JP2001062791A

JP2001062791A - 描画用探針及びその製作方法

Info

Publication number: JP2001062791A
Application number: JP24133099A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Ishibashi; 雅義石橋; Tomihiro Hashizume; 富博橋詰; Hiroshi Kajiyama; 博司梶山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-13
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP3884887B2; US7115863B1

Abstract

(57)【要約】【課題】長寿命の走査プローブリソグラフィー用描画
用探針を提供すること。【解決手段】探針先端部が導電部と絶縁部からなり、
絶縁部は導電部を覆う構造を持ち、導電部は描画面に対
し水平方向かつ探針走査方向に対し垂直方向の大きさが
一定である形状をもつことを特徴とする描画用探針を使
用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査プローブリソ
グラフィー用探針及びその製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体電子素子の高集積化、記録メディ
アの高密度化に伴い、これら素子作製のため極微細加工
技術が必要とされている。しかし、現在、電子素子の作
製に使用される光リソグラフィーでは、それに使用する
光の波長やレンズ材料により最小加工寸法が１００ｎｍ
程度に限られ、また、記録メディアの原盤作製に使用さ
れるレーザ加工に関しても２００ｎｍ程度であり解像度
マージンの減少が予想されている。

【０００３】近年、これに代わる技術として、例えば、
エム・エー・マッコード等によるジャーナル・オブ・バ
キューム・サイエンス・テクノロジー、ビー４（１９８
６年）第８６頁から第８８頁（M. A. McCord et al.,
J. Vac. Sci. Technol. B4(1986), PP86-88）に示され
るような、走査プローブ顕微鏡を用いた微細加工技術が
注目されている。これは一般に探針と基板間に電圧を印
加して加工を行う方法で、解像度が高く、原理的には原
子レベルの加工も可能である。特にエム・エー・マッコ
ード等によるジャーナル・オブ・バキューム・サイエン
ス・テクノロジー、ビー６（１９８８年）第２９３頁か
ら第２９６頁（M. A. McCord et al.、 J.Vac. Sci. Te
chnol. B6(1988), PP293-296）あるいはエー・マジュン
ダー等によるアプライド・フィジックス・レター、６１
（１９９２年）第２２９３頁から第２２９５頁（A. Maj
umdar et al., Appl. Phys. Lett. 61(1992) PP.2293-2
295）で示されるような従来のリソグラフィーと同様に
レジスト膜によりパターンを作製する方法（以後走査プ
ローブリソグラフィーと呼ぶ）は、従来のリソグラフィ
ーで開発されてきたレジストパターンから基板へのパタ
ーン転写方法がそのまま使えるため、将来のリソグラフ
ィー技術として注目されている。特にケー・ワイルダー
等によるジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・
テクノロジー、ビー１５（１９９７年）第１８１１頁か
ら第１８１７頁（K. Wilder et al.,J. Vac. Sci. Tech
nol. B15(1997), PP.1811-1817）に記載のような原子間
力顕微鏡用の微小カンチレバー付き探針を用い、照射線
量を定電流となるように電圧を変化させて制御する走査
プローブリソグラフィー技術は作製したパターンの線幅
が均一で制御性、再現性とも高く注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の走査プロ
ーブリソグラフィー技術では解像度は高いが探針の寿命
が短く、１つの探針で微細なパターンを大量に描画する
ことはできなかった。すなわち、従来の走査プローブリ
ソグラフィー用の探針はエー・マジュンダー等によるア
プライド・フィジックス・レター、６１（１９９２年）
第２２９３頁から第２２９５頁（A. Majumdar et al.,
Appl. Phys. Lett. 61(1992) PP.2293-2295）で示され
るような金またはチタンで被覆された原子間力顕微鏡用
の探針であった。そのため、描画の際、摩耗や障害物と
の衝突等により探針先端が変形したり探針先端の被覆さ
れていた金属が剥がれたりするため、大量にパターンを
描画することはできなかった。

【０００５】本発明の目的は微細なパターンを大量に描
画することのできる走査プローブリソグラフィー用探針
およびその製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、探針先端部の導電部の一部を絶縁部で
覆う構造として導電部の機械的強度を増加させるととも
に、導電部の走査方向に対しては描画する面に対し垂直
方向の導電部の大きさが微細で、かつ、ほぼ一定である
形状をもつことを特徴とする。これにより、導電部分先
端の形状が微細なため微細なパターンが描画でき、ま
た、微細な導電部分は絶縁部分により囲まれているた
め、導電部分が折れにくい。さらに、レジスト膜との摩
耗により探針先端が摩耗しても、レジスト表面と接触す
る探針の導電部分の形状が変化しないため、パターン幅
はほぼ一定に維持される。これらにより、探針の寿命は
従来の探針と比べはるかに長くなり、１つの探針で大量
のパターンを描画することができるようになる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の描画用探針を図１を用い
て説明する。

【０００８】図１（ａ）は本発明の実施例の描画用探針
を用いた走査プローブリソグラフィーによる描画状態の
概要を説明する断面図を示す。本発明の描画用探針１を
用い、石橋等によるジャパン・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス、３７（１９９８年）第１５６５
頁から第１５６９頁（M.Ishibashi et al., 37(1998)、P
P1565-1569）等に記載された走査プローブリソグラフィ
ー描画装置で、基板６上に塗布されたレジスト膜７にパ
ターンを描画する。描画用探針１は探針先端部２とばね
部３からなる。探針先端部２は導電部４（黒の塗りつぶ
しで示す）と絶縁部５からなり、導電部４の先端部分は
細い棒状であり、レジスト膜７に対し水平方向の断面形
状が一定であり、周りを絶縁部５により覆われている。
すなわち、本実施例では、導電部４は鉛筆の芯のように
長さ方向には同じ太さを保ち、周辺部が軸木により強度
を与えるものとなっている。導電部４の先端の棒状部分
が細いため微細なパターンを描画でき、導電部４は絶縁
部５により覆われているため走査しても折れることなく
描画できる。さらに、パターンを大量に描画して図１
（ｂ）に示すように先端部２が摩耗しても、導電部４の
先端の棒状部分の水平方向の断面形状は摩耗する前と変
わらないため、微細なパターンを描画し続けることがで
きる。

【０００９】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳
細に説明する。

【００１０】実施例１本実施例で説明する描画用探針は通常の原子間力顕微鏡
用探針と同様にばね部と探針先端部からなる構造を持
ち、ばね部にはカンチレバーを使用する。描画用探針を
このような構造にする理由は前記ケー・ワイルダー等に
よるジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テク
ノロジー、ビー１５（１９９７年）第１８１１頁から第
１８１７頁（K. Wilder et al., J.Vac.Sci.Technol. B
15 (1997),PP1811-1817）や石橋等によるジャパン・ジ
ャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、３７（１
９９８年）第１５６５頁から第１５６９頁（M. Ishibas
hi et al., 37(1998), PP.1565-1569）あるいは特開平
１１−７３９０６号公報に記載されている走査プローブ
リソグラフィー用描画装置で使用可能とするためであ
る。

【００１１】微小カンチレバーに探針先端部が付いた構
造の原子間力顕微鏡顕微鏡用探針の作成方法はティー・
アール・アルブレクト等によるジャーナル・オブ・バキ
ューム・サイエンス・テクノロジー、エー８（１９９０
年）第３３８６頁から第３３９６頁（T. R. Albrecht e
t al., J.Vac.Sci.Technol.A8(1990), PP.3386-3396）
等に記載されるマイクロキャスティング法、等方性反応
性イオンエッチングを用いる方法、リフトオフと蒸着を
組み合わせた方法等が知られている。本実施例ではマイ
クロキャスティング法を基盤として描画用探針を作成す
る。マイクロキャスティング法とはシリコン基板に探針
先端部用の鋳型を作製し、その上に膜を積層して最後に
鋳型として使用したシリコン基板を溶かして探針を作成
する方法である。

【００１２】図２（ａ）−（ｈ）は本実施例の描画用探
針の作成方法の要点を示した工程図である。図の左側は
各工程で得られる構造の断面図を示し、右側に（ａ）−
（ｇ）は平面図を、（ｈ）は底面図を示す。

【００１３】結晶面方位が（１００）である厚さ０．４
ｍｍのシリコン基板２１上に厚さ１００ｎｍの酸化シリ
コンであるハードマスク層２２を積層し、光リソグラフ
ィーと反応性イオンエッチングで４０００ｎｍ四方の穴
パターンをハードマスク層２２に作製する（図２
（ａ））。

【００１４】パターニングされたハードマスク層２２を
マスクとして、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エ
ッチングで、シリコン基板２１に先端が平面の逆四角錘
型の穴を作製し、ハードマスク層２２を弗化水素酸によ
り取り除く（図２（ｂ））。水酸化カリウム水溶液を用
いたシリコンのエッチングでは、エッチング速度が結晶
面方位により異なる。結晶面方位が（１００）のシリコ
ン基板を使用すると（１１１）面のエッチング速度が遅
いため、エッチングによる穴の形状が図２（ｂ）に示す
ような逆四角錘型となる。本実施例では底面に５０ｎｍ
四方の平面の領域が残るようにエッチング時間を調節す
る。その結果、底面に５０ｎｍ四方の平面をもつ高さ２
７５０ｎｍの逆四角錘型の溝ができる。この部分が描画
用探針先端部の鋳型となる。

【００１５】ハードマスク層２２を除去後、シリコン基
板２１上に絶縁層２３となる窒化シリコンを２００ｎｍ
積層した後、逆四角錘型くぼみの中央部分に電子線リソ
グラフィーと反応性イオンエッチングで直径５０ｎｍの
円形の溝を開ける（図２（ｃ））。本実施例では絶縁層
２３に窒化シリコンを使用したが、酸化シリコン、ダイ
ヤモンドなど他の硬質な絶縁体を使用してもよい。

【００１６】逆四角錘型くぼみの中央部分に直径５０ｎ
ｍの円形の溝を開けた後、絶縁層２３上全体に導電層と
なるチタンを２５０ｎｍ蒸着することにより、全体に導
電層２４を形成するとともに、直径５０ｎｍの円形の溝
に導電層２４を埋め込む（図２（ｄ））。本実施例では
導電層２４をチタンとしたが、その他にタングステン、
モリブデン、クロム、炭化チタン、炭化タングステン、
炭化モリブデン、窒化チタン、窒化タングステン、窒化
モリブデン、導電性ダイヤモンド等を使用してもよい。
また、本実施例では探針先端の円形の溝に導電層２４を
埋め込む場合に蒸着でおこなったが、メッキで行っても
よい。しかし、メッキで行う場合は絶縁層２３の下に電
極として金や銅等の金属薄膜が必要である。

【００１７】導電層２４を積層した後、導電層２４上に
反り補正層２５となる窒化シリコンを２００ｎｍ積層す
る（図２（ｅ））。これは最後の工程で基板２１を溶か
して除去したとき、絶縁層２３と導電層２４間に生じる
応力によりばね部が反らないようにするための層であ
る。絶縁層２３と導電層２４の材料の選択により、ばね
部の反りが小さい場合には反り補正層２５を省略しても
よい。

【００１８】反り補正層２５を積層した後、光リソグラ
フィーと反応性イオンエッチングを使用してシリコン基
板２１上に絶縁層２３、導電層２４、反り補正層２５に
よるばね部と保持部接合部の形状を調製する（図２
（ｆ））。図２では、ばね部の形状を単純な板ばね状と
してして説明してきた。この場合、例えば、幅０．０１
ｍｍ、長さ０．１ｍｍの微細な長方形のカンチレバーが
形成できる。

【００１９】絶縁層２３、導電層２４、反り補正層２５
をカンチレバーの形状に整えた後、カンチレバーの基部
に保持部２６を形成する（図２（ｇ））。保持部２６と
しては、たとえば、厚さ０．３ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ４
ｍｍの硝子を接着する。本実施例ではばね部と保持部２
６との接着に陽極接合を使用したが、光硬化性、あるい
はエポキシ系の接着剤で接着してもよい。

【００２０】ばね部と保持部２６を接着した後、最後に
水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板２１を溶か
すことにより本発明の描画用探針は完成する（図２
（ｈ））。

【００２１】図２（ｈ）右側に完成した描画用探針を底
面図（描画面側から見た図）を示す。探針先端部に絶縁
層２３による四角錘が形成され、その中心部に導電層２
４による鉛筆の芯のような探針が形成されている。

【００２２】図３（ａ）、（ｂ）にカンチレバーの形状
の例を描画面側から見た図で示す。（ａ）は単純な板ば
ね状のものである。先端に探針が形成されている。
（ｂ）は三角板の板ばねの基部の部分を台形状に切り欠
いてばね定数を向上させた構造である。やはり先端に探
針が形成されている。

【００２３】実施例２図２の実施例では描画用探針先端部の形状を先端に平面
を持つ四角錘としたが、半球状でもよい。図４に探針先
端部の形状が直径４０００ｎｍの半球状の描画用探針の
ばね部および探針先端部を示す。図４（ａ）は描画面側
から見た図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ位置で矢
印方向に見た断面図である。図４に示す形状の描画用探
針を作製する場合には、シリコン基板２１に探針先端作
製用の溝を作製する際に、水酸化カリウム溶液を用いた
異方性エッチングによる四角錘の溝ではなく、弗化水素
酸、硝酸、酢酸混合溶液による等方性エッチングにより
半球状の溝を作製する。他の製作過程は図２で説明した
のと同様である。

【００２４】実施例３本実施例では実施例１の描画用探針とは探針先端の導電
部が異なった形状をもつ描画用探針について図５を参照
して説明する。本実施例でも、全体的には導電部、絶縁
部および反り防止部の３層構造から成ることは実施例１
の描画用探針と同様である。また、保持部、ばね部の構
造は実施例１の描画用探針と変わるところはない。

【００２５】図５（ａ）は描画面側から見た描画用探針
の先端部の概略図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ位
置で矢印方向に見た断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の
Ｂ−Ｂ位置で矢印方向に見た断面図である。

【００２６】本実施例の描画用探針は被描画部と図５
（ａ）のＡ−Ａで示す線の方向に相対的に移動するもの
とされる。本実施例では、全体的には、導電部６１、絶
縁部６２、反り補正部６３からなる。描画点となる四角
錘の先端部では、図２で説明したと同様に、導電部６１
が絶縁部６２により囲われている（図５（c））が、描
画点となる四角錘の先端部の移動方向（Ａ−Ａで示す線
の方向）には導電部６１の帯が露出するものとされる。
したがって、本実施例では、導電部先端の形状が先端部
の移動方向についてみると、等価的に長方形となること
になる。たとえば、本実施例では５０ｎｍ×４０００ｎ
ｍの長方形とした。導電部先端の形状が移動方向に長方
形であれば、第１の実施例より長時間の描画に耐えるの
みでなく、描画用探針が被描画面の凹凸により、四角錘
の先端部で描画面に垂直に接触しない場合でも、長方形
の導電部６１のどこかが被描画面と接触するから、描画
をより確実に行うことができる。

【００２７】図６はこのことを説明する図であり、描画
面７３表面の凹凸などにより描画用探針７１が大きく傾
いても導電部７２の先端が常に描画面７３と接触するこ
とができることを示している。ただし、本実施例の描画
用探針を用いて微細なパターンを描画する場合、描画用
探針に対する走査方向が導電部先端の形状である長方形
の短い辺に対し垂直方向（図５（ａ）のＡ−Ａの方向）
に限られることは当然である。。

【００２８】本実施例では描画用探針先端部を四角錘と
したが、図４のような半球状とする場合でも同様に実施
できる。

【００２９】本実施例の描画用探針は、実施例１の描画
用探針と同様、図２で説明したと同様の作製工程で作製
できる。実施例１との違いは実施例１では図２（ｃ）の
工程で逆四角錘型くぼみの中央部分に開けた溝の形状が
直径５０ｎｍの円形であったが、本実施例では、ばね部
の長さ方向に５０ｎｍ×４０００ｎｍの長方形の溝を掘
ることのみである。

【００３０】実施例４本実施例では探針先端に導電部が複数ある構造の描画用
探針について説明する。

【００３１】保持部、ばね部の構造は実施例３の描画用
探針と同様である。図７は本実施例の描画用探針先端部
とばね部の構造を示す概略図である。図７（ａ）は描画
面側から見た概略図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ
位置で矢印方向に見た断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）
のＢ−Ｂ位置で矢印方向に見た断面図である。描画用探
針先端部は第１導電部８１、第２導電部８２および第３
導電部８３と独立した三つの導電部とされており、これ
に対応して、ばね部の電極も、第１導電部電極８４、第
２導電部電極８５および第３導電部電極８６の独立した
三つの電極とされる。これらの導電部、電極が絶縁部８
７および反り補正部８８に挟まれた形となる。

【００３２】本実施例の描画用探針の実施例３のそれと
の違いは、実施例３の描画用探針では探針先端の導電部
が１個であったのに対し、本実施例の描画用探針では探
針先端の導電部が複数個あることである。本実施例の第
１導電部８１、第２導電部８２、第３導電部８３の描画
面に水平な方向の導電部先端の形状はすべて５０ｎｍ×
４０００ｎｍの長方形で、各導電部の間隔は２０ｎｍで
ある。もちろん、探針先端の導電部が複数個あることに
対応して、各導電部のばね部の電極も複数個ある。

【００３３】本実施例の描画用探針の製作過程は、基本
的には、図２で説明したのと同じであるが、各導電部お
よびばね部の電極が複数個あるから、図２（d）で説明
した導電部の蒸着の際これに対応したマスクを準備して
それぞれが独立して絶縁されたものにすることが必要に
なる。

【００３４】本実施例の探針を用いて描画すると１本の
描画用探針で線幅の異なったパターンを描画することが
できる。すなわち、細い線幅のパターンが必要な場合は
第１−第３導電部８１−８３の一つの導電部だけを用い
て描画を行い、太い線幅のパターンが必要な場合は第１
−第３導電部８１−８３のすべてを用いて描画をおこな
う。中間の太さなら、第１−第２または第２−第３導電
部の二つを使用して描画をする。ただし、実施例３同様
に本実施例の描画用探針を用いた描画では描画用探針に
対する走査方向が導電部先端の形状である長方形の短い
辺に対し垂直方向に限られるのは当然である。

【００３５】実施例５図８に、図２で説明した描画用探針の製作方法とは異な
る実施例を説明する。図２（ａ）、（ｂ）と同様に、結
晶面方位が（１００）である厚さ０．４ｍｍのシリコン
基板９１上に底面に５０ｎｍ四方の平面をもつ高さ２７
５０ｎｍの逆四角錘型の溝を作製する（図８（ａ））。

【００３６】溝を作製したシリコン基板９１上にケミカ
ル・ヴェーパー・デポジションにより導電率１０ｏｈｍ
・ｃｍ、膜厚３００ｎｍの水素化炭素膜９２を形成する
（図８（ｂ））。

【００３７】その上にハードマスク層としてタングステ
ン膜を５００ｎｍ積層する。この積層されたハードマス
ク層を、電子線リソグラフィーと反応性イオンエッチン
グで処理して、逆四角錘型くぼみの中央部分に直径５０
ｎｍの円柱状のハードマスク９３のみを残す（図８
（ｃ））。

【００３８】逆四角錘型くぼみの中央部分に直径５０ｎ
ｍの円柱状のハードマスク９３を作製した後、上方から
高エネルギーのＸ線を照射し、真空中で６００度で３０
分間加熱する。本実施例ではＸ線エネルギーを４ｋｅ
Ｖ、Ｘ線照射密度を１×１０²¹ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ²
ｓ、照射時間を１時間とする。導電性の水素化炭素膜９
２は高エネルギーのＸ線を照射される結果、ハードマス
ク９３直下の部分が導電性の水素化炭素膜として残り導
電部９４となるのみで、他の部分は全て絶縁性のダイヤ
モンドとなり絶縁部９５となる。（図８（ｄ））。

【００３９】導電部９４と絶縁部９５を作製した後、ハ
ードマスク９３を除去し、電極層９６としてチタンを２
０ｎｍ積層する。（図８（ｅ））。

【００４０】電極層９６を蒸着した後、光リソグラフィ
ーと反応性イオンエッチングを使用してシリコン基板９
１上に絶縁部９５、導電部９４、電極層９６によるカン
チレバーの形状を作製する（図８（ｆ））。ｘｙ方向の
カンチレバーの形状は実施例１と同様である。

【００４１】シリコン基板９１上に絶縁部９５、導電部
９４、電極層９６をカンチレバーの形状に整えた後、保
持部９７として硝子を接着剤で接着する（図８
（ｇ））。

【００４２】ばね部と保持部９７を接着した後、最後に
水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板９１を溶か
すことにより本発明の描画用探針は完成する（図８
（ｈ））。

【００４３】本実施例では、電極層９６をチタンの２０
ｎｍの薄い層としたので、先の実施例で必要であった反
り補正部は省略することができる。

【００４４】実施例６本実施例では上記描画用探針とは異なった形状をもつ描
画用探針について説明する。上記実施例での描画用探針
では、ばね部としてカンチレバー（片持ち梁）を使用し
たが、本実施例では両端固定梁を使用する。図９は本実
施例の描画用探針を示す概略図である。図９（ａ）は描
画面側から見た概略図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−
Ａ位置で矢印方向に見た断面図、図９（ｃ）は図９
（ｂ）における探針先端部の拡大図である。本実施例の
描画用探針ばね部１０１、探針先端部１０２からなる。
両端固定梁となるばね部１０１は薄板１０６から切り欠
き部１０７および１０８を切り取った結果、薄板１０６
の中央部に形成される。探針先端部は上記実施例で説明
したばね部がカンチレバーの描画用探針と同様に導電部
１０３と絶縁部１０４、絶縁部１０５からなる。図９で
は、両端固定梁は一つとしたが、これを平行して複数個
配列することができるのは当然である。

【００４５】一般に、両端固定梁のばね定数は同じ寸法
のカンチレバーと比べ６４倍大きくなる。両端固定梁、
カンチレバーのばね定数は梁の長さの３乗に反比例する
ため、梁の長さを４倍にすれば他は同じ寸法のカンチレ
バーと同様のばね定数を持った両端固定梁を得ることが
できる。本実施例では梁の幅０．０１ｍｍ、長さ０．４
ｍｍとする。

【００４６】本実施例の描画用探針を用いて特願平１１
−７３９０６号公報に記載の描画装置を用いて描画すれ
ば、図１０に示すように描画面１１３表面の凹凸などに
より描画用探針１１１が大きく変位しても導電部１１２
の先端が常に描画面１１３と接触することができる。

【００４７】実施例７本実施例では導電層にカーボンナノチューブを用いた描
画用探針について図１１を用いて説明する。

【００４８】カーボンナノチューブとは飯島等によるネ
イチャー、３１８（１９９１年）第５６頁(S. Iijima,
Nature 318 (1991) PP56)に記載されるような管状の巨
大炭素分子である。カーボンナノチューブは導電性を持
ち、かつ、直径数十ナノメートル以下で長さ数マイクロ
メートルにわたり均一な直径のものを容易に作製するこ
とができる。このカーボンナノチューブを利用し、エイ
チ、ダイ等によるネイチャー、３８４（１９９６年）第
１４７頁から第１５０頁(H. Dai et al., Nature 384
(1996) PP147-150)に記載されるような探針の先端にカ
ーボンナノチューブをつけた構造の原子間力顕微鏡用の
探針が考案され、アスペクト比の高い構造物の表面構造
の観察に威力を発揮している。現在ではこの構造の原子
間力顕微鏡用の探針はピエゾマックス社より販売されて
いる。

【００４９】図１１は、このカーボンナノチューブを利
用した本実施例の描画用探針の断面の概略図である。本
実施例の描画用探針１２１も導電部１２２、絶縁部１２
３、および反り防止部１２４の３層構造から成ることは
実施例１の描画用探針と同様である。本実施例の描画用
探針の特徴は探針先端の導電部で試料と直接接触する部
分にカーボンナノチューブ１２５を使用することにあ
る。このことにより通常の微細加工では困難な直径数十
ナノメートル以下で長さ数マイクロメートルの均一直径
の導電部が得られ、微細かつ大量の描画を行うことがで
きる。

【００５０】図１２（ａ）―（ｃ）は本実施例の描画用
探針の作成方法の要点を示した工程図である。

【００５１】図１２（ａ）は、カーボンナノチューブを
利用した市販されている探針１３１の断面の概略図であ
る。探針１３１は保持部１３２、ばね部１３３、探針部
１３４、それと探針部１３４の先端に接合されたカーボ
ンナノチューブ１３５からなる。この探針１３１の探針
面に絶縁層１３６として窒化シリコンを、探針面の裏の
面に反り防止層１３７として窒化シリコンをそれぞれ積
層する（図１２（ｂ））。その後、この探針を用いダイ
ヤモンド薄膜上を負荷をかけて走査することにより探針
先端の窒化シリコンを研磨して、カーボンナノチューブ
１３５を探針表面に露出させ、周辺を絶縁物で保護され
た直径数十ナノメートル以下の均一径の導電部をもつ描
画用探針を完成する（図１２（ｃ））。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走査プローブリソグラフィーで１つの探針を用いて大量
のパターンを描画することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の描画用探針の実施例
の効果を示す概念図。

【図２】（ａ）−（ｈ）は本発明の描画用探針の作製手
順の例を示す概略図。

【図３】（ａ）、（ｂ）は図２の描画用探針のばね部の
二つの例を描画面から見た平面図。

【図４】（ａ）は本発明の探針先端部の形状が半球状で
ある描画用探針の実施例のばね部および探針先端部を描
画面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面
図。

【図５】（ａ）は本発明の他の構造の導電部をもつ描画
用探針の実施例の描画用探針先端部を描画面側から見た
平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図。

【図６】図５の構造の描画用探針の実施例の効果を表す
概念図。

【図７】（ａ）は本発明の他の構造の探針先端部をもつ
描画用探針の実施例の描画用探針先端部を描画面側から
見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図。

【図８】（ａ）−（ｈ）は本発明の描画用探針の他の作
製手順の例を示す概略図。

【図９】（ａ）は本発明の他の構造のばね部をもつ描画
用探針の実施例のばね部および描画用探針先端部を描画
面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、
（ｃ）は（ｂ）描画用探針先端部の拡大図。

【図１０】図９の構造の描画用探針の効果を表す概念
図。

【図１１】導電層にカーボンナノチューブを用いた本発
明の描画用探針の断面の概略図。

【図１２】（ａ）−（ｃ）は図１１の構造の描画用探針
の作成手順の例を示す概略図。

【符号の説明】

１…描画用探針、２…探針先端部、３…ばね部、４…導
電部、５…絶縁部、６…基板、７…レジスト膜、２１…
基板、２２…ハードマスク層、２３…絶縁層、２４…導
電層、２５…反り補正層、２６…保持部、６１…導電
部、６２…絶縁部、６３…反り補正部、７１…描画用探
針、７２…導電部、７３…描画面、８１…右導電部、８
２…中央導電部、８３…左導電部、８４…右導電部電
極、８５…中央導電部電極、８６…左導電部電極、８７
…絶縁部、８８…反り補正部、９１…基板、９２…導電
層、９３…ハードマスク層、９４…導電部、９５…絶縁
部、９６…電極層、９７…保持部、１０１…ばね部、１
０２…探針先端部、１０３…導電部、１０４…絶縁部、
１０５…絶縁層、１０６…薄板、１０７…切り欠き部、
１０８…切り欠き部、１１１…描画用探針、１１２…導
電部、１１３…描画面、１２１…描画用探針、１２２…
導電部、１２３…絶縁部、１２４…反り防止部、１２５
…カーボンナノチューブ、１３１…ナノチューブチッ
プ、１３２…保持部、１３３…ばね部、１３４…探針
部、１３５…カーボンナノチューブ、１３６…絶縁層、
１３７…反り防止層。

フロントページの続き (72)発明者梶山博司埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内Ｆターム(参考） 5F046 AA28 5F056 AA40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】探針先端部とばね部からなる描画用探針で
あって、探針先端部は導電部の一部が絶縁部に覆われる
とともに、導電部は導電部の走査方向については描画さ
れる面に対し垂直方向の大きさが一定である形状である
ことを特徴とする走査プローブリソグラフィー描画用探
針。
【請求項２】前記探針の導電部および絶縁部からなる先
端部の形状が先端に平面部がある四角錘であるととも
に、導電部の面が露出している請求項１記載の描画用探
針。
【請求項３】前記探針の導電部および絶縁部からなる先
端部の形状が半球であるとともに、導電部の面が前記半
球の突端部分で露出している請求項１記載の描画用探
針。
【請求項４】前記探針の導電部および絶縁部からなる先
端部の前記導電部の形状が前記探針先端部の中央部を通
る円柱であるとともに周辺全体が絶縁部で蔽われている
請求項１ないし３のいずれかに記載の描画用探針。
【請求項５】前記導電部の形状が直方体である請求項１
ないし４のいずれかに記載の描画用探針。
【請求項６】前記導電部の材質がチタン、タングステ
ン、モリブデン、炭化チタン、炭化タングステン、炭化
モリブデン、グラファイト、導電性ダイアモンド、窒化
チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン、カーボン
ナノチューブ等の硬質な導電体である請求項１ないし５
のいずれかに記載の描画用探針。
【請求項７】前記絶縁部の材質が酸化珪素、窒化珪素、
ダイヤモンド等の硬質な絶縁体である請求項１ないし６
のいずれかに記載の描画用探針。
【請求項８】前記探針先端部に複数の相互に絶縁された
導電部が備えられるとともに、これらの導電部の一つま
たは複数が同時に描画のための電位を与えられて使用さ
れるものである請求項１ないし７のいずれかに記載の描
画用探針。
【請求項９】前記ばね部の形状が片持ち梁または両端固
定梁のいずれかである請求項１ないし８のいずれかに記
載の描画用探針。
【請求項１０】所定の結晶面方位を持つシリコン基板を
準備して、その一面に所定の形状の穴を作製する過程、前記基板上に窒化シリコン層を所定の厚さで積層する過
程、前記窒化シリコン層の穴の中央部分に所定の形状の前記
シリコン基板に達するまでの開口部を形成する過程、前記窒化シリコン層上に導電層を所定の厚さに形成する
過程、前記導電層上に反り補正層を所定の厚さに形成する過
程、前記反り補正層を積層した後、シリコン基板、絶縁層、
導電層および反り補正層によるばね部と保持部接合部の
形状を調製する過程、前記ばね部の形状を所定のカンチレバーに形成する過
程、前記カンチレバーの基部に保持部を形成する過程、およ
び前記シリコン基板を除去する過程とよりなることを特
徴とする描画用探針の製作方法。