(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に近接されて走査される探針を自由端に有し、
前記探針表面に形成された機能性被膜と試料表面との間に発生する力によって梁部が撓むカンチレバー製造方法において、
前記探針およびカンチレバーの前記探針形成面に保護膜を形成する工程と、
前記カンチレバーの前記探針形成面が露出することなく前記探針の少なくとも先端部および該先端部近傍のみが露出するように前記保護膜を取り除く工程と、
前記露出した探針および保護膜を覆うように機能性被膜を形成する工程と、
前記保護膜を該保護膜表面に形成された機能性被膜と共に取り除き、前記探針の少なくとも先端部および該先端部の近傍のみに前記機能性被膜を残す工程とを有するカンチレバーの製造方法。
【請求項２】
前記保護膜はスピンコートにより形成されることを特徴とする請求項１のカンチレバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカンチレバーおよびその製造方法に係り、特に、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ : Atomic Force Microscope）に代表される走査型プローブ顕微鏡に好適なカンチレバーおよびその製造方法に関する。さらに具体的にいえば、試料表面に近接されて走査される探針を自由端に設け、探針表面に形成された機能性被膜と試料表面との間に発生する力によって梁部が撓むカンチレバーおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）では、自由端に探針を設けたカンチレバーを走査プローブとして利用している。このような構成では、探針を試料表面で走査すると試料表面と探針との間に原子間力に基づく引力または斥力が発生するので、この原子間力をカンチレバーの撓み量として検出することで試料表面の形状が測定できる。カンチレバーの撓み量は、その裏面にレーザビームを照射し、その反射ビームの変位量を光学的に検出することで測定されることから、カンチレバーの裏面には、レーザビームを反射させるためのアルミ薄膜が形成されている。
【０００３】
探針の表面には、試料表面の原子との間で原子間力を発生させるための機能性被膜が形成されており、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）ではニッケル／コバルトなどの磁性体膜、ケルビンプローブフォース顕微鏡（ＫＦＭ）やマクスウェル応力顕微鏡（ＳＭＭ）では金が、それぞれスパッタまたは蒸着によって数百オングストロームから数千オングストロームの厚みで形成されている。本来、この種の機能性被膜は探針の先端のみに被着されることが望ましいが、従来では探針の表面を含むカンチレバーの探針側表面の全面に被着されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、機能性被膜５０が探針１の表面のみならずカンチレバー１０の探針側表面１０ａにも被着されている場合の原子間力の作用を模式的に示した図である。機能性被膜５０がカンチレバー１０の探針側表面１０ａにも被着されていると、原子間力は探針１と試料２０との間のみならず、試料２０とカンチレバー１０の探針側表面１０ａとの間にも発生してしまう。このため、その原子間力すなわちカンチレバー１０の撓み量は探針１と試料２０との距離を正確に代表することができず、感度が低下したり測定誤差が大きくなってしまう。
【０００５】
また、探針１が形成されていないカンチレバー１０の裏面には、レーザビームを反射するためのアルミ被膜６０が形成されているが、従来のスパッタあるいは蒸着では、機能性被膜５０がカンチレバー１０の裏側にも回り込んでアルミ被膜６０の表面にも形成されてしまい、カンチレバー１０の変位量の検出に支障をきたすという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、カンチレバーの自由端に設けられた探針の表面のみに機能性被膜が形成されたカンチレバーおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1) 試料表面に近接されて走査される探針を自由端に有し、探針表面に形成された機能性被膜と試料表面との間に発生する力によって梁部が撓むカンチレバーにおいて、機能性被膜が探針の表面のみに形成されるようにした。
【０００８】
(2) 機能性被膜を探針の表面のみに形成するために、探針およびカンチレバーの探針形成面に保護膜を形成する工程と、カンチレバーの探針形成面が露出することなく探針の少なくとも先端部およびその近傍のみが露出するように前記保護膜を取り除く工程と、前記露出した探針および保護膜を覆うように機能性被膜を形成する工程と、前記保護膜をその表面に形成された機能性被膜と共に取り除く工程とを設けた。
【０００９】
(3) 機能性被膜を探針の表面のみに形成するために、機能性被膜のメッキ溶液内でカンチレバーの探針形成面と対向するように対向電極を離間配置し、カンチレバーと対向電極との間に電圧を印加するようにした。  上記した構成(1) によれば、原子間力が探針の先端と試料表面の当該探針の直下近傍との間のみに作用するので、感度が向上して測定誤差の少ない表面観察が可能になる。
【００１０】
上記した構成(2) 、(3) によれば、探針の少なくとも先端部およびその近傍のみに機能性被膜が選択的に形成されるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるカンチレバーの断面図であり、機能性被膜５０は探針１の表面のみに形成され、カンチレバー１０の探針側表面１０ａには形成されない。
【００１２】
機能性被膜５０が探針１の表面のみに形成されていると、同図(a) に示したように、相互作用は探針１と試料２０表面の当該探針１の直下近傍との間のみに発生するので、その相互作用すなわちカンチレバー１０の撓み量は探針１と試料２０との距離のみを正確に代表することになる。また、同図(b) に示したように、機能性被膜５０が探針１の特に先端部およびその近傍のみに形成されていると、実質上、原子間力は探針１とその直下の試料２０表面との間のみに発生するので、カンチレバー１０の撓み量は探針１と試料２０との距離を更に正確に代表することになる。
【００１３】
図２は、本発明の製造方法の第１実施形態を示した探針部周辺の断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。ここでは、機能性被膜５０が探針１の特に先端部およびその近傍のみに形成される前記図１(b) の構造のカンチレバーの製造方法について説明する。  初めに、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコン等の固体材料を適宜の湿式または乾式エッチング処理で蝕刻し、自由端に探針１を有するカンチレバー１０を形成した後、カンチレバー１０の探針形成面にフォトレジスト３０をスピンコートする［図２(a) ］。もしTip の高さが高い場合にはTip 全体をカバーする為に、粘性が比較的高いフォトレジストを用い、２０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度の低回転でスピンコートすることが望ましい。
【００１４】
次いで、酸素プラズマを利用したアッシングでフォトレジスト３０をドライエッチングし、カンチレバー１０の探針形成面１０ａを露出させることなく探針１の少なくとも先端部およびその近傍のみを露出させる［同図(b) ］。次いで、露出した探針１およびフォトレジストを覆うように、スパッタまたは蒸着等の適宜のコーティング技術を利用して機能性被膜５０を数千オングストロームの厚みで形成する［同図(c) ］。
【００１５】
次いで、アセトン等の有機溶剤またはアルカリ溶液（ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＴＭＡＨなど）を利用した機能性被膜に対して選択性の高い湿式エッチングにより、フォトレジスト３０をその表面に形成された機能性被膜５０と共に除去する。この結果、探針１の少なくとも先端部およびその近傍のみに機能性被膜５０が残る［同図(d) ］。
【００１６】
本実施形態によれば、機能性被膜５０が探針１のみに選択的に被着されるので、原子間力は探針１と試料表面の当該探針１の直下近傍との間のみに作用し、カンチレバー１０の探針形成面１０ａと試料表面との間には作用しない。したがって、測定感度が向上して誤差の少ない表面観察が可能になる。さらに、本実施形態によれば機能性被膜５０がカンチレバー１０の裏面にまで回り込むことがないので、レーザビームを利用した変位量検出も正確に行えるようになる。
【００１７】
次いで、本発明の第２実施形態であるカンチレバーの製造方法について説明する。上記した第１実施形態では、機能性被膜１０が探針１の表面にスパッタあるいは蒸着により形成されるものとして説明したが、本実施形態では、電気メッキを利用して探針１の先端部のみに機能性薄膜５０を選択的にメッキするようにした。
【００１８】
図３は、本実施形態による電気メッキ方法を示した図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、機能性被膜のメッキ溶液７０内で、カンチレバー１０の探針形成面と対向するように対向電極８０を離間配置し、カンチレバー１０と対向電極８０との間にパルス状の交流電圧Ｖを印加するようにした。もちろん印加する電圧や電流は一定でも良い。電気メッキでは、被メッキ部分（探針１）と対向電極８０との距離や被メッキ部分の形状によってメッキ速度やメッキ厚が異なり、本実施形態のように、カンチレバー１０の探針形成面と対向電極８０とを対向配置すれば、対向電極８０との距離が最も近く、かつ尖った探針１が初めにメッキされる。このため、機能性被膜５０が探針１の先端のみに選択的に被着され、前記したように感度が向上して測定誤差の少ない表面観察が可能になる。さらに、本実施形態でも機能性被膜５０はカンチレバーの裏面に形成されないので、レーザビームを利用した変位量検出も正確に行えるようになる。  なお、図４に示したように、カンチレバー１０および対向電極８０を、探針１から離れるにしたがってカンチレバー１０の探針形成面と対向電極８０との距離が離れるように対向配置すれば、探針１と対向電極８０との距離が、それ以外のカンチレバー１０の探針形成面１０ａと対向電極８０との距離に比べて更に短くなるのでメッキの選択性が向上する。
【００１９】
なお、上記した実施形態では機能性被膜５０を探針１の先端部およびその近傍のみに形成するものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されず、前記フォトレジスト３０をスピンコートする際に粘性が低いフォトレジストを用いたり、あるいは回転数を高くしてフォトレジスト３０の膜厚を薄くすれば、前記図１(a) に関して説明したように、機能性被膜５０を探針１の全面に形成することもできる。
【００２０】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば以下のような効果が達成される。
(1) 探針およびカンチレバーの探針形成面に保護膜を形成した後、カンチレバーの探針形成面を露出させることなく探針の少なくとも先端部およびその近傍のみを露出させてその表面に機能性被膜を形成し、その後、保護膜をその表面に形成された機能性被膜と共に除去するようにしたので、探針の先端部およびその近傍のみに機能性被膜を選択的に形成できるようになる。また、機能性被膜がカンチレバーの裏面にまで回り込むこともないので、レーザビームを利用した変位量検出も正確に行えるようになる。この結果相互作用はサンプルとtip 先端のみとなり、顕微鏡の分解能が向上する。
(2) 機能性被膜のメッキ溶液内で、カンチレバーの探針形成面と対向するように対向電極を離間配置し、カンチレバーと対向電極との間に電圧を印加するようにしたので、探針の先端部およびその近傍のみに機能性被膜を選択的にメッキすることができるようになる。また、機能性被膜がカンチレバーの裏面にまで回り込むこともない。
【００２１】
また、カンチレバーおよび対向電極を、探針から離れるにしたがって探針形成面と対向電極との距離が離れるように対向配置すれば、探針と対向電極との距離が、それ以外の部分での距離に比べて更に短くなるので、メッキの選択性が向上して探針のみへのメッキが更に容易になる。(3) 機能性被膜が探針の先端のみに選択的に被着されたカンチレバーを用いれば、原子間力が探針の先端と試料表面の当該探針の直下近傍との間のみに作用するので、感度が向上して測定誤差の少ない表面観察が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカンチレバーの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明によるカンチレバーの製造方法の第１実施形態を示した断面図である。
【図３】本発明によるカンチレバーの製造方法の第２実施形態を示した図である。
【図４】本発明によるカンチレバーの製造方法の第２実施形態の変形例を示した図である。
【図５】従来技術の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１  探針
１０  カンチレバー
３０  フォトレジスト
５０  機能性被膜
６０  アルミ被膜
７０  メッキ溶液
８０  対向電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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