し、更にその外側に導電層を設けているので、走
査トンネル顕＠鏡の機械特性や操作性を低下させること
なく、探針を電磁シールドして、探針からの信号が電子
ノイズによって乱されることを防止することができる。
を形成し、更にその外側に導電層を設けているので、走
査トンネル顕＠鏡の機械特性や操作性を低下させること
なく、探針を電磁シールドして、探針からの信号が電子
ノイズによって乱されることを防止することができる。
かかる走査トンネル顕微鏡を用いれば、半導体や超精密
加工面等の微細構造を極めて高い分解能で観察すること
ができる。
加工面等の微細構造を極めて高い分解能で観察すること
ができる。
第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例における探針
の縦断面図及び横断面図、第２図は探針の更に別の構成
例を示す縦断面図、第３図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示
された探針の製造方法を説明するための断面図、第４図
は本発明実施例による走査トンネル顕微鏡の構成図、第
５図（ａ）及び（ｂ）は探針の従来例を示す縦断面図及
び横断面図、第６図（ａ）及び（ｂ）は探針の別の従来
例を示す縦断面図及び横断面図である． ［主要部分の符号の説明］ １，２１・・・導電体 １ １ ２．２２・・・絶縁層 ３．２３・・・導電層 ４・・・・・・・・・・・・リード線 ５・・・・・・・・・・・・試料 ６・・・・・・・・・・・・ステージ ８・・・・・・・・・・・・探針走査・９・・・・・・
・・・・・・観察点 ０・・・・・・・・・・・・探針 Ｏａ・・・・・・・・・先端部 徴勤機構部
の縦断面図及び横断面図、第２図は探針の更に別の構成
例を示す縦断面図、第３図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示
された探針の製造方法を説明するための断面図、第４図
は本発明実施例による走査トンネル顕微鏡の構成図、第
５図（ａ）及び（ｂ）は探針の従来例を示す縦断面図及
び横断面図、第６図（ａ）及び（ｂ）は探針の別の従来
例を示す縦断面図及び横断面図である． ［主要部分の符号の説明］ １，２１・・・導電体 １ １ ２．２２・・・絶縁層 ３．２３・・・導電層 ４・・・・・・・・・・・・リード線 ５・・・・・・・・・・・・試料 ６・・・・・・・・・・・・ステージ ８・・・・・・・・・・・・探針走査・９・・・・・・
・・・・・・観察点 ０・・・・・・・・・・・・探針 Ｏａ・・・・・・・・・先端部 徴勤機構部
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 試料表面を走査するための導電性の探針を備えた走査ト
ンネル顕微鏡において、 前記探針が、表面に絶縁層が形成されるとともに、更に
該絶縁層の外側に導電層が設けられた導電体の先端部を
鋭利に加工してなる探針であることを特徴とする走査ト
ンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239906A JPH03102201A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239906A JPH03102201A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 走査トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03102201A true JPH03102201A (ja) | 1991-04-26 |
Family
ID=17051611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1239906A Pending JPH03102201A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03102201A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05164513A (ja) * | 1991-12-17 | 1993-06-29 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 走査トンネル装置用探針 |
| DE102004012520A1 (de) * | 2004-03-05 | 2005-09-29 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Punktquelle für Elektronen-Feldemissionen mit lokaler Abschirmung |
| KR100815785B1 (ko) * | 2001-11-19 | 2008-03-20 | 주식회사 포스코 | 석회소성 농축조내의 고형물 처리장치 |
-
1989
- 1989-09-18 JP JP1239906A patent/JPH03102201A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05164513A (ja) * | 1991-12-17 | 1993-06-29 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 走査トンネル装置用探針 |
| KR100815785B1 (ko) * | 2001-11-19 | 2008-03-20 | 주식회사 포스코 | 석회소성 농축조내의 고형물 처리장치 |
| DE102004012520A1 (de) * | 2004-03-05 | 2005-09-29 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Punktquelle für Elektronen-Feldemissionen mit lokaler Abschirmung |
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