JP2501945B2 - 原子間力顕微鏡のカンチレバ―及びその製造方法 - Google Patents
原子間力顕微鏡のカンチレバ―及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原子間力顕微鏡（以下、AFMと記す）と
カンチレバー及びその製造方法に係り、特にダイアモン
ド・スタイラスを用いたカンチレバーに関するものであ
る。
カンチレバー及びその製造方法に係り、特にダイアモン
ド・スタイラスを用いたカンチレバーに関するものであ
る。
従来、ダイアモンド・スタイラスを用いたAFMのカン
チレバーとして、例えば、 （１）米国特許4,724,318、 （２）G.Binning,C.F.Quate and Ch.Gerber;Phys.Rev.L
ett.,Vol.56,No.9,pp.930−933（1986）、 （３）T.R.Albrecht and C.F.Quate;J.Vac.Sci.Techno
l.A,Vol.6,No.2,pp.271−274（1988）、 （４）O.Marti,B.Drake and P.K.Hansma;Appl.Phys.Let
t.,Vol.51,No.7,pp.484−486（1987）、 （５）O.Marti,B.Drake,S.Gould and P.K.Hansma;J.Va
c.Sci.Technol.A,Vol.6,No.2,pp.287−290（1988）、 （６）S.Alexander,L.Hellemans,O.Marti,J.Schneir,V.
Elings,P.K.Hansma,Matt Longmire and John Gurley;J.
Appl.Phys.,Vol.65,No.1,pp.164−167（1989） に開示されたものが知られている。これらのカンチレバ
ーを第７〜９図に示す。第７図に示すカンチレバー（10
0A）は、片持はり（120A）の一端に接着剤によりダイア
モンド・スタイラス（110A）が固定され、ダイアモンド
・スタイラス（110A）と図示しない試料との間に作用す
る原子間力に応じて片持はり（120A）が撓むものであ
る。第８図に示すカンチレバー（100B）では、一端にダ
イヤモンド・スタイラス（110B）が固定された片持はり
（120B）の他端がはり支持部（140B）に支持されてい
る。さらに、第９図に示すカンチレバー（100C）では、
ダイアモンド・スタイラス（110C）を保持する片持はり
（120C）にミラー（150C）が取り付けられており、原子
間力により片持はり（120C）の撓みを光学てこによって
検出することができる。
チレバーとして、例えば、 （１）米国特許4,724,318、 （２）G.Binning,C.F.Quate and Ch.Gerber;Phys.Rev.L
ett.,Vol.56,No.9,pp.930−933（1986）、 （３）T.R.Albrecht and C.F.Quate;J.Vac.Sci.Techno
l.A,Vol.6,No.2,pp.271−274（1988）、 （４）O.Marti,B.Drake and P.K.Hansma;Appl.Phys.Let
t.,Vol.51,No.7,pp.484−486（1987）、 （５）O.Marti,B.Drake,S.Gould and P.K.Hansma;J.Va
c.Sci.Technol.A,Vol.6,No.2,pp.287−290（1988）、 （６）S.Alexander,L.Hellemans,O.Marti,J.Schneir,V.
Elings,P.K.Hansma,Matt Longmire and John Gurley;J.
Appl.Phys.,Vol.65,No.1,pp.164−167（1989） に開示されたものが知られている。これらのカンチレバ
ーを第７〜９図に示す。第７図に示すカンチレバー（10
0A）は、片持はり（120A）の一端に接着剤によりダイア
モンド・スタイラス（110A）が固定され、ダイアモンド
・スタイラス（110A）と図示しない試料との間に作用す
る原子間力に応じて片持はり（120A）が撓むものであ
る。第８図に示すカンチレバー（100B）では、一端にダ
イヤモンド・スタイラス（110B）が固定された片持はり
（120B）の他端がはり支持部（140B）に支持されてい
る。さらに、第９図に示すカンチレバー（100C）では、
ダイアモンド・スタイラス（110C）を保持する片持はり
（120C）にミラー（150C）が取り付けられており、原子
間力により片持はり（120C）の撓みを光学てこによって
検出することができる。
尚、ダイアモンドは（100）面でのヌープ硬度が5700
〜10400Kgf/mm2という硬度の最も高い材料であるので、
たとえ試料などと接触することがあったとしても尖端の
損傷を受けにくく、スタイラスの材料として最適であ
る。
〜10400Kgf/mm2という硬度の最も高い材料であるので、
たとえ試料などと接触することがあったとしても尖端の
損傷を受けにくく、スタイラスの材料として最適であ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、これらのAFMのカンチレバーは、10-8N
レベル以下の原子間力を検出し且つ建物などの振動の影
響を受けないように100Hz以上の高い固有振動数を必要
とするため、その質量を小さくしなければならない。例
えば、第７図の片持はり（120A）の材質として金箔を使
った場合には、片持はり（120A）の寸法が厚さ25μｍ、
長さ800μｍ、幅250μｍ程度であり、ダイアモンド・ス
タイラス（110A）は例えば一辺が100〜200μｍのピラミ
ット形という小さなカンチレバー（100A）となる。この
ため、カンチレバーを製作するときの片持はりとダイア
モンド・スタイラスのハンドリングが極めて困難である
という問題点があった。
レベル以下の原子間力を検出し且つ建物などの振動の影
響を受けないように100Hz以上の高い固有振動数を必要
とするため、その質量を小さくしなければならない。例
えば、第７図の片持はり（120A）の材質として金箔を使
った場合には、片持はり（120A）の寸法が厚さ25μｍ、
長さ800μｍ、幅250μｍ程度であり、ダイアモンド・ス
タイラス（110A）は例えば一辺が100〜200μｍのピラミ
ット形という小さなカンチレバー（100A）となる。この
ため、カンチレバーを製作するときの片持はりとダイア
モンド・スタイラスのハンドリングが極めて困難である
という問題点があった。
また、片持はりにダイアモンド・スタイラスを固定す
るための接着剤が硬化するあいだに、ダイアモンド・ス
タイラスが所定の位置からずれたり、所定の向きに対し
て傾く恐れがあった。このため、カンチレバーの品質及
び信頼性が不安定になると共にカンチレバーの製造歩留
まりが低いという問題点があった。
るための接着剤が硬化するあいだに、ダイアモンド・ス
タイラスが所定の位置からずれたり、所定の向きに対し
て傾く恐れがあった。このため、カンチレバーの品質及
び信頼性が不安定になると共にカンチレバーの製造歩留
まりが低いという問題点があった。
この発明は、このような問題点を解消するためになさ
れたもので、高品質且つ高信頼性で製造歩留まりの優れ
たAFMのカンチレバーを提供することを目的とする。
れたもので、高品質且つ高信頼性で製造歩留まりの優れ
たAFMのカンチレバーを提供することを目的とする。
また、この発明は、このようなAFMのカンチレバーを
得ることのできる製造方法を提供することを目的として
いる。
得ることのできる製造方法を提供することを目的として
いる。
この発明に係るAFMのカンチレバーは、試料面に対向
させて原子間力を検出するためのダイアモンド・スタイ
ラスと、少なくとも一部が磁性物質から形成され且つ前
記ダイアモンド・スタイラスを保持するスタイラス保持
部と、一端が固定され且つ他端に前記スタイラス保持部
が取り付けられると共に前記ダイアモンド・スタイラス
と試料との間に作用する原子間力に応じて変形する片持
はりとを備えたものである。
させて原子間力を検出するためのダイアモンド・スタイ
ラスと、少なくとも一部が磁性物質から形成され且つ前
記ダイアモンド・スタイラスを保持するスタイラス保持
部と、一端が固定され且つ他端に前記スタイラス保持部
が取り付けられると共に前記ダイアモンド・スタイラス
と試料との間に作用する原子間力に応じて変形する片持
はりとを備えたものである。
また、この発明に係るAFMのカンチレバーの製造方法
は、少なくとも一部が磁性物質から形成されたスタイラ
ス保持部にダイアモンド原石を固定し、前記ダイアモン
ド原石を研削してスタイラスを形成し、前記スタイラス
保持部の磁性物質を磁化させ、片持はりの表面に接着剤
を塗布し、前記スタイラス保持部を前記片持はりの近傍
に配置された磁石の磁力によって前記片持はりの接着剤
塗布面上に固定し、前記接着剤が硬化した後に前記磁石
を前記片持はりから離すと共に前記スタイラス保持部の
磁性物質を消磁させる方法である。
は、少なくとも一部が磁性物質から形成されたスタイラ
ス保持部にダイアモンド原石を固定し、前記ダイアモン
ド原石を研削してスタイラスを形成し、前記スタイラス
保持部の磁性物質を磁化させ、片持はりの表面に接着剤
を塗布し、前記スタイラス保持部を前記片持はりの近傍
に配置された磁石の磁力によって前記片持はりの接着剤
塗布面上に固定し、前記接着剤が硬化した後に前記磁石
を前記片持はりから離すと共に前記スタイラス保持部の
磁性物質を消磁させる方法である。
この発明に係るカンチレバーにおいては、少なくとも
一部が磁性物質から形成されたスタイラス保持部がダイ
アモンド・スタイラスを片持はりに固定支持させる。
一部が磁性物質から形成されたスタイラス保持部がダイ
アモンド・スタイラスを片持はりに固定支持させる。
また、この発明に係るカンチレバーの製造方法におい
ては、ダイアモンド・スタイラスを保持するスタイラス
保持部の磁性物質を磁化させ、磁力によってこのスタイ
ラス保持部を接着剤が塗布された片持はりの表面上に固
定し、この状態で接着剤を硬化させる。
ては、ダイアモンド・スタイラスを保持するスタイラス
保持部の磁性物質を磁化させ、磁力によってこのスタイ
ラス保持部を接着剤が塗布された片持はりの表面上に固
定し、この状態で接着剤を硬化させる。
尚、この発明に係るカンチレバーはAFMに取り付けら
れ、AFMの動作に際して、ダイアモンド・スタイラス
は、カンチレバーそのものの移動もしくは観察しようと
する試料の移動によって、スタイラスの尖端に対向する
試料の表面に平行なXY走査を行う。このとき、片持はり
は試料表面の原子とダイアモンド・スタイラス尖端の原
子との間に働く力で変形し、この変形により試料表面と
垂直なＺ方向の変位もしくはこの変位に対応する片持は
りの角度の変化を生ずる。
れ、AFMの動作に際して、ダイアモンド・スタイラス
は、カンチレバーそのものの移動もしくは観察しようと
する試料の移動によって、スタイラスの尖端に対向する
試料の表面に平行なXY走査を行う。このとき、片持はり
は試料表面の原子とダイアモンド・スタイラス尖端の原
子との間に働く力で変形し、この変形により試料表面と
垂直なＺ方向の変位もしくはこの変位に対応する片持は
りの角度の変化を生ずる。
片持はりのＺ方向の変位は、例えばダイアモンド・ス
タイラスが取り付けられている片持はりの面とは反対側
の面に深針を近接させて走査トンネル顕微鏡（STM）に
よって検出したり、片持はりの表面に入射させた光ビー
ムの反射光がＺ方向の変位に対応する片持はりの角度の
変化に伴って曲げられる光路のずれによって検出でき
る。
タイラスが取り付けられている片持はりの面とは反対側
の面に深針を近接させて走査トンネル顕微鏡（STM）に
よって検出したり、片持はりの表面に入射させた光ビー
ムの反射光がＺ方向の変位に対応する片持はりの角度の
変化に伴って曲げられる光路のずれによって検出でき
る。
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図はこの発明の第１実施例に係るカンチレバーを
示す斜視図である。このカンチレバー（100）は、一端
がはり支持部（140）に支持された片持はり（120）と、
この片持はり（120）の他端部上に接着剤（130）によっ
て固定されたスタイラス保持部（160）と、スタイラス
保持部（160）内にその一部が埋没して固定されたダイ
アモンド・スタイラス（110）とを備えている。片持は
り（120）は、はり支持部（140）に支持された一端が固
定端となり、スタイラス保持部（160）が固定された他
端が自由端となって、ダイアモンド・スタイラス（11
0）と図示しない試料との間に作用する原子間力に応じ
て変形する。
示す斜視図である。このカンチレバー（100）は、一端
がはり支持部（140）に支持された片持はり（120）と、
この片持はり（120）の他端部上に接着剤（130）によっ
て固定されたスタイラス保持部（160）と、スタイラス
保持部（160）内にその一部が埋没して固定されたダイ
アモンド・スタイラス（110）とを備えている。片持は
り（120）は、はり支持部（140）に支持された一端が固
定端となり、スタイラス保持部（160）が固定された他
端が自由端となって、ダイアモンド・スタイラス（11
0）と図示しない試料との間に作用する原子間力に応じ
て変形する。
ダイアモンド・スタイラス（110）は、天然もしくは
人工のダイアモンドから形成され、原子間力を検出する
に必要な鋭い尖端を有している。例えば、その先端の曲
率半径は0.5μｍ以下である。
人工のダイアモンドから形成され、原子間力を検出する
に必要な鋭い尖端を有している。例えば、その先端の曲
率半径は0.5μｍ以下である。
スタイラス保持部（160）は、ダイアモンド・スタイ
ラス（110）の一部を包み、これを掴むようにダイアモ
ンド・スタイラス（110）を固定しており、例えばニッ
ケル（Ni）、鉄（Fe）またはその合金などの磁性物質の
粉末を焼結したものからなっている。尚、このスタイラ
ス保持部（160）は完成されたカンチレバー（100）の段
階では脱磁されている。
ラス（110）の一部を包み、これを掴むようにダイアモ
ンド・スタイラス（110）を固定しており、例えばニッ
ケル（Ni）、鉄（Fe）またはその合金などの磁性物質の
粉末を焼結したものからなっている。尚、このスタイラ
ス保持部（160）は完成されたカンチレバー（100）の段
階では脱磁されている。
片持はり（120）は、非磁性物質で且つ適切な剛性を
有する金属などの材質、例えば金（Au）、白金（Pt）、
タングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）、シリコン（S
i）などから形成されている。片持はり（120）の寸法
は、例えば材質としてモリブデン（Mo）を用いた場合に
は、幅250〜300μｍ、厚み10〜20μｍ、長さ500〜800μ
ｍが適している。
有する金属などの材質、例えば金（Au）、白金（Pt）、
タングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）、シリコン（S
i）などから形成されている。片持はり（120）の寸法
は、例えば材質としてモリブデン（Mo）を用いた場合に
は、幅250〜300μｍ、厚み10〜20μｍ、長さ500〜800μ
ｍが適している。
接着剤（130）としては、例えば硬化時間の短いシア
ノアクリレートや、液たれを防止するために揺変性（th
ixotropic）を備えたエポキシ樹脂に芳香族アミン系の
硬化剤を組み合わせた接着剤が望ましい。
ノアクリレートや、液たれを防止するために揺変性（th
ixotropic）を備えたエポキシ樹脂に芳香族アミン系の
硬化剤を組み合わせた接着剤が望ましい。
このような構成のカンチレバー（100）は、片持はり
（120）の一端をスポット溶接もしくは接着剤によって
はり支持部（140）に支持させると共にはり支持部（14
0）をAFMの所定の箇所に取り付けることにより、AFMに
装着される。はり支持部（140）の形状及び寸法は特に
限定されるものではなく、カンチレバー（100）がAFM動
作し得るものであればよい。また、はり支持部（140）
は、片持はり（120）の一部が延長されたような、片持
はり（120）と同一材質のものでもよい。
（120）の一端をスポット溶接もしくは接着剤によって
はり支持部（140）に支持させると共にはり支持部（14
0）をAFMの所定の箇所に取り付けることにより、AFMに
装着される。はり支持部（140）の形状及び寸法は特に
限定されるものではなく、カンチレバー（100）がAFM動
作し得るものであればよい。また、はり支持部（140）
は、片持はり（120）の一部が延長されたような、片持
はり（120）と同一材質のものでもよい。
モリブデン（Mo）からなる幅280μｍ、厚み10μｍ、
長さ750μｍの片持はり（120）と、直径250μｍ、長さ3
00μｍのスタイラス保持部（160）と、底面の直径250μ
ｍ、高さ200μｍの円錐形のダイアモンド・スタイラス
（110）とを用いてカンチレバー（100）を形成した場
合、このカンチレバー（100）のばね定数ｋは90N/m、共
振振動数は6kHzとなる。
長さ750μｍの片持はり（120）と、直径250μｍ、長さ3
00μｍのスタイラス保持部（160）と、底面の直径250μ
ｍ、高さ200μｍの円錐形のダイアモンド・スタイラス
（110）とを用いてカンチレバー（100）を形成した場
合、このカンチレバー（100）のばね定数ｋは90N/m、共
振振動数は6kHzとなる。
次に、このようなカンチレバー（100）を製造する方
法を第2A〜2E図に従って説明する。まず、磁性物質の粉
末とダイアモンド原石を図示しない金型に充填し加圧し
て円柱状に成形した後、この成形体を昇温して磁性物質
の粉末を焼結し、第2A図に示すような円柱素材（160a）
を作る。磁性物質の粉末は焼結体（161）となって堅固
にダイアモンド原石（111）に纒わりつく。磁性物質の
粉末の焼結は、金属粉体等の公知の焼結技術を用いて行
うことができる。
法を第2A〜2E図に従って説明する。まず、磁性物質の粉
末とダイアモンド原石を図示しない金型に充填し加圧し
て円柱状に成形した後、この成形体を昇温して磁性物質
の粉末を焼結し、第2A図に示すような円柱素材（160a）
を作る。磁性物質の粉末は焼結体（161）となって堅固
にダイアモンド原石（111）に纒わりつく。磁性物質の
粉末の焼結は、金属粉体等の公知の焼結技術を用いて行
うことができる。
次に、円柱素材（160a）の外径研磨及び端面研削を行
うと共にダイアモンド原石（111）の端面研磨を行うこ
とにより、第2B図に示すように焼結体（161）の先端に
ダイアモンド・スタイラス（110）が保持されたスタイ
ラス棒（160b）を作る。このスタイラス棒（160b）の作
成には公知の宝石の研磨技術を用いることができる。例
えば、ダイアモンド充填銅車を用いて円柱素材（160a）
を揺動させつつこれをラップ・ポリッシュすることによ
りダイアモンド原石（111）を露出させると共にこれを
尖らせ、直径200〜300μｍの焼結体（161）と頂角45〜6
5°及び先端部の曲率半径0.5μｍ以下の円錐形状のダイ
アモンド・スタイラス（110）とを有するスタイラス棒
（160b）を得ることができる。
うと共にダイアモンド原石（111）の端面研磨を行うこ
とにより、第2B図に示すように焼結体（161）の先端に
ダイアモンド・スタイラス（110）が保持されたスタイ
ラス棒（160b）を作る。このスタイラス棒（160b）の作
成には公知の宝石の研磨技術を用いることができる。例
えば、ダイアモンド充填銅車を用いて円柱素材（160a）
を揺動させつつこれをラップ・ポリッシュすることによ
りダイアモンド原石（111）を露出させると共にこれを
尖らせ、直径200〜300μｍの焼結体（161）と頂角45〜6
5°及び先端部の曲率半径0.5μｍ以下の円錐形状のダイ
アモンド・スタイラス（110）とを有するスタイラス棒
（160b）を得ることができる。
その後、ダイアモンド・ホイールやダイアモンド・ワ
イヤ等を用いた切断機（図示せず）によって焼結体（16
1）を所定の長さ例えば300〜500μｍに切断することに
より、この焼結体（161）を第2C図に示すようなスタイ
ラス保持部（160）に加工する。さらに、磁場発生装置
の着磁機（図示せず）によってスタイラス保持部（16
0）を磁化して永久磁石型のスタイラス棒磁石（160c）
を作る。
イヤ等を用いた切断機（図示せず）によって焼結体（16
1）を所定の長さ例えば300〜500μｍに切断することに
より、この焼結体（161）を第2C図に示すようなスタイ
ラス保持部（160）に加工する。さらに、磁場発生装置
の着磁機（図示せず）によってスタイラス保持部（16
0）を磁化して永久磁石型のスタイラス棒磁石（160c）
を作る。
次に、第2D図に示すように、はり支持部（140）に一
端が支持された片持はり（120）の他端上に微量の接着
剤（130）を塗布すると共にこの片持はり（120）の他端
の下方に永久磁石（170）を配置する。この永久磁石（1
70）は、スタイラス棒磁石（160c）との間の磁力により
スタイラス棒磁石（160c）のダイアモンド・スタイラス
（110）が上方を向くように、スタイラス棒磁石（160
c）の磁性に対応した磁性方向で配置される。そして、
例えば非磁性の材質でできた真空ピンセット（図示せ
ず）でスタイラス棒磁石（160c）のダイアモンド・スタ
イラス（110）側を吸着しつつ、スタイラス保持部（16
0）を接着剤（130）が塗布された片持はり（120）の面
上に載置する。この載置が終わればスタイラス棒磁石
（160c）を真空ピンセットから離す。このとき、スタイ
ラス棒磁石（160c）は、第2D図に示されるように、下方
にある永久磁石（170）との間の吸引力によって接着剤
（130）を挟み、片持はり（120）へしっかりと固定され
ている。この状態を接着剤（130）が硬化するまで維持
する。
端が支持された片持はり（120）の他端上に微量の接着
剤（130）を塗布すると共にこの片持はり（120）の他端
の下方に永久磁石（170）を配置する。この永久磁石（1
70）は、スタイラス棒磁石（160c）との間の磁力により
スタイラス棒磁石（160c）のダイアモンド・スタイラス
（110）が上方を向くように、スタイラス棒磁石（160
c）の磁性に対応した磁性方向で配置される。そして、
例えば非磁性の材質でできた真空ピンセット（図示せ
ず）でスタイラス棒磁石（160c）のダイアモンド・スタ
イラス（110）側を吸着しつつ、スタイラス保持部（16
0）を接着剤（130）が塗布された片持はり（120）の面
上に載置する。この載置が終わればスタイラス棒磁石
（160c）を真空ピンセットから離す。このとき、スタイ
ラス棒磁石（160c）は、第2D図に示されるように、下方
にある永久磁石（170）との間の吸引力によって接着剤
（130）を挟み、片持はり（120）へしっかりと固定され
ている。この状態を接着剤（130）が硬化するまで維持
する。
接着剤（130）が硬化したら、永久磁石（170）を遠ざ
けた後、交番磁場を利用する脱磁機（図示せず）を用い
てスタイラス保持部（160）を消磁し、これにより第１
図に示したカンチレバー（100）が完成する。
けた後、交番磁場を利用する脱磁機（図示せず）を用い
てスタイラス保持部（160）を消磁し、これにより第１
図に示したカンチレバー（100）が完成する。
以上説明したようにこの実施例によれば、その製造工
程において、接着剤（130）の硬化が完了するまでスタ
イラス棒磁石（160c）と片持はり（120）とが磁力によ
って固定され、しかもダイアモンド・スタイラス（11
0）の向きはスタイラス棒磁石（160c）と永久磁石（17
0）の極性で定まる方向に向いている。従って、接着剤
（130）が硬化する間にダイアモンド・スタイラス（11
0）が所定の位置からずれたり、所定の向きから傾くこ
とが防止される。その結果、カンチレバーの品質及び信
頼性が向上すると共にカンチレバーを歩留まり良く製造
することが可能となる。
程において、接着剤（130）の硬化が完了するまでスタ
イラス棒磁石（160c）と片持はり（120）とが磁力によ
って固定され、しかもダイアモンド・スタイラス（11
0）の向きはスタイラス棒磁石（160c）と永久磁石（17
0）の極性で定まる方向に向いている。従って、接着剤
（130）が硬化する間にダイアモンド・スタイラス（11
0）が所定の位置からずれたり、所定の向きから傾くこ
とが防止される。その結果、カンチレバーの品質及び信
頼性が向上すると共にカンチレバーを歩留まり良く製造
することが可能となる。
尚、真空ピンセットに吸着・脱着の動作をさせて微細
試料を取扱う作業は、半導体工業分野などで通常行われ
ている作業であるから、真空ピンセットを使ってスタイ
ラス棒磁石（160c）のダイアモンド・スタイラス（11
0）側を吸着しつつスタイラス保持部（160）を接着剤
（130）の上に載置することは容易に行うことができ
る。真空ピンセットの代わりに、ピンセット形状もしく
はヘア・ピン形状の直流励磁の電磁石を使い、ダイアモ
ンド・スタイラス（110）が上方の向きになるような励
磁動作もしくは励磁の停止によって、スタイラス棒磁石
（160c）の持ち運びや位置合わせを行うこともできる。
また、片持はり（120）の下方に配置した永久磁石（17
0）を移動させて、片持はり（120）とスタイラス棒磁石
（160c）との位置合わせを行い得ることは言うまでもな
い。
試料を取扱う作業は、半導体工業分野などで通常行われ
ている作業であるから、真空ピンセットを使ってスタイ
ラス棒磁石（160c）のダイアモンド・スタイラス（11
0）側を吸着しつつスタイラス保持部（160）を接着剤
（130）の上に載置することは容易に行うことができ
る。真空ピンセットの代わりに、ピンセット形状もしく
はヘア・ピン形状の直流励磁の電磁石を使い、ダイアモ
ンド・スタイラス（110）が上方の向きになるような励
磁動作もしくは励磁の停止によって、スタイラス棒磁石
（160c）の持ち運びや位置合わせを行うこともできる。
また、片持はり（120）の下方に配置した永久磁石（17
0）を移動させて、片持はり（120）とスタイラス棒磁石
（160c）との位置合わせを行い得ることは言うまでもな
い。
第３図にこの発明の第２実施例に係るカンチレバーを
示す。
示す。
このカンチレバー（200）においては、ダイアモンド
・スタイラス（110）を保持するスタイラス保持部（26
0）が、磁性物質の粉末（261）が分散された硬化性プラ
スチック樹脂（262）から形成されている。すなわち、
磁性物質の粉末（261）と硬化性プラスチック樹脂（26
2）との混合体の中にダイアモンド・スタイラス（110）
の一部が埋没し、硬化性プラスチック樹脂（262）の硬
化により固定されている。樹脂物質の粉末（261）とし
ては例えばニッケル（Ni）、鉄（Fe）、これらの合金あ
るいはバリウム・フェライト（BaO・6Fe2O3）の粉末を
使い、硬化性プラスチック樹脂（262）としてはフェノ
ール樹脂や耐熱性が優れるポリイミド樹脂を使う。
・スタイラス（110）を保持するスタイラス保持部（26
0）が、磁性物質の粉末（261）が分散された硬化性プラ
スチック樹脂（262）から形成されている。すなわち、
磁性物質の粉末（261）と硬化性プラスチック樹脂（26
2）との混合体の中にダイアモンド・スタイラス（110）
の一部が埋没し、硬化性プラスチック樹脂（262）の硬
化により固定されている。樹脂物質の粉末（261）とし
ては例えばニッケル（Ni）、鉄（Fe）、これらの合金あ
るいはバリウム・フェライト（BaO・6Fe2O3）の粉末を
使い、硬化性プラスチック樹脂（262）としてはフェノ
ール樹脂や耐熱性が優れるポリイミド樹脂を使う。
このカンチレバー（200）は、第2A〜2E図に示した第
１実施例と同様にして製造することができるが、焼結の
ような圧縮・昇温工程を要しないので、第2A図に示す円
柱素材（160a）の製作が簡単である。
１実施例と同様にして製造することができるが、焼結の
ような圧縮・昇温工程を要しないので、第2A図に示す円
柱素材（160a）の製作が簡単である。
第４図にこの発明の第３実施例に係るカンチレバーを
示す。
示す。
このカンチレバー（300）においては、スタイラス保
持部（360）が磁性物質からなる細管（361）と細管（36
1）内に充填された硬化性プラスチック樹脂（362）とか
ら構成されている。細管（361）の中にダイアモンド・
スタイラス（110）の一部が埋没し、硬化性プラスチッ
ク樹脂（362）により固定されている。細管（361）は例
えばニッケル（Ni）から形成される。このカンチレバー
（300）の製造にあたっては、まず細管（361）内へダイ
アモンド原石とともに硬化性プラスチック樹脂（362）
を充填し、プラスチック樹脂（362）を硬化させる。次
に、ダイアモンド原石を研磨してダイアモンド・スタイ
ラス（110）を形成し、これによりスタイラス棒を形成
する。その後は、第2C〜2E図に示した第１実施例と同様
にしてカンチレバー（300）が製造される。尚、スタイ
ラス棒磁石を形成する際には、細管（361）が磁化され
ることとなる。この実施例によれば、所定の内外径の細
管（361）を使うことにより、円柱素材の外径研磨を省
略できる。
持部（360）が磁性物質からなる細管（361）と細管（36
1）内に充填された硬化性プラスチック樹脂（362）とか
ら構成されている。細管（361）の中にダイアモンド・
スタイラス（110）の一部が埋没し、硬化性プラスチッ
ク樹脂（362）により固定されている。細管（361）は例
えばニッケル（Ni）から形成される。このカンチレバー
（300）の製造にあたっては、まず細管（361）内へダイ
アモンド原石とともに硬化性プラスチック樹脂（362）
を充填し、プラスチック樹脂（362）を硬化させる。次
に、ダイアモンド原石を研磨してダイアモンド・スタイ
ラス（110）を形成し、これによりスタイラス棒を形成
する。その後は、第2C〜2E図に示した第１実施例と同様
にしてカンチレバー（300）が製造される。尚、スタイ
ラス棒磁石を形成する際には、細管（361）が磁化され
ることとなる。この実施例によれば、所定の内外径の細
管（361）を使うことにより、円柱素材の外径研磨を省
略できる。
第５図にこの発明の第４実施例に係るカンチレバーを
示す。
示す。
この実施例のカンチレバー（400）においては、片持
はり（120）の自由端の上面にスタイラス保持部（160）
が配置されると共に下面にミラー（450）が配置されて
いる。片持はり（120）とミラー（450）及びスタイラス
保持部（160）は互いに接着剤（130）によって固定され
ている。このカンチレバー（400）では、ミラー（450）
に入射させた光ビームの反射角度を検出することによ
り、いわゆる光学てこを利用して原子間力による片持は
り（120）の撓みを検出することができる。
はり（120）の自由端の上面にスタイラス保持部（160）
が配置されると共に下面にミラー（450）が配置されて
いる。片持はり（120）とミラー（450）及びスタイラス
保持部（160）は互いに接着剤（130）によって固定され
ている。このカンチレバー（400）では、ミラー（450）
に入射させた光ビームの反射角度を検出することによ
り、いわゆる光学てこを利用して原子間力による片持は
り（120）の撓みを検出することができる。
この実施例のカンチレバー（400）は、その製造工程
において、ミラー（450）とスタイラス保持部（160）の
間にそれぞれ接着剤（130）を介して片持はり（120）を
挟み込み、接着剤（130）が硬化するまで、第2E図に示
した製造工程と同様に外部に配置した永久磁石（170）
とスタイラス保持部（160）との間の磁力によってこの
状態を固定する。これにより、スタイラス保持部（16
0）とミラー（450）を位置ずれを生じることなく同時に
片持はり（120）に取り付けることができる。
において、ミラー（450）とスタイラス保持部（160）の
間にそれぞれ接着剤（130）を介して片持はり（120）を
挟み込み、接着剤（130）が硬化するまで、第2E図に示
した製造工程と同様に外部に配置した永久磁石（170）
とスタイラス保持部（160）との間の磁力によってこの
状態を固定する。これにより、スタイラス保持部（16
0）とミラー（450）を位置ずれを生じることなく同時に
片持はり（120）に取り付けることができる。
第６図にこの発明の第５実施例に係るカンチレバーを
示す。
示す。
この実施例のカンチレバー（500）においては、片持
はり（120）の固定端がはり支持部（540）に支持され、
はり支持部（540）に片持はり（120）の自由端の周辺部
を囲むはり保護部（541）が設けられている。はり保護
部（541）は、例えばはり支持部（540）の一部が張り出
した形状を有している。この実施例によれば、カンチレ
バー（500）の使用の際に外部との接触により起こり得
る片持はり（120）の変形を、このはり保護部（541）に
よって防止することができる。はり保護部（541）は、
強さと靱性のある材質、例えばりん青銅から作られる。
また、第６図では、はり保護部（541）ははり支持部（5
40）の一部が張り出して形成されているが、はり支持部
とは別に強さと靱性のある材質のはり保護部を作製し、
これをはり支持部にスポット溶接または接着剤で固定し
てもよい。
はり（120）の固定端がはり支持部（540）に支持され、
はり支持部（540）に片持はり（120）の自由端の周辺部
を囲むはり保護部（541）が設けられている。はり保護
部（541）は、例えばはり支持部（540）の一部が張り出
した形状を有している。この実施例によれば、カンチレ
バー（500）の使用の際に外部との接触により起こり得
る片持はり（120）の変形を、このはり保護部（541）に
よって防止することができる。はり保護部（541）は、
強さと靱性のある材質、例えばりん青銅から作られる。
また、第６図では、はり保護部（541）ははり支持部（5
40）の一部が張り出して形成されているが、はり支持部
とは別に強さと靱性のある材質のはり保護部を作製し、
これをはり支持部にスポット溶接または接着剤で固定し
てもよい。
以上説明したようにこの発明に係るAFMのカンチレバ
ーは、試料面に対向させて原子間力を検出するためのダ
イアモンド・スタイラスと、少なくとも一部が磁性物質
から形成され且つ前記ダイアモンド・スタイラスを保持
するスタイラス保持部と、一端が固定され且つ他端に前
記スタイラス保持部が取り付けられると共に前記ダイア
モンド・スタイラスと試料との間に作用する原子間力に
応じて変形する片持はりとを備えているので、カンチレ
バーの品質及び信頼性が向上すると共に製造歩留まりが
向上する。
ーは、試料面に対向させて原子間力を検出するためのダ
イアモンド・スタイラスと、少なくとも一部が磁性物質
から形成され且つ前記ダイアモンド・スタイラスを保持
するスタイラス保持部と、一端が固定され且つ他端に前
記スタイラス保持部が取り付けられると共に前記ダイア
モンド・スタイラスと試料との間に作用する原子間力に
応じて変形する片持はりとを備えているので、カンチレ
バーの品質及び信頼性が向上すると共に製造歩留まりが
向上する。
また、この発明に係るAFMのカンチレバーの製造方法
は、少なくとも一部が磁性物質から形成されたスタイラ
ス保持部にダイアモンド原石を固定し、前記ダイアモン
ド原石を研削してスタイラスを形成し、前記スタイラス
保持部の磁性物質を磁化させ、片持はりの表面に接着剤
を塗布し、前記スタイラス保持部を前記片持はりの近傍
に配置された磁石の磁力によって前記片持はりの接着剤
塗布面上に固定し、前記接着剤が硬化した後に前記磁石
を前記片持はりから離すと共に前記スタイラス保持部の
磁性物質を消磁させる方法であるので、ダイアモンド・
スタイラスのハンドリングが容易となり、高品質且つ高
信頼性のカンチレバーを歩留まり良く製造することがで
きる。
は、少なくとも一部が磁性物質から形成されたスタイラ
ス保持部にダイアモンド原石を固定し、前記ダイアモン
ド原石を研削してスタイラスを形成し、前記スタイラス
保持部の磁性物質を磁化させ、片持はりの表面に接着剤
を塗布し、前記スタイラス保持部を前記片持はりの近傍
に配置された磁石の磁力によって前記片持はりの接着剤
塗布面上に固定し、前記接着剤が硬化した後に前記磁石
を前記片持はりから離すと共に前記スタイラス保持部の
磁性物質を消磁させる方法であるので、ダイアモンド・
スタイラスのハンドリングが容易となり、高品質且つ高
信頼性のカンチレバーを歩留まり良く製造することがで
きる。
第１図はこの発明の第１実施例に係るAFMのカンチレバ
ーを示す斜視図、第2A〜2E図は第１実施例のカンチレバ
ーの製造方法を工程順に示す図、第３〜６図はそれぞれ
この発明の第２〜５実施例を示す斜視図、第７〜９図は
それぞれ従来のAFMのカンチレバーを示す斜視図であ
る。 図において、（110）はダイアモンド・スタイラス、（1
11）はダイアモンド原石、（120）は片持はり、（130）
は接着剤、（160）、（260）及び（360）はスタイラス
保持部、（160c）はスタイラス棒磁石、（170）は永久
磁石、（261）は磁性物質の粉末、（262）及び（362）
は硬化性プラスチック樹脂、（361）は細管、（450）は
ミラー、（541）ははり保護部である。 尚、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
ーを示す斜視図、第2A〜2E図は第１実施例のカンチレバ
ーの製造方法を工程順に示す図、第３〜６図はそれぞれ
この発明の第２〜５実施例を示す斜視図、第７〜９図は
それぞれ従来のAFMのカンチレバーを示す斜視図であ
る。 図において、（110）はダイアモンド・スタイラス、（1
11）はダイアモンド原石、（120）は片持はり、（130）
は接着剤、（160）、（260）及び（360）はスタイラス
保持部、（160c）はスタイラス棒磁石、（170）は永久
磁石、（261）は磁性物質の粉末、（262）及び（362）
は硬化性プラスチック樹脂、（361）は細管、（450）は
ミラー、（541）ははり保護部である。 尚、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平３−48702（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−35411（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−267401（ＪＰ，Ｕ)
Claims (7)
- 【請求項１】試料面に対向させて原子間力を検出するた
めのダイアモンド・スタイラスと、 少なくとも一部が磁性物質から形成され且つ前記ダイア
モンド・スタイラスを保持するスタイラス保持部と、 一端が固定され且つ他端に前記スタイラス保持部が取り
付けられると共に前記ダイアモンド・スタイラスと試料
との間に作用する原子間力に応じて変形する片持はりと を備えたことを特徴とする原子間力顕微鏡のカンチレバ
ー。 - 【請求項２】前記スタイラス保持部は、磁性物質の粉末
の焼結体からなる請求項１記載の原子間力顕微鏡のカン
チレバー。 - 【請求項３】前記スタイラス保持部は、磁性物質の粉末
が分散された硬化性プラスチック樹脂からなる請求項１
記載の原子間力顕微鏡のカンチレバー。 - 【請求項４】前記スタイラス保持部は、磁性物質からな
る細管と、前記細管内に充填された硬化性プラスチック
樹脂とを含む請求項１記載の原子間力顕微鏡のカンチレ
バー。 - 【請求項５】さらに、前記片持はりの他端に固定され且
つ前記片持はりの変形を検出するためのミラーを備えた
請求項１記載の原子間力顕微鏡のカンチレバー。 - 【請求項６】さらに、前記片持はりの一端に接続され且
つ前記片持はりの他端の周辺部を囲むはり保護部を備え
た請求項１記載の原子間力顕微鏡のカンチレバー。 - 【請求項７】少なくとも一部が磁性物質から形成された
スタイラス保持部にダイアモンド原石を固定し、 前記ダイアモンド原石を研削してスタイラスを形成し、 前記スタイラス保持部の磁性物質を磁化させ、 片持はりの表面に接着剤を塗布し、 前記スタイラス保持部を前記片持はりの近傍に配置され
た磁石の磁力によって前記片持はりの接着剤塗布面上に
固定し、 前記接着剤が硬化した後に前記磁石を前記片持はりから
離すと共に前記スタイラス保持部の磁性物質を消磁させ
る ことを特徴とする原子間力顕微鏡のカンチレバーの製造
方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2224473A JP2501945B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 原子間力顕微鏡のカンチレバ―及びその製造方法 |
| DE69102111T DE69102111T2 (de) | 1990-08-28 | 1991-03-05 | Cantilever zum Gebrauch in einem Atomkraftmikroskop und Verfahren zu dessen Herstellung. |
| EP91301821A EP0475559B1 (en) | 1990-08-28 | 1991-03-05 | Cantilever for use in atomic force microscope and manufacture method therefor |
| US07/685,644 US5193385A (en) | 1990-08-28 | 1991-04-16 | Cantilever for use in atomic force microscope and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2224473A JP2501945B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 原子間力顕微鏡のカンチレバ―及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04106852A JPH04106852A (ja) | 1992-04-08 |
| JP2501945B2 true JP2501945B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=16814348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2224473A Expired - Lifetime JP2501945B2 (ja) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | 原子間力顕微鏡のカンチレバ―及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5193385A (ja) |
| EP (1) | EP0475559B1 (ja) |
| JP (1) | JP2501945B2 (ja) |
| DE (1) | DE69102111T2 (ja) |
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| DE69309318T2 (de) * | 1992-01-10 | 1997-10-30 | Hitachi Ltd | Verfahren und Vorrichtung zum Beobachten einer Fläche |
| US5319960A (en) * | 1992-03-06 | 1994-06-14 | Topometrix | Scanning force microscope |
| JP2917674B2 (ja) * | 1992-06-03 | 1999-07-12 | 松下電器産業株式会社 | 走査トンネル顕微鏡用探針およびその製造方法 |
| DE4310349C2 (de) * | 1993-03-30 | 2000-11-16 | Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh | Sensorkopf und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US5646339A (en) * | 1994-02-14 | 1997-07-08 | International Business Machines Corporation | Force microscope and method for measuring atomic forces in multiple directions |
| US5591903A (en) * | 1994-08-11 | 1997-01-07 | Iowa State University Research Foundation | Reconstructing the shape of an atomic force microscope probe |
| JPH08297129A (ja) * | 1995-04-26 | 1996-11-12 | Nikon Corp | 原子間力顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法 |
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| US20090038382A1 (en) * | 2005-10-06 | 2009-02-12 | Namiki Seimitsu Houseki Kabushiki Kaisha | Probe and cantilever |
| JP2008026281A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マイクロプローブ |
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| JP2008292375A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 走査プローブ顕微鏡に用いる探針及びカンチレバー |
| WO2009086534A1 (en) | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Veeco Instruments Inc. | Method of fabricating a probe device for a metrology instrument and probe device produced thereby |
| DE102010035931A1 (de) | 2010-08-31 | 2012-03-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung einer Messspitze für ein Rastersondenmikroskop sowie Messsonde mit nach diesem Verfahren hergestellter Messspitze |
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Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS53168Y2 (ja) * | 1975-12-22 | 1978-01-06 | ||
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