JPH08262036A - 撥水性微小プローブ - Google Patents

撥水性微小プローブ

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JPH08262036A
JPH08262036A JP7061036A JP6103695A JPH08262036A JP H08262036 A JPH08262036 A JP H08262036A JP 7061036 A JP7061036 A JP 7061036A JP 6103695 A JP6103695 A JP 6103695A JP H08262036 A JPH08262036 A JP H08262036A
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JP
Japan
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probe
film
water
repellent
organic molecular
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JP7061036A
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English (en)
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Hiroyuki Sugimura
博之 杉村
Nobuyuki Nakagiri
伸行 中桐
Takuma Yamamoto
琢磨 山本
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 作業環境の湿度の影響を少なくする。 【構成】 導電性の探針2を有する走査型プローブ顕微
鏡用の微小プローブにおいて、導電性の探針2の最表面
に撥水性の有機分子膜4を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、走査型トンネル顕微
鏡、走査型電気化学顕微鏡あるいは原子間力顕微鏡等の
走査型プローブ顕微鏡に用いられる導電性の微小プロー
ブの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、試料表面の微小な領域の測定を行
うために走査型プローブ顕微鏡(SPM)が用いられて
いる。このようなSPMには、例えば走査型トンネル顕
微鏡(STM)、走査型電気化学顕微鏡(SECM)及
び原子間力顕微鏡(AFM)等がある。
【0003】本発明者はJ.Phys.Chem. 98巻(1994年) 43
52-4357において、このようなSPMを用いて試料表面
に微細な陽極パターンを形成する走査プローブ陽極酸化
装置を提案している。この装置は、導電性の微小プロー
ブと試料表面とを接触あるいは近接させることによって
プローブと試料との間に吸着水を存在させ、かつ、プロ
ーブと試料との間に試料が陽極となるように電圧を印加
することによって、試料表面の吸着水が存在する領域に
陽極酸化反応を誘起する。つまり、このような局所的な
陽極酸化反応を誘起させながら微小プローブを走査する
ことによって微細な陽極酸化膜のパターンを試料表面上
に描画することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
走査プローブ陽極酸化装置によって陽極酸化される試料
の範囲は、導電性の探針と試料表面との間に存在する吸
着水に大きく依存している。従って、探針の形状を加工
の分解能が高くなるようにしても試料表面の吸着水の量
が多くなることによって試料を加工する分解能が悪くな
るという問題点があった。つまり、従来の装置は加工の
際の作業環境の湿度によってその分解能が左右されると
いう問題点があった。
【0005】図5に従来の装置における探針と試料との
間に存在する吸着水と陽極酸化される領域(被酸化領
域)との関係を示す。図5(a)は作業環境の湿度が高
い場合の説明図であり、図5(b)は作業環境の湿度が
低い場合の説明図である。すなわち、図5(a)に示す
ように作業環境の湿度が高いと導電性の探針51と試料
54との間に存在する吸着水の筒52が太くなるため、
陽極酸化膜53が試料54に形成される領域(被酸化領
域)は吸着水の筒52の太さに応じて広くなり、微細加
工の分解能が悪化する。逆に、作業環境の湿度が低い場
合には、図5(B)に示すように、吸着水の筒55は十
分細くなるため、陽極酸化膜56が試料54に形成され
る領域(被酸化領域)は吸着水の筒55の太さに応じて
狭くなり、分解能の高い微細加工が可能となる。
【0006】従って、従来の微細加工の精度は作業環境
の湿度の変化に応じて探針と試料との間に存在する吸着
水の筒の太さが変化するため、加工精度を一定にするこ
とが困難であるという問題点を有していた。本発明は、
以上の事情を鑑みてなされたものであり、作業環境の湿
度の変化の影響を少なくすることの可能なプローブを提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、導
電性の探針を有する走査型プローブ顕微鏡用の微小プロ
ーブにおいて、導電性の探針の最表面に撥水性の有機分
子膜を設ける(請求項1)。また、この場合(請求項
1)に、探針は少なくともその表面がIIB属の金属から
なり、有機分子膜は末端がメルカプト基からなる有機分
子膜とすることは好ましい(請求項2)。
【0008】また、この場合(請求項2)に、有機分子
膜が炭化水素基または該炭化水素基に含まれる水素の一
部もしくはすべてがフッ素に置換された基を含むことは
好ましい(請求項3)。また、この場合(請求項1)
に、探針は少なくともそのその表面が酸化させることの
可能な金属または半導体からなり、金属または半導体の
表面を酸化することによって形成された酸化膜を更に有
し、有機分子膜を酸化膜上に形成された有機シリコン分
子膜とすることは好ましい(請求項4)。
【0009】
【作用】本発明の撥水性微小プローブは、少なくともそ
の探針の表面が撥水性の有機分子膜で覆われているた
め、従来のプローブのようにその探針の表面が親水性で
あるものに比べて試料と探針との間に存在する吸着水の
量を減らすことができる。従って、本発明のプローブを
用いれば作業環境の湿度の変化の影響を少なくすること
ができる。また、本発明のプローブは、図5に示した試
料と探針との間に存在する吸着水の筒の太さを従来のプ
ローブに比べて十分に細くすることができるので、作業
環境の湿度が高い場合においても高分解能の微細加工が
可能となる。
【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実施例による撥水性プローブを示す概略断
面図である。図1のプローブは、板バネ1と板バネ1の
先端に形成された探針2とからなるカンチレバーと、カ
ンチレバーの表面に形成された導電性膜3と、導電性膜
2の表面に形成された有機分子膜4とを有する。
【0011】以下に、図1のプローブの製造方法につい
て説明する。従来から原子間力顕微鏡(AFM)のプロ
ーブとして良く用いられている窒化シリコン製のカンチ
レバーの表面に膜厚20nmのチタン膜3(導電性膜)
を真空蒸着によって形成する。その後、大気中にチタン
膜3が形成されたカンチレバーを取り出し、チタン膜3
表面に自然酸化膜を成長させるため、一昼夜そのまま放
置する。次に、密閉容器の中にこのカンチレバーとトリ
メチルクロロシラン(TMCS:(CH3)3−Si−
Cl)とを入れ、容器全体を50℃に加熱した。この処
理によって、カンチレバーの表面がTMCSの蒸気に曝
され、チタン自然酸化膜表面とTMCSが反応して表面
に撥水性の有機分子膜4が形成される。
【0012】以上のようにして、第1実施例による撥水
性微小プローブを作製した。次に、第1実施例による撥
水処理されたプローブと従来の親水性のプローブとの比
較を行った。従来のプローブは、窒化シリコン性のカン
チレバーにチタンを20nm真空蒸着したものを用い
た。そして、従来のプローブと第1実施例による撥水性
微小プローブとを原子間力顕微鏡に取り付け、図2に示
すように、プローブ10のチタン膜と試料11とに直流
電圧が印加されるように直流電源12を配置し、試料1
1を陽極酸化加工することによって比較した。また、試
料11は、シリコン単結晶から切り出した(100)面
ウエハである。試料11は、1%希フッ酸水溶液中で2
分間洗浄することによって自然酸化膜が取り除かれ、そ
の表面が水素終端化されたものを用いた。また、この装
置はグローブボックスの内部に設置されており、作業環
境の湿度等の周囲の環境を制御できるようになってい
る。
【0013】以下に陽極酸化加工実験の詳細と結果を説
明する。プローブ10を約10nNの力でシリコン試料
11表面に接触させる。力の検出および制御は原子間力
顕微鏡によって行う。実験は窒素雰囲気中23℃で行っ
た。接触状態を保ったまま、試料11が陽極になるよう
に直流電源12によって+5.0Vの直流電圧をプロー
ブと試料との間に印加し、試料表面を局所的に陽極酸化
した。
【0014】一定時間、電圧を印加した後、電圧を切っ
て試料の形状を原子間力顕微鏡によってその場観察し
た。陽極酸化された部位が酸化に伴う体積膨張によって
凸になっていることが確認できた。原子間力顕微鏡の画
像から、凸部の直径(すなわち、陽極酸化された部分の
直径)をもとめ、その直径と電圧印加時間との関係にあ
たえる雰囲気湿度の影響をしらべた。
【0015】第1実施例の撥水性微小プローブを用いた
時の結果を図3に示し、比較例である従来のプローブを
用いた時の結果を図4に示す。図3にしめされるよう
に、撥水処理を施したプローブでは、陽極酸化された部
位の大きさの湿度依存性が小さく、湿度90%という高
湿度環境下で20分間という長時間加工を行っても直径
100nm以下の領域しか陽極酸化されなかった。
【0016】これに対して、図4に示すように、撥水処
理をしていない従来のプローブでは、湿度が高くなると
急激に陽極酸化される範囲が広がり、湿度が90%で陽
極酸化時間を20分間とした場合は、直径2μmもの領
域まで陽極酸化されてしまった。以上の様に、第1実施
例による撥水性微小プローブを用いることによって試料
と探針との間に存在する吸着水の量を減らすことができ
るので、従来のプローブに比べて作業環境の湿度の影響
を少なくすることが可能となった。
【0017】尚、第1実施例では図1に示されるよう
に、撥水処理のために有機分子膜4をプローブの表面全
体に形成したが、少なくとも探針2の表面が有機分子膜
4で覆われていれば良い。また、第1実施例では、撥水
処理のためにトリメチルクロロシランを用いたが、これ
以外のモノクロロアルキルシラン類であるフェニルジメ
チルクロロシラン等を用いても良いし、ジメチルジクロ
ロシランやオクテデシルトリクロロシランのような、ジ
クロロ、トリクロロ有機シラン類を用いても良い。ま
た、オクタデシルトリメトキシシランのようなアルコキ
シシラン類を用いても良い。また、ヘキサメチルジシラ
ザンのようなシラザン類やテトラメチルジシロキサンの
ようなシロキサン類を用いても良い。また、これらのシ
ラン類の一部がフッ素に置換されたフッ素系シラン類を
用いても良い。
【0018】また、第1実施例では、撥水性の有機分子
膜をプローブ表面に形成するために、気相法を用いた
が、上記シラン化合物を有機溶剤に溶かしそれにプロー
ブを浸漬して処理を行う液相法を用いても良い。また、
導電体が金のような周期律表IIB族の金属もしくはそれ
らの合金から構成されている場合には、例えばアルキル
チオール類のように、末端がメルカプト基であり、他の
部分が少なくとも炭化水素基、または、炭化水素基の水
素の一部若しくは全てがフッ素に置換された基を含む有
機分子膜をその表面に化学吸着させることによってプロ
ーブに撥水性を持たしても良い。
【0019】また、第1実施例では、撥水性プローブを
走査プローブ陽極酸化による微細加工に用いて説明した
が、吸着水の影響を受ける他の走査型プローブ顕微鏡に
よる計測、例えば走査型容量顕微鏡等のプローブとして
も用いることができる。また、第1実施例では、撥水性
微小プローブとして原子間力顕微鏡に良く用いられてい
る探針を有する板バネのものを用いて説明したが、ST
M等に用いられている導電性の探針のみからなるプロー
ブに撥水処理を行って用いても良い。また、撥水処理を
施すために有機分子膜をプローブに形成する領域は第1
実施例のようにプローブ全体である必要は必ずしも無
く、少なくとも探針の先端の領域に有機分子膜を形成す
れば良い。
【0020】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、本発明では、
プローブに撥水性の有機分子膜を設けることによって、
環境湿度の変化の影響を受けにくくなるため、本発明の
プローブを用いて行う加工や測定を安定した分解能で行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による撥水性微小プローブ
を示す概略断面図である。
【図2】本発明の第1実施例及び比較例によるプローブ
を用いた走査プローブ陽極酸化装置を示す概念図であ
る。
【図3】本発明の第1実施例による撥水性微小プローブ
を用いて、水素終端化シリコン表面を陽極酸化したとき
の、陽極酸化領域の直径の作業環境の湿度及び酸化時間
依存性を示す図である。
【図4】従来の導電性プローブを用いて、水素終端化シ
リコン表面を陽極酸化したときの、陽極酸化領域の直径
の作業環境の湿度及び酸化時間依存性を示す図である。
【図5】探針と試料との間に存在する吸着水と陽極酸化
される領域(被酸化領域)との関係を示す概略説明図で
ある。
【符号の説明】
1・・・板バネ 2・・・探針 3・・・導電性膜 4・・・有機分子膜 10・・・プローブ 11・・・試料 12・・・直流電源 51・・・導電性の探針 52、55・・・吸着水の筒 53、56・・・陽極酸化膜 54・・・試料

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性の探針を有する走査型プローブ顕
    微鏡用の微小プローブにおいて、 前記導電性の探針の最表面に撥水性の有機分子膜を設け
    たことを特徴とする撥水性微小プローブ。
  2. 【請求項2】 前記探針は少なくともその表面がIIB属
    の金属からなり、 前記有機分子膜は末端がメルカプト基からなる有機分子
    膜であることを特徴とする請求項1に記載の撥水性微小
    プローブ。
  3. 【請求項3】 前記有機分子膜は炭化水素基または該炭
    化水素基に含まれる水素の一部もしくはすべてがフッ素
    に置換された基を含むことを特徴とする請求項2に記載
    の撥水性微小プローブ。
  4. 【請求項4】 前記探針は少なくともそのその表面が酸
    化させることの可能な金属または半導体からなり、 前記金属または半導体の表面を酸化することによって形
    成された酸化膜を更に有し、 前記有機分子膜は前記酸化膜上に形成された有機シリコ
    ン分子膜であることを特徴とする請求項1に記載の撥水
    性微小プローブ。
JP7061036A 1995-03-20 1995-03-20 撥水性微小プローブ Pending JPH08262036A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211532B1 (en) * 1997-01-13 2001-04-03 Canon Kabushiki Kaisha Microprobe chip for detecting evanescent waves probe provided with the microprobe chip and evanescent wave detector, nearfield scanning optical microscope, and information regenerator provided with the microprobe chip
JP2007155606A (ja) * 2005-12-07 2007-06-21 Sharp Corp 表面形状認識用センサ及びその製造方法
JP2008111735A (ja) * 2006-10-31 2008-05-15 Sii Nanotechnology Inc 試料操作装置
WO2017184098A3 (en) * 2016-04-20 2017-12-21 Okyay Enerji Ar-Ge Muhendislik Ticaret Ve Sanayi Limited Sirketi A probe for atomic force microscope with an oleophobic and hydrophobic coating
CN116183968A (zh) * 2023-03-29 2023-05-30 天津大学 用于扫描电化学池显微镜成像的探针及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211532B1 (en) * 1997-01-13 2001-04-03 Canon Kabushiki Kaisha Microprobe chip for detecting evanescent waves probe provided with the microprobe chip and evanescent wave detector, nearfield scanning optical microscope, and information regenerator provided with the microprobe chip
JP2007155606A (ja) * 2005-12-07 2007-06-21 Sharp Corp 表面形状認識用センサ及びその製造方法
JP2008111735A (ja) * 2006-10-31 2008-05-15 Sii Nanotechnology Inc 試料操作装置
WO2017184098A3 (en) * 2016-04-20 2017-12-21 Okyay Enerji Ar-Ge Muhendislik Ticaret Ve Sanayi Limited Sirketi A probe for atomic force microscope with an oleophobic and hydrophobic coating
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