(57)【要約】  【課題】  製作歩留まり良く、顕微観察用基板に好適な基板を提供する。  【解決手段】  従来、基材として使用されていた天然雲母（マイカ）に替えて、表面の平坦度が高いガラス板を採用することとした。Ｓグレードのガラス板の片面に破断溝を事前に形成しておき、その後、反対側の面に金薄膜を蒸着形成する。破断溝にピンセットなどで少し力を加えるだけで、走査型プローブ顕微鏡の試料観察用基板や反射分光分析用反射鏡として好適な例えば１０ｍｍ平方の基板を切り出すことができる。こうして得られた基板は金薄膜の剥離などが起こりにくく、取り扱い易く、耐久性、耐食性にも優れ、しかも雲母のように水分を除放することがなく好適な試料観察基板等を構成することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板基材を金属膜または半導体膜にて被覆し、被覆後の表面粗さをＲａ＝＜０．２ｎｍとした基板。
【請求項２】
平板基材には被膜前に破断用の溝があらかじめ形成されていることを特徴とする請求項１記載の基板。
【請求項３】
破断用の溝は平板基材の被膜していない面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の基板。
【請求項４】
金蒸着膜で被覆したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板。
【請求項５】
平板基材がガラス基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板。
【請求項６】
平板基材が水晶、サファイア、シリコン、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の基板からなる顕微観察用基板。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の基板からなる反射分光分析用反射鏡または基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子レベルでの表面平坦度を要求される基板に関する。特に、走査型プローブ顕微鏡などの顕微観察用基板や、反射分光分析法に用いられる反射鏡や基板として好適に利用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子レベルでの表面平坦度を要求される基板として、反射赤外分光法、反射可視紫外分光法、反射Ｘ線分光法などの反射分光分析法に用いられる基板や反射鏡、あるいは走査型プローブ顕微鏡などに用いられる顕微観察用基板が一般に知られている。
【０００３】
反射分光分析法に用いられる基板としては、その表面の平坦性が原子レベルで保証され、その基板表面に吸着された試料分子の配向性（並び方、向き）を正確に定めることが要求される。反射鏡としては、平坦性に加えて、乱反射による光の損失が少なく、且つ大気中での安定した使用が可能であることが要求される。
【０００４】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の顕微観察用基板としては、その表面上に固定された試料の形態観察を行うために、原子レベルでの平坦性や試料（溶液）との非反応性が要求される。
【０００５】
例えば走査型プローブ顕微鏡として、プローブと試料表面との間に働く原子間力を測定する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）が知られている。この走査型プローブ顕微鏡は、先端に先鋭な探針が形成されてなるカンチレバーと、このカンチレバーの曲がりを検出する変位測定系とを備え、探針と試料との間の原子間力（引力または斥力）を検出し、この原子間力が一定となるように制御しつつ、試料とカンチレバーとを相対的に三次元方向に走査することにより、カンチレバーに試料表面の形状をトレースさせることによって、試料表面の三次元形状を観察するものである。
【０００６】
こうした走査型プローブ顕微鏡では、生物、有機分子、絶縁物等の非導電物質の直接観察を行うことができるが、近年特に固体表面における化学反応メカニズムを解明する手法として注目されている。固体表面における化学反応には、表面での分子の配向や密度等が関与するため、通常の均一溶液系における化学反応とは異なる反応メカニズムが存在し、特異な反応（反応速度、反応生成物、反応選択性）が現れるものと考えられている。しかし、反応場である表面における分子状態の複雑さと、これを制御することの困難性から、表面化学反応メカニズムの解析は困難を極める。
【０００７】
そこで、金をはじめとする金属表面に含硫黄有機分子を化学吸着させて作成した単分子膜である自己組織化単分子膜（Self-Assembled Monolayers：ＳＡＭｓ膜）が近年注目を集めている。ＳＡＭｓ膜は分子配列が高度に規則的かつ明確であり、また膜の選択により膜構造や膜表面の化学的性質を目的に応じてデザインすることが可能であり、表面化学反応のメカニズムを調べる上でＳＡＭｓ膜の表面は分子のミクロな環境を規定できる反応場として非常に有用である。ＳＡＭｓ膜表面上の試料の分子構造は、走査型プローブ顕微鏡などによって直接観察される。
【０００８】
ところで、上述したような基板を作製するには、従来は天然に産出される雲母（マイカ、白雲母、黒雲母、海緑石など）を結晶面に添って劈開（へき開）した劈開面（約７ｃｍ×７ｃｍ）に４７０〜６００℃の高温真空中で金分子を蒸着し、（１１１）単結晶表面を持つ原子レベルで平坦な金属被覆雲母基板を作製し、さらにこれを１０ｍｍ角に１枚ずつ切り出して走査型プローブ顕微鏡の顕微観察用基板としていた。なお、以下、反射分光分析法に用いる反射鏡や顕微観察用基板の作製土台となる材料板を単に「基材」、蒸着後の完成品を「基板」と総称する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１４９８１８号公報
【非特許文献１】「真空蒸着法による（１１１）単結晶面をもつ金薄膜の作製方法」http://fm.ehcc.kyoto-u.ac.jp/evaporation.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
基材として一般に利用されている雲母は、劈開面の平坦性に優れたものではあるものの、非特許文献１の画像にも見られるように、厚さが０．２〜０．４ｍｍと薄く、脆く、その取り扱いは大変慎重に行う必要があり、作業には熟練を要していた。
【００１１】
また、雲母の劈開面の清浄化のための前処理や、雲母の結晶層内の水分除去のために４７０〜６００℃程度の高温処理を行う必要があり、そのための装置構成や処理時間を要していた。特に、雲母結晶内の水分は、高温処理を行っても完全には除去しきれないため、走査型プローブ顕微鏡の真空観察室内での使用中に層内の水分が徐放され、極低温観察時に結露したり試料表面を汚染するなどの観察阻害要因ともなり深刻な課題であった。
【００１２】
さらに、雲母は自身の劈開性により、金被覆後の完成品であっても、ちょっとした物理的衝撃でも基板表面が剥がれてしまうことが多く、観察基板としての操作性や耐久性に問題があった。また、金蒸着後の基板の切り分けは脆弱な基板表面に傷をつけるものであり、基板作製の効率と歩留まりが悪く、量産に適さないものであった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、製作が簡便で熟練を要さず、安価に提供することができ、歩留まりも良く、顕微観察時にも好適な性能を発揮し、且つ耐久性の高い基板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】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明構成は特許請求の範囲に記載する通りのものであるが、特筆すべきは、その基材部分の材質として、従来使用されていた天然雲母に替えて、表面の平坦度が高いガラス板等を採用したことにある。これらの基材は取り扱い易く、耐久性、耐食性にも優れ、しかも雲母のように水分を除放することがなく好適な試料観察基板等を構成することができる。
【００１５】
また、基材に切り分け用の切断溝を形成しておくことにより、ピンセット等で簡単に小角に切り分けることができ、利便性にも優れ、歩留まりも格段に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、走査型プローブ顕微鏡に用いる顕微観察用基板の作製方法を例に説明する。
【００１７】
（基板）
まずは、本発明に係る基板を作製するため、基材となる板を準備する。後段で金を蒸着するが、最終的に原子レベルでの平坦性が要求されるため、基材の被蒸着面の表面粗さは、算術平均高さＲａ＝＜０．２ｎｍのものを使用する。なお、算術平均高さＲａについては、日本規格協会ＪＩＳの粗さ形状パラメータ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１―２００１）に従う。
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基材の表面粗さは研磨など公知の手法により実現してもよいし、当初から高い平坦性が確保されている市販品を利用してもよい。（例えば、信越化学工業株式会社製Ｓグレードガラス板）。また、所定の平坦性は少なくとも観察面（金蒸着面）側のみで確保されていれば良い。硬度は例えば７以上のものを使用する。
【００１８】
基材の材質としては、物理的に上記Ｒａ値を満たせるものであれば特に制限はないが、硬度、加工性、耐食性、低熱膨張性、価格などの点から使用目的や要求仕様に応じて検討・選択すればよい。例えば、石英ガラス、ほう珪酸ガラス（耐熱ガラス）、チタン含有石英ガラス（低熱膨張ガラス）、アルミノシリケートガラス、鉛ガラス（クリスタルガラス）、ソーダガラス、カリ石灰ガラス、水ガラス、水晶、サファイア、シリコン、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4など、公知の平板が使用できるが、以下の実施例では一般的な石英ガラス板を基材として使用した。
【００１９】
（破断溝形成）
図１は、φ３インチのＳグレード石英ガラス板（厚さ０．５２５ｍｍ）を横からみた断面図である。ガラス板に対し、最終的な観察用基板の大きさである１０ｍｍ×１０ｍｍ角となるよう、ダイサー等により縦横の切り目（破断溝）を入れる。溝の深さはガラス板が０．３ｍｍ程度残るようにする。溝深さの設定は、基材の材質や硬さなどによって適宜選択すべきものであって、要するに、後工程で溝部を折って切断する際の破断面の均一性、破断のし易さ、逆に被膜作業や運搬に耐えるだけの破断のし難さ等のバランスによって設定すれば良い。
【００２０】
（金被膜形成）
図１のように、ガラス板の破断溝を形成していない側の面に対して金を蒸着し、膜厚１５０ｎｍの金被膜層を形成した。金の膜厚は通常数１００Å〜数１００μｍ程度で良い。蒸着装置および蒸着方法については、非特許文献１をはじめ多数の文献が存在する常套手段であるため、ここでは説明を割愛する。金成膜後の基板を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて観察したところ、図３に示すように表面粗さＲａ＝＜０．１２ｎｍが実現されていることが確認された。
【００２１】
（切断：顕微観察用基板の作製）
蒸着装置のチャンバーから蒸着後の石英ガラス板を取り出し、ピンセットで破談溝の部分を持ち、軽く折り曲げるようにすると、ガラス板は溝に沿って所定の角片（１０ｍｍ×１０ｍｍ）に切り離される。図３は破断箇所を５０倍に拡大した確認写真である。図では水平方向の溝の上端線が破断部分である。写真からわかるように、破断形状は実に好適であって、金蒸着膜の剥離も一切見られない。このようにして、１０ｍｍ×１０ｍｍ角の顕微観察用基板を得ることができた。
【００２２】
なお、本実施例では、基材表面を金で蒸着したが、金単結晶膜の他、銀、銅、白金、水銀、鉄、酸化鉄などが挙げられる。金は（１１１）面が観察に好適で且つ作業性から望ましい。また、半導体で被膜する例として、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどが挙げられる。
【００２３】
さらに、ガラス基板を切断する前にＳＡＭ膜を形成するようにしても良い。ＳＡＭ膜の作製方法としては、含有硫黄有機分子雰囲気下に一定時間放置する気化吸着法、蒸着法、含有硫黄有機分子希薄溶液中に一定時間浸漬する浸漬法など、公知の手法が使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係る顕微観察用基板は、ＤＮＡの末端固定観察などに好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る微細観察用基板の作製手順の一例を示す模式図である。
【図２】ガラス基板に形成された金蒸着膜の表面粗さの測定結果を示す図である。
【図３】破断面の観察写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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