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金属プローブ、その金属プローブの形成方法及びその形成装置 コモンズ

国内特許コード P110004307
整理番号 N021P41
掲載日 2011年7月11日
出願番号 特願2008-546897
登録番号 特許第4837747号
出願日 平成19年8月24日(2007.8.24)
登録日 平成23年10月7日(2011.10.7)
国際出願番号 JP2007066406
国際公開番号 WO2008065790
国際出願日 平成19年8月24日(2007.8.24)
国際公開日 平成20年6月5日(2008.6.5)
優先権データ
  • 特願2006-322924 (2006.11.30) JP
発明者
  • 藤田 淳一
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 金属プローブ、その金属プローブの形成方法及びその形成装置 コモンズ
発明の概要 金属プローブ本体の先端部が炭素含有の金属からなり、尖鋭化された金属プローブ、その金属プローブの形成方法及びその形成装置を提供する。
ナノチューブ1を接合した金属プローブ本体2の先端から電界放射を起こし、ジュール加熱によって金属プローブ本体2の先端を加熱し、局部的に溶融させクーロン引力でナノチューブ1を対向電極4へと引きちぎることで超尖鋭化した先端部を有する金属プローブ9を得る。
従来技術、競合技術の概要


電子ビームや紫外線、EUVなどの短波光を用いた超微細リソグラフィ技術の進展により、超集積化半導体デバイスはその線幅が50nm程度に至るまで超微細化され、さらに微細領域での量産が検討されるに至っている。



このような超微細半導体デバイスが製造される一方で、配線の短絡や切断などの故障解析に欠かせないのが局所計測プローブである。今日の尖端プローブは電解研磨や、イオンビームによる局所研磨等で、尖端曲率が数十nm程度のものが比較的容易に形成され、電極プローブとして利用されている。



しかしながら、超LSIデバイスの線幅がさらに縮小化されるなかで、これら局所計測プローブに要求される先端曲率もさらに小さなものが望まれている。



通常このようなプローブ先端の先鋭化には下記非特許文献1に示すような電解研磨法が用いられる。KOH等の電解液中でプローブとなるタングステン線母材などをグラファイトなどの対向電極を用いて交流電流を流すとタングステン線先端が研磨され先鋭化する。このような技術で一般には数十ナノメートル(nm)から数百nmの先端曲率半径を持つプローブが作製され、走査プローブ顕微鏡探針に用いられる。しかし、探針先端の曲率半径は、電解研磨した金属探針の場合には100nm程度が限界である。



そこで、10nm程度の径を持つカーボンナノチューブ(CNT)を金属探針の先端に接着してSTM探針等に利用する方法が、下記非特許文献2,3等に提案されているが、なかなか普及しない。



その原因は、CNTと金属探針の接触抵抗が大きいこと、また、CNTと金属探針の機械的な接着力が弱いことなどのため、測定の再現性を得ることがなかなか困難だからである。



一方で、下記の非特許文献4に示すように、CNTとの接触抵抗問題を、CNTを接続した金属探針全体を膜厚数nmの金属被膜でコートする技術で回避する技術的可能性も示されている。金属被膜CNT探針を用いて、STM像だけでなく正常な走査トンネルスペクトルが取れること、金属を被膜してもCNT本来の柔軟性が失われていないことも示されている。
【非特許文献1】
ウルトラマイクロスコーピー誌、1992年42巻44号pp1533-1537 A computer-controlled technique for electrochemical STM tip fabrication;Ultramicroscopy,Vol.42-44,pp.1533-1537(1992);R.Fainchtein and P.R.Zarriello;Elsevier Science Publishers B.V.
【非特許文献2】
Y.Shingaya,et al.,Physica B323(2002)153.
【非特許文献3】
M.Ishikawa,et al.,Japan.J.Appl.Phys.41(2002)4908.
【非特許文献4】
T.Ikuno,et al.,Jpn.J.Appl.Phys.43(2004)L644.

産業上の利用分野


本発明は、金属プローブの形成方法及びそれによって製造される金属プローブに係り、特に、半導体極微細領域での局所計測で利用されるナノレベルの極めて尖鋭な金属プローブ、その金属プローブの形成方法及びその形成装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】金属プローブ本体の先端部がタングステン(W)、ハフニウム(Hf)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、タンタル(Ta)、イリジウム(Ir)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、プラチナ(Pt)、ルテニウム(Ru)の少なくとも一つとカーボンが主たる構成物質であることを特徴とする金属プローブ。
【請求項2】請求項1記載の金属プローブにおいて、前記金属ブローブ本体の先端部がアモルファス相であることを特徴とする金属プローブ。
【請求項3】請求項1記載の金属プローブにおいて、前記金属プローブ本体の曲率半径が10nm以下であることを特徴とする金属プローブ。
【請求項4】(a)金属プローブ本体の先端部を局所的に溶かす工程と、
(b)カーボンを混入する工程と、
(c)カーボンナノチューブの後端部と前記金属プローブ本体の先端部を結合し、対向電極にクーロン引力により吸引して前記金属プローブ本体の先端部を引き延ばす工程とを含むことを特徴とする金属プローブの形成方法。
【請求項5】(a)カーボンナノチューブの後端部と金属プローブ本体の先端部を接触させる工程と、
(b)前記接触箇所に電子ビームを局所照射し、前記接触箇所にカーボンの分解生成物(コンタミネーション)を堆積して前記カーボンナノチューブと前記金属プローブ本体とを接合し、カーボンナノチューブ付きプローブを作製する工程と、
(c)前記カーボンナノチューブの先端部と該カーボンナノチューブの先端部に対向して配置される対向電極との間に電位を与え、前記金属プローブ本体の先端部を溶融する工程と、
(d)前記金属プローブ本体の先端部を引き延ばし、前記カーボンナノチューブを前記金属プローブ本体から引き離す工程と、
(e)該引き離しにより前記金属プローブ本体の先端部に曲率半径が10nm以下の先端部を形成する工程とを施すことを特徴とする金属プローブの形成方法。
【請求項6】請求項4又は5記載の金属プローブの形成方法において、前記金属プローブ本体は電解研磨により精鋭化された金属プローブからなることを特徴とする金属プローブの形成方法。
【請求項7】請求項5記載の金属プローブの形成方法において、前記カーボンナノチューブと前記金属プローブ本体との接合に、炭化水素系ガスを原料とした、電子ビーム分解生成物を用いることを特徴とする金属プローブの形成方法。
【請求項8】(a)カーボンナノチューブカートリッジと、
(b)該カートリッジのカーボンナノチューブの後端部を先鋭化された電解研磨プローブの先端部に接合し、カーボンナノチューブ付きプローブを作製する手段と、
(c)前記カーボンナノチューブの先端部に対向して配置される対向電極と、
(d)該対向電極と前記カーボンナノチューブ付きプローブの先端部の間に電位を与え、前記金属プローブ本体の先端部を溶融する手段と、
(e)前記カーボンナノチューブの先端部に溜まった電荷によって前記カーボンナノチューブを前記対向電極にクーロン引力により吸引して前記金属プローブ本体の先端部を引き延ばし、前記カーボンナノチューブを前記金属プローブ本体から引き離し、前記金属プローブ本体の先端部に曲率半径が10nm以下の超鋭利な先端部を形成する手段とを具備することを特徴とする金属プローブの形成装置。
【請求項9】請求項4、5、6又は7記載の金属プローブの形成方法によって製造される金属プローブ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008546897thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 高度情報処理・通信の実現に向けたナノファクトリーとプロセス観測 領域
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