JP5948125B2 - 粒子吸着プローブ - Google Patents

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Description

本発明は、粒子吸着プローブに関する。詳細には、例えば、分析用途などにおいて、分析対象物の表面に点在する微細粒子をピックアップして分析装置内に運び込んで分析評価するため等に好適に用いられる、粒子吸着プローブに関する。
部材の表面に点在する異物の組成や形状などを分析評価することによって該部材の製造プロセスにおける該異物の混入経路等を解明することは、異物のないクリーンな部材を提供する上で重要である。
部材の表面に点在する異物の組成や形状を評価する手段としては、タングステンプローブやマイクロナイフをサンプリングツールとして用いた粒子吸着プローブが一般的に用いられている。このような粒子吸着プローブを用いることにより、上記サンプリングツールによって部材の表面に点在する異物をピックアップして分析装置内に運び込み、該異物の組成や形状などが分析評価される(例えば、特許文献1参照)。
しかし、タングステンプローブやマイクロナイフをサンプリングツールとして用いた粒子吸着プローブにおいては、異物をピックアップするために、サンプリングツールを異物に刺すなどの物理的応力を加える必要がある。このような物理的応力が加わると、表面被覆材のはがれや表面凹凸・層構造の変化など、表面の生の構造・組成観察が困難となるという問題が生じる。
他方、物理的応力を加えないで異物をピックアップするために、サンプリングツールとしてペーストなどの接着剤や両面テープなどの粘着剤を用いると、それらに含まれる有機成分によって異物表面が汚染されてしまい、該異物の正確な分析評価ができないという問題がある。また、サンプリングツールとして上記のような接着剤や粘着剤を用いた場合、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子を選択的にピックアップすることは困難である。
また、従来の粒子吸着プローブを用いてピックアップした異物を分析装置内に運び込んで分析評価する場合、分析装置内に運び込まれた該異物は、分析評価の際に新たにペースト等で固定される必要があり、工程が煩雑である。
特開2008−52232号公報
本発明の課題は、粒子を吸着してピックアップする粒子吸着プローブであって、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子を選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる、新規な粒子吸着プローブを提供することにある。
本発明の粒子吸着プローブは、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を有する。
好ましい実施形態においては、本発明の粒子吸着プローブは、軸状基材上に上記カーボンナノチューブ集合体が設けられている。
好ましい実施形態においては、上記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が10層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が25%以下である。
好ましい実施形態においては、上記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数10層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が30%以上である。
好ましい実施形態においては、本発明の粒子吸着プローブは、直径200μm以下の粒子を選択的に吸着する。
本発明によれば、粒子を吸着してピックアップする粒子吸着プローブであって、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子を選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる、新規な粒子吸着プローブを提供することができる。
本発明の好ましい実施形態における粒子吸着プローブの一例の概略断面図である。 本発明の好ましい実施形態における粒子吸着プローブの別の一例の概略断面図である。 本発明の好ましい実施形態におけるナノインデンター用試料固定部材がカーボンナノチューブ集合体を含む場合の該カーボンナノチューブ集合体の製造装置の概略断面図である。 実施例3で得られた粒子吸着プローブに粒子が吸着された状態を示す走査型電子顕微鏡(SEM)による写真図である。
≪粒子吸着プローブ≫
本発明の粒子吸着プローブは、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を有する。本発明の粒子吸着プローブは、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を、好ましくは、少なくとも先端部分に有する。本発明の粒子吸着プローブは、このようなカーボンナノチューブ集合体を有することにより、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子を選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
本発明の粒子吸着プローブは、例えば、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体のみからなる構成であっても良いし、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体が軸状基材上に設けられている構成であっても良い。ここで、軸状基材は、軸形状をした基材を意味し、例えば、軸、支柱、金属柱などに言い換えることができる場合もある。
図1は、本発明の好ましい実施形態における粒子吸着プローブの一例の概略断面図である。図1において、本発明の粒子吸着プローブ1000は、複数のカーボンナノチューブ10を備えるカーボンナノチューブ集合体100のみからなる。図1において、複数のカーボンナノチューブ10は、それぞれ、長さLの方向に配向しており、束状のカーボンナノチューブ集合体100を構成している。
図2は、本発明の好ましい実施形態における粒子吸着プローブの別の一例の概略断面図である。図2において、本発明の粒子吸着プローブ1000は、複数のカーボンナノチューブ10を備えるカーボンナノチューブ集合体100が軸状基材20上に設けられている。図2において、複数のカーボンナノチューブ10は、それぞれ、長さLの方向に配向しており、束状のカーボンナノチューブ集合体100を構成している。図2において、複数のカーボンナノチューブ10の片端10aは、軸状基材20に固定されている。図2に示すように、複数のカーボンナノチューブ10は、好ましくは、軸状基材20に対して略垂直方向に配向している。ここで、「略垂直方向」とは、軸状基材20の断面側表面20aに対する角度が、好ましくは90°±20°の範囲内であり、より好ましくは90°±15°の範囲内であり、さらに好ましくは90°±10°の範囲内であり、特に好ましくは90°±5°の範囲内である。
本発明の粒子吸着プローブは、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子を選択的にピックアップでき、好ましくは、直径200μm以下の粒子を選択的に吸着する。
本発明の粒子吸着プローブにおいて、カーボンナノチューブ集合体100の長さは、好ましくは0.1μm〜5000μmであり、より好ましくは1μm〜2000μmであり、さらに好ましくは10μm〜1000μmであり、特に好ましくは30μm〜500μmである。カーボンナノチューブ集合体100の長さが上記範囲内に収まることにより、本発明の粒子吸着プローブは、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、塑性変形が軽減されるために、ピックアップした粒子を安定的に保持できる。また、カーボンナノチューブ集合体100の直径が上記範囲内に収まることにより、好ましくは、直径200μm以下の粒子を選択的に吸着する。
本発明の粒子吸着プローブにおいて、カーボンナノチューブ集合体100の直径は、好ましくは0.1μm〜2000μmであり、より好ましくは1μm〜1000μmであり、さらに好ましくは10μm〜500μmであり、特に好ましくは20μm〜300μmである。カーボンナノチューブ集合体100の直径が上記範囲内に収まることにより、本発明の粒子吸着プローブは、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、塑性変形が軽減されるために、ピックアップした粒子を安定的に保持できる。また、カーボンナノチューブ集合体100の直径が上記範囲内に収まることにより、好ましくは、直径200μm以下の粒子を選択的に吸着する。
本発明の粒子吸着プローブにおいて、カーボンナノチューブの形状としては、その横断面が任意の適切な形状を有していれば良い。例えば、その横断面が、略円形、楕円形、n角形(nは3以上の整数)等が挙げられる。
本発明の粒子吸着プローブにおいて、カーボンナノチューブの比表面積、密度は、任意の適切な値に設定され得る。
軸状基材の材料としては、目的に応じて、任意の適切な材料を採用し得る。このような材料、としては、例えば、ルビー、サファイアなども挙げられるが、好ましくは、SUS、タングステン超硬など導電性の材料が挙げられる。
軸状基材の大きさとしては、目的に応じて、任意の適切な大きさを採用し得る。このような大きさとしては、好ましくは、その断面側表面の面積が、カーボンナノチューブ集合体の直径から算出される面積よりも大きくなるような大きさである。なお、軸状基材の長さ(断面側表面と直交する方向の長さ)は、目的に応じて、任意の適切な長さを採用し得る。
本発明の粒子吸着プローブが、図2のように、カーボンナノチューブ集合体が軸状基材上に設けられている構成である場合、該カーボンナノチューブを該軸状基材に固定する方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。このような固定方法としては、例えば、ペーストなどを用いて接着する方法、両面テープなどを用いて粘着固定する方法、カーボンナノチューブ集合体の製造に使用した基板を軸状基材として用いる方法などが挙げられる。これらの固定方法の中でも、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行う場合を考慮すると、帯電防止のために、導電性の材料を用いて固定する方法が好ましく、具体的には、例えば、Agペーストなどの金属ペーストを用いて接着する方法、導電性両面テープを用いて粘着固定する方法などが挙げられる。
≪カーボンナノチューブ集合体≫
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体は、下記のような2つの好ましい実施形態を採り得る。
<第1の好ましい実施形態>
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の好ましい実施形態の1つ(以下、第1の好ましい実施形態と称することがある)は、複数のカーボンナノチューブを備え、該カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が10層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が25%以下である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の分布幅は10層以上であり、好ましくは10層〜30層であり、より好ましくは10層〜25層であり、さらに好ましくは10層〜20層である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の「分布幅」とは、カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数との差をいう。
カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
上記カーボンナノチューブの層数、層数分布は、任意の適切な装置によって測定すれば良い。好ましくは、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過電子顕微鏡(TEM)によって測定される。例えば、カーボンナノチューブ集合体から少なくとも10本、好ましくは20本以上のカーボンナノチューブを取り出してSEMあるいはTEMによって測定し、層数および層数分布を評価すれば良い。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数は、好ましくは5層〜30層であり、より好ましくは10層〜30層であり、さらに好ましくは15層〜30層であり、特に好ましくは15層〜25層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最小層数は、好ましくは1層〜10層であり、より好ましくは1層〜5層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは一層優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは一層優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
上記層数分布の最頻値の相対頻度は、25%以下であり、好ましくは1%〜25%であり、より好ましくは5%〜25%であり、さらに好ましくは10%〜25%であり、特に好ましくは15%〜25%である。上記層数分布の最頻値の相対頻度が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
上記層数分布の最頻値は、好ましくは層数2層から層数10層に存在し、さらに好ましくは層数3層から層数10層に存在する。上記層数分布の最頻値が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
<第2の好ましい実施形態>
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の好ましい実施形態の別の1つ(以下、第2の好ましい実施形態と称することがある)は、複数のカーボンナノチューブを備え、該カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数10層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が30%以上である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の分布幅は、好ましくは9層以下であり、より好ましくは1層〜9層であり、さらに好ましくは2層〜8層であり、特に好ましくは3層〜8層である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の「分布幅」とは、カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数との差をいう。
カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
上記カーボンナノチューブの層数、層数分布は、任意の適切な装置によって測定すれば良い。好ましくは、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過電子顕微鏡(TEM)によって測定される。例えば、カーボンナノチューブ集合体から少なくとも10本、好ましくは20本以上のカーボンナノチューブを取り出してSEMあるいはTEMによって測定し、層数および層数分布を評価すれば良い。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数は、好ましくは1層〜20層であり、より好ましくは2層〜15層であり、さらに好ましくは3層〜10層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最小層数は、好ましくは1層〜10層であり、より好ましくは1層〜5層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは一層優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは一層優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
上記層数分布の最頻値の相対頻度は、30%以上であり、好ましくは30%〜100%であり、より好ましくは30%〜90%であり、さらに好ましくは30%〜80%であり、特に好ましくは30%〜70%である。上記層数分布の最頻値の相対頻度が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
上記層数分布の最頻値は、層数10層以下に存在し、好ましくは層数1層から層数10層に存在し、より好ましくは層数2層から層数8層に存在し、さらに好ましくは層数2層から層数6層に存在する。本発明において、上記層数分布の最頻値が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
≪カーボンナノチューブ集合体の製造方法≫
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の製造方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の製造方法としては、例えば、平滑な基板の上に触媒層を構成し、熱、プラズマなどにより触媒を活性化させた状態で炭素源を充填し、カーボンナノチューブを成長させる、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD法)によって、基板からほぼ垂直に配向したカーボンナノチューブ集合体を製造する方法が挙げられる。この場合、例えば、基板を取り除けば、長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体が得られる。
上記基板としては、任意の適切な基板を採用し得る。例えば、平滑性を有し、カーボンナノチューブの製造に耐え得る高温耐熱性を有する材料が挙げられる。このような材料としては、例えば、石英ガラス、シリコン(シリコンウェハなど)、アルミニウムなどの金属板などが挙げられる。上記基板は、そのまま、本発明の粒子吸着プローブが含み得る軸状基材として用いることができる。
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体を製造するための装置としては、任意の適切な装置を採用し得る。例えば、熱CVD装置としては、図3に示すような、筒型の反応容器を抵抗加熱式の電気管状炉で囲んで構成されたホットウォール型などが挙げられる。その場合、反応容器としては、例えば、耐熱性の石英管などが好ましく用いられる。
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒(触媒層の材料)としては、任意の適切な触媒を用い得る。例えば、鉄、コバルト、ニッケル、金、白金、銀、銅などの金属触媒が挙げられる。
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体を製造する際、必要に応じて、基板と触媒層の中間にアルミナ/親水性膜を設けても良い。
アルミナ/親水性膜の作製方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、基板の上にSiO膜を作製し、Alを蒸着後、450℃まで昇温して酸化させることにより得られる。このような作製方法によれば、Alが親水性のSiO膜と相互作用し、Alを直接蒸着したものよりも粒子径の異なるAl面が形成される。基板の上に、親水性膜を作製することを行わずに、Alを蒸着後に450℃まで昇温して酸化させても、粒子径の異なるAl面が形成され難いおそれがある。また、基板の上に、親水性膜を作製し、Alを直接蒸着しても、粒子径の異なるAl面が形成され難いおそれがある。
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒層の厚みは、微粒子を形成させるため、好ましくは0.01nm〜20nmであり、より好ましくは0.1nm〜10nmである。本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒層の厚みが上記範囲内にあることによって、該カーボンナノチューブ集合体は優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブ集合体は優れた粘着特性を示し得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた粒子吸着プローブは、粒子をピックアップする際に物理的応力を加える必要がなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子をより選択的にピックアップでき、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができる。
触媒層の形成方法は、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、金属触媒をEB(電子ビーム)、スパッタなどにより蒸着する方法、金属触媒微粒子の懸濁液を基板上に塗布する方法などが挙げられる。
触媒層は、その形成後に、フォトリソグラフィ加工によって、任意の適切な直径のパターンに加工しても良い。このようなフォトリソグラフィ加工により、最終的に、所望の直径を有するカーボンナノチューブ集合体を製造することができる。
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る炭素源としては、任意の適切な炭素源を用い得る。例えば、メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素;メタノール、エタノールなどのアルコール;などが挙げられる。
本発明の粒子吸着プローブが有するカーボンナノチューブ集合体の製造における製造温度としては、任意の適切な温度を採用し得る。たとえば、本発明の効果を十分に発現し得る触媒粒子を形成させるため、好ましくは400℃〜1000℃であり、より好ましくは500℃〜900℃であり、さらに好ましくは600℃〜800℃である。
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各種評価や測定は、以下の方法により行った。
<カーボンナノチューブ集合体の長さおよび直径の測定>
カーボンナノチューブ集合体の長さおよび直径は、走査型電子顕微鏡(SEM)によって測定した。
<カーボンナノチューブ集合体におけるカーボンナノチューブの層数・層数分布の評価>
カーボンナノチューブ集合体におけるカーボンナノチューブの層数および層数分布は、走査型電子顕微鏡(SEM)および/または透過電子顕微鏡(TEM)によって測定した。得られたカーボンナノチューブ集合体の中から少なくとも10本以上、好ましくは20本以上のカーボンナノチューブをSEMおよび/またはTEMにより観察し、各カーボンナノチューブの層数を調べ、層数分布を作成した。
<プローブ試験>
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、カーボンナノチューブ集合体を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
得られた粒子吸着プローブを、サンプリング機器のアクシスプロ((株)マイクロサポート製)に固定し、下記に示す種々の粒径のガラスビーズ(フジガラスビーズ((株)不二製作所製))に接触させ、応力をかけずに、粒子の吸着状態を調べ、粒子が吸着された場合を○、粒子が吸着されていない場合を×とした。
FGB−1500:粒径20μm以下
FGB−1000:粒径30μm以下
FGB− 320:粒径38μm−53μm
FGB− 120:粒径125μm−150μm
FGB− 60:粒径250μm−355μm
[実施例1]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、Al薄膜(厚み5nm)を形成した。このAl薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み0.35nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径30μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、0.5分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(1)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(1)の長さは10μmであり、直径は30μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(1)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は1層に存在し、相対頻度は61%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(1)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例2]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み1nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径20μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、2.5分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(2)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(2)の長さは30μmであり、直径は20μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(2)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は2層に存在し、相対頻度は75%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(2)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例3]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み1nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径60μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、2.5分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(3)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(3)の長さは30μmであり、直径は60μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(3)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は2層に存在し、相対頻度は75%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(3)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
また、得られた粒子吸着プローブに粒子が吸着された状態を示す走査型電子顕微鏡(SEM)の写真図による写真図を図4に示した。
[実施例4]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み1nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径150μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、2.5分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(4)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(4)の長さは30μmであり、直径は150μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(4)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は2層に存在し、相対頻度は75%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(4)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例5]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み2nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径20μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、4分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(5)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(5)の長さは50μmであり、直径は20μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(5)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は3層に存在し、相対頻度は72%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(5)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例6]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み2nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径60μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、4分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(6)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(6)の長さは50μmであり、直径は60μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(6)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は3層に存在し、相対頻度は72%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(6)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例7]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み2nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径150μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、4分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(7)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(7)の長さは50μmであり、直径は150μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(7)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は3層に存在し、相対頻度は72%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(7)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例8]
シリコン基板(KST製、熱酸化膜付ウェハ、厚み1000μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE−4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜(厚み10nm)を形成した後、450℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜を形成した。このAl膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み2nm)を蒸着させて触媒層を形成した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径200μmにパターン化した。
次に、得られた触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、20分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(8)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(8)の長さは400μmであり、直径は200μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(8)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、層数分布の分布幅は17層(4層〜20層)であり、最頻値は4層と8層に存在し、相対頻度はそれぞれ20%と20%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(8)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例9]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、Al薄膜(厚み5nm)を形成した。このAl薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み0.35nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径10μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、0.5分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(9)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(9)の長さは10μmであり、直径は10μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(9)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は1層に存在し、相対頻度は61%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(9)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例10]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み1nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径10μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、2.5分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(10)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(10)の長さは30μmであり、直径は10μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(10)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は2層に存在し、相対頻度は75%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(10)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[実施例11]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、アルミナ薄膜(厚み20nm)を形成した。このアルミナ薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み2nm)を蒸着した。その後、フォトリソグラフィ加工により、直径10μmにパターン化した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、4分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(11)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(11)の長さは50μmであり、直径は10μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(11)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は3層に存在し、相対頻度は72%であった。
タングステン針(直径0.7mm)の平滑断面に、銀ペースト(ドータイトD362、藤倉化成(株)製)を用いて、得られたカーボンナノチューブ集合体(11)を接着し、粒子吸着プローブを作成した。
評価結果を表1に示す。
[比較例1]
タングステンプローブ(TP−010、(株)マイクロサポート製)を粒子吸着プローブとして用い、評価を行った。
評価結果を表1に示す。
[比較例2]
タングステンプローブ(TP−030、(株)マイクロサポート製)を粒子吸着プローブとして用い、評価を行った。
評価結果を表1に示す。
表1に示すように、実施例で得られた粒子吸着プローブにおいては、粒子をピックアップする際に物理的応力を加えることなく、粒子のピックアップにあたって異物表面を汚染することなく、粒径分布の広い粒子群から特定の粒径の粒子を選択的にピックアップできることが判る。
[実施例12]
実施例3で得られた粒子吸着プローブは、粒子のピックアップ後に、そのまま分析装置内において図4の走査型電子顕微鏡(SEM)の写真図に示す状態を維持することができた。
このことにより、実施例で得られた粒子吸着プローブは、粒子のピックアップ後にそのまま分析装置内で分析評価を行うことができることが判った。
本発明の粒子吸着プローブは、例えば、分析用途などにおいて、分析対象物の表面に点在する微細粒子をピックアップして分析装置内に運び込んで分析評価するため等に好適に用いられる。
1000 粒子吸着プローブ
100 カーボンナノチューブ集合体
10 カーボンナノチューブ
10a カーボンナノチューブの片端
20 軸状基材
20a 軸状基材の断面側表面

Claims (5)

  1. 複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を有し、
    該カーボンナノチューブ集合体の直径が、10μm〜2000μmである、
    粒子吸着プローブ。
  2. 軸状基材上に前記カーボンナノチューブ集合体が設けられている、請求項1に記載の粒子吸着プローブ。
  3. 前記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が10層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が25%以下である、請求項1または2に記載の粒子吸着プローブ。
  4. 前記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数10層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が30%以上である、請求項1または2に記載の粒子吸着プローブ。
  5. 直径200μm以下の粒子を選択的に吸着する、請求項1から4までのいずれかに記載の粒子吸着プローブ。
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