JP2789244B2 - 微小プローブの形成方法 - Google Patents
微小プローブの形成方法Info
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- JP2789244B2 JP2789244B2 JP31746889A JP31746889A JP2789244B2 JP 2789244 B2 JP2789244 B2 JP 2789244B2 JP 31746889 A JP31746889 A JP 31746889A JP 31746889 A JP31746889 A JP 31746889A JP 2789244 B2 JP2789244 B2 JP 2789244B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、走査型トンネル顕微鏡（以下STMと略す）
や高密度記録・再生装置などに使用される。先端部の曲
率半径が極めて小さいプローブの形成方法に関する。
や高密度記録・再生装置などに使用される。先端部の曲
率半径が極めて小さいプローブの形成方法に関する。
［従来の技術］ 従来の一般的なSTMは、導電性試料表面と導電性検出
プローブ先端部間に流れるトンネル電流を検出し、トン
ネル電流が一定になるように、試料表面と検出プローブ
間の距離を電気的フィードバックにより制御して、原子
・分子の構造を画像として表示する方式である。このよ
うなSTMの分解能は、プローブ先端部の曲率半径で決定
される。分解能を上げる為には、プローブ先端部をより
尖鋭にすることが必要となる。
プローブ先端部間に流れるトンネル電流を検出し、トン
ネル電流が一定になるように、試料表面と検出プローブ
間の距離を電気的フィードバックにより制御して、原子
・分子の構造を画像として表示する方式である。このよ
うなSTMの分解能は、プローブ先端部の曲率半径で決定
される。分解能を上げる為には、プローブ先端部をより
尖鋭にすることが必要となる。
従来のプローブ作製方法は、白金やタングステン棒の
先端を機械的研摩により円錐状に尖らせたものや、電解
研摩法により、先端を尖鋭化（特開昭61−32326号公
報、電解研摩による針状体の形成方法）したものが一般
的である。これらにより得られる先端曲率半径は、せい
ぜい0.1マイクロンメートルである。この他に、機械研
摩や電解研摩法を用いて形成したプローブ先端部をさら
に尖鋭化する為に超高真空槽内で、電解蒸発を行う手法
がある。
先端を機械的研摩により円錐状に尖らせたものや、電解
研摩法により、先端を尖鋭化（特開昭61−32326号公
報、電解研摩による針状体の形成方法）したものが一般
的である。これらにより得られる先端曲率半径は、せい
ぜい0.1マイクロンメートルである。この他に、機械研
摩や電解研摩法を用いて形成したプローブ先端部をさら
に尖鋭化する為に超高真空槽内で、電解蒸発を行う手法
がある。
［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、従来の機械研摩や電解研摩法を用いて
作製するプローブは、原子・分子を観察する場合およ
び、原子あるいは、分子の結合状態を観察する場合に先
端曲率半径が0.1マイクロンメートル程度と大きすぎる
為精度の高い観察ができなかった。また、電解蒸発法を
用いてプローブ先端をさらに尖鋭化する手法では、超高
真空槽内で加熱や高電界を行う必要があり、また、STM
の試料に損傷を与えないような工夫も必要となり、装置
が大がかりになってしまうという問題点を有していた。
作製するプローブは、原子・分子を観察する場合およ
び、原子あるいは、分子の結合状態を観察する場合に先
端曲率半径が0.1マイクロンメートル程度と大きすぎる
為精度の高い観察ができなかった。また、電解蒸発法を
用いてプローブ先端をさらに尖鋭化する手法では、超高
真空槽内で加熱や高電界を行う必要があり、また、STM
の試料に損傷を与えないような工夫も必要となり、装置
が大がかりになってしまうという問題点を有していた。
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなされたもので
あって、簡単な構成で従来に比べさらに先端を尖鋭化し
た微小プローブの形成方法の提供を目的とする。
あって、簡単な構成で従来に比べさらに先端を尖鋭化し
た微小プローブの形成方法の提供を目的とする。
［課題を解決するための手段および作用］ 本発明によれば、導電性プローブの先端を導電性部材
に対し微小距離まで接近させた状態で、該導電性プロー
ブおよび導電性部材間に電圧を印加して、該導電性プロ
ーブ先端を溶融して微小突起を形成する微小プローブの
形成方法において、前記導電性部材の導電性プローブ接
近位置に突起を設け、該突起と導電性プローブ間に電圧
を印加し、微小プローブを形成することにより、先端曲
率半径の向上による高分解能化を得ようとするものであ
る。
に対し微小距離まで接近させた状態で、該導電性プロー
ブおよび導電性部材間に電圧を印加して、該導電性プロ
ーブ先端を溶融して微小突起を形成する微小プローブの
形成方法において、前記導電性部材の導電性プローブ接
近位置に突起を設け、該突起と導電性プローブ間に電圧
を印加し、微小プローブを形成することにより、先端曲
率半径の向上による高分解能化を得ようとするものであ
る。
［参考例および実施例］ 以下、本発明の参考例および実施例を図面に基づいて
説明する。
説明する。
第１図は、本発明による参考例の構成と電気ブロック
の説明図である。１はタングステン、白金、白金ロジウ
ム、白金イリジウム等の導電性材料を電解研摩法や、機
械的研摩等により、先端を尖鋭にした、導電性プローブ
である。２は導電性の材料と、スパッタ法、めっき法等
により作製した、導電性プローブ被覆材料である。３は
導電性試料である。４は微小突起であり導電性プローブ
被覆材料２で被覆された、導電性プローブ１の先端に形
成されている。５は導電性試料３を固定するための基
板、６は導電性プローブ１と導電性試料３との距離を制
御する為の縦方向位置制御手段、７は導電性プローブ１
と導電性プローブ被覆材料２間にバイアス電圧を掃引印
加する可変バイアス電源、８はバイアス電圧を可変する
ためのパルス電源、９は導電性プローブ１と導電性試料
３間に流れるトンネル電流を検出するトンネル電流検出
回路、10は、縦方向位置制御手段６を制御するためのプ
ローブ縦方向位置制御回路である。本参考例ではプロー
ブと試料間の距離を制御する検知手段として、トンネル
電流を用いたが、なんらこれに限定する必要はなく、例
えば、原子間力、磁気力、静電力等の検知手段を用いて
もよい。以上説明したような、構成で微小突起を形成す
る方法について第１図および第２図を用いてさらに、詳
細な説明を行う。
の説明図である。１はタングステン、白金、白金ロジウ
ム、白金イリジウム等の導電性材料を電解研摩法や、機
械的研摩等により、先端を尖鋭にした、導電性プローブ
である。２は導電性の材料と、スパッタ法、めっき法等
により作製した、導電性プローブ被覆材料である。３は
導電性試料である。４は微小突起であり導電性プローブ
被覆材料２で被覆された、導電性プローブ１の先端に形
成されている。５は導電性試料３を固定するための基
板、６は導電性プローブ１と導電性試料３との距離を制
御する為の縦方向位置制御手段、７は導電性プローブ１
と導電性プローブ被覆材料２間にバイアス電圧を掃引印
加する可変バイアス電源、８はバイアス電圧を可変する
ためのパルス電源、９は導電性プローブ１と導電性試料
３間に流れるトンネル電流を検出するトンネル電流検出
回路、10は、縦方向位置制御手段６を制御するためのプ
ローブ縦方向位置制御回路である。本参考例ではプロー
ブと試料間の距離を制御する検知手段として、トンネル
電流を用いたが、なんらこれに限定する必要はなく、例
えば、原子間力、磁気力、静電力等の検知手段を用いて
もよい。以上説明したような、構成で微小突起を形成す
る方法について第１図および第２図を用いてさらに、詳
細な説明を行う。
導電性プローブ１の材料にはタングステンを用いた、
タングステンプローブを尖鋭化する為に一般的な電解研
摩法を用いて作製した電解研摩により作製されたタング
ステンプローブの先端曲率半径は、0.1マイクロンメー
トル程度であった。電解研摩により作製したプローブ１
表面上に、イオンビームスパッタ装置を用いて、金を10
ナノメートル程度被覆した。導電性試料３の材料には、
白金蒸着膜を用いた。縦方向位置制御手段６には、市販
のPZT素子（変位量:1μm/1000V）を用いた。前記材料お
よび素子の構成でプローブ１の被覆材料２と、試料３間
距離が、数ナノメートルになるようにトンネル電流検出
回路９を用いて接近させた。またプローブ１と試料３の
距離が、温度ドリフト、外部振動等の外乱によって、変
化しないようにプローブ縦方向位置制御回路10と、縦方
向位置制御手段６により電気的フィードバックをかけて
制御した。環境状態は、大気中である。この状態で、パ
ルス巾４μs,パルス高さ、4Vの条件値をパルス電源８か
ら、プローブをプラス側に設定してある可変バイアス電
源７に掃引し、第１図、あるいは、第２図（ｂ）に示す
ような微小突起４を形成した。形成された微小突起の大
きさは、高さ10ナノメートル、底面積15平方ナノメート
ル程度であった。
タングステンプローブを尖鋭化する為に一般的な電解研
摩法を用いて作製した電解研摩により作製されたタング
ステンプローブの先端曲率半径は、0.1マイクロンメー
トル程度であった。電解研摩により作製したプローブ１
表面上に、イオンビームスパッタ装置を用いて、金を10
ナノメートル程度被覆した。導電性試料３の材料には、
白金蒸着膜を用いた。縦方向位置制御手段６には、市販
のPZT素子（変位量:1μm/1000V）を用いた。前記材料お
よび素子の構成でプローブ１の被覆材料２と、試料３間
距離が、数ナノメートルになるようにトンネル電流検出
回路９を用いて接近させた。またプローブ１と試料３の
距離が、温度ドリフト、外部振動等の外乱によって、変
化しないようにプローブ縦方向位置制御回路10と、縦方
向位置制御手段６により電気的フィードバックをかけて
制御した。環境状態は、大気中である。この状態で、パ
ルス巾４μs,パルス高さ、4Vの条件値をパルス電源８か
ら、プローブをプラス側に設定してある可変バイアス電
源７に掃引し、第１図、あるいは、第２図（ｂ）に示す
ような微小突起４を形成した。形成された微小突起の大
きさは、高さ10ナノメートル、底面積15平方ナノメート
ル程度であった。
前記プローブ材料、プローブ被覆材料、試料の材料は
なんらこれらに限定するものではなく、適宜選択でき
る。ただし、プローブ被覆材料よりも試料の方が高融点
であることが必要となる。
なんらこれらに限定するものではなく、適宜選択でき
る。ただし、プローブ被覆材料よりも試料の方が高融点
であることが必要となる。
また、パルス条件値も、形成する微小突起の大きさに
より、適宜選択できるが、試料とプローブ被覆材料の両
者にダメージを与えてはならない。
より、適宜選択できるが、試料とプローブ被覆材料の両
者にダメージを与えてはならない。
以上のような微小突起４を形成することにより、真空
中・大気中を問わず、分子結合状態を分解できる高分解
能な、微小プローブを提供することが可能となる。ま
た、パルス電圧印加により、試料にダメージを与えない
ような適切な材料を選択すれば、STM動作中にプローブ
を試料に接触させ原子・分子の分解能が得られなくなっ
たプローブでも、原子・分子の分解能を有する微小突起
をSTMの構成で容易に再生することが可能となる。
中・大気中を問わず、分子結合状態を分解できる高分解
能な、微小プローブを提供することが可能となる。ま
た、パルス電圧印加により、試料にダメージを与えない
ような適切な材料を選択すれば、STM動作中にプローブ
を試料に接触させ原子・分子の分解能が得られなくなっ
たプローブでも、原子・分子の分解能を有する微小突起
をSTMの構成で容易に再生することが可能となる。
次に本発明の実施例について第３図を用いて説明す
る。この実施例は参考例で説明した構成において試料３
のみを交換したものである。試料３には、先端が鋭った
山状の突起31があらかじめ形成されている。この突起31
は公知の適当な方法により作製される。微小突起４の形
成方法は、参考例と同様であるが、試料３上に山状の突
起31がある為に、パルス電圧を掃引した際、電界の集中
が、平面に比べ増す。従って、参考例（第１図および第
２図）の微小突起４よりも、さらに先端曲率半径が小さ
い微小突起４が形成可能となる。
る。この実施例は参考例で説明した構成において試料３
のみを交換したものである。試料３には、先端が鋭った
山状の突起31があらかじめ形成されている。この突起31
は公知の適当な方法により作製される。微小突起４の形
成方法は、参考例と同様であるが、試料３上に山状の突
起31がある為に、パルス電圧を掃引した際、電界の集中
が、平面に比べ増す。従って、参考例（第１図および第
２図）の微小突起４よりも、さらに先端曲率半径が小さ
い微小突起４が形成可能となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、0.1マイクロンメートルの先端
曲率半径をもつプローブの先端に、さらに先端曲率半径
の小さい微小突起を真空中、大気中を問わずSTM構成の
装置で容易に形成可能で、かつ原子・分子を十分解像で
きる高分解能な微小プローブを簡略な方法で形成でき、
性能の向上と、製造装置の小型化、製造方法の簡略化と
いう面において、大きな効果を得ることができる。
曲率半径をもつプローブの先端に、さらに先端曲率半径
の小さい微小突起を真空中、大気中を問わずSTM構成の
装置で容易に形成可能で、かつ原子・分子を十分解像で
きる高分解能な微小プローブを簡略な方法で形成でき、
性能の向上と、製造装置の小型化、製造方法の簡略化と
いう面において、大きな効果を得ることができる。
第１図は参考例に係る微小プローブを用いた表面検出手
段の構成図、 第２図（ａ）および（ｂ）は参考例の微小プローブ先端
に形成される微小突起部分の説明図、 第３図（ａ）および（ｂ）は本発明に係る微小プローブ
先端に形成される微小突起の別の形成方法の説明図であ
る。 1:導電性プローブ、 2:導電性被覆材料、 3:導電性試料、 4:微小突起、 5:基板、 6:縦方向位置制御手段、 7:可変バイアス電源、 8:パルス電源、 9:トンネル電流検出回路、 10:プローブ縦方向位置制御回路。
段の構成図、 第２図（ａ）および（ｂ）は参考例の微小プローブ先端
に形成される微小突起部分の説明図、 第３図（ａ）および（ｂ）は本発明に係る微小プローブ
先端に形成される微小突起の別の形成方法の説明図であ
る。 1:導電性プローブ、 2:導電性被覆材料、 3:導電性試料、 4:微小突起、 5:基板、 6:縦方向位置制御手段、 7:可変バイアス電源、 8:パルス電源、 9:トンネル電流検出回路、 10:プローブ縦方向位置制御回路。
フロントページの続き (72)発明者 宮▲崎▼ 俊彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 小口 高弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−149355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−265101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−265102（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/34 G01B 21/30 G01N 37/00
Claims (2)
- 【請求項１】導電性プローブの先端を導電性部材に対し
微小距離まで接近させた状態で、該導電性プローブおよ
び導電性部材間に電圧を印加して、該導電性プローブ先
端を溶融して微小突起を形成する微小プローブの形成方
法において、 前記導電性部材の導電性プローブ接近位置に突起を設
け、該突起と導電性プローブ間に電圧を印加することを
特徴とする微小プローブの形成方法。 - 【請求項２】前記導電性部材は前記導電性プローブより
高い融点を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の微小プローブの形成方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31746889A JP2789244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 微小プローブの形成方法 |
| US07/621,886 US5132533A (en) | 1989-12-08 | 1990-12-05 | Method for forming probe and apparatus therefor |
| ES90123458T ES2098240T3 (es) | 1989-12-08 | 1990-12-06 | Metodo para la formacion de una sonda y aparato para el mismo. |
| EP90123458A EP0431623B1 (en) | 1989-12-08 | 1990-12-06 | Method and Apparatus for Forming a Probe |
| DE69030239T DE69030239T2 (de) | 1989-12-08 | 1990-12-06 | Methode und Gerät zur Formung einer Sonde |
| CA 2031733 CA2031733C (en) | 1989-12-08 | 1990-12-07 | Method for forming probe and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31746889A JP2789244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 微小プローブの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03179202A JPH03179202A (ja) | 1991-08-05 |
| JP2789244B2 true JP2789244B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=18088567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31746889A Expired - Fee Related JP2789244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 微小プローブの形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789244B2 (ja) |
| CA (1) | CA2031733C (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100660189B1 (ko) * | 2004-11-12 | 2006-12-21 | 한국과학기술원 | 전해에칭을 이용한 나노팁의 접착장치 및 접착방법 |
| KR100736358B1 (ko) * | 2004-11-12 | 2007-07-06 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 탐침 현미경의 탐침 끝 부분에 나노구조가 선택적으로흡착되는 방법 및 그 탐침이 장착된 탐침 현미경 |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP31746889A patent/JP2789244B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-12-07 CA CA 2031733 patent/CA2031733C/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2031733A1 (en) | 1991-06-09 |
| JPH03179202A (ja) | 1991-08-05 |
| CA2031733C (en) | 1994-10-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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