(57)【要約】【課題】マイクロメータ領域以上での表面観察及び表面改質などを、簡易かつ短時間で行う。【解決手段】基板１１上において複数のプローブ深針１３を立設してなるマイクロプラズマアレイ１０と、マイクロプラズマアレイ１０の近傍にプラズマ生成ガスを導入するためのガス導入手段と、マイクロプラズマアレイ１０に対して高周波を印加することにより、前記プラズマ生成ガスをプラズマ化してプラズマジェットを生成するための高周波印加手段と、マイクロプラズマアレイ１０と観察すべき試料Ｘとの間に生成されたプラズマ誘導電流を計測するための誘導電流計測手段とから顕微鏡を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基板上において複数のプローブ深針を立設してなるマイクロプラズマアレイと、
前記マイクロプラズマアレイの近傍にプラズマ生成ガスを導入するためのガス導入手段と、
前記マイクロプラズマアレイに対して高周波を印加することにより、前記プラズマ生成ガスをプラズマ化してプラズマジェットを生成するための高周波印加手段と、
前記マイクロプラズマアレイと観察すべき試料との間に生成されたプラズマ誘導電流を計測するための誘導電流計測手段と、
を具えることを特徴とする、顕微鏡。
【請求項２】
前記複数のプローブ探針は、前記基板上において、前記マイクロプラズマアレイに対して前記高周波を導入するための導電板を介して設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記プローブ探針の内径が１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記プローブ探針の立設密度が１００×１００個／ｍｍ２〜１０００×１０００個／ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記試料の表面においてマイクロメータ領域の観察を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれ一に記載の顕微鏡。
【請求項６】
所定の基板上において複数のプローブ深針を立設してなる顕微鏡用マイクロプラズマアレイ。
【請求項７】
前記複数のプローブ探針は、前記基板上において、高周波を導入するための導電板を介して設けられたことを特徴とする、請求項６に記載の顕微鏡用マイクロプラズマアレイ。
【請求項８】
前記プローブ探針の内径が１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の顕微鏡用マイクロプラズマアレイ。
【請求項９】
前記プローブ探針の立設密度が１００×１００個／ｍｍ２〜１０００×１０００個／ｍｍ２であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の顕微鏡用マイクロプラズマアレイ。
【請求項１０】
プラズマ探針近傍にプラズマ生成ガスを導入するとともに、前記プラズマ探針に高周波を印加することにより、プラズマジェットを生成し、所定の試料へ向けて発射する工程と、
前記プラズマ探針と前記試料との間に生成したプラズマ誘導電流を計測し、前記プラズマ誘導電流の大きさから、前記試料表面における凹凸を観察する工程と、
を具えることを特徴とする、表面観察方法。
【請求項１１】
前記プラズマ探針は、所定の基板上において複数のプローブ深針を立設してなるマイクロプラズマアレイを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の表面観察方法。
【請求項１２】
前記複数のプローブ探針は、前記基板上において、高周波を導入するための導電板を介して設けられたことを特徴とする、請求項１１に記載の表面観察方法。
【請求項１３】
前記プローブ探針の内径が１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の表面観察方法。
【請求項１４】
前記プローブ探針の立設密度が１００×１００個／ｍｍ２〜１０００×１０００個／ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一に記載の表面観察方法。
【請求項１５】
前記試料の表面においてマイクロメータ領域の観察を行うことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれ一に記載の表面観察方法。
【請求項１６】
プラズマ探針近傍にプラズマ生成ガスを導入するとともに、前記プラズマ探針に高周波を印加することによりプラズマジェットを生成する工程と、
前記プラズマジェットを所定の試料へ向けて発射して前記試料の表面改質を実施する工程と、
を具えることを特徴とする、表面改質方法。
【請求項１７】
前記プラズマ探針は、所定の基板上において複数のプローブ深針を立設してなるマイクロプラズマアレイを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の表面改質方法。
【請求項１８】
前記複数のプローブ探針は、前記基板上において、高周波を導入するための導電板を介して設けられたことを特徴とする、請求項１７に記載の表面改質方法。
【請求項１９】
前記プローブ探針の内径が１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の表面改質方法。
【請求項２０】
前記プローブ探針の立設密度が１００×１００個／ｍｍ２〜１０００×１０００個／ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一に記載の表面改質方法。
【請求項２１】
前記試料の表面においてマイクロメータ領域の改質を行うことを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれ一に記載の表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡、及び顕微鏡用マイクロレンズアレイに関し、さらには前記顕微鏡の原理を利用した表面観察方法及び表面改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）及び走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などの原子及び分子レベルでの分解能を有する顕微鏡が開発され、広く用いられるようになってきている。これらの顕微鏡は、原子レベルでの分解能に優れていることから、試料表面の局所的な観察や局所的な改質には十分な効果を発揮する。しかしながら、上述したような顕微鏡では、マイクロメータ領域以上での表面観察や表面改質を行うことはできなかった。
【０００３】
また、上記原子間力顕微鏡などを用いた表面観察や表面改質は、超高真空状態で行うため、作業が繁雑であるとともに、長時間の作業が要求されるという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、マイクロメータ領域以上での表面観察及び表面改質などを、簡易かつ短時間で行うことができる装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の基板上において複数のプローブ深針を立設してなるマイクロプラズマアレイと、
前記マイクロプラズマアレイの近傍にプラズマ生成ガスを導入するためのガス導入手段と、
前記マイクロプラズマアレイに対して高周波を印加することにより、前記プラズマ生成ガスをプラズマ化してプラズマジェットを生成するための高周波印加手段と、
前記マイクロプラズマアレイと観察すべき試料との間に生成されたプラズマ誘導電流を計測するための誘導電流計測手段と、
を具えることを特徴とする、顕微鏡に関する。
【０００６】
また、本発明は、所定の基板上において複数のプローブ深針を立設してなる顕微鏡用マイクロプラズマアレイに関する。
【０００７】
本発明の顕微鏡及び顕微鏡用マイクロプラズマアレイにおいては、複数のプラズマ探針が立設してなるマイクロプラズマアレイを用い、このマイクロプラズマアレイから試料へ向けてプラズマジェットを発射させ、これによって前記マイクロプラズマアレイと前記試料との間に生成されたプラズマ誘導電流を計測するようにしている。
【０００８】
前記マイクロプラズマアレイを構成する各プラズマ探針中を流れるプラズマ誘導電流は、前記各プラズマ探針と前記試料表面との距離に依存して変化する。具体的には、前記各プラズマ探針中を流れるプラズマ誘導電流は、前記各プラズマ探針と前記試料表面との距離に対して指数関数的に変化し、前記距離の増大ととともに指数関数的に減少する。したがって、各プローブ探針を流れるプラズマ誘導電流値を測定することによって、前記各プローブ探針と前記試料表面との距離を間接的に計測することができる。
【０００９】
上述したマイクロプラズマアレイは、上述したプローブ探針を複数配置しているので、前記マイクロプラズマアレイを構成する複数のプローブ探針のそれぞれを流れるプラズマ誘導電流を測定することにより、前記複数のプローブのそれぞれが位置する前記試料表面との距離を同時に計測することができるようになる。したがって、前記試料表面の凹凸状態などを観察することができ、マイクロメータ領域以上の表面観察を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の顕微鏡及び顕微鏡用マイクロレンズアレイにおいては、プラズマ生成ガスを用いるため、その操作環境圧力は大気圧近傍の比較的高い状態に設定することができる。したがって、従来の原子間力顕微鏡などのような超高真空状態を実現する必要がないため、実際の作業が簡易になり、作業時間を短縮できるようになる。
【００１１】
さらに、本発明の顕微鏡及び顕微鏡用マイクロプラズマアレイにおいては、試料に向けてプラズマジェットを照射するため、前記プラズマジェットの強度及び前記プラズマジェットを構成するガス種、並びに前記マイクロプラズマアレイと前記試料表面との距離などを適宜に制御することにより、前記試料の表面改質をマイクロメータ領域以上の大きさで行うこともできる。
【００１２】
上述した表面観察と表面改質とは別個に行うこともできるが、同時に行うこともできる。
【００１３】
なお、上記「表面改質」とは、試料表面の組成や構造を変化させるような本来的な改質の他に、エッチングや表面清浄などをも意味するものである。
本発明のその他の特徴については以下に詳述する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の顕微鏡を構成を概略的に示す図であり、図２は、図１におけるマイクロプラズマアレイの反転した状態を拡大して示す図である。
【００１５】
図１に示す顕微鏡８０は、マイクロプラズマアレイ１０と、このマイクロプラズマアレイ１０の下方領域にプラズマ生成ガスを導入するためのガス導入管２０と、前記プラズマ生成ガスの供給源３０と、マイクロプラズマアレイ１０に対して高周波を印加するための高周波電源５０及びマッチング回路系６０と、生成したプラズマ誘導電流を検出するための誘導電流検出系７０とを具えている。さらに、ガス導入管２０の途中において、供給源３０からマイクロプラズマアレイ１０へ供給するプラズマ生成ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ４０が設けられている。
【００１６】
図１に示す顕微鏡８０において、表面観察や表面改質を行うべき試料Ｘは、マイクロプラズマアレイ１０の下方に配置する。
【００１７】
図２に示すように、マイクロプラズマアレイ１０は、所定の基板１１上において導電板１２を介して、複数のプローブ探針１３が立設するようにして構成されている。さらに、プローブ探針１３の周囲には遮蔽板１４が設けられており、ガス導入管２０を介して導入されたプラズマ生成ガスがプローブ探針１３の近傍に閉じ込められるように構成されている。なお、図２は、マイクロプラズマアレイ１０の反転した状態を示しているので、このマイクロプラズマアレイ１０を図１に示す顕微鏡８０内に配置した際には、プローブ探針１３が試料Ｘ側へ向くようにして、下向きに取り付けられる。
【００１８】
図２に示すマイクロプラズマアレイ１０においては、高周波電源５０からの高周波はマッチング回路系６０を介して導電板１２に導入するように構成されている。したがって、単一の導入端子を設けるのみで複数のプローブ探針１３に対して前記高周波を均一かつ簡易に導入することができるようになる。なお、高周波電源５０としては汎用のＲＦ電源などを用いることができる。
【００１９】
また、プローブ探針１３の直径は１００μｍ以下とすることが好ましい。これによって、微細なプラズマジェットを生成することができ、試料Ｘの表面の微小領域からのプラズマ誘導電流を得ることができる。したがって、プローブ探針１３毎に、試料Ｘ表面の高精度な情報を得ることができ、マイクロプラズマアレイ１０全体として、試料Ｘのマイクロメータ領域以上の表面状態を高精度に観察できるようになる。さらには、試料Ｘのマイクロメータ領域以上の表面に対して高精度な改質処理を施すことができるようになる。
【００２０】
なお、プローブ探針１３の直径の下限値については特に限定されるものではないが、好ましくは１μｍに設定する。これ以上直径の小さいプローブ探針を入手することは困難であり、さらに前記下限値を超えてプローブ探針１３の直径を小さくしても優位な結果を得ることはできない。
【００２１】
また、プローブ探針１３の立設密度は１００×１００個／ｍｍ２〜１０００×１０００個／ｍｍ２であることが好ましい。これによって、隣接するプローブ探針１３で生成されるプラズマジェットの干渉を抑制するとともに、微細なプラズマジェットを生成することができ、試料Ｘの表面のマイクロメータ領域以上の観察並びに表面改質を高精度に実行できるようになる。
【００２２】
プローブ探針１３は、ステンレス、タングステン及びタングステンカーバイドなどから構成することができる。また、導電板１２は銅、及びステンレスなどの導電性材料から構成することができる。さらに、基板１１は各種金属材料、シリコン及びガラスなどの導電性材料から構成することができる。
【００２３】
また、プラズマ生成ガスの種類は行うべき表面観察及び表面改質に応じて選択する。表面観察を実行する場合は、アルゴンやヘリウムなどの反応性の低いガスから構成する。表面改質を行う場合は、酸素や窒素などの比較的反応性の強いガスから構成する。なお、アルゴンガスやヘリウムガスにおいても、これらのガスから生成するプラズマジェットの強度やマイクロプラズマアレイ１０と試料Ｘとの距離を適宜に調節することによって、エッチングや清浄化などの表面改質を行うことができる。
【００２４】
図１に示す顕微鏡８０を用いた表面観察及び表面改質は以下のようにして実施する。最初に、供給源３０より所定のガスをガス導入管２０を介してマイクロプラズマアレイ１０の下方領域に導入する。なお、前記ガスの供給量はマスフローコントローラ４０で制御する。次いで、高周波電源５０よりマッチング回路系６０を介してマイクロプラズマアレイ１０に対して高周波を導入し、マイクロプラズマアレイ１０を構成する各プローブ探針１３からプラズマジェットを生成し、試料Ｘへ向けて発射する。
【００２５】
試料Ｘの表面に対して前記プラズマジェットが照射されると、試料Ｘの表面が励起されることにより、各プローブ探針１３と、試料Ｘ表面の、プローブ探針１３のそれぞれが位置する部分との間にはプラズマ誘導電流が生じるようになる。プラズマ誘導電流の大きさは、プローブ探針１３と試料Ｘ表面との距離に依存し、前記距離の増大に伴って減少する。したがって、前述のようにして生成したプラズマ誘導電流を、各プローブ探針１３を介して誘導電流検出系７０によって検出することにより、試料Ｘの表面における凹凸状態をマイクロメータ領域以上で計測できるようになる。
【００２６】
また、前記プラズマ生成ガスの種類や前記プラズマジェットの強度を適宜に設定したり、マイクロプラズマアレイ１０と試料Ｘの表面との距離を適宜に設定したりすることによって、試料Ｘの表面改質をマイクロメータ領域以上で行うことができる。
【００２７】
上述した表面観察方法及び表面改質方法はプラズマ生成ガスを用いるため、その操作環境圧力は大気圧近傍の比較的高い状態に設定することができる。したがって、従来の原子間力顕微鏡などのような超高真空状態を実現する必要がないため、実際の作業が簡易になり、作業時間を短縮できるようになる。
【００２８】
なお、試料ＸをＸＹステージ上などの配置すれば、試料Ｘの表面全域に亘る表面観察及び表面改質を実施することができるようになる。また、上述した表面観察と表面改質とを同時に行うこともできる。
【００２９】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マイクロメータ領域以上での表面観察及び表面改質などを、簡易かつ短時間で行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の顕微鏡を構成を概略的に示す図である。
【図２】図１におけるマイクロプラズマアレイの反転した状態を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１０  マイクロプラズマアレイ
１１  基板
１２  導電板
１３  プローブ探針
１４  遮蔽板
２０  ガス導入管
３０  ガス供給源
４０  マスフローコントローラ
５０  高周波電源
６０  マッチング回路系
７０  誘導電流検出系
８０  顕微鏡
【図１】
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【図２】
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