JP2001246600A - 微細加工方法 - Google Patents
微細加工方法Info
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- JP2001246600A JP2001246600A JP2000055186A JP2000055186A JP2001246600A JP 2001246600 A JP2001246600 A JP 2001246600A JP 2000055186 A JP2000055186 A JP 2000055186A JP 2000055186 A JP2000055186 A JP 2000055186A JP 2001246600 A JP2001246600 A JP 2001246600A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ナノメートルオーダで電気的特性の制御を行な
うことができ、微細な導電性部分を形成することが可能
な微細加工方法を提供すること。 【解決手段】走査型プローブを用い、表面が酸化物であ
る加工媒体を微細加工する微細加工方法であって、前記
加工媒体を還元雰囲気中に配置し、前記加工媒体表面に
対向して配置した前記走査型プローブの探針を介して電
圧を印加し、前記加工媒体表面の酸化物の前記探針直下
の部分を還元して加工媒体を微細加工する。
うことができ、微細な導電性部分を形成することが可能
な微細加工方法を提供すること。 【解決手段】走査型プローブを用い、表面が酸化物であ
る加工媒体を微細加工する微細加工方法であって、前記
加工媒体を還元雰囲気中に配置し、前記加工媒体表面に
対向して配置した前記走査型プローブの探針を介して電
圧を印加し、前記加工媒体表面の酸化物の前記探針直下
の部分を還元して加工媒体を微細加工する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は走査型顕微鏡を応用
し、ナノメートルスケールで加工する微細加工方法に関
する。
し、ナノメートルスケールで加工する微細加工方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】物質の表面を原子オーダーの分解能で観
察できる走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭという）
［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ第４９巻５７頁（１９
８２）］は、原子、分子レベルの実空間観察を可能にす
る顕微鏡として様々な分野で利用されている。走査型ト
ンネル顕微鏡は、トンネル電流を一定に保つように探針
電極と加工媒体の距離を制御しながら走査し、その時の
制御信号から加工媒体表面の電子雲の情報、加工媒体の
形状をサブナノメートルのオーダーで観測することがで
きる。また、物質の表面をやはり高分解能で観察できる
手段として原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭという）が開発
されている。
察できる走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭという）
［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ第４９巻５７頁（１９
８２）］は、原子、分子レベルの実空間観察を可能にす
る顕微鏡として様々な分野で利用されている。走査型ト
ンネル顕微鏡は、トンネル電流を一定に保つように探針
電極と加工媒体の距離を制御しながら走査し、その時の
制御信号から加工媒体表面の電子雲の情報、加工媒体の
形状をサブナノメートルのオーダーで観測することがで
きる。また、物質の表面をやはり高分解能で観察できる
手段として原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭという）が開発
されている。
【０００３】このようなＳＴＭあるいはＡＦＭ等、加工
媒体表面を探針（ティップ）を有するプローブを用いて
２次元走査を行い、そのプローブと加工媒体表面の相互
作用から加工媒体表面の物理情報を観測する手段は一般
に走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）といわれ、高分解能
（原子レベルあるいはナノメートルスケール）の表面観
察手段として注目されている。またＳＰＭの原理を応用
すれば、十分に原子オーダー、あるいはナノメートルス
ケールで物質表面ヘアクセスすることがでる。例えば、
原子レベル、ナノメートルスケールで表面を改質するこ
とにより原子レベルの大きさの加工を行うことができ
る。このような加工により、量子効果デバイス等従来に
ないデバイスを実現することが可能である。例えば、特
開平０７−２６３７２０号公報には加工媒体表面をＳＴ
Ｍを用いて酸化する方法が開示されている。
媒体表面を探針（ティップ）を有するプローブを用いて
２次元走査を行い、そのプローブと加工媒体表面の相互
作用から加工媒体表面の物理情報を観測する手段は一般
に走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）といわれ、高分解能
（原子レベルあるいはナノメートルスケール）の表面観
察手段として注目されている。またＳＰＭの原理を応用
すれば、十分に原子オーダー、あるいはナノメートルス
ケールで物質表面ヘアクセスすることがでる。例えば、
原子レベル、ナノメートルスケールで表面を改質するこ
とにより原子レベルの大きさの加工を行うことができ
る。このような加工により、量子効果デバイス等従来に
ないデバイスを実現することが可能である。例えば、特
開平０７−２６３７２０号公報には加工媒体表面をＳＴ
Ｍを用いて酸化する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
ＳＰＭの技術を応用して微細な加工を行った場合におい
ても、加工を行なった場所のみの導電性を上げるような
電気的特性の制御をすることが困難であるという問題が
あった。
ＳＰＭの技術を応用して微細な加工を行った場合におい
ても、加工を行なった場所のみの導電性を上げるような
電気的特性の制御をすることが困難であるという問題が
あった。
【０００５】そこで、本発明は上記課題を解決し、ナノ
メートルオーダで電気的特性の制御を行なうことがで
き、微細な導電性部分を形成することが可能な微細加工
方法を提供することを目的とするものである。
メートルオーダで電気的特性の制御を行なうことがで
き、微細な導電性部分を形成することが可能な微細加工
方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、つぎの（１）〜（６）のように構成した
微細加工方法を提供するものである。 （１）走査型プローブを用い、表面が酸化物である加工
媒体を微細加工する微細加工方法であって、前記加工媒
体を還元雰囲気中に配置し、前記加工媒体表面に対向し
て配置した前記走査型プローブの探針を介して電圧を印
加し、前記加工媒体表面の酸化物の前記探針直下の部分
を還元する微細加工方法。 （２）前記加工媒体表面の酸化物を絶縁物で形成し、該
絶縁物で形成された加工媒体表面に接して導電性部分を
設けることを特徴とする上記（１）に記載の微細加工方
法。 （３）前記酸化物が前記探針からの電圧印加により絶縁
性が劣化しない絶縁物上に形成された薄膜であり、かつ
前記酸化物の薄膜の膜厚が前記探針からの電圧印加によ
り還元される深さよりも薄いことを特徴とする上記
（１）または上記（２）に記載の微細加工方法。 （４）前記酸化物が、酸化銅であることを特徴とする上
記（１）〜（３）のいずれかに記載の微細加工方法。 （５）前記微細加工方法に用いられる走査型プローブ
が、該プローブの探針と前記加工媒体とを近接させた際
にこれらの間に流れるトンネル電流を検出する走査型プ
ローブであることを特徴とする上記（１）〜（４）のい
ずれかに記載の微細加工方法。 （６）前記微細加工方法に用いられる走査型プローブ
が、該プローブの探針と前記加工媒体とを近接させた際
にこれらの間に働く原子間力を検出する走査型プローブ
であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか
に記載の微細加工方法。
決するために、つぎの（１）〜（６）のように構成した
微細加工方法を提供するものである。 （１）走査型プローブを用い、表面が酸化物である加工
媒体を微細加工する微細加工方法であって、前記加工媒
体を還元雰囲気中に配置し、前記加工媒体表面に対向し
て配置した前記走査型プローブの探針を介して電圧を印
加し、前記加工媒体表面の酸化物の前記探針直下の部分
を還元する微細加工方法。 （２）前記加工媒体表面の酸化物を絶縁物で形成し、該
絶縁物で形成された加工媒体表面に接して導電性部分を
設けることを特徴とする上記（１）に記載の微細加工方
法。 （３）前記酸化物が前記探針からの電圧印加により絶縁
性が劣化しない絶縁物上に形成された薄膜であり、かつ
前記酸化物の薄膜の膜厚が前記探針からの電圧印加によ
り還元される深さよりも薄いことを特徴とする上記
（１）または上記（２）に記載の微細加工方法。 （４）前記酸化物が、酸化銅であることを特徴とする上
記（１）〜（３）のいずれかに記載の微細加工方法。 （５）前記微細加工方法に用いられる走査型プローブ
が、該プローブの探針と前記加工媒体とを近接させた際
にこれらの間に流れるトンネル電流を検出する走査型プ
ローブであることを特徴とする上記（１）〜（４）のい
ずれかに記載の微細加工方法。 （６）前記微細加工方法に用いられる走査型プローブ
が、該プローブの探針と前記加工媒体とを近接させた際
にこれらの間に働く原子間力を検出する走査型プローブ
であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか
に記載の微細加工方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態につ
いて説明する。上記構成において、加工媒体の表面は酸
化物となっている。この酸化物は表面が探針からの電圧
印加により還元されるものである。酸化物は還元により
電荷輸送特性が大きく変化する。一般的には酸化物が還
元により絶縁体から半導体あるいは金属になったり、半
導体から金属になる。例えば酸化物としてＣｕ2Ｏを用
いる場合は、還元前は絶縁物であるが、還元後は銅とな
り金属となる。酸化物として酸化シリコンを用いると還
元前は酸化シリコンで絶縁物であるが、還元後はシリコ
ンとなり半導体となる。酸化物としてパラジウムを用い
ると還元前は酸化パラジウムで半導体であるが、還元後
はパラジウムとなり金属となる。
いて説明する。上記構成において、加工媒体の表面は酸
化物となっている。この酸化物は表面が探針からの電圧
印加により還元されるものである。酸化物は還元により
電荷輸送特性が大きく変化する。一般的には酸化物が還
元により絶縁体から半導体あるいは金属になったり、半
導体から金属になる。例えば酸化物としてＣｕ2Ｏを用
いる場合は、還元前は絶縁物であるが、還元後は銅とな
り金属となる。酸化物として酸化シリコンを用いると還
元前は酸化シリコンで絶縁物であるが、還元後はシリコ
ンとなり半導体となる。酸化物としてパラジウムを用い
ると還元前は酸化パラジウムで半導体であるが、還元後
はパラジウムとなり金属となる。
【０００８】これらの材料では探針からの電圧印加によ
り部分的に還元されると、還元された部分が酸化物に囲
まれる構造となり、還元後は自由電子あるいは正孔とい
う電荷輸送担体が還元された物質の中に閉じ込められる
構造となる。探針は媒体に対して電圧を印加するもので
あり、ＳＴＭやＡＦＭで用いられるものと同様であり、
先端の曲率半径が小さいほど小さな加工を行なうことが
可能である。
り部分的に還元されると、還元された部分が酸化物に囲
まれる構造となり、還元後は自由電子あるいは正孔とい
う電荷輸送担体が還元された物質の中に閉じ込められる
構造となる。探針は媒体に対して電圧を印加するもので
あり、ＳＴＭやＡＦＭで用いられるものと同様であり、
先端の曲率半径が小さいほど小さな加工を行なうことが
可能である。
【０００９】上記構成では、加工媒体表面と探針先端を
還元性の雰囲気にしてある。探針と加工媒体との間に電
圧を印加することによりこの還元性ガスと加工媒体表面
とが反応し、加工媒体表面が還元される。還元性のガス
としては水素が一般的である。上記構成を用い、探針に
より電圧を印加することにより、電位差の効果、電流の
効果、あるいは発生する熱の効果により加工媒体を原子
レベルあるいはナノメートルレベルで還元し、加工を行
うことが可能となり、このようにして還元された場所
に、電荷輸送担体が閉じ込められる構造をナノメートル
レベルで作製することができる。
還元性の雰囲気にしてある。探針と加工媒体との間に電
圧を印加することによりこの還元性ガスと加工媒体表面
とが反応し、加工媒体表面が還元される。還元性のガス
としては水素が一般的である。上記構成を用い、探針に
より電圧を印加することにより、電位差の効果、電流の
効果、あるいは発生する熱の効果により加工媒体を原子
レベルあるいはナノメートルレベルで還元し、加工を行
うことが可能となり、このようにして還元された場所
に、電荷輸送担体が閉じ込められる構造をナノメートル
レベルで作製することができる。
【００１０】また、前記加工媒体を加工する場合に、前
記加工媒体表面に導電性部分を設け、かつ前記導電性部
分が前記絶縁体部分に接するようにすることにより、酸
化物が絶縁物でも加工を行なうようにすることが可能と
なる。具体的には、酸化物が絶縁物の場合は加工を開始
するときに、この導電性部分を加工媒体側の片側の電極
として用いる。加工を開始するときはまず、探針をこの
導電性部分に位置させ、電圧を印加しながら探針をこの
導電性部分からずらすように酸化物部分へ移動させる。
これにより導電性部分から還元が進んでゆき、探針直下
まで還元された部分が伸びてくる。探針直下では探針と
この還元された部分との間に電圧が印加されることにな
る。
記加工媒体表面に導電性部分を設け、かつ前記導電性部
分が前記絶縁体部分に接するようにすることにより、酸
化物が絶縁物でも加工を行なうようにすることが可能と
なる。具体的には、酸化物が絶縁物の場合は加工を開始
するときに、この導電性部分を加工媒体側の片側の電極
として用いる。加工を開始するときはまず、探針をこの
導電性部分に位置させ、電圧を印加しながら探針をこの
導電性部分からずらすように酸化物部分へ移動させる。
これにより導電性部分から還元が進んでゆき、探針直下
まで還元された部分が伸びてくる。探針直下では探針と
この還元された部分との間に電圧が印加されることにな
る。
【００１１】また、前記酸化物が前記探針からの電圧印
加により絶縁性が劣化しない絶縁物上に形成された薄膜
とし、かつ前記酸化物の薄膜の膜厚が前記探針からの電
圧印加により還元される深さより薄いという特徴をもた
せることにより、還元により作製された導電性部分の膜
厚をより薄くすることができ、かつ膜厚の均一性を挙げ
るようにすることができる。
加により絶縁性が劣化しない絶縁物上に形成された薄膜
とし、かつ前記酸化物の薄膜の膜厚が前記探針からの電
圧印加により還元される深さより薄いという特徴をもた
せることにより、還元により作製された導電性部分の膜
厚をより薄くすることができ、かつ膜厚の均一性を挙げ
るようにすることができる。
【００１２】ここで、絶縁物は還元雰囲気の元で前記探
針からの電圧印加により絶縁性を失うものでなければよ
い。酸化物はこの絶縁物の上に薄膜として形成されてお
り、探針からの電圧印加により膜厚方向では全ての酸化
物が還元される。従って、還元されて導電性を有するよ
うになる部分の膜厚は還元前の膜厚で決定されるため、
より薄くかつより均一な導電性部を作製することが可能
である。このように還元を利用する場合、一般の材料で
は還元が難しい場合があるが、酸化銅は還元されやす
く、上記還元を利用した加工が容易に実現できる。
針からの電圧印加により絶縁性を失うものでなければよ
い。酸化物はこの絶縁物の上に薄膜として形成されてお
り、探針からの電圧印加により膜厚方向では全ての酸化
物が還元される。従って、還元されて導電性を有するよ
うになる部分の膜厚は還元前の膜厚で決定されるため、
より薄くかつより均一な導電性部を作製することが可能
である。このように還元を利用する場合、一般の材料で
は還元が難しい場合があるが、酸化銅は還元されやす
く、上記還元を利用した加工が容易に実現できる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］本発明の実施例１として、ＳＴＭを改良し
た表面加工装置を用いた微細加工方法を、図１を用いて
説明する。本実施例で示した微細加工装置は、 １０１ 加工媒体 １０２ 探針 １０３ 電源 １０４ 電流検出回路 １０５ Ｚ方向位置制御回路 １０６ 加工媒体ステージ １０７ 加工媒体ステージ駆動機構 １０８ ＸＹ方向位置制御回路 １０９ マイクロコンピュータ １１０ チャンバ から構成されている。
た表面加工装置を用いた微細加工方法を、図１を用いて
説明する。本実施例で示した微細加工装置は、 １０１ 加工媒体 １０２ 探針 １０３ 電源 １０４ 電流検出回路 １０５ Ｚ方向位置制御回路 １０６ 加工媒体ステージ １０７ 加工媒体ステージ駆動機構 １０８ ＸＹ方向位置制御回路 １０９ マイクロコンピュータ １１０ チャンバ から構成されている。
【００１４】加工媒体１０１を図２に示す。（ａ）は断
面図、（ｂ）は上面図である。加工媒体１０１は、 ２０１ Ｓｉ基板 ２０２ ＳｉＯ2薄膜 ２０３ Ｃｕ2Ｏ薄膜 ２０４ Ｃｕ電極 から構成されている。
面図、（ｂ）は上面図である。加工媒体１０１は、 ２０１ Ｓｉ基板 ２０２ ＳｉＯ2薄膜 ２０３ Ｃｕ2Ｏ薄膜 ２０４ Ｃｕ電極 から構成されている。
【００１５】ＳｉＯ2薄膜２０２は、Ｓｉ基板２０１表
面を熱酸化により形成したものである。Ｃｕ2Ｏ薄膜２
０３はスパッタ法により形成した。Ｃｕ2Ｏ薄膜２０３
の膜厚は約５ｎｍであり、表面の凹凸は１ｎｍ以下であ
った。Ｃｕ電極２０４はあらかじめＣｕ2Ｏ薄膜の面状
の一部を還元しＣｕとした部分である。本実施例で用い
た加工媒体１０１の表面はＣｕ2Ｏ層であり、還元雰囲
気のもとでは容易に還元されＣｕとなる。本実施例では
装置探針１０２と加工媒体１０１を含む装置全体がチャ
ンバ１１０内に設置されている。チャンバ１１０内はＡ
ｒ＋Ｈ2の混合ガスとなっており探針１０２先端と加工
媒体１０１表面付近を還元雰囲気としている。本実施例
ではこれに探針１０２を用いて電圧を印加し局所的に電
流を流し基板表面のＣｕ2Ｏを還元させＣｕを形成させ
る。
面を熱酸化により形成したものである。Ｃｕ2Ｏ薄膜２
０３はスパッタ法により形成した。Ｃｕ2Ｏ薄膜２０３
の膜厚は約５ｎｍであり、表面の凹凸は１ｎｍ以下であ
った。Ｃｕ電極２０４はあらかじめＣｕ2Ｏ薄膜の面状
の一部を還元しＣｕとした部分である。本実施例で用い
た加工媒体１０１の表面はＣｕ2Ｏ層であり、還元雰囲
気のもとでは容易に還元されＣｕとなる。本実施例では
装置探針１０２と加工媒体１０１を含む装置全体がチャ
ンバ１１０内に設置されている。チャンバ１１０内はＡ
ｒ＋Ｈ2の混合ガスとなっており探針１０２先端と加工
媒体１０１表面付近を還元雰囲気としている。本実施例
ではこれに探針１０２を用いて電圧を印加し局所的に電
流を流し基板表面のＣｕ2Ｏを還元させＣｕを形成させ
る。
【００１６】探針１０２はＰｔ−Ｉｒのワイヤーを電界
研磨したものであり、従来のＳＴＭで使用される探針と
同様なものである。電源１０３は探針１０２と加工媒体
１０１の間に電圧を印加する。電流検出回路１０４は探
針１０２に流れる電流を検出する。Ｚ方向位置制御回路
１０５はマイクロコンピュータ１０９からの制御信号と
電流検出回路１０４の信号に基づき加工媒体ステージ駆
動機構１０７の図示Ｚ方向の位置を制御する。加工媒体
ステージ１０６は加工媒体１０１を保持固定するもので
加工媒体ステージ駆動機構１０７により図示ＸＹＺ方向
に移動する。本実施例ではこの駆動機構の粗動機構にス
テッピングモータをまた微動機構にピエゾ素子を用いて
いる。ＸＹ方向位置制御回路１０８はマイクロコンピュ
ータ１０９からの信号に基づき加工媒体ステージ駆動機
構１０７の図示ＸＹ方向の位置を制御する。マイクロコ
ンピュータ１０９は本実施例で示した加工装置全般の動
きをつかさどる。
研磨したものであり、従来のＳＴＭで使用される探針と
同様なものである。電源１０３は探針１０２と加工媒体
１０１の間に電圧を印加する。電流検出回路１０４は探
針１０２に流れる電流を検出する。Ｚ方向位置制御回路
１０５はマイクロコンピュータ１０９からの制御信号と
電流検出回路１０４の信号に基づき加工媒体ステージ駆
動機構１０７の図示Ｚ方向の位置を制御する。加工媒体
ステージ１０６は加工媒体１０１を保持固定するもので
加工媒体ステージ駆動機構１０７により図示ＸＹＺ方向
に移動する。本実施例ではこの駆動機構の粗動機構にス
テッピングモータをまた微動機構にピエゾ素子を用いて
いる。ＸＹ方向位置制御回路１０８はマイクロコンピュ
ータ１０９からの信号に基づき加工媒体ステージ駆動機
構１０７の図示ＸＹ方向の位置を制御する。マイクロコ
ンピュータ１０９は本実施例で示した加工装置全般の動
きをつかさどる。
【００１７】本実施例での動作は以下の通りである。ま
ず、マイクロコンピュータ１０９がＸＹ方向位置制御回
路１０８に制御信号を送り、探針１０２のＸＹ方向をＣ
ｕ部分２０４上の図２（ｂ）中にＡで示した部分まで移
動させる。次に、マイクロコンピュータ１０９が電源１
０３に指令し、加工媒体１０１と探針１０２の間に数ｍ
Ｖ〜数十ｍＶの電圧を印加する。さらに、Ｚ方向位置制
御回路１０５に指示して探針１０２を加工媒体１０１に
接近させる。このときマイクロコンピュータ１０９はＺ
方向の位置として、加工媒体１０１と探針１０２に流れ
る電流値として規定する。この電流値は数ｐＡから数１
０ｎＡ程度である。この状態では探針はＣｕ部分２０４
に近接して位置することになる。次に、このＺ方向の位
置制御を保ったまま探針１０２を図示Ｙ方向に移動し、
図示Ｂの位置まで移動した。この動作は従来のＳＴＭに
おいてＺ方向の制御を保ったままＸＹ方向の位置を移動
させるのと同じである。点ＢはＣｕ2Ｏ２０３とそれが
還元されたＣｕ電極２０４との境界の位置である。この
位置の検出は、Ｃｕが金属、Ｃｕ2Ｏが絶縁体のため、
探針先端がＣｕ電極２０４からＣｕ2Ｏ２０３に移ると
きＺ方向の制御により探針１０２が急激に加工媒体１０
１に接近することから検出される。
ず、マイクロコンピュータ１０９がＸＹ方向位置制御回
路１０８に制御信号を送り、探針１０２のＸＹ方向をＣ
ｕ部分２０４上の図２（ｂ）中にＡで示した部分まで移
動させる。次に、マイクロコンピュータ１０９が電源１
０３に指令し、加工媒体１０１と探針１０２の間に数ｍ
Ｖ〜数十ｍＶの電圧を印加する。さらに、Ｚ方向位置制
御回路１０５に指示して探針１０２を加工媒体１０１に
接近させる。このときマイクロコンピュータ１０９はＺ
方向の位置として、加工媒体１０１と探針１０２に流れ
る電流値として規定する。この電流値は数ｐＡから数１
０ｎＡ程度である。この状態では探針はＣｕ部分２０４
に近接して位置することになる。次に、このＺ方向の位
置制御を保ったまま探針１０２を図示Ｙ方向に移動し、
図示Ｂの位置まで移動した。この動作は従来のＳＴＭに
おいてＺ方向の制御を保ったままＸＹ方向の位置を移動
させるのと同じである。点ＢはＣｕ2Ｏ２０３とそれが
還元されたＣｕ電極２０４との境界の位置である。この
位置の検出は、Ｃｕが金属、Ｃｕ2Ｏが絶縁体のため、
探針先端がＣｕ電極２０４からＣｕ2Ｏ２０３に移ると
きＺ方向の制御により探針１０２が急激に加工媒体１０
１に接近することから検出される。
【００１８】次に、この状態でＺ方向の制御を停止し、
探針１０２のＺ方向の移動を停止する。次に、電源１０
３によって、探針側が加工媒体に対して正となるような
方向の電圧を数Ｖ程度以上印加し、加工媒体１０１表面
のＣｕ2Ｏ薄膜２０３を還元させる。探針１０２直下の
Ｃｕ2Ｏは還元されＣｕとなる。この状態で探針１０２
を加工を行ないたい方向に移動させてゆく。本実施例の
場合、酸化銅薄膜２０４は膜厚方向であるＺ方向には全
て還元された。この還元動作を図示ＸＹ方向面内におい
て線状に行なえば酸化銅中に銅の部分を線状に形成する
ことが可能である。図３はこの様子を示しており、３０
１で示された部分が還元された部分を示している。
探針１０２のＺ方向の移動を停止する。次に、電源１０
３によって、探針側が加工媒体に対して正となるような
方向の電圧を数Ｖ程度以上印加し、加工媒体１０１表面
のＣｕ2Ｏ薄膜２０３を還元させる。探針１０２直下の
Ｃｕ2Ｏは還元されＣｕとなる。この状態で探針１０２
を加工を行ないたい方向に移動させてゆく。本実施例の
場合、酸化銅薄膜２０４は膜厚方向であるＺ方向には全
て還元された。この還元動作を図示ＸＹ方向面内におい
て線状に行なえば酸化銅中に銅の部分を線状に形成する
ことが可能である。図３はこの様子を示しており、３０
１で示された部分が還元された部分を示している。
【００１９】［実施例２］次に、本発明の実施例２とし
て、ＡＦＭを改良した表面加工装置を用いた微細加工方
法の実施例を、図４を用いて説明する。本実施例で示し
た微細加工装置は、 ４０１ 探針 ４０２ カンチレバー ４０３ レーザ ４０４ ２分割センサ ４０５ たわみ量検出装置 ４０６ Ｚ方向位置制御回路 ４０７ 加工媒体ステージ ４０８ 加工媒体ステージ駆動機構 ４０９ ＸＹ方向位置制御回路 ４１０ マイクロコンピュータ ４１１ 電源 ４１２ チャンバー から構成されている。
て、ＡＦＭを改良した表面加工装置を用いた微細加工方
法の実施例を、図４を用いて説明する。本実施例で示し
た微細加工装置は、 ４０１ 探針 ４０２ カンチレバー ４０３ レーザ ４０４ ２分割センサ ４０５ たわみ量検出装置 ４０６ Ｚ方向位置制御回路 ４０７ 加工媒体ステージ ４０８ 加工媒体ステージ駆動機構 ４０９ ＸＹ方向位置制御回路 ４１０ マイクロコンピュータ ４１１ 電源 ４１２ チャンバー から構成されている。
【００２０】本実施例で用いた加工媒体１０１’は実施
例１で使用した加工媒体１０１と同様のものである。探
針４０１は四角すいの形状をした窒化シリコン、またこ
れを支持するカンチレバー４０２も窒化シリコン製でこ
の探針４０１及びカンチレバー４０２は通常のＡＦＭで
用いられるものと同じである。カンチレバー４０２の加
工媒体１０１’と反対側の面はＡｕでコートして光の反
射率を高めてある。本実施例で用いたカンチレバーのバ
ネ定数は０．０５Ｎ／ｍであった。レーザ４０３は半導
体レーザで波長は６７０ｎｍのものを使用した。
例１で使用した加工媒体１０１と同様のものである。探
針４０１は四角すいの形状をした窒化シリコン、またこ
れを支持するカンチレバー４０２も窒化シリコン製でこ
の探針４０１及びカンチレバー４０２は通常のＡＦＭで
用いられるものと同じである。カンチレバー４０２の加
工媒体１０１’と反対側の面はＡｕでコートして光の反
射率を高めてある。本実施例で用いたカンチレバーのバ
ネ定数は０．０５Ｎ／ｍであった。レーザ４０３は半導
体レーザで波長は６７０ｎｍのものを使用した。
【００２１】また、探針４０１はスパッタ法によりＰｔ
がコートしてあり、探針４０１先端の導電性を確保して
ある。２分割センサ４０４はフォトダイオードを２つ組
み込み照射されたレーザの位置を決めるものである。た
わみ量検出装置４０５は２分割センサ４０４からの信号
に基づきカンチレバー４０２のたわみ量を検出する。Ｚ
方向の位置検出はレーザ４０３がカンチレバー４０２の
加工媒体１０１’と反対側を照射し、ここで反射された
レーザ光が２分割センサ４０４に導入される。２分割セ
ンサ４０４は２つのダイオードに入射される光の強度差
からレーザ光の光路を検出するが、これはカンチレバー
４０２のたわみ量に依存しており、この２分割センサ４
０４の出力からたわみ量検出装置４０５がカンチレバー
４０２のたわみ量を検出する。この方式は一般に光てこ
方式と呼ばれているものである。
がコートしてあり、探針４０１先端の導電性を確保して
ある。２分割センサ４０４はフォトダイオードを２つ組
み込み照射されたレーザの位置を決めるものである。た
わみ量検出装置４０５は２分割センサ４０４からの信号
に基づきカンチレバー４０２のたわみ量を検出する。Ｚ
方向の位置検出はレーザ４０３がカンチレバー４０２の
加工媒体１０１’と反対側を照射し、ここで反射された
レーザ光が２分割センサ４０４に導入される。２分割セ
ンサ４０４は２つのダイオードに入射される光の強度差
からレーザ光の光路を検出するが、これはカンチレバー
４０２のたわみ量に依存しており、この２分割センサ４
０４の出力からたわみ量検出装置４０５がカンチレバー
４０２のたわみ量を検出する。この方式は一般に光てこ
方式と呼ばれているものである。
【００２２】Ｚ方向位置制御回路４０６はたわみ量検出
装置４０５の信号がマイクロコンピュータ４１０からの
制御信号と同じとなるように加工媒体ステージ駆動機構
４０８の図示Ｚ方向の位置を制御する。加工媒体ステー
ジ４０７は加工媒体１０１’を保持固定するもので加工
媒体ステージ駆動機構４０８により図示ＸＹＺ方向に移
動する。本実施例ではこの駆動機構の粗動機構にステッ
ピングモータをまた微動機構にピエゾ素子を用いてい
る。ＸＹ方向位置制御回路４０９はマイクロコンピュー
タ４１０からの信号に基づき加工媒体ステージ駆動機構
４０８の図示ＸＹ方向の位置を制御する。マイクロコン
ピュータ４１０は本実施例のＡＦＭの全般の動きをつか
さどる。
装置４０５の信号がマイクロコンピュータ４１０からの
制御信号と同じとなるように加工媒体ステージ駆動機構
４０８の図示Ｚ方向の位置を制御する。加工媒体ステー
ジ４０７は加工媒体１０１’を保持固定するもので加工
媒体ステージ駆動機構４０８により図示ＸＹＺ方向に移
動する。本実施例ではこの駆動機構の粗動機構にステッ
ピングモータをまた微動機構にピエゾ素子を用いてい
る。ＸＹ方向位置制御回路４０９はマイクロコンピュー
タ４１０からの信号に基づき加工媒体ステージ駆動機構
４０８の図示ＸＹ方向の位置を制御する。マイクロコン
ピュータ４１０は本実施例のＡＦＭの全般の動きをつか
さどる。
【００２３】電源４１１は、探針４０１をコートしてい
るＰｔと電気的に接続されており、マイクロコンピュー
タ４１０からの指令により探針４０１先端を通じて加工
媒体１０１’に電圧を印加する。この電圧印加により加
工媒体１０１’表面が局所的に還元される。さらに本装
置ではチャンバー４１２が図示の部分を密閉しており、
この中にはＡｒとＨ2の混合ガスが導入されている。
るＰｔと電気的に接続されており、マイクロコンピュー
タ４１０からの指令により探針４０１先端を通じて加工
媒体１０１’に電圧を印加する。この電圧印加により加
工媒体１０１’表面が局所的に還元される。さらに本装
置ではチャンバー４１２が図示の部分を密閉しており、
この中にはＡｒとＨ2の混合ガスが導入されている。
【００２４】本実施例での動作は以下の通りである。ま
ず、マイクロコンピュータ４１０がＸＹ方向位置制御回
路４０９に制御信号を送り、探針４０１のＸＹ方向の位
置を加工を始めたい位置すなわち図３中において図２に
示されるＢに相当する位置まで移動する。次に、マイク
ロコンピュータ４１０がＺ方向位置制御回路４０６に指
示して探針４０１を加工媒体１０１’に接触させる。次
に、マイクロコンピュータ４１０がＺ方向位置制御回路
４０６に指示し、たわみ量検出装置４０５からの信号が
一定になるようにＺ方向のフィードバックをかけ、この
状態でマイクロコンピュータ４１０がＸＹ方向位置制御
回路４０９に指令して探針４０１が加工媒体１０１’表
面のＣｕ2Ｏ２０３上を移動させる。すなわち、カンチ
レバー４０２のたわみ量が一定になるような状態、つま
り探針４０１先端と加工媒体１０１’の間に働く力が一
定になる状態で、探針４０１が加工媒体１０１’表面上
をあらかじめ用意されたパターン情報に基づき、移動さ
せる。このとき電源４１１は探針４０１先端に正となる
電圧を数Ｖ以上印加する。この電圧印加の効果により、
Ｃｕ2Ｏ薄膜２０３はナノメートルオーダで還元され
る。このような還元を線状に行なうことにより、ナノメ
ートルオーダの線幅のＣｕに閉じ込める構造を作製する
ことができる。
ず、マイクロコンピュータ４１０がＸＹ方向位置制御回
路４０９に制御信号を送り、探針４０１のＸＹ方向の位
置を加工を始めたい位置すなわち図３中において図２に
示されるＢに相当する位置まで移動する。次に、マイク
ロコンピュータ４１０がＺ方向位置制御回路４０６に指
示して探針４０１を加工媒体１０１’に接触させる。次
に、マイクロコンピュータ４１０がＺ方向位置制御回路
４０６に指示し、たわみ量検出装置４０５からの信号が
一定になるようにＺ方向のフィードバックをかけ、この
状態でマイクロコンピュータ４１０がＸＹ方向位置制御
回路４０９に指令して探針４０１が加工媒体１０１’表
面のＣｕ2Ｏ２０３上を移動させる。すなわち、カンチ
レバー４０２のたわみ量が一定になるような状態、つま
り探針４０１先端と加工媒体１０１’の間に働く力が一
定になる状態で、探針４０１が加工媒体１０１’表面上
をあらかじめ用意されたパターン情報に基づき、移動さ
せる。このとき電源４１１は探針４０１先端に正となる
電圧を数Ｖ以上印加する。この電圧印加の効果により、
Ｃｕ2Ｏ薄膜２０３はナノメートルオーダで還元され
る。このような還元を線状に行なうことにより、ナノメ
ートルオーダの線幅のＣｕに閉じ込める構造を作製する
ことができる。
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ナノメートルオーダーで酸化物を還元することによ
り、還元された場所に電荷輸送担体が閉じ込められた構
造を、ナノメートルオーダで作製することができ、した
がって、これによりナノメートルオーダの微細な導電性
部分の形成を可能とする微細加工方法を実現することが
できる。
ば、ナノメートルオーダーで酸化物を還元することによ
り、還元された場所に電荷輸送担体が閉じ込められた構
造を、ナノメートルオーダで作製することができ、した
がって、これによりナノメートルオーダの微細な導電性
部分の形成を可能とする微細加工方法を実現することが
できる。
【図１】実施例１で用いた加工装置を示す図。
【図２】実施例１で用いた加工媒体を示す図。
【図３】実施例１において加工媒体を微細加工する様子
を示す図。
を示す図。
【図４】実施例２で用いた加工装置を示す図。
１０１、１０１’：加工媒体 １０２：探針 １０３：電源 １０４：電流検出回路 １０５：方向位置制御回路 １０６：加工媒体ステージ １０７：加工媒体ステージ駆動機構 １０８：ＸＹ方向位置制御回路 １０９：マイクロコンピュータ １１０：チャンバ ２０１：Ｓｉ基板 ２０２：ＳｉＯ2薄膜 ２０３：Ｃｕ2Ｏ薄膜 ２０４：Ｃｕ電極 ４０１：探針 ４０２：カンチレバー ４０３：レーザ ４０４：２分割センサ ４０５：たわみ量検出装置 ４０６：Ｚ方向位置制御回路 ４０７：加工媒体ステージ ４０８：加工媒体ステージ駆動機構 ４０９：ＸＹ方向位置制御回路 ４１０：マイクロコンピュータ ４１１：電源 ４１２：チャンバー
Claims (6)
- 【請求項１】走査型プローブを用い、表面が酸化物であ
る加工媒体を微細加工する微細加工方法であって、 前記加工媒体を還元雰囲気中に配置し、前記加工媒体表
面に対向して配置した前記走査型プローブの探針を介し
て電圧を印加し、前記加工媒体表面の酸化物の前記探針
直下の部分を還元する微細加工方法。 - 【請求項２】前記加工媒体表面の酸化物を絶縁物で形成
し、該絶縁物で形成された加工媒体表面に接して導電性
部分を設けることを特徴とする請求項１に記載の微細加
工方法。 - 【請求項３】前記酸化物が前記探針からの電圧印加によ
り絶縁性が劣化しない絶縁物上に形成された薄膜であ
り、かつ前記酸化物の薄膜の膜厚が前記探針からの電圧
印加により還元される深さよりも薄いことを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の微細加工方法。 - 【請求項４】前記酸化物が、酸化銅であることを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細加工方
法。 - 【請求項５】前記微細加工方法に用いられる走査型プロ
ーブが、該プローブの探針と前記加工媒体とを近接させ
た際にこれらの間に流れるトンネル電流を検出する走査
型プローブであることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載の微細加工方法。 - 【請求項６】前記微細加工方法に用いられる走査型プロ
ーブが、該プローブの探針と前記加工媒体とを近接させ
た際にこれらの間に働く原子間力を検出する走査型プロ
ーブであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項に記載の微細加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000055186A JP2001246600A (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | 微細加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000055186A JP2001246600A (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | 微細加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001246600A true JP2001246600A (ja) | 2001-09-11 |
Family
ID=18576348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000055186A Pending JP2001246600A (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | 微細加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001246600A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005297185A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Fei Co | 微小構造を修正するためのスタイラス・システム |
| JP2006313142A (ja) * | 2005-04-07 | 2006-11-16 | Olympus Corp | 走査型プローブ顕微鏡 |
| CN1314954C (zh) * | 2003-12-23 | 2007-05-09 | 华中师范大学 | 多功能纳米研究开发平台 |
| CN101920338A (zh) * | 2010-06-24 | 2010-12-22 | 西安交通大学 | 一种原位还原金属纳米结构的直写方法 |
| CN106971762A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-07-21 | 哈尔滨理工大学 | 多定位平台的微纳操作系统方案设计 |
-
2000
- 2000-03-01 JP JP2000055186A patent/JP2001246600A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1314954C (zh) * | 2003-12-23 | 2007-05-09 | 华中师范大学 | 多功能纳米研究开发平台 |
| JP2005297185A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Fei Co | 微小構造を修正するためのスタイラス・システム |
| JP2006313142A (ja) * | 2005-04-07 | 2006-11-16 | Olympus Corp | 走査型プローブ顕微鏡 |
| CN101920338A (zh) * | 2010-06-24 | 2010-12-22 | 西安交通大学 | 一种原位还原金属纳米结构的直写方法 |
| CN106971762A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-07-21 | 哈尔滨理工大学 | 多定位平台的微纳操作系统方案设计 |
| CN106971762B (zh) * | 2017-04-07 | 2019-04-23 | 哈尔滨理工大学 | 多定位平台的微纳操作系统方案设计 |
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