JP3914826B2 - Probe manufacturing method and probe - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査形プローブ顕微鏡の探針作製方法およびその探針に関する。
【0002】
【従来の技術】
走査形プローブ顕微鏡(SPM)に含まれる走査形ケルビンプローブ顕微鏡(Scanning Kelvin Probe Microscope:SKPM)は、SPMの一種である原子間力顕微鏡にケルビン法(振動容量法)を応用した装置である。この走査形ケルビンプローブ顕微鏡は、導電性探針を有したカンチレバを備えており、その導電性探針と試料間に作用する静電気力に応じて変位するカンチレバの変位を検出し、その検出結果に基づいて試料表面局所の電位を求めたり、試料表面の電位マッピングを行う装置である。
【0003】
従来、上述した導電性探針として、表面全体に金属コーティングが施された探針や、表面全体が導電性の良い状態にイオンスパッタ処理された導電性探針が利用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような表面全体に渡って導電性を有する探針を用いた場合、長距離力(長い距離に渡って作用する力)である前記静電気力は、探針全体と試料表面の広領域間に作用する。このため、従来においては、探針先端直下の微小領域の試料電位を求めることができず、また、高分解能の試料電位マップを得ることができなかった。
【0005】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、試料表面の微小領域の電位測定を正確に行うことができる探針、およびその探針の作製方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する本発明の探針作製方法は、探針先端と試料間の距離を、酸素分子がそれらの間に入り込めない距離に調整した後、前記探針を酸化処理するようにした。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【0008】
図1は、本発明の探針を作製するための装置を示した図である。図1において1は真空容器であり、真空容器1の内部(真空室)2は、排気装置3によって高真空に排気されている。
【0009】
4は酸素供給装置であり、酸素供給装置4は前記真空容器1に接続されている。この酸素供給装置4は、前記真空室2に、加熱した酸素を供給するためのものである。
【0010】
5は試料ステージであり、試料ステージ5は前記真空室2に配置されている。この試料ステージ5上には、導電性試料6が置かれている。
【0011】
そして、走査形ケルビンプローブ顕微鏡用のカンチレバ7が、真空室2に配置された移動機構8に取り付けられている。このカンチレバ7は、片持ち梁7aと、その先端に取り付けられた探針7bとで作られており、探針7bは、たとえばSiにPtがコートされて作られている。このように、探針7bは導電性を有しており、この例ではPtコートSiカンチレバが用いられている。また、前記移動機構8は、x,y,z方向に移動可能にピエゾ素子などで作られている。
【0012】
また、図1において、9はバイアス電圧印加装置である。バイアス電圧印加装置9は、上述した導電性探針7bと導電性試料6間にバイアス電圧を印加するためのものである。
【0013】
10はトンネル電流検出装置であり、前記探針7bと試料6間に流れるトンネル電流はこの検出装置10で検出される。トンネル電流検出装置10の出力は移動機構制御装置11に供給されるように構成されており、移動機構制御装置11は、トンネル電流検出装置10の出力に基づいて前記移動機構8を制御する。
【0014】
また、12は中央制御装置であり、中央制御装置12は、上述した酸素供給装置4とバイアス電圧印加装置9と移動機構制御装置11に各制御信号を供給するものである。
【0015】
以上、図1の装置構成について説明したが、以下、動作説明を行う。
【0016】
走査形ケルビンプローブ顕微鏡用の探針を作製する場合、まず中央制御装置12は、バイアス電圧印加の指示信号をバイアス電圧印加装置9に供給する。この信号を受けたバイアス電圧印加装置9は、探針7bと試料6間に所定のバイアス電圧を印加する。
【0017】
次に、中央制御装置12は、移動機構制御装置11に対して、探針7bの試料6へのアプローチ信号を供給する。このアプローチ信号を受けた移動機構制御装置11は、前記移動機構8がz方向(試料方向)に移動するように、移動機構8を制御する。
【0018】
この移動機構8のz動によって探針7bは試料6に近づいて行き、探針7bが試料6にかなり接近してくると、それらの間にトンネル電流が流れ始める。そして、移動機構制御装置11は、トンネル電流検出装置10の出力に基づき、前記探針7bと試料6間に所定のトンネル電流I0(A)が流れた時点で、前記移動機構8のz方向(試料方向)への移動を停止させる。
【0019】
こうして、探針7b先端と試料6間の距離は、それらの間に前記トンネルI0(A)が流れる距離d0に固定される。この探針先端と試料間の距離d0は、それらの間に酸素分子O2(O2の大きさは2.8×3.9オングストローム)が入り込めない距離(d0<1nm程度)に設定され、この距離d0と前記トンネル電流I0(A)との関係は予め実験で求められている。
【0020】
以上のようにして、探針先端と試料間の距離が、酸素分子がそれらの間に入り込めない距離に設定されると、次に中央制御装置12は、酸素供給の指示信号を酸素供給装置4に送る。この信号を受けた酸素供給装置4は、酸素分圧と真空度に応じた加熱した酸素ガスを、所定時間だけ真空室2に送り込む。
【0021】
この酸素ガスの供給により、探針周りの雰囲気は、加熱された酸素ガス雰囲気となり、探針7bは酸化される。
【0022】
しかし、加熱された酸素ガスは、探針7b先端と試料6間に入り込めないので、探針7bの先端部分は酸化されない。すなわち、探針7bの先端部分は、導電性の探針がむき出しになったままである。この結果、図2に示すように、探針先端部分を除いて酸化膜で覆われた本発明の探針が生成される。
【0023】
このようにして出来上がった探針をSKPM用の探針として用いれば、前記静電気力は、酸化膜で覆われていない探針先端と試料間に作用する。この結果、探針先端直下の微小領域の試料電位を求めることができ、そして、高分解能の試料電位マップを得ることができる。
【0024】
以上、本発明の探針作製の一例について説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。
【0025】
たとえば、上記例では、加熱した酸素ガスを真空室に供給するようにしたが、常温の酸素ガスを、ヒータによって加熱された真空容器の内部(真空室)に供給し、真空室において酸素ガスを加熱するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の探針を作製するための装置を示した図である。
【図2】 本発明の探針を示した図である。
【符号の説明】
1…真空容器、2…真空室、3…排気装置、4…酸素供給装置、5…試料ステージ、6…導電性試料、7…カンチレバ、7a…片持ち梁、7b…探針、8…移動機構、9…バイアス電圧印加装置、10…トンネル電流検出装置、11…移動機構制御装置、12…中央制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a probe manufacturing method for a scanning probe microscope and the probe.
[0002]
[Prior art]
A scanning Kelvin probe microscope (SKPM) included in a scanning probe microscope (SPM) is an apparatus that applies the Kelvin method (vibration capacity method) to an atomic force microscope that is a kind of SPM. This scanning Kelvin probe microscope has a cantilever with a conductive probe, detects the displacement of the cantilever that is displaced according to the electrostatic force acting between the conductive probe and the sample, and the detection result This is a device that calculates the local potential of the sample surface based on this and performs potential mapping of the sample surface.
[0003]
Conventionally, as the above-described conductive probe, a probe having a metal coating applied to the entire surface or a conductive probe in which the entire surface is ion-sputtered so as to have good conductivity are used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a probe having conductivity over the entire surface is used, the electrostatic force, which is a long-distance force (a force acting over a long distance), is a wide area of the entire probe and the sample surface. Act in between. For this reason, conventionally, the sample potential in a minute region immediately below the tip of the probe cannot be obtained, and a high-resolution sample potential map cannot be obtained.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a probe capable of accurately measuring the potential of a micro area on the surface of a sample, and a method for producing the probe. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the probe manufacturing method of the present invention that achieves this object, the distance between the probe tip and the sample is adjusted so that oxygen molecules cannot enter between them, and then the probe is oxidized. .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a view showing an apparatus for producing the probe of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vacuum vessel, and the inside (vacuum chamber) 2 of the vacuum vessel 1 is exhausted to a high vacuum by an exhaust device 3.
[0009]
4 is an oxygen supply device, and the oxygen supply device 4 is connected to the vacuum vessel 1. The oxygen supply device 4 is for supplying heated oxygen to the vacuum chamber 2.
[0010]
Reference numeral 5 denotes a sample stage, and the sample stage 5 is disposed in the vacuum chamber 2. A conductive sample 6 is placed on the sample stage 5.
[0011]
A cantilever 7 for a scanning Kelvin probe microscope is attached to a
[0012]
In FIG. 1, 9 is a bias voltage applying device. The bias voltage applying device 9 is for applying a bias voltage between the above-described
[0013]
[0014]
[0015]
Although the apparatus configuration of FIG. 1 has been described above, the operation will be described below.
[0016]
When a probe for a scanning Kelvin probe microscope is manufactured, first, the
[0017]
Next, the
[0018]
The
[0019]
Thus, the distance between the
[0020]
As described above, when the distance between the probe tip and the sample is set to such a distance that oxygen molecules cannot enter between them, the
[0021]
By supplying this oxygen gas, the atmosphere around the probe becomes a heated oxygen gas atmosphere, and the
[0022]
However, since the heated oxygen gas cannot enter between the tip of the
[0023]
If the probe thus completed is used as a probe for SKPM, the electrostatic force acts between the tip of the probe not covered with the oxide film and the sample. As a result, it is possible to obtain the sample potential in the minute region immediately below the probe tip, and to obtain a high-resolution sample potential map.
[0024]
As mentioned above, although an example of probe production of the present invention was explained, the present invention is not limited to the above-mentioned example.
[0025]
For example, in the above example, heated oxygen gas is supplied to the vacuum chamber. However, room temperature oxygen gas is supplied to the inside of the vacuum vessel (vacuum chamber) heated by the heater, and oxygen gas is supplied in the vacuum chamber. You may make it heat.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an apparatus for producing a probe of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a probe of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 2 ... Vacuum chamber, 3 ... Exhaust device, 4 ... Oxygen supply device, 5 ... Sample stage, 6 ... Conductive sample, 7 ... Cantilever, 7a ... Cantilever, 7b ... Probe, 8 ... Movement Mechanism: 9 ... Bias voltage application device, 10 ... Tunnel current detection device, 11 ... Movement mechanism control device, 12 ... Central control device
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