JPH0611334A - 原子間力顕微鏡用プローブ - Google Patents
原子間力顕微鏡用プローブInfo
- Publication number
- JPH0611334A JPH0611334A JP3113881A JP11388191A JPH0611334A JP H0611334 A JPH0611334 A JP H0611334A JP 3113881 A JP3113881 A JP 3113881A JP 11388191 A JP11388191 A JP 11388191A JP H0611334 A JPH0611334 A JP H0611334A
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- JP
- Japan
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- probe
- chip
- needle
- sample
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 原子間力顕微鏡に用いられるプローブにおい
て、検出感度が高く、表面の凹凸のアスペクト比が高い
試料に対しても適用できるプローブを提供する。 【構成】 プレート２の先端部にチップ１を備えた原子
間力顕微鏡用プローブにおいて、チップ１を錐体状と
し、錐体状チップ１の頂点に針状の突出部１３を具備さ
せる。 【効果】 チップの先端に針状の突出部を備えているた
め、従来のプローブよりも先端が鋭く、かつ検出部の高
さを高くできるので、検出感度が高く、表面の凹凸のア
スペクト比が高い試料に対しても高解像度で測定でき
る。
て、検出感度が高く、表面の凹凸のアスペクト比が高い
試料に対しても適用できるプローブを提供する。 【構成】 プレート２の先端部にチップ１を備えた原子
間力顕微鏡用プローブにおいて、チップ１を錐体状と
し、錐体状チップ１の頂点に針状の突出部１３を具備さ
せる。 【効果】 チップの先端に針状の突出部を備えているた
め、従来のプローブよりも先端が鋭く、かつ検出部の高
さを高くできるので、検出感度が高く、表面の凹凸のア
スペクト比が高い試料に対しても高解像度で測定でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料表面の極めて微細
な構造を観察するための原子間力顕微鏡に用いられるプ
ローブ（測定端子）に関するものである。
な構造を観察するための原子間力顕微鏡に用いられるプ
ローブ（測定端子）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）の概略構成図である。同顕微鏡用のプローブは、チ
ップ１と、このチップ１が略先端部に突設されたプレー
ト２とから成る。図３は、プローブの先端部分の拡大図
であるが、図からわかるように、プレート２の先端部の
チップ１は、三角錐状の突出部として形成されている。
またチップ１は、図４に示すように円錐、四角錐などの
形状をとる場合もある。
Ｍ）の概略構成図である。同顕微鏡用のプローブは、チ
ップ１と、このチップ１が略先端部に突設されたプレー
ト２とから成る。図３は、プローブの先端部分の拡大図
であるが、図からわかるように、プレート２の先端部の
チップ１は、三角錐状の突出部として形成されている。
またチップ１は、図４に示すように円錐、四角錐などの
形状をとる場合もある。
【０００３】プレート２の末端は、図２で示すように支
持部（不図示）を介して基板４に固定されている。チッ
プ１と対向する観察用の試料５は、ｘｙｚ−走査系７に
装着されている。チップ１の先端と試料５とをｚ−駆動
装置３によって近距離に接近させると、Pauli の排他律
による斥力が試料５の表面とチップ１との間に作用し、
プレート２にたわみが生じる。
持部（不図示）を介して基板４に固定されている。チッ
プ１と対向する観察用の試料５は、ｘｙｚ−走査系７に
装着されている。チップ１の先端と試料５とをｚ−駆動
装置３によって近距離に接近させると、Pauli の排他律
による斥力が試料５の表面とチップ１との間に作用し、
プレート２にたわみが生じる。
【０００４】このたわみ、すなわち変位量を光学的手段
などを用いた変位検出器６で検出する。検出した変位量
が一定となるように、圧電素子等を利用してｚ−駆動装
置３によりチップ１の位置を制御しながら、試料５を走
査することで表面の構造を原子的スケールの分解能で知
ることができる。
などを用いた変位検出器６で検出する。検出した変位量
が一定となるように、圧電素子等を利用してｚ−駆動装
置３によりチップ１の位置を制御しながら、試料５を走
査することで表面の構造を原子的スケールの分解能で知
ることができる。
【０００５】このとき、チップ先端の形状が本顕微鏡の
分解能を決定する大きな要因の一つであると考えられて
いる。すなわち、図３及び図４に示したようにチップ１
は錐体状に形成されており、その先端が鋭利であるほど
分解能が向上する。先端の鋭利さが不充分であると、チ
ップ先端以外の部分と試料表面との間に作用する力の影
響が大きくなるなどの理由で、試料表面の形状を正確に
測定できない。
分解能を決定する大きな要因の一つであると考えられて
いる。すなわち、図３及び図４に示したようにチップ１
は錐体状に形成されており、その先端が鋭利であるほど
分解能が向上する。先端の鋭利さが不充分であると、チ
ップ先端以外の部分と試料表面との間に作用する力の影
響が大きくなるなどの理由で、試料表面の形状を正確に
測定できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術として、酸
化珪素や窒化珪素からなるプレートの先端に半導体リソ
グラフィ技術を用いて錐体状のチップをプレートと一体
的に形成したプローブ等があったが、このようにして製
作されたプローブにおいてもチップ先端の鋭さは、さら
に改善されるべきものであった。すなわちこれらのプロ
ーブにおいては、先端の鋭利さが不充分であるため、チ
ップ先端以外の部分と試料表面との間に作用する力の影
響が大きくなり、試料表面の形状を正確に測定できなか
った。特に段差の大きい試料表面を走査する場合におい
てこの影響は大きくなり、解像度の不足が問題となって
いた。
化珪素や窒化珪素からなるプレートの先端に半導体リソ
グラフィ技術を用いて錐体状のチップをプレートと一体
的に形成したプローブ等があったが、このようにして製
作されたプローブにおいてもチップ先端の鋭さは、さら
に改善されるべきものであった。すなわちこれらのプロ
ーブにおいては、先端の鋭利さが不充分であるため、チ
ップ先端以外の部分と試料表面との間に作用する力の影
響が大きくなり、試料表面の形状を正確に測定できなか
った。特に段差の大きい試料表面を走査する場合におい
てこの影響は大きくなり、解像度の不足が問題となって
いた。
【０００７】以上の問題点に鑑み、本発明においては、
プレートの先端部に上述の錐体状のチップよりもさらに
鋭い先端をもつチップを備えたＡＦＭ用のプローブを提
供することを目的とする。
プレートの先端部に上述の錐体状のチップよりもさらに
鋭い先端をもつチップを備えたＡＦＭ用のプローブを提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る原子間力顕微鏡用プローブは、プレ
ートの略先端部にチップを備えた原子間力顕微鏡用プロ
ーブにおいて、前記チップが錐体状であって、該錐体状
チップの頂点に針状の突出部を有する構成とした。
めに、本発明に係る原子間力顕微鏡用プローブは、プレ
ートの略先端部にチップを備えた原子間力顕微鏡用プロ
ーブにおいて、前記チップが錐体状であって、該錐体状
チップの頂点に針状の突出部を有する構成とした。
【０００９】
【作 用】本発明に係るプローブのチップ先端は、鋭利
な針状に形成されているために、従来の錐体のみから構
成されたチップよりもさらに鋭く、一層正確に原子間力
を検出することができる。
な針状に形成されているために、従来の錐体のみから構
成されたチップよりもさらに鋭く、一層正確に原子間力
を検出することができる。
【００１０】また、本発明による形状のプローブを用い
た場合には、チップの高さを充分高くとることができ、
かつ従来よりもさらに原子間力の検出部がプレート表面
から突出した状態とすることができる。
た場合には、チップの高さを充分高くとることができ、
かつ従来よりもさらに原子間力の検出部がプレート表面
から突出した状態とすることができる。
【００１１】これらの結果、前記針状の突出部以外のプ
ローブ部分が試料の表面から受ける力の影響をほとんど
なくすことができるので、試料の表面形状あるいは力分
布等を誤差なく、正確に測定することができる。また、
原子レベルの解像のみならずマクロ的な形状測定をも実
施することが可能である。
ローブ部分が試料の表面から受ける力の影響をほとんど
なくすことができるので、試料の表面形状あるいは力分
布等を誤差なく、正確に測定することができる。また、
原子レベルの解像のみならずマクロ的な形状測定をも実
施することが可能である。
【００１２】
【実施例】次に本発明の原子間力顕微鏡用プローブ（Ａ
ＦＭプローブ）を実施例にもとづき説明する。
ＦＭプローブ）を実施例にもとづき説明する。
【００１３】図１は本発明実施例の先端に針状の突出部
を持つＡＦＭプローブを示す。図からわかるように、プ
レートの略先端部表面に突設された錐体状のチップ１の
頂点に針状の突出部１３を形成しており、この突出部１
３の先端で、試料表面との間に働く力を検出する。本実
施例のプローブは、従来の錐体状のチップのみから構成
された検出部よりもさらに先端部が鋭いものであるた
め、一層正確に先端部の原子が受ける力を検出すること
ができ、より感度の高いＡＦＭプローブとなっている。
を持つＡＦＭプローブを示す。図からわかるように、プ
レートの略先端部表面に突設された錐体状のチップ１の
頂点に針状の突出部１３を形成しており、この突出部１
３の先端で、試料表面との間に働く力を検出する。本実
施例のプローブは、従来の錐体状のチップのみから構成
された検出部よりもさらに先端部が鋭いものであるた
め、一層正確に先端部の原子が受ける力を検出すること
ができ、より感度の高いＡＦＭプローブとなっている。
【００１４】また、原子間力の検出部がチップ１と針状
の突出部１３とで構成されているので、錐体状チップの
大きさを従来のものから変えることなく、高さだけを高
くすることができる。これにより表面凹凸のアスペクト
比が高い試料を走査するときにも、充分な解像度を得る
ことができる。
の突出部１３とで構成されているので、錐体状チップの
大きさを従来のものから変えることなく、高さだけを高
くすることができる。これにより表面凹凸のアスペクト
比が高い試料を走査するときにも、充分な解像度を得る
ことができる。
【００１５】なお、図１では、錐体状のチップとして、
三角錐のものを使用しているが、従来例と同様に円錐、
四角錐等の形状を用いることも可能である。
三角錐のものを使用しているが、従来例と同様に円錐、
四角錐等の形状を用いることも可能である。
【００１６】次に代表的なＡＦＭプローブの製造方法に
ついて述べる。図５は本発明の実施例に係るプローブの
製造工程を工程順に示した概略断面図である。
ついて述べる。図５は本発明の実施例に係るプローブの
製造工程を工程順に示した概略断面図である。
【００１７】まず、図５(a) に示す如く、シリコンウエ
ハ８の両面に窒化珪素または酸化珪素からなる薄膜９を
形成する。次に、薄膜９の片方の面上に、Ａｌ，Ｃｕ，
Ｗ等の金属１０をスパッタ、蒸着等の手法により２μｍ
程度デポジションする(b) 。さらにデポジションされた
金属膜１０の上にレジスト１１をコートする(c) 。
ハ８の両面に窒化珪素または酸化珪素からなる薄膜９を
形成する。次に、薄膜９の片方の面上に、Ａｌ，Ｃｕ，
Ｗ等の金属１０をスパッタ、蒸着等の手法により２μｍ
程度デポジションする(b) 。さらにデポジションされた
金属膜１０の上にレジスト１１をコートする(c) 。
【００１８】次にレジスト１１を露光装置により露光、
現像し、プレート部先端の三角錐状のチップを形成する
ための三角のパターンを形成する(d) 。
現像し、プレート部先端の三角錐状のチップを形成する
ための三角のパターンを形成する(d) 。
【００１９】さらに、金属膜をドライあるいはウェット
エッチングを行い、不要な部分の金属膜を除去し、三角
錐状のチップを形成する(e) 。ここで円錐状、あるいは
四角錐状のチップを形成する場合には、(d) の工程でそ
れぞれ、円形、四角形のパターンを形成しておけばよ
い。
エッチングを行い、不要な部分の金属膜を除去し、三角
錐状のチップを形成する(e) 。ここで円錐状、あるいは
四角錐状のチップを形成する場合には、(d) の工程でそ
れぞれ、円形、四角形のパターンを形成しておけばよ
い。
【００２０】次にレジストを剥離した後、再度レジスト
１１をコートする(f) 。さらにレジスト１１を露光・現
像し、プレート部となる３角形のパターンを形成する
(g) 。次に、このレジストパターンをマスクとして酸化
珪素あるいは窒化珪素の膜９をＣＦ4 等の反応性のガス
を用いてドライエッチングする(h) 。
１１をコートする(f) 。さらにレジスト１１を露光・現
像し、プレート部となる３角形のパターンを形成する
(g) 。次に、このレジストパターンをマスクとして酸化
珪素あるいは窒化珪素の膜９をＣＦ4 等の反応性のガス
を用いてドライエッチングする(h) 。
【００２１】さらにレジスト１１を剥離後、ＣＶＤ等の
手法により酸化珪素あるいは窒化珪素９よりもエッチン
グによって剥離しやすい酸化膜１２を形成する(i) 。
手法により酸化珪素あるいは窒化珪素９よりもエッチン
グによって剥離しやすい酸化膜１２を形成する(i) 。
【００２２】次に、裏面にレジスト１１をコートし(j)
、シリコンエッチング用のパターンを露光・現像して
形成する(k) 。さらに裏面の酸化珪素あるいは窒化珪素
の膜９をＣＦ4 等の反応性ガスを用いてドライエッチン
グする(l) 。
、シリコンエッチング用のパターンを露光・現像して
形成する(k) 。さらに裏面の酸化珪素あるいは窒化珪素
の膜９をＣＦ4 等の反応性ガスを用いてドライエッチン
グする(l) 。
【００２３】次にＫＯＨあるいはエチレンジアミン−ピ
ロカテコール等の水溶液を用いてシリコンをエッチング
する(m) 。この時、エッチングが不要である部分のシリ
コンウエハ８の表面はエッチング液に接触しないように
テフロン等の冶具を用いてシールすると良い。
ロカテコール等の水溶液を用いてシリコンをエッチング
する(m) 。この時、エッチングが不要である部分のシリ
コンウエハ８の表面はエッチング液に接触しないように
テフロン等の冶具を用いてシールすると良い。
【００２４】エッチング終了後、酸化膜１２をフッ化ア
ンモニウム−酢酸水溶液等によって剥離する(n) 。
ンモニウム−酢酸水溶液等によって剥離する(n) 。
【００２５】シリコンウエハ８を分割した後、電子顕微
鏡あるいは電子線描画装置の内部に入れ、図４に示すパ
ターン上の金属膜１０の頂点部分に対して電子線を充分
に小さく絞って照射する。この照射に伴って電子顕微鏡
あるいは電子線描画装置内部の部品あるいは壁に付着し
ていたカーボンがこの電子線照射部に再付着を起し、カ
ーボンの微細な針状の突出部１３が形成される(o) 。
鏡あるいは電子線描画装置の内部に入れ、図４に示すパ
ターン上の金属膜１０の頂点部分に対して電子線を充分
に小さく絞って照射する。この照射に伴って電子顕微鏡
あるいは電子線描画装置内部の部品あるいは壁に付着し
ていたカーボンがこの電子線照射部に再付着を起し、カ
ーボンの微細な針状の突出部１３が形成される(o) 。
【００２６】以上により、チップが三角錐、円錐、ある
いは四角錐の形状に形成され、その先端にさらに鋭い針
状部を有するＡＦＭプローブが完成する。
いは四角錐の形状に形成され、その先端にさらに鋭い針
状部を有するＡＦＭプローブが完成する。
【００２７】上述の針状部はカーボンより成っている
が、それ以外でも例えば上記(o) の工程でＷ（ＣＯ）6
またはＷＦ6 の原料ガスを流しながら同様に電子線を照
射すれば、タングステンの針状部が形成される。あるい
は同様にＴａ（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）5の原料を流せばタンタル
の針状部が形成される。針状部の種類はこれ以外にも考
えられ、一般的には有機金属を原料ガスとして使用する
ことができる。
が、それ以外でも例えば上記(o) の工程でＷ（ＣＯ）6
またはＷＦ6 の原料ガスを流しながら同様に電子線を照
射すれば、タングステンの針状部が形成される。あるい
は同様にＴａ（Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）5の原料を流せばタンタル
の針状部が形成される。針状部の種類はこれ以外にも考
えられ、一般的には有機金属を原料ガスとして使用する
ことができる。
【００２８】ここで、電子線の照射による手法において
は、針状部の形成が容易であることに加えて、針を形成
する場所の位置決めが正確にできるという効果がある。
すなわち、平滑な表面に電子線を照射して針状部を形成
する場合には、電子線の被照射位置は安定しないが、本
実施例のように錐体の頂点に照射する場合には、電子線
が物体表面から突出した部分に引き付けられる性質をも
っているために、位置ずれを起す可能性が少ない。
は、針状部の形成が容易であることに加えて、針を形成
する場所の位置決めが正確にできるという効果がある。
すなわち、平滑な表面に電子線を照射して針状部を形成
する場合には、電子線の被照射位置は安定しないが、本
実施例のように錐体の頂点に照射する場合には、電子線
が物体表面から突出した部分に引き付けられる性質をも
っているために、位置ずれを起す可能性が少ない。
【００２９】なお、上述した本実施例のプローブの製造
方法において、工程(o) を行う手前のプローブについて
も、高精度が要求されないような測定を行う場合には、
ＡＦＭプローブとして使用することが充分可能である。
方法において、工程(o) を行う手前のプローブについて
も、高精度が要求されないような測定を行う場合には、
ＡＦＭプローブとして使用することが充分可能である。
【００３０】さらに本実施例では、錐体状のチップを形
成する際、酸化珪素あるいは窒化珪素からなる薄膜の上
に金属をデポジションした後、この金属を錐体状チップ
の形状にエッチングする手法を用いた。しかしながら、
本発明はこれに限るものではなく、例えば従来のような
プレート部とチップとを一体的に形成する手法、すなわ
ちシリコンウエハに錐体の形状を転写するための凹部を
形成し、この凹部が形成された表面に酸化珪素等の薄膜
を形成後、不要なシリコンウエハを除去して形成するよ
うな方法を用いてもよい。
成する際、酸化珪素あるいは窒化珪素からなる薄膜の上
に金属をデポジションした後、この金属を錐体状チップ
の形状にエッチングする手法を用いた。しかしながら、
本発明はこれに限るものではなく、例えば従来のような
プレート部とチップとを一体的に形成する手法、すなわ
ちシリコンウエハに錐体の形状を転写するための凹部を
形成し、この凹部が形成された表面に酸化珪素等の薄膜
を形成後、不要なシリコンウエハを除去して形成するよ
うな方法を用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、チップ
の先端に針状の突出部が形成されているために、従来の
ような錐状体のみからなるチップよりもさらに鋭くな
り、高い精度を有するプローブを提供することができ
る。
の先端に針状の突出部が形成されているために、従来の
ような錐状体のみからなるチップよりもさらに鋭くな
り、高い精度を有するプローブを提供することができ
る。
【００３２】この結果、プレート先端のチップは被測定
物の表面形状を忠実にトレースし、分解能が高く、高精
度の形状測定が可能となる。また、原子間力の検出部の
高さを充分にとることができるので、原子レベルの解像
だけでなく、段差のある試料表面や、マクロ的な形状測
定も可能である。
物の表面形状を忠実にトレースし、分解能が高く、高精
度の形状測定が可能となる。また、原子間力の検出部の
高さを充分にとることができるので、原子レベルの解像
だけでなく、段差のある試料表面や、マクロ的な形状測
定も可能である。
【図１】本発明の一実施例によるプローブの概観図であ
る。
る。
【図２】従来の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を示す構成図
である。
である。
【図３】本発明の一実施例によるプローブの先端部の拡
大図である。
大図である。
【図４】本発明の一実施例によるプローブのチップ部分
の拡大図である。
の拡大図である。
【図５】本発明の一実施例によるプローブの製造方法を
示すための概略断面図である。
示すための概略断面図である。
１ チップ ２ プレート ３ ｚ−駆動装置 ４ 基板 ５ 試料 ６ 変位検出器 ７ ｘｙｚ−走査系 １３ 針状の突出部
Claims (1)
- 【請求項１】 プレート略先端部にチップを備えた原子
間力顕微鏡用プローブにおいて、前記チップが錐体状で
あって、該錐体状チップの頂点に針状の突出部を有する
ことを特徴とする原子間力顕微鏡用プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113881A JPH0611334A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 原子間力顕微鏡用プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113881A JPH0611334A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 原子間力顕微鏡用プローブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611334A true JPH0611334A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=14623463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3113881A Pending JPH0611334A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 原子間力顕微鏡用プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611334A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033454A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw | デュアルチップ原子間力顕微鏡プローブとその製造方法 |
| JP2007095201A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Hoya Corp | 潤滑剤の選定方法、磁気記録ディスクの製造方法、および磁気記録ディスク |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3113881A patent/JPH0611334A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033454A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw | デュアルチップ原子間力顕微鏡プローブとその製造方法 |
| JP2007095201A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Hoya Corp | 潤滑剤の選定方法、磁気記録ディスクの製造方法、および磁気記録ディスク |
| JP4654355B2 (ja) * | 2005-09-29 | 2011-03-16 | ダブリュディ・メディア・シンガポール・プライベートリミテッド | 潤滑剤の選定方法、および磁気記録ディスクの製造方法 |
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