(57)【要約】【課題】  分析装置、表示装置、加工装置、計測装置及び観察装置などに設けられる、高い位置精度と角度（方向）精度とを有し、大きいアスペクト比の線状物質からなる微小凸状構造体を提供する。【解決手段】  集束イオンビームによって加工した穴構造の底部から、カーボンナノチューブによる線状物質を成長させた微小凸状構造体とする。これにより、前記穴構造の底部から開口部へ向かう方向と、穴構造から突出する線状物質の方向とがほぼ揃う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析装置、表示装置、加工装置、計測装置及び観察装置のいずれかの装置に設けられている微小凸状構造体であって、該微小凸状構造体は、少なくとも一つ以上の微細な穴構造と、該穴構造から突出する少なくとも一つ以上の微細な線状物質とを有し、前記穴構造の底部から開口部へ向かう方向と、前記線状物質の方向とがほぼ揃っていることを特徴とする微小凸状構造体。
【請求項２】
前記分析装置は走査型プローブ顕微鏡であり、前記微小凸状構造体は、前記走査型プローブ顕微鏡用のプローブ部分に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微小凸状構造体。
【請求項３】
前記線状物質の材質が、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載の微小凸状構造体。
【請求項４】
前記穴構造が、イオンビームで加工された穴であることを特徴とする請求項１に記載の微小凸状構造体。
【請求項５】
前記線状物質は、前記穴構造に設けられた触媒により成長させ作成されたことを特徴とする請求項１に記載の微小凸状構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置、表示装置、加工装置、計測装置及び観察装置などに設けられる微小凸状構造体に関し、特に走査型プローブ顕微鏡のプローブ部分、電子放出の電極部分、マイクロ化学チップのプローブ部分、生体組織の微小電流を検出するプローブ部分、高密度記録・再生装置などに使用されるプローブ部分などに設けられた微小凸状構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、走査型プローブ顕微鏡等では、試料表面の微細な構造をナノメータースケールで観察するために、試料表面を走査する先端に微小凸状構造体を持つプローブ部分が使用され、先端部の直径が10μｍ以下の先鋭な探針が設けられている。近年では、試料表面の凹凸をより高分解能で観察するため、その探針の先端が0.05μｍ以下まで細くなり、さらに線状の微小凸状構造体が設けられたプローブも商品化されている。
【０００３】
この走査型プローブ顕微鏡用の微小凸状構造体は、先端部が鋭く、先端部分の位置精度と角度（方向）精度が高く、先端部分の太さとアスペクト比が大きいといった特性が要求されている。こういった特性を満足させるために、走査型プローブ顕微鏡用の微小凸状構造体は、一般的には、半導体ウエハーをフォトリソグラフィの技術を利用し加工するといった方法で作製されたマイクロカンチレバーの、先端部分へ設けられた構造となっている。
【０００４】
微小凸状構造体の具体的な形状は、底面における１辺が10μｍ程度の四角錐や三角錐、あるいは底面における直径が10μｍ程度の円錐などの山状であるものが一般的である。近年では、アスペクト比が10以上で長さが100〜5000μｍの線状の物質を、取り付け面に対する取り付け傾斜角を±２０度以内で設けた微小凸状構造体も製造されている。
【０００５】
尚、従来の微小凸状構造体の作製方法には、概略以下のような方法がある。
１．フォトリソグラフィの技術を利用し半導体ウエハーを微小凸状構造体に構成し、さらにその先端部分にする方法。
２．マニピュレータを使用し、線状物質を、前項１の方法で作成された微小凸状構造体の先端部分に取りつけ、微小凸状構造体を再構成する方法。
３．前項１の方法で作成された微小凸状構造体の先端部分に、触媒を分散させ線状物質を成長させて微小凸状構造体に構成する方法。
などである。しかしながら、上記のような作製方法では、微小凸状構造体に要求される特性を十分に満足させることができない。
【０００６】
具体的には、半導体ウエハーをフォトリソグラフィの技術を利用し微小凸状構造体にする場合は、位置精度と角度は良好であるが、エッチングの技術や蒸着による堆積で微小凸状構造体の先端部分を形成するため、先端形状は根元が太い四角錘、三角錐、円錐等の形状となるのでアスペクト比が１〜５程度と小さい（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
走査型電子顕微鏡内でマニピュレータを使用し、線状物質をレバー上の母材に取りつけ微小凸状構造体を構成する場合は、線状物質を使用するのでアスペクト比は１０以上と大きくでき、走査型電子顕微鏡で取り付け位置を確認しながら取り付けるため、先端部分の位置精度も良好である。しかし、一方向からの観察による取り付けなので、線状物質の突出方向が定まらず、角度精度が悪い（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
レバー上の母材に触媒を分散させ線状物質を成長させて微小凸状構造体を構成する場合は、数十〜数ｎｍ程度の触媒を、高い位置精度で目的の位置へ取りつけることが難しいため、位置精度が悪い。また成長する方向も定かでは無いため、目的の角度（方向）に制御した線状物質により微小凸状構造体を構成することが出来ない。
【特許文献１】特許第３３８４１１６号公報（段落０００５−０００６，図６）
【特許文献２】特開２０００−２２７４３５号公報（段落０００４−００１０，図１５、図１９，図２０，図２１，図２２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
背景技術で説明したように、従来の凸状構造体では、先端部分の線状物質を設ける位置精度、角度（方向）精度、太さ、アスペクト比、全てを満足することができない。
【００１０】
走査型電子顕微鏡内でマニピュレータを使用し線状物質を取りつけ微小凸状構造体にする場合は、取りつける角度が一方向からしか確認できないため、目的の角度になるように、微小凸状構造体を構成することが難しい。また、一つ一つ手作業で、マニピュレータを使用して作製するため、生産性が低い。
【００１１】
線状物質を成長させる物質を使用し微小凸状構造体を構成する場合は、数十〜数ｎｍ程度の成長させる物質を、目的の位置へ取りつけることは難しく、成長する方向も定かで無いため、目的の位置精度で、方向を制御した線状物質により微小凸状構造体を構成することができない。
【００１２】
上記問題点に鑑み、本発明は、分析装置、表示装置、加工装置、計測装置及び観察装置などに設けられる、高い位置精度と角度（方向）精度とを有し、大きいアスペクト比の線状物質からなる微小凸状構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、分析装置、表示装置、加工装置、計測装置及び観察装置のいずれかの装置に設けられている微小凸状構造体であって、該微小凸状構造体を、少なくとも一つ以上の微細な穴構造と、該穴構造から突出する少なくとも一つ以上の微細な線状物質とを有し、前記穴構造の底部から開口部へ向かう方向と、前記線状物質の方向がほぼ揃っているものとした。
【００１４】
また、本発明は、前記分析装置は走査型プローブ顕微鏡であり、前記微小凸状構造体は、前記走査型プローブ顕微鏡用のプローブ部分に設けられるものとした。
【００１５】
また、本発明は、前記線状物質の材質をカーボンナノチューブとした。
【００１６】
また、本発明は、前記穴構造がイオンビームで加工された穴であることとした。
【００１７】
また、本発明は、前記線状物質が、前記穴構造に設けられた触媒により成長され作成されるものとした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の微小凸状構造体は、分析装置や表示装置や加工装置や計測装置や観察装置に設けられている微小凸状構造体であって、少なくとも一つ以上の微細な穴構造と、少なくとも一つ以上の微細な線状物質が突出した表面において、穴構造の底から開口へ向かう方向と、少なくとも一つ以上の線状物質の方向がほぼ揃っている微小凸状構造体としているので、高い分解能の分析や、低電圧で高輝度の表示や、高い分解能と精度での加工や計測や観察ができる。これらにの効果について以下に詳細に説明する。
【００１９】
走査型プローブ顕微鏡のプローブとして使用する微小凸状構造体の線状物質は、測定する場所へ精度良く位置合わせを行う場合、プローブ部の先端部分に高い位置精度で設けられている必要が有り、凹凸の激しい試料を観察する場合は、試料面に対して垂直にかつアスペクト比が高い微小凸状構造体が設けられていることが必要である。本発明による微小凸状構造体を設けることにより、アスペクト比の高い線状物質の取りつけ位置と方向を適切に制御する（プローブ部先端部分に、試料面に対して垂直になるように構成する）ことが可能となる。
【００２０】
穴構造の大きさを小さくし、細い線状物質を設けた微小凸状構造体を構成することにより、ミクロンオーダー以下の小さな微小凸状構造体とすることが可能となり、小さな領域で使用する走査型プローブ顕微鏡用の微小凸状構造体を、容易に実現することが可能となる。
【００２１】
線状物質としてカーボンナノチューブや金属ウィスカーを用いることにより、現状の走査型プローブ顕微鏡用のプローブ（半導体ウエハーをフォトリソグラフィの技術で加工したアスペクト比の小さな微小凸状構造体）とに比較し、先端の体積効果が減少し、形状測定の分解能の向上や、物性計測の分解能の向上、プローブの先端形状の劣化の低減が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、以下に図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明における微小凸状構造体の第１実施例として、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに設けた例の構成を示す模式図である。
【００２４】
図１において、４は走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー（片持ち梁式板バネ部分）である。カンチレバー４の先端部には、底辺の一辺が約１０μｍの四角錐台状のプローブ部の母材３が形成されている。このプローブ部の母材３の中心部分には、上面から底面まで達する直径数十ｎｍの微細な穴構造１が、カンチレバー４のプローブ部の母材３形成面に対してほぼ直角に形成されている。この穴構造１の中にはアスペクト比１０以上の微細な線状物質２が、穴構造１の底面から外へ突出するように設けられている。穴構造１の底面部から開口部にかけての角度方向と、線状物質２が穴構造１から突出している部分の角度方向とはほぼ揃っている。
【００２５】
次に、上記穴構造１、線状物質２およびプローブ部の母材３とで構成される微小凸状構造体（プローブ）の作製方法について説明する。まず、シリコン等の材質からなるカンチレバー４の先端部に、半導体ウエハーのフォトリソグラフィの技術によりプローブ部の母材３を形成させる。次に、そのプローブ部の母材３の先端中心部に、カンチレバー４のプローブ部の母材３形成面に対してほぼ直角な方向から集束イオンビームを照射し、穴加工を行う。集束イオンビームによる穴加工の深さは、カンチレバー４のプローブ部の母材３形成面に達っするところまでとする。集束イオンビームによる穴加工により、位置精度と方向精度の良い微細な穴構造１が作製される。
【００２６】
次に、微細な穴構造１の底部に、走査型電子顕微鏡内のマニピュレータを用いて、カーボンナノチューブ生成用の触媒５を入れる。この触媒５に対して、高エネルギーレーザーを照射させることにより、カーボンナノチューブが穴構造の側壁面に倣って生成される。さらに高エネルギーレーザーを照射し続けることにより、カーボンナノチューブが成長する。成長したカーボンナノチューブは穴構造１の開口部に達するが、さらに高エネルギーレーザーを照射し続ける。すると、穴構造１の側壁面に倣って成長したカーボンナノチューブは、穴構造１の開口部を通過してもその成長方向を変えることなく成長し続ける。カーボンナノチューブが走査型プローブ顕微鏡用の探針として必要な長さに達したところで、高エネルギーレーザーの照射をやめる。以上のようにしてカーボンナノチューブによる微細な線状物質２が形成され、穴構造１の底部から開口部へ向かう方向と、線状物質２の方向がほぼ揃っている微小凸状構造体が作製される。
【００２７】
このようにして作製された本実施例１の微小凸状構造体は、従来の走査型プローブ顕微鏡用の微小凸状構造体（半導体ウエハーをフォトリソグラフィの技術で加工したアスペクト比の小さな微小凸状構造体）と比較して、先端の体積効果が減少し、形状測定の分解能の向上や、物性計測の分解能の向上、急な斜面の測定限界の向上、プローブの先端形状の劣化の低減が実現できる。
【実施例２】
【００２８】
図２は、本発明における微小凸状構造体の第２実施例を示す模式図である。電子放出電極として、カーボンナノチューブによる線状物質２を、基板の母材３に対して垂直に設けた穴構造１の中に入るように構成した。穴構造１を電子レンズの中心軸に合わせて加工することが可能となり、電子放出に対する電界の影響が、均等に加わり、電子線の収差を低く抑えることが可能となった。
【実施例３】
【００２９】
図３は、本発明における微小凸状構造体の第３実施例を示す模式図である。図４は、図３に示す微小凸状構造体の断面図である。電子放出用電極として、本発明により複数の微小凸状構造体を構成し、大量の電子放出を行い表示素子へ応用した例である。穴構造１の密度を調整することにより、電子放出の密度をコントロールすることが可能となった。穴構造の角度により線状物質２の方向が決まり、電界に対して垂直に構成することが可能となり、電子放出の効率を最大限に引き出すことが可能となった。触媒５を穴構造１の底面に設け、線状物質２を成長させ構成することにより、多数の穴構造より一度に設けることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明における微小凸状構造体の第１実施例として、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに設けた例の構成を示す模式図である。
【図２】本発明における微小凸状構造体の第２実施例を示す模式図である。
【図３】本発明における微小凸状構造体の第３実施例を示す模式図である。
【図４】図３に示す微小凸状構造体の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    穴構造
２    線状物質
３    プローブ部の母材
４    カンチレバー（板バネ）
５    触媒
【図１】
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【図２】
2005271142.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005271142.tif 000006