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JPH0862227A - Probe for scanning probe microscope, and microscope with the probe - Google Patents

Probe for scanning probe microscope, and microscope with the probe

Info

Publication number
JPH0862227A
JPH0862227A JP19396894A JP19396894A JPH0862227A JP H0862227 A JPH0862227 A JP H0862227A JP 19396894 A JP19396894 A JP 19396894A JP 19396894 A JP19396894 A JP 19396894A JP H0862227 A JPH0862227 A JP H0862227A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
probes
breaking
microscope
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19396894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ratobitsuchi Maaku
マーク・ラトビッチ
Yasuo Wada
恭雄 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP19396894A priority Critical patent/JPH0862227A/en
Priority to US08/444,510 priority patent/US5679952A/en
Publication of JPH0862227A publication Critical patent/JPH0862227A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PURPOSE: To return a sample to an original measurement or processing position at atom level by eliminating or deforming partly or in whole a probe, and replacing a damaged probe by a new one without affecting a sample in measurement or process. CONSTITUTION: For example, when it is judged that a probe 19 is worn out or its tip is broken, the probe 19 having used at the most forward tip is broken at a breaking part 16 and is removed along with a support structure 14 so that a new probe 18 can be used, where the mechanical breaking force required for breaking the breaking parts 12, 15, and 16 is 12>15>16, probes 19, 18, 17, and 13 can be used in this order. A mechanical breaking device required for breaking the parts 12, 15, and 16 is operated by a manipulator whose one edge is fixed to the body part of a probe microscope. Since the mechanical breaking force is smaller at the breaking part 16 of the probe located at the tip, an object at the top edge can be eliminated simply by holding the support part 14 at the tip and twisting it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
(STM:Scanning Tunneling Microscope)(STMに
ついての詳細はジ−・ビニッヒ、エッチ・ロ−ラ−、フ
ィジカル・レヴュ−・レタ−ズ49巻57項1982年(G.Binn
ig,H.Rohrer,Phys.Rev.Lett.,49,57(1982))に記載)、
原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)等の
走査プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscop
e)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning tunneling microscope (STM). 57.1982 (G. Binn
ig, H. Rohrer, Phys. Rev. Lett., 49 , 57 (1982))),
Scanning Probe Microscop (SPM) such as AFM (Atomic Force Microscope)
e).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のSTMにおける探針の構造は、位
置検出用の圧電セラミックに探針を直接取り付ける、あ
るいは、治具に取り付けた探針を該圧電セラミック(ピ
エゾ)に取り付ける等の方法を用いていた。また、AF
Mにおける探針は、光てこ方式の場合、カンチレバー作
成時に同時に取り付けられていた。すなわち、STMの
探針は、一般にタングステン、白金等の金属を機械的、
あるいは電界研磨等の方法によって先端を鋭らせたもの
を用いていた。またAFMの場合は、窒化シリコンのカ
ンチレバーと窒化シリコンの探針を持ち、探針先端はイ
オン照射等によって鋭らせたものを用いていた。前者の
場合通常は図2に示したように、圧電セラミック(ピエ
ゾ)1にタングステン製の探針2を取り付け、試料3表
面を観測していた。
2. Description of the Related Art The conventional STM probe structure has a structure in which the probe is directly attached to a piezoelectric ceramic for position detection, or a probe attached to a jig is attached to the piezoelectric ceramic (piezo). Was used. Also, AF
In the case of the optical lever method, the probe in M was attached at the same time when the cantilever was created. That is, the STM probe generally uses metal such as tungsten or platinum mechanically,
Alternatively, a sharpened tip is used by a method such as electric field polishing. The AFM has a silicon nitride cantilever and a silicon nitride probe, and the tip of the probe is sharpened by ion irradiation or the like. In the former case, usually, as shown in FIG. 2, the probe 2 made of tungsten is attached to the piezoelectric ceramic (piezo) 1 and the surface of the sample 3 is observed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図2に示したようなこ
れまでの技術では、一度取り付けた探針が測定中に損耗
すると、探針および必要に応じて探針と一体になってい
るカンチレバー等を全て交換していた。このため、測定
中に探針が破損すると、全ての測定が再び最初からやり
直しにならざるを得なかった。また、原子レベルのスイ
ッチングデバイス(特願平3−340649:たとえば
和田他、ジャーナルオブアプライドフィジックス、74
巻7321頁(1993年)、Y.Wada, et al., J. App
l. Phys.,74, 7321 (1993).)作成に用いた場合、作成
中に探針が破損すると、原子レベルデバイスを再び最初
から作成することが必要になり、非常に効率が低下し、
甚だしい場合には最後まで完成させられない可能性すら
あった。
According to the conventional technique as shown in FIG. 2, if the once attached probe is worn during measurement, the cantilever is integrated with the probe and, if necessary, the cantilever. Etc. were all exchanged. For this reason, if the probe was damaged during measurement, all measurements had to be restarted from the beginning. In addition, atomic level switching devices (Japanese Patent Application No. 3-340649: Wada et al., Journal of Applied Physics, 74
Volume 7321 (1993), Y. Wada, et al., J. App
l. Phys., 74 , 7321 (1993).) If the probe is damaged during the production, it will be necessary to recreate the atomic level device from the beginning, resulting in extremely low efficiency.
In extreme cases, there was a possibility that it could not be completed to the end.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
技術の問題点を解決するためになされたもので、走査プ
ローブ顕微鏡の探針を交換するにあたり、機械的、物理
的、化学的、あるいは電磁気的な手段により、探針の一
部あるいは全部を除去、あるいは変形させることによ
り、測定あるいは加工中の試料に影響を与えること無く
破損した探針を交換可能であるため、原子レベルで元の
測定あるいは加工位置に戻すことを可能とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and when replacing the probe of a scanning probe microscope, mechanical, physical, chemical, Alternatively, by removing or deforming part or all of the probe by electromagnetic means, it is possible to replace a damaged probe without affecting the sample being measured or processed, so it is possible to replace it at the atomic level. It is possible to measure or return to the processing position.

【0005】[0005]

【作用】本発明による走査プローブ顕微鏡用探針は、既
知の位置におかれた複数の探針、あるいは再生可能な少
なくとも一個以上の探針を持つ構造となっており、最初
に使用している探針が破損した場合には、使用中の探針
を既知の場所に移動するか、あるいはその場所で、
(1)探針の一部あるいは全部を機械的に除去あるいは
変形する、(2)探針の一部あるいは全部を電磁気的に
変形する、(3)探針の一部あるいは全部を化学的に除
去あるいは変形する、(4)探針の一部あるいは全部を
物理的に除去あるいは変形する、等の方法により、別に
用意された探針を用いるか、現に使用中の探針を再び使
用可能な状態にし、再び実質的に同一地点から原子レベ
ルの測定、原子レベルデバイス作成を続けることを可能
にする。
The probe for a scanning probe microscope according to the present invention has a structure having a plurality of probes at known positions or at least one reproducible probe, and is used first. If the probe breaks, move the probe in use to a known location, or
(1) Mechanically removing or deforming part or all of the probe, (2) Electromagnetically deforming part or all of the probe, (3) Chemically modifying part or all of the probe. By removing or deforming, (4) physically removing or deforming a part or all of the probe, a separately prepared probe can be used, or the probe currently in use can be reused. This makes it possible to continue the measurement of the atomic level and the creation of the atomic level device again from substantially the same point.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

実施例1 本実施例では、探針の一部あるいは全部を機械的に除去
あるいは変形する場合について説明する。
Example 1 In this example, a case where a part or all of the probe is mechanically removed or deformed will be described.

【0007】図1(a)は複数の探針13、17、1
8、19、各探針それぞれの支持構造14、破断部1
2、15、16および探針支持部11からなる構造の探
針Pを断面図で示す。探針Pは図の状態で一つの探針と
して使用されるが、探針19が消耗した、あるいは先端
が折れた等の判断がなされたときは、図1(b)のよう
に、最先端で使用されていた探針19を破談部16で破
断して支持構造14とともに除去して、新たな探針18
を使用できるようにする。ここで該破断部12、15、
16を破壊するために必要な機械的破談力は、 12>15>16 となっており、探針19、18、17、13の順に使用
可能になっている。破断部12、15、16を破壊する
ために必要な機械的破談装置は、プローブ顕微鏡の本体
部に一端が固定されたマニュピレータによって行うこと
になるが、機械的な破談力が上記のように先端にある探
針の破談部16ほど小さくなっているので、先端部の支
持部14をつかんで捩じ曲げる力を作用させれば、自ず
と図1(b)のように最先端の物を除去できる。
FIG. 1A shows a plurality of probes 13, 17, 1.
8, 19, support structure 14 for each probe, fractured portion 1
A probe P having a structure including 2, 15, 16 and the probe support portion 11 is shown in a sectional view. The probe P is used as one probe in the state shown in the figure, but when it is judged that the probe 19 is worn out or the tip is broken, as shown in FIG. The probe 19 used in the above is broken at the break-through portion 16 and removed together with the support structure 14, and a new probe 18 is used.
To be able to use. Here, the breaking portions 12, 15,
The mechanical breaking force required to destroy 16 is 12>15> 16, and the probes 19, 18, 17, and 13 can be used in this order. The mechanical breaking device required to break the breaks 12, 15, and 16 is performed by a manipulator whose one end is fixed to the main body of the probe microscope, but the mechanical breaking force is as described above. Since it is smaller than the break-through portion 16 of the probe shown in Fig. 1, if the force of grasping and twisting the support portion 14 at the tip end is applied, it is possible to naturally remove the leading edge as shown in Fig. 1 (b). .

【0008】探針の一部あるいは全部を機械的に除去、
あるいは変形する他の実施例について説明する。図3
(a)は、探針24、29、30と支持構造28、破断
部23および探針支持基板部21からなる構造におい
て、複数の探針24、29、30と破断部23を持ち、
これらが探針支持基板部21によって支えられている構
造を示す。さらに該探針24、29、30は、各々配線
25、26、27に接続され、これらはいずれも共通配
線22を持つ。該探針24、29、30の寸法(長さ方
向)は、 30>29>24 の順に大きくなっており、この順に使用する。探針30
がダメージを受けた場合には、図3(b)に示したよう
に接続部23から切り離され、探針29が使用可能にな
る。これらの探針30、29、24の間隔は既知であ
り、例えば探針30を用いて表面の観察を行っていると
きに探針30が使用不可能になった場合には、該探針3
0を切り離すと共に探針30と探針29の距離の分を補
正して、該表面観察部を該探針29の真下に移動させ
る。
Mechanically removing part or all of the probe,
Alternatively, another modified example will be described. FIG.
(A) is a structure composed of the probes 24, 29, 30 and the support structure 28, the breaking portion 23, and the probe supporting substrate portion 21, and has a plurality of the probes 24, 29, 30 and the breaking portion 23,
The structure in which these are supported by the probe support substrate portion 21 is shown. Further, the probes 24, 29, 30 are connected to wirings 25, 26, 27, respectively, and each has a common wiring 22. The dimensions (longitudinal direction) of the probes 24, 29, 30 increase in the order of 30>29> 24 and are used in this order. Probe 30
When is damaged, the probe 29 can be used by disconnecting it from the connecting portion 23 as shown in FIG. The intervals between these probes 30, 29, 24 are known. For example, when the probe 30 becomes unusable while observing the surface using the probe 30, the probe 3 is not used.
When 0 is cut off and the distance between the probe 30 and the probe 29 is corrected, the surface observing section is moved directly below the probe 29.

【0009】探針の一部あるいは全部を機械的に除去、
あるいは変形する他の方式による実施例について説明す
る。図4(a)は、探針43、45、46と支持構造4
1、探針支持部44および探針基板部42からなる構造
において、複数の探針43、45、46と探針支持部4
4を持ち、これらが支持構造41によって支えられてい
る構造を示す。図4(b)は図4(a)におけるx−y
断面を示す図である。この構造において、該探針46を
用いる場合には、探針支持部44を中心にして該探針4
6を下側に数度から約90度回転させ、該探針45、4
6、支持構造41、探針支持部44および探針基板部4
2からなる平面と数度から数十度傾いた方向に位置させ
る。該探針43がダメージを受けた場合には、これを上
側に数度から数十度回転させ、ほぼ元の位置あるいはそ
れよりも上方に戻した後、探針45を探針支持部44を
中心にして下側に数度から約90度回転させて使用す
る。
Mechanically removing part or all of the probe,
Alternatively, an embodiment according to another modified method will be described. FIG. 4A shows the probes 43, 45, 46 and the support structure 4.
1, a plurality of probes 43, 45 and 46 and a probe support part 4 in the structure including the probe support part 44 and the probe substrate part 42.
4 has a structure 4 supported by a support structure 41. FIG. 4B shows xy in FIG. 4A.
It is a figure which shows a cross section. In this structure, when the probe 46 is used, the probe 4 is centered on the probe support portion 44.
6 by rotating it downward from a few degrees to about 90 degrees,
6, support structure 41, probe support portion 44, and probe substrate portion 4
It is placed in a direction inclined from a plane composed of 2 to several tens of degrees. When the probe 43 is damaged, it is rotated upward by several degrees to several tens of degrees and returned to the original position or higher than it, and then the probe 45 is attached to the probe support portion 44. It is used by rotating it downward from the center about several degrees to about 90 degrees.

【0010】回転角を精密に制御すると共に、該探針間
の距離を補正することにより、ほぼ連続的に再び実質的
に同一地点からSPMによる原子レベルの測定、原子レ
ベルデバイス作成を続けることを可能にする。本実施例
では三重の探針構造を説明したが、探針の数は必要に応
じて増やすことができるのは無論である。また、支持構
造41、探針支持部44および探針基板部42等の構造
は一例を示したものであり、本構造に限定されるもので
はないことは言うまでもない。本実施例の骨子は、複数
の探針を準備し、これらを順繰りに使用する点にある。
By precisely controlling the rotation angle and correcting the distance between the probes, it is possible to continue measuring the atomic level by SPM and producing the atomic level device almost continuously again from substantially the same point. enable. Although the triple probe structure has been described in the present embodiment, it goes without saying that the number of probes can be increased as necessary. Further, it goes without saying that the structures of the support structure 41, the probe support portion 44, the probe substrate portion 42 and the like are merely examples, and the present invention is not limited to this structure. The essence of this embodiment is that a plurality of probes are prepared and these probes are used in sequence.

【0011】実施例2 探針の一部あるいは全部を化学的あるいは物理的に除
去、あるいは変形させて、複数個の探針を交換可能な構
造とする例について説明する。
Example 2 An example will be described in which a part or all of the probes are chemically or physically removed or deformed to make a plurality of probes replaceable.

【0012】図5(a)は多層構造51、52、53よ
りなる探針50において、最外層51を探針の先端部に
用いている状態を示す。
FIG. 5A shows a state in which the outermost layer 51 is used for the tip portion of the probe in the probe 50 having the multilayer structures 51, 52 and 53.

【0013】図5(b)は該最外層51がダメージを受
けた場合に、化学的に該最外層51を除去する反応性ビ
ームあるいは物理的に該最外層51を除去するイオンビ
ーム54を照射し、該最外層51を除去している状況を
示す。この除去量は、該最外層51のダメージの状態に
も依存するが、全部を除去しても一部のみを除去しても
よい。たとえば該最外層51がシリコンからなる場合に
は活性塩素化学ビームあるいはアルゴンイオンビーム等
を用いることが可能である。
FIG. 5B shows irradiation with a reactive beam that chemically removes the outermost layer 51 or an ion beam 54 that physically removes the outermost layer 51 when the outermost layer 51 is damaged. However, the situation in which the outermost layer 51 is removed is shown. This removal amount depends on the damage state of the outermost layer 51, but may be removed entirely or only partially. For example, when the outermost layer 51 is made of silicon, it is possible to use an active chlorine chemical beam or an argon ion beam.

【0014】図5(c)は第二層52を用いてSPMに
よる原子レベルの測定、原子レベルデバイス作成中に該
第二層52がダメージを受けた場合、化学的に該第二層
52を除去する反応性ビームあるいは物理的に該第二層
52を除去するイオンビーム54を照射し、該第二層5
2を除去している状況を示す。たとえば該第二層がタン
グステンからなる場合、活性フッ素化学ビームあるいは
アルゴンイオンビーム等を用いることが可能である。
FIG. 5C shows atomic level measurement by SPM using the second layer 52, and when the second layer 52 is damaged during fabrication of an atomic level device, the second layer 52 is chemically removed. The reactive layer to be removed or the ion beam 54 to physically remove the second layer 52 is irradiated to the second layer 5
2 shows the situation where 2 is removed. For example, when the second layer is made of tungsten, it is possible to use an activated fluorine chemical beam or an argon ion beam.

【0015】無論これらの化学的除去方法においては、
化学的に選択的な除去が可能であり、一方物理的な除去
の場合には、選択性は低いため、必要に応じてこれらの
技術の組合せ、あるいは反応性イオンエッチ等高選択、
高速エッチング法を用いることにより、必要な構造を実
現できる。
Of course, in these chemical removal methods,
Chemically selective removal is possible, while in the case of physical removal, the selectivity is low.
The required structure can be realized by using the high-speed etching method.

【0016】図5(d)は、例えばタングステンよりな
る該第二層52を除去し、例えば金よりなる第三層53
を露出させた状態を示す。
In FIG. 5D, the second layer 52 made of, for example, tungsten is removed, and the third layer 53 made of, for example, gold.
Shows a state where the is exposed.

【0017】本実施例では三層構造を説明したが、層の
数は、必要に応じて増やすことができるのは無論であ
る。又該探針50を構成する材料も本実施例ではシリコ
ン、タングステン、金の組合せを説明したが、互いに選
択的に除去できる材料であれば良く、これに限定される
ことはない。又導電性でない材料をAFM探針として用
いることも可能であり、更に一般的にSPM探針として
用いられるものは使用可能である。このようなプロセス
により、探針がダメージを受けても、ほぼ連続的に再び
実質的に同一地点からSPMによる原子レベルの測定、
原子レベルデバイス作成を続けることを可能にする。
Although a three-layer structure has been described in this embodiment, it is needless to say that the number of layers can be increased as needed. Further, although the material forming the probe 50 is a combination of silicon, tungsten, and gold in this embodiment, any material that can be selectively removed from each other may be used, and the material is not limited to this. It is also possible to use a material that is not electrically conductive as the AFM probe, and a material that is generally used as the SPM probe can be used. By such a process, even if the probe is damaged, atomic level measurement by SPM from the substantially same point almost continuously again,
Allows you to continue creating atomic level devices.

【0018】実施例3 本実施例では、探針の一部を化学的あるいは物理的に除
去、あるいは変形させて探針先端を再び尖鋭化し、同一
探針を使用可能な構造とする例について説明する。
Embodiment 3 In this embodiment, an example in which a part of the probe is chemically or physically removed or deformed to sharpen the tip of the probe again so that the same probe can be used is described. To do.

【0019】図6は探針支持基板61、探針62からな
る構造において、該探針62に先端部がダメージを受け
た場合、化学的に該探針の先端部64を先鋭化する反応
性ビームあるいは物理的に該探針の先端部64を先鋭化
するイオンビーム63を照射し、該探針先端部64を再
び使用可能な形に加工している状況を示す。このような
プロセスにより、探針がダメージを受けても、ほぼ連続
的に再び実質的に同一地点から走査プローブ顕微鏡によ
る原子レベルの測定、原子レベルデバイス作成を続ける
ことを可能にする。
FIG. 6 shows a structure including a probe support substrate 61 and a probe 62. When the probe 62 is damaged at its tip, the reactivity to chemically sharpen the tip 64 of the probe is shown. A state in which a beam or an ion beam 63 for physically sharpening the tip 64 of the probe is irradiated to process the tip 64 of the probe into a usable shape again is shown. By such a process, even if the probe is damaged, it becomes possible to continue measuring the atomic level by the scanning probe microscope and making the atomic level device almost continuously again from substantially the same point.

【0020】実施例4 本実施例では、ダメージを受けた探針の一部を化学的変
形させて探針先端を再び尖鋭化し、同一探針を使用可能
な構造とする例について説明する。
Embodiment 4 In this embodiment, an example will be described in which a part of the damaged probe is chemically deformed to sharpen the tip of the probe again, so that the same probe can be used.

【0021】図7(a)は探針支持基板71、探針72
からなる構造において、該探針72に先端部がダメージ
を受けた場合、該探針72と試料75の間にトンネル電
流74を流しながら、反応性気体73を流している状態
を示す。本実施例では、探針72にタングステンを用
い、反応性気体として六フッ化タングステンを流しなが
ら、トンネル電流74を試料75と探針72の間に通じ
ると、図7(b)に示したように新たな探針先端部76
が成長し、これを探針として用いることができる。
FIG. 7A shows a probe support substrate 71 and a probe 72.
When the tip of the probe 72 is damaged, the reactive gas 73 is made to flow while the tunnel current 74 is made to flow between the probe 72 and the sample 75. In this embodiment, when tungsten is used for the probe 72 and tungsten hexafluoride is flown as the reactive gas, the tunnel current 74 is passed between the sample 75 and the probe 72, as shown in FIG. 7B. New tip 76
Grows and can be used as a probe.

【0022】成長させる位置は、原子レベルの測定、原
子レベルデバイスの作成を行っている場所から所定の距
離離れた場所であり、現に測定あるいは作成中の試料に
は影響をおよぼさないものと出来る。
The growing position is a place separated by a predetermined distance from the place where the atomic level measurement and the production of the atomic level device are performed, and it is assumed that it does not affect the sample currently being measured or produced. I can.

【0023】このようなプロセスにより、探針がダメー
ジを受けても、ほぼ連続的に再び実質的に同一地点から
走査プローブ顕微鏡による原子レベルの測定、原子レベ
ルデバイス作成を続けることを可能にする。
By such a process, even if the probe is damaged, it is possible to continue measuring the atomic level by the scanning probe microscope and producing the atomic level device almost continuously again from substantially the same point.

【0024】実施例5 本実施例では探針の一部あるいは全部を電磁気的に変形
あるいは変位させることにより使用中の探針先端がダメ
ージを受けても、ほぼ連続的に再び実質的に同一地点か
ら走査プローブ顕微鏡による原子レベルの測定、原子レ
ベルデバイス作成を続けることを可能にする探針構造に
ついて説明する。
Embodiment 5 In this embodiment, even if the tip of a probe in use is damaged by electromagnetically deforming or displacing a part or all of the probe, it is almost continuously and substantially the same point again. Will explain the probe structure that enables the atomic level measurement by the scanning probe microscope and the atomic level device fabrication to be continued.

【0025】図8(a)は基板電極81、電極間の絶縁
構造82、探針支持カンチレバー83、探針84からな
る探針アセンブリ85を示す。このような探針アセンブ
リ85において、該基板電極81と探針支持カンチレバ
ー83の間に電圧を印加すると、該基板電極81と探針
支持カンチレバー83の間に吸引力が生じ、、該探針8
4は図8(b)に示したように上方に移動する。
FIG. 8A shows a probe assembly 85 including a substrate electrode 81, an insulating structure 82 between the electrodes, a probe supporting cantilever 83, and a probe 84. In such a probe assembly 85, when a voltage is applied between the substrate electrode 81 and the probe supporting cantilever 83, an attractive force is generated between the substrate electrode 81 and the probe supporting cantilever 83, and the probe 8
4 moves upward as shown in FIG. 8 (b).

【0026】本実施例では基板電極81はシリコンから
なる導電体、探針支持カンチレバー83は、窒化シリコ
ン膜でサンドイッチされた多結晶シリコン膜からなり、
探針84はタングステンからなる。該基板電極81と探
針支持カンチレバー83の間に約10Vの電圧を印加す
ることにより、該探針84を十分に上方に変位させるこ
とが可能であった。図8(c)はこのような構造を持つ
探針アセンブリ85を所定の位置に配置し、探針アセン
ブリ群を形成した状態を示す。全体の配置は図8(d)
に示した鳥観図のごとくなる。勿論、図3に示した実施
例のように、探針が並列する形で配列されるように並行
して配列するのも良い。
In this embodiment, the substrate electrode 81 is a conductor made of silicon, and the probe supporting cantilever 83 is made of a polycrystalline silicon film sandwiched by silicon nitride films.
The probe 84 is made of tungsten. By applying a voltage of about 10 V between the substrate electrode 81 and the probe supporting cantilever 83, it was possible to sufficiently displace the probe 84 upward. FIG. 8C shows a state in which the probe assembly 85 having such a structure is arranged at a predetermined position to form a probe assembly group. The overall layout is shown in FIG. 8 (d).
It looks like the bird view shown in. Of course, like the embodiment shown in FIG. 3, the probes may be arranged in parallel so that they are arranged in parallel.

【0027】図9は基板91上に配置した探針アセンブ
リ92と、位置合わせマーク93からなる構造を示す。
該位置合わせマーク93は、該基板91上の探針アセン
ブリ92の位置を検出するために設けられており、例え
ば顕微鏡による光学的な検出、電子線等による電子的な
検出により、該基板91の位置を精密に検出し、該探針
アセンブリの試料に対する位置合わせを可能にする。該
位置合わせマーク92は、試料(図示せず)側に設け、
該探針アセンブリ93の探針によって位置を検出するこ
とも可能である。
FIG. 9 shows a structure comprising a probe assembly 92 arranged on a substrate 91 and an alignment mark 93.
The alignment mark 93 is provided to detect the position of the probe assembly 92 on the substrate 91. For example, the alignment mark 93 is optically detected by a microscope, or electronically detected by an electron beam or the like, so that the substrate 91 can be detected. The position is precisely detected and the probe assembly can be aligned with the sample. The alignment mark 92 is provided on the sample (not shown) side,
It is also possible to detect the position by the probe of the probe assembly 93.

【0028】この方法によれば、探針により直接位置検
出が可能になるため、位置精度は良くできるが、反面位
置の検出能力は低下するため、両者を組み合わせて用い
ることが最も有効である。
According to this method, since the position can be directly detected by the probe, the position accuracy can be improved, but on the other hand, the position detection capability is deteriorated. Therefore, it is most effective to use both in combination.

【0029】本実施例においては、8個の探針アセンブ
リを円形に配置し、一個を除いて図8(b)に示したよ
うな位置になるように電圧を印加して該探針84を十分
に上方に変位させておき、変位させなかった一個の探針
を用いて測定、操作を行った。該探針アセンブリの配置
は必ずしも円形である必要は無いことは言うまでもない
が、探針の相互位置は正確に分かっている必要がある。
In the present embodiment, eight probe assemblies are arranged in a circle, and a voltage is applied so that the probe 84 is in a position as shown in FIG. The probe was sufficiently displaced upward, and measurement and operation were performed using one probe that was not displaced. It goes without saying that the arrangement of the probe assemblies does not have to be circular, but the mutual positions of the probes need to be known accurately.

【0030】使用中の探針がダメージを受けた場合に
は、その探針の支持カンチレバーに電圧を印加して使用
状態から非使用状態にし、一方別の探針の探針支持カン
チレバー83に印加した電圧を切ることにより、該探針
を使用状態にし、探針の交換を行う。
When the probe in use is damaged, a voltage is applied to the support cantilever of the probe to change it from the used state to the unused state, and then applied to the probe support cantilever 83 of another probe. By turning off the applied voltage, the probe is put into use and the probe is replaced.

【0031】図10(a)は該探針アセンブリ85を平
行に配列した探針アセンブリ群の実施例を示す。前述の
ごとく、このような探針アセンブリ85において、基板
電極81と探針支持カンチレバー83の間に電圧を印加
すると、該探針アセンブリ群の中から使用する探針アセ
ンブリ85を選択可能である。使用中の探針がダメージ
を受けた場合には、その探針の支持カンチレバーに電圧
を印加して使用状態から非使用状態にし、一方別の探針
の探針支持カンチレバー83に印加した電圧を切ること
により、該探針を使用状態にし、探針の交換を行う。
FIG. 10A shows an embodiment of a probe assembly group in which the probe assemblies 85 are arranged in parallel. As described above, in such a probe assembly 85, when a voltage is applied between the substrate electrode 81 and the probe supporting cantilever 83, the probe assembly 85 to be used can be selected from the probe assembly group. When the probe in use is damaged, a voltage is applied to the support cantilever of the probe to change it from the used state to the unused state, while the voltage applied to the probe support cantilever 83 of another probe is changed. When the probe is cut, the probe is used and the probe is replaced.

【0032】図10(b)は該探針アセンブリ85を光
てこ方式に応用して場合の実施例である。該探針アセン
ブリ85の断面図とそれに対応する平面図を示したもの
で、該基板電極81にあけた穴87により、レーザビー
ム等の光をカンチレバー83の上面に照射し、探針84
の変位を測定可能である。本実施例では垂直の穴87を
形成した例を示したが、穴の形状は傾斜していても、あ
るいは曲線状等でも良く、光を該カンチレバー83の上
面に照射でき、反射光を取り出せる構造になっていれば
よい。
FIG. 10B shows an embodiment in which the probe assembly 85 is applied to an optical lever system. A cross-sectional view of the probe assembly 85 and a plan view corresponding thereto are shown. A hole 87 formed in the substrate electrode 81 irradiates the upper surface of the cantilever 83 with light such as a laser beam and the probe 84.
The displacement of can be measured. In the present embodiment, an example in which the vertical hole 87 is formed is shown, but the shape of the hole may be inclined or curved, and light can be emitted to the upper surface of the cantilever 83 and reflected light can be extracted. It should be.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の実施例に示したように、本発明に
より、従来は途中で探針が破損すると観測、作成を継続
することが不可能であったが、観測、作成の継続が可能
になり、ほぼ無制限に原子レベルの観測、作成を行うこ
とが可能になる。
As shown in the above embodiments, according to the present invention, it is impossible to continue observation and preparation when the probe is damaged in the past, but it is possible to continue observation and preparation. It will be possible to observe and create at the atomic level with almost no limit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】探針の一部あるいは全部を機械的に除去あるい
は変形する一実施例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment in which a part or all of a probe is mechanically removed or deformed.

【図2】従来の走査トンネル顕微鏡の探針構造の例を示
す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a probe structure of a conventional scanning tunneling microscope.

【図3】探針の一部あるいは全部を機械的に除去あるい
は変形する一実施例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment in which part or all of the probe is mechanically removed or deformed.

【図4】探針の一部あるいは全部を機械的に除去あるい
は変形する一実施例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which part or all of the probe is mechanically removed or deformed.

【図5】探針の一部あるいは全部を物理的あるいは化学
的に除去、あるいは変形する一実施例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment in which part or all of the probe is physically or chemically removed or deformed.

【図6】探針の一部あるいは全部を物理的あるいは化学
的に除去、あるいは変形する一実施例を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which part or all of the probe is physically or chemically removed or deformed.

【図7】探針の一部を化学的に変形する一実施例を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment in which a part of a probe is chemically deformed.

【図8】探針の一部あるいは全部を電磁気的に変形する
一実施例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment in which part or all of the probe is electromagnetically deformed.

【図9】探針の位置合わせを行う一実施例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing an example in which the position of a probe is adjusted.

【図10】探針の一部あるいは全部を電磁気的に変形す
る一実施例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment in which part or all of the probe is electromagnetically deformed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2、13、17、18、19、24、29、30、4
3、45、46、51、52、53、62、64、7
2、76;探針、11、21、41、61、71、9
1;支持基板、12、15、16、23;破断部、3、
75;試料、22、25、26、27;配線、85、9
2;探針アセンブリ、93;合わせマーク、14、2
8、44;支持構造。
2, 13, 17, 18, 19, 24, 29, 30, 4,
3, 45, 46, 51, 52, 53, 62, 64, 7
2, 76; probe, 11, 21, 41, 61, 71, 9
1; support substrate, 12, 15, 16, 23; broken portion, 3,
75; sample, 22, 25, 26, 27; wiring, 85, 9
2; probe assembly, 93; alignment mark, 14, 2
8, 44; support structure.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】走査トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡等の
走査プローブ顕微鏡において、複数個の探針が交換可能
な構造に配置されていることを特徴とする走査プローブ
顕微鏡用探針。
1. A scanning probe microscope, such as a scanning tunneling microscope or an atomic force microscope, wherein a plurality of probes are arranged in an exchangeable structure.
【請求項2】複数個の探針を交換可能な構造は、探針の
一部あるいは全部を機械的に除去、あるいは変形したも
のであることを特徴とする請求項1記載の走査プローブ
顕微鏡用探針。
2. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the structure capable of exchanging a plurality of probes is formed by mechanically removing or deforming a part or all of the probes. Probe.
【請求項3】複数個の探針を交換可能な構造は、探針の
一部あるいは全部を電磁気的に変形あるいは変位するも
のであることを特徴とする請求項1記載の走査プローブ
顕微鏡用探針。
3. The probe for a scanning probe microscope according to claim 1, wherein the structure capable of exchanging a plurality of probes is one in which a part or all of the probes are electromagnetically deformed or displaced. needle.
【請求項4】複数個の探針を交換可能な構造は、探針の
一部あるいは全部を化学的に除去、あるいは変形したも
のであることを特徴とする請求項1記載の走査プローブ
顕微鏡用探針。
4. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the structure capable of exchanging a plurality of probes is formed by chemically removing or deforming a part or all of the probes. Probe.
【請求項5】複数個の探針を交換可能な構造は、探針の
一部あるいは全部を物理的に除去、あるいは変形したも
のであることを特徴とする請求項1記載の走査プローブ
顕微鏡用探針。
5. The scanning probe microscope according to claim 1, wherein the structure capable of exchanging a plurality of probes is formed by physically removing or deforming a part or all of the probes. Probe.
【請求項6】複数個の探針が交換可能な構造に配置され
いるとともに、全域探針の一つを選択的に除去するため
のマニュピレータを備えたことを特徴とする走査プロー
ブ顕微鏡。
6. A scanning probe microscope comprising a plurality of probes arranged in a replaceable structure, and a manipulator for selectively removing one of the global probes.
JP19396894A 1994-05-23 1994-08-18 Probe for scanning probe microscope, and microscope with the probe Pending JPH0862227A (en)

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