WO2017006396A1 - カンチレバー - Google Patents

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cantilever
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Inventor
北澤　正志
通継 有馬
磯川　俊彦
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オリンパス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/10—Shape or taper
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/50—MFM [Magnetic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. MFM probes
    • G01Q60/54—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • G01Q60/56—Probes with magnetic coating

Definitions

  • the present invention relates to a cantilever used for a scanning probe microscope.
  • SPM Scanning Probe Microscope
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-84449 discloses a probe for a magnetic force microscope (MFM) in which a magnetic film is formed on the surface of a probe made of a nonmagnetic material.
  • MFM magnetic force microscope
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-150839 discloses a cantilever in which the tip of a probe is sharpened by a low temperature thermal oxidation method.
  • An object of the embodiment of the present invention is to provide a high-function cantilever having a uniform high resolution in the in-plane direction.
  • a cantilever includes a probe having a functional film coated on a support portion, a lever portion extending from the support portion, and a protrusion disposed on the free end side of the lever portion.
  • a long axis / short axis ratio of the cross-sectional shape of the probe is smaller than a long axis / short axis ratio of the cross-sectional shape of the protrusion.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the cantilever probe according to the first embodiment taken along line III-III in FIG. 2. It is sectional drawing of the probe of the cantilever of 1st Embodiment. It is sectional drawing of the probe of the cantilever of 1st Embodiment. It is sectional drawing of the front-end
  • FIG. 1 is a side view of a cantilever 1 for a scanning probe microscope according to the first embodiment.
  • the cantilever 1 includes a support portion 10, a lever portion 20, and a probe 30.
  • the lever portion 20 that is a cantilever is extended from the support portion 10.
  • the protruding portion 31 is formed on the free end side of the lever portion 20, and the apex angle of the tip is an acute angle.
  • the support part 10, the lever part 20, and the protrusion part 31 are produced by processing a silicon substrate, for example.
  • the probe 30 of the MFM cantilever 1 has a triangular pyramidal projection 31 as a core, and a magnetic film 32 is coated as a functional film in one direction of the side of the projection 31. Has been.
  • the long axis / short axis ratio (X2 / Y2) of the cross-sectional shape of the tip portion of the probe 30 is larger than the long axis / short axis ratio (X1 / Y1) of the cross-sectional shape of the tip portion of the protrusion 31. small.
  • the cantilever 1 in the process of manufacturing has a substantially circular cross-sectional shape at the tip of the protrusion 31, that is, the major axis / minor axis ratio (X1 / Y1) is substantially 1 (see FIG. 4C).
  • the major axis / minor axis ratio (X1 / Y1) of the protrusion 31 is processed to, for example, more than 2.0 by ion milling. Since the magnetic film 32 is formed on the protrusion 31 from one direction, the long axis / short axis ratio (X2 / Y2) of the probe 30 is 2.0 or less.
  • the major axis / minor axis ratio (X2 / Y2) of the probe 30 is more preferably 1.5 or less.
  • the cross-sectional shape of the tip of the protrusion 31 is not circular, but the cross-sectional shape of the probe 30 is formed by forming the magnetic film 32 having a thickness distribution in the circumferential direction according to the cross-sectional shape of the protrusion 31. It is becoming more isotropic and approaching a perfect circle.
  • the magnetic film 32 is formed only on the side surface in the short axis direction of the protrusion 31.
  • the magnetic film 32 may be thinly formed on the side surface in the long axis direction.
  • the major axis / minor axis ratio (X2 / Y2) of the probe 30 is ideally 1.0, but if it is 2.0 or less, preferably 1.5 or less, there is little practical problem. . Conversely, the long axis / short axis ratio (X2 / Y2) may be more than 2.0 depending on the use conditions.
  • the cross section refers to a surface orthogonal to the longitudinal direction of the tip portion of 10 nm to 200 nm from the tip of the probe 30 or the protrusion 31.
  • the protrusion 31 is a tetrahedral type composed of two surfaces perpendicular to the upper surface of the lever portion 20 and a (111) surface having an angle of about 55 degrees.
  • the cross-sectional shape of the root portion of the probe 30 (in the vicinity of the lever portion 20) is a triangle.
  • the tip of the probe 30 is rounded toward the tip, and as shown in FIG. 4C, the tip 30 is substantially circular.
  • the major axis / minor axis ratio (X / Y) is calculated from, for example, the maximum value / minimum value of the width when observed from a plurality of different directions orthogonal to the longitudinal direction of the probe 30.
  • the long axis / short axis ratio can be obtained by selectively removing the magnetic film 32 by wet etching.
  • the major axis / minor axis ratio may be calculated by, for example, observing a cross section of a surface perpendicular to the longitudinal direction after the probe 30 is embedded in a resin. Further, the probe 30 may be thinned by a microtome method or the like and observed with a transmission electron microscope to calculate the major axis / minor axis ratio.
  • the cantilever 1 includes a highly functional probe 30 that is coated with a magnetic film 32.
  • the probe 30 has a substantially circular cross section.
  • the long axis / short axis ratio (X2 / Y2) is 2.0 or less, so that the probe 30 has a uniform resolution in the in-plane direction.
  • the probe 30 has an outer diameter that is substantially the same as the major axis dimension of the protrusion 31, it has a high resolution. That is, the cantilever 1 has a high resolution that is uniform in the in-plane direction.
  • a cantilever 1X made of a silicon material as shown in FIG. 5A is prepared.
  • the cantilever 1X includes a lever portion 20 extending from a support portion (not shown) manufactured by processing a single crystal silicon wafer, and a protrusion 31 disposed on the free end side of the lever portion 20.
  • tip part of the projection part 31 may be sharpened by the well-known method, for example, a low temperature thermal oxidation process.
  • a low temperature thermal oxidation process For example, when the protrusion 31 is oxidized by low-temperature thermal oxidation, the oxidation proceeds from the front surface, the back surface, and both side surfaces, the tip is sharpened, and a high aspect ratio is realized.
  • the material of the protrusion 31 of the cantilever 1X The material is not necessarily silicon, and may be, for example, silicon nitride, or may be a material different from that of the lever portion 20 or the support portion 10.
  • the cross-sectional shape of the protrusion 31 is a circle having a ratio of major axis / minor axis (X0 / Y0) of approximately 1 at the tip. For this reason, if the projection 31 is coated with a functional film, the diameter of the probe 30 is increased, and the major axis / minor axis ratio is increased.
  • an ion milling process for increasing the major axis / minor axis ratio of the cross-sectional shape of the protrusion 31 of the cantilever 1X is performed.
  • an argon ion beam is irradiated from the front of the protrusion 31 of the cantilever 1X, that is, in the direction opposite to the lever 20, and the milling process is performed.
  • one side of the side surface of the protrusion 31 is milled.
  • the major axis / minor axis ratio (X1 / Y1) of the cross-sectional shape of the protrusion 31 increases.
  • the ion milling process is performed until the major axis / minor axis ratio reaches a predetermined value.
  • the predetermined value of the major axis / minor axis ratio of the protrusion 31 after the ion milling process is more than 2.0, for example, more than 3.0, depending on the thickness of the magnetic film 32 to be coated. If it is 10.0 or less, the protrusion 31 will not be broken.
  • the long axis / short axis ratio of the probe 30 coated with the magnetic film 32 in one direction of the side surface of the protrusion 31 is, for example, 2.0 or less, preferably 1. 5 or less.
  • the major axis / minor axis ratio of the cross-sectional shape of the probe 30 is 1.2 or less.
  • the cross-section of the tip of the protrusion 31 in the process of fabrication is a substantially circular shape with a diameter of 20 nm to 60 nm, and the side surfaces in one direction are removed by etching by milling.
  • the etched portion is coated with, for example, a magnetic film 32 having a thickness substantially the same as the etching amount to form the probe 30.
  • the cantilever 1 has a long axis / short axis ratio of the cross-sectional shape of the tip portion of the protrusion 31 exceeding 3.0, but the cross-sectional length of the tip portion of the probe 30 coated with the magnetic film 32 is long.
  • the axis / minor axis ratio is 2.0 or less.
  • the manufacturing method of the cantilever 1 according to the embodiment is such that the tip of the protrusion 31 is subjected to ion milling or the like until the major axis / minor axis ratio of the cross-sectional shape exceeds a predetermined value (2.0 to 3.0).
  • the functional film 32 is coated on the surface of the projecting portion 31 in the processing step, and the long axis / short axis ratio of the cross-sectional shape of the tip portion is greater than the long axis / short axis ratio of the cross-sectional shape of the tip portion of the projecting portion And a step of producing a small probe 30.
  • the magnetic film 32 includes a single layer film containing a material selected from iron, cobalt, nickel, CoPtCr, NiFe, SmCo, and the like according to specifications of magnetic characteristics such as coercive force, saturation magnetic flux density, squareness ratio, etc. Or it is a multilayer film.
  • the magnetic atoms 32M need only be supplied from the direction opposite to the lever portion 20, and thus the configuration of the film forming apparatus is simple. Furthermore, there are not many magnetic films 32 coated on the lever portion 20. For this reason, the resolution is not lowered by the magnetic material coated on the lever portion 20.
  • the magnetic material film may be coated on the unmilled portion due to wraparound or the like.
  • the major axis / minor axis ratio can be reduced by coating. That is, the magnetic film is preferably coated only on a part of the side surface in the circumferential direction of the protrusion, but may be coated all around as long as it has a predetermined film thickness distribution.
  • the long axis / short axis ratio can be reduced by coating the magnetic film. That is, by making the thickness of the magnetic film coated on the side surface that is the short axis in the cross-sectional shape of the protrusion 31 larger than the thickness of the magnetic film coated on the side surface that is the long axis, / The short axis ratio can be reduced.
  • the magnetic film has been described as an example of the functional film.
  • a conductive film or an abrasion-resistant film may be coated as the functional film.
  • a cantilever having a probe coated with a conductive film for example, a protrusion coated with 20 nm of Pt or Au, has a low electric resistance
  • capacitance measurement of a fine region by SCM (Scanning Capacitance Microscopy) Resistance measurement by Resistance (Microscopy) or acquisition of surface shape and potential image by KFM (Kelvin probe Force Microscopy) can be performed.
  • a cantilever coated with an abrasion resistant film for example, tungsten, diamond, or diamond-like carbon
  • the functional film is a conductive film or an abrasion-resistant film
  • the resolution does not decrease even if the lever portion 20 is coated, and therefore, the functional film may be coated all around.
  • the probe 30 of the cantilever 1 has a shape in which the processed protrusion 31 is coated with the functional film 32, and the long axis / short axis ratio of the cross-sectional shape of the probe 30 is high.
  • the ratio of the major axis / minor axis of the cross-sectional shape of the protrusion 31 is smaller.
  • cantilever 1A, 1B of 1st Embodiment of a modification is demonstrated. Since the cantilevers 1A and 1B are similar to the cantilever 1 and have the same effects, the same reference numerals are given to the components having the same functions, and the description thereof is omitted.
  • the cross-sectional shape of the protrusion 31A1 of the cantilever 1A of Modification 1 is substantially the same circular shape as the protrusion 31 of the cantilever 1X during manufacture.
  • an aluminum nitride (AlN) film 31A2 having a strong internal stress is coated on one surface of the protrusion 31A1.
  • AlN aluminum nitride
  • the major axis / minor axis ratio of the protrusion 31A including the AlN film 31A2 is larger than two.
  • the protrusion 31A (probe 30A) is curved by the stress of the AlN film 31A2, so that the cantilever 1A has good operability.
  • the magnetic film 32A is coated from two directions orthogonal to the coating direction of the AlN film 31A2 of the protrusion 31A (31A1 + 31A2). For this reason, the major axis / minor axis ratio (X2 / Y2) of the cross section of the probe 30A is 1.5 or less. That is, the magnetic film 32A may be coated from two directions as long as it is thick on the short axis side and thinly coated on the long axis side.
  • the lever portion 20 is also coated with many magnetic films. For this reason, when the magnetic film is coated from two directions like the cantilever 1A, it is preferable to peel off the magnetic film coated on the lever portion 20 after coating.
  • a cantilever coated with a conductive film and an abrasion-resistant film is not affected by the adhesion of the functional film to the lever portion 20 and therefore does not need to be peeled off.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional shape of the probe 30B of the cantilever 1B of the second modification.
  • the protrusion 31B of the probe 30B has a recess (groove) formed in the center by processing with a focused ion beam (FIB).
  • FIB focused ion beam
  • the film thickness at the center may be thick.
  • the major axis / minor axis ratio of the cross section of the probe 30B coated with the magnetic film 32B can be easily reduced to 1.5 or less.
  • the cantilever 1C of the second embodiment will be described. Since the cantilever 1C is similar to the cantilever 1 and the like and has the same effect, the same reference numerals are given to components having the same function, and description thereof is omitted.
  • a protrusion 31C disposed on the free end side of the lever portion 20C has a quadrangular pyramid shape.
  • the major axis / minor axis ratio of the cross-sectional shape of the tip part of the protrusion 31C is more than 3.0, and the major axis / minor axis ratio of the tip part cross-sectional shape of the probe 30C coated with the magnetic film 32C from one direction. Is 2.0 or less.
  • the major axis / minor axis ratio of the cross-sectional shape of the tip of the protrusion 31C is 3.0 or less
  • ion milling or FIB processing is performed.
  • the major axis / minor axis ratio is 2.0 or less
  • the major axis / minor axis ratio is processed to exceed 2.0 by milling.
  • a cantilever 1D of the third embodiment will be described. Since the cantilever 1D is similar to the cantilever 1 and the like and has the same effect, components having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the protruding portion 31D disposed on the free end side of the lever portion 20D has a flat plate shape.
  • the major axis / minor axis ratio (X0 / Y0) of the cross-sectional shape of the tip of the protrusion 31D is a substantially elliptical shape exceeding 5.0 at the time of fabrication. For this reason, processing for increasing the long axis / short axis ratio (X0 / Y0) is unnecessary.
  • the major axis / minor axis ratio (X2 / Y2) of the cross-sectional shape of the probe 30D coated with the magnetic film 32D from one direction is 3.0 or less.
  • the long axis / short axis ratio of the tip portion is set to 5.5 as in the protrusion 31D shown in FIG. Can be increased to over zero.
  • a protrusion produced separately from the lever portion may be fixed to the lever portion, or the protrusion may have a conical shape or the like.

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Abstract

カンチレバー１は、支持部１０と、支持部１０から延設されたレバー部２０と、レバー部２０の自由端側に配設された突起部３１に機能性膜３２がコーティングされている探針３０と、を具備し、探針３０の断面形状の長軸/短軸比が、突起部３１の断面形状の長軸/短軸比よりも小さい。

Description

カンチレバー
　本発明は、走査型プローブ顕微鏡に用いられるカンチレバーに関する。
　走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）は、探針と試料との間をナノメートルオーダーの距離に保持し、探針／試料間に生じるトンネル電流または原子間力等の物理量を検出することにより、微細形状の測定を行う。ＳＰＭは、原子オーダーの測定分解能を有し、半導体、光ディスクおよび生体試料等の表面形状の計測に利用されている。
　また、機能性膜を表面に成膜した探針を具備するカンチレバーは、より高機能である。日本国特開２００６－８４４４９号公報には、非磁性材料からなる探針の表面に磁性体膜を成膜した磁気力顕微鏡（ＭＦＭ：Magnetic Force Microscopy）用の探針が開示されている。
　しかし、探針の外周面に均一に機能性膜を成膜するには、成膜中に探針を回転する等の必要があり、成膜装置の構成が複雑となる。また、探針の外周面に均一に機能性膜を成膜すると、探針の太さに機能性膜の膜厚が加算される。このため、探針の外径が太くなり、分解能が低下する。また、断面が円形の探針の外周面の一部だけに機能性膜を成膜すると、断面の長軸/短軸比が大きくなる。このため、取得された画像は、ＸＹ方向（面内方向）での分解能が異なってしまう。
　なお、日本国特開２００４－１５０８３９号公報には、探針先端を低温熱酸化法により尖鋭化したカンチレバーが開示されている。
特開２００６－８４４４９号公報 特開２００４－１５０８３９号公報
　本発明の実施形態は、面内方向で均一な高い分解能を有する、高機能のカンチレバーを提供することを目的とする。
　本発明の実施形態のカンチレバーは、支持部と、前記支持部から延設されたレバー部と、前記レバー部の自由端側に配設された突起部に機能性膜がコーティングされている探針と、を具備する走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーであって、前記探針の断面形状の長軸/短軸比が、前記突起部の断面形状の長軸/短軸比よりも小さい。
　本発明の実施形態によれば、面内方向で均一な高い分解能を有する、高機能のカンチレバーを提供できる。
第１実施形態のカンチレバーの側面図である。 第１実施形態のカンチレバーの探針の先端部の側面図である。 第１実施形態のカンチレバーの探針の図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態のカンチレバーの探針の断面図である。 第１実施形態のカンチレバーの探針の断面図である。 第１実施形態のカンチレバーの探針の先端部の断面図である。 第１実施形態の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。 第１実施形態の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。 第１実施形態の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。 第１実施形態のカンチレバーの斜視図である。 第１実施形態の変形例１の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。 第１実施形態の変形例２の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。 第２実施形態のカンチレバーの斜視図である。 第３実施形態のカンチレバーの斜視図である。 第３実施形態の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。 第３実施形態の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。
＜第１実施形態＞
　図１は第１実施形態の走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバー１の側面図である。カンチレバー１は、支持部１０とレバー部２０と探針３０とを具備する。片持ち梁であるレバー部２０は支持部１０から延設されている。
　突起部３１は、レバー部２０の自由端側に形成されており、先端の頂角が鋭角である。支持部１０とレバー部２０と突起部３１とは、例えば、シリコン基板を加工して作製されている。
　図２および図３に示すように、ＭＦＭ用のカンチレバー１の探針３０は、三角錐の突起部３１を芯とし、突起部３１の側面の一方向に機能性膜として磁性体膜３２がコーティングされている。
　カンチレバー１では、探針３０の先端部の断面形状の長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）は、突起部３１の先端部の断面形状の長軸/短軸比（Ｘ１／Ｙ１）よりも小さい。
　従来のカンチレバーのように、作製途中のカンチレバー１は、突起部３１の先端部の断面形状は略円形、すなわち、長軸/短軸比（Ｘ１／Ｙ１）は略１である（図４Ｃ参照）。しかし、後述するようにイオンミリング処理により、突起部３１の長軸/短軸比（Ｘ１／Ｙ１）は例えば２．０超に加工されている。そして、磁性体膜３２が一方向から突起部３１に成膜されているため、探針３０の長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）は２．０以下である。なお、探針３０の長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）は１．５以下であることが、より好ましい。
　すなわち、突起部３１の先端部の断面形状は円形ではないが、突起部３１の断面形状に応じた周方向の厚さ分布のある磁性体膜３２の成膜により探針３０の断面形状は、より等方的になり、真円に近づいている。
　なお、カンチレバー１では、突起部３１の短軸方向の側面にだけ磁性体膜３２が成膜されているが、長軸方向の側面にも薄く成膜されていてもよい。
　探針３０の長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）は理想的には１．０であるが、２．０以下、好ましくは１．５以下であれば実用上、問題になることは少ない。逆に使用条件によっては長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）は２．０超であってもよい場合もある。
　なお、本明細書において断面とは、探針３０または突起部３１の先端から１０ｎｍ～２００ｎｍの先端部の長手方向に直交する面をいう。
　カンチレバー１では、突起部３１はレバー部２０の上面に対して垂直な２面と、約５５度の角度の（１１１）面と、からなるテトラヘドラル型である。このため、探針３０の根元部分（レバー部２０の近傍）の断面形状は三角形である。しかし、図４Ａおよび図４Ｂに示すように探針３０は先端にいくほど角が丸められて、図４Ｃに示すように、先端部では略円形となっている。
　長軸/短軸比（Ｘ／Ｙ）は、例えば、探針３０の長手方向に直交する異なる複数の方向から観察したときの幅の最大値／最小値から算出される。磁性体膜３２が成膜されている探針３０の突起部３１では、ウエットエッチングにより磁性体膜３２を選択的に除去することで長軸/短軸比を取得できる。
　また、長軸/短軸比は、例えば、探針３０を樹脂に埋め込んでから長手方向に直交する面の断面出しを行って観察し算出してもよい。さらに、探針３０をミクロトーム法等により薄層化して透過型電子顕微鏡により観察し長軸/短軸比を算出してもよい。
　カンチレバー１は、磁性体膜３２がコーティングされている高機能な探針３０を具備する。そして、探針３０は断面が略円形、例えば長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）が２．０以下のため面内方向で均一な分解能を有する。さらに、探針３０は突起部３１の長軸寸法と略同一の外径であるため、高い分解能を有する。すなわち、カンチレバー１は、面内方向で均一な高い分解能を有する。
＜カンチレバーの製造方法＞
　次に、図５Ａ～図５Ｄを用いて、実施形態のカンチレバーの製造方法を説明する。
　図５Ａに示すようなシリコン材料で形成されたカンチレバー１Ｘを用意する。カンチレバー１Ｘは、単結晶シリコンウエハを加工して作製した支持部（図示せず）より伸びたレバー部２０およびレバー部２０の自由端側に配置された突起部３１を備えている。
　なお、突起部３１の先端部が、公知の方法、例えば、低温熱酸化処理により尖鋭化されていてもよい。例えば、突起部３１を低温熱酸化処理により酸化すると、表面、裏面および両側面から酸化が進行し、先端ほど尖鋭化され、高アスペクト比が実現する
　また、カンチレバー１Ｘの突起部３１の材料は、シリコンである必要はなく、例えば、窒化シリコンでもよいし、さらに、レバー部２０または支持部１０と別の材料であってもよい。
　突起部３１の断面形状は、先端部では長軸/短軸（Ｘ０／Ｙ０）の比が、略１の円形である。このため、突起部３１に機能性膜をコーティングすると、探針３０の直径が大きくなったり長軸/短軸比が大きくなったりする。
　このため、本実施形態のカンチレバー１の製造方法では、カンチレバー１Ｘの突起部３１の断面形状の長軸/短軸比を大きくするイオンミリング処理が行われる。
　例えば、図５Ａに示すように、カンチレバー１Ｘの突起部３１の前方、すなわち、レバー部２０と反対方向から、例えばアルゴンイオンビームが照射されミリング処理が行われる。すると、図５Ｂに示すように、突起部３１の側面の一方向側がミリングされる。ミリング時間を長くするに従い、突起部３１の断面形状の長軸/短軸比（Ｘ１／Ｙ１）は大きくなる。イオンミリング処理は、長軸/短軸比が所定値となるまで行われる。イオンミリング処理後の突起部３１の長軸/短軸比の所定値は、コーティングする磁性体膜３２の厚さに応じて２．０超、例えば３．０超であるが、上限は例えば、１０．０以下であれば、突起部３１が折れたりすることがない。
　次に、図５Ｃに示すように、カンチレバーの突起部３１の前方、すなわち、レバー部２０と反対方向から供給された磁性体原子または磁性体クラスター３２Ｍが突起部３１のミリングされた部分にコーティングされる。すると、図５Ｃに示すように、突起部３１の側面の一方向に磁性体膜３２がコーティングされている探針３０の長軸/短軸比は、例えば、２．０以下、好ましくは１．５以下となる。
　なお、ＸＹ方向でより均一な分解能とするためには、探針３０の断面形状の長軸/短軸比が１．２以下であることが特に好ましい。
　探針３０の断面形状が真円に近い、すなわち、長軸/短軸比が１に近いほど、カンチレバー１は面内方向で均一な分解能となる。
　例えば、作製途中の突起部３１の先端部の断面は直径２０ｎｍ～６０ｎｍの略円形であり、ミリング処理により、一方向の側面が５ｎｍ～３０ｎｍがエッチングにより除去される。そして、エッチングされた部分に、例えば、エッチング量と略同じ厚さの磁性体膜３２がコーティングされ探針３０となる。
　カンチレバー１は、例えば、突起部３１の先端部の断面形状の長軸/短軸比が３．０超であるが、磁性体膜３２がコーティングされた探針３０の先端部の断面形状の長軸/短軸比は２．０以下である。
　言い替えれば、実施形態のカンチレバー１の製造方法は、突起部３１の先端部を断面形状の長軸/短軸比が所定値（２．０～３．０）超になるまでイオンミリング処理等により加工する工程と、突起部３１の表面に機能性膜３２をコーティングし、先端部の断面形状の長軸/短軸比が、突起部３１の先端部の断面形状の長軸/短軸比よりも小さい探針３０を作製する工程と、を具備する。
　なお、後述するように、突起部３１の断面形状の長軸/短軸比が、イオンミリング処理等の加工を行わなくとも所定値超の場合には、加工工程は不要である。
　磁性体膜３２のコーティングには、蒸着法またはスパッタ法が用いられる。磁性体膜３２は、保磁力、飽和磁束密度、角型比等の磁気特性の仕様に応じて、鉄、コバルト、ニッケル、およびＣｏＰｔＣｒ、ＮｉＦｅ、ＳｍＣｏ等から選択された材料を含む、単層膜または多層膜である。
　図５Ｄに示すように、磁性体膜３２のコーティングでは、磁性体原子３２Ｍはレバー部２０と反対方向だけから供給すればよいため、成膜装置の構成は簡単である。さらに、レバー部２０にコーティングされる磁性体膜３２は多くない。このため、レバー部２０にコーティングされた磁性体により、分解能が低下することがない。
　なお、一方向から磁性体を供給しても、回り込み等により、ミリングされていない部分にも磁性体膜がコーティングされることがある。しかし、周方向で厚さが異なっているために、コーティングにより長軸/短軸比を小さくできる。すなわち、磁性体膜は、突起部の周方向の一部の側面にだけコーティングされていることが好ましいが、所定の膜厚分布であれば全周にコーティングされていてもよい。
　言い替えれば、磁性体膜は周方向で厚さ分布があるために、磁性体膜のコーティングにより長軸/短軸比が小さくできる。すなわち、突起部３１の断面形状において短軸となっている側面にコーティングする磁性体膜の厚さが長軸となっている側面にコーティングする磁性体膜の厚さよりも厚くすることで、長軸/短軸比を小さくできる。
　以上の説明では、機能性膜として磁性体膜を例に説明した。しかし、機能性膜として、導電性膜、または耐磨耗性膜等をコーティングしてもよい。
　導電性膜、例えば、２０ｎｍのＰｔまたはＡｕ等がコーティングされた突起部を探針とするカンチレバーは、電気抵抗が低いため、ＳＣＭ（Scanning Capacitance Microscopy ）による微細な領域の容量測定、ＳＳＲＭ（Scanning Spreading Resistance Microscopy）による抵抗率測定、または、ＫＦＭ（Kelvin probe Force Microscopy）による表面形状とポテンシャル像との取得等ができる。また、耐磨耗性膜（例えば、タングステン、ダイヤモンド、またはダイヤモンドライクカーボン）をコーティングしたカンチレバーは、長期間使用できる。
　なお、機能性膜が導電性膜または耐磨耗性膜の場合には、レバー部２０にコーティングされていても分解能が低下することがないため、全周にコーティングされていてもよい。
　以上の説明のように、カンチレバー１の探針３０は、加工されている突起部３１に機能性膜３２がコーティングされた形状を有し、探針３０の断面形状の長軸/短軸比が、突起部３１の断面形状の長軸/短軸比よりも小さい。
＜第１実施形態の変形例＞
　次に変形例の第１実施形態のカンチレバー１Ａ、１Ｂについて説明する。カンチレバー１Ａ、１Ｂは、カンチレバー１と類似しており、同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
＜変形例１＞
　図６Ａに示すように、変形例１のカンチレバー１Ａの突起部３１Ａ１の断面形状は、製造途中ではカンチレバー１Ｘの突起部３１と略同じ円形である。しかし、突起部３１Ａ１の一面に内部応力の強い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜３１Ａ２がコーティングされている。このため、ＡｌＮ膜３１Ａ２を含む突起部３１Ａの長軸/短軸比は２超と大きくなっている。なお、図示しないが、ＡｌＮ膜３１Ａ２の応力により、突起部３１Ａ（探針３０Ａ）は湾曲しているため、カンチレバー１Ａは操作性がよい。
　探針３０Ａでは、突起部３１Ａ（３１Ａ１＋３１Ａ２）のＡｌＮ膜３１Ａ２のコーティング方向と直交する２方向から磁性体膜３２Ａがコーティングされている。このため、探針３０Ａの断面の長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）は、１．５以下となっている。すなわち、磁性体膜３２Ａは短軸側に厚く、長軸側に薄くコーティングされていれば、２方向からコーティングされてもよい。
　なお、２方向から磁性体膜３２Ａをコーティングすると、レバー部２０にも多くの磁性体膜がコーティングされる。このため、カンチレバー１Ａのように、２方向から磁性体膜をコーティングした場合には、コーティング後にレバー部２０にコーティングされた磁性体膜を剥離することが好ましい。
　なお、導電性膜、耐磨耗性膜がコーティングされたカンチレバーでは、レバー部２０への機能性膜の付着の影響は小さいため、剥離する必要はない。
＜変形例２＞
　図６Ｂに変形例２のカンチレバー１Ｂの探針３０Ｂの断面形状を示す。探針３０Ｂの突起部３１Ｂは、集束イオンビーム(ＦＩＢ：Focused Ion Beam)による加工により、中央にくぼみ（溝）が形成されている。
　磁性体膜のコーティング条件によっては、中央部の膜厚が厚くなることがある。しかし、突起部３１Ｂの中央部にくぼみを形成しておくことで、磁性体膜３２Ｂがコーティングされた探針３０Ｂの断面の長軸/短軸比を、容易に１．５以下にできる。
＜第２実施形態＞
　次に第２実施形態のカンチレバー１Ｃについて説明する。カンチレバー１Ｃは、カンチレバー１等と類似しており、同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図７に示すように、カンチレバー１Ｃは、レバー部２０Ｃの自由端側に配設された突起部３１Ｃが、四角錐（ピラミダル）形状である。
　突起部３１Ｃの先端部の断面形状の長軸/短軸比は３．０超であり、一方向から磁性体膜３２Ｃがコーティングされた探針３０Ｃの先端部断面形状の長軸/短軸比は２．０以下である。
　なお、カンチレバー１等と同じように、突起部３１Ｃの先端部の断面形状の長軸/短軸比が３．０以下の場合には、イオンミリングまたはＦＩＢ加工等が行われる。例えば、長軸/短軸比が２．０以下の場合には、ミリングにより、長軸/短軸比を２．０超に加工される。
＜第３実施形態＞
　次に第３実施形態のカンチレバー１Ｄについて説明する。カンチレバー１Ｄは、カンチレバー１等と類似しており、同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図８に示すように、カンチレバー１Ｄは、レバー部２０Ｄの自由端側に配設された突起部３１Ｄが、平板形状である。
　図９Ａに示すように、突起部３１Ｄの先端部の断面形状の長軸/短軸比（Ｘ０／Ｙ０）は、作製時において５．０超の略楕円形である。このため、長軸/短軸比（Ｘ０／Ｙ０）を大きくするための加工は不要である。そして、図９Ｂに示すように、一方向から磁性体膜３２Ｄがコーティングされた探針３０Ｄの断面形状の長軸/短軸比（Ｘ２／Ｙ２）は３．０以下である。
　なお、突起部３１Ｄの長軸/短軸比をより大きくする必要がある場合、例えば、磁性体膜３２Ａを厚くコーティングする場合には更にミリング処理等による加工を行ってもよい。
　また、突起部のマクロ形状が三角錐形状または四角錐形状であっても、例えばＦＩＢ加工を用いることで、図９Ａに示す突起部３１Ｄのように先端部の長軸/短軸比を５．０超まで大きくできる。
　また、レバー部とは別に作製された突起部をレバー部に固着してもよいし、突起部は円錐形状等であってもよい。
　本発明は、上述した実施形態および変形例等に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせおよび応用が可能である。
１、１Ａ～１Ｄ・・・カンチレバー
１０・・・支持部
２０・・・レバー部
３０・・・探針
３１・・・突起部
３２・・・磁性体膜

Claims (8)

  1. 　支持部と、
    　前記支持部から延設されたレバー部と、
    　前記レバー部の自由端側に配設された突起部に機能性膜がコーティングされている探針と、を具備する走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーであって、
    　前記探針の断面形状の長軸/短軸比が、前記突起部の断面形状の長軸/短軸比よりも小さいことを特徴とするカンチレバー。
  2. 　前記突起部が、三角錐形状であり、
    　前記突起部の断面形状の長軸/短軸比が３．０超であり、
    　前記探針の断面形状の長軸/短軸比が２．０以下であることを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー。
  3. 　前記突起部が、四角錐形状であり、
    　前記突起部の断面形状の長軸/短軸比が３．０超であり、
    　前記探針の断面形状の長軸/短軸比が２．０以下であることを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー。
  4. 　前記突起部が、平板形状であり、
    　前記突起部の断面形状の長軸/短軸比が５．０超であり、
    　前記探針の断面形状の長軸/短軸比が３．０以下であることを特徴とする請求項１に記載のカンチレバー。
  5. 　前記機能性膜が、導電性膜、磁性体膜、または耐磨耗性膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカンチレバー。
  6. 　前記突起部が先鋭化されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のカンチレバー。
  7. 　支持部と、
    　前記支持部から延設されたレバー部と、
    　前記レバー部の自由端側に配設された、シリコンまたは窒化シリコンからなる突起部に、導電性膜、磁性体膜、または耐磨耗性膜のいずれかの機能性膜がコーティングされている探針と、を具備する走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーであって、
    　前記探針の断面形状の長軸/短軸比が、前記突起部の断面形状の長軸/短軸比よりも小さいことを特徴とするカンチレバー。
  8. 　支持部と、
    　前記支持部から延設されたレバー部と、
    　前記レバー部の自由端側に配設された、シリコンまたは窒化シリコンからなる突起部に、導電性膜、磁性体膜、または耐磨耗性膜のいずれかの機能性膜がコーティングされている探針と、を具備する走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバーであって、
    　前記探針は、加工されている前記突起部に前記機能性膜がコーティングされた形状を有し、
    　さらに、前記探針の断面形状の長軸/短軸比が、前記突起部の断面形状の長軸/短軸比よりも小さいことを特徴とするカンチレバー。
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