JPH0579835A - 原子間力顕微鏡用カンチレバーおよびその製造方法 - Google Patents
原子間力顕微鏡用カンチレバーおよびその製造方法Info
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- JPH0579835A JPH0579835A JP5466592A JP5466592A JPH0579835A JP H0579835 A JPH0579835 A JP H0579835A JP 5466592 A JP5466592 A JP 5466592A JP 5466592 A JP5466592 A JP 5466592A JP H0579835 A JPH0579835 A JP H0579835A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 原子間力顕微鏡用カンチレバーとその製造方
法に関し、溝形状等のアスペクト比の比較的大きな凹凸
を有する試料を精度良く測定するためのカンチレバーを
提供することを目的とする。 【構成】 原子間力顕微鏡用カンチレバー１の先端部
に、正四面体の体心から４頂点方向に酸化亜鉛針状結晶
が延びたテトラポッド形状の構造体２を設け、針状結晶
を探針として用いる。
法に関し、溝形状等のアスペクト比の比較的大きな凹凸
を有する試料を精度良く測定するためのカンチレバーを
提供することを目的とする。 【構成】 原子間力顕微鏡用カンチレバー１の先端部
に、正四面体の体心から４頂点方向に酸化亜鉛針状結晶
が延びたテトラポッド形状の構造体２を設け、針状結晶
を探針として用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子間力顕微鏡（以後
ＡＦＭと記す）用カンチレバーとその製造方法に関し、
とりわけ先端曲率が小さく、アスペクト比の大きい探針
を有するＡＦＭ用カンチレバーとその製造方法に関する
ものである。
ＡＦＭと記す）用カンチレバーとその製造方法に関し、
とりわけ先端曲率が小さく、アスペクト比の大きい探針
を有するＡＦＭ用カンチレバーとその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体表面を原子オーダで観察でき
る装置としてＡＦＭが開発されている。ＡＦＭでは微小
な力を検出するために、図５に示すような探針９を有す
る長さ１００μｍから２００μｍ程度のカンチレバー１
０が必要である。従来、この探針としては、カンチレバ
ー先端のエッジ部分を探針として用いたもの、結晶のエ
ッチピットを鋳型として利用し作製したもの、異方性エ
ッチングにより作製したもの［ジャーナル・オブ・バキ
ューム・サイエンス・アンド・テクノロジーA8(1990年)
第3386頁から3396頁(J. Vac. Sci. Technol. A8, 3386-
3396, 1990)］等が使用されている。ＡＦＭの分解能は
前記探針の先端曲率半径に依存し、曲率半径が小さいほ
ど分解能は上がる。現在のところ２０ｎｍから３０ｎｍ
の曲率半径の探針が作製され、このカンチレバーを用い
てマイカ等の原子像が観察されている。
る装置としてＡＦＭが開発されている。ＡＦＭでは微小
な力を検出するために、図５に示すような探針９を有す
る長さ１００μｍから２００μｍ程度のカンチレバー１
０が必要である。従来、この探針としては、カンチレバ
ー先端のエッジ部分を探針として用いたもの、結晶のエ
ッチピットを鋳型として利用し作製したもの、異方性エ
ッチングにより作製したもの［ジャーナル・オブ・バキ
ューム・サイエンス・アンド・テクノロジーA8(1990年)
第3386頁から3396頁(J. Vac. Sci. Technol. A8, 3386-
3396, 1990)］等が使用されている。ＡＦＭの分解能は
前記探針の先端曲率半径に依存し、曲率半径が小さいほ
ど分解能は上がる。現在のところ２０ｎｍから３０ｎｍ
の曲率半径の探針が作製され、このカンチレバーを用い
てマイカ等の原子像が観察されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＡＦＭの用途
としては、試料表面の原子レベルでの観察と同時に、ナ
ノメータあるいはミクロンオーダでの凹凸の大きな試料
観察がある。このような試料観察の場合、特にグレーテ
ィング等の深い溝形状を有する試料では、前記のような
探針では、探針が溝部の底まで届かず正確な形状測定が
困難であった。
としては、試料表面の原子レベルでの観察と同時に、ナ
ノメータあるいはミクロンオーダでの凹凸の大きな試料
観察がある。このような試料観察の場合、特にグレーテ
ィング等の深い溝形状を有する試料では、前記のような
探針では、探針が溝部の底まで届かず正確な形状測定が
困難であった。
【０００４】したがって、このような用途においては、
探針の先端曲率が小さいのと同時に、溝部の底まで届く
ような、細長い形状の探針を有するカンチレバーが要望
されている。
探針の先端曲率が小さいのと同時に、溝部の底まで届く
ような、細長い形状の探針を有するカンチレバーが要望
されている。
【０００５】本発明は、このような従来のＡＦＭ用カン
チレバーの問題を解決するため、深い溝形状を有するよ
うな試料でも、精度良く観察することが可能な、高アス
ペクト比でしかも先端曲率が極めて小さい探針を有する
ＡＦＭ用カンチレバーとその製造方法を提供することを
目的とする。
チレバーの問題を解決するため、深い溝形状を有するよ
うな試料でも、精度良く観察することが可能な、高アス
ペクト比でしかも先端曲率が極めて小さい探針を有する
ＡＦＭ用カンチレバーとその製造方法を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のＡＦＭ用カンチレバーは、少なくとも一部
分に直線状の針状結晶を含む形状の構造体で形成された
探針を有する構造である。
に、本発明のＡＦＭ用カンチレバーは、少なくとも一部
分に直線状の針状結晶を含む形状の構造体で形成された
探針を有する構造である。
【０００７】特に前記構造体は、酸化亜鉛またはセレン
化亜鉛を主成分とする針状結晶が、正四面体の体心から
４頂点方向に延びたテトラポッド形状を有する構造体で
あることが好ましい。
化亜鉛を主成分とする針状結晶が、正四面体の体心から
４頂点方向に延びたテトラポッド形状を有する構造体で
あることが好ましい。
【０００８】また、本発明の原子間力顕微鏡用カンチレ
バーの製造方法は、少なくともカンチレバー先端部に接
着剤を塗布した後、前記カンチレバーをほぼ水平に保持
した状態で、前記接着剤上に少なくとも４本以上の針状
結晶を組み合わせた形状を有する構造体を置き、接着さ
せるという構成を備えたものである。
バーの製造方法は、少なくともカンチレバー先端部に接
着剤を塗布した後、前記カンチレバーをほぼ水平に保持
した状態で、前記接着剤上に少なくとも４本以上の針状
結晶を組み合わせた形状を有する構造体を置き、接着さ
せるという構成を備えたものである。
【０００９】
【作用】前記本発明の構造によれば、カンチレバーに設
けられた探針が、高アスペクト比でしかも先端曲率が極
めて小さい形状であるため、従来のカンチレバーでは探
針側面等が溝上部の角に接触し精度良く測定できなかっ
たような深い溝形状の試料でも、底面まで探針が届き、
精度よく観察できるＡＦＭが得られる。
けられた探針が、高アスペクト比でしかも先端曲率が極
めて小さい形状であるため、従来のカンチレバーでは探
針側面等が溝上部の角に接触し精度良く測定できなかっ
たような深い溝形状の試料でも、底面まで探針が届き、
精度よく観察できるＡＦＭが得られる。
【００１０】特に、酸化亜鉛やセレン化亜鉛を針状結晶
の主成分とするテトラポッド形状の三次元構造体をもち
いれば、探針となる一本の針状結晶をカンチレバーに対
して垂直に取り付けることが比較的容易にできる。ま
た、カンチレバーと探針の取り付け部分が、残りの三本
の針状結晶の先端部の三箇所となるため、機械的強度も
強くなり、安定なカンチレバーが得られる。
の主成分とするテトラポッド形状の三次元構造体をもち
いれば、探針となる一本の針状結晶をカンチレバーに対
して垂直に取り付けることが比較的容易にできる。ま
た、カンチレバーと探針の取り付け部分が、残りの三本
の針状結晶の先端部の三箇所となるため、機械的強度も
強くなり、安定なカンチレバーが得られる。
【００１１】また、本発明の製造方法によれば、前記三
次元構造体を比較的簡単に、カンチレバーに取り付ける
ことが可能となる。
次元構造体を比較的簡単に、カンチレバーに取り付ける
ことが可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。
に説明する。
【００１３】図１は、本発明のＡＦＭ用カンチレバーの
概略図である。カンチレバー１の先端部分に、酸化亜鉛
の針状結晶で構成されたテトラポッド形状の構造体２を
設け、前記カンチレバーに垂直な針状結晶を探針として
用いる。前記ＡＦＭ用カンチレバーの製造方法を図２に
示す。フォトリソグラフィーにより作製した長さ１００
μｍ、厚さ１.５μｍのＶ型のＳｉＯ2薄膜カンチレバー
１の先端部分に、金属針を用いてエポキシ樹脂の接着剤
３を塗布する（図２（ａ））。その後、前記カンチレバ
ーをほぼ水平に保持し、前記接着剤上に、金属針を用い
て１つの酸化亜鉛の針状結晶の長さが５μｍから３０μ
ｍのテトラポッド形状の構造体２を置き、接着した（図
２（ｂ））。前記構造体は、気相成長により作製した。
前記構造体は、正四面体の体心から４頂点方向に針状結
晶が延びたテトラポッド形の三次元構造の結晶であるた
め、カンチレバーに取り付ける際に、前記構造体をカン
チレバー上に置くことで、自然に１つの針状結晶をカン
チレバーに対して垂直に設置でき、前記針状結晶を探針
として用いることができる。
概略図である。カンチレバー１の先端部分に、酸化亜鉛
の針状結晶で構成されたテトラポッド形状の構造体２を
設け、前記カンチレバーに垂直な針状結晶を探針として
用いる。前記ＡＦＭ用カンチレバーの製造方法を図２に
示す。フォトリソグラフィーにより作製した長さ１００
μｍ、厚さ１.５μｍのＶ型のＳｉＯ2薄膜カンチレバー
１の先端部分に、金属針を用いてエポキシ樹脂の接着剤
３を塗布する（図２（ａ））。その後、前記カンチレバ
ーをほぼ水平に保持し、前記接着剤上に、金属針を用い
て１つの酸化亜鉛の針状結晶の長さが５μｍから３０μ
ｍのテトラポッド形状の構造体２を置き、接着した（図
２（ｂ））。前記構造体は、気相成長により作製した。
前記構造体は、正四面体の体心から４頂点方向に針状結
晶が延びたテトラポッド形の三次元構造の結晶であるた
め、カンチレバーに取り付ける際に、前記構造体をカン
チレバー上に置くことで、自然に１つの針状結晶をカン
チレバーに対して垂直に設置でき、前記針状結晶を探針
として用いることができる。
【００１４】このカンチレバーをＡＦＭに組み込み、深
さ１μｍ、幅１μｍの溝形状を有する試料の観察を行
い、Ｓｉのエッチピットを鋳型としてＳｉ3Ｎ4で探針を
作製した従来のカンチレバーとの比較を行った。従来の
カンチレバーの場合、探針形状は、Ｓｉ（１００）面の
エッチピット形状で決定され、頂角が７０度のピラミッ
ド形状となる。従ってこの探針を有するカンチレバーで
溝部を矢印の方向へ走査すれば、図３に示すように、探
針４が溝の底まで届かず、破線で示したような実際の試
料５の表面形状とは異なる像６が得られた。一方、酸化
亜鉛の針状結晶を探針として有するカンチレバーでは、
図４に示すように、針状結晶の探針７が溝の底まで達
し、試料５の表面形状に忠実な像８が得られた。
さ１μｍ、幅１μｍの溝形状を有する試料の観察を行
い、Ｓｉのエッチピットを鋳型としてＳｉ3Ｎ4で探針を
作製した従来のカンチレバーとの比較を行った。従来の
カンチレバーの場合、探針形状は、Ｓｉ（１００）面の
エッチピット形状で決定され、頂角が７０度のピラミッ
ド形状となる。従ってこの探針を有するカンチレバーで
溝部を矢印の方向へ走査すれば、図３に示すように、探
針４が溝の底まで届かず、破線で示したような実際の試
料５の表面形状とは異なる像６が得られた。一方、酸化
亜鉛の針状結晶を探針として有するカンチレバーでは、
図４に示すように、針状結晶の探針７が溝の底まで達
し、試料５の表面形状に忠実な像８が得られた。
【００１５】なお、前記テトラポッド形状の構造体を作
製すること自体は、たとえば亜鉛微粒子表面を水中で酸
化後、酸素雰囲気中で加熱する方法［ジャーナル・オブ
・クリスタル・グロース102(1990年)第965頁から第973
頁(J. Crystal Growth 102, 965-973, 1990)］などが知
られているが、本発明方法はこのような公知の技術を広
く応用することもできる。
製すること自体は、たとえば亜鉛微粒子表面を水中で酸
化後、酸素雰囲気中で加熱する方法［ジャーナル・オブ
・クリスタル・グロース102(1990年)第965頁から第973
頁(J. Crystal Growth 102, 965-973, 1990)］などが知
られているが、本発明方法はこのような公知の技術を広
く応用することもできる。
【００１６】また、本実施例では、カンチレバー材料に
ＳｉＯ2薄膜を用いたが、Ｓｉ3Ｎ4薄膜や、タングステ
ンや金などの金属薄膜を用いることができる。
ＳｉＯ2薄膜を用いたが、Ｓｉ3Ｎ4薄膜や、タングステ
ンや金などの金属薄膜を用いることができる。
【００１７】さらに、テトラポッド形状の３次元構造体
としては、針状結晶が酸化亜鉛を主成分とするものだけ
ではなく、セレン化亜鉛を主成分とするものを用いても
同様の効果が得られる。
としては、針状結晶が酸化亜鉛を主成分とするものだけ
ではなく、セレン化亜鉛を主成分とするものを用いても
同様の効果が得られる。
【００１８】さらに、カンチレバーに接着する探針とし
ては、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｗ、黒鉛、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂ、
Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、チタン酸カリウム等の機械的強度の
強い針状結晶で形成された構造体を用いることができ
る。ただし、これらのは構造体は、二次元針状結晶であ
るため、カンチレバーの作製歩止まりは、テトラポッド
形状の構造体に比べ悪くなる。
ては、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｗ、黒鉛、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂ、
Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、チタン酸カリウム等の機械的強度の
強い針状結晶で形成された構造体を用いることができ
る。ただし、これらのは構造体は、二次元針状結晶であ
るため、カンチレバーの作製歩止まりは、テトラポッド
形状の構造体に比べ悪くなる。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、高アスペクト比で先端曲率が非常に小
さい探針を有するカンチレバーが得られ、前記カンチレ
バーを用いることでグレーティング等の深い溝形状を有
する試料を精度よく測定することが可能になった。
本発明によれば、高アスペクト比で先端曲率が非常に小
さい探針を有するカンチレバーが得られ、前記カンチレ
バーを用いることでグレーティング等の深い溝形状を有
する試料を精度よく測定することが可能になった。
【図１】本発明にかかる実施例の原子間力顕微鏡用カン
チレバーの概略図
チレバーの概略図
【図２】本発明にかかる実施例の原子間力顕微鏡用カン
チレバーの製造方法の説明図
チレバーの製造方法の説明図
【図３】従来のカンチレバーで得られたＡＦＭ像の説明
図
図
【図４】本発明にかかる実施例のカンチレバーで得られ
たＡＦＭ像の説明図
たＡＦＭ像の説明図
【図５】従来の原子間力顕微鏡用カンチレバーの概略図
１ カンチレバー ２ テトラポッド形状の構造体 ３ 接着剤 ４ Ｓｉ3Ｎ4探針 ５ 試料 ６ ＡＦＭ像 ７ 酸化亜鉛針状結晶探針 ８ ＡＦＭ像 ９ 探針 １０ カンチレバー
Claims (6)
- 【請求項１】少なくとも一部分に直線状の針状結晶を含
む構造体で形成された探針を具備していることを特徴と
する原子間力顕微鏡用カンチレバー。 - 【請求項２】構造体が、少なくとも４本の針状結晶を組
み合わせた形状を有することを特徴とする請求項１に記
載の原子間力顕微鏡用カンチレバー。 - 【請求項３】構造体が、正四面体の体心から４頂点方向
に針状結晶が延びたテトラポッド形状を有することを特
徴とする請求項１または２に記載の原子間力顕微鏡用カ
ンチレバー。 - 【請求項４】針状結晶が、酸化亜鉛を主成分とすること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の原子間
力顕微鏡用カンチレバー。 - 【請求項５】針状結晶が、セレン化亜鉛を主成分とする
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の原
子間力顕微鏡用カンチレバー。 - 【請求項６】カンチレバー先端部に接着剤を塗布した
後、前記カンチレバーをほぼ水平に保持した状態で、前
記接着剤上に、少なくとも４本の針状結晶を組み合わせ
た形状を有する構造体を置き、接着させることを特徴と
する原子間力顕微鏡用カンチレバーの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4054665A JP2653313B2 (ja) | 1991-07-15 | 1992-03-13 | 原子間力顕微鏡用カンチレバーおよびその製造方法 |
| DE69208979T DE69208979T2 (de) | 1991-07-15 | 1992-07-14 | Freitragender Ausleger für Atomkraftmikroskop und Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP92111956A EP0530473B1 (en) | 1991-07-15 | 1992-07-14 | Cantilever for atomic force microscope and method of manufacturing the same |
| US08/201,087 US5357787A (en) | 1991-07-15 | 1994-02-24 | Cantilever for atomic force microscope and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-173709 | 1991-07-15 | ||
| JP17370991 | 1991-07-15 | ||
| JP4054665A JP2653313B2 (ja) | 1991-07-15 | 1992-03-13 | 原子間力顕微鏡用カンチレバーおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579835A true JPH0579835A (ja) | 1993-03-30 |
| JP2653313B2 JP2653313B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=26395468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4054665A Expired - Fee Related JP2653313B2 (ja) | 1991-07-15 | 1992-03-13 | 原子間力顕微鏡用カンチレバーおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2653313B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7408366B2 (en) * | 2006-02-13 | 2008-08-05 | Georgia Tech Research Corporation | Probe tips and method of making same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05113307A (ja) * | 1991-03-11 | 1993-05-07 | Hitachi Ltd | 深孔探針の製造方法及びそれを用いた解析装置 |
-
1992
- 1992-03-13 JP JP4054665A patent/JP2653313B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05113307A (ja) * | 1991-03-11 | 1993-05-07 | Hitachi Ltd | 深孔探針の製造方法及びそれを用いた解析装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7408366B2 (en) * | 2006-02-13 | 2008-08-05 | Georgia Tech Research Corporation | Probe tips and method of making same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2653313B2 (ja) | 1997-09-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |