(57)【要約】【課題】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を提供する。【解決手段】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、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、移動機構８のｚ方向（試料方向）への移動を停止させる。このときの探針７ｂ先端と試料６間の距離ｄ０は、それらの間に酸素分子Ｏ２が入り込めない距離に設定される。この状態で、加熱された酸素ガスが、酸素供給装置４から真空室２に送り込まれる。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ず、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。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする探針作製方法。
【請求項２】
前記探針先端と試料間の距離を、＜１ｎｍ程度に調整することを特徴とする請求項１記載の探針作製方法。
【請求項３】
前記探針と試料は導電性を有しており、前記探針と試料間に流れるトンネル電流に基づき、探針先端と試料間の距離を調整するようにしたことを特徴とする請求項１記載の探針作製方法。
【請求項４】
前記探針周りの雰囲気を、加熱された酸素ガス雰囲気にして、前記探針を酸化処理するようにしたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の探針作製方法。
【請求項５】
先端部分を除いて、酸化膜で覆われていることを特徴とする探針。
【請求項６】
前記探針の先端部分は導電性を有していることを特徴とする請求項５記載の探針。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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