カンチレバー製造方法
【課題】より細くかつ耐久性の高い探針を備えるカンチレバーを製造することができるカンチレバー製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】板状の梁部と、梁部の一方の端部を支持する支持部と、梁部の支持部に支持されている側とは反対側の端部に配置された探針とで構成され、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法であって、試料からバルクを切り出すバルク切り出し工程と、バルクを梁部に接合させる接合工程と、バルクに収束イオンビームを照射し、探針の針部を作成する針部加工工程と、を有することで上記課題を解決する。
【解決手段】板状の梁部と、梁部の一方の端部を支持する支持部と、梁部の支持部に支持されている側とは反対側の端部に配置された探針とで構成され、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法であって、試料からバルクを切り出すバルク切り出し工程と、バルクを梁部に接合させる接合工程と、バルクに収束イオンビームを照射し、探針の針部を作成する針部加工工程と、を有することで上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope、ＳＰＭ）では、測定対象の物性、形状等を測定、観察するために、先端に探針（プローブ）が形成されたカンチレバーを用いる。このカンチレバーとしては、例えば、特許文献１に集束イオンビーム装置の真空チャンバー内でイオンビームによって有機ガスを分解させ、分解した堆積物によって堅固な円柱状のチップを形成させた、つまり、いわゆるＦＩＢ（Focused Ion-Beam）を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、探針が先端に形成されたカンチレバーが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope、ＳＰＭ）では、測定対象物を観察するために、カンチレバーの探針の先端を測定対象物に接触させる。また、より微小な観察を行うためには、カンチレバーの探針をより細くする必要がある。しかしながら、特許文献１に記載のカンチレバーでは、探針の径が小さいものでも数１０μｍ程度であり、空間分解能が低く、観察できる対象に限界がある。また、特許文献１に記載されたＦＩＢを用いたＣＶＤにより、膜を成長させて探針を作成する方法では、作成できる探針のサイズに限界があった。また、作製しても、探針が一方向に伸びた形状とならず、湾曲した形状になりやすいため、使用に耐えるカンチレバーとすることは困難である。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より細くかつ耐久性の高い探針を備えるカンチレバーを製造することができるカンチレバー製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、板状の梁部と、前記梁部の一方の端部を支持する支持部と、前記梁部の前記支持部に支持されている側とは反対側の端部に配置された探針とで構成され、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法であって、試料からバルクを切り出すバルク切り出し工程と、前記バルクを梁部に接合させる接合工程と、前記バルクに収束イオンビームを照射し、探針の針部を作成する針部加工工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、より細くかつ耐久性の高い探針を備えるカンチレバーを製造することができる。
【０００８】
さらに、収束イオンビームにより前記バルクの一部を削り、前記バルクに突起部と、該突起部を支持する基部に成形するバルク加工工程を有し、前記針部加工工程は、前記収束イオンビームを、前記突起部の周囲にドーナッツ状に走査させて、前記突起部を削り、前記針部を作成することが好ましい。
【０００９】
これにより、より簡単な加工で、探針の針部をより細くすることができる。
【００１０】
前記針部加工工程は、前記基部の前記針部の外周に溝部を形成することが好ましい。これにより、探針の耐久性をより高くすることができる。
【００１１】
さらに、前記バルク加工工程の後に、前記梁部、前記突起部及び前記基部に導電膜を形成する導電膜形成工程を有し、前記針部加工工程は、導電膜が形成された前記突起部を加工することが好ましい。これにより、針部以外の部分に導電膜を形成することができ、針部を細く維持したまま、基部と導電膜を導通させることができる。
【００１２】
また、前記試料は、導電性材料であることが好ましい。これにより、針部に導電膜を形成しなくとも、針部と導電膜とを導通させることができる。
【００１３】
また、前記バルク切り出し工程は、収束イオンビームマイクロサンプリング法で試料からバルクを切り出すことが好ましい。これにより、バルクをより簡単、かつ、正確に切り出すことができる。
【００１４】
さらに、前記接合工程の前に、前記梁部の前記バルクとの接触位置となる部分を収束イオンビームにより削ることで作成する梁部加工工程を有することが好ましい。これにより、バルクと梁部とを適切に接合させることができる。
【００１５】
また、前記梁部は、板部と、前記バルクとの接触部に配置されて、前記板部の平面から突出した土台部とを有することが好ましい。土台部を設けることで、バルクと梁との位置合わせを簡単にすることができる。
【００１６】
また、前記梁部加工工程は、前記土台部の前記バルクとの接触位置となる部分を、前記板部の面積が最も広い面に対して所定角度傾斜した面とすることが好ましい。これにより、針部が梁部に対して突出した形状のカンチレバーを簡単に作成することが可能となる。
【００１７】
また、前記針部加工工程は、前記バルクと前記梁部との接触面に対して直交する方向に伸びた前記針部を作成することが好ましい。これにより、探針の耐久性を高くすることができる。
【００１８】
また、前記試料は、多結晶体であることが好ましい。これにより、探針の耐久性を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかるカンチレバー製造方法は、先端部の形状がより精細な探針を有するカンチレバーを製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の製造方法で製造したカンチレバーの一実施形態の概略構成を示す正面図である。
【図２−１】図２−１は、図１に示すカンチレバーの探針の形状を模式的に示す斜視図である。
【図２−２】図２−２は、図２−１に示す探針の断面図である。
【図２−３】図２−３は、図２−１に示す探針の一部を拡大した拡大側面図である。
【図３】図３は、カンチレバーを用いた測定の一例を説明するための説明図である。
【図４】図４は、カンチレバーを用いた測定の一例を説明するための説明図である。
【図５】図５は、カンチレバーの製造方法の一例を示すフロー図である。
【図６−１】図６−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図６−２】図６−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図６−３】図６−３は、カンチレバーの製造方法を説明するための側面図である。
【図６−４】図６−４は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図７−１】図７−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図７−２】図７−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図７−３】図７−３は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図７−４】図７−４は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図８−１】図８−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図８−２】図８−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図８−３】図８−３は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図９−１】図９−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図９−２】図９−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図１０−１】図１０−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図１０−２】図１０−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２２】
（実施形態）
図１は、本発明の製造方法で製造したカンチレバーの一実施形態の概略構成を示す正面図である。まず、本発明のカンチレバー製造方法で製造されるカンチレバーの一実施形態の概略構成について説明する。図１に示すカンチレバー１０は、支持部１２と、梁部１３と、探針１８とを有する。カンチレバー１０は、支持部１２により梁部１３の一方の端部が支持され、さらに、梁部１３の支持部１２に支持されている端部とは反対側の端部に測定対象と接触（または対面）する探針１８が設けられた構成である。カンチレバー１０は、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope、ＳＰＭ）のカンチレバーとして用いられる。
【００２３】
支持部１２は、梁部１３を支持しており、一定以上の剛性を有する部材で形成されている。支持部１２は、梁部１３に外力が加わっても実質的に変形せず、かつ、実質的に変位しない。
【００２４】
梁部１３は、板部１４と、土台１６とで構成された、いわゆる片持ち梁である。板部１４は、最も面積が大きい面（厚さ方向に垂直な面）の長手方向の一方の端部が支持部１２に支持されており、他方の端部に外力が加わると厚さ方向に撓む向きで配置されている。また、板部１４は、カンチレバーとしての使用時に、最も面積が大きい面が測定対象と向かい合うように配置される。
【００２５】
土台１６は、板部１４の表面において、面積が最も大きい面であり、かつ、測定領域と対向する側の面の、板部１４の支持部１２に支持された端部とは反対側の端部に配置された部材である。また、土台１６は、板部１４と一体で形成されている。土台１６は、３つの矩形面と２つの直角三角形とで構成された多面体であり、１つの矩形面（第１面）が板部１４と接しており、第１面とは異なる矩形面（第２面）が探針１８と接している。また、土台１６は、第１面と第２面とがなす角９０度以下で接しており、その接触している辺に垂直な断面の形状が三角形となる形状である。土台１６は、第１面と第２面との接線が、支持体１２から最も遠い位置となる向きで、板部１４に固定されている。
【００２６】
なお、板部１４と土台１６とは、例えばＳｉなどの同じ材料で作製されている。また、板部１４と、土台１６とは本実施形態のように一体で作製しても別々の部材を接合することで作製してもよい。また、本実施形態では、後述する観察しやすくできるという効果を得ることができるため、土台１６を設けたが、土台１６は必ずしも設けなくてもよい。
【００２７】
次に、図１、図２−１から図２−３を用いて探針１８について説明する。ここで、図２−１は、図１に示すカンチレバーの探針の形状を模式的に示す斜視図であり、図２−２は、図２−１に示す探針の断面図であり、図２−３は、図２−１に示す探針の一部を拡大した側面図である。探針１８は、図１、図２−１から図２−３に示すように、基部１９と、針部２０と、を有する。また、探針１８は、多結晶体で作製されている。つまり、基部１９と針部２０とは、１つの多結晶体で一体成形されている。また、探針１８が結晶体で作製されるため、針部２０は、図２−３に示すように、複数の結晶粒２１で構成されている。また、針部２０の先端の結晶粒２１は、最先端の径ｄ１よりも粒径が大きい。
【００２８】
基部１９は、土台１６と連結され、土台１６と連結されている面とは反対側の面に針部２０が配置されている。また、基部１９は、針部２０と連結している部分の周囲には、針部２０を囲うように溝部２２が形成されている。つまり、基部１９は、土台１６と連結されている面とは反対側の面に凹部が形成され、その略中央に針部２０が配置されている。
【００２９】
針部２０は、基部１９の土台１６と連結されている面とは反対側の面に配置され、第２面に垂直な方向に伸びた細長い部材である。また、針部２０は、板部１４の面積が最も広い面の長手方向において、先端（基部１９に保持されている端部とは反対側の端部）が、板部１４よりも支持部１２から離れる側に突出している。
【００３０】
次に、カンチレバー１０を用いた測定方法の一例について説明する。ここで、図３及び図４は、それぞれカンチレバーを用いた測定の一例を説明するための説明図である。まず、測定準備として、図３に示すように、梁部１３の板部を、観察方向に対して直交する向きに配置する。その後、観察視野内で、針部２０の位置を確認しつつ、針部２０と測定領域との関係を観察し、測定対象の測定位置まで、針部２０または測定対象を移動させる。
【００３１】
測定位置が特定されたら、針部２０が測定対象の面３０に垂直となるように、梁部１３を傾斜させ、さらに、測定対象の面３０に針部２０の先端を接触させて、測定を開始する。また、測定では、測定対象とカンチレバー１０とを相対的に移動させることで測定対象の表面形状を測定する。また、測定では、探針１８の針部２０と面３０との接触位置により、変化するカンチレバー１０の板部１４の変位（撓み）を変位センサで検出し、測定対象の面３０を観察する。ここで、測定の際に、針部２０を面３０に対して垂直にすることで、図４に示すように、測定対象の面３０に凹部３０ａがある場合でも、凹部３０ａの両方の端と針部２０とを接触させることができる。なお、カンチレバーを用いる測定は、これには限定されず、測定対象のパラメータに応じて、種々の方法で測定を行うことができる。例えば、上記測定方法では、測定対象と探針とを接触させるコンタクトモードでの計測としたが、測定対象と接触しないノンコンタクトモードでの測定にも用いることができる。
【００３２】
ここで、カンチレバー１０は、探針１８を多結晶体（特に本実施形態のように１つの太結晶体）で形成することで、探針１８を細くすることができ、かつ、耐久性も高くすることができる。このように、探針１８の針部２０の先端を細くできることで、より微細な凹凸や、小さい溝にも針部２０を進入させることができる。これにより、より高精度な測定を行うことができる。また、耐久性を高くできることで、交換等の手間を少なくすることができ、作業効率を高くすることができる。なお、上記効果を得ることができるため、探針１８は、多結晶体で作成することが好ましいが、アモルファスのような非晶質、単結晶体で製造することもできる。
【００３３】
また、探針１８の針部２０の外周に溝部２２が形成された構造、つまり、針部２０の基部１９側が基部１９に囲まれた形状とすることで、針部２０の耐久性をより高くすることができる。具体的には、針部２０を支持する部分を基部１９で囲うことができ、つまり、平坦な面に針部２０を設けた場合よりも、針部２０と基部１９との連結部をより強固にすることができる。また、針部２０がしなった場合に、しなった針部２０と基部１９の溝部２２の上部とが接触することになる。これにより、基部１９で針部２０を支持することができる。これにより針部２０を折れにくくすることができる。
【００３４】
ここで、探針１８の針部２０は、径と長さ方向のアスペクト比を１≦（長さ）／（径）≦５とすることが好ましい。これにより、より凹凸形状の大きい測定対象でも高い精度で計測することができる。また、探針１８の針部２０は、先端の径を１０ｎｍ以下とすることが好ましく、５ｎｍ以下とすることがより好ましい。これにより、より高精度な計測が可能となる。さらに、探針１８の基部１９は、溝の深さ（基部１９の表面から溝部２２の一番深い部分までの長さ）を、０．５μｍ以上とすることが好ましく、３μｍ以上とすることがより好ましい。また、溝の深さと、針の長さとの関係を、２≦（針の長さ）／（溝の深さ）≦９とすることが好ましい。これにより、カンチレバーの耐久性をより高くすることができる。また、針部の先端における多結晶体の結晶粒の粒径は、本実施形態の用に、最先端の径ｄ１（図２−３参照）より大きいことが望ましい。粒径を先端の径ｄ１より大きくすることで、結晶粒が針部から脱落することを抑制することができる。また、針部の先端は、単一の結晶粒からなること、つまり、先端部は、単一の結晶粒で構成することがより好ましい。このように、先端を単一の結晶粒で構成させることで、結晶粒の脱落をさらに抑制することができる。なお、最先端の径ｄ１は、例えば、針部を側面から撮影したＴＥＭ写真を用い、先端部を近似した円の直径から算出することができる。
【００３５】
なお、本実施形態のように探針を多結晶体で作製することで、上記範囲の形状で作製することができ、また、上記形状としても耐久性を維持することができる。
【００３６】
また、針部２０を土台１６の第２面（梁部１３の支持面）に対して垂直な方向に伸びる形状とすることで、耐久性をより高くすることができる。また、探針１８に基部１９を設け、基部１９の第１面が土台１６（梁部１３）と接している（接合している）ことで、探針１８と梁部１３とをより強く接合させることができる。これにより、探針１８が梁部１３から外れること可能性をより少なくすることができる。
【００３７】
また、本実施形態のように、梁部１３に土台１６を設け、板部１４に対して斜め方向（板部１４の厚さ方向に対して所定角度傾斜した方向）に探針１８を配置させることで、測定をよりやりやすくすることができる。具体的には、針部２０の一部を板部１４から突出させることができ、針部２０の位置を確認しやすくすることができる。また、装置構成上、梁部１３の板部１４を測定対象の面に対して傾斜させる必要がある場合でも、針部２０を測定対象の面に対して直交させることができる。これにより、より高い精度で計測することができる。なお、上記効果を得ることができるため、梁部１３には、土台１６を設けることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、土台１６を設けない構成としてもよい。また、板部１４の端部を傾斜面として、その傾斜面に探針１８を設けるようにしてもよい。
【００３８】
ここで、梁部１３と探針１８とは、同一の切断機構を用い、一方の部材の切り取られる部分の配置位置に他方の部材を配置して切断を行い、接触面を形成し、その接触面同士を接続させることが好ましい。このように、同一の切断機構で切断することで、梁部１３と探針１８とをより好適に接合させることができる。また、同一の切断機構で切断することで、切断面の形状を揃えることができ、ずれを抑制することができる。
【００３９】
ここで、探針１８は、多結晶体であればよく、種々の材料を用いることができる。具体的には、使用する用途に応じて、導電性材料、磁性体材料、絶縁材料等で作製すればよい。
【００４０】
例えば、探針１８を導電性材料で作製する場合は、タングステン、白金、金、白金イリジウム、銀等で作製することが好ましい。また、探針１８を磁性体材料で作製する場合は、ＦｅＰｔ、フェライト、パーマロイ等で作製することが好ましい。探針１８を絶縁材料で作製する場合は、ダイヤモンド等で作製することが好ましい。
【００４１】
なお、探針１８を導電性材料で形成する場合、カンチレバー１０は、針部２０以外の領域に導電膜を形成することが好ましい。これにより、針部２０と支持部１２とを導通させることができる。また、探針１８の針部２０には、膜を形成しないため、針部２０の先端径を小さくすることができる。また、探針１８の基部１９と針部２０とを一体に形成することで、基部１９と他の部分を導電膜で導通させれば、針部２０と他の部分とを導通させることができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、土台の板部と接する第１面と探針と接する第２面とを直接接触する形状としたが、他の面を介して隣接する形状としてもよい。つまり、第１面と第２面との間に第３面がある形状としてもよい。
【００４３】
次に、本発明のカンチレバーの製造方法について説明する。ここで、図５は、カンチレバーの製造方法の一例を示すフロー図である。なお、カンチレバーは、集束イオンビーム（ＦＩＢ、Focused Ion Beam）により材料を加工する加工装置を用いて製造する。まず、準備として、梁部１３を作製するための材料と、探針１８を作製するための材料を装置に入れる。その後、加工装置を加工可能な状態とし、加工を開始する。なお、以下の工程では、基本的に加工装置により加工が行われる。まず、ステップＳ１２として、試料からバルク（小片、試験片）を切り出す。つまり、多結晶体の塊（試料）から探針１８の元になる大きさのバルクを切り出す。その後、ステップＳ１２でバルクを切り出したら、ステップＳ１４として、梁部を作製する。次に、ステップＳ１６として、ステップＳ１２で作製したバルクと、ステップＳ１４で作製した梁とを接着させる。ステップＳ１６でバルクと梁を接着させたら、ステップＳ１８として、バルクを加工して突起を形成する。さらに、ステップＳ１８で突起を形成したら、ステップＳ２０として、導電膜を形成する。次に、ステップＳ２０で導電膜を形成したら、ステップＳ２２として、突起に先鋭化処理を行う。以上の工程でカンチレバーを製造する。
【００４４】
以下、各工程について詳細に説明する。まず、図６−１から図６−４を用いてステップＳ１２について、説明する。図６−１から図６−４は、カンチレバーの製造方法を説明するための図であり、図６−１、図６−２、図６−４は、斜視図であり、図６−３は、側面図である。
【００４５】
まず、加工装置内には、図６−１に示すように試料５０が配置されている。この試料５０からＦＩＢマイクロサンプリング法を用いて、必要な大きさのバルクを切り出す。具体的には、試料５０のうち、切り出す部分の外周をイオンビームで削り、図６−２に示すように、外周が溝となった柱部材５２を作製する。
【００４６】
その後、図６−３に示すように、柱部材５２の端面をマニピュレータ５５により保持した後、柱部材５２と、試料（その他の部分）５４とが繋がっている部分をイオンビームにより、切り取る。なお、柱部材５２を切り取る際には、試料５４を所定角度傾けることで、柱部材５２と、試料５４とが繋がっている部分をイオンビーム照射位置に配置する。
【００４７】
柱部材５２を試料５４から切り取りバルク５６を作製したら、図６−４に示すように、切り取ったバルク５６をマニピュレータ５５により、移動させる。なお、このバルク５６は、切り取り時にイオンビームの照射方向に対して、切断面が傾斜している（０度より大きく９０度未満）となっているため、バルク５６の切断面は、対向する面に対して傾斜している。
【００４８】
次に、図７−１から図７−４を用いてステップＳ１４について、説明する。図７−１から図７−４は、それぞれカンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。まず、本実施形態では、梁部１３を作製するための材料として、図７−１に示すように、板部６０と土台６２とが接合された部材を準備する。この準備した、板部６０と土台６２を図７−２に示すように、所定角度傾斜させた状態で、土台６２の先端部に対してイオンビームを照射する。なお、この時の傾き角度は、上述したバルク５６の切り出し時の試料５４の傾き角と同じ角度とする。
【００４９】
このように、土台６２に対して、イオンビームを照射し、土台６２の一部を削ることで、図７−３に示すように、一部が削られた土台６２ａを形成する。なお、図７−３に示す例では、土台６２ａの断面が四角形となる形状としたが、削る量を調整することで上述した実施形態と同様に断面を三角形とすることができる。その後、図７−４に示すように、板部６０の表面（面積が最も大きい面）がイオンビームの照射方向に直交する向きに板部６０を回転させる。なお、ステップＳ１２の工程とステップＳ１４の工程を逆にしてもよい。
【００５０】
次に、図８−１から図８−３を用いて、ステップＳ１６を説明する。図８−１から図８−３は、それぞれカンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。まず、図８−１に示すように、マニピュレータ５５によりバルク５６を土台６２ａと接触する位置まで移動させる。なお、バルク５６と、土台６２ａとは、イオンビームにより削れられた面同士が接触する。また、バルク５６と、土台６２ａとは、イオンビームが入射した端部同士（つまり加工時にイオンビームの出射部に近かった端部）が接し、イオンビームが出射した端部同士が接するように接触される。なお、本実施形態では、イオンビームが出射した端部同士が接するようにしたが、取り付ける向きは、逆でもよい。つまり、イオンビームが入射した端部と、イオンビームが出射した端部とを接するように接触させてもよい。
【００５１】
次に、バルク５６、板部６０、土台６２ａを一体で回転（移動）させて、バルク５６と土台６２ａとの接触部のうち、板部６０の土台６２ａがない端部側の面をイオンビームの照射部に対面させる。つまり、バルク５６、板部６０、土台６２ａを該当する面にイオンビームが照射される向きとする。その後、タングステンガスを用いたＦＩＢ−ＣＶＤ（Focused Ion-Beam Assisted Chemical Vapor Deposition）法により、図８−２に示すように、バルク５６と土台６２ａとの接触部に接着部７０を形成する。なお、接着部７０は、タングステンの蒸着膜である。
【００５２】
その後、バルク５６、板部６０、土台６２ａを一体で回転（移動）させて、バルク５６と土台６２ａとの接触部のうち、板部６０の土台６２ａがある端部側の面、つまり、図８−２で接着部７０を形成した面と反対側の面をイオンビームの照射部に対面させる。その後、同様に、タングステンガスを用いたＦＩＢ−ＣＶＤ（Focused Ion-Beam Assisted Chemical Vapor Deposition）法により、図８−３に示すように、バルク５６と土台６２ａとの接触部に接着部７２を形成する。このように、接着部７０、７２を用いて、土台６２ａとバルク５６とを接着する。
【００５３】
次に、図９−１及び図９−２を用いてステップＳ１８、ステップＳ２０について、説明する。ここで、図９−１及び、図９−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。なお、図９−１は、ステップＳ１８の処理を示し、図９−２は、ステップＳ２０の処理を示す。まず、加工装置は、バルク５６をＦＩＢにより削り、図９−１に示すように細長い突起７６を有する形状のバルク５６ａとする。なお、突起７６は、バルク５６の土台６２ａに保持されている面とは反対側の面からイオンビームを照射し、中心を残して、周りを削ることで、作製することができる。また、バルク５６ａは、土台６２ａ側の一部はそのまま残り、基部となる。
【００５４】
次に、図９−１で突起７６を形成した後、加工対象の部材（梁部と探針になる部材）を、ＦＩＢ加工を行う加工装置から取り出し、膜を形成する装置（蒸着装置や、塗布装置）に移動させる。その後、膜を形成する装置により、図９−２に示すように、バルク５６ａ、土台６２ａ、板部６０に導電性材料の膜（つまり、導電膜７４）を形成する。なお、導電性膜として、プラチナ（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）等、種々の導電性の材料を用いることができる。また、導電膜７４の形成方法は特に限定されないが、例えばＣＶＤ等で形成することができる。
【００５５】
次に、図１０−１及び図１０−２を用いて、ステップＳ２２について説明する。ここで、図１０−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図であり、図１０−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための断面図である。まず、導電膜を形成したら、再び、ＦＩＢ加工を行う加工装置に加工対象を移動させる。その後、図１０−１に示すように、突起７６を有するバルク５６ａに対して、突起７６の外周を囲うように、イオンビームをドーナッツ状（つまりリング状）に走査させる。これにより、細長い突起７６の外周を削り、さらに細長い形状とし、図１０−２に示すように、針部８０を形成する。また、イオンビームをドーナッツ状に走査させることで、バルク５６ａの基部８２の一部も削り、溝部８４を形成する。これにより、先鋭な針部８０と、針部８０の外周に溝部８４が形成され、かつ針部８０を支持する基部８２で構成される探針を製造する。以上のようにして、カンチレバーを製造することができる。
【００５６】
以上のように、試料から切り出したバルクを梁部に接合した後、ＦＩＢにより加工することで、より細い針部を有する探針を作製することができる。これにより、より高精度の計測に用いることができるカンチレバーを作製することができる。より具体的には、ＣＶＤ等を用いて、蒸着、結晶成長により針部を形成した場合よりも、径が小さく、アスペクト比が高く（細長く）、強度が高い針部を作成することができる。また、試料から切り出したバルクを用いることで、試料を選別する必要がなく、かつ、結晶方向等を検出して加工する必要も無くなるため、加工を容易にすることができる。また、バルクの状態で針部に接合することで、細い針状部材を移動させる必要がなく、かつ、接合させる必要もなくなる。これによっても、加工をより容易にすることができる。
【００５７】
また、一旦突起を形成した後、ドーナッツ状にさらにＦＩＢ加工を行うことで、針部を先鋭化することでき、かつ溝部を形成することができる。なお、上記効果を得ることができるため、溝部を形成することが好ましいが、必要に応じて、基部の溝以外の部分を削り、溝部が無い形状としても良い。
【００５８】
さらに、バルクとして導電性材料を用いた場合は、突起を形成した後、導電膜を形成することで、針部と基部と導電膜とを導通させることができる。また、導電膜を形成した後、ドーナッツ状にＦＩＢ加工を行うことで、針部の導電膜を除去することができ、針部をより先鋭化することができる。また、針部と基部、基部と導電膜とが導通しているため、導通を維持することができる。なお、バルク、試料の原料は、導電性材料に特に限定されない。例えば、磁性体材料、絶縁材料等種々の材料を用いることができる。なお、上述したように、探針の耐久性を高くすることができるため、本実施形態のように、バルクは、多結晶体とすることが好ましいが、本発明はこれにも限定されない。単結晶や、アモルファスの試料も用いることができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では切断面の角度の関係で、針部の突出量が図１よりも小さくなったが、土台の切断面の角度と、バルクの切断面の角度とを調整することで、板部に対するバルクの傾斜角を調整することができる。これにより、板部の長手方向において、板部に対して針部が突出した形状とすることができる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、バルクを直方体の柱形状としたが、本発明はこれに限定されず、種々の形状とすることができる。例えばＬ字形状としてもよい。バルクの切り出し形状を変更することで、針部の元となる突起部を、より効率よく、かつ、長い形状で作製することができる。
【００６１】
また、土台とバルクとをより好適に接続させることができるため、上記実施形態のように切断面を考慮して土台とバルクと接触させることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。例えば、切断していない土台にバルクを接続してもよい。また、土台は必ずしも設けなくてもよい。例えば板状部材の一部を切断して、その切断面とバルクとを接続させるようにしてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、接着部によりバルクと土台とを接合させたが、接合方法は特に限定されない。例えば、接触面を溶解させて両者を接合してもよい。また、圧着により接合させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明にかかるカンチレバー製造方法は、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法として有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ カンチレバー
１２ 支持部
１３ 梁部（レバー）
１４ 板部
１６ 土台
１８ 探針
１９、８２ 基部
２０、８０ 針部
２２、８４ 溝部
３０ 面
３０ａ 凹部
５０、５４ 試料
５２ 柱部材
５５ マニピュレータ
５６、５６ａ バルク
６０ 板部
６２、６２ａ 土台
７０、７２ 接着部
７４ 導電膜
７６ 突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope、ＳＰＭ）では、測定対象の物性、形状等を測定、観察するために、先端に探針（プローブ）が形成されたカンチレバーを用いる。このカンチレバーとしては、例えば、特許文献１に集束イオンビーム装置の真空チャンバー内でイオンビームによって有機ガスを分解させ、分解した堆積物によって堅固な円柱状のチップを形成させた、つまり、いわゆるＦＩＢ（Focused Ion-Beam）を用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、探針が先端に形成されたカンチレバーが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope、ＳＰＭ）では、測定対象物を観察するために、カンチレバーの探針の先端を測定対象物に接触させる。また、より微小な観察を行うためには、カンチレバーの探針をより細くする必要がある。しかしながら、特許文献１に記載のカンチレバーでは、探針の径が小さいものでも数１０μｍ程度であり、空間分解能が低く、観察できる対象に限界がある。また、特許文献１に記載されたＦＩＢを用いたＣＶＤにより、膜を成長させて探針を作成する方法では、作成できる探針のサイズに限界があった。また、作製しても、探針が一方向に伸びた形状とならず、湾曲した形状になりやすいため、使用に耐えるカンチレバーとすることは困難である。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より細くかつ耐久性の高い探針を備えるカンチレバーを製造することができるカンチレバー製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、板状の梁部と、前記梁部の一方の端部を支持する支持部と、前記梁部の前記支持部に支持されている側とは反対側の端部に配置された探針とで構成され、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法であって、試料からバルクを切り出すバルク切り出し工程と、前記バルクを梁部に接合させる接合工程と、前記バルクに収束イオンビームを照射し、探針の針部を作成する針部加工工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、より細くかつ耐久性の高い探針を備えるカンチレバーを製造することができる。
【０００８】
さらに、収束イオンビームにより前記バルクの一部を削り、前記バルクに突起部と、該突起部を支持する基部に成形するバルク加工工程を有し、前記針部加工工程は、前記収束イオンビームを、前記突起部の周囲にドーナッツ状に走査させて、前記突起部を削り、前記針部を作成することが好ましい。
【０００９】
これにより、より簡単な加工で、探針の針部をより細くすることができる。
【００１０】
前記針部加工工程は、前記基部の前記針部の外周に溝部を形成することが好ましい。これにより、探針の耐久性をより高くすることができる。
【００１１】
さらに、前記バルク加工工程の後に、前記梁部、前記突起部及び前記基部に導電膜を形成する導電膜形成工程を有し、前記針部加工工程は、導電膜が形成された前記突起部を加工することが好ましい。これにより、針部以外の部分に導電膜を形成することができ、針部を細く維持したまま、基部と導電膜を導通させることができる。
【００１２】
また、前記試料は、導電性材料であることが好ましい。これにより、針部に導電膜を形成しなくとも、針部と導電膜とを導通させることができる。
【００１３】
また、前記バルク切り出し工程は、収束イオンビームマイクロサンプリング法で試料からバルクを切り出すことが好ましい。これにより、バルクをより簡単、かつ、正確に切り出すことができる。
【００１４】
さらに、前記接合工程の前に、前記梁部の前記バルクとの接触位置となる部分を収束イオンビームにより削ることで作成する梁部加工工程を有することが好ましい。これにより、バルクと梁部とを適切に接合させることができる。
【００１５】
また、前記梁部は、板部と、前記バルクとの接触部に配置されて、前記板部の平面から突出した土台部とを有することが好ましい。土台部を設けることで、バルクと梁との位置合わせを簡単にすることができる。
【００１６】
また、前記梁部加工工程は、前記土台部の前記バルクとの接触位置となる部分を、前記板部の面積が最も広い面に対して所定角度傾斜した面とすることが好ましい。これにより、針部が梁部に対して突出した形状のカンチレバーを簡単に作成することが可能となる。
【００１７】
また、前記針部加工工程は、前記バルクと前記梁部との接触面に対して直交する方向に伸びた前記針部を作成することが好ましい。これにより、探針の耐久性を高くすることができる。
【００１８】
また、前記試料は、多結晶体であることが好ましい。これにより、探針の耐久性を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかるカンチレバー製造方法は、先端部の形状がより精細な探針を有するカンチレバーを製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の製造方法で製造したカンチレバーの一実施形態の概略構成を示す正面図である。
【図２−１】図２−１は、図１に示すカンチレバーの探針の形状を模式的に示す斜視図である。
【図２−２】図２−２は、図２−１に示す探針の断面図である。
【図２−３】図２−３は、図２−１に示す探針の一部を拡大した拡大側面図である。
【図３】図３は、カンチレバーを用いた測定の一例を説明するための説明図である。
【図４】図４は、カンチレバーを用いた測定の一例を説明するための説明図である。
【図５】図５は、カンチレバーの製造方法の一例を示すフロー図である。
【図６−１】図６−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図６−２】図６−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図６−３】図６−３は、カンチレバーの製造方法を説明するための側面図である。
【図６−４】図６−４は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図７−１】図７−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図７−２】図７−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図７−３】図７−３は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図７−４】図７−４は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図８−１】図８−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図８−２】図８−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図８−３】図８−３は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図９−１】図９−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図９−２】図９−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。
【図１０−１】図１０−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図である。
【図１０−２】図１０−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２２】
（実施形態）
図１は、本発明の製造方法で製造したカンチレバーの一実施形態の概略構成を示す正面図である。まず、本発明のカンチレバー製造方法で製造されるカンチレバーの一実施形態の概略構成について説明する。図１に示すカンチレバー１０は、支持部１２と、梁部１３と、探針１８とを有する。カンチレバー１０は、支持部１２により梁部１３の一方の端部が支持され、さらに、梁部１３の支持部１２に支持されている端部とは反対側の端部に測定対象と接触（または対面）する探針１８が設けられた構成である。カンチレバー１０は、走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope、ＳＰＭ）のカンチレバーとして用いられる。
【００２３】
支持部１２は、梁部１３を支持しており、一定以上の剛性を有する部材で形成されている。支持部１２は、梁部１３に外力が加わっても実質的に変形せず、かつ、実質的に変位しない。
【００２４】
梁部１３は、板部１４と、土台１６とで構成された、いわゆる片持ち梁である。板部１４は、最も面積が大きい面（厚さ方向に垂直な面）の長手方向の一方の端部が支持部１２に支持されており、他方の端部に外力が加わると厚さ方向に撓む向きで配置されている。また、板部１４は、カンチレバーとしての使用時に、最も面積が大きい面が測定対象と向かい合うように配置される。
【００２５】
土台１６は、板部１４の表面において、面積が最も大きい面であり、かつ、測定領域と対向する側の面の、板部１４の支持部１２に支持された端部とは反対側の端部に配置された部材である。また、土台１６は、板部１４と一体で形成されている。土台１６は、３つの矩形面と２つの直角三角形とで構成された多面体であり、１つの矩形面（第１面）が板部１４と接しており、第１面とは異なる矩形面（第２面）が探針１８と接している。また、土台１６は、第１面と第２面とがなす角９０度以下で接しており、その接触している辺に垂直な断面の形状が三角形となる形状である。土台１６は、第１面と第２面との接線が、支持体１２から最も遠い位置となる向きで、板部１４に固定されている。
【００２６】
なお、板部１４と土台１６とは、例えばＳｉなどの同じ材料で作製されている。また、板部１４と、土台１６とは本実施形態のように一体で作製しても別々の部材を接合することで作製してもよい。また、本実施形態では、後述する観察しやすくできるという効果を得ることができるため、土台１６を設けたが、土台１６は必ずしも設けなくてもよい。
【００２７】
次に、図１、図２−１から図２−３を用いて探針１８について説明する。ここで、図２−１は、図１に示すカンチレバーの探針の形状を模式的に示す斜視図であり、図２−２は、図２−１に示す探針の断面図であり、図２−３は、図２−１に示す探針の一部を拡大した側面図である。探針１８は、図１、図２−１から図２−３に示すように、基部１９と、針部２０と、を有する。また、探針１８は、多結晶体で作製されている。つまり、基部１９と針部２０とは、１つの多結晶体で一体成形されている。また、探針１８が結晶体で作製されるため、針部２０は、図２−３に示すように、複数の結晶粒２１で構成されている。また、針部２０の先端の結晶粒２１は、最先端の径ｄ１よりも粒径が大きい。
【００２８】
基部１９は、土台１６と連結され、土台１６と連結されている面とは反対側の面に針部２０が配置されている。また、基部１９は、針部２０と連結している部分の周囲には、針部２０を囲うように溝部２２が形成されている。つまり、基部１９は、土台１６と連結されている面とは反対側の面に凹部が形成され、その略中央に針部２０が配置されている。
【００２９】
針部２０は、基部１９の土台１６と連結されている面とは反対側の面に配置され、第２面に垂直な方向に伸びた細長い部材である。また、針部２０は、板部１４の面積が最も広い面の長手方向において、先端（基部１９に保持されている端部とは反対側の端部）が、板部１４よりも支持部１２から離れる側に突出している。
【００３０】
次に、カンチレバー１０を用いた測定方法の一例について説明する。ここで、図３及び図４は、それぞれカンチレバーを用いた測定の一例を説明するための説明図である。まず、測定準備として、図３に示すように、梁部１３の板部を、観察方向に対して直交する向きに配置する。その後、観察視野内で、針部２０の位置を確認しつつ、針部２０と測定領域との関係を観察し、測定対象の測定位置まで、針部２０または測定対象を移動させる。
【００３１】
測定位置が特定されたら、針部２０が測定対象の面３０に垂直となるように、梁部１３を傾斜させ、さらに、測定対象の面３０に針部２０の先端を接触させて、測定を開始する。また、測定では、測定対象とカンチレバー１０とを相対的に移動させることで測定対象の表面形状を測定する。また、測定では、探針１８の針部２０と面３０との接触位置により、変化するカンチレバー１０の板部１４の変位（撓み）を変位センサで検出し、測定対象の面３０を観察する。ここで、測定の際に、針部２０を面３０に対して垂直にすることで、図４に示すように、測定対象の面３０に凹部３０ａがある場合でも、凹部３０ａの両方の端と針部２０とを接触させることができる。なお、カンチレバーを用いる測定は、これには限定されず、測定対象のパラメータに応じて、種々の方法で測定を行うことができる。例えば、上記測定方法では、測定対象と探針とを接触させるコンタクトモードでの計測としたが、測定対象と接触しないノンコンタクトモードでの測定にも用いることができる。
【００３２】
ここで、カンチレバー１０は、探針１８を多結晶体（特に本実施形態のように１つの太結晶体）で形成することで、探針１８を細くすることができ、かつ、耐久性も高くすることができる。このように、探針１８の針部２０の先端を細くできることで、より微細な凹凸や、小さい溝にも針部２０を進入させることができる。これにより、より高精度な測定を行うことができる。また、耐久性を高くできることで、交換等の手間を少なくすることができ、作業効率を高くすることができる。なお、上記効果を得ることができるため、探針１８は、多結晶体で作成することが好ましいが、アモルファスのような非晶質、単結晶体で製造することもできる。
【００３３】
また、探針１８の針部２０の外周に溝部２２が形成された構造、つまり、針部２０の基部１９側が基部１９に囲まれた形状とすることで、針部２０の耐久性をより高くすることができる。具体的には、針部２０を支持する部分を基部１９で囲うことができ、つまり、平坦な面に針部２０を設けた場合よりも、針部２０と基部１９との連結部をより強固にすることができる。また、針部２０がしなった場合に、しなった針部２０と基部１９の溝部２２の上部とが接触することになる。これにより、基部１９で針部２０を支持することができる。これにより針部２０を折れにくくすることができる。
【００３４】
ここで、探針１８の針部２０は、径と長さ方向のアスペクト比を１≦（長さ）／（径）≦５とすることが好ましい。これにより、より凹凸形状の大きい測定対象でも高い精度で計測することができる。また、探針１８の針部２０は、先端の径を１０ｎｍ以下とすることが好ましく、５ｎｍ以下とすることがより好ましい。これにより、より高精度な計測が可能となる。さらに、探針１８の基部１９は、溝の深さ（基部１９の表面から溝部２２の一番深い部分までの長さ）を、０．５μｍ以上とすることが好ましく、３μｍ以上とすることがより好ましい。また、溝の深さと、針の長さとの関係を、２≦（針の長さ）／（溝の深さ）≦９とすることが好ましい。これにより、カンチレバーの耐久性をより高くすることができる。また、針部の先端における多結晶体の結晶粒の粒径は、本実施形態の用に、最先端の径ｄ１（図２−３参照）より大きいことが望ましい。粒径を先端の径ｄ１より大きくすることで、結晶粒が針部から脱落することを抑制することができる。また、針部の先端は、単一の結晶粒からなること、つまり、先端部は、単一の結晶粒で構成することがより好ましい。このように、先端を単一の結晶粒で構成させることで、結晶粒の脱落をさらに抑制することができる。なお、最先端の径ｄ１は、例えば、針部を側面から撮影したＴＥＭ写真を用い、先端部を近似した円の直径から算出することができる。
【００３５】
なお、本実施形態のように探針を多結晶体で作製することで、上記範囲の形状で作製することができ、また、上記形状としても耐久性を維持することができる。
【００３６】
また、針部２０を土台１６の第２面（梁部１３の支持面）に対して垂直な方向に伸びる形状とすることで、耐久性をより高くすることができる。また、探針１８に基部１９を設け、基部１９の第１面が土台１６（梁部１３）と接している（接合している）ことで、探針１８と梁部１３とをより強く接合させることができる。これにより、探針１８が梁部１３から外れること可能性をより少なくすることができる。
【００３７】
また、本実施形態のように、梁部１３に土台１６を設け、板部１４に対して斜め方向（板部１４の厚さ方向に対して所定角度傾斜した方向）に探針１８を配置させることで、測定をよりやりやすくすることができる。具体的には、針部２０の一部を板部１４から突出させることができ、針部２０の位置を確認しやすくすることができる。また、装置構成上、梁部１３の板部１４を測定対象の面に対して傾斜させる必要がある場合でも、針部２０を測定対象の面に対して直交させることができる。これにより、より高い精度で計測することができる。なお、上記効果を得ることができるため、梁部１３には、土台１６を設けることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、土台１６を設けない構成としてもよい。また、板部１４の端部を傾斜面として、その傾斜面に探針１８を設けるようにしてもよい。
【００３８】
ここで、梁部１３と探針１８とは、同一の切断機構を用い、一方の部材の切り取られる部分の配置位置に他方の部材を配置して切断を行い、接触面を形成し、その接触面同士を接続させることが好ましい。このように、同一の切断機構で切断することで、梁部１３と探針１８とをより好適に接合させることができる。また、同一の切断機構で切断することで、切断面の形状を揃えることができ、ずれを抑制することができる。
【００３９】
ここで、探針１８は、多結晶体であればよく、種々の材料を用いることができる。具体的には、使用する用途に応じて、導電性材料、磁性体材料、絶縁材料等で作製すればよい。
【００４０】
例えば、探針１８を導電性材料で作製する場合は、タングステン、白金、金、白金イリジウム、銀等で作製することが好ましい。また、探針１８を磁性体材料で作製する場合は、ＦｅＰｔ、フェライト、パーマロイ等で作製することが好ましい。探針１８を絶縁材料で作製する場合は、ダイヤモンド等で作製することが好ましい。
【００４１】
なお、探針１８を導電性材料で形成する場合、カンチレバー１０は、針部２０以外の領域に導電膜を形成することが好ましい。これにより、針部２０と支持部１２とを導通させることができる。また、探針１８の針部２０には、膜を形成しないため、針部２０の先端径を小さくすることができる。また、探針１８の基部１９と針部２０とを一体に形成することで、基部１９と他の部分を導電膜で導通させれば、針部２０と他の部分とを導通させることができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、土台の板部と接する第１面と探針と接する第２面とを直接接触する形状としたが、他の面を介して隣接する形状としてもよい。つまり、第１面と第２面との間に第３面がある形状としてもよい。
【００４３】
次に、本発明のカンチレバーの製造方法について説明する。ここで、図５は、カンチレバーの製造方法の一例を示すフロー図である。なお、カンチレバーは、集束イオンビーム（ＦＩＢ、Focused Ion Beam）により材料を加工する加工装置を用いて製造する。まず、準備として、梁部１３を作製するための材料と、探針１８を作製するための材料を装置に入れる。その後、加工装置を加工可能な状態とし、加工を開始する。なお、以下の工程では、基本的に加工装置により加工が行われる。まず、ステップＳ１２として、試料からバルク（小片、試験片）を切り出す。つまり、多結晶体の塊（試料）から探針１８の元になる大きさのバルクを切り出す。その後、ステップＳ１２でバルクを切り出したら、ステップＳ１４として、梁部を作製する。次に、ステップＳ１６として、ステップＳ１２で作製したバルクと、ステップＳ１４で作製した梁とを接着させる。ステップＳ１６でバルクと梁を接着させたら、ステップＳ１８として、バルクを加工して突起を形成する。さらに、ステップＳ１８で突起を形成したら、ステップＳ２０として、導電膜を形成する。次に、ステップＳ２０で導電膜を形成したら、ステップＳ２２として、突起に先鋭化処理を行う。以上の工程でカンチレバーを製造する。
【００４４】
以下、各工程について詳細に説明する。まず、図６−１から図６−４を用いてステップＳ１２について、説明する。図６−１から図６−４は、カンチレバーの製造方法を説明するための図であり、図６−１、図６−２、図６−４は、斜視図であり、図６−３は、側面図である。
【００４５】
まず、加工装置内には、図６−１に示すように試料５０が配置されている。この試料５０からＦＩＢマイクロサンプリング法を用いて、必要な大きさのバルクを切り出す。具体的には、試料５０のうち、切り出す部分の外周をイオンビームで削り、図６−２に示すように、外周が溝となった柱部材５２を作製する。
【００４６】
その後、図６−３に示すように、柱部材５２の端面をマニピュレータ５５により保持した後、柱部材５２と、試料（その他の部分）５４とが繋がっている部分をイオンビームにより、切り取る。なお、柱部材５２を切り取る際には、試料５４を所定角度傾けることで、柱部材５２と、試料５４とが繋がっている部分をイオンビーム照射位置に配置する。
【００４７】
柱部材５２を試料５４から切り取りバルク５６を作製したら、図６−４に示すように、切り取ったバルク５６をマニピュレータ５５により、移動させる。なお、このバルク５６は、切り取り時にイオンビームの照射方向に対して、切断面が傾斜している（０度より大きく９０度未満）となっているため、バルク５６の切断面は、対向する面に対して傾斜している。
【００４８】
次に、図７−１から図７−４を用いてステップＳ１４について、説明する。図７−１から図７−４は、それぞれカンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。まず、本実施形態では、梁部１３を作製するための材料として、図７−１に示すように、板部６０と土台６２とが接合された部材を準備する。この準備した、板部６０と土台６２を図７−２に示すように、所定角度傾斜させた状態で、土台６２の先端部に対してイオンビームを照射する。なお、この時の傾き角度は、上述したバルク５６の切り出し時の試料５４の傾き角と同じ角度とする。
【００４９】
このように、土台６２に対して、イオンビームを照射し、土台６２の一部を削ることで、図７−３に示すように、一部が削られた土台６２ａを形成する。なお、図７−３に示す例では、土台６２ａの断面が四角形となる形状としたが、削る量を調整することで上述した実施形態と同様に断面を三角形とすることができる。その後、図７−４に示すように、板部６０の表面（面積が最も大きい面）がイオンビームの照射方向に直交する向きに板部６０を回転させる。なお、ステップＳ１２の工程とステップＳ１４の工程を逆にしてもよい。
【００５０】
次に、図８−１から図８−３を用いて、ステップＳ１６を説明する。図８−１から図８−３は、それぞれカンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。まず、図８−１に示すように、マニピュレータ５５によりバルク５６を土台６２ａと接触する位置まで移動させる。なお、バルク５６と、土台６２ａとは、イオンビームにより削れられた面同士が接触する。また、バルク５６と、土台６２ａとは、イオンビームが入射した端部同士（つまり加工時にイオンビームの出射部に近かった端部）が接し、イオンビームが出射した端部同士が接するように接触される。なお、本実施形態では、イオンビームが出射した端部同士が接するようにしたが、取り付ける向きは、逆でもよい。つまり、イオンビームが入射した端部と、イオンビームが出射した端部とを接するように接触させてもよい。
【００５１】
次に、バルク５６、板部６０、土台６２ａを一体で回転（移動）させて、バルク５６と土台６２ａとの接触部のうち、板部６０の土台６２ａがない端部側の面をイオンビームの照射部に対面させる。つまり、バルク５６、板部６０、土台６２ａを該当する面にイオンビームが照射される向きとする。その後、タングステンガスを用いたＦＩＢ−ＣＶＤ（Focused Ion-Beam Assisted Chemical Vapor Deposition）法により、図８−２に示すように、バルク５６と土台６２ａとの接触部に接着部７０を形成する。なお、接着部７０は、タングステンの蒸着膜である。
【００５２】
その後、バルク５６、板部６０、土台６２ａを一体で回転（移動）させて、バルク５６と土台６２ａとの接触部のうち、板部６０の土台６２ａがある端部側の面、つまり、図８−２で接着部７０を形成した面と反対側の面をイオンビームの照射部に対面させる。その後、同様に、タングステンガスを用いたＦＩＢ−ＣＶＤ（Focused Ion-Beam Assisted Chemical Vapor Deposition）法により、図８−３に示すように、バルク５６と土台６２ａとの接触部に接着部７２を形成する。このように、接着部７０、７２を用いて、土台６２ａとバルク５６とを接着する。
【００５３】
次に、図９−１及び図９−２を用いてステップＳ１８、ステップＳ２０について、説明する。ここで、図９−１及び、図９−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための説明図である。なお、図９−１は、ステップＳ１８の処理を示し、図９−２は、ステップＳ２０の処理を示す。まず、加工装置は、バルク５６をＦＩＢにより削り、図９−１に示すように細長い突起７６を有する形状のバルク５６ａとする。なお、突起７６は、バルク５６の土台６２ａに保持されている面とは反対側の面からイオンビームを照射し、中心を残して、周りを削ることで、作製することができる。また、バルク５６ａは、土台６２ａ側の一部はそのまま残り、基部となる。
【００５４】
次に、図９−１で突起７６を形成した後、加工対象の部材（梁部と探針になる部材）を、ＦＩＢ加工を行う加工装置から取り出し、膜を形成する装置（蒸着装置や、塗布装置）に移動させる。その後、膜を形成する装置により、図９−２に示すように、バルク５６ａ、土台６２ａ、板部６０に導電性材料の膜（つまり、導電膜７４）を形成する。なお、導電性膜として、プラチナ（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）等、種々の導電性の材料を用いることができる。また、導電膜７４の形成方法は特に限定されないが、例えばＣＶＤ等で形成することができる。
【００５５】
次に、図１０−１及び図１０−２を用いて、ステップＳ２２について説明する。ここで、図１０−１は、カンチレバーの製造方法を説明するための斜視図であり、図１０−２は、カンチレバーの製造方法を説明するための断面図である。まず、導電膜を形成したら、再び、ＦＩＢ加工を行う加工装置に加工対象を移動させる。その後、図１０−１に示すように、突起７６を有するバルク５６ａに対して、突起７６の外周を囲うように、イオンビームをドーナッツ状（つまりリング状）に走査させる。これにより、細長い突起７６の外周を削り、さらに細長い形状とし、図１０−２に示すように、針部８０を形成する。また、イオンビームをドーナッツ状に走査させることで、バルク５６ａの基部８２の一部も削り、溝部８４を形成する。これにより、先鋭な針部８０と、針部８０の外周に溝部８４が形成され、かつ針部８０を支持する基部８２で構成される探針を製造する。以上のようにして、カンチレバーを製造することができる。
【００５６】
以上のように、試料から切り出したバルクを梁部に接合した後、ＦＩＢにより加工することで、より細い針部を有する探針を作製することができる。これにより、より高精度の計測に用いることができるカンチレバーを作製することができる。より具体的には、ＣＶＤ等を用いて、蒸着、結晶成長により針部を形成した場合よりも、径が小さく、アスペクト比が高く（細長く）、強度が高い針部を作成することができる。また、試料から切り出したバルクを用いることで、試料を選別する必要がなく、かつ、結晶方向等を検出して加工する必要も無くなるため、加工を容易にすることができる。また、バルクの状態で針部に接合することで、細い針状部材を移動させる必要がなく、かつ、接合させる必要もなくなる。これによっても、加工をより容易にすることができる。
【００５７】
また、一旦突起を形成した後、ドーナッツ状にさらにＦＩＢ加工を行うことで、針部を先鋭化することでき、かつ溝部を形成することができる。なお、上記効果を得ることができるため、溝部を形成することが好ましいが、必要に応じて、基部の溝以外の部分を削り、溝部が無い形状としても良い。
【００５８】
さらに、バルクとして導電性材料を用いた場合は、突起を形成した後、導電膜を形成することで、針部と基部と導電膜とを導通させることができる。また、導電膜を形成した後、ドーナッツ状にＦＩＢ加工を行うことで、針部の導電膜を除去することができ、針部をより先鋭化することができる。また、針部と基部、基部と導電膜とが導通しているため、導通を維持することができる。なお、バルク、試料の原料は、導電性材料に特に限定されない。例えば、磁性体材料、絶縁材料等種々の材料を用いることができる。なお、上述したように、探針の耐久性を高くすることができるため、本実施形態のように、バルクは、多結晶体とすることが好ましいが、本発明はこれにも限定されない。単結晶や、アモルファスの試料も用いることができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では切断面の角度の関係で、針部の突出量が図１よりも小さくなったが、土台の切断面の角度と、バルクの切断面の角度とを調整することで、板部に対するバルクの傾斜角を調整することができる。これにより、板部の長手方向において、板部に対して針部が突出した形状とすることができる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、バルクを直方体の柱形状としたが、本発明はこれに限定されず、種々の形状とすることができる。例えばＬ字形状としてもよい。バルクの切り出し形状を変更することで、針部の元となる突起部を、より効率よく、かつ、長い形状で作製することができる。
【００６１】
また、土台とバルクとをより好適に接続させることができるため、上記実施形態のように切断面を考慮して土台とバルクと接触させることが好ましいが、本発明はこれに限定されない。例えば、切断していない土台にバルクを接続してもよい。また、土台は必ずしも設けなくてもよい。例えば板状部材の一部を切断して、その切断面とバルクとを接続させるようにしてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、接着部によりバルクと土台とを接合させたが、接合方法は特に限定されない。例えば、接触面を溶解させて両者を接合してもよい。また、圧着により接合させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明にかかるカンチレバー製造方法は、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法として有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ カンチレバー
１２ 支持部
１３ 梁部（レバー）
１４ 板部
１６ 土台
１８ 探針
１９、８２ 基部
２０、８０ 針部
２２、８４ 溝部
３０ 面
３０ａ 凹部
５０、５４ 試料
５２ 柱部材
５５ マニピュレータ
５６、５６ａ バルク
６０ 板部
６２、６２ａ 土台
７０、７２ 接着部
７４ 導電膜
７６ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の梁部と、前記梁部の一方の端部を支持する支持部と、前記梁部の前記支持部に支持されている側とは反対側の端部に配置された探針とで構成され、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法であって、
試料からバルクを切り出すバルク切り出し工程と、
前記バルクを梁部に接合させる接合工程と、
前記バルクに収束イオンビームを照射し、探針の針部を作成する針部加工工程と、を有することを特徴とするカンチレバー製造方法。
【請求項２】
さらに、収束イオンビームにより前記バルクの一部を削り、前記バルクに突起部と、該突起部を支持する基部に成形するバルク加工工程を有し、
前記針部加工工程は、前記収束イオンビームを、前記突起部の周囲にドーナッツ状に走査させて、前記突起部を削り、前記針部を作成することを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項３】
前記針部加工工程は、前記基部の前記針部の外周に溝部を形成することを特徴とする請求項２に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項４】
さらに、前記バルク加工工程の後に、前記梁部、前記突起部及び前記基部に導電膜を形成する導電膜形成工程を有し、
前記針部加工工程は、導電膜が形成された前記突起部を加工することを特徴とする請求項２または３に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項５】
前記試料は、導電性材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項６】
前記バルク切り出し工程は、収束イオンビームマイクロサンプリング法で試料からバルクを切り出すことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項７】
さらに、前記接合工程の前に、前記梁部の前記バルクとの接触位置となる部分を収束イオンビームにより削ることで作成する梁部加工工程を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項８】
前記試料は、多結晶体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項１】
板状の梁部と、前記梁部の一方の端部を支持する支持部と、前記梁部の前記支持部に支持されている側とは反対側の端部に配置された探針とで構成され、走査型プローブ顕微鏡に用いるカンチレバーの製造方法であって、
試料からバルクを切り出すバルク切り出し工程と、
前記バルクを梁部に接合させる接合工程と、
前記バルクに収束イオンビームを照射し、探針の針部を作成する針部加工工程と、を有することを特徴とするカンチレバー製造方法。
【請求項２】
さらに、収束イオンビームにより前記バルクの一部を削り、前記バルクに突起部と、該突起部を支持する基部に成形するバルク加工工程を有し、
前記針部加工工程は、前記収束イオンビームを、前記突起部の周囲にドーナッツ状に走査させて、前記突起部を削り、前記針部を作成することを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項３】
前記針部加工工程は、前記基部の前記針部の外周に溝部を形成することを特徴とする請求項２に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項４】
さらに、前記バルク加工工程の後に、前記梁部、前記突起部及び前記基部に導電膜を形成する導電膜形成工程を有し、
前記針部加工工程は、導電膜が形成された前記突起部を加工することを特徴とする請求項２または３に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項５】
前記試料は、導電性材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項６】
前記バルク切り出し工程は、収束イオンビームマイクロサンプリング法で試料からバルクを切り出すことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項７】
さらに、前記接合工程の前に、前記梁部の前記バルクとの接触位置となる部分を収束イオンビームにより削ることで作成する梁部加工工程を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【請求項８】
前記試料は、多結晶体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のカンチレバー製造方法。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図７−１】
【図７−２】
【図７−３】
【図７−４】
【図８−１】
【図８−２】
【図８−３】
【図９−１】
【図９−２】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図７−１】
【図７−２】
【図７−３】
【図７−４】
【図８−１】
【図８−２】
【図８−３】
【図９−１】
【図９−２】
【図１０−１】
【図１０−２】
【公開番号】特開２０１１−１５８２８３（Ｐ２０１１−１５８２８３Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８４３１（Ｐ２０１０−１８４３１）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
[ Back to top ]