(57)【要約】【課題】本発明はイオンビーム、 特に集束されたイオンビームを用いて、SPM(Scanning Probe Microscope)のナノニードル探針を製造する方法及び、その方法によって製造されるナノニードル探針に関し、より詳しくは、SPM探針のチップに付着されるナノニードルの指向方向を容易に調節することができ、探針のチップ(tip)に付着されるナノニードルを指向方向に容易に伸ばすことができるSPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるSPMナノニードル探針に関する。更に、本発明は、イオンビーム、特に集束されたイオンビームを用いて、ナノスケール水準の測定対象物の側壁を、精度よく測定することができる、CD-SPM(Critical Dimension SPM)ナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針に関し、より詳しくは、SPM探針のチップに付着されるナノニードル先端部(エンド)の一定の部分を、 SPM探針のチップに付着されて張り出したナノニードルの元の方向とは異なる任意の方向に向かって、特定の角度だけ撓むことで、ナノスケール水準の測定対象物の側壁を精度よく測定することができる、CD-SPMナノニードル探針の製造方法、及びその方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針に関する。【解決手段】本発明に係るSPMナノニードル探針の製造方法は、前記ナノニードルが付着される前記探針のチップを、イオンビームが照射される方向に向かって対向して位置づけるステップと、前記ナノニードルが付着された前記探針のチップに向かってイオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、前記イオンビームと平行に整列させるステップとを含む。また、本発明に係るCD-SPMナノニードル探針の製造方法は、前記探針のチップに付着される前記ナノニードルの一定の部分を、マスクで覆うステップと、前記マスクから露出したナノニードル部分に、イオンビームを照射することで、前記マスクから露出したナノニードル部分を、前記照射されるイオンビームの方向に沿って整列させて、撓むようにするステップとを含む。【選択図】図１
2008508512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを用いたSPM(Scanning Probe Microscope)ナノニードル探針の製造方法であって、
前記ナノニードルが付着される前記探針のチップが、イオンビームの照射される方向に向けるように、前記探針を位置付けるステップと、
前記ナノニードルが付着された前記探針のチップに向かって、イオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、前記イオンビームと平行に整列させるステップと、を含むSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項２】
前記ナノニードルを整列させるステップは、
前記探針のチップに付着されたナノニードルを、前記イオンビームが照射される方向に沿って伸ばすステップを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項３】
前記イオンビームと平行に整列せしめられた、前記探針のチップに付着されている前記ナノニードルから、一定の角度をもって、集束されたイオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、所定の長さに切断するステップを、更に含む、請求項１又は請求項２に記載のSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項４】
前記イオンビームによって整列せしめられた前記ナノニードルの一定の部分を、マスクで覆うステップと、
前記マスクから露出したナノニードルの部分に、前記ナノニードルの整列方向と一定の角度をもってイオンビームを再照射することで、前記マスクから露出したナノニードルの部分を、前記再照射されるイオンビームの方向に沿って整列させて、撓むようにするステップと、を更に含む、請求項１又は請求項２に記載のSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項５】
前記イオンビームは、集束されたイオンビームである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項６】
前記集束されたイオンビームの加速電圧は５kV乃至３０kVであり、電流量は１pA乃至１nAであり、前記ナノニードルが前記集束されたイオンビームに露出される時間は、１秒乃至６０秒であることを特徴とする請求項５に記載のSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項７】
前記集束されたイオンビームは、Gaイオンビーム、Auイオンビーム、Arイオンビーム、Liイオンビーム、Beイオンビーム、Heイオンビーム、Au-Si-Beイオンビームのいずれか一つであることを特徴とする請求項５に記載のSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項８】
前記ナノニードルは、ナノチューブ又はナノワイヤのいずれか一つである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のSPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項９】
イオンビームを用いて製造されるSPMナノニードル探針であって、
前記ナノニードルが付着される前記探針のチップに向かって、イオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、前記イオンビームと平行に整列させた、
ことを特徴とするSPMナノニードル探針。
【請求項１０】
前記探針のチップに付着された前記ナノニードルは、前記探針のチップに向かって照射されるイオンビームによって、前記イオンビームの方向に沿って伸ばされたことを特徴とする請求項９に記載のSPMナノニードル探針。
【請求項１１】
前記イオンビームと平行に整列せしめられた、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルから、一定の角度をもって、集束されたイオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、所定の長さに切断したことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のSPMナノニードル探針。
【請求項１２】
前記イオンビームによって整列せしめられた前記ナノニードルの一定の部分を、マスクで覆い、前記マスクから露出したナノニードルの部分に、前記ナノニードルの整列方向から、一定の角度をもって、イオンビームを再照射することで、前記マスクから露出したナノニードルの部分を、前記再照射されるイオンビームの方向に沿って整列させて、撓むようにしたことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のSPMナノニードル探針。
【請求項１３】
前記イオンビームは、集束されたイオンビームである、
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のSPMナノニードル探針。
【請求項１４】
前記集束されたイオンビームの加速電圧は５kV乃至３０kVであり、電流量は１pA乃至１nAであり、前記ナノニードルが前記集束されたイオンビームに露出される時間は、１秒乃至６０秒であることを特徴とする請求項13に記載のSPMナノニードル探針。
【請求項１５】
前記集束されたイオンビームは、Gaイオンビーム、 Auイオンビーム、Arイオンビーム、Liイオンビーム、Beイオンビーム、Heイオンビーム、Au-Si-Beイオンビームのいずれか一つであることを特徴とする請求項１３に記載のSPMナノニードル探針。
【請求項１６】
前記ナノニードルは、ナノチューブ又はナノワイヤのいずれか一つであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のSPMナノニードル探針。
【請求項１７】
イオンビームを用いたCD-SPM(Critical Dimension Scanning Probe Microscope)ナノニードル探針の製造方法であって、
前記探針のチップに付着される前記ナノニードルの一定の部分を、マスクで覆うステップと、
前記マスクから露出したナノニードルの部分に、イオンビームを照射することで、前記マスクから露出したナノニードルの部分を、前記照射されるイオンビームの方向に沿って整列させて、撓むようにするステップと、を含む、CD-SPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項１８】
前記イオンビームは、集束されたイオンビームである、
ことを特徴とする請求項17に記載のCD-SPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項１９】
前記集束されたイオンビームの加速電圧は５kV乃至３０kVであり、電流量は１pA乃至１nAであり、前記ナノニードルが前記集束されたイオンビームに露出される時間は、１秒乃至６０秒である、
ことを特徴とする請求項１８に記載のCD-SPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項２０】
前記集束されたイオンビームは、Gaイオンビーム、Auイオンビーム、Arイオンビーム、Liイオンビーム、Beイオンビーム、Heイオンビーム、 Au-Si-Beイオンビームのいずれか一つである、
ことを特徴とする請求項１８に記載のCD-SPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項２１】
前記ナノニードルは、ナノチューブ又はナノワイヤのいずれか一つである、
ことを特徴とする請求項１７乃至請求項２０のいずれか一項に記載のCD-SPMナノニードル探針の製造方法。
【請求項２２】
イオンビームを用いて製造されるCD-SPMナノニードル探針であって、
前記探針のチップに付着される前記ナノニードルの一定の部分を、マスクで覆い、前記マスクから露出したナノニードルの部分に、イオンビームを照射することで、前記マスクから露出したナノニードルの部分を、前記照射されるイオンビームの方向に沿って整列させて、撓むようにしたことを特徴とするCD-SPMナノニードル探針。
【請求項２３】
前記イオンビームは、集束されたイオンビームである、
ことを特徴とする請求項２２に記載のCD-SPMナノニードル探針。
【請求項２４】
前記集束されたイオンビームの加速電圧は５kV乃至３０kVであり、電流量は１pA乃至１nAであり、前記ナノニードルが前記集束されたイオンビームに露出される時間は、１秒乃至６０秒であることを特徴とする請求項２３に記載のCD-SPMナノニードル探針。
【請求項２５】
前記集束されたイオンビームは、Gaイオンビーム、Auイオンビーム、Arイオンビーム、Liイオンビーム、Beイオンビーム、Heイオンビーム、Au-Si-Beイオンビームのいずれか一つであることを特徴とする請求項２３に記載のCD-SPMナノニードル探針。
【請求項２６】
前記ナノニードルは、ナノチューブ又はナノワイヤのいずれか一つであることを特徴とする請求項２２乃至請求項２５のいずれか一項に記載のCD-SPMナノニードル探針。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンビーム、特に集束されたイオンビーム(focused ion beam)を用いて、SPM(Scanning Probe Microscope)のナノニードル探針(nanoneedle probe)を製造する方法及び、その方法によって製造されるナノニードル探針に関し、より詳しくは、SPM探針のチップ(tip)に付着されるナノニードルの指向方向を、容易に調節することができ、探針のチップに付着されるナノニードルを、指向方向に沿って容易に伸ばすことができる、SPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるSPMナノニードル探針に関する。
【０００２】
更に、本発明は、イオンビーム、特に集束されたイオンビームを用いて、ナノスケール水準の測定対象物の側壁(側面の形状)を精度よく測定することができる、CD-SPM(Critical Dimension SPM)ナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針に関し、より詳しくは、SPM探針のチップに付着されるナノニードル先端部の一定の部分を、SPM探針のチップに付着されて張り出したナノニードルの元の方向とは異なる任意の方向に向かって、特定の角度だけ撓むようにすることで、ナノスケール水準の測定対象物の側壁(側面の形状)を精度よく測定することができるCD-SPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針に関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書において、ナノニードルとは、ナノチューブとナノワイヤとを含むものとして用いることにする。
【０００４】
SPMは、ナノスケールの技術分野で、精巧でありがらも、非常に強力であり有用な装備である。SPMは、探針と測定対象物との間に作用する原子間力を用いるAFM(Atomic Force Microscope)、 探針と測定対象物との間に作用する磁気力を用いるMFM(Magnetic Force  Microscope)、探針と測定対象物との間に作用する静電気力を用いるEFM(Electrostatic Force  Mmicroscope)、測定対象物の光の特性を用いるSNOM(Scanning Near Field Optical Microscope)など、様々な種類がある。
【０００５】
このようなSPMは、一般的に、原子水準の分解能を有するものと知られてはいるが、そのSPMの分解能をより向上させるためには、SPMに用いられる探針(プローブ)の先端部(または、チップ)を尖鋭化しなければならない必要性がある。しかしながら、既存の方式である半導体微細加工技術によって製造される探針のアスペクト比を向上させるには限界があるため、探針の先端部を尖鋭化するための新しい代案が要求されることになり、その新しい代案として出現したのが、炭素ナノチューブであった。
【０００６】
炭素ナノチューブは、既知の通り、優れた電気的、機械的な特性と共に、高いアスペクト比を有している。そのため、そのように優れた特性を有する炭素ナノチューブを、SPM探針のチップに付着することで、測定対象物のイメージを得る方案についての研究が進められた。
【０００７】
このような研究に関連して、米国特許第6、528、785号では、コート膜を用いて、炭素ナノチューブを、SPM探針のチップに付着する技術について開示しており、米国特許第6、759、653号では、集束されたイオンビームを用いて、炭素ナノチューブを、SPM探針のチップに付着し、該SPM探針のチップに付着された炭素ナノチューブを、所要の長さに切断する技術について開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、このような一連の技術らの展開に関連して、一般的に、ナノニードルをSPM探針のチップに付着して使用するにあたっては、いくつかの重要な技術的な要素(要因)がある。その第一は、ナノニードルを探針のチップに付着させる強度であり、第二は、探針のチップに付着されたナノニードルの長さを適当に調節することであり、第三は、探針のチップの形状によらず、探針のチップに付着されたナノニードルの指向方向及び形状を調節することである。
【０００９】
先に述べた米国特許第6、528、785号及び同第6、759、653号は、前述の2つの技術的な要素、すなわち付着強度及び長さの調節に対しては、ある程度の技術的な成果を達成したが、第三番目の要素に対しては、何らの解決策をも提示していない。
【００１０】
本発明の出願人が出願した韓国特許出願番号  第10-2002-0052591号では、探針のチップに付着されたナノニードルの指向方向を調節するための製造装置及び、その製造方法について開示している。しかしながら、韓国特許出願番号  第10-2002-0052591号においてもまた、ナノニードルの指向方向を調節するために、ナノニードル操作器(nanomanipulator)と、探針のチップに付着される媒介体とを使用するため、SPMナノニードル探針を製造するためには、多大な処理時間及びコストがかかり、更に、そのスループットが低いという不具合が有る。なお、CD(Critical Dimension)を測定するためには、探針のチップに付着されるナノニードルの方向の正確度が、2≡3度以内でなければならないが、今まで開発された技術及びスループットを考えにいれると、このようにナノニードルの指向方向を精度よく調節するのは、ほとんど不可能なことである。加えて、ナノニードルの指向方向の正確度を調節することは、上述したＣＤを測定するためだけでなく、一般的にナノニードルＳＰＭ探針を用いて正確な測定イメージを得るために必要とされる。とりわけ、探針のチップに付着されるナノニードルが長いケースでは、ナノニードルの指向方向の正確度を調節することは、より重要な技術的要素となる。
【００１１】
加えて、SPM探針のチップに付着されるナノニードルが、元々のナノニードルの製造時の問題により、くねくねと撓んでしまう場合もあるが、このような場合においても、探針のチップに付着されたナノニードルを、真っ直ぐに伸ばすことができる技術的な手段が必要となる。
【００１２】
また、ナノスケール水準の凹凸を有する測定対象物の側壁を精度よく測定するためには、先端部が一直線の形状を有する既存のSPM探針またはSPMナノニードル探針では、ある程度の限界がある。すなわち、図１２に示されているように、凹凸を有するナノスケール水準の測定対象物の側壁を、先に述べた探針で測定する場合においては、図１３のようなスキャン経路を経るようになるので、最終的な測定結果は図１４に示されているように、測定対象物の側壁の実際形状のイメージとは異なる歪曲されたイメージが得られるようになる。
【００１３】
このような不具合を解決するために、米国特許第6、246、054号などでは、その先端部が、図１５に示されているような形状を有するSPM探針を開発するのに至ったが、その探針の場合においては、その製造方法が複雑であるばかりか、更にその測定方式が複雑でも、実際的に測定しようとする側壁の正確な測定にも、ある程度の限界があったことは事実であった。
【００１４】
このような点を考慮すると、SPMナノニードル探針に関連して、先に述べた技術的な問題らを解決することができる代案が必要である。
【００１５】
本発明の目的は、SPM探針のチップに付着されるナノニードルの指向方向を、意図したように容易に調節することができる、SPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるSPMナノニードル探針を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、SPM探針のチップに付着されるナノニードルを、意図した指向方向に沿って容易に伸ばすことができる、SPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるSPMナノニードル探針を提供することにある。
【００１７】
なお、本発明の更に他の目的は、測定対象物の側壁を精度よく測定することができる、CD-SPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の本発明の目的は、イオンビームを用いてSPMのナノニードル探針を製造する方法であって、前記ナノニードルが付着される前記探針のチップを、イオンビームが照射される方向に向かって位置付けるステップと、前記ナノニードルが付着された前記探針のチップに向かう方向に、イオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、前記イオンビームと平行に整列させるステップとを含み、前記ナノニードルを整列させるステップは、前記探針のチップに付着されたナノニードルを、前記イオンビームが照射される方向に沿って伸ばすステップを有するSPMナノニードル探針の製造方法によって達成される。
【００１９】
本発明に係るSPMナノニードル探針の製造方法は、前記イオンビームと平行に整列せしめられた、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルから、一定の角度をもって、集束されたイオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、所定の長さに切断するステップを、更に含むのが望ましい。
【００２０】
また、 前記ナノニードルを整列させるステップで用いられるイオンビームは、集束されたイオンビームであることが望ましく、前記集束されたイオンビームの加速電圧は５Kv乃至３０kV、電流量は１pA乃至１nA、前記ナノニードルが前記集束されたイオンビームに露出される時間は、１秒乃至６０秒であることが望ましい。
【００２１】
加えて、前記集束されたイオンビームは、Gaイオンビーム、Auイオンビーム、Arイオンビーム、 Liイオンビーム、 Beイオンビーム、 Heイオンビーム、Au-Si-Beイオンビームのいずれか一つであることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の目的は、イオンビームを用いて製造されるSPMのナノニードル探針であって、前記ナノニードルが付着される前記探針のチップに向かう方向に、イオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、前記イオンビームと平行に整列させ、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、前記探針のチップ方向に照射されるイオンビームによって、前記イオンビームの方向に沿って伸ばしたことを特徴とするSPMナノニードル探針によって達成される。
【００２３】
前記SPMナノニードル探針は、前記イオンビームと平行に整列せしめられた、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルから、一定の角度を持って、集束されたイオンビームを照射することで、前記探針のチップに付着された前記ナノニードルを、所定の長さに切断することが望ましい。
【００２４】
更に、本発明の目的は、イオンビームを用いたCD-SPMナノニードル探針を製造する方法であって、前記探針のチップに付着される前記ナノニードルの一定の部分を、マスクで覆うステップと、前記マスクから露出したナノニードル部分に、イオンビームを照射することで、前記マスクから露出したナノニードル部分を、前記照射されるイオンビームの方向に整列させて、撓むようにするステップと、を含むCD-SPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針によって達成される。
【００２５】
これらの本発明の目的は、後述する実施態様を参照して明らかにされるが、本発明は、その実施態様に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
先にも述べたように、本明細書で用いられる用語である「ナノニードル」とは、ナノチューブとナノワイヤとを含む名称として用いられる。 また、本発明に係るSPMナノニードル探針、または、CD-SPMナノニードル探針の製造方法は、ナノチューブがその対象の場合、炭素ナノチューブ、BCN系ナノチューブまたはBN系ナノチューブなど、一般的なナノチューブ、ならびに、単一壁ナノチューブ(single-walled nanotube)、二重壁ナノチューブ(double-walled nanotube)、或いは、多重壁ナノチューブ(multi-walled nanotube)など、その種類にかかわらず、いずれも適用することができる。
【００２７】
以下、単に例示として、本発明に係る好適な実施の形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
先に挙げた特許文献などには、SPMの探針のチップにナノニードルを付着する方法が開示されているので、本明細書ではそのような技術的な内容についての説明は省くことにする。
【００２９】
図１は、本発明の一実施の形態による、SPMに用いられるナノニードル探針の製造方法を模式的に示す図である。図面の下部に示されたのはSPM、特に、AFMの探針であって、カンチレバー(14)と、カンチレバーから突出したチップ(13)とで構成され、チップ(13)の先端部に付着されたのは、ナノニードル(15'、15)を示す。一つのナノニードルを二つの参照番号(15'及び15)をもって示した理由は、後で説明することにする。探針のチップ(13)に付着されるナノニードル(15'、15)は、不純物(16)のウェルド(welding)などの方法によって、普通、探針のチップ部分の先端部に付着される。図1の上部には、イオンコラム(11)と、該イオンコラム(11)からナノニードル(15'、 15)に向かって照射されるイオンビームとを、模式的に示してある。
【００３０】
従来の技術でも説明したように、探針のチップ(13)部分は、ピラミッドまたは円錐などの形状を有するため、不純物(16)を用いてチップの先端部にナノニードル(15')を付着する時、その指向方向を調節するのは容易な作業ではない。
【００３１】
チップに付着されるナノニードルの方向を調節するために、先でも述べた韓国特許文献などでは、探針のチップ部分に媒介物を付着して、ナノニードルが付着されるべき面を設けた後、ナノニードルをその面に付着して方向を調節するとか、ナノニードル操作器でナノニードルの方向を調節するという方案を開示してはいるが、このような方法だけでは、CD(Critical Dimension)を測定するために要求される、探針のチップに付着されるナノニードルの方向の正確度(略2から3度)を、設けることができなく、偶然として、そのような角度(所要の精度)以内に方向を収めたとしても、数多くの試行錯誤を繰り返さなければならないので、そのスループットは極めて低いものであった。
【００３２】
それに比べて、本発明に係るSPMに用いられるナノニードル探針の製造方法は、そのような根本的な問題点を、基本的に解決することができる。
【００３３】
図１において参照番号15'にて示した、探針のチップ(13)に付着されたナノニードルは、イオンコラム(11)からナノニードル(15')に向かってイオンビーム(12)を照射する前の、ナノニードルの指向方向および形状を表しており、図１において参照番号15にて示した、探針のチップ(13)に付着されたナノニードルは、イオンコラム(11)からナノニードル(15')に向かってイオンビーム(12)を照射した後の、ナノニードル(15)の指向方向および形状を表している。
【００３４】
図面から理解できるように、イオンビーム(12)の影響から、ナノニードル(15')の方向が、イオンビーム(12)と平行になっただけではなく、曲げられて探針のチップ(13)部分に付着されていたナノニードル(15')が、真っ直ぐに伸ばされたことが分かるだろう。
【００３５】
すなわち、ナノニードル(15')が付着される探針のチップ(13)を、イオンビーム(12)が照射される方向に向かって対向するように位置付けた後、ナノニードル(15')が付着された探針のチップ(13)に向かってイオンビーム(12)を照射すると、探針のチップ(13)に付着されたナノニードル(15')が、イオンビーム(12)と平行に整列され、また、探針のチップ(13)に付着されたナノニードル(15')が、イオンビーム(12)が照射される方向に沿って真っ直ぐに伸ばされることが、図面から確認することができる。
【００３６】
このようなことは、実験結果である図２及び図３から、より明らかに分かるだろう。図２は、イオンビームを照射する前の、ナノニードルが付着されたチップ部分のSEM(Scanning Electron Microscope)の写真であり、図３は、イオンビームを照射した後のSEM写真を示す。
【００３７】
図２及び図３の写真から分かるように、探針のチップ部分に付着されたナノニードルが、イオンビームが照射される方向に整列されただけではなく、イオンビームの方向に真っ直ぐに伸ばされたことを、確認することができるだろう。本実験は、FIBシステム(Focused Ion Beam System)を用いて行われ、イオンビームとしてはGaイオンビームを使用した。
【００３８】
本発明の発明者は、数回の実験を通じて、イオンビームの加速電圧、イオンビームの電流量及び、ナノニードルがイオンビームに露出される時間を、変化させていって、最も優れた特性を有するSPMナノニードル探針の製造に必要となる最適な条件を求めた。
【００３９】
そのような数回の実験の結果、一般的に、イオンビームの加速電圧とイオンビームの電流量が大きいほど、そして露出時間が長いほど、ナノニードルの指向方向が、イオンビームの照射方向に向かって容易に変化された。このような一般的な結果の以外に、本発明の発明者は、イオンビームの加速電圧は５Kv乃至３０kV、イオンビームの電流量は１pA乃至１nA、そしてナノニードルがイオンビームに露出される時間は、１秒乃至６０秒であるものが、もっとも望ましいことであることが分かった。
【００４０】
本発明の一実施の形態によるSPMナノニードル探針の製造方法に利用可能なイオンビームは、Gaイオンビームの以外にも、Auイオンビーム、Arイオンビーム、Liイオンビーム、Beイオンビーム、Heイオンビーム及びAu-Si-Beイオンビームなど、いろいろな種類のイオンビームがあり得る。
【００４１】
本発明の発明者は、このように探針のチップ部分に付着されたナノニードルの指向方向および形状が、所望の通りに変化する現象を、より明確にするために、更に他の実験を施した。図４は、そのような実験を施すために、FIBシステムを立ち上げる前にイオンビームが通過するようになる、パターニング領域(patterning area)を指定したことを、模式的に示す図である。図４において、パターニング領域は、チップの先端部に付着されたナノニードルを横切る矩形状である。つまり、このようなパターニング領域を指定してから、イオンビームが、図４に示されたように、矩形状の上部に向かって照射されるようにする実験を施した。
【００４２】
図５は、そのようなパターニング領域を指定した後、FIBシステムによって、集束されたイオンビームをナノニードルに向かって照射した後の結果を示すSEM写真であり、図６は、ナノニードルが付着された探針のチップの先端部を拡大したSEM写真である。
【００４３】
図５及び図６の写真から明確に分かるように、探針のチップに付着されたナノニードルが、イオンビームの方向に沿って整列されただけではなく、イオンビームの方向に沿って真っ直ぐに伸ばされたことを、明らかに確認することができるだろう。
【００４４】
このように、探針のチップ部分に付着されたナノニードルが、照射されるイオンビームと平行に整列される結果から、従来技術では解決できなかったCD(Critical Dimension)を測定できる程度の精度を有する指向方向および形状のナノニードル探針を具現することができるようになる。
【００４５】
本発明の発明者は、図４に示すように、パターニング領域を指定した後、FIBシステムの集束されたイオンビームの強度を、更に高くして、同じ実験を施した。その場合には、先に述べた米国特許第6、759、653号におけるのと同様に、ナノニードルが切断されることを、確認することができた。
【００４６】
このような結果を基に、本発明の発明者は、ナノニードルに照射されるイオンビームの強度の特定の閾値以内では、イオンビームの影響によりナノニードルの指向方向と形状が調節されるが、該閾値以上では、ナノニードルが切断されるという結論を下すことができた。
【００４７】
従って、このようなことから、当業者であれば、SPM探針のチップに付着されるナノニードルに照射されるイオンビームの加速電圧、電流量及び露出時間を適当に調節することで、ナノニードルの指向方向及び形状が調節可能なことを、明確に認識することができるだろう。
【００４８】
このような実験結果に基づいて、図７には、本発明の他の実施の形態によるCD-SPMナノニードル探針の製造方法を模式的に示す。図７の下部に示されたのは、図1と同様に、SPMの探針、特にAFMのチップであって、カンチレバー(14)と、カンチレバーから突出したチップ(13)とから構成され、チップ(13)の先端部に付着されたのは、ナノニードル(15)を表す。前述の通り、探針のチップ(13)に付着されるナノニードル(15)は、不純物(16)によるウェルドなどの方法によって、普通、探針のチップの先端部に付着される。
【００４９】
図７の左側壁には、図1と同様に、イオンコラム(11)と、イオンコラム(11)からナノニードル(15)に向かって照射されるイオンビームを模式的に示しており、図1に比較して異なることは、ナノニードルの下側の一定の部分を覆うためのマスク(17)が、更に含まれているという点である。
【００５０】
このように、探針のチップ(13)に付着されるナノニードル(15)の一定の部分を、マスク(17)で覆い、図７に示したように、その一側壁からイオンビームを照射すれば、先で示したように、図８と同様に、イオンビームが照射された部分は撓むことになる。
【００５１】
ナノニードル(15)の撓む部分の長さ(L)は、マスク(17)でナノニードル(15)を覆う程度にその調節ができ、ナノニードル(15)の撓む角度(θ)は、イオンコラム(11)によるイオンビーム(12)の照射角度を調整することで、その調節が可能である。
【００５２】
従って、マスク(17)により覆われる程度(degree of screening)及び、イオンビーム(12)の照射角度を適切に調節することで、所望する形態のCD-SPMナノニードル探針を製造することができるようになる。
【００５３】
また、このようなCD-SPMナノニードル探針は、まず、探針のチップ(13)に付着されたナノニードルを、図1に示したようにイオンビームで整列させた後、図７の過程を経て製造することもでき、更に、そのような過程を経ることなく、直ちに図７の過程だけでCD-SPMナノニードル探針を製造することもできるだろう。
【００５４】
図９は、図７の過程を経る前の、SPMナノニードル探針を示すものであり、 図１０は、図７の過程を経った後の、SPMナノニードル探針を示すものである。図１０に見られるように、ナノニードルの先端部が撓んで(曲げられて)いることを、明確に認識することができるだろう。
【００５５】
図１１は、このような製造方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針を用いて、ナノスケールの凹凸(21)を有する測定対象物の側壁(22)の形状を測定する方法を模式的に示す図である。先に言及したように、測定対象物の凹凸の程度に応じて、ナノニードルの撓む部分の長さ及びその角度を、図７に示されたような方法によって適切に調節することで、測定対象物の凹凸のある側壁を精度よく測定することができるだろう。このように製造されるCD-SPMナノニードル探針を使用すると、測定対象物の側壁のイメージに歪みを生じることなく、測定対象物の凹凸のある側壁の精密なイメージを得ることができるだろう。
【００５６】
本発明によれば、SPM探針のチップに付着されるナノニードルの指向方向を容易に調節することができ、SPM探針のチップに付着されるナノニードルを、意図した指向方向に沿って容易に伸ばすことができる、SPM用ナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるSPM用ナノニードル探針が提供されるので、SPM用ナノニードル探針の指向方向の精度及びその形状を改善することができる等の效果が得られる。
【００５７】
また、その方法によれば、SPM用ナノニードル探針のスループットも高めることができる效果を奏する。
【００５８】
更に、本発明によれば、ナノスケール水準の測定対象物の側壁を精度よく測定することのできる、CD-SPMナノニードル探針の製造方法及び、その方法によって製造されるCD-SPMナノニードル探針が提供されるなどの效果を奏する。
【００５９】
本発明に係るいくつかの実施の形態について説明してきた。しかし、以上で説明した実施の形態は、単に例示のみとして受け入れなければならない。つまり、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は、本発明の好適な実施の形態を参照して、種々の変形を導き出すことができるだろう。そのため、本発明の技術的な権利範囲は、添付する請求項のみによって解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施の形態による、SPMに用いられるナノニードル探針の製造方法を模式的に示す図である。
【図２】イオンビームを照射する前の、ナノニードルが付着されたチップ部分のSEM(Scanning Electron Microscope) 写真を示す図である。
【図３】イオンビームを照射した後の、ナノニードルが付着されたチップ部分のSEM写真を示す図である。
【図４】FIBシステムのパターニング領域を指定したことを模式的に示す図である。
【図５】図３のパターニング領域にイオンビームを照射した後の結果を示すSEM写真である。
【図６】図３のパターニング領域にイオンビームを照射した後の結果を示すSEM写真である。
【図７】本発明の他の実施の形態によるCD-SPMナノニードル探針の製造方法を模式的に示す図である。
【図８】図７に示す方法によって処理されたCD-SPMナノニードル探針の形状の模式図である。
【図９】図７に示す方法によって処理される前の、SPMナノニードル探針の写真である。
【図１０】図７に示す方法によって処理された後の、CD-SPMナノニードル探針の写真である。
【図１１】本発明によって製造されたCD-SPMナノニードル探針によって測定対象物の凹凸のある側壁を測定する方法を模式的に示す図である。
【図１２】従来のSPM探針による測定対象物の凹凸の側壁の測定過程と測定結果とを模式的に示す図である。
【図１３】従来のSPM探針による測定対象物の凹凸の側壁の測定過程と測定結果とを模式的に示す図である。
【図１４】従来のSPM探針による測定対象物の凹凸の側壁の測定過程と測定結果とを模式的に示す図である。
【図１５】従来の測定対象物の凹凸の側壁の測定のために製造された、SPM探針の先端部の種々の形状を模式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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