JPH03181801A - 表面形状測定用微小探針およびその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体や光学部品等のサブミクロン領域の表
面荒さや表面形状寸法測定に用いられる表面形状測定機
や走査型トンネル５ＩＪｉ微鏡の測定用探針において、
その先端形状を一定化し、高精度な寸法測定を可能とす
る測定用探針およびその製造方法に関する。

〔発明の概要〕

微小領域での表面荒さ、表面形状寸法測定において、そ
の測定精度は探針の先端形状と大きさによって左右され
、特に三次元での寸法形状測定では、探針先端の形状は
真球であることが要求される。しかし、サブミクロン領
域に用いられる探針は従来、電解研磨によって作成され
る為、その先端は円錐状であり、二次元の測定では探針
形状の影響は受けないが三次元の高さ方向の測定は、探
針形状の影響を受け、誤差を生じていた０本発明では電
解研磨によって、先端形状を０．１μ以下の太さにした
のち、その細線部を通電加熱によって、熔融切断するこ
とでその先端を真珠に成形することで、三次元測定での
高さ方向の誤差を生しないような探針を作成を可能とし
た。

また、走査型トンネル顕微鏡用探針としては、探針先端
の酸化膜等の汚染物質がトンネル電流の地山の妨げとな
ってしまうが、本発明によれば、先端形状は電解液の外
で成形される為、汚染がなく、きわめて安定したトンネ
ル電流の検出が可能である。

〔従来の技術〕

従来、走査型トンネル顕微鏡や微小表面形状測定機用探
針はタングステンや、白金などの細線を電解研磨するこ
とで図４のような形状の探針を作成していた。この探針
で半導体表面等の微細加工された表面形状を測定すると
図５のごとく、高さ方向の探針の形状に起因する誤差を
生し、本来の被測定物の形状を探針中心の軌跡が再現し
ていないことが判る。しかし、従来の電解研磨方法では
探針先端は円錐形状にしか加工できず、この誤差の発生
はさけられないものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電解研磨方法図６では探針先端は図４の如く鋭利
化され、円錐形状となる。この探針で被測定物と探針表
面のある１点が最短距離を取り続けるもしくは、接触し
つづける状態を保ちなから探針を走査すると、図５に示
すように探針中心の軌跡は、段差部にだれを生じ、この
形状を補正する為には、探針の形状を正確に知らなけれ
ばならず、きわめて実用的ではなかった。本発明による
探針では、その先端形状を円錐形から、真球にすること
で、測定データの補正は球の直径によって行え、補正の
簡略化、さらには精度の向上が計られる。また、従来の
電解研磨方法では、探針先端の最終的な底形は電解液中
で行われる為、その表面は電解液で汚染され、正常なト
ンネル電流が流れないことが多かった。

〔課題を解決するための手段〕

操作型トンネル顕微鏡および微小表面形状測定機の探針
において、その先端形状が球形としたことを特徴とする
表面形状測定微小探針。その先端の球形状の形成を不活
性ガス中で行うことで表面汚染のない探針を提供するこ
とを特徴とする表面形状測定用微小探針の製造方法。

〔作用〕

このようにして作成された探針は、その先端が球、状で
、三次元の寸法測定に誤差を生しることなく、また、そ
の表面の清浄さにより安定したトンネル電流の検出を可
能とし、これまでにない高猜度な表面荒さ、表面形状の
三次元測定を可能とする。

〔実施例〕

探針材料となる金属は、電解研磨が簡単に行え、表面酸
化等変質しにくいもので、φ０．２ｍ■〜φ０．５問程
度の金属細線であれば何でも良く、タングステン、白金
、白金とインジウムやロジウムの合金など最も加工しや
すく、白金を例にとると、まず第１工程では電解液中に
約φ３富讃線材を浸漬し交流で電解し、先端のくびれが
切断される直前の電解電流を経験的にき求めておき、そ
の電流値で電解を終了し、次に先端部のみを電解液に浸
漬し、５〜１５Ｖの電圧（直流でも交流でも良い）を印
加し、瞬間的にくびれ部が破断する電圧をその最適値と
する。

このときくびれ部の細さを適当に選ぶと先端球の大きさ
も任意にコントロールできる。貴金属系の材料では、く
びれ部の切断は、空気中であっても先端表面の汚染（＃
Ｉ化）は問題ないが、タングステンなどでは、アルゴン
雰囲気で破断すれば、溶融切断のときの表面酸化を防止
できる。

本発明では、電解研磨の工程を２工程にして、その１工
程目で、探針を第２図に示すような形状とし、そのくび
れ部の太さをｏ、ｏｉ〜０゜０５μ鳳まで細線化する。

この工程は、従来の方法と比べ電解液中への探針材の浸
漬深さを１，５〜２．５倍の範囲で深くし、交流電源で
電解することで、電解液と空気の界面での研磨の進行速
度を液中の探針材の研磨の進行速度より速くすることで
達成される０次に第３図に示すように、探針の先端部の
みを電解液中に浸漬し、探針と電解液に５〜ＩＯＶの交
流電圧を印加すると、くびれ部の細線化した部分は電気
抵抗が大きく、通電後自己発熱により瞬断され、その先
端は溶断の為、球状になる。このようにして作られた探
針は、第１図に示すような先端が球状でその半径が０．
０５〜０．１−の形状となる。

本発明の方法で先端球形状の探針を作る場合、その材料
はタングステン、白金および白金系合金が最も一般的で
あるが、他の金属材料でも同様の効果が得られる。また
、特にその利用目的を走査型トンネル顕微鏡に限った場
合、くびれ部の溶断工程を、不活性ガス（たとえばアル
ゴン）中で行うことで探針付金属の酸化を防ぎ、さらに
は研磨液による汚染を防ぎ、探針先端に酸化膜等のない
清浄な表面が得られ、トンネル１）ｉｔ流が安定して検
出できる探針の作成が可能である。

また、破膜時の電圧は可能な限り低い方が先端径は小さ
くなり、表面状態も良好である。

〔発明の効果〕

本発明によって得られた探針を走査型トンネル顕微鏡を
用いて、光デイスク表面の凹凸を測定し、従来の探針で
の測定と比較し、第７図のような結果を得た。この結果
から探針の先端の球形状の直径を推測し、電子″ａ微鏡
によって測定した先端直径と比較したところ、きわめて
良い一致を見た。

表面形状測定機として使用した場合でも、先端形状の効
果から、その測定結果は、先端球の半径分だけ補正すれ
ばきわめて忠実に被測定物の表面荒さを示すことは容易
に推測される。

本発明による探針は、先端が球である為、特に段差のあ
る被測定物の深さ方向の形状および段差部のエツジの形
状を正確に測定することが可能である。また、その製造
工程において、探針先端が最終的に不活性ガス中で形成
されることで、その表面を清浄な金属面とすることがで
き、トンネル電流を検出する、走査型トンネル顕微鏡に
おいて、常に安定したトンネル電流の検出を可能とした
。

さらに、安定したトンネル電流の検出を可能とすること
で探針の被測定物への接触も防ぐことができ、探針を破
損することもなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって得られた探針の先端形状図、第
２図は１発明による探針の作成過程、第３図は本発明に
おける探針先端の最終形成方法、第４図は従来技術によ
る探針の形状図、第５図は従来技術による探針で得られ
る測定データ、第６図、は従来技術による探針の作成過
程、第７図は従来技術と本発明によるところの探針を用
いた探針中心の軌跡の測定結果側を示す。 ・・探針 ・・探針中心 ・・被測定物 ・探針中心の軌跡 ・電解液 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）走査型トンネル顕微鏡および微小表面形状測定機
   の探針において、その先端形状が球形をしたことを特徴
   とする表面形状に測定微小探針。
2. （２）先端の球形状の形成を不活性ガス中で行うことを
   特徴とする、表面形状測定用微小探針の製造方法。