JP5178297B2 - Ｃｎｆ探針カンチレバー - Google Patents

Description

この発明は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）用カンチレバー、特にカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）探針を有するＣＮＦ探針カンチレバーに関する。

最近の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）においては、高解像度やトレンチ溝内等の従来探針の届かなかった部分の測定要求が高まり、高アスペクト比の探針が求められている。

このような状況の中で、高アスペクト比を有し、機械的強度に優れたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）を探針としたＳＰＭカンチレバーを、本件出願人は特開２００５−３０８６７５号公報において提案している。

上記公報開示の技術では、真空チャンバー内にカンチレバーを装着し、該真空チャンバー内にカーボン化合物を供給しながら、アルゴンイオン等の高エネルギービームをカンチレバーに照射することにより、突起状探針部の先端にＣＮＦを成長形成させて、ＣＮＦ探針カンチレバーを実現している。
特開２００５−３０８６７５号公報

しかしながら、従来のＣＮＦ探針カンチレバーでは、次のような課題がある。すなわち、従来の製造手法によれば、高エネルギービームの照射により突起状探針部の先端のみにＣＮＦを成長形成するものであり、通常は突起状探針部の先端にのみＣＮＦが形成されるが、高エネルギービームの照射が突起状探針部の先端のみだけではなく広範囲に行われると、レバー部上の突起や角部等に不要なＣＮＦが形成される場合がある。

このような不要なＣＮＦが形成される態様を図４に示す。図４において、101 はレバー部、102 はレバー部自由端近傍に形成された突起状探針部、103 は探針部の先端から成長形成されたＣＮＦであり、これらの構成要素でＣＮＦ探針カンチレバーを構成している。104 はレバー部101 の突起部や角部などに形成される不要なＣＮＦである。この不要なＣＮＦ104 は成長方向が定まらないばかりか、長さも一定ではなく、また直進性も損なっていることもしばしばある。つまり、本来ＣＮＦを成長させたくない部分にも不特定の方向に不揃いの長さでＣＮＦが形成される。ここで、不要なＣＮＦ104 は突起部や 180度より小さい角部に形成されることがわかっている。

このような不要なＣＮＦ104 が形成されると、この不要なＣＮＦは測定中にコンタミネーションとなって誤動作の原因となったり、あるいはこの不要なＣＮＦが長く形成されている場合には測定時にノイズの発生等の悪影響を及ぼし、測定が不安定となり、正確な高分解能測定ができなくなる恐れがある。

本発明は、従来のＣＮＦ探針カンチレバーにおける上記課題を解消するためになされたもので、常に安定して高分解能測定が可能なＣＮＦ探針カンチレバーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、支持部と、該支持部から伸びた平板状レバー部と、該レバー部の自由端又は自由端近傍に形成された突起状探針部と、該突起状探針部の先端に、カーボン化合物を供給しながら高エネルギービームを照射することにより形成されたＣＮＦ細線とからなるＣＮＦ探針カンチレバーにおいて、前記平板状レバー部の前記自由端の外周縁は角部のない丸みを有して構成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係るＣＮＦ探針カンチレバーにおいて、前記平板状レバー部の前記探針部形成面の外端縁は、面取りされていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に係るＣＮＦ探針カンチレバーにおいて、前記平板状レバー部は、コーティング材料にてコーティングされ、 該レバー部の前記自由端の外周縁は角部のない円みを有するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、前記平板状レバー部の前記自由端の外周縁は角部のない丸みを有して構成されているため、ＣＮＦ細線形成時に、平板状レバー部に、コンタミネーションになって誤動作やノイズ等の悪影響を及ぼす不要なＣＮＦが形成されることなく、突起状探針部の先端のみに安定してＣＮＦ細線を成長形成させることができ、安定した高分解能測定が可能な高アスペクト比で高耐久性のＣＮＦ探針カンチレバーを実現することができる。請求項２に係る発明によれば、平板状レバー部の探針形成面の外端縁は面取りされているため、不要な部分に不要なＣＮＦが形成されることなく、探針部先端のみにより安定してＣＮＦを成長形成でき、安定した高分解能測定が可能なＣＮＦ探針カンチレバーを実現することができる。請求項３に係る発明によれば、平板状レバー部自体に多少の突起や角部があっても、コーティング材料のコーティングにより平板状レバー部の突起や角部を丸めるように構成しているため、探針部先端のみに安定してＣＮＦを成長形成でき、安定した高分解能測定が可能なＣＮＦ探針カンチレバーを実現できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（実施例１）
まず、本発明に係るＣＮＦ探針カンチレバーの実施例１について説明する。図１の（Ａ）は、実施例１に係るＣＮＦ探針カンチレバーの全体構成を示す斜視図である。図１の（Ａ）において、１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）より伸びたシリコン製レバー部、２はレバー部１の自由端近傍に形成されたシリコン製の円錐状探針部、３は探針部２の先端に、カーボン化合物を供給しながら高エネルギービームの照射により成長形成された一本のカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）細線である。

ここで、探針部２が形成されているレバー部１の上面からみた平面形状は、図１の（Ｂ）に示すように、レバー部１の自由端の外周縁は角部は全て丸みを有した円弧状の形状となっている。つまり、レバー部１の自由端の外周縁には 180度より小さい角部は形成されず、全ての角部は滑らかな曲面により構成された曲面形状となっている。

なお、レバー部１の上面からみた平面形状はこれに限定されず、例えば図１の（Ｃ）又は（Ｄ）に示すような、先端を丸み付けした三角形状、あるいは両角部を丸み付けした方形状などの形状でもよい。この場合には、いずれもレバー部の自由端の外周縁の角部の全てが丸みを有している。更には、図１の（Ｅ）に示すように、図１の（Ｃ）に示すレバー部１の自由端近傍の一部が中抜きされた形状としてもよい。この場合は、レバー部の自由端の外周縁の角部が丸みを有しておれば、中抜きされた内周縁は角部を有していてもよい。すなわち、自由端の外周縁が丸みを有していれば、どのような平面形状を有するレバー部であってもよい。

また、この実施例では、突起状探針部として円錐状の形状を有する探針部を用いたものを示したが、これに限定されず、テトラヘドラル型の形状の突起状探針部は勿論であるが、柱状や板状の突起状探針部、あるいはレバーを単に折り曲げただけの形状の突起状探針部でも有効であることは言うまでもない。

更に、レバー部として、シリコン製レバー部を用いたものを示したが、これに限定されず、窒化シリコン製、金属製、カーボン製などの他の材料で形成したレバー部でも有効であることは言うまでもない。

このような構成により、ＣＮＦ形成時に従来の不要なＣＮＦ細線が形成されるような角部がレバー部になくなるため、突起状探針部の先端のみに方向制御された一本のＣＮＦ細線を成長形成でき、誤動作やノイズ等の影響もなく、安定した高分解能測定が常に可能なＣＮＦ探針カンチレバーを実現できる。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図２は、実施例２に係るＣＮＦ探針カンチレバーの構成を示す斜視図である。実施例２に係るＣＮＦ探針カンチレバーの基本的な構成は、図１の（Ａ）に示した実施例１と同様であり、異なる点は、レバー部の探針部形成面の外端縁が面取りをした形状となっている点である。すなわち、自由端の外周縁の全ての角部が丸みを有した円弧状の形状からなるレバー部１の自由端近傍に形成された探針部２の先端にＣＮＦ細線３が成長形成されている。更に、レバー部１の探針部２の形成面の外端縁は面取り加工された面取り部４となっている。

この実施例においても、レバー部の自由端の外周縁の形状や探針部の形状や材質は、実施例１と同様に、特に限定されるものではない。そして、この実施例の構成により、実施例１の構成のものに比べて、より効率的に突起状探針部の先端のみに一本のＣＮＦ細線を形成しやすくなり、誤動作やノイズ等の影響もなく、安定した高分解能測定が常に可能となるＣＮＦ探針カンチレバーを実現できる。

（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図３の（Ａ）は、実施例３に係るＣＮＦ探針カンチレバーの構成を示す斜視図で、図３の（Ｂ）は、レバー部の自由端近傍の断面図である。図３の（Ａ）において、11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、更に酸化膜等がコーティングされた被膜部12を有するシリコン製レバー部、２はレバー部11の自由端近傍に形成されたシリコン製の円錐状探針部、３は探針先端部に成長形成された一本のカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）細線である。

ここで、図３の（Ｂ）に示すように、レバー部11に酸化膜等をコーティングして被膜部12を形成することにより、レバー部11のいずれの角部においても角が取れて丸みを有した形状、つまり酸化膜等の被膜部12により面取りしたと同様な形状となる。そのため、レバー部11には不要なＣＮＦが成長形成されるような角部がなくなると共に、コーティングによる被膜部12により不要なＣＮＦの成長に寄与するような突起物もなくなる。レバー部11へのコーティングはレバー部11が形成された時点で行うことが好ましい。

なお、本実施例ではレバー部のみをレバー部とは異なる他の材料でコーティングしたものを示したが、探針部も同様にコーティングしてもよい。但し、探針部のコーティングに当たっては、探針部の曲率を維持することが必要となる。また、被膜部12を形成するコーティング材料としては酸化膜を用いたものを示したが、これには限定されず窒化膜あるいは金属膜でもよいことは言うまでもない。コーティングによる成膜方法は特に限定されないが、酸化膜や窒化膜はＣＶＤ法により、金属膜は蒸着あるいはスパッタ法によりコーティングすることが望ましい。また、コーティング材料として、レバー部と異なる材料であることは必ずしも必要ではなく、レバー部と同じ材料にてレバー部をコーティングしてもよい。例えば、シリコン製レバーには多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン、窒化シリコン製レバーには窒化シリコン膜をコーティングし、金属製レバーには同種の金属膜によるコーティングを行えばよい。

また、ＣＮＦ細線を成長形成させるためのカーボンの供給源となるグラファイト膜をコーティングしてもよい。このグラファイト膜は、蒸着あるいはスパッタ法によりコーティングすることができるが、他の方法であってもよい。また、被膜部のコーティングに際しては単層のみならず、例えば酸化膜とグラファイト膜等のように複数の被膜をコーティングしてもよい。更に、この実施例では、レバー部に酸化膜等のコーティングにより被膜部を形成した場合について説明したが、コーティングに代えて、レバー部をスパッタエッチングすることにより該レバー部の角部をとることもできる。

このような構成とすることにより、レバー部に従来の不要なＣＮＦ細線が形成されるような角部やＣＮＦの成長に寄与するような不要な突起物や角部がなくなるため、探針部先端のみに方向制御された一本のＣＮＦ細線を成長形成でき、誤動作やノイズ等の影響もなく、安定した高分解能測定が常に可能となるＣＮＦ探針カンチレバーを実現できる。

本発明に係るＣＮＦ探針カンチレバーの実施例１の構成を示す斜視図、及びそのレバー部並びにレバー部の変形例の構成を示す図である。 実施例２に係るＣＮＦ探針カンチレバーの構成を示す斜視図である。 実施例３に係るＣＮＦ探針カンチレバーの構成を示す斜視図、及びレバー部の自由端近傍の断面の一部を示す図である。 従来のＣＮＦ探針カンチレバーにおいて不要ＣＮＦが形成された態様を示す図である。

符号の説明

１，11 レバー部
２ 突起状探針部
３ ＣＮＦ細線
４ レバー面取り部
12 被膜部

Claims (3)

1. 支持部と、該支持部から伸びた平板状レバー部と、該レバー部の自由端又は自由端近傍に形成された突起状探針部と、該突起状探針部の先端に、カーボン化合物を供給しながら高エネルギービームを照射することにより形成されたカーボンナノファイバー（以下ＣＮＦという）細線とからなるＣＮＦ探針カンチレバーにおいて、
   前記平板状レバー部の前記自由端の外周縁は角部のない丸みを有して構成されていることを特徴とするＣＮＦ探針カンチレバー。
2. 前記平板状レバー部の前記探針部形成面の外端縁は、面取りされていることを特徴とする請求項１に係るＣＮＦ探針カンチレバー。
3. 前記平板状レバー部は、コーティング材料にてコーティングされ、 該レバー部の前記自由端の外周縁は角部のない円みを有するように構成されていることを特徴とする請求項１に係るＣＮＦ探針カンチレバー。

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