JPH08240598A - 導電性プローブ - Google Patents
導電性プローブInfo
- Publication number
- JPH08240598A JPH08240598A JP7043282A JP4328295A JPH08240598A JP H08240598 A JPH08240598 A JP H08240598A JP 7043282 A JP7043282 A JP 7043282A JP 4328295 A JP4328295 A JP 4328295A JP H08240598 A JPH08240598 A JP H08240598A
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- JP
- Japan
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- probe
- conductive
- metal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導電性プローブの先端の変形を抑え、耐磨耗
性を高くする。 【構成】 可撓性の板バネ２と、板バネ２の試料が配置
される面に形成された探針３と、を有するプローブにお
いて、板バネ２の探針３が形成されている面であり、少
なくとも探針３の先端を含む領域に金属窒化物、金属炭
化物または金属炭窒化物からなる導電性層４を設ける。
性を高くする。 【構成】 可撓性の板バネ２と、板バネ２の試料が配置
される面に形成された探針３と、を有するプローブにお
いて、板バネ２の探針３が形成されている面であり、少
なくとも探針３の先端を含む領域に金属窒化物、金属炭
化物または金属炭窒化物からなる導電性層４を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、原子間力顕微鏡等に
用いられる微小な導電性プローブに関するものである。
用いられる微小な導電性プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、原子間力顕微鏡は分解能の高い顕
微鏡として注目されている。この原子間力顕微鏡は先端
に探針を有するプローブを用いており、この探針の先端
と試料との間に発生する原子間力を用いて試料表面の凹
凸の形状を測定している。また、このような原子間力顕
微鏡の技術を応用して、試料表面の凹凸のみならず、探
針と試料との間の電気容量を測定する技術がある。この
ような技術では、プローブの試料と接する部分である探
針が導電性である必要がある。そのため、探針が導電性
を有するように、窒化シリコン製のプローブ基体に金等
の金属薄膜を被覆するか、金属箔を加工することによっ
て作製されていた。つまり、試料表面と接触するプロー
ブ先端は金属によって構成されていた。
微鏡として注目されている。この原子間力顕微鏡は先端
に探針を有するプローブを用いており、この探針の先端
と試料との間に発生する原子間力を用いて試料表面の凹
凸の形状を測定している。また、このような原子間力顕
微鏡の技術を応用して、試料表面の凹凸のみならず、探
針と試料との間の電気容量を測定する技術がある。この
ような技術では、プローブの試料と接する部分である探
針が導電性である必要がある。そのため、探針が導電性
を有するように、窒化シリコン製のプローブ基体に金等
の金属薄膜を被覆するか、金属箔を加工することによっ
て作製されていた。つまり、試料表面と接触するプロー
ブ先端は金属によって構成されていた。
【０００３】また、このような導電性プローブは、試料
と探針との間に流れる微弱なトンネル電流を検出するこ
とによって、試料の凹凸の形状を観察する走査型トンネ
ル顕微鏡にも用いられている。また、プローブと試料と
の間に電圧を印加し、プローブの先端に生ずる局所的な
電場や、プローブと試料の間に流れる電流を利用して、
試料表面を電気的、電気化学的もしくは熱的に変成させ
ることにより試料を加工する微細加工装置にも用いるこ
とができる。
と探針との間に流れる微弱なトンネル電流を検出するこ
とによって、試料の凹凸の形状を観察する走査型トンネ
ル顕微鏡にも用いられている。また、プローブと試料と
の間に電圧を印加し、プローブの先端に生ずる局所的な
電場や、プローブと試料の間に流れる電流を利用して、
試料表面を電気的、電気化学的もしくは熱的に変成させ
ることにより試料を加工する微細加工装置にも用いるこ
とができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、プローブの先端に金属という比較的軟らかい
材料を用いていたため、プローブの先端が試料表面との
接触時の衝撃で変形してしまったり、表面を走査してい
る間に摩耗してしまうという問題点があった。導電性プ
ローブを用いた計測・加工の空間分解能は、そのプロー
ブ先端の形状に大きく依存しており、先端が変形したり
摩耗したりすると、分解能が著しく劣化してしまった。
そのため、高分解能で再現性の良い測定・加工結果を得
ることができなかった。また、窒化シリコン製プローブ
に金被覆したプローブの場合、摩耗によって金が剥離し
導電性そのものが失われてしまうという重大な欠陥もあ
った。
技術では、プローブの先端に金属という比較的軟らかい
材料を用いていたため、プローブの先端が試料表面との
接触時の衝撃で変形してしまったり、表面を走査してい
る間に摩耗してしまうという問題点があった。導電性プ
ローブを用いた計測・加工の空間分解能は、そのプロー
ブ先端の形状に大きく依存しており、先端が変形したり
摩耗したりすると、分解能が著しく劣化してしまった。
そのため、高分解能で再現性の良い測定・加工結果を得
ることができなかった。また、窒化シリコン製プローブ
に金被覆したプローブの場合、摩耗によって金が剥離し
導電性そのものが失われてしまうという重大な欠陥もあ
った。
【０００５】本発明は、上記問題点を鑑みて成されたも
のであり、変形がしにくく、耐磨耗性の高い導電性プロ
ーブを提供することを目的とする。
のであり、変形がしにくく、耐磨耗性の高い導電性プロ
ーブを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、可
撓性の板バネと、板バネの試料が配置される面に形成さ
れた探針と、を有するプローブにおいて、板バネの前記
探針が形成されている面であり、少なくとも探針の先端
を含む領域に金属窒化物、金属炭化物または金属炭窒化
物からなる導電性層を設ける（請求項１）。
撓性の板バネと、板バネの試料が配置される面に形成さ
れた探針と、を有するプローブにおいて、板バネの前記
探針が形成されている面であり、少なくとも探針の先端
を含む領域に金属窒化物、金属炭化物または金属炭窒化
物からなる導電性層を設ける（請求項１）。
【０００７】また、この場合（請求項１）に、導電性層
は、金属窒化物、金属炭化物または金属炭窒化物からな
る層のうち１つ以上の層が多層に形成されたものとする
ことは好ましい（請求項２）。また、これらの場合（請
求項１、２）に、導電性層は、チタン、クロム、タング
ステン、タンタルもしくはハフニウムのうち少なくとも
１つ以上を含むことは好ましい（請求項３）。
は、金属窒化物、金属炭化物または金属炭窒化物からな
る層のうち１つ以上の層が多層に形成されたものとする
ことは好ましい（請求項２）。また、これらの場合（請
求項１、２）に、導電性層は、チタン、クロム、タング
ステン、タンタルもしくはハフニウムのうち少なくとも
１つ以上を含むことは好ましい（請求項３）。
【０００８】また、これらの場合（請求項１、２、３）
に、導電性層と前記板バネとの間に金属層を設けること
は好ましい（請求項４）。また、この場合（請求項４）
に、板バネの探針が形成されていない面に金属層と同質
の金属からなる第２の金属層を設けることは好ましい
（請求項５）。また、これらの場合（請求項１、２、
３、４、５）に、板バネの探針が形成されていない面に
導電性層と同質の材料からなる第２の導電性層を設ける
ことは好ましい（請求項６）。
に、導電性層と前記板バネとの間に金属層を設けること
は好ましい（請求項４）。また、この場合（請求項４）
に、板バネの探針が形成されていない面に金属層と同質
の金属からなる第２の金属層を設けることは好ましい
（請求項５）。また、これらの場合（請求項１、２、
３、４、５）に、板バネの探針が形成されていない面に
導電性層と同質の材料からなる第２の導電性層を設ける
ことは好ましい（請求項６）。
【０００９】
【作用】金属の窒化物、炭化物、炭窒化物で被覆された
プローブ先端は、金やアルミニウムのような金属で構成
されているプローブの先端と比べて、遥かに硬く変形し
にくい。また、耐摩耗性に優れているため、試料表面を
走査中に先端が摩耗することも少ない。そのため、本発
明の導電性プローブは、高分解能の測定・加工を再現性
良く実行できる。
プローブ先端は、金やアルミニウムのような金属で構成
されているプローブの先端と比べて、遥かに硬く変形し
にくい。また、耐摩耗性に優れているため、試料表面を
走査中に先端が摩耗することも少ない。そのため、本発
明の導電性プローブは、高分解能の測定・加工を再現性
良く実行できる。
【００１０】
【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれに限るものではない。図１は、
本発明の第１実施例による導電性プローブを示す概略構
成図である。第１実施例による導電性プローブは支持体
１と、板バネ２と、探針３と、窒化クロム層４とを有す
る。
明するが、本発明はこれに限るものではない。図１は、
本発明の第１実施例による導電性プローブを示す概略構
成図である。第１実施例による導電性プローブは支持体
１と、板バネ２と、探針３と、窒化クロム層４とを有す
る。
【００１１】この導電性プローブは、従来から原子間力
顕微鏡等で用いられている窒化シリコン製プローブの探
針３が形成されている面に反応性スパッタリングによっ
て窒化クロムを５０ｎｍ被覆することによって作成し
た。尚、窒化クロム層４は板バネ２の探針３が形成され
ている面の全体に形成する必要はなく、少なくとも探針
３の先端が被覆されていれば良い。但し、探針３の先端
と支持体１との間を電気的に接続しておく必要がある。
尚、探針３の先端と支持体１との間を電気的に接続する
配線材料は金属窒化物である必要はなく、導電性の物質
であれば良い。
顕微鏡等で用いられている窒化シリコン製プローブの探
針３が形成されている面に反応性スパッタリングによっ
て窒化クロムを５０ｎｍ被覆することによって作成し
た。尚、窒化クロム層４は板バネ２の探針３が形成され
ている面の全体に形成する必要はなく、少なくとも探針
３の先端が被覆されていれば良い。但し、探針３の先端
と支持体１との間を電気的に接続しておく必要がある。
尚、探針３の先端と支持体１との間を電気的に接続する
配線材料は金属窒化物である必要はなく、導電性の物質
であれば良い。
【００１２】図４は、従来から用いられている原子間力
顕微鏡用の導電性プローブを示す概略構成図である。図
４の導電性プローブは本実施例の導電性プローブとの耐
久性等を比較するために作成されたものであり、本実施
例で作成した導電性プローブと異なる点は、窒化クロム
層４の代わりに、従来から導電性被覆として用いられて
いる金が真空蒸着によって５０ｎｍ被覆されている（金
層８）点である。
顕微鏡用の導電性プローブを示す概略構成図である。図
４の導電性プローブは本実施例の導電性プローブとの耐
久性等を比較するために作成されたものであり、本実施
例で作成した導電性プローブと異なる点は、窒化クロム
層４の代わりに、従来から導電性被覆として用いられて
いる金が真空蒸着によって５０ｎｍ被覆されている（金
層８）点である。
【００１３】このようにして作成した第１実施例による
導電性プローブと、従来の導電性プローブとをそれぞれ
原子間力顕微鏡に装着し、探針の先端に加えられる荷重
が１０ｎＮで一定になるようにしながら、シリコン単結
晶表面の１μｍ四方の範囲を走査した。その後、電子顕
微鏡により各導電性プローブの先端を観察した。このよ
うにして観察したそれぞれの導電性プローブ先端を比較
したところ、従来の導電性プローブでは金が摩耗し下地
の窒化シリコンが露出してしまっていたが、第１実施例
の導電性プローブにはほとんど摩耗が認められなかっ
た。
導電性プローブと、従来の導電性プローブとをそれぞれ
原子間力顕微鏡に装着し、探針の先端に加えられる荷重
が１０ｎＮで一定になるようにしながら、シリコン単結
晶表面の１μｍ四方の範囲を走査した。その後、電子顕
微鏡により各導電性プローブの先端を観察した。このよ
うにして観察したそれぞれの導電性プローブ先端を比較
したところ、従来の導電性プローブでは金が摩耗し下地
の窒化シリコンが露出してしまっていたが、第１実施例
の導電性プローブにはほとんど摩耗が認められなかっ
た。
【００１４】第１実施例では、プローブに導電性を持た
すために窒化クロムを用いたが、これ以外でも、導電性
を有する金属窒化物、例えば、チタン、タンタル、タン
グステン、ハフニウム等の窒化物を用いることができ
る。また、窒化物だけでなく、これらの金属の炭化物、
炭窒化物も導電性と耐摩耗性を有しており、プローブの
被覆として十分使用可能である。また、これらの金属化
合物単体だけではなく、それらの混合物や多層膜を用い
てもよい。尚、多層膜にする場合は金属の炭化物、炭窒
化物または窒化物のいずれの物質の組み合わせを用いて
も良く、例えば、金属窒化物層のみを多層に形成するこ
とでも良いし、金属窒化物層と金属炭化物層とを組み合
わせて多層に形成しても良い。
すために窒化クロムを用いたが、これ以外でも、導電性
を有する金属窒化物、例えば、チタン、タンタル、タン
グステン、ハフニウム等の窒化物を用いることができ
る。また、窒化物だけでなく、これらの金属の炭化物、
炭窒化物も導電性と耐摩耗性を有しており、プローブの
被覆として十分使用可能である。また、これらの金属化
合物単体だけではなく、それらの混合物や多層膜を用い
てもよい。尚、多層膜にする場合は金属の炭化物、炭窒
化物または窒化物のいずれの物質の組み合わせを用いて
も良く、例えば、金属窒化物層のみを多層に形成するこ
とでも良いし、金属窒化物層と金属炭化物層とを組み合
わせて多層に形成しても良い。
【００１５】図２は本発明の第２実施例による導電性プ
ローブを示す概略構成図である。第２実施例による導電
性プローブは第１実施例の導電性プローブに比べて窒化
クロム層４と板バネ２との間に金属層５を設けたことに
特徴があり、他の構成は第１実施例とほぼ同様であり、
同様なものについては同じ符号を付して説明を省略す
る。
ローブを示す概略構成図である。第２実施例による導電
性プローブは第１実施例の導電性プローブに比べて窒化
クロム層４と板バネ２との間に金属層５を設けたことに
特徴があり、他の構成は第１実施例とほぼ同様であり、
同様なものについては同じ符号を付して説明を省略す
る。
【００１６】図２のように、板バネ２と窒化チタン層６
との間に金属被膜からなる中間層（金属層５）を挿入す
ることによって、板バネ２と窒化チタン層６との密着性
を増強させることができた。また、この中間層によっ
て、被覆全体の導電性を向上させることができた。この
ような金属層５をもつ導電性プローブの作製方法の一例
を説明する。
との間に金属被膜からなる中間層（金属層５）を挿入す
ることによって、板バネ２と窒化チタン層６との密着性
を増強させることができた。また、この中間層によっ
て、被覆全体の導電性を向上させることができた。この
ような金属層５をもつ導電性プローブの作製方法の一例
を説明する。
【００１７】まず、第１実施例のように従来から原子間
力顕微鏡等で用いられている窒化シリコン製プローブを
用意し、このプローブの探針３が形成されている面にス
パッタリングにより金属チタンの薄膜を５０ｎｍ形成す
る。その後、イオン注入法により、窒素イオンを金属チ
タンの薄膜に注入し、チタンからなる金属層５の上に窒
化チタン層６を形成する。
力顕微鏡等で用いられている窒化シリコン製プローブを
用意し、このプローブの探針３が形成されている面にス
パッタリングにより金属チタンの薄膜を５０ｎｍ形成す
る。その後、イオン注入法により、窒素イオンを金属チ
タンの薄膜に注入し、チタンからなる金属層５の上に窒
化チタン層６を形成する。
【００１８】このようにして作製された窒化チタン被覆
プローブは、窒化チタン膜をスパッタリングによって被
覆したプローブと比べ、被覆密着性に優れており、下地
のチタンによってプローブ全体の導電性も向上した。
尚、第２実施例では、窒素イオンをチタンからなる金属
層５に注入したが、炭素イオンを注入しても良い。ま
た、第１実施例と同様にしてチタンの代わりに他の金属
を用いてもよい。
プローブは、窒化チタン膜をスパッタリングによって被
覆したプローブと比べ、被覆密着性に優れており、下地
のチタンによってプローブ全体の導電性も向上した。
尚、第２実施例では、窒素イオンをチタンからなる金属
層５に注入したが、炭素イオンを注入しても良い。ま
た、第１実施例と同様にしてチタンの代わりに他の金属
を用いてもよい。
【００１９】図３は、本発明の第３実施例による導電性
プローブを示す概略構成図である。第１実施例のように
窒化シリコン性のプローブの一端の面に窒化クロム層、
チタン層、窒化チタン層等の薄膜を形成する場合、作製
条件によっては薄膜が大きな内部応力を有することがあ
る。その内部応力のためプローブのカンチレバー部が反
ってしまうことがある。
プローブを示す概略構成図である。第１実施例のように
窒化シリコン性のプローブの一端の面に窒化クロム層、
チタン層、窒化チタン層等の薄膜を形成する場合、作製
条件によっては薄膜が大きな内部応力を有することがあ
る。その内部応力のためプローブのカンチレバー部が反
ってしまうことがある。
【００２０】図３は第１実施例の導電性プローブを用い
たものであり、板バネ２の探針が形成されていない面に
も窒化クロム層７が形成されている。図３のように、両
面に窒化クロム層を施すことによって、それぞれの膜の
内部応力がキャンセルされて、カンチレバーの反りを小
さくすることができる。尚、第２実施例のように、金属
層５と窒化チタン層６の２種類の層が導電性プローブの
探針が形成されている面（下面）に形成されている場合
には、各層の内部応力の強度に応じて、２種類の層を上
面に形成しても良いし、どちらか一方の層を上面に形成
しても良い。
たものであり、板バネ２の探針が形成されていない面に
も窒化クロム層７が形成されている。図３のように、両
面に窒化クロム層を施すことによって、それぞれの膜の
内部応力がキャンセルされて、カンチレバーの反りを小
さくすることができる。尚、第２実施例のように、金属
層５と窒化チタン層６の２種類の層が導電性プローブの
探針が形成されている面（下面）に形成されている場合
には、各層の内部応力の強度に応じて、２種類の層を上
面に形成しても良いし、どちらか一方の層を上面に形成
しても良い。
【００２１】
【発明の効果】本発明では、上記のようにプローブの先
端に金属の窒化物、炭化物、炭窒化物で被覆された導電
性層を設けるため、プローブ先端は変形しにくく、耐摩
耗性に優れている。そのため、本発明の導電性プローブ
は、高分解能の測定・加工を再現性良く実行できる。
端に金属の窒化物、炭化物、炭窒化物で被覆された導電
性層を設けるため、プローブ先端は変形しにくく、耐摩
耗性に優れている。そのため、本発明の導電性プローブ
は、高分解能の測定・加工を再現性良く実行できる。
【図１】本発明の第１実施例による導電性プローブを示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施例による導電性プローブを示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施例による導電性プローブを示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図４】従来の導電性プローブを示す概略構成図であ
る。
る。
１・・・支持体 ２・・・板バネ ３・・・探針 ４・・・窒化クロム層 ５・・・金属層 ６・・・窒化チタン層 ７・・・窒化クロム層 ８・・・金層
Claims (6)
- 【請求項１】 可撓性の板バネと、前記板バネの試料が
配置される面に形成された探針と、を有するプローブに
おいて、 前記板バネの前記探針が形成されている面であり、少な
くとも前記探針の先端を含む領域に金属窒化物、金属炭
化物または金属炭窒化物からなる導電性層を設けたこと
を特徴とする導電性プローブ。 - 【請求項２】 前記導電性層は、前記金属窒化物、金属
炭化物または金属炭窒化物からなる層のうち１つ以上の
層が多層に形成されたものであることを特徴とする請求
項１に記載の導電性プローブ。 - 【請求項３】 前記導電性層は、チタン、クロム、タン
グステン、タンタルもしくはハフニウムのうち少なくと
も１つ以上を含むことを特徴とする請求項１または２に
記載の導電性プローブ。 - 【請求項４】 前記導電性層と前記板バネとの間に金属
層を設けたことを特徴とする請求項１または２または３
に記載の導電性プローブ。 - 【請求項５】 前記板バネの前記探針が形成されていな
い面に前記金属層と同質の金属からなる第２の金属層を
設けたことを特徴とする請求項４に記載の導電性プロー
ブ。 - 【請求項６】 前記板バネの前記探針が形成されていな
い面に前記導電性層と同質の材料からなる第２の導電性
層を設けたことを特徴とする請求項１または２または３
または４または５に記載の導電性プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7043282A JPH08240598A (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 導電性プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7043282A JPH08240598A (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 導電性プローブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08240598A true JPH08240598A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=12659459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7043282A Pending JPH08240598A (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 導電性プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08240598A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001165959A (ja) * | 1999-10-20 | 2001-06-22 | Xerox Corp | 耐磨耗性弾性接触子 |
| JP2009058454A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Arufakusu Kk | 半導体素子の検査装置 |
| JP2010071718A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Japan Electronic Materials Corp | プローブカード |
| JP2010286419A (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Hitachi High-Technologies Corp | 微小接触式プローバ |
| CN104730298A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-24 | 西安福科材料科技有限公司 | 用于电子测试探针的耐磨导电多层复合薄膜及其工业制备方法 |
-
1995
- 1995-03-02 JP JP7043282A patent/JPH08240598A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001165959A (ja) * | 1999-10-20 | 2001-06-22 | Xerox Corp | 耐磨耗性弾性接触子 |
| JP4530517B2 (ja) * | 1999-10-20 | 2010-08-25 | ゼロックス コーポレイション | 耐磨耗性弾性接触子 |
| JP2009058454A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Arufakusu Kk | 半導体素子の検査装置 |
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| CN104730298A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-24 | 西安福科材料科技有限公司 | 用于电子测试探针的耐磨导电多层复合薄膜及其工业制备方法 |
| CN104730298B (zh) * | 2015-03-19 | 2017-12-12 | 西安福科材料科技有限公司 | 用于电子测试探针的耐磨导电多层复合薄膜及其工业制备方法 |
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Legal Events
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| A521 | Written amendment |
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| A02 | Decision of refusal |
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