JP2002154100A - 微細加工装置及び微細加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料表面の探針走査による探針劣化、異物の付
着などによって、微細加工における加工精度の低下を引
き起こすことを回避することができ、より高精度で安定
な微細加工が可能な微細加工装置及び微細加工方法を提
供する。 【解決手段】探針を該被加工物表面と平行な方向に該被
加工物表面に対して相対的に移動させ、該被加工物表面
上の加工開始点に該探針を接触させ、該探針先端の導電
性部分と該被加工物の間に電圧を印加して、前記被加工
物に微細加工を施す微細加工装置または方法であって、
前記探針を前記加工開始点に移動させるまでの間、前記
被加工物表面と前記探針との間の距離を所定距離に制御
するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細加工装置及び
微細加工方法に関し、特に走査型プローブ顕微鏡を利用
した、ナノメートル、原子オーダーのサイズの構造また
は構造を有する素子などの作製のための微細加工装置及
び微細加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日において、情報の大容量化、伝送、
処理の高速化などに伴い、電子機器における電気回路、
素子などのより一層の高集積技術や高密度記録技術が必
要となってきており、それらを実現するために光リソグ
ラフィー、電子線リソグラフィーなどを用いた微細加
工、カーボンナノチューブのような自己組織的微細構造
の構築など、様々な微細加工技術の研究が行われてい
る。そのような情勢の中で、ナノメートルオーダーから
原子分解能を有する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型
トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）といった走査型プローブ顕微
鏡（ＳＰＭ）を応用した微細加工の研究が最近顕著に行
われている。

【０００３】例えば、特開平９−１７２２１３号公報で
は、走査型トンネル顕微鏡を用いて導電性の領域を局所
的に変成させることにより作製された微細構造を有する
電子デバイスが提案されている。また、特開平６−０９
６７１４号公報では、走査型プローブ顕微鏡のプローブ
表面を導電性とし、プローブ先端と試料表面の間に電圧
を印加することにより試料表面を加工する表面微細加工
装置が提案されている。また、特開平１０−３４０７０
０号公報では、弾性体に支持された探針を試料表面に接
触させた状態で探針と試料表面を相対的に移動させるこ
とにより試料表面に切削加工を施す切削加工方法が提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
走査型プローブ顕微鏡の操作には、プローブ先端の探針
と試料表面を接触させた状態で、試料表面をプローブ先
端の探針により走査させるという工程が含まれており、
この工程により探針先端の劣化、また探針先端への異物
の付着などが引き起こされ、ナノメートルオーダー、原
子レベルの加工精度を大きく低下させてしまうという問
題が存在する。

【０００５】例えば、探針と試料表面の間に電圧を印加
することにより加工を施す微細加工方法においては、加
工前、加工中に前述の問題である探針先端の形状の乱れ
や、探針先端への異物の付着などが起こってしまうた
め、加工中に探針と試料の間に流れる電流の値が大きく
乱れてしまうことなどにより、作製する構造の形状が乱
れたり、同じ構造を再現性よく作製することが困難であ
るなどの問題が存在する。

【０００６】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、試料表面の探針走査による探針劣化、
異物の付着などによって、微細加工における加工精度の
低下を引き起こすことを回避することができ、より高精
度で安定な微細加工が可能な微細加工装置及び微細加工
方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（２０）のように構成し
た微細加工装置及び微細加工方法を提供するものであ
る。 （１）弾性体に支持され、少なくとも先端に導電性部分
を有する探針を被加工物表面に対向するように配置し、
第一の制御装置によって該探針を該被加工物表面と平行
な方向に該被加工物表面に対して相対的に移動させ、接
触手段により該被加工物表面上の加工開始点に該探針を
接触させ、該探針先端の導電性部分と該被加工物の間に
電圧印加装置によって電圧を印加して、前記被加工物を
微細加工する微細加工装置であって、前記第一の制御装
置によって前記探針を前記加工開始点に移動させるまで
の間、前記被加工物表面と前記探針との間の距離を所定
距離に制御する第二の制御装置を有することを特徴とす
る微細加工装置。 （２）前記第一の制御装置によって前記探針を前記加工
開始点に移動させるに際して、前記被加工物表面と前記
探針との位置合わせのためのマーカーを検出するための
マーカー検出装置を有することを特徴とする上記（１）
に記載の微細加工装置。 （３）前記マーカーが、前記被加工物表面に設けられた
マーカーであることを特徴とする上記（２）に記載の微
細加工装置。 （４）前記第二の制御装置が、前記弾性体をピエゾ素子
によって支持し、該ピエゾ素子を制御する制御装置によ
って構成されてい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装置。 （５）前記接触手段が、前記ピエゾ素子を制御する制御
装置を用い、前記探針を前記被加工物表面に接触させる
ように構成されていることを特徴とする上記（３）に記
載の微細加工装置。 （６）前記接触手段が、前記探針または前記弾性体の一
部と前記被加工物の間に静電引力を発生させる手段を有
し、該静電引力を発生させる手段によって前記探針を前
記被加工物表面に接触させるように構成されていること
を特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の微
細加工装置。 （７）前記静電引力を発生させる手段が、前記被加工物
を微細加工する電圧印加装置によって兼ねるようにした
ことを特徴とする上記（６）に記載の微細加工装置。 （８）前記静電引力を発生させる手段が、前記弾性体に
支持される探針の近傍に配された導電性部品と、該導電
性部品に電圧印加するための電圧印加装置とによって構
成されていることを特徴とする上記（６）に記載の微細
加工装置。 （９）前記接触手段が、前記探針または前記弾性体の一
部と前記被加工物の間に磁気力を発生させ、前記探針を
前記被加工物表面に接触させるように構成されているこ
とを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の
微細加工装置。 （１０）前記接触手段が、マーカー検出装置によって前
記被加工物表面と前記探針との位置合わせのためのマー
カーを検出し、該検出されたマーカーに基づいて、前記
被加工物表面上の加工開始点に前記探針を接触させるよ
うに構成されていることを特徴とする上記（１）〜
（９）のいずれかに記載の微細加工装置。 （１１）弾性体に支持され、少なくとも先端に導電性部
分を有する探針を被加工物表面に対向させ、該探針を該
被加工物表面と平行な方向に該被加工物表面に対して相
対的に移動させ、該被加工物表面上の加工開始点に該探
針を接触させ、該探針先端の導電性部分と該被加工物の
間に電圧を印加して、前記被加工物に微細加工を施す微
細加工方法であって、前記探針を前記加工開始点に移動
させるまでの間、前記被加工物表面と前記探針との間の
距離を所定距離に制御することを特徴とする微細加工方
法。 （１２）前記探針を前記加工開始点に移動させるに際し
て、前記被加工物表面と前記探針との位置合わせのため
のマーカーを検出することを特徴とする上記（１１）に
記載の微細加工方法。 （１３）前記マーカーが、前記被加工物表面に設けられ
たマーカーであることを特徴とする上記（１２）に記載
の微細加工方法。 （１４）前記被加工物表面と前記探針との間の所定距離
の制御が、前記弾性体をピエゾ素子によって支持し、該
ピエゾ素子を制御することによって行われることを特徴
とする上記（１１）〜（１３）のいずれかに記載の微細
加工方法。 （１５）前記接触が、前記ピエゾ素子を制御して前記探
針を前記被加工物表面に接触させることによって行われ
ることを特徴とする上記（１３）に記載の微細加工方
法。 （１６）前記接触が、前記探針または前記弾性体の一部
と前記被加工物の間に静電引力を発生させ、前記探針を
前記被加工物表面に接触させることによって行われるこ
とを特徴とする上記（１１）〜（１３）のいずれかに記
載の微細加工方法。 （１７）前記静電引力の発生に、前記被加工物を微細加
工する電圧印加装置を兼用することを特徴とする上記
（１６）に記載の微細加工方法。 （１８）前記静電引力の発生に、前記弾性体に支持され
る探針の近傍に配された導電性部品と、該導電性部品に
電圧印加するための電圧印加装置とを用いることを特徴
とする上記（１６）に記載の微細加工方法。 （１９）前記接触が、前記探針または前記弾性体の一部
と前記被加工物の間に磁気力を発生させ、前記探針を前
記被加工物表面に接触させることによって行われること
を特徴とする上記（１１）〜（１３）のいずれかに記載
の微細加工方法。 （２０）前記接触に際して、マーカー検出装置によって
前記被加工物表面と前記探針との位置合わせのためのマ
ーカーを検出し、該検出されたマーカーに基づいて、前
記被加工物表面上の加工開始点に前記探針を接触させる
ことを特徴とする上記（１１）〜（１９）のいずれかに
記載の微細加工方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記した本発明の構成を適用することで、前述した試料
表面の探針走査による探針劣化、異物の付着などといっ
た問題を解決することができ、ナノメートルオーダー、
原子レベルなどの微細加工の精度の低下を引き起こすと
いう従来のものにおける問題点を回避することができ、
より高精度かつ安定な微細加工を行うことができる。

【０００９】具体的には、上記した本発明の構成を適用
して、被加工物表面に対向するように配置され、かつ弾
性体に支持され、かつ少なくとも先端が導電性の探針
と、前記探針を前記被加工物表面と平行な方向に前記被
加工物表面に対して相対的に移動させるための第一の制
御装置と、前記被加工物表面と前記探針との間の距離を
制御するための第二の制御装置と、前記被加工物表面に
設けられたマーカーを検出するマーカー検出装置と、検
出された前記マーカーに基づいて前記被加工物表面上の
第一の加工開始点に前記探針を接触させる接触手段と、
前記探針先端の導電性部分と前記被加工物の間に電圧を
印加するための電圧印加装置と、を具備した微細加工装
置を構成することができる。

【００１０】そして、前記被加工物は、探針先端から被
加工物に正または負の電圧を印加した場合に、少なくと
も電圧が印加されることやそのときに電流が流れること
により、形状、導電率、屈折率、電気分極率などの物性
や構造が変化するものである。被加工物としては例え
ば、電圧印加により探針と被加工物表面の間の吸着水を
介して陽極酸化反応を起こすことにより導電性から絶縁
性の酸化物に変化する被加工物としてＴｉ、Ａｌなどの
金属や、Ｓｉなどの半導体が挙げられる。また具備する
探針とは、弾性体に支持されており被加工物に電圧を印
加するため少なくともその先端が導電性を得ているもの
で、例としては原子間力顕微鏡のプローブ探針をＰｔな
どの金属でコートしたものが挙げられる。

【００１１】また、上記第一の制御装置は、探針を試料
表面に平行な方向に試料表面に対して相対的に任意の方
向に任意の距離移動させることが可能な機能を備えてお
り、例えばピエゾ素子及びこのピエゾ素子を制御するた
めの制御装置から構成されるものが挙げられる。また、
上記第二の制御装置は、例えばピエゾ素子及びこのピエ
ゾ素子を制御する制御装置から構成されるものが挙げら
れる。例えば、探針と被加工物表面間の距離がある大き
さのときに弾性体に支持された探針を弾性体の共振周波
数近傍の振動数で被加工物表面に対して垂直方向に振動
させておき、被加工物表面上の凹凸構造による、探針と
被加工物表面の距離のずれによる弾性体の共振周波数の
ずれの信号を第二の制御装置へフィードバックする。こ
のことにより、探針と被加工物表面間の距離を一定に保
つことができる。またこのずれの信号に基づき、探針と
被加工物が非接触な状態で、被加工物表面に垂直な方向
の被加工物表面形状の情報を得ることができる。

【００１２】また、上記微細加工装置は、物性や組成を
局所的に変化させた領域や凹凸構造などの、被加工物表
面に設けられたマーカーを検出するマーカー検出装置を
具備しており、マーカーを基に被加工物表面上の加工を
施すべき位置を決定することが可能である。ここでのマ
ーカー検出装置とは、例えば被加工物表面の一部にあら
かじめ設けられた凸構造をマーカーとして使用する場合
には、第一、第二の制御装置により得られる被加工物表
面の凹凸構造の情報に基づき、マーカーの凸構造を検知
しマーカーとして検出するものである。

【００１３】以上のように、上記微細加工装置により、
探針と被加工物表面が非接触な状態で被加工物表面上の
マーカーを検出し、マーカーを基に被加工物表面上の加
工を施すべき位置を決定する。さらにその位置で探針と
被加工物表面を接触させ、探針と被加工物の間に電圧を
印加するか、探針と被加工物を被加工物表面に平行な方
向に所定の速さで相対的に移動させながら探針と被加工
物の間に電圧を印加することにより、被加工物の所定の
領域を加工することができる。

【００１４】また、上記微細加工装置は、前記探針と前
記被加工物表面の接触が、前記被加工物表面と前記探針
との間の距離を制御するための第二の制御装置によって
行うように構成することができる。例えば、ピエゾ素子
及びこのピエゾ素子を制御する制御装置から構成された
第二の制御装置を用い、このピエゾ素子に支持された弾
性体に支持された探針と被加工物表面の距離を、第二の
制御装置により変化させて探針と被加工物表面を接触さ
せるように構成することができる。この接触手段を用い
ることにより、装置の構成を簡単にすることができる。

【００１５】また、上記微細加工装置は、前記探針また
は前記弾性体の一部と被加工物の間に静電引力を発生さ
せる静電引力発生手段を具備するように構成することが
できる。探針と被加工物を接触させるための静電引力を
発生させるために印加する電圧は、例えば本発明の微細
加工装置が具備する電圧印加装置により印加するものが
挙げられるが、前記電圧印加装置以外の電圧印加手段に
より印加されるものでもよい。例えば、被加工物とは異
なる導電性部品を探針または弾性体の一部に接近して配
置し、探針または弾性体の一部と導電性部品との間に電
圧を印加し静電引力を発生させ、探針と被加工物を接触
させる接触手段が考えられる。

【００１６】また、上記微細加工装置は、前記探針また
は前記弾性体の一部と前記被加工物の間に磁気力を発生
させる磁気力発生手段を具備するように構成することが
できる。前記探針と前記被加工物を接触させる手段とし
て磁気力を応用するものである。例えば、弾性体の一部
にＦｅやＮｉなどの磁性体を取り付け、この磁性体部分
に接近して電磁石を配置するものが考えられる。電磁石
に供給する電流を制御することにより、電磁石と磁性体
の間に磁気力を発生させることができ、前記探針と前記
被加工物を接触させることができる。

【００１７】また、本発明の実施の形態においては、上
記した本発明の構成を適用して、具体的には、弾性体に
支持された、少なくとも先端が導電性の探針により、被
加工物に微細加工を施す微細加工方法において、前記探
針と前記被加工物表面の間の距離を制御した状態で前記
探針を前記被加工物表面を走査することにより前記被加
工物表面に設けられたマーカーを検出する工程と、検出
された前記マーカーに基づいて前記被加工物表面上の第
一の加工開始点に前記探針を接触させる工程と、前記探
針と前記被加工物表面を接触させた状態で所定の時間電
圧を印加する工程を含む微細加工方法を構成することが
できる。

【００１８】そして、上記微細加工方法における探針と
は、探針と被加工物の間に電圧を印加するために表面を
金属コートするなどにより導電性を得たものであり、弾
性体に支持されたものである。例としては、原子間力顕
微鏡のプローブをＰｔでコートした探針が挙げられる。
被加工物表面上を、探針と被加工物表面との距離を例え
ば一定に制御しながら走査させることにより、被加工物
表面上に設けられたマーカーを検出する。

【００１９】マーカーとは、例えば被加工物表面上にあ
らかじめ設けられた凹凸構造や局所的に電気的特性など
の異なる微細領域などであり、加工に際しての探針と被
加工物表面の相対的な位置合わせのためのものである。
マーカー検出工程により検出したマーカーに基づき探針
を被加工物表面上の所定の第一の加工開始点上に接触さ
せるか、探針を被加工物表面上の第一の加工開始点上ま
で移動した後探針を第一の加工開始点に接触させてか
ら、探針と被加工物の間に所定の時間電圧を印加し、被
加工物の所定の加工領域を加工する。

【００２０】被加工物とは、被加工物に対して探針先端
に正または負の電圧を印加した場合に、少なくとも電圧
が印加されることやそのことにより電流が流れることに
より、形状、導電率、屈折率、電気分極率などの物性
や、構造が変化するものである。例えば、電圧印加によ
り探針と被加工物表面の間の吸着水を介して陽極酸化反
応を起こすことにより導電性から絶縁性の酸化物に変化
する被加工物としてＴｉ、Ａｌなどの金属や、Ｓｉなど
の半導体が挙げられる。

【００２１】また、上記微細加工方法は、前記探針と前
記被加工物の間に電圧を印加する工程において、所定の
時間電圧を印加して前記探針と前記被加工物表面を離
し、前記探針を前記被加工物表面の第二の加工開始点に
接触させる工程を含むように構成することができる。探
針と被加工物表面を接触させた状態で電圧を印加して加
工を行った後に、探針と被加工物の間に電圧を印加した
まま探針と被加工物表面を離して被加工物表面に対して
探針を第二の加工開始点に移動させるか、探針と被加工
物の間の電圧印加を止めてから探針と被加工物表面を離
して被加工物表面に対して探針を第二の加工開始点に移
動させることにより、被加工物の次の加工領域を加工す
るための準備を行うことができる。また、被加工物表面
上の第一の加工開始点を始点に加工を行った後、探針と
被加工物を非接触な状態で、被加工物表面上の第二の加
工開始点まで探針を移動させることにより、探針と被加
工物を接触した状態で探針を被加工物表面上を移動させ
る場合の磨耗による探針先端の劣化などを回避すること
ができる。

【００２２】また、上記微細加工方法は、前記探針と前
記被加工物の間に電圧を印加する工程において、前記探
針と前記被加工物表面を接触させた状態で前記探針と前
記被加工物の間に電圧を印加しながら、探針を前記被加
工物表面に平行かつ加工のための所定の方向に所定の距
離走査する工程を含むように構成することができる。上
記の所定の方向とは、被加工物表面の面方向の任意の方
向である。探針と被加工物の間に電圧を印加しながら、
被加工物に対して所定の方向に探針を移動させることに
より、被加工物の探針が描いた軌跡の領域の形状や物性
を変化させることができる。所定の距離とは、加工を施
すためにあらかじめ決められている距離、領域のことで
ある。

【００２３】また、上記微細加工方法は、前記探針と前
記被加工物表面の接触手段が、前記探針または前記弾性
体の一部と前記被加工物の間に印加される電圧による静
電引力を用いるものであることを特徴とする、微細加工
方法である。探針と被加工物表面を接触させるための静
電引力を引き起こすための電圧印加手段は、被加工物に
加工を施すために探針と被加工物の間に印加するための
電圧印加手段でもよく、これとは別に設けられた電圧印
加手段でもよい。

【００２４】また、静電引力を引き起こす領域は、探針
とそれを支持する弾性体を含む部分のうち任意の領域が
可能である。特に加工を施すために用いる電圧印加手段
と探針と被加工物表面を接触させるための静電引力を引
き起こすための電圧印加手段が同一であれば、被加工物
の加工開始点への探針の接触工程の手段と、加工を行う
ために電圧を印加する電圧印加工程の手段が同一のもの
となり、加工時間の短縮をすることができる。

【００２５】

【実施例】以下に、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の微細加工装置は、試料
表面を微小探針で走査することにより、試料表面の微細
形状を観測する原子間力顕微鏡を応用したもので、以下
のような構成及び機能を有する。

【００２６】本実施例の微細加工装置の構成を図１に示
す。図１において、１０２が試料を乗せる試料台であ
り、その下にｘｙ駆動装置１０３が配置され、試料を試
料の表面に平行な方向に移動させることができる。ま
た、ｘｙ駆動装置の下にｚ駆動装置１０４が配置され試
料を試料表面に垂直な方向に移動させることができる。
ｘｙ駆動装置１０３、及びｚ駆動装置１０４にはピエゾ
素子が内蔵されており、ｘｙ駆動制御装置１０６により
ｘｙ駆動装置１０３を制御し、ｚ駆動制御装置１０７に
よりｚ駆動装置１０４を制御することにより、試料１０
１の位置をｘｙｚの三次元方向に移動することができ
る。図２中に示すようにｘ、ｙ、ｚ方向を定める。ｚ方
向とは試料１０１表面に対して垂直方向であり、ｘ、ｙ
方向は試料表面に平行な方向である。ｘｙ、ｚ駆動装置
から成るものを試料ステージとする。

【００２７】被加工物を備えた試料は図１中の１０１で
ある。試料１０１としては、図２に示すように、表面に
厚さおよそ５００ｎｍの熱酸化膜のついた絶縁性のＳｉ
基板２０１表面上に、高周波スパッタ法によりＴｉを４
ｎｍ成膜したあとフォトリソグラフィー、エッチングに
より作製したＴｉのパターン構造２０２を有するもので
あり、被加工物はＴｉのパターン構造２０２である。パ
ターン構造に凹凸が存在するため、被加工物２０２のパ
ターン構造中に作製された凸構造２０３をマーカーとし
て検出することができるので、探針と試料の間における
相対位置合わせが可能である。

【００２８】また、図３に示すように、Ｓｉより成る弾
性体３０２と弾性体３０２に支持された探針３０１の表
面に、導電性を与えるためにスパッタにより厚さおよそ
５０ｎｍのＰｔ３０３をコーティングし、探針３０１、
弾性体３０２、Ｐｔ３０３から成るものを、図１に示す
本発明の微細加工装置においてプローブ１０５として用
いる。プローブとは、探針とそれを支える弾性体をまと
めたもののことであり、本実施例においては原子間力顕
微鏡に用いるプローブをＰｔでコートしたものを用いて
いる。

【００２９】プローブ駆動装置１０８にはピエゾ素子が
組み込まれており、プローブホルダー１０９を介して取
り付けられたプローブ１０５をｚ方向に駆動することが
できる。プローブ駆動装置１０８をピエゾ制御装置１１
５で電気的に制御し、プローブ１０５をプローブ１０５
の共振周波数近傍の振動数で励震する。ここでいう共振
周波数とは、プローブの質量、探針先端と試料表面の距
離に依存する探針先端と試料表面の間の原子間力、弾性
体の弾性定数などから決まる、プローブに固有の振動数
のことである。この共振周波数は、同一プローブ、同一
試料を用いた場合、探針先端と試料表面の間の距離が一
定であれば、一定となり、探針が試料表面上の凹凸構造
上にあるように探針と試料表面の間の距離が変化すれ
ば、プローブの共振周波数は変化する。つまり、探針の
試料表面上の走査を、プローブの共振周波数の変化を検
出しながら行えば、プローブの共振周波数の変化から、
試料表面上の形状情報を得ることができる。

【００３０】ここで、探針と試料表面の間の距離を一定
に制御するための方法を説明する。例えば探針と試料の
間の距離を３ｎｍに制御するために、プローブ１０５を
探針と試料の間の距離が３ｎｍのときのプローブの共振
周波数近傍の振動数で常に励震しておき、同時にこの周
波数情報を持つ信号を演算回路１１２へ参照信号として
送る。プローブの変位を検出するための手段として、光
てこ方式を用いる。光てこ方式とは、プローブ１０５の
背面に半導体レーザ１１０からレーザ光を当てその反射
光を二分割ダイオードセンサにより検出し、プローブ１
０５のそりの大きさと向きを検知する方式である。

【００３１】この方式により、探針のｚ方向の動作を検
知することができる。この信号からプローブ１０５の振
動の周波数を検知することができ、探針により試料１０
１表面を走査しているときの試料表面上の凹凸構造に従
ったプローブ１０５の共振周波数の変化を電気信号とし
て検出することができる。この信号を演算回路１１２で
読み取り、探針と試料表面の距離が３ｎｍのときのプロ
ーブの共振周波数からの周波数のずれを検出する。つま
り周波数のずれを検出することは、３ｎｍからの探針と
試料表面の間の距離のずれを検出していることになる。
演算回路からのこのずれの情報をもった信号をフィード
バック信号として試料ステージのｚ駆動装置１０４を制
御するｚ駆動制御装置１０７へ送り、共振周波数が一定
になるように、すなわち探針と試料表面の間の距離が常
に３ｎｍとなるようにフィードバック制御を行う。

【００３２】また、図１に示す微細加工装置の構成は、
マーカー２０３に基づいて探針を試料表面上の任意の位
置に任意の方向に移動させることができ、任意の位置
で、プローブの励振をとめて、ｚ駆動装置１０４により
探針と試料を接触させることができ、接触しているかい
ないかを２分割ダイオードセンサで得る信号に基づき検
知することができる接触手段を有する。

【００３３】また、図１に示す微細加工装置の構成は、
プローブ１０５と被加工物２０２の間に電圧を印加し探
針と被加工物の接触部分に存在する吸着水を介して陽極
酸化反応を起こし、被加工物であるＴｉのパターン構造
２０２のうち探針と被加工物の接触部分を局所的に絶縁
性の酸化Ｔｉへと変化させる加工を行うための、被加工
物に電気的に接続された電圧印加装置１１４を有する。
この電圧印加装置１１４は、探針と被加工物が非接触な
状態で探針と被加工物の間に電圧を印加し探針と被加工
物の間に静電引力を引き起こすことで、探針と被加工物
を接触させる接触手段としても使用することができる。

【００３４】また、演算回路１１２からの試料表面の形
状情報をコンピュータ１１３で取り込み視覚情報に変換
することができる。またコンピュータ１１３によりｘｙ
駆動制御装置１０６およびｚ駆動制御装置１０７を制御
することにより、試料と探針の間の相対的な位置制御を
行うことができる。また、このコンピュータ１１３によ
り、電圧印加装置１１４の制御も行う。

【００３５】以上の構成要素から成る図１に示した微細
加工装置により行う微細加工方法の例を以下に説明す
る。図４において、プローブ１０５は、弾性体３０２に
より支持される探針３０１をＰｔコーティング層３０３
によりコーティングしたものであり、試料１０１は、絶
縁性の厚さおよそ０．４μｍのＳｉＯ₂基板２０１の上
に、図２に示すようにフォトリソグラフィーにより作製
した厚さおよそ４ｎｍのＴｉのパターン構造２０２を有
するもので、図１に示したものと同一のものである。被
加工物はＴｉのパターン構造２０２であり、この構造中
の凸構造２０３は探針３０１と試料１０１表面の間の相
対的な位置検出、位置合わせのためのマーカーとして用
いられる。

【００３６】探針３０１を試料１０１表面に対向させた
状態で、また試料１０１表面と探針３０１との間の距離
をおよそ３ｎｍに保ちながら、探針３０１に試料１０１
表面を走査させることにより、試料１０１表面上のマー
カー２０３を検出し、マーカー２０３に基づいて被加工
物であるＴｉのパターン構造２０２表面上の第一の加工
開始点４０１の上に探針３０１を位置させる。図４
（ｂ）のように、試料１０１表面に垂直方向に探針３０
１を、または試料１０１を駆動し、探針３０１と試料１
０１を接触させる。図４（ｃ）のように、探針３０１と
試料１０１を接触させた状態で、探針３０１と試料１０
１の間に加工に必要とされる所定の電圧を所定の時間印
加することにより、Ｔｉのパターン構造２０２の第一の
加工開始点を中心とする微細領域を絶縁性に変化させ加
工する。

【００３７】所定の時間所定の電圧を印加した後、加工
を終了することも可能であり、また図４（ａ）のように
探針と試料を離し、試料表面に垂直な方向に探針と試料
を相対的に移動させて、図４（ｄ）のようにＴｉのパタ
ーン構造２０２表面上の第二の加工開始点４０２の上に
探針を位置させ、次の加工領域を加工するための準備を
することも可能である。

【００３８】［実施例２］本発明の実施例２の微細加工
装置は、図５に示すように、実施例１で図１に示した微
細加工装置の構成のうち接触手段のみを代えて微細加工
装置を構成したものである。図５は、説明の簡単化のた
め図１の微細加工装置の構成のうち試料１０１と電圧印
加装置１１４とプローブ１０５の部分を示し、実施例２
の特徴である電圧印加手段のための構成部５０１及び５
０２を加えたものである。

【００３９】プローブの一部の近くに図５に示すように
導電性部品５０１を配置し、導電性部品５０１に電圧を
印加するための電圧印加装置５０２を接続する。導電性
部品５０１としてＡｕにより成る厚さ１μｍの薄膜電極
を用いる。電圧印加装置５０２から導電性部品５０１に
電圧を印加することによって、プローブ１０５のうち導
電性部品５０１に近い部分と導電性部品５０１との間に
静電引力が働き、導電性部品側にプローブ１０５をそら
せて探針３０１と被加工物２０２を接触させることがで
きる。その他の機構は実施例１のものと同様である。

【００４０】［実施例３］本発明の実施例２の微細加工
装置は、図６に示すように、実施例１で図１に示した微
細加工装置の構成のうち接触手段のみをかえて微細加工
装置を構成したものである。図６は、説明の簡単化のた
め図１の微細加工装置の構成のうち試料１０１と電圧印
加装置１１４とプローブ１０５の部分を示し、実施例３
の特徴である電圧印加手段のための構成部６０１及び６
０２及び６０３を加えたものである。

【００４１】６０１は電流源６０２から電流を供給する
ことにより磁場を生じる電磁石であり、６０３は、プロ
ーブ１０５の弾性体の一部に取り付けられたＮｉであ
る。電流源６０２により電磁石６０１へ電流を供給する
ことにより電磁石６０１の周りに磁場を生じさせると、
磁性体であるＮｉ６０３はこの磁場による磁気力の影響
を受け、電磁石６０１に引き付けられたり、遠ざけられ
たりする。このことによりプローブ１０５が反らされ
る。

【００４２】電磁石への電流値を制御することにより、
プローブのそりを制御することができ、探針３０１と試
料１０１の表面を接触させたり、離したりすることがで
きることになる。つまり、本実施例は、探針３０１と試
料１０１表面との間の接触手段として、Ｎｉ６０３と電
磁石６０１の間の磁気力を利用したものである。その他
の機構は実施例１のものと同様である。

【００４３】［実施例４］本発明の実施例４は、微細加
工方法の一例を構成するものであり、図４を用いて説明
する。実施例１と同様に、試料１０１表面上のマーカー
検出を行い、マーカーに基づいて図４（ａ）のように被
加工物であるＴｉのパターン構造２０２表面上の第一の
加工開始点４０１の上に探針を位置させ、図４（ｂ）の
ように試料１０１表面に垂直な方向に探針３０１と試料
１０１表面を相対的に駆動し探針３０１とＴｉのパター
ン構造２０２表面を接触させる。

【００４４】図４（ｃ）のように探針３０１とＴｉのパ
ターン構造表面２０２を接触させた状態で、加工に必要
とされる所定の電圧を所定の時間電圧印加装置１１４に
より印加しながら、試料１０１表面に平行に、探針３０
１を試料１０１に対して相対的に加工に必要とされる所
定の方向に所定の相対速さで図４（ｅ）の第一の加工終
了点４０３まで移動させることにより、Ｔｉのパターン
構造２０２の一部を絶縁性に変化させ加工する。

【００４５】ここで、加工を終了することも可能であ
り、また図４（ａ）のように探針３０１と試料１０１を
離し、試料１０１表面に垂直な方向に探針３０１と試料
１０１を相対的に移動させて、図４（ｄ）のようにＴｉ
のパターン構造２０２表面上の第二の加工開始点４０２
の上に探針を位置させ、次の加工領域を加工するための
準備をすることも可能である。

【００４６】［実施例５］本発明の実施例５の微細加工
装置は、実施例１及び実施例４の微細加工装置のうち、
探針と被加工物であるＴｉのパターン構造の表面に接触
させる手段が、プローブとＴｉのパターン構造の間に電
圧を印加することによりプローブの一部とＴｉのパター
ン構造の間に生じる静電引力によるものであり、この静
電引力を発生させるための電圧印加手段として、電圧印
加装置１１４を用いるようにしたものである。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、試料表面の探針走査による探針劣化、異物の付着な
どによって、ナノメートルオーダー、原子レベルなどの
微細加工における加工精度の低下を引き起こすことを回
避することができ、より高精度で安定な微細加工が可能
な微細加工装置及び微細加工方法を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る微細加工装置の概略図
である。

【図２】本発明の実施例１に係る微細加工装置に用いた
試料の構成を示す図である。

【図３】本発明の実施例１に係る微細加工装置のプロー
ブの図である。

【図４】本発明の実施例に係る微細加工方法の概要を表
す図である。

【図５】本発明の実施例２に係る接触手段の概略図であ
る。

【図６】本発明の実施例３に係る接触手段の概略図であ
る。

【符号の説明】

１０１：試料 １０２：試料台 １０３：ｘｙ駆動装置 １０４：ｚ駆動装置 １０５：プローブ １０６：ｘｙ駆動制御装置 １０７：ｚ駆動制御装置 １０８：プローブ駆動装置 １０９：プローブホルダー １１０：半導体レーザ １１１：二分割ダイオードセンサ １１２：演算回路 １１３：コンピュータ １１４：電圧印加装置 １１５：ピエゾ制御装置 ２０１：基板 ２０２：Ｔｉのパターン構造 ２０３：マーカー ３０１：探針 ３０２：弾性体 ３０３：Ｐｔコート層 ４０１：第一の加工開始点 ４０２：第二の加工開始点 ４０３：第一の加工終了点 ５０１：導電性部品 ５０２：電圧印加装置 ６０１：電磁石 ６０２：電流源 ６０３：Ｎｉ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性体に支持され、少なくとも先端に導電
   性部分を有する探針を被加工物表面に対向するように配
   置し、第一の制御装置によって該探針を該被加工物表面
   と平行な方向に該被加工物表面に対して相対的に移動さ
   せ、接触手段により該被加工物表面上の加工開始点に該
   探針を接触させ、該探針先端の導電性部分と該被加工物
   の間に電圧印加装置によって電圧を印加して、前記被加
   工物を微細加工する微細加工装置であって、 前記第一の制御装置によって前記探針を前記加工開始点
   に移動させるまでの間、前記被加工物表面と前記探針と
   の間の距離を所定距離に制御する第二の制御装置を有す
   ることを特徴とする微細加工装置。
2. 【請求項２】前記第一の制御装置によって前記探針を前
   記加工開始点に移動させるに際して、前記被加工物表面
   と前記探針との位置合わせのためのマーカーを検出する
   ためのマーカー検出装置を有することを特徴とする請求
   項１に記載の微細加工装置。
3. 【請求項３】前記マーカーが、前記被加工物表面に設け
   られたマーカーであることを特徴とする請求項２に記載
   の微細加工装置。
4. 【請求項４】前記第二の制御装置が、前記弾性体をピエ
   ゾ素子によって支持し、該ピエゾ素子を制御する制御装
   置によって構成されてい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装置。
5. 【請求項５】前記接触手段が、前記ピエゾ素子を制御す
   る制御装置を用い、前記探針を前記被加工物表面に接触
   させるように構成されていることを特徴とする請求項３
   に記載の微細加工装置。
6. 【請求項６】前記接触手段が、前記探針または前記弾性
   体の一部と前記被加工物の間に静電引力を発生させる手
   段を有し、該静電引力を発生させる手段によって前記探
   針を前記被加工物表面に接触させるように構成されてい
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
   の微細加工装置。
7. 【請求項７】前記静電引力を発生させる手段が、前記被
   加工物を微細加工する電圧印加装置によって兼ねるよう
   にしたことを特徴とする請求項６に記載の微細加工装
   置。
8. 【請求項８】前記静電引力を発生させる手段が、前記弾
   性体に支持される探針の近傍に配された導電性部品と、
   該導電性部品に電圧印加するための電圧印加装置とによ
   って構成されていることを特徴とする請求項６に記載の
   微細加工装置。
9. 【請求項９】前記接触手段が、前記探針または前記弾性
   体の一部と前記被加工物の間に磁気力を発生させ、前記
   探針を前記被加工物表面に接触させるように構成されて
   いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
   載の微細加工装置。
10. 【請求項１０】前記接触手段が、マーカー検出装置によ
    って前記被加工物表面と前記探針との位置合わせのため
    のマーカーを検出し、該検出されたマーカーに基づい
    て、前記被加工物表面上の加工開始点に前記探針を接触
    させるように構成されていることを特徴とする請求項１
    〜９のいずれか１項に記載の微細加工装置。
11. 【請求項１１】弾性体に支持され、少なくとも先端に導
    電性部分を有する探針を被加工物表面に対向させ、該探
    針を該被加工物表面と平行な方向に該被加工物表面に対
    して相対的に移動させ、該被加工物表面上の加工開始点
    に該探針を接触させ、該探針先端の導電性部分と該被加
    工物の間に電圧を印加して、前記被加工物に微細加工を
    施す微細加工方法であって、 前記探針を前記加工開始点に移動させるまでの間、前記
    被加工物表面と前記探針との間の距離を所定距離に制御
    することを特徴とする微細加工方法。
12. 【請求項１２】前記探針を前記加工開始点に移動させる
    に際して、前記被加工物表面と前記探針との位置合わせ
    のためのマーカーを検出することを特徴とする請求項１
    １に記載の微細加工方法。
13. 【請求項１３】前記マーカーが、前記被加工物表面に設
    けられたマーカーであることを特徴とする請求項１２に
    記載の微細加工方法。
14. 【請求項１４】前記被加工物表面と前記探針との間の所
    定距離の制御が、前記弾性体をピエゾ素子によって支持
    し、該ピエゾ素子を制御することによって行われること
    を特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の
    微細加工方法。
15. 【請求項１５】前記接触が、前記ピエゾ素子を制御して
    前記探針を前記被加工物表面に接触させることによって
    行われることを特徴とする請求項１３に記載の微細加工
    方法。
16. 【請求項１６】前記接触が、前記探針または前記弾性体
    の一部と前記被加工物の間に静電引力を発生させ、前記
    探針を前記被加工物表面に接触させることによって行わ
    れることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項
    に記載の微細加工方法。
17. 【請求項１７】前記静電引力の発生に、前記被加工物を
    微細加工する電圧印加装置を兼用することを特徴とする
    請求項１６に記載の微細加工方法。
18. 【請求項１８】前記静電引力の発生に、前記弾性体に支
    持される探針の近傍に配された導電性部品と、該導電性
    部品に電圧印加するための電圧印加装置を用いることを
    特徴とする請求項１６に記載の微細加工方法。
19. 【請求項１９】前記接触が、前記探針または前記弾性体
    の一部と前記被加工物の間に磁気力を発生させ、前記探
    針を前記被加工物表面に接触させることによって行われ
    ることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に
    記載の微細加工方法。
20. 【請求項２０】前記接触に際して、マーカー検出装置に
    よって前記被加工物表面と前記探針との位置合わせのた
    めのマーカーを検出し、該検出されたマーカーに基づい
    て、前記被加工物表面上の加工開始点に前記探針を接触
    させることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１
    項に記載の微細加工方法。