JP4523302B2 - 集束イオンビームを用いた加工方法、ナノチューブプローブ、顕微鏡装置、及び電子銃 - Google Patents

Description

本発明は、高精度の微細加工を実現する集束イオンビームを用いた加工方法に関し、更に詳細には、加工領域が加工深度の勾配を有している場合に、平均加工深度が小さくなる方向に連続的又は段階的に前記集束イオンビームの走査範囲を拡大し、均一な幅で試料を加工することができる集束イオンビームを用いた加工方法である。

微細加工等に用いられる集束イオンビーム顕微鏡（ＦＩＢ装置）は、イオン光学系によりイオン源から引き出したイオンビームのビーム径をミクロンからナノメートルオーダまで集束させ、その集束イオンビームの照射によって試料を加工したり、その照射に伴って加工面から放出される二次電子の走査像により加工面を観察することができる。

一般的に、集束イオンビームを用いた加工方法では、試料に集束イオンビームを照射しながら２次元走査を行っている。２次元の偏向走査を行う場合に、所望の周波数と走査の繰り返し数を定め、この周波数での偏向走査を繰り返し行うことで、前記集束イオンビームによる加工を行っており、通常、この加工周波数は固定されている。

図１１は、集束イオンビームを用いた加工方法の説明図であり、特開２０００−３５３９０号（特許文献１）に開示されている。（１１Ａ）に示すように、試料１０４の加工領域１０６を除去加工するために、走査範囲１１２内を集束イオンビーム１０２で走査する。前記走査範囲１１２の走査方向は、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙから構成され、２次元の走査範囲１１２内を除去加工することができる。

集束イオンビーム１０２を用いた加工方法では、前記集束イオンビーム１０２を試料１０４の側壁面１０４ｃに略平行に入射させ、この側壁面１０４ｃから除去加工する場合の方が試料表面に垂直な方向から入射させる場合より５倍以上加工速度が速いことが知られている。前記側壁面１０４ｃでは集束イオンビームにより除去される試料構成材（試料構成粒子、試料構成原子又は試料構成イオン等）が排出される方向に、この試料構成材の飛散を阻害するものがないから、側壁側の加工領域が高効率に除去加工されると考えられる。本願明細書では、このような効果を「空間効果」と称する。従って、図１１の加工方法では、常に前記試料１０４の側壁から除去加工するように、前記副走査方向Ｙが設定されている。

（１１Ｂ）は、集束イオンビームの入射方向と加工領域の関係を示している。前記集束イオンビームは完全な直線ビームではなく数度の集束角αを有するものであるから、試料の加工面はビーム軸に平行とならずα／２分だけ角度差を生じることになる。従って、加工に際してはその分だけ試料ステージ１０５を傾斜させてビーム照射を行うように設定される。
特開２０００−３５３９０号公報

図１２は、従来の加工方法によって厚さ勾配を有する試料１０４を除去加工する場合の説明図である。（１２Ａ）は、加工領域と走査範囲の関係を示している。試料１０４は厚さ勾配を有しているから、照射面１０４ａから裏面１１６まで加工する場合、加工領域１０６は加工深度１１４の勾配を有する。前記加工領域１０６に対応する走査範囲１１２を設定し、集束イオンビーム１０２を照射しながら走査すると、加工深度が小さな領域では、加工深度が大きな領域より早く前記集束イオンビームが試料の裏面まで貫通する。

（１２Ｂ）に示すように、照射される集束イオンビームは均一な強度を有するものではなく、前記集束イオンビームの断面１０２ａは強度分布を有し、前記断面１０２ａは主強度部１０２ｂと裾部１０２ｃから構成されている。即ち、（１２Ｃ）に示すように、（１２Ｂ）におけるｒ方向のビーム強度分布はガウス関数形状に拡がっている。従って、加工面１０４ｂにはガウス形状を反映した湾曲構造が形成される。（本願明細書では、このような効果を「強度分布効果」と称する。）特に、側壁側の加工領域１０６では、（１２Ａ）に示すように、前記空間効果との相乗効果により試料１０４には湾曲加工部１０６ｄが形成される。その結果、前記加工領域１０６の加工面１０４ｂが加工深度の小さな方向へ湾曲するから、この加工方法では高精度な微細加工を実現することが困難であった。

図１３は、従来の加工方法によって走査型顕微鏡用カンチレバーを除去加工する場合の説明図である。（１３Ａ）は、カンチレバーの突出部１２２の微細構造を示している。本発明者らにより、走査型顕微鏡の探針としてナノチューブを用いたナノチューブプローブが特許３４４１３９７号（特許文献２）に開示され、走査型顕微鏡の飛躍的な高分解能化が実現されている。更に、本発明者らは、平均試料表面とナノチューブ探針を略垂直状態に設定することにより、ナノチューブ探針の一層の高分解能化が実現し、特開２００２−１６２３３５号（特許文献２）に開示されている。ナノチューブプローブを構成するカンチレバーは、前記突出部１２２に垂直面１２２ａが形成され、この垂直面にナノチューブを固着してナノチューブプローブが完成される。このような微細加工において、集束イオンビーム１０２を用いた従来の加工方法を適用する場合、上述のように走査範囲１１２を設定し、この走査範囲１１２内を集束イオンビーム１０２により走査して前記垂直面１２２ａを形成する。

しかしながら、前記突出部のように加工深度の勾配が大きな試料を集束イオンビーム１０２により均一に走査すると、著しい加工速度の差が生じるから突出部１２２の先端近傍では、前記空間効果と強度分布効果により垂直面１２２ａが湾曲形成される。（１３Ｂ）は、前記突出部の（１３Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。ナノチューブを固着する場合に必要とされる垂直面１２２ａに対し、従来の加工方法では湾曲面１２２ｅが形成される。このような湾曲面１２２ｅに固着されたナノチューブは前記湾曲面１２２ｅに沿って湾曲する性質を有するから、ナノチューブ探針は略垂直に試料表面と接触することができず、更なる高分解能化を阻害するものであった。
特許３４４１３９７号 特開２００２−１６２３３５号

従って、本発明の目的とするところは、集束イオンビームを照射して加工深度及び／又は加工効率の勾配を有する試料を加工する場合に、単位加工面積当たりの集束イオンビーム照射エネルギー又は加工速度を調節して、均一で高精度な微細加工を実現することである。

本発明は、上記課題を達成するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、集束イオンビームを照射して試料の一部を構成する加工領域を除去加工する方法において、前記加工領域が加工深度の勾配を有している場合に、平均加工深度が最も大きな領域を初期加工領域とし、この初期加工領域を含んで平均加工深度が小さくなる方向に連続的又は段階的に拡大された拡大加工領域を１段以上設定し、初期加工領域を加工した後、平均加工深度が小さくなる方向に前記拡大加工領域を順次加工して、前記加工領域の全域を加工する集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第２の形態は、集束イオンビームを照射して試料の一部を構成する加工領域を除去加工する方法において、前記加工領域が試料内部から試料側壁までの連続領域に設定され、この加工領域の加工深度が一定の場合に、前記側壁から最も離れた内部領域を初期加工領域とし、この初期加工領域を含んで側壁に近付く方向に連続的又は段階的に拡大された拡大加工領域を１段以上設定し、初期加工領域を加工した後、側壁に近付く方向に前記拡大加工領域を順次加工して、前記加工領域の全域を加工する集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第３の形態は、前記加工領域が試料における集束イオンビームの照射面から裏面に到達している集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第４の形態は、走査型顕微鏡用カンチレバーを前記試料とし、前記カンチレバー突出部の先端部の一部を加工領域とし、第１又は第３の形態の加工方法により前記加工領域を除去し、走査する試料面に略垂直な垂直面を形成して、この垂直面の基端部を残して前記先端部の最先端部を除去する集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第５の形態は、前記突出部の側面側から前記集束イオンビームを照射する集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第６の形態は、前記垂直面に集束イオンビームを照射して前記最先端部を除去する集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第７の形態は、前記突出部側面の所望の位置に集束イオンビームを照射して溝部を形成し、前記最先端部の側面に押圧部材を押接して押圧力を負荷し、前記溝部から最先端部を折って破断面を形成する集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第８の形態は、前記最先端部の側面に押圧部材を押接して押圧力を負荷し、前記溝部から最先端部を折って破断面を形成する集束イオンビームを用いた加工方法である。

本発明の第９の形態は、前記第４〜第８の形態のいずれかの加工方法により加工されたカンチレバーを用い、そのカンチレバーの垂直面にナノチューブの基端部を固定し、ナノチューブの先端部を突出させるナノチューブプローブである。

本発明の第１０の形態は、前記第９の形態のナノチューブプローブと、このナノチューブプローを３次元駆動する駆動装置を設け、前記ナノチューブの先端により試料表面を走査する顕微鏡装置である。

本発明の第１１の形態は、前記第９の形態のナノチューブプローブを用い、このナノチューブ先端から電子ビームを放出する電子銃である。

本発明の第１の形態によれば、前記加工領域が加工深度の勾配を有している場合に、初期加工領域を平均加工深度が小さくなる方向に連続的又は段階的に拡大することにより、加工面積の大きさに応じて集束イオンビームの照射エネルギーを調節することができる。平均加工深度が最も大きな初期加工領域は、加工面積が大きいから加工時間が大きく、平均加工深度が小さい領域に近付くほど加工時間は減少する。従って、加工領域の全域を走査範囲に設定した場合、加工深度が小さな領域は初期に除去加工されるが、集束イオンビームは照射され続ける。その結果、加工深度が小さな加工領域では加工面が大きく湾曲する。本発明に係る加工方法では、加工面積の大きさに応じて集束イオンビームの照射エネルギーを調節できるから、前記空間効果が大きな加工領域では照射エネルギーを小さくすることができ、加工深度の勾配を有する試料に対して均一で高精度な微細加工を実現することができる。従って、集束イオンビームを用いた種々の微細加工において、より複雑で且つ高精度な加工技術を提供することができる。上記加工プロセスを更に詳細に説明すると、加工量は加工領域の単位加工面積当りに受けるビームエネルギーに比例するという原理に基づいている。加工深度の大きな初期加工領域では加工面積が大きいから、集束イオンビームの照射時間を長く設定し、加工深度の小さな外側加工領域では、前記照射時間を短く設定する必要がある。この第１形態では、初期加工領域のビーム加工が何回も行われ、外側加工領域のビーム加工回数が少なく設定されている。このように加工回数を大小可変にすることにより、単位加工面積が受けるビームエネルギーを一定にすることができる。従って、加工領域の両側面が垂直に切削され、加工幅を加工領域の全域に亘って均一化できる効果がある。

本発明の第２の形態によれば、側壁から最も離れた領域を初期加工領域とし、この初期加工領域を側壁に近付く方向に連続的又は段階的に拡大することにより、加工領域内の加工速度に応じて単位加工面積当たりのビーム照射エネルギーを調節することができる。上述の空間効果により試料の側壁側では、加工速度が速くなるから加工速度を一定に保つことができない。本発明に係る加工方法によれば、単位加工面積当たりのビーム照射エネルギーを調節し、加工速度を一定にして除去加工することができる。更に具体的に述べると、この第２形態では、加工深度が一定であり、単位加工面積が受けるビームエネルギー量を一定にするため、初期加工領域で集束イオンビームエネルギーを小さくし、外側にいくほど集束イオンビームエネルギーが大きくなるように設定される。このことにより、加工領域の加工速度を一定化でき、加工領域の両側面が垂直に切削され、加工領域の全域に亘って加工幅を均一にできる効果がある。

本発明の第３の形態によれば、加工深度の勾配に応じて単位加工面積当たりの照射エネルギーを調節することにより、前記加工領域が集束イオンビームの照射面から裏面に到達している場合に増強される空間効果を抑制することができる。加工深度の勾配に応じて前記加工領域が裏面に到達している場合、加工深度の小さな領域が先に貫通し、この領域の空間効果は顕著に増強され易くなる。従って、前記加工領域が裏面に到達する試料において、加工深度の勾配に応じて照射エネルギーを調節することにより、前記空間効果及び強度分布効果の抑制機能を十分に発揮することができる。

本発明の第４の形態によれば、カンチレバーを前記試料とし、前記カンチレバー突出部の先端部の一部を加工領域とし、本発明に係る第１又は第３の形態の加工方法により前記加工領域を除去することにより、ナノチューブを固着するために好適な垂直面を形成することができる。この垂直面は前記第１又は第３の形態により加工されるから平坦な垂直面が形成され、測定時に固着されたナノチューブは平均試料面と略垂直状態に設定され、前記ナノチューブは好適なナノチューブ探針として、高分解能をナノチューブプローブに提供することができる。更に、カンチレバー先端部の基端部を残して前記先端部の最先端部を除去することにより、測定時における前記カンチレバーの先端とナノチューブ先端との２重露出を抑制することができる。

本発明の第５の形態によれば、前記突出部の側面側から前記集束イオンビームを照射することにより、より一層平坦な垂直面を形成することができる。集束イオンビームを上方から照射した場合、前記突出部の先端から集束イオンビームの裾部により削り取られ、結果として前記垂直面が突出部の先端方向に湾曲する。従って、前記垂直面にナノチューブが固着されると、このナノチューブの先端部も湾曲し、平均試料表面との略垂直状態を確保することができなかった。本発明に係る加工方法では、集束イオンビームが前記側面側から入射されるから、前記ナノチューブの固着部を確実に平坦に形成することができる。

本発明の第６の形態によれば、前記垂直面に略垂直な方向から集束イオンビームを照射することにより、平坦な垂直面を確保しながら、前記最先端部を除去することができる。従って、前記垂直面が平坦であるから、この垂直面に固着されたナノチューブ探針は、平均試料表面と略垂直に配置することができ、高い分解能を確保することができる。

本発明の第７の形態によれば、前記最先端部の側面に押圧部材を押接して押圧力を負荷し、集束イオンビームにより形成された溝部から最先端部を折って破断面を形成することができ、任意の位置で最先端部を除去することができる。更に、前記押圧力により最先端部を折ることにより、前記垂直面の平坦性を保持することができる。通常、カンチレバー及びその突出部は、シリコン及びシリコンナイトライド等から形成され、結晶性が良く、高い硬度を有している。従って、破断面は、原子オーダーの平坦性が確保される。垂直面と破断面の境界が先鋭な角部から形成され、この垂直面に沿ってナノチューブを固着すれば、高い分解能を有するナノチューブ探針を製造することができる。

本発明の第８の形態によれば、前記押圧力により最先端部を折ることにより、前記垂直面の平坦性を保持することができる。通常、カンチレバー及びその突出部は、シリコン及びシリコンナイトライド等から形成され、結晶性が良く、高い硬度を有している。従って、破断面は、原子オーダーの平坦性が確保される可能性がある。その結果、垂直面と破断面は先鋭な角度から形成され、この垂直面に沿ってナノチューブを固着すれば、高い分解能を有するナノチューブ探針を製造することができる。

本発明の第９の形態によれば、前記ナノチューブの先端部が突出した状態で、このナノチューブの基端部が前記カンチレバーの垂直面に固定されているから、ナノチューブプローブを種々のデバイス（例えば、走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、電子顕微鏡、電界放出ディスプレイなど）の構成部材として用いる場合に、ナノチューブ先端を所望の方向に設定することができる。従って、前記ナノチューブプローブを用いることにより、走査型顕微鏡及び原子間力顕微鏡などでは、高分解能化を容易に達成することができ、電子顕微鏡、電界放出ディスプレイ等では、高効率な電界放出を行うことができる。

本発明の第１０の形態によれば、ナノチューブプローブを構成するナノチューブが前記垂直面に固着されているから、ナノチューブプローブと試料の平均試料表面を略垂直に配置することができる。従って、ナノチューブ先端を試料表面に対し走査することができ、高分解の顕微鏡像を安定して撮像することができる。

本発明の第１１の形態によれば、前記ナノチューブプローブを電子銃の陰極として用いることにより、電子銃の引出電極及び加速電極に対し好適な位置にナノチューブ陰極を配設することができる。従って、高効率に電界放出する電子銃を実現することができる。

以下に、本発明に係る集束イオンビームを用いた加工方法の実施形態を添付する図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る第１実施形態の斜視図である。この第１実施形態は、集束イオンビーム２を照射して試料４の加工領域６を除去加工する加工方法であり、前記試料４は厚さ勾配を有し、前記加工領域６は照射面４ａから裏面１６に到達し、前記加工領域６は加工深度１４の勾配を有している。平均加工深度が最も小さな初期加工領域６ａを設定する。更に、前記初期加工領域６ａを加工深度１４が小さくなる方向（矢印Ｌ）へ連続的又は段階的に拡張した拡大加工領域６ｂを設定し、この拡大加工領域６ｂは加工領域６の全域まで拡大される。

先ず、前記初期加工領域６ａに対応する初期走査範囲８に従って集束イオンビーム２を走査し、この初期加工領域６ａの一部が除去加工される。このとき除去される試料部材の量は、加工深度１４の勾配に応じて適宜に設定される。初期加工領域６ａをより小さく設定し、より小さなステップで初期又は拡大加工領域を設定することによって、より平坦で均一な加工面を形成することが可能である。前記走査範囲における集束イオンビームの好ましい走査方法は、Ｌ方向に振動しながらＴ方向の走査を繰り返すものである。

図２は、本発明に係る第２実施形態の斜視図である。試料４は加工深度１４の勾配はないが、上述の空間効果により端部４ｃにおける加工効率が増大する。従って、加工効率の低い初期加工領域６ａから順次拡大し、前記加工領域６の全域が加工される。前記初期加工領域６ａの一部が除去加工されると、前記空間効果により、拡大加工領域６ｂの加工効率が増大する。従って、加工効率の変化に応じて前記加工領域６を拡大することにより、平坦な加工面４ｂが形成される。加工手順は図１と同様であるから、その詳細については省略する。しかしながら、前記集束イオンビームの加速電圧、ビーム径、走査範囲の拡大速度又は拡大率などは、適宜に決定される。

図３は、本発明に係る第３実施形態の斜視図である。図３における加工領域６は、加工深度１４の勾配を有しているが、この加工領域６は照射面４ａから裏面まで到達していない。このような加工領域６に対しても図１に示した加工方法を用いて、前記集束イオンビーム２を照射して平坦な加工面４ｂを形成することができる。前記集束イオンビームの加速電圧、ビーム径、走査範囲の拡大速度又は拡大率などは、加工領域６の形状に応じて適宜に決定される。加工手順は図１と同様であるから、その詳細については省略する。

図４は、本発明に係る第４実施形態の斜視図である。図３における加工領域６は、加工深度１４が一定で照射面４ａから裏面まで到達していない。このような加工領域６においても図２と同様に上記空間効果により、端部４ｃの加工効率が増大する。従って、図２に示した加工方法を用いて、前記集束イオンビーム２を照射して平坦な加工面４ｂを形成することができる。前記集束イオンビームの加速電圧、ビーム径、走査範囲の拡大速度又は拡大率などは、加工領域６の形状に応じて適宜に決定される。加工手順は図２と同様であるから、その詳細について省略する。

図５は、本発明に係る加工方法により加工された走査型顕微鏡用カンチレバー１８の斜視図である。走査型顕微鏡用カンチレバー１８はカンチレバー部２０と突出部２２から構成されている。図中のカンチレバー１８は、突出部２２の垂直面２２ａにナノチューブ２４が固着され、このナノチューブ２４を探針として試料表面２６ａを走査することによって、高分解能の試料表面像を撮像することができる。

図６は、カンチレバー突出部２２の微細構造を示す構成図である。前記カンチレバー突出部２２の先端部３２の一部を加工領域６とし、この加工領域６を除去して、ナノチューブ２４を固着する垂直面２２ａが形成されている。前記垂直面２２ａは図１に示した加工方法により加工されることによって、平坦な垂直面２２ａが形成される。更に、先端部３２の基端部３０を残して前記先端部３２の最先端部２８を除去することにより、測定時において突出部先端とナノチューブ先端との２重露出を防ぐことができる。

図７は、（５Ａ）におけるＸ−Ｘ線の断面図である。前記突出部２２に垂直面２２ａを形成し、この垂直面２２ａにナノチューブ基端部２４ａを固着すると、ナノチューブ２４を試料表面２４と略垂直に配置できる。従って、常にナノチューブ先端２４ｂで試料表面２６ａを操作することができ、高分解能で高精度なナノチューブプローブを提供することができる。前記ナノチューブ基端部２４ａを垂直面２２ａに固着する場合、接着剤、熱融着及びコーティング被膜の形成など種々の固着方法を用いることができる。

図８は、カンチレバー突出部２２を除去加工する加工工程の説明図である。（８Ａ）は、図６のＸ−Ｘ線断面に対応し、集束イオンビーム２が紙面の手前側から照射される。前記カンチレバーの加工深度は先端に近付くほど小さくなり、図１〜図４と同様に、初期加工領域６ａを設定し、更にこの初期加工領域６ａを加工深度が小さくなる方向へ拡大した拡大加工領域６ｂ、６ｃを設定する。更に、前記拡大加工領域６ｃは加工領域６の全域まで拡大される。このとき、加工領域の幅は一定に保持して加工領域の高さａ、ｂ、ｃ、ｄのみを拡大している。

前記集束イオンビームの走査範囲１２は加工領域の拡大に伴って、初期走査範囲８から拡大走査範囲１０ａ、１０ｂへ拡大され、拡大走査範囲１０ｂは走査範囲１２の全域まで拡大される。従って、加工深度の勾配に応じて、加工領域を拡大する拡大率や拡大時間を適宜に調節することによって、単位加工面積当たりの照射エネルギーを均一にすることができる。上述の方法で加工することにより、（１２Ｂ）に示すような平坦な垂直面２２ａを形成することができる。

図９は、カンチレバー最先端部２８を除去する加工方法の説明図である。（９Ａ）に示すように、前記垂直面２２ａに集束イオンビーム２を照射することにより、平坦な垂直面２２ａを確保しながら前記最先端部２８が除去される。また、試料を貫通する加工深度が約５００ｎｍ程度以下になると、裏面に湾曲面３４が形成される場合があることが経験的に分かっている。従って、前記垂直面２２ａ側から集束イオンビーム２を照射することにより、（９Ｂ）に示すように、湾曲面３４は突出部２２の側面に形成されるから、前記垂直面２２ａの平坦性を確保することができる。前記垂直面２２ａが平坦であるから、この垂直面２２ａに固着されるナノチューブ探針は、平均試料表面と略垂直に接触することができる。

図１０は、押圧力による最先端部２８の除去方法を説明する説明図である。先ず、（１０Ａ）に示すように、集束イオンビーム２により前記突出部２２の側面に溝部３８を形成する。次に、（１０Ｂ）に示すように、前記最先端部２８の側面に押圧部材３６を当接して押圧力を矢印方向４０へ負荷し、前記集束イオンビーム２により形成された溝部３８から前記最先端部２８を折って、（１０Ｃ）に示すような破断面２２ｂが形成される。前記溝部３８は、前記集束イオンビーム２により任意の位置に形成できるから、所望の位置で前記最先端部２８を除去することができる。更に、前記カンチレバー突出部２２は、シリコン及びシリコンナイトライド等から形成され、結晶性が良く、高い硬度を有している。従って、破断面２２ｂは、原子オーダーの平坦性を保持することも可能性であり、前記押圧力により最先端部３８を折ることにより、前記垂直面２２ａの平坦性が保持される。その結果、破断面２２ｂの近傍における前記垂直面２２ａの平坦性を確保することができる。前記ナノチューブは、最先端部２８を切除する前に前記垂直面２２ａに固着しても良く、また最先端部２８を切除してから前記垂直面２２ａに固着することもできる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。

本発明に係る加工方法を用いれば、単位加工面積当たりの集束イオンビーム照射エネルギー又は加工速度を調節して、高精度で均一な微細加工を実現することができる。従って、高精度な微細加工技術を必要とする種々の分野、例えば、光デバイスの開発では光ディスクの記録密度向上など、半導体装置製造では、歩留向上、品質向上、効率向上などの効果をもたらすことができる。

本発明に係るナノチューブプローブは、トンネル電流を検出する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、ファンデルワールス力で表面凹凸を検出する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、表面の違いを摩擦力で検出する水平力顕微鏡（ＬＦＭ）、磁性探針と試料表面の磁界領域間の磁性相互作用を検出する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、試料と探針間に電圧を印加して電界力勾配を検出する電界力顕微鏡（ＥＦＭ）、化学官能基の表面分布を画像化する化学力顕微鏡（ＣＦＭ）などに用いることができる。これらの走査型プローブ顕微鏡はその特有の物理的・化学的作用を探針で検出して表面の原子配置を撮像しようとする点で共通するから、本発明に係るナノチューブプローブを用いることにより、高い分解能を付与することができる。

本発明に係る第１実施形態の斜視図である。 本発明に係る第２実施形態の斜視図である。 本発明に係る第３実施形態の斜視図である。 本発明に係る第４実施形態の斜視図である。 本発明に係る実施形態により加工された走査型顕微鏡用カンチレバーの斜視図である。 本発明に係る実施形態により加工されたカンチレバー突出部の微細構造を示す構成図である。 （５Ａ）におけるＸ−Ｘ線の断面図である。 本発明に係るカンチレバー突出部を除去加工する加工工程の説明図である。 本発明に係るカンチレバー最先端部を除去する加工方法の説明図である。 本発明に係る押圧力による最先端部の除去方法を説明する説明図である。 従来の集束イオンビームを用いた加工方法の説明図である。 従来の加工方法によって厚さ勾配を有する試料を除去加工する場合の説明図である。 従来の加工方法によって走査型顕微鏡用カンチレバーを除去加工する場合の説明図である。

符号の説明

２ 集束イオンビーム
４ 試料
４ａ 照射面
４ｂ 加工面
４ｃ 側壁
６ 加工領域
６ａ 初期加工領域
６ｂ 拡大加工領域
８ 初期走査範囲
１０ 拡大走査範囲
１０ａ 拡大走査範囲
１０ｂ 拡大走査範囲
１２ 走査範囲
１４ 加工深度
１６ 裏面
１８ カンチレバー
２０ カンチレバー部
２２ 突出部
２２ａ 垂直面
２２ｂ 破断面
２４ ナノチューブ
２４ａ ナノチューブ先端
２４ｂ ナノチューブ基端部
２６ 試料
２６ａ 試料表面
２８ 最先端部
３０ 基端部
３２ カンチレバー先端部
３４ 湾曲面
３６ 押圧部材
３８ 溝部
１０２ 集束イオンビーム
１０２ａ 断面
１０２ｂ 主強度部
１０２ｃ 裾部
１０４ 試料
１０４ａ 照射面
１０４ｂ 加工面
１０４ｃ 側壁
１０６ 加工領域
１０６ｄ 湾曲加工部
１１２ 走査範囲
１０５ 試料ステージ
１０６ 加工領域
１１２ 走査範囲
１１６ 裏面
１１８ カンチレバー
１２０ カンチレバー部
１２２ａ 垂直面
１２２ｅ 湾曲面
１３２ 先端部

Claims (8)

1. 集束イオンビームを照射して試料の一部を構成する加工領域を除去加工する方法において、前記加工領域が加工深度の勾配を有し、且つ前記加工領域が試料における集束イオンビームの照射面から裏面に到達する場合に、平均加工深度が最も大きな領域を初期加工領域とし、この初期加工領域を含んで平均加工深度が小さくなる方向に連続的又は段階的に拡大された拡大加工領域を１段以上設定し、初期加工領域の前記照射面側の一部を加工した後、前記照射面から前記裏面まで貫通させずに平均加工深度が小さくなる方向に前記拡大加工領域を順次加工して、最終段階で前記加工領域の前記裏面まで除去加工することを特徴とする集束イオンビームを用いた加工方法。
2. 集束イオンビームを照射して試料の一部を構成する加工領域を除去加工する方法において、前記加工領域が試料内部から試料側壁までの連続領域に設定され、この加工領域の加工深度が一定で、且つ前記加工領域が試料における集束イオンビームの照射面から裏面に到達する場合に、前記側壁から最も離れた内部領域を初期加工領域とし、この初期加工領域を含んで側壁に近付く方向に連続的又は段階的に拡大された拡大加工領域を１段以上設定し、初期加工領域の前記照射面側の一部を加工した後、前記照射面から前記裏面まで貫通させずに側壁に近付く方向に前記拡大加工領域を順次加工して、最終段階で前記加工領域の前記裏面まで除去加工することを特徴とする集束イオンビームを用いた加工方法。
3. カンチレバーを前記試料とし、前記カンチレバー突出部の先端部の一部を加工領域とし、前記請求項１に記載の加工方法により前記突出部の側面側から前記集束イオンビームを照射して前記加工領域を除去し、走査する試料面に対して略垂直な垂直面を形成して、この垂直面の基端部を残して前記先端部の最先端部を除去することを特徴とする集束イオンビームを用いた加工方法。
4. 前記垂直面に略垂直な方向から集束イオンビームを照射して前記最先端部を除去する請求項３に記載の集束イオンビームを用いた加工方法。
5. 前記突出部側面の所望の位置に集束イオンビームを照射して溝部を形成し、前記最先端部の側面に押圧部材を押接して押圧力を負荷し、前記溝部から最先端部を折って破断面を形成する請求項３に記載の集束イオンビームを用いた加工方法。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載の加工方法により加工されたカンチレバーを用い、そのカンチレバーの垂直面にナノチューブの基端部を固定し、ナノチューブの先端部を突出させることを特徴とするナノチューブプローブ。
7. 請求項６に記載のナノチューブプローブと、このナノチューブプローブを３次元駆動する駆動装置を設け、前記ナノチューブの先端により試料表面を走査することを特徴とする顕微鏡装置。
8. 請求項６に記載のナノチューブプローブを用い、このナノチューブ先端から電子ビームを放出することを特徴とする電子銃。

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