JPH06109415A - 走査型顕微鏡用探針 - Google Patents
走査型顕微鏡用探針Info
- Publication number
- JPH06109415A JPH06109415A JP4260421A JP26042192A JPH06109415A JP H06109415 A JPH06109415 A JP H06109415A JP 4260421 A JP4260421 A JP 4260421A JP 26042192 A JP26042192 A JP 26042192A JP H06109415 A JPH06109415 A JP H06109415A
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- JP
- Japan
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- probe
- main body
- curvature
- tip
- radius
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- Pending
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 曲率半径が十分に小さく、かつ表面が酸化し
難い電導性を有する走査型顕微鏡用の探針を得る。 【構成】 金属製の本体と該本体を被覆する酸化防止層
とで走査型顕微鏡用の探針を構成した。酸化防止層とし
て貴金属を用い、これをメッキ法により本体表面に形成
させることが好ましい。
難い電導性を有する走査型顕微鏡用の探針を得る。 【構成】 金属製の本体と該本体を被覆する酸化防止層
とで走査型顕微鏡用の探針を構成した。酸化防止層とし
て貴金属を用い、これをメッキ法により本体表面に形成
させることが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料の表面状態を観察
する走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと略記する）
等に使用される走査型顕微鏡用探針に関する。
する走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと略記する）
等に使用される走査型顕微鏡用探針に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、試料表面を原子オーダーで観察す
る装置として、ＳＴＭが開発され注目されている。導電
性試料と金属探針とを１nm程度の距離に接近させてこれ
ら試料と探針との間にバイアス電圧をかけると、両者の
間にトンネル電流が流れる。ＳＴＭは、このトンネル電
流が試料と探針間の距離に敏感に依存することを利用し
ており、探針または試料を２次元（ＸＹ方向）に走査し
てその際のトンネル電流が一定となるように探針をＺ方
向に制御する。そして、Ｚ方向の制御信号を検出するこ
とで試料表面の起伏を原子オーダーの分解能で観察（測
定）するものである。
る装置として、ＳＴＭが開発され注目されている。導電
性試料と金属探針とを１nm程度の距離に接近させてこれ
ら試料と探針との間にバイアス電圧をかけると、両者の
間にトンネル電流が流れる。ＳＴＭは、このトンネル電
流が試料と探針間の距離に敏感に依存することを利用し
ており、探針または試料を２次元（ＸＹ方向）に走査し
てその際のトンネル電流が一定となるように探針をＺ方
向に制御する。そして、Ｚ方向の制御信号を検出するこ
とで試料表面の起伏を原子オーダーの分解能で観察（測
定）するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、より高分解能で
測定できるＳＴＭの要望が高くなってきた。一般に、Ｓ
ＴＭにおいて高分解能で試料の表面像を観察するために
は、探針が以下の条件を満たすことが要求される。 探針先端の曲率半径ができるだけ小さい（50nm程度）
こと 探針表面が酸化しておらず、電気的特性が良い（電導
性が良い、トンネル電流密度が高い等）こと そのため、上記条件を満足するために、ＳＴＭおよびＳ
ＴＭを用いた応用装置に共通する要素技術として、探針
の材料選択および製作技術が重要視されていた。ところ
が、従来、ＳＴＭ用探針として用いられていた、タング
ステン（Ｗ）や白金（Pt）等の細線では、前記、の
条件を同時に満たすことは困難であった。
測定できるＳＴＭの要望が高くなってきた。一般に、Ｓ
ＴＭにおいて高分解能で試料の表面像を観察するために
は、探針が以下の条件を満たすことが要求される。 探針先端の曲率半径ができるだけ小さい（50nm程度）
こと 探針表面が酸化しておらず、電気的特性が良い（電導
性が良い、トンネル電流密度が高い等）こと そのため、上記条件を満足するために、ＳＴＭおよびＳ
ＴＭを用いた応用装置に共通する要素技術として、探針
の材料選択および製作技術が重要視されていた。ところ
が、従来、ＳＴＭ用探針として用いられていた、タング
ステン（Ｗ）や白金（Pt）等の細線では、前記、の
条件を同時に満たすことは困難であった。
【０００４】例えば、タングステンを用いた場合、水酸
化カリウム等を用いた電解研磨法により容易に先端を尖
鋭化することができ、上記の条件を満たすことができ
る。ところが、タングステンは大気中で酸化し易いた
め、前記の条件を満たすことができなかった。この場
合、超高真空中で探針を使用する際は加熱または電解脱
離することで探針表面の酸化物を除去することができる
が、ＳＴＭの使用環境を超高真空に設定する必要がある
ため取扱いが難しくなるという問題が生じる。
化カリウム等を用いた電解研磨法により容易に先端を尖
鋭化することができ、上記の条件を満たすことができ
る。ところが、タングステンは大気中で酸化し易いた
め、前記の条件を満たすことができなかった。この場
合、超高真空中で探針を使用する際は加熱または電解脱
離することで探針表面の酸化物を除去することができる
が、ＳＴＭの使用環境を超高真空に設定する必要がある
ため取扱いが難しくなるという問題が生じる。
【０００５】一方、白金は大気中でも酸化し難いため前
記の条件を満たすことができるが、探針先端の曲率半
径を所望の値に設定することが難しかった。例えば、タ
ングステンのように電解研磨法によって作製しようとす
ると、人体に対する危険性が高いシアン化カリウムや高
温（300 ℃）に熱した硝酸ナトリウムを用いる必要が生
じる。そのため、十分な安全対策を考慮しなければなら
ず実用的でなかった。そのため、白金の探針は主に研磨
装置等を用いた機械研磨法で作製していたが、この方法
では探針の先端形状を所望の値（曲率半径が50nm程度）
にすることが非常に難しかった。
記の条件を満たすことができるが、探針先端の曲率半
径を所望の値に設定することが難しかった。例えば、タ
ングステンのように電解研磨法によって作製しようとす
ると、人体に対する危険性が高いシアン化カリウムや高
温（300 ℃）に熱した硝酸ナトリウムを用いる必要が生
じる。そのため、十分な安全対策を考慮しなければなら
ず実用的でなかった。そのため、白金の探針は主に研磨
装置等を用いた機械研磨法で作製していたが、この方法
では探針の先端形状を所望の値（曲率半径が50nm程度）
にすることが非常に難しかった。
【０００６】以上のように、従来は先端の曲率半径が十
分に小さくかつ表面が酸化し難い走査型顕微鏡用の金属
探針を作製することが困難であった。本発明は、このよ
うな問題を解決することを目的とする。
分に小さくかつ表面が酸化し難い走査型顕微鏡用の金属
探針を作製することが困難であった。本発明は、このよ
うな問題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的のた
めに、金属製の本体と該本体を被覆する酸化防止層とで
走査型顕微鏡用探針を構成した。
めに、金属製の本体と該本体を被覆する酸化防止層とで
走査型顕微鏡用探針を構成した。
【０００８】
【作用】本発明の探針は、表面に酸化防止層を形成して
あるので経時変化による表面の酸化を防止でき、探針を
作製時と同じ状態に保つことが可能となる。従って、前
記タングステンのように、比較的容易に先端の曲率半径
が所望の値となるように加工できる金属を用いて探針の
本体を作製し、作製後はこの本体表面を酸化防止層で被
覆することで、酸化し難く先端の鋭い走査型顕微鏡用探
針が提供できる。
あるので経時変化による表面の酸化を防止でき、探針を
作製時と同じ状態に保つことが可能となる。従って、前
記タングステンのように、比較的容易に先端の曲率半径
が所望の値となるように加工できる金属を用いて探針の
本体を作製し、作製後はこの本体表面を酸化防止層で被
覆することで、酸化し難く先端の鋭い走査型顕微鏡用探
針が提供できる。
【０００９】探針本体の材料としては、前記タングステ
ンの他にタンタル（Ta）、モリブデン（Mo）、タリウム
（Tl）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、ニッケル（N
i）、鉄（Fe）等を使用することができる。酸化防止層
を形成する材料には、化学的に安定な貴金属を用いると
よい。この貴金属からなる酸化防止層は、メッキ法によ
り本体表面に形成させることが好ましい。この場合、酸
化防止層が電導性を有するのでＳＴＭ用の探針としてそ
のまま使用することが可能である。貴金属としては、例
えば、白金、金、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）等
が使用できる。
ンの他にタンタル（Ta）、モリブデン（Mo）、タリウム
（Tl）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、ニッケル（N
i）、鉄（Fe）等を使用することができる。酸化防止層
を形成する材料には、化学的に安定な貴金属を用いると
よい。この貴金属からなる酸化防止層は、メッキ法によ
り本体表面に形成させることが好ましい。この場合、酸
化防止層が電導性を有するのでＳＴＭ用の探針としてそ
のまま使用することが可能である。貴金属としては、例
えば、白金、金、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）等
が使用できる。
【００１０】
【実施例１】直径0.5 mmの線状のタングステンを、機械
研磨法によって研磨角が約20°となるような探針形状に
加工して探針の本体とした。この本体をフレオンまたは
トリクロロエチレン等によって脱脂洗浄した後、表面に
無電解メッキ法により金の薄膜を形成した。この時のメ
ッキ条件を以下に示す。 （無電解メッキ条件） 金メッキ液：商品名 レクトロレス Au4000 （ＥＥＪＡ
製） 液温 ：100 ℃ メッキ時間： 30 分 本実施例で得られた探針はほとんど酸化せず、１ヵ月経
過後も電気的特性が変化しなかった。
研磨法によって研磨角が約20°となるような探針形状に
加工して探針の本体とした。この本体をフレオンまたは
トリクロロエチレン等によって脱脂洗浄した後、表面に
無電解メッキ法により金の薄膜を形成した。この時のメ
ッキ条件を以下に示す。 （無電解メッキ条件） 金メッキ液：商品名 レクトロレス Au4000 （ＥＥＪＡ
製） 液温 ：100 ℃ メッキ時間： 30 分 本実施例で得られた探針はほとんど酸化せず、１ヵ月経
過後も電気的特性が変化しなかった。
【００１１】
【実施例２】直径0.3 mmの線状のタングステンを、電解
研磨法によって研磨角が約50°となるような探針形状に
加工して探針の本体とした。この本体をフレオンまたは
トリクロロエチレン等によって脱脂洗浄した後、表面に
電気メッキ法により白金の薄膜を形成した。この時のメ
ッキ条件を以下に示す。 （電気メッキ条件） 白金メッキ液：商品名 プラタネックス３ＬＳ（ＥＥＪ
Ａ製） 液温 ： 80 ℃ 電圧 ：2.0 Ｖ メッキ時間 ： １分 本実施例で得られた探針はほとんど酸化せず、１ヵ月経
過後も電気的特性が変化しなかった。
研磨法によって研磨角が約50°となるような探針形状に
加工して探針の本体とした。この本体をフレオンまたは
トリクロロエチレン等によって脱脂洗浄した後、表面に
電気メッキ法により白金の薄膜を形成した。この時のメ
ッキ条件を以下に示す。 （電気メッキ条件） 白金メッキ液：商品名 プラタネックス３ＬＳ（ＥＥＪ
Ａ製） 液温 ： 80 ℃ 電圧 ：2.0 Ｖ メッキ時間 ： １分 本実施例で得られた探針はほとんど酸化せず、１ヵ月経
過後も電気的特性が変化しなかった。
【００１２】
【実施例３】直径１mmの線状のタングステンを、機械研
磨法によって研磨角が約30°となるような探針形状に加
工して探針の本体とした。この本体をフレオンまたはト
リクロロエチレン等によって脱脂洗浄した後、表面に電
気メッキ法により金の薄膜を形成した。この時のメッキ
条件を以下に示す。 （電気メッキ条件） 金メッキ液：商品名 テンペレックス303 （ＥＥＪＡ
製） 液温 ： 80 ℃ 電圧 ：2.0 Ｖ メッキ時間： ２分 本実施例で得られた探針はほとんど酸化せず、１ヵ月経
過後も電気的特性が変化しなかった。
磨法によって研磨角が約30°となるような探針形状に加
工して探針の本体とした。この本体をフレオンまたはト
リクロロエチレン等によって脱脂洗浄した後、表面に電
気メッキ法により金の薄膜を形成した。この時のメッキ
条件を以下に示す。 （電気メッキ条件） 金メッキ液：商品名 テンペレックス303 （ＥＥＪＡ
製） 液温 ： 80 ℃ 電圧 ：2.0 Ｖ メッキ時間： ２分 本実施例で得られた探針はほとんど酸化せず、１ヵ月経
過後も電気的特性が変化しなかった。
【００１３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、先端の
尖った所望の曲率半径を有すると共に、表面がほとんど
酸化していない走査型顕微鏡用探針を提供できる。その
結果、探針の電気的特性を良好な状態で維持できるた
め、高分解能で試料を測定（観察）することができる。
また、探針の寿命が延びるのでコスト低減につながる。
尖った所望の曲率半径を有すると共に、表面がほとんど
酸化していない走査型顕微鏡用探針を提供できる。その
結果、探針の電気的特性を良好な状態で維持できるた
め、高分解能で試料を測定（観察）することができる。
また、探針の寿命が延びるのでコスト低減につながる。
【００１４】なお、本発明はＳＴＭだけでなく、温度変
化を検出するＳＴＰ（走査型サーマルプロファイラー）
等の金属探針を使用する他の走査型顕微鏡にも適用でき
る。また、ＳＴＭを応用した走査型トンネル分光法（Ｓ
ＴＳ）や走査型電気化学トンネリング顕微法（ＳＥＣ
Ｍ）等においてもその測定精度を向上させることも可能
である。
化を検出するＳＴＰ（走査型サーマルプロファイラー）
等の金属探針を使用する他の走査型顕微鏡にも適用でき
る。また、ＳＴＭを応用した走査型トンネル分光法（Ｓ
ＴＳ）や走査型電気化学トンネリング顕微法（ＳＥＣ
Ｍ）等においてもその測定精度を向上させることも可能
である。
【００１５】さらに、走査型顕微鏡用探針は非常に壊れ
易いため酸化防止層が探針の保護に役立つという利点を
有する。
易いため酸化防止層が探針の保護に役立つという利点を
有する。
Claims (3)
- 【請求項１】 金属製の本体と該本体を被覆する酸化防
止層からなることを特徴とする走査型顕微鏡用探針。 - 【請求項２】 前記酸化防止層が貴金属であることを特
徴とする請求項１記載の走査型顕微鏡用探針。 - 【請求項３】 前記酸化防止層が、メッキ法により形成
されたことを特徴とする請求項１および２記載の走査型
顕微鏡用探針。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4260421A JPH06109415A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 走査型顕微鏡用探針 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4260421A JPH06109415A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 走査型顕微鏡用探針 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109415A true JPH06109415A (ja) | 1994-04-19 |
Family
ID=17347706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4260421A Pending JPH06109415A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 走査型顕微鏡用探針 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06109415A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294283A (ja) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Univ Waseda | 金属針構造体及びその製造方法 |
| US7875156B2 (en) | 2007-02-28 | 2011-01-25 | Hitachi High-Technologies Corporation | Probe storage container, prober apparatus, probe arranging method and manufacturing method of probe storage container |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP4260421A patent/JPH06109415A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294283A (ja) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Univ Waseda | 金属針構造体及びその製造方法 |
| JP4742187B2 (ja) * | 2005-04-06 | 2011-08-10 | 学校法人早稲田大学 | 金属針構造体及びその製造方法 |
| US7875156B2 (en) | 2007-02-28 | 2011-01-25 | Hitachi High-Technologies Corporation | Probe storage container, prober apparatus, probe arranging method and manufacturing method of probe storage container |
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