JPH09297148A - 原子間力顕微鏡用プローブとその製造方法および原子間力顕微鏡 - Google Patents
原子間力顕微鏡用プローブとその製造方法および原子間力顕微鏡Info
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- JPH09297148A JPH09297148A JP8294045A JP29404596A JPH09297148A JP H09297148 A JPH09297148 A JP H09297148A JP 8294045 A JP8294045 A JP 8294045A JP 29404596 A JP29404596 A JP 29404596A JP H09297148 A JPH09297148 A JP H09297148A
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- G—PHYSICS
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プローブのたわみ測定が容易で、先端の尖鋭
化された原子間力顕微鏡用プローブを簡便な製造方法で
実現する。 【解決手段】 圧電結晶基板の結晶面で、先端を形成し
たプローブ、および、等方的な手法で先端を形成したプ
ローブとその製造方法を提案し、走査型原子間力顕微鏡
を構成した。
化された原子間力顕微鏡用プローブを簡便な製造方法で
実現する。 【解決手段】 圧電結晶基板の結晶面で、先端を形成し
たプローブ、および、等方的な手法で先端を形成したプ
ローブとその製造方法を提案し、走査型原子間力顕微鏡
を構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物質間に作用する
原子間力を利用して、試料の表面形状を観察する走査型
原子間力顕微鏡に関する。
原子間力を利用して、試料の表面形状を観察する走査型
原子間力顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の走査型原子間力顕微鏡において
は、原子間力顕微鏡用プローブとして、窒化シリコンあ
るいはシリコンによって形成したカンチレバーとこの上
に形成された探針によって、探針先端と試料表面の間に
作用する原子間力をカンチレバーのたわみ、あるいは、
振動振幅の変化、あるいは、共振周波数の変化として検
知し、探針先端と試料表面の間の距離を一定に制御しな
がら、探針と試料を相対移動させることによって、試料
表面の観察を行っている。この場合の、カンチレバーの
変位の検出には、光学的な手法が主に用いられてきた。
このような光学的な手法を用いると、装置構成が複雑に
なる上、光軸調整などの調整が、必要となり、装置の取
り扱いを煩雑なものにしていた。
は、原子間力顕微鏡用プローブとして、窒化シリコンあ
るいはシリコンによって形成したカンチレバーとこの上
に形成された探針によって、探針先端と試料表面の間に
作用する原子間力をカンチレバーのたわみ、あるいは、
振動振幅の変化、あるいは、共振周波数の変化として検
知し、探針先端と試料表面の間の距離を一定に制御しな
がら、探針と試料を相対移動させることによって、試料
表面の観察を行っている。この場合の、カンチレバーの
変位の検出には、光学的な手法が主に用いられてきた。
このような光学的な手法を用いると、装置構成が複雑に
なる上、光軸調整などの調整が、必要となり、装置の取
り扱いを煩雑なものにしていた。
【０００３】これに対して、電気的に振動検出を行う圧
電検知機構を内蔵したカンチレバーについて、特開平５
−１９６４５８に記載されている。さらに、原子間力顕
微鏡用プローブとして、水晶振動子を利用しようという
提案が、特開昭６３−３０９８０３、特開平４−１０２
００８に記載されている。
電検知機構を内蔵したカンチレバーについて、特開平５
−１９６４５８に記載されている。さらに、原子間力顕
微鏡用プローブとして、水晶振動子を利用しようという
提案が、特開昭６３−３０９８０３、特開平４−１０２
００８に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記、特開平５−１９
６４５８の光学的手法を用いずに電気的にカンチレバー
の変位を検出する方法の場合、圧電体薄膜を形成するプ
ロセスが含まれるため、プローブの製作が煩雑になると
いう欠点がある。
６４５８の光学的手法を用いずに電気的にカンチレバー
の変位を検出する方法の場合、圧電体薄膜を形成するプ
ロセスが含まれるため、プローブの製作が煩雑になると
いう欠点がある。
【０００５】また、特開昭６３−３０９８０３に記載さ
れている水晶振動子プローブについては、水晶振動子と
探針部を張り合わせた構造のものであり、製作が容易で
はない。さらに、特開平４−１０２００８に記載されて
いる水晶振動子プローブは、電気的な検出に関するもの
ではない上、その製造に関する詳細な記述はない。した
がって、水晶振動子を用いる原子間力顕微鏡用プローブ
を簡便に製造する方法および取り扱いの簡便な走査型原
子間力顕微鏡を提供することが、課題となっている。
れている水晶振動子プローブについては、水晶振動子と
探針部を張り合わせた構造のものであり、製作が容易で
はない。さらに、特開平４−１０２００８に記載されて
いる水晶振動子プローブは、電気的な検出に関するもの
ではない上、その製造に関する詳細な記述はない。した
がって、水晶振動子を用いる原子間力顕微鏡用プローブ
を簡便に製造する方法および取り扱いの簡便な走査型原
子間力顕微鏡を提供することが、課題となっている。
【０００６】また、原子間力顕微鏡用プローブにおいて
は、先端の尖鋭化が課題となっており、尖鋭化の方法を
提供することも重要な課題である。
は、先端の尖鋭化が課題となっており、尖鋭化の方法を
提供することも重要な課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明では、探針が水晶によって形成され、探
針の先端部がすくなくとも２つの結晶面を含む３つの面
の頂点として、探針を形成し、カンチレバー部が、探針
と同一の水晶で構成されるとともに、カンチレバーのた
わみを電気的に検出するための電極がカンチレバー上に
形成されている原子間力顕微鏡用プローブの構造とし
た。さらに、この製造方法として、例えば、Ｚ板水晶基
板に対してＹ軸方向に位置決めされたカンチレバー用マ
スクおよびＸ軸方向に位置決めされ２つの結晶面の基板
に対する開き角以内で形成された探針用マスクを用いる
レジスト露光、および、この露光パターンを基にしたエ
ッチングプロセスを含む原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法とした。
ために、本発明では、探針が水晶によって形成され、探
針の先端部がすくなくとも２つの結晶面を含む３つの面
の頂点として、探針を形成し、カンチレバー部が、探針
と同一の水晶で構成されるとともに、カンチレバーのた
わみを電気的に検出するための電極がカンチレバー上に
形成されている原子間力顕微鏡用プローブの構造とし
た。さらに、この製造方法として、例えば、Ｚ板水晶基
板に対してＹ軸方向に位置決めされたカンチレバー用マ
スクおよびＸ軸方向に位置決めされ２つの結晶面の基板
に対する開き角以内で形成された探針用マスクを用いる
レジスト露光、および、この露光パターンを基にしたエ
ッチングプロセスを含む原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法とした。
【０００８】さらに、Ｚ板水晶基板に対してＹ軸方向に
形成されたカンチレバーおよびＸ軸方向に角柱状に形成
された探針部の先端が等方的エッチングによって、尖鋭
化した原子間力顕微鏡用プローブとした。この製造方法
として、例えば、Ｚ板水晶基板に対してＹ軸方向に形成
されたカンチレバー用マスクおよびＸ軸方向に帯状に形
成された探針用マスクを用いるレジスト露光、および、
この露光パターンを基にしたエッチングプロセスによっ
て、原子間力顕微鏡用プローブを製造する方法とした。
形成されたカンチレバーおよびＸ軸方向に角柱状に形成
された探針部の先端が等方的エッチングによって、尖鋭
化した原子間力顕微鏡用プローブとした。この製造方法
として、例えば、Ｚ板水晶基板に対してＹ軸方向に形成
されたカンチレバー用マスクおよびＸ軸方向に帯状に形
成された探針用マスクを用いるレジスト露光、および、
この露光パターンを基にしたエッチングプロセスによっ
て、原子間力顕微鏡用プローブを製造する方法とした。
【０００９】さらに、これらの原子間力顕微鏡用プロー
ブを用いる走査型原子間力顕微鏡として、圧電体を共振
周波数で振動させる励振手段と、プローブの先端と前記
試料表面との間に原子間力が作用した結果生じるプロー
ブの共振特性の変化を電気的特性変化として検出するた
めの手段と、検出手段が出力する検出信号に基づいて、
プローブの先端と試料表面の間隔を一定に保つための制
御手段とを有し、走査手段によって、試料表面の形状を
観察する走査型原子間力顕微鏡とした。
ブを用いる走査型原子間力顕微鏡として、圧電体を共振
周波数で振動させる励振手段と、プローブの先端と前記
試料表面との間に原子間力が作用した結果生じるプロー
ブの共振特性の変化を電気的特性変化として検出するた
めの手段と、検出手段が出力する検出信号に基づいて、
プローブの先端と試料表面の間隔を一定に保つための制
御手段とを有し、走査手段によって、試料表面の形状を
観察する走査型原子間力顕微鏡とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
図面を参照して説明する。図１は、本発明の原子間力顕
微鏡用プローブの一例を示したものである。図１におけ
る原子間力顕微鏡用プローブの主たる構成要素は、水晶
であり、カンチレバー部１と探針部２によって、構成さ
れている。すなわち、探針部は、単結晶材料である水晶
によって形成され、探針の先端部は、２つの結晶面を含
む３つの面の頂点として形成されている。
図面を参照して説明する。図１は、本発明の原子間力顕
微鏡用プローブの一例を示したものである。図１におけ
る原子間力顕微鏡用プローブの主たる構成要素は、水晶
であり、カンチレバー部１と探針部２によって、構成さ
れている。すなわち、探針部は、単結晶材料である水晶
によって形成され、探針の先端部は、２つの結晶面を含
む３つの面の頂点として形成されている。
【００１１】ここで、水晶の結晶面としては、図２に示
すように、Ｘ、Ｙ、Ｚの結晶軸に対して、Ｒ面、ｒ面、
ｓ面、ｘ面などが、存在し、エッチング条件によって、
水晶基板内から、エッチングによって、結晶面を出現さ
せることができる。つまり、水晶の結晶面方位における
エッチング速度はエッチングの条件によって、異なるた
め、エッチング速度に差がでるようなエッチング液を用
いることによって、特定の結晶面を出現させることがで
きるのである。例えば、フッ酸−フッ化アンモニウム混
合液によるエッチングでは、エッチング速度に差が出に
くくなるが、フッ酸水溶液によるエッチングでは、エッ
チング速度に差が出るため、特定の結晶面を出現させや
すくなる。特に、Ｒ面は、エッチング速度が比較的遅い
ために、エッチングによって、出現させやすい面であ
る。
すように、Ｘ、Ｙ、Ｚの結晶軸に対して、Ｒ面、ｒ面、
ｓ面、ｘ面などが、存在し、エッチング条件によって、
水晶基板内から、エッチングによって、結晶面を出現さ
せることができる。つまり、水晶の結晶面方位における
エッチング速度はエッチングの条件によって、異なるた
め、エッチング速度に差がでるようなエッチング液を用
いることによって、特定の結晶面を出現させることがで
きるのである。例えば、フッ酸−フッ化アンモニウム混
合液によるエッチングでは、エッチング速度に差が出に
くくなるが、フッ酸水溶液によるエッチングでは、エッ
チング速度に差が出るため、特定の結晶面を出現させや
すくなる。特に、Ｒ面は、エッチング速度が比較的遅い
ために、エッチングによって、出現させやすい面であ
る。
【００１２】一方、図１において、原子間力顕微鏡用プ
ローブは、Ｚ板水晶を基に加工されたもので、探針先端
の向きおよびカンチレバーのたわみ方向が水晶結晶のＸ
軸方向であるように形成されている。これは、Ｘ軸方向
が、水晶のたわみ方向の圧電効果が、作用する面だから
である。
ローブは、Ｚ板水晶を基に加工されたもので、探針先端
の向きおよびカンチレバーのたわみ方向が水晶結晶のＸ
軸方向であるように形成されている。これは、Ｘ軸方向
が、水晶のたわみ方向の圧電効果が、作用する面だから
である。
【００１３】従って、、図１においては、カンチレバー
部は、探針と同一の水晶で構成されていることに加え
て、カンチレバーのたわみを電気的に検出するための電
極４がカンチレバー上に、カンチレバーの４つの面に対
して、対になるように形成されている。この電極には、
たわみを電気的に検出する機能の他、交流電気信号を印
加することで、カンチレバーを振動させる機能も有して
いる。
部は、探針と同一の水晶で構成されていることに加え
て、カンチレバーのたわみを電気的に検出するための電
極４がカンチレバー上に、カンチレバーの４つの面に対
して、対になるように形成されている。この電極には、
たわみを電気的に検出する機能の他、交流電気信号を印
加することで、カンチレバーを振動させる機能も有して
いる。
【００１４】また、図１において、電極４は、電極端子
５を含み、リード線６によって電気的な接続がなされ、
支持基板７によって、支持されている。図３は、本発明
の原子間力顕微鏡用プローブの探針先端部分を先端方向
および側面方向から示したものである。図３ａには、先
端は、２つの結晶面と基板面から構成した探針を示す。
この場合、Ｚ板水晶基板のエッチングによって、形成し
た場合、２つの結晶面がともに、水晶結晶の＋Ｚ軸ある
いは−Ｚ軸方向のいずれか一方向からなることになる。
図３ｂには、先端が３つの結晶面から構成されている探
針を示す。この場合、２つの面が、＋Ｚ軸側の面である
とすると、もう一つの面は、−Ｚ軸側の面で構成される
ことになる。
５を含み、リード線６によって電気的な接続がなされ、
支持基板７によって、支持されている。図３は、本発明
の原子間力顕微鏡用プローブの探針先端部分を先端方向
および側面方向から示したものである。図３ａには、先
端は、２つの結晶面と基板面から構成した探針を示す。
この場合、Ｚ板水晶基板のエッチングによって、形成し
た場合、２つの結晶面がともに、水晶結晶の＋Ｚ軸ある
いは−Ｚ軸方向のいずれか一方向からなることになる。
図３ｂには、先端が３つの結晶面から構成されている探
針を示す。この場合、２つの面が、＋Ｚ軸側の面である
とすると、もう一つの面は、−Ｚ軸側の面で構成される
ことになる。
【００１５】図４は、カンチレバーと探針部の間に探針
の支持部分８を加えた例である。この支持部分８を形成
することで、凹凸の大きな試料に対する測定に対応する
ことが可能になる。この場合、支持部分８は、探針部分
の結晶面で形成された先端部と結晶面の基板に対する開
き角を超えない角度で、カンチレバー部分との間に形成
されることが必要である。
の支持部分８を加えた例である。この支持部分８を形成
することで、凹凸の大きな試料に対する測定に対応する
ことが可能になる。この場合、支持部分８は、探針部分
の結晶面で形成された先端部と結晶面の基板に対する開
き角を超えない角度で、カンチレバー部分との間に形成
されることが必要である。
【００１６】図５は、カンチレバー部分のＺ軸方向の厚
みに対して、探針部分、あるいは、探針と支持部分とこ
れにつながるカンチレバー部分の一部の厚みを薄く形成
した例を示したものである。このようによりアスペクト
比を高くすることで、より凹凸の大きな試料に対する測
定に対応することが可能になる。
みに対して、探針部分、あるいは、探針と支持部分とこ
れにつながるカンチレバー部分の一部の厚みを薄く形成
した例を示したものである。このようによりアスペクト
比を高くすることで、より凹凸の大きな試料に対する測
定に対応することが可能になる。
【００１７】本発明の原子間力顕微鏡用プローブを振動
させて使用する場合、振動の際の機械的なロスを少なく
して、Ｑ値を大きくすることによって、より感度の高い
制御を行うことができる。このため、図６に示すよう
に、探針を有するカンチレバーと対に振動可能なカンチ
レバーを一体に形成することによって、機械的ロスを小
さくすることができる。図６ａは、Ｚ板から形成したカ
ンチレバーを音叉型に形成した例を示したものである。
また、図６ｂは、Ｘ板から形成したカンチレバーを中心
の支持部を介して、対称に配置したものである。図６に
おいて、電極は、省略されているが、実際には、対にな
ったカンチレバーが対照的な振動を行うよう、電極が配
置される。
させて使用する場合、振動の際の機械的なロスを少なく
して、Ｑ値を大きくすることによって、より感度の高い
制御を行うことができる。このため、図６に示すよう
に、探針を有するカンチレバーと対に振動可能なカンチ
レバーを一体に形成することによって、機械的ロスを小
さくすることができる。図６ａは、Ｚ板から形成したカ
ンチレバーを音叉型に形成した例を示したものである。
また、図６ｂは、Ｘ板から形成したカンチレバーを中心
の支持部を介して、対称に配置したものである。図６に
おいて、電極は、省略されているが、実際には、対にな
ったカンチレバーが対照的な振動を行うよう、電極が配
置される。
【００１８】これまで、試料表面と探針との間に垂直方
向に作用する原子間力を利用した原子間力顕微鏡用プロ
ーブについて述べたが、特開平６−５０７５０に示され
ているラテラルフォース制御のプローブ顕微鏡用プロー
ブにも利用が可能である。この場合は、図７に示すよう
に、探針はＹ方向に形成され、カンチレバーはＸ軸方向
にたわむことになる。
向に作用する原子間力を利用した原子間力顕微鏡用プロ
ーブについて述べたが、特開平６−５０７５０に示され
ているラテラルフォース制御のプローブ顕微鏡用プロー
ブにも利用が可能である。この場合は、図７に示すよう
に、探針はＹ方向に形成され、カンチレバーはＸ軸方向
にたわむことになる。
【００１９】さらに、特開昭６３−３０９８０３に示さ
れたずり振動を利用するタイプのプローブとしては、図
８に示すように、Ｙ板水晶基板をもとに、Ｘ軸方向で、
かつ、片方のＹ板面に寄った形で、探針部分の膜厚を薄
く形成することで実現することができる。
れたずり振動を利用するタイプのプローブとしては、図
８に示すように、Ｙ板水晶基板をもとに、Ｘ軸方向で、
かつ、片方のＹ板面に寄った形で、探針部分の膜厚を薄
く形成することで実現することができる。
【００２０】次に、これまで示した原子間力顕微鏡用プ
ローブの製造方法について説明する。図９は、探針先端
部の製造原理を示したものである。図９において、カン
チレバー用マスクは、Ｚ板水晶基板に対してＹ軸方向に
位置決めされている。探針部用マスクは、Ｘ軸方向に位
置決めされている。ここで、探針先端部分の一点９か
ら、エッチングによって形成される結晶面は、Ｒ面を仮
定した場合、３つの結晶面１０として出現する。したが
って、少なくとも２つの結晶面を出現させるためには、
探針先端部のマスクの開き角１１は、２つの結晶面の基
板に対する開き角以内に規定される必要がある。すなわ
ち、２つの結晶面の基板に対する開き角以内で形成され
た探針用マスクを用いるレジスト露光、および、この露
光パターンを基にしたエッチングプロセスによって、露
光パターンのない部分が基板の反対側までエッチングさ
れるまで、エッチングを進めることによって、すくなく
とも２つの結晶面を含む３つの面を頂点とする探針の先
端部を形成することができる。
ローブの製造方法について説明する。図９は、探針先端
部の製造原理を示したものである。図９において、カン
チレバー用マスクは、Ｚ板水晶基板に対してＹ軸方向に
位置決めされている。探針部用マスクは、Ｘ軸方向に位
置決めされている。ここで、探針先端部分の一点９か
ら、エッチングによって形成される結晶面は、Ｒ面を仮
定した場合、３つの結晶面１０として出現する。したが
って、少なくとも２つの結晶面を出現させるためには、
探針先端部のマスクの開き角１１は、２つの結晶面の基
板に対する開き角以内に規定される必要がある。すなわ
ち、２つの結晶面の基板に対する開き角以内で形成され
た探針用マスクを用いるレジスト露光、および、この露
光パターンを基にしたエッチングプロセスによって、露
光パターンのない部分が基板の反対側までエッチングさ
れるまで、エッチングを進めることによって、すくなく
とも２つの結晶面を含む３つの面を頂点とする探針の先
端部を形成することができる。
【００２１】ここで、エッチングを行う場合には、水晶
板の裏表２枚のマスクパターンのうち片面のみに探針の
パターンを配置することが望ましい。つまり、例えば、
＋Ｚ面と−Ｚ面をエッチングしていった場合、結晶面
は、立体的に対称であるため、両側のマスクパターンに
同一の探針のパターンを配置した場合、先端の形成され
る位置にずれが生じてしまうのである。
板の裏表２枚のマスクパターンのうち片面のみに探針の
パターンを配置することが望ましい。つまり、例えば、
＋Ｚ面と−Ｚ面をエッチングしていった場合、結晶面
は、立体的に対称であるため、両側のマスクパターンに
同一の探針のパターンを配置した場合、先端の形成され
る位置にずれが生じてしまうのである。
【００２２】図１０は、本発明の原子間力顕微鏡用プロ
ーブの製造工程の一例をＺ板水晶基板１２を用いた場合
について探針部分の断面図をもとに示したものである。
この工程では、まず、Ｚ板水晶基板に対して、（１）ク
ロムおよび金の２層で構成されるエッチング保護膜１３
の形成、（２）レジスト膜１４の塗布を行った後、
（３）探針パターンを含むマスクパターンの露光を行
い、（４）レジストの現像によって、現像されたレジス
ト膜１５を形成し、（５）保護膜１３のエッチングによ
ってパターン化された保護膜１６を形成し、（６）水晶
基板１２のエッチングを行い、図１０ｆで原子間力顕微
鏡用プローブの外形を形成する。次に、圧電素子として
機能させるための電極を形成させるための金属層１８を
形成させるが、この前に、図１０ｇ、ｈに示すように、
探針パターンを形成した側とは反対側に、カンチレバー
部だけのマスクパターンで形成された保護膜１７を形成
して、探針部をさらにわずかだけエッチングすることも
可能である。これによって、探針先端部に図３ｂに示し
たような３つ目の結晶面を顕著に形成させることができ
る。もっとも、図１０ｆの外形形状形成の段階で、探針
先端部では、エッチング液のマスクパターンへの回り込
みによって、おおかた３つ目の結晶面は形成されてしま
うと考えて良い。また、図１０ｇにおけるマスクパター
ン１７は、必ずしも必要ではなく、マスクパターンがな
い状態でエッチングを行ってもカンチレバー部が若干、
エッチングされるものの、おおむね同様の形状を得るこ
とができる。このように、先端が結晶面の頂点として形
成された場合、先端は、原子レベルのスケールで尖鋭化
されることになり、高い平面分解能を持つプローブとな
る。
ーブの製造工程の一例をＺ板水晶基板１２を用いた場合
について探針部分の断面図をもとに示したものである。
この工程では、まず、Ｚ板水晶基板に対して、（１）ク
ロムおよび金の２層で構成されるエッチング保護膜１３
の形成、（２）レジスト膜１４の塗布を行った後、
（３）探針パターンを含むマスクパターンの露光を行
い、（４）レジストの現像によって、現像されたレジス
ト膜１５を形成し、（５）保護膜１３のエッチングによ
ってパターン化された保護膜１６を形成し、（６）水晶
基板１２のエッチングを行い、図１０ｆで原子間力顕微
鏡用プローブの外形を形成する。次に、圧電素子として
機能させるための電極を形成させるための金属層１８を
形成させるが、この前に、図１０ｇ、ｈに示すように、
探針パターンを形成した側とは反対側に、カンチレバー
部だけのマスクパターンで形成された保護膜１７を形成
して、探針部をさらにわずかだけエッチングすることも
可能である。これによって、探針先端部に図３ｂに示し
たような３つ目の結晶面を顕著に形成させることができ
る。もっとも、図１０ｆの外形形状形成の段階で、探針
先端部では、エッチング液のマスクパターンへの回り込
みによって、おおかた３つ目の結晶面は形成されてしま
うと考えて良い。また、図１０ｇにおけるマスクパター
ン１７は、必ずしも必要ではなく、マスクパターンがな
い状態でエッチングを行ってもカンチレバー部が若干、
エッチングされるものの、おおむね同様の形状を得るこ
とができる。このように、先端が結晶面の頂点として形
成された場合、先端は、原子レベルのスケールで尖鋭化
されることになり、高い平面分解能を持つプローブとな
る。
【００２３】図１１は、探針パターンとカンチレバーパ
ターンを含むマスクパターンで形成された保護膜１９と
カンチレバーのみのマスクパターンで形成された保護膜
２０によって、同時にエッチングを行い、プローブを形
成する例を示したものである。この場合、探針部の厚み
を図１０で示したプローブに比べて、約１／２にするこ
とができる。
ターンを含むマスクパターンで形成された保護膜１９と
カンチレバーのみのマスクパターンで形成された保護膜
２０によって、同時にエッチングを行い、プローブを形
成する例を示したものである。この場合、探針部の厚み
を図１０で示したプローブに比べて、約１／２にするこ
とができる。
【００２４】次に、探針部分の膜厚をより薄くする製造
方法について述べる。図１２の例では、（１）クロムお
よび金の２層で構成されるエッチング保護膜の形成、
（２）レジストの塗布を行った後、（３）探針パターン
を含まないマスクパターンの露光を行い、（４）レジス
トの現像によって、現像されたレジスト膜を形成し、
（５）保護膜のエッチングを行い、（６）水晶基板のエ
ッチングを行い、探針が形成される部分２１が、薄く残
るところで、エッチングをやめ、エッチングした面に保
護膜２２を形成し、エッチングを行った面とは反対側の
面に、（７）レジストの塗布、（８）マスクパターンの
露光、（９）レジストの現像、（１０）保護膜のエッチ
ングを行い、マスクパターンで形成された保護膜２３を
形成させ、（１１）水晶基板のエッチングを行い、先端
を形成させている。この場合、保護膜２２の形成は、必
ずしも必要ではなく、保護膜２２がない場合には、探針
部の膜厚はさらに薄くなる。ただし、探針部の膜厚が、
十分に薄くない場合には、探針先端部に、予定外の結晶
面が出現することがある。
方法について述べる。図１２の例では、（１）クロムお
よび金の２層で構成されるエッチング保護膜の形成、
（２）レジストの塗布を行った後、（３）探針パターン
を含まないマスクパターンの露光を行い、（４）レジス
トの現像によって、現像されたレジスト膜を形成し、
（５）保護膜のエッチングを行い、（６）水晶基板のエ
ッチングを行い、探針が形成される部分２１が、薄く残
るところで、エッチングをやめ、エッチングした面に保
護膜２２を形成し、エッチングを行った面とは反対側の
面に、（７）レジストの塗布、（８）マスクパターンの
露光、（９）レジストの現像、（１０）保護膜のエッチ
ングを行い、マスクパターンで形成された保護膜２３を
形成させ、（１１）水晶基板のエッチングを行い、先端
を形成させている。この場合、保護膜２２の形成は、必
ずしも必要ではなく、保護膜２２がない場合には、探針
部の膜厚はさらに薄くなる。ただし、探針部の膜厚が、
十分に薄くない場合には、探針先端部に、予定外の結晶
面が出現することがある。
【００２５】図１３の例では、（１）クロムおよび金の
２層で構成されるエッチング保護膜の形成、（２）レジ
ストの塗布を行った後、（３）探針パターンを含むマス
クパターンの露光を行い、（４）レジストの現像によっ
て、現像されたレジスト膜を形成し、（５）保護膜のエ
ッチングを行い保護膜パターン２４を形成し、（６）水
晶基板のエッチングを行い、探針部分２５が、わずかに
形成された段階で、エッチングをやめ、エッチングした
面に（７）エッチング保護膜２６を形成し、エッチング
された面とは反対の面に、（８）レジストの塗布、
（９）マスクパターンの露光、（１０）レジストの現
像、（１１）保護膜のエッチングを行い、マスクパター
のないカンチレバーパターンのみのパターン２７を形成
し、（１２）水晶基板のエッチングを行い、先端を形成
させている。
２層で構成されるエッチング保護膜の形成、（２）レジ
ストの塗布を行った後、（３）探針パターンを含むマス
クパターンの露光を行い、（４）レジストの現像によっ
て、現像されたレジスト膜を形成し、（５）保護膜のエ
ッチングを行い保護膜パターン２４を形成し、（６）水
晶基板のエッチングを行い、探針部分２５が、わずかに
形成された段階で、エッチングをやめ、エッチングした
面に（７）エッチング保護膜２６を形成し、エッチング
された面とは反対の面に、（８）レジストの塗布、
（９）マスクパターンの露光、（１０）レジストの現
像、（１１）保護膜のエッチングを行い、マスクパター
のないカンチレバーパターンのみのパターン２７を形成
し、（１２）水晶基板のエッチングを行い、先端を形成
させている。
【００２６】図１４は、カンチレバーパターンのみのパ
ターン２８を形成して、水晶基板の中央部分が薄く残る
までエッチングし、次に、カンチレバーパターンを取り
除き、片側の面には探針パターン２９を形成し、反対側
の面は全面を被覆して、探針を形成させる例を示してい
る。
ターン２８を形成して、水晶基板の中央部分が薄く残る
までエッチングし、次に、カンチレバーパターンを取り
除き、片側の面には探針パターン２９を形成し、反対側
の面は全面を被覆して、探針を形成させる例を示してい
る。
【００２７】図２３は、はじめから探針パターン２０１
とカンチレバーパターン２０２をそれぞれの面に形成さ
せ、わずかにエッチングした後、探針パターン２０１の
上から保護被覆２０３を被覆して、さらに、基板が抜け
て探針が形成されるまでエッチングを進める例を示した
ものである。この方法の場合、マスクパターンの形成
は、はじめに行うだけで、薄型の探針の形成が可能であ
る。
とカンチレバーパターン２０２をそれぞれの面に形成さ
せ、わずかにエッチングした後、探針パターン２０１の
上から保護被覆２０３を被覆して、さらに、基板が抜け
て探針が形成されるまでエッチングを進める例を示した
ものである。この方法の場合、マスクパターンの形成
は、はじめに行うだけで、薄型の探針の形成が可能であ
る。
【００２８】以上の方法によって、カンチレバー部分の
Ｚ軸方向の厚みに対して、探針部分、あるいは、探針と
支持部分とこれにつながるカンチレバー部分の一部の厚
みを薄く形成することができる。
Ｚ軸方向の厚みに対して、探針部分、あるいは、探針と
支持部分とこれにつながるカンチレバー部分の一部の厚
みを薄く形成することができる。
【００２９】次に、Ｘ板水晶に対するエッチングによっ
て、プローブを形成する方法について述べる。図１５で
は、Ｘ板水晶基板３０に対して、Ｙ軸方向に位置決めさ
れたカンチレバー用マスク３１およびカンチレバー先端
付近に点状に形成された探針用マスク３２を用いるレジ
スト露光、および、この露光パターンを基にしたエッチ
ングを行い、探針用保護膜３３を頂点にした結晶面で構
成された突起３４を構成することができる。次に、探針
用保護膜３３を除去して、エッチングを行うことで、結
晶面を頂点とする突起３５を得ることができる。こうし
て、外形を形成した水晶基板に対して、駆動電極を形成
することによって、原子間力顕微鏡用プローブとして、
機能させることができる。
て、プローブを形成する方法について述べる。図１５で
は、Ｘ板水晶基板３０に対して、Ｙ軸方向に位置決めさ
れたカンチレバー用マスク３１およびカンチレバー先端
付近に点状に形成された探針用マスク３２を用いるレジ
スト露光、および、この露光パターンを基にしたエッチ
ングを行い、探針用保護膜３３を頂点にした結晶面で構
成された突起３４を構成することができる。次に、探針
用保護膜３３を除去して、エッチングを行うことで、結
晶面を頂点とする突起３５を得ることができる。こうし
て、外形を形成した水晶基板に対して、駆動電極を形成
することによって、原子間力顕微鏡用プローブとして、
機能させることができる。
【００３０】これまでは、水晶のエッチング異方性を用
いて、製造する原子間力顕微鏡用プローブについて述べ
たが、次に、等方的なエッチングによって、探針先端を
形成した原子間力顕微鏡用プローブの例について述べ
る。図１６ａは、Ｚ板水晶基板に対してＹ軸方向に形成
されたカンチレバー３６およびＸ軸方向に角柱状に形成
された探針部３７の先端が等方的エッチングによって、
尖鋭化されている原子間力顕微鏡用プローブである。
いて、製造する原子間力顕微鏡用プローブについて述べ
たが、次に、等方的なエッチングによって、探針先端を
形成した原子間力顕微鏡用プローブの例について述べ
る。図１６ａは、Ｚ板水晶基板に対してＹ軸方向に形成
されたカンチレバー３６およびＸ軸方向に角柱状に形成
された探針部３７の先端が等方的エッチングによって、
尖鋭化されている原子間力顕微鏡用プローブである。
【００３１】図１６ｂは、探針はＹ方向に形成され、カ
ンチレバー３８はＸ軸方向にたわむ構成の原子間力顕微
鏡用プローブにおいて、角柱状に形成された探針部３９
の先端が等方的エッチングによって、尖鋭化されている
例である。さらに、図１６ｃは、Ｙ板水晶基板４０をも
とに、Ｘ軸方向でかつ、片方のＹ板面に寄った形で、探
針部分４１を膜厚の薄い角柱状に形成した探針部の先端
が等方的エッチングによって、尖鋭化されている例であ
る。
ンチレバー３８はＸ軸方向にたわむ構成の原子間力顕微
鏡用プローブにおいて、角柱状に形成された探針部３９
の先端が等方的エッチングによって、尖鋭化されている
例である。さらに、図１６ｃは、Ｙ板水晶基板４０をも
とに、Ｘ軸方向でかつ、片方のＹ板面に寄った形で、探
針部分４１を膜厚の薄い角柱状に形成した探針部の先端
が等方的エッチングによって、尖鋭化されている例であ
る。
【００３２】このように等方的なエッチングは、探針先
端部の曲率半径は、結晶面によって構成される先端より
大きくなるが、全体的にアスペクト比の高い探針形状を
得やすいという特長を持っている。図１６中では省略さ
れているが、カンチレバーのたわみを電気的に検出する
ための電極をカンチレバー上に形成することによって、
原子間力顕微鏡用プローブとして機能させることができ
る。
端部の曲率半径は、結晶面によって構成される先端より
大きくなるが、全体的にアスペクト比の高い探針形状を
得やすいという特長を持っている。図１６中では省略さ
れているが、カンチレバーのたわみを電気的に検出する
ための電極をカンチレバー上に形成することによって、
原子間力顕微鏡用プローブとして機能させることができ
る。
【００３３】このような原子間力顕微鏡用プローブを形
成するには、例えば図１６ｃの例では、Ｚ板水晶基板に
対してＹ軸方向に形成されたカンチレバー用マスクおよ
びＸ軸方向に帯状に形成された探針用マスクを用いて、
レジスト露光、および、この露光パターンを基にしたエ
ッチングを行い、さらに、探針先端部の尖鋭化のための
等方的なエッチングを行うことによって、形成させるこ
とができる。
成するには、例えば図１６ｃの例では、Ｚ板水晶基板に
対してＹ軸方向に形成されたカンチレバー用マスクおよ
びＸ軸方向に帯状に形成された探針用マスクを用いて、
レジスト露光、および、この露光パターンを基にしたエ
ッチングを行い、さらに、探針先端部の尖鋭化のための
等方的なエッチングを行うことによって、形成させるこ
とができる。
【００３４】ここで、等方的なエッチングの方法につい
て述べる。まず、図１７は、角柱状に形成された探針４
２をエッチング液４３とその上に展開した非エッチング
液４４の界面において、エッチングし、先端部を尖鋭化
する方法である。ここで、エッチング液としては、既に
述べたように、結晶面におけるエッチング速度に差が出
にくいフッ酸−フッ化アンモニウム混合液によるエッチ
ングが適している。非エッチング液としては、有機溶
媒、オイルなど、エッチング液より比重の小さな疎水性
の液体を利用することができる。
て述べる。まず、図１７は、角柱状に形成された探針４
２をエッチング液４３とその上に展開した非エッチング
液４４の界面において、エッチングし、先端部を尖鋭化
する方法である。ここで、エッチング液としては、既に
述べたように、結晶面におけるエッチング速度に差が出
にくいフッ酸−フッ化アンモニウム混合液によるエッチ
ングが適している。非エッチング液としては、有機溶
媒、オイルなど、エッチング液より比重の小さな疎水性
の液体を利用することができる。
【００３５】次に、図１８に帯状に形成された探針４２
の先端近くの部分以外をエッチング保護膜４５で被覆
し、先端部を等方的なエッチング手段によって、エッチ
ングする手法を示したものである。また、図１９では、
帯状に形成された探針４２の中間部分以外をエッチング
保護膜４６で被覆し、先端部を等方的なエッチング手段
によって、エッチングする手法を示している。この図１
８，１９に示した手法においては、エッチング手段とし
ては、フッ酸−フッ化アンモニウム混合液によるエッチ
ングを用いることも、反応性イオンビームエッチングに
よるエッチングを用いることもできる。
の先端近くの部分以外をエッチング保護膜４５で被覆
し、先端部を等方的なエッチング手段によって、エッチ
ングする手法を示したものである。また、図１９では、
帯状に形成された探針４２の中間部分以外をエッチング
保護膜４６で被覆し、先端部を等方的なエッチング手段
によって、エッチングする手法を示している。この図１
８，１９に示した手法においては、エッチング手段とし
ては、フッ酸−フッ化アンモニウム混合液によるエッチ
ングを用いることも、反応性イオンビームエッチングに
よるエッチングを用いることもできる。
【００３６】この等方性エッチングをより均一に行うた
めには、被エッチング部位に対して、エッチング処理を
行う以前に、アニール処理を行うことが有効である。ア
ニール処理の一例としては、炭酸ガスレーザーを局部的
に照射して、水晶の融解点まで、加熱し、ガラス状にす
る手法を挙げることができる。
めには、被エッチング部位に対して、エッチング処理を
行う以前に、アニール処理を行うことが有効である。ア
ニール処理の一例としては、炭酸ガスレーザーを局部的
に照射して、水晶の融解点まで、加熱し、ガラス状にす
る手法を挙げることができる。
【００３７】さらに、以上述べた原子間力顕微鏡用プロ
ーブについて、探針先端方向からのイオンビーム照射に
よって、さらに、探針の先端径を小さくするとともに、
アスペクト比を高めることも可能である。続いて、以上
に述べた原子間力顕微鏡用プローブを用いた走査型原子
間力顕微鏡の構成について説明する。
ーブについて、探針先端方向からのイオンビーム照射に
よって、さらに、探針の先端径を小さくするとともに、
アスペクト比を高めることも可能である。続いて、以上
に述べた原子間力顕微鏡用プローブを用いた走査型原子
間力顕微鏡の構成について説明する。
【００３８】図２０では、本発明の原子間力顕微鏡用プ
ローブ５１を共振周波数で振動させる励振手段５２と、
プローブの先端と試料表面との間に原子間力が作用した
結果生じるプローブの共振特性の変化を電気的特性変化
として検出するための手段５２と、前記検出手段が出力
する検出信号に基づいて、前記プローブの先端と試料表
面の間隔を一定に保つための制御手段５３とを有し、走
査手段５４によって、試料表面の形状を観察することが
できる。
ローブ５１を共振周波数で振動させる励振手段５２と、
プローブの先端と試料表面との間に原子間力が作用した
結果生じるプローブの共振特性の変化を電気的特性変化
として検出するための手段５２と、前記検出手段が出力
する検出信号に基づいて、前記プローブの先端と試料表
面の間隔を一定に保つための制御手段５３とを有し、走
査手段５４によって、試料表面の形状を観察することが
できる。
【００３９】この場合、励振手段は、カンチレバーを電
気的に駆動する交流駆動信号を発生するための駆動回路
５２であり、前記検出手段は、原子間力が作用した結果
生じる前記交流駆動信号の電流変化をプローブに設けら
れた電極５５から検出し、前記プローブの先端部と試料
表面との間隔を一定に保つための検出信号を出力する機
能を有する。
気的に駆動する交流駆動信号を発生するための駆動回路
５２であり、前記検出手段は、原子間力が作用した結果
生じる前記交流駆動信号の電流変化をプローブに設けら
れた電極５５から検出し、前記プローブの先端部と試料
表面との間隔を一定に保つための検出信号を出力する機
能を有する。
【００４０】また、この他、図２１に示すように、励振
手段をカンチレバーを外部から振動するバイモルフ５６
として、検出手段５７は、バイモルフによって、振動さ
れた結果としてプローブに生じる電荷が、原子間力の作
用によって、変化するのを電極５５から検出し、前記プ
ローブの先端部と試料表面との間隔を一定に保つための
検出信号を出力する構成も可能である。
手段をカンチレバーを外部から振動するバイモルフ５６
として、検出手段５７は、バイモルフによって、振動さ
れた結果としてプローブに生じる電荷が、原子間力の作
用によって、変化するのを電極５５から検出し、前記プ
ローブの先端部と試料表面との間隔を一定に保つための
検出信号を出力する構成も可能である。
【００４１】さらに、励振手段の励振信号とプローブの
電極５５から検出される電気信号との位相を比較するこ
とで、励振信号の周波数をカンチレバーの共振周波数に
追従させ、原子間力が発生した結果生じる共振周波数変
化を検出して、この検出信号をもとに共振周波数を一定
に保つよう制御することで、プローブの先端と試料表面
の間隔を一定に保つこともできる。
電極５５から検出される電気信号との位相を比較するこ
とで、励振信号の周波数をカンチレバーの共振周波数に
追従させ、原子間力が発生した結果生じる共振周波数変
化を検出して、この検出信号をもとに共振周波数を一定
に保つよう制御することで、プローブの先端と試料表面
の間隔を一定に保つこともできる。
【００４２】次に、本発明のプローブを用いて、液中測
定を行う構成について述べる。図２２では、カンチレバ
ープローブ部５１の上面と側面を覆い、前記プローブの
先端部を前記試料表面に満たした液体６１中に挿入した
状態で、前記試料表面を液中環境で観察するためのカバ
ー６２を設けることによって、探針先端部のみが液中に
挿入されるような構成になっており、液中での測定を可
能にしている。
定を行う構成について述べる。図２２では、カンチレバ
ープローブ部５１の上面と側面を覆い、前記プローブの
先端部を前記試料表面に満たした液体６１中に挿入した
状態で、前記試料表面を液中環境で観察するためのカバ
ー６２を設けることによって、探針先端部のみが液中に
挿入されるような構成になっており、液中での測定を可
能にしている。
【００４３】なお、以上述べた、プローブのサイズは、
Ｘ軸方向のたわみを用いるタイプのプローブでは、カン
チレバー長で、０．２から２ｍｍ程度の大きさであり、
共振周波数は、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚ程度のもの
まで、カンチレバー部の長さや厚さを変えることによっ
て、製造が可能である。また、Ｑ値については、通常
で、１０００程度、対称な振動の構造の場合には、１０
０００程度の値が得られる。Ｙ板を用いる場合は、厚み
が、０．１から０．５ｍｍ程度で、共振周波数は、５か
ら２０ＭＨｚ程度である。本発明のプローブの原子間力
顕微鏡としての、探針−試料間での距離方向の制御感度
は、従来のシリコン、窒化シリコンのカンチレバーを光
学的な手法で、制御するのに比べて、同等以上である。
Ｘ軸方向のたわみを用いるタイプのプローブでは、カン
チレバー長で、０．２から２ｍｍ程度の大きさであり、
共振周波数は、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚ程度のもの
まで、カンチレバー部の長さや厚さを変えることによっ
て、製造が可能である。また、Ｑ値については、通常
で、１０００程度、対称な振動の構造の場合には、１０
０００程度の値が得られる。Ｙ板を用いる場合は、厚み
が、０．１から０．５ｍｍ程度で、共振周波数は、５か
ら２０ＭＨｚ程度である。本発明のプローブの原子間力
顕微鏡としての、探針−試料間での距離方向の制御感度
は、従来のシリコン、窒化シリコンのカンチレバーを光
学的な手法で、制御するのに比べて、同等以上である。
【００４４】これまでの記述において、Ｘ，Ｙ，Ｚ板に
ついては、必ずしも厳密なＸ，Ｙ，Ｚ板である必要はな
く、結晶軸に対して、若干の傾きを持っていても実用上
問題はない。また、製造法の実施例の説明図において、
プローブを１個として、記載したが、実際には、同一基
板内に複数個のプローブを同時に形成することが可能で
ある。すなわち、プローブの電極を配置した基部で基板
に保持されるようパターニングすることで、プローブ
は、プロセスの終了する段階まで、基板に保持された状
態が保たれることになる。
ついては、必ずしも厳密なＸ，Ｙ，Ｚ板である必要はな
く、結晶軸に対して、若干の傾きを持っていても実用上
問題はない。また、製造法の実施例の説明図において、
プローブを１個として、記載したが、実際には、同一基
板内に複数個のプローブを同時に形成することが可能で
ある。すなわち、プローブの電極を配置した基部で基板
に保持されるようパターニングすることで、プローブ
は、プロセスの終了する段階まで、基板に保持された状
態が保たれることになる。
【００４５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。本発明
の原子間力顕微鏡用プローブおよび走査型原子間力顕微
鏡によって、従来の光検出手法を用いない、簡便に観察
を行うことが可能になり、本発明の原子間力顕微鏡用プ
ローブの製造方法によって、比較的簡便にプローブの製
造を行うことが可能になるとともに、高解像度の原子間
力顕微鏡用プローブの提供が可能になった。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。本発明
の原子間力顕微鏡用プローブおよび走査型原子間力顕微
鏡によって、従来の光検出手法を用いない、簡便に観察
を行うことが可能になり、本発明の原子間力顕微鏡用プ
ローブの製造方法によって、比較的簡便にプローブの製
造を行うことが可能になるとともに、高解像度の原子間
力顕微鏡用プローブの提供が可能になった。
【図１】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの説明
図である。
図である。
【図２】水晶結晶の結晶面の説明である。
【図３】本発明による原子間力顕微鏡用プローブ先端部
の説明図である。
の説明図である。
【図４】本発明による原子間力顕微鏡用プローブ先端部
の説明図である。
の説明図である。
【図５】本発明による原子間力顕微鏡用プローブ先端部
の説明図である。
の説明図である。
【図６】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの説明
図である。
図である。
【図７】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの説明
図である。
図である。
【図８】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの説明
図である。
図である。
【図９】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製造
方法の説明図である。
方法の説明図である。
【図１０】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図１１】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図１２】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図
造方法の説明図
【図１３】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図１４】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図１５】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図１６】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの説
明図である。
明図である。
【図１７】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図１８】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図１９】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
【図２０】本発明による走査型原子間力顕微鏡用の説明
図である。
図である。
【図２１】本発明による走査型原子間力顕微鏡用の説明
図である。
図である。
【図２２】本発明による走査型原子間力顕微鏡用の説明
図である。
図である。
【図２３】本発明による原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法の説明図である。
造方法の説明図である。
１ カンチレバー部 ２ 探針部 ３ 結晶面 ４ 電極 ５ 電極端子 ６ リード線 ７ 支持基板 ８ 探針の支持部分 ９ 探針先端部分の点 １０ 結晶面 １１ 探針先端部のマスクの開き角 １２ 水晶基板 １３ エッチング保護膜 １４ レジスト膜 １５ 現像されたレジスト膜 １６、１７ パターン化された保護膜 １８ 金属層 １９、２０ パターン化された保護膜 ２１ 水晶基板の探針部分 ２２ 保護膜 ２３、２４ パターン化された保護膜 ２５ 水晶基板の探針部分 ２６、２７、２８、２９ パターン化された保護膜 ３０ 水晶基板 ３１ カンチレバー用マスク ３２ 探針用マスク ３３ 探針用保護膜 ３４、３５ 水晶の突起 ３６ カンチレバー ３７ 探針 ３８ カンチレバー ３９ 探針 ４０ 水晶基板 ４１、４２ 探針 ４３ エッチング液 ４４ 非エッチング液 ４５、４６ 保護膜 ５１ 原子間力顕微鏡用プローブ ５２ 励振手段と検出手段 ５３ 制御手段 ５４ 走査手段 ５５ 電極 ５６ バイモルフ ６１ 液体 ６２ カバー ２０１、２０２ パターン化された保護膜 ２０３ 保護膜
Claims (31)
- 【請求項１】 カンチレバー部と探針部によって、構成
される原子間力顕微鏡用プローブにおいて、探針が単結
晶材料によって形成され、探針の先端部がすくなくとも
２つの結晶面を含む３つの面の頂点として形成されるこ
とを特徴とする原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項２】 上記単結晶材料が水晶であり、上記カン
チレバー部が、上記探針と同一の水晶で構成されるとと
もに、上記カンチレバーのたわみを電気的に検出するた
めの電極が上記カンチレバー上に形成されていることを
特徴とする請求項１記載の原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項３】 探針先端の向きおよびカンチレバーのた
わみ方向が水晶結晶のＸ軸方向であることを特徴とする
請求項２記載の原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項４】 上記２つの結晶面がともに、水晶結晶の
＋Ｚ軸あるいは−Ｚ軸方向のいずれか一方向からなるこ
とを特徴とする請求項３記載の原子間力顕微鏡用プロー
ブ。 - 【請求項５】 探針先端の３つの面がすべて結晶面から
構成される請求項１記載の原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項６】 探針部分が結晶面で形成された先端部と
結晶面の基板に対する開き角を超えない角度で、カンチ
レバー部分との間に形成された支持部分を有することを
特徴とする請求項３記載の原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項７】 カンチレバー部分のＺ軸方向の厚みに対
して、探針部分、探針と支持部分、あるいは、探針と支
持部分とこれにつながるカンチレバー部分の一部の厚み
が薄く形成されていることを特徴とする請求項１から６
記載の原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項８】 探針を有するカンチレバーと対に振動可
能なカンチレバーを一体に有することを特徴とする請求
項２記載の原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項９】 探針およびカンチレバーをＹ軸方向に形
成させ、カンチレバーのたわみ方向がＸ軸方向であるこ
とを特徴とする請求項２記載の原子間力顕微鏡用プロー
ブ。 - 【請求項１０】 Ｙ板水晶基板をもとに、Ｘ軸方向でか
つ、片方のＹ板面に寄った形で、探針部分の膜厚を薄く
形成した探針をずり振動により動作可能な構成としたこ
とを特徴とする請求項２記載の原子間力顕微鏡用プロー
ブ。 - 【請求項１１】 すくなくとも、カンチレバー用マスク
および２つの結晶面の基板に対する開き角以内で形成さ
れた探針用マスクを用いるレジスト露光、および、この
露光パターンを基にしたエッチングプロセスを含む原子
間力顕微鏡用プローブの製造方法。 - 【請求項１２】 水晶板の裏表いずれか一方のマスクパ
ターンに探針のパターンを有することを特徴とする請求
項１１記載の原子間力顕微鏡用プローブの製造方法。 - 【請求項１３】 すくなくとも、Ｚ板水晶基板に対し
て、（１）エッチング保護膜の形成、（２）レジストの
塗布、（３）マスクパターンの露光、（４）レジストの
現像、（５）保護膜のエッチング、（６）水晶基板のエ
ッチング、のプロセスを含む請求項１２記載の原子間力
顕微鏡用プローブの製造方法。 - 【請求項１４】 すくなくとも、Ｚ板水晶基板に対し
て、（１）エッチング保護膜の形成、（２）レジストの
塗布、（３）マスクパターンの露光、（４）レジストの
現像、（５）保護膜のエッチング、（６）水晶基板のエ
ッチング、（７）レジストの塗布、（８）マスクパター
ンの露光、（９）レジストの現像、（１０）保護膜のエ
ッチング、（１１）水晶基板のエッチング、のプロセス
を含む請求項１２記載の原子間力顕微鏡用プローブの製
造方法。 - 【請求項１５】 すくなくとも、Ｚ板水晶基板に対し
て、（１）エッチング保護膜の形成、（２）レジストの
塗布、（３）マスクパターンの露光、（４）レジストの
現像、（５）保護膜のエッチング、（６）水晶基板のエ
ッチング、（７）エッチング保護膜の形成、（８）レジ
ストの塗布、（９）マスクパターンの露光、（１０）レ
ジストの現像、（１１）保護膜のエッチング、（１２）
水晶基板のエッチング、のプロセスを含む請求項１２記
載の原子間力顕微鏡用プローブの製造方法。 - 【請求項１６】 すくなくとも、Ｘ板水晶基板に対して
Ｙ軸方向に位置決めされたカンチレバー用マスクおよび
カンチレバー先端付近に点状に形成された探針用マスク
を用いるレジスト露光、および、この露光パターンを基
にしたエッチングプロセスを含む原子間力顕微鏡用プロ
ーブの製造方法。 - 【請求項１７】 水晶基板に対して形成されたカンチレ
バーと一体に角柱状に形成された探針部の先端が等方的
エッチングによって、尖鋭化されていることを特徴とす
る原子間力顕微鏡用プローブ。 - 【請求項１８】 カンチレバーのたわみを電気的に検出
するための電極がカンチレバー上に形成されていること
を特徴とする請求項１７記載の原子間力顕微鏡用プロー
ブ。 - 【請求項１９】 すくなくとも、水晶基板に対して形成
されたカンチレバー用マスクおよび帯状に形成された探
針用マスクを用いるレジスト露光、および、この露光パ
ターンを基にしたエッチングプロセス、さらに、探針先
端部の尖鋭化のためのエッチングプロセスを含む原子間
力顕微鏡用プローブの製造方法。 - 【請求項２０】 上記尖鋭化プロセスが、エッチング液
とその上に展開した非エッチング液の界面において、角
柱状に形成された探針をエッチングすることを特徴とす
る請求項１９記載の原子間力顕微鏡用プローブの製造方
法。 - 【請求項２１】 上記尖鋭化プロセスが、帯状に形成さ
れた探針の先端近くの部分以外をエッチング保護膜で被
覆し、先端部を等方的なエッチング手段によって、エッ
チングすることによって、尖鋭な先端を形成することを
特徴とする請求項１９記載の原子間力顕微鏡用プローブ
の製造方法。 - 【請求項２２】 上記尖鋭化プロセスが、角柱状に形成
された探針の中間部分以外をエッチング保護膜で被覆
し、中間部を等方的なエッチング手段によって、エッチ
ングするによって、尖鋭な先端を形成することを特徴と
する請求項１９記載の原子間力顕微鏡用プローブの製造
方法。 - 【請求項２３】 上記エッチング手段がフッ酸−フッ化
アンモニウム混合液によるエッチングであることを特徴
とする請求項２１あるいは２２記載の原子間力顕微鏡用
プローブの製造方法。 - 【請求項２４】 上記エッチング手段が反応性イオンビ
ームエッチングであることを特徴とする請求項１９ある
いは２０記載の原子間力顕微鏡用プローブの製造方法。 - 【請求項２５】 被エッチング部位に対して、エッチン
グ処理を行う以前に、アニールプロセスを有することを
特徴とする請求項１９から２４記載の原子間力顕微鏡用
プローブの製造方法。 - 【請求項２６】 探針先端方向からのイオンビーム照射
によって、さらに、探針のアスペクト比を高めるプロセ
スを含むことを特徴とする請求項１１から１６、１９か
ら２５記載の原子間力顕微鏡用プローブの製造方法。 - 【請求項２７】 すくなくとも、請求項２から２６記載
の原子間力顕微鏡用プローブ、あるいは、原子間力顕微
鏡用プローブの製造方法によって製作した原子間力顕微
鏡用プローブを有し、前記プローブを共振周波数で振動
させる励振手段と、前記プローブの先端と前記試料表面
との間に原子間力が作用した結果生じる前記プローブの
共振特性の変化を電気的特性変化として検出するための
手段と、前記検出手段が出力する検出信号に基づいて、
前記プローブの先端と試料表面の間隔を一定に保つため
の制御手段とを有し、走査手段によって、試料表面の形
状を観察する原子間力顕微鏡。 - 【請求項２８】 前記励振手段は、プローブを電気的に
駆動する交流駆動信号を発生するための駆動回路であ
り、前記検出手段は、原子間力が作用した結果生じる前
記交流駆動信号の電流変化を前記電極から検出し、前記
プローブの先端部と試料表面との間隔を一定に保つため
の検出信号を出力する請求項２７記載の原子間力顕微
鏡。 - 【請求項２９】 前記励振手段は、前記プローブを外部
から振動するバイモルフであり、前記検出手段は、前記
バイモルフによって、振動された結果として前記プロー
ブに生じる電荷が、原子間力の作用によって、変化する
のを前記電極から検出し、前記プローブの先端部と試料
表面との間隔を一定に保つための検出信号を出力する請
求項２７記載の原子間力顕微鏡。 - 【請求項３０】 前記励振手段の励振信号と前記プロー
ブの前記電極から検出される電気信号との位相を比較す
ることで、前記励振信号の周波数を前記カンチレバーの
共振周波数に追従させる手段を備え、前記原子間力が発
生した結果生じる共振周波数変化を検出して検出信号を
出力するとともに、前記制御手段は、前記プローブの共
振周波数を一定に保つよう制御することで、前記プロー
ブの先端と試料表面の間隔を一定に保つ請求項２７記載
の原子間力顕微鏡。 - 【請求項３１】 前記プローブの上面と側面を覆い、前
記プローブの先端部を前記試料表面に満たした液体中に
挿入した状態で、前記試料表面を液中環境で観察するた
めのカバーを有することを特徴とする請求項２７記載の
原子間力顕微鏡。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29404596A JP3370527B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-11-06 | 原子間力顕微鏡用プローブとその製造方法および原子間力顕微鏡 |
| DE69714320T DE69714320T2 (de) | 1996-03-08 | 1997-03-06 | Sonde für Atomkraftmikroskop, Verfahren zur Herstellung der Sonde und Atomkraftmikroskop |
| US08/812,846 US5877412A (en) | 1996-03-08 | 1997-03-06 | Probe for atomic force microscope and atomic force microscope |
| EP97103780A EP0794406B1 (en) | 1996-03-08 | 1997-03-06 | Probe for atomic force microscope, method of fabricating same, and atomic force microscope |
| CA002199528A CA2199528A1 (en) | 1996-03-08 | 1997-03-07 | Probe for atomic force microscope, method of fabricating same, and atomic force microscope |
| US09/235,668 US6358426B1 (en) | 1996-03-08 | 1999-01-22 | Method of fabricating probe force atomic force microscope |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-52109 | 1996-03-08 | ||
| JP5210996 | 1996-03-08 | ||
| JP29404596A JP3370527B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-11-06 | 原子間力顕微鏡用プローブとその製造方法および原子間力顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09297148A true JPH09297148A (ja) | 1997-11-18 |
| JP3370527B2 JP3370527B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=26392718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29404596A Expired - Fee Related JP3370527B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-11-06 | 原子間力顕微鏡用プローブとその製造方法および原子間力顕微鏡 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5877412A (ja) |
| EP (1) | EP0794406B1 (ja) |
| JP (1) | JP3370527B2 (ja) |
| CA (1) | CA2199528A1 (ja) |
| DE (1) | DE69714320T2 (ja) |
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| KR100664443B1 (ko) * | 2005-08-10 | 2007-01-03 | 주식회사 파이컴 | 캔틸레버형 프로브 및 그 제조 방법 |
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