JP2002355799A - 微細加工方法及び情報記録方法 - Google Patents
微細加工方法及び情報記録方法Info
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- JP2002355799A JP2002355799A JP2001181572A JP2001181572A JP2002355799A JP 2002355799 A JP2002355799 A JP 2002355799A JP 2001181572 A JP2001181572 A JP 2001181572A JP 2001181572 A JP2001181572 A JP 2001181572A JP 2002355799 A JP2002355799 A JP 2002355799A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子間力顕微鏡の原理を利用した微細加工方
法の提供。 【解決手段】 原子間力検出手段を備えた装置を用いた
微細加工方法であって、該被加工試料と探針との間に、
水を含有する非極性溶媒を存在させた上で、該探針に電
圧をかけることによって被加工試料に微細な加工を施す
ことを特徴とする微細加工方法。
法の提供。 【解決手段】 原子間力検出手段を備えた装置を用いた
微細加工方法であって、該被加工試料と探針との間に、
水を含有する非極性溶媒を存在させた上で、該探針に電
圧をかけることによって被加工試料に微細な加工を施す
ことを特徴とする微細加工方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡を
利用した微細加工方法及び情報記録方法に関する。
利用した微細加工方法及び情報記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の製造工程の一つに、基板表
面に微細な回路パターンを形成する工程があり、この工
程には現在ではフォトリソグラフィ技術が多く用いられ
ている。フォトリソグラフィ技術は、基板表面にフォト
レジストを塗布しておき、そこへ、予め作成しておいた
フォトマスクを通して紫外線等の電磁波を照射する。こ
れによりフォトレジストにフォトマスク像を焼き付け、
この後レジストを洗い落とすことで、フォトレジストを
フォトマスク像のパターンに加工し、これをエッチング
処理して加工を達成している。
面に微細な回路パターンを形成する工程があり、この工
程には現在ではフォトリソグラフィ技術が多く用いられ
ている。フォトリソグラフィ技術は、基板表面にフォト
レジストを塗布しておき、そこへ、予め作成しておいた
フォトマスクを通して紫外線等の電磁波を照射する。こ
れによりフォトレジストにフォトマスク像を焼き付け、
この後レジストを洗い落とすことで、フォトレジストを
フォトマスク像のパターンに加工し、これをエッチング
処理して加工を達成している。
【０００３】しかし、このようなフォトリソグラフィ技
術では、フォトレジストに焼付け可能な像の分解能には
限界があった。そのため、微細化が進んだ回路パターン
の作成には徐々に対応できなくなってきている。そのた
め、ナノメートルスケール（１ｎｍ＝１×１０-9ｍ）の
微細なパターンを形成することができる技術として、走
査型トンネル電子顕微鏡（ＳＴＭ）の原理を利用した微
細加工方法が知られている。これは、例えば、シリコン
基板上にレジストとして有機シリコン層を形成してお
き、この表面をＳＴＭで走査しながらトンネル電流を流
して有機シリコン層を電気化学的に分解し、レジストパ
ターンを形成するというものである。
術では、フォトレジストに焼付け可能な像の分解能には
限界があった。そのため、微細化が進んだ回路パターン
の作成には徐々に対応できなくなってきている。そのた
め、ナノメートルスケール（１ｎｍ＝１×１０-9ｍ）の
微細なパターンを形成することができる技術として、走
査型トンネル電子顕微鏡（ＳＴＭ）の原理を利用した微
細加工方法が知られている。これは、例えば、シリコン
基板上にレジストとして有機シリコン層を形成してお
き、この表面をＳＴＭで走査しながらトンネル電流を流
して有機シリコン層を電気化学的に分解し、レジストパ
ターンを形成するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳＴＭの原理
はプローブと試料との間に流れるトンネル電流を検出
し、これが一定となるようにプローブと試料との距離を
制御することにより、プローブと試料との間隔を一定に
制御するものであるため、試料表面が酸化シリコンなど
の電流が流れにくい物質に変化すると、プローブと試料
との間隔を一定に保つことが困難になり、その結果、微
細な加工が困難になることが指摘されている。
はプローブと試料との間に流れるトンネル電流を検出
し、これが一定となるようにプローブと試料との距離を
制御することにより、プローブと試料との間隔を一定に
制御するものであるため、試料表面が酸化シリコンなど
の電流が流れにくい物質に変化すると、プローブと試料
との間隔を一定に保つことが困難になり、その結果、微
細な加工が困難になることが指摘されている。
【０００５】そこで、ＳＴＭに代わって、試料とプロー
ブの距離を保持する手段としてトンネル電流ではなく、
原子間力を利用する原子間力顕微鏡の原理を利用した微
細加工手段が提案されている。原子間力顕微鏡は試料と
探針との距離を一定に保持する手段として、原子間力に
起因する引力ないし斥力を利用するため、高真空を必要
とせず、また、絶縁体でも測定可能であるため、加工対
象を広く選択できるという利点がある。本発明は、この
原子間力顕微鏡の原理を利用した微細加工方法である。
ブの距離を保持する手段としてトンネル電流ではなく、
原子間力を利用する原子間力顕微鏡の原理を利用した微
細加工手段が提案されている。原子間力顕微鏡は試料と
探針との距離を一定に保持する手段として、原子間力に
起因する引力ないし斥力を利用するため、高真空を必要
とせず、また、絶縁体でも測定可能であるため、加工対
象を広く選択できるという利点がある。本発明は、この
原子間力顕微鏡の原理を利用した微細加工方法である。
【０００６】従来提案されていた原子間力顕微鏡を利用
した加工では、原子間力顕微鏡の探針を試料表面に接触
させ、物理的に表面層を剥ぎ取る加工方法がなされてい
た。しかし、物理的に剥ぎ取る方法では加工精度が低い
ため、探針の先端から電流を流し、電気化学的に表面層
を除去する方法が開発された（特開平１０−２８３９７
０号公報）。しかし、大気中ないし真空中で試料に電流
を流すと、トンネル電流が加工しようとする部位以外に
も不必要に流れてしまい、その結果加工の精度が低下す
るという問題があった。
した加工では、原子間力顕微鏡の探針を試料表面に接触
させ、物理的に表面層を剥ぎ取る加工方法がなされてい
た。しかし、物理的に剥ぎ取る方法では加工精度が低い
ため、探針の先端から電流を流し、電気化学的に表面層
を除去する方法が開発された（特開平１０−２８３９７
０号公報）。しかし、大気中ないし真空中で試料に電流
を流すと、トンネル電流が加工しようとする部位以外に
も不必要に流れてしまい、その結果加工の精度が低下す
るという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者は鋭意検
討し、被加工試料と探針との間に特定の溶媒を介在させ
ることで、加工の精度を向上させることに成功した。即
ち本発明は、被加工試料との間に生じる原子間力を検知
することができる導電性探針を有する導電性カンチレバ
ーと、該探針と被加工試料との間に原子間力によって生
じた変位を検出する検出手段と、被加工試料上を走査す
るに際して該原子間力を一定量に保持するために探針と
被加工試料との距離を一定に保持する制御手段と、被加
工試料と該探針との間に電位を印加する手段とを備え
た、原子間力検出手段を備えた装置を用いた微細加工方
法であって、該被加工試料と探針との間に、水を含有す
る非極性溶媒を存在させた上で、該探針に電圧をかける
ことによって被加工試料に微細な加工を施す微細加工方
法、及びこれを利用した情報記録方法である。
討し、被加工試料と探針との間に特定の溶媒を介在させ
ることで、加工の精度を向上させることに成功した。即
ち本発明は、被加工試料との間に生じる原子間力を検知
することができる導電性探針を有する導電性カンチレバ
ーと、該探針と被加工試料との間に原子間力によって生
じた変位を検出する検出手段と、被加工試料上を走査す
るに際して該原子間力を一定量に保持するために探針と
被加工試料との距離を一定に保持する制御手段と、被加
工試料と該探針との間に電位を印加する手段とを備え
た、原子間力検出手段を備えた装置を用いた微細加工方
法であって、該被加工試料と探針との間に、水を含有す
る非極性溶媒を存在させた上で、該探針に電圧をかける
ことによって被加工試料に微細な加工を施す微細加工方
法、及びこれを利用した情報記録方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、従来の原子間力顕微鏡
をそのまま加工に利用することができる。あるいは、特
に被加工試料の表面状態を解析する手段（いわゆる顕微
鏡としての機能）をそのまま備えていなくとも、被加工
試料との間に生じる原子間力を検知することができる導
電性探針を有する導電性カンチレバーと、該探針と被加
工試料との間に原子間力よって生じた変位を検出する検
出手段と、被加工試料上を走査するに際して該原子間力
を一定量に保持するために探針と被加工試料との距離を
一定に保持する制御手段と、被加工試料と該探針との間
に電位を印加する手段とを備えている装置であれば、本
発明に利用することができる。
をそのまま加工に利用することができる。あるいは、特
に被加工試料の表面状態を解析する手段（いわゆる顕微
鏡としての機能）をそのまま備えていなくとも、被加工
試料との間に生じる原子間力を検知することができる導
電性探針を有する導電性カンチレバーと、該探針と被加
工試料との間に原子間力よって生じた変位を検出する検
出手段と、被加工試料上を走査するに際して該原子間力
を一定量に保持するために探針と被加工試料との距離を
一定に保持する制御手段と、被加工試料と該探針との間
に電位を印加する手段とを備えている装置であれば、本
発明に利用することができる。
【０００９】探針は導電性の素材であればよい。通常の
原子間力顕微鏡においては、この探針は、長さが数μ
ｍ、先端の曲率半径が１０〜数１０ｎｍであり、カンチ
レバーの先に固定されている。このカンチレバーを被加
工試料に近づけていくと、先端に固定されている探針と
被加工試料との間に原子間力に基づく引力ないし斥力が
働き、カンチレバーに変位（たわみ）が生じる。カンチ
レバーの変位を検出する検出手段としては、カンチレバ
ーの背面にレーザー光を照射し、その反射光を光センサ
ーで検知する手段が代表的である。この変位を連続的に
検出し、被加工試料上を探針が走査するに際して原子間
力を一定量に保持するように探針と被加工試料との間隔
を一定に制御する。
原子間力顕微鏡においては、この探針は、長さが数μ
ｍ、先端の曲率半径が１０〜数１０ｎｍであり、カンチ
レバーの先に固定されている。このカンチレバーを被加
工試料に近づけていくと、先端に固定されている探針と
被加工試料との間に原子間力に基づく引力ないし斥力が
働き、カンチレバーに変位（たわみ）が生じる。カンチ
レバーの変位を検出する検出手段としては、カンチレバ
ーの背面にレーザー光を照射し、その反射光を光センサ
ーで検知する手段が代表的である。この変位を連続的に
検出し、被加工試料上を探針が走査するに際して原子間
力を一定量に保持するように探針と被加工試料との間隔
を一定に制御する。
【００１０】本発明では、この探針と被加工試料との間
に、水を含有する非極性溶媒を介在させることにより、
被加工試料の電気化学的加工精度をナノメートルスケー
ルに向上させたものである。使用することができる非極
性溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチ
ルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒；ペンタン、ヘキ
サン、石油エーテル、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭
化水素系溶媒等が挙げられる。アルコール等のプロトン
性溶媒は、加工精度が低下するため使用することができ
ない。
に、水を含有する非極性溶媒を介在させることにより、
被加工試料の電気化学的加工精度をナノメートルスケー
ルに向上させたものである。使用することができる非極
性溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチ
ルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒；ペンタン、ヘキ
サン、石油エーテル、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭
化水素系溶媒等が挙げられる。アルコール等のプロトン
性溶媒は、加工精度が低下するため使用することができ
ない。
【００１１】本発明では、これらの非極性溶媒中に水を
含有させたものを該被加工試料と探針との間に存在さ
せ、その上で探針に電圧をかけトンネル電流を流すこと
で、被加工試料を電気化学的に加工する。このように本
発明では特定の溶媒中で加工を行うため、加工しようと
する部位に精密にトンネル電流を流すことができ、溶媒
が存在しない場合（例えば、大気中で加工を行う場合
や、真空中で加工を行う場合）に比べて加工の精度が格
段に向上している。
含有させたものを該被加工試料と探針との間に存在さ
せ、その上で探針に電圧をかけトンネル電流を流すこと
で、被加工試料を電気化学的に加工する。このように本
発明では特定の溶媒中で加工を行うため、加工しようと
する部位に精密にトンネル電流を流すことができ、溶媒
が存在しない場合（例えば、大気中で加工を行う場合
や、真空中で加工を行う場合）に比べて加工の精度が格
段に向上している。
【００１２】加工される試料は特に限定されず、金属や
半導体等の導電性の基材であればよく、また、通常はこ
れら基材の上に酸化物層や有機層等の表面層が形成され
たものを好適に加工することができる。本発明では被加
工試料を探針との間隔を一定に保つために原子間力を利
用しているため、被加工試料の表面に電流を流しにくい
物質（例えば、酸化シリコン層や有機層）が存在したと
しても、加工の精度が低下するということはない。
半導体等の導電性の基材であればよく、また、通常はこ
れら基材の上に酸化物層や有機層等の表面層が形成され
たものを好適に加工することができる。本発明では被加
工試料を探針との間隔を一定に保つために原子間力を利
用しているため、被加工試料の表面に電流を流しにくい
物質（例えば、酸化シリコン層や有機層）が存在したと
しても、加工の精度が低下するということはない。
【００１３】また、本発明では、上記表面層を電気化学
的反応により除去するだけでなく、その除去部分に新た
な分子を埋め込むことができる。この場合は、加工に使
用する水を含有する非極性溶媒中に、新たに埋め込もう
とする分子を含有させておき、その上で本発明の微細加
工を行えば、表面層が除去された部分へ新たな埋め込み
分子が吸着していく。従って、さまざまな官能基を有す
る分子を埋め込むことで、基材をナノメートルスケール
で加工することができる。
的反応により除去するだけでなく、その除去部分に新た
な分子を埋め込むことができる。この場合は、加工に使
用する水を含有する非極性溶媒中に、新たに埋め込もう
とする分子を含有させておき、その上で本発明の微細加
工を行えば、表面層が除去された部分へ新たな埋め込み
分子が吸着していく。従って、さまざまな官能基を有す
る分子を埋め込むことで、基材をナノメートルスケール
で加工することができる。
【００１４】
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を更に
詳しく説明する。加工装置：原子間力顕微鏡をそのまま
流用した。図１は、本実施例に使用した原子間力加工装
置の概念図である。ピエゾスキャナー上に固定されたサ
ンプル（既に表面層は形成されている。）は、溶媒で満
たされた自家製のセルに覆われている。セル内の溶媒
は、溶媒タンク及びシリンジとつながっており、必要に
応じて溶媒を入れ替えれることができる。但し、以下の
実施例では、溶媒タンク及びシリンジは設置せず、セル
中の溶媒をその都度、変換した。ピエゾスキャナーを上
下させることによりカンチレバーをサンプルへ近づけて
いくと、カンチレバーの先端に設けられた探針に、探針
とサンプルとの間に生じる原子間力が作用することによ
って、カンチレバーにたわみ（変位）が生じる。このた
わみをレーザー光によって検出する。ピエゾスキャナー
が移動することで探針がサンプル上を走査すると、サン
プル表面の凹凸に応じて探針に作用する原子間力に変化
が生じる。図１の装置を顕微鏡として使用する場合は、
この原子間力を一定に保つようにピエゾスキャナーが上
下に移動するので、このピエゾスキャナーの移動量を検
出し解析することで、試料表面の像が得られる。本発明
の加工を行う場合は、探針の走査に合わせて探針から被
加工試料表面に向かって電流を流せばよい。
詳しく説明する。加工装置：原子間力顕微鏡をそのまま
流用した。図１は、本実施例に使用した原子間力加工装
置の概念図である。ピエゾスキャナー上に固定されたサ
ンプル（既に表面層は形成されている。）は、溶媒で満
たされた自家製のセルに覆われている。セル内の溶媒
は、溶媒タンク及びシリンジとつながっており、必要に
応じて溶媒を入れ替えれることができる。但し、以下の
実施例では、溶媒タンク及びシリンジは設置せず、セル
中の溶媒をその都度、変換した。ピエゾスキャナーを上
下させることによりカンチレバーをサンプルへ近づけて
いくと、カンチレバーの先端に設けられた探針に、探針
とサンプルとの間に生じる原子間力が作用することによ
って、カンチレバーにたわみ（変位）が生じる。このた
わみをレーザー光によって検出する。ピエゾスキャナー
が移動することで探針がサンプル上を走査すると、サン
プル表面の凹凸に応じて探針に作用する原子間力に変化
が生じる。図１の装置を顕微鏡として使用する場合は、
この原子間力を一定に保つようにピエゾスキャナーが上
下に移動するので、このピエゾスキャナーの移動量を検
出し解析することで、試料表面の像が得られる。本発明
の加工を行う場合は、探針の走査に合わせて探針から被
加工試料表面に向かって電流を流せばよい。
【００１５】被加工試料：表面を水素炎でアニールした
金製の基材を、エタノールにオクタデシルメルカプタン
を溶解した溶液に２４時間浸漬した。その後引き上げ、
表面をエタノールですすぎ、超純粋窒素気流下で乾燥さ
せ、オクタデシルメルカプタンで表面層を構築した被加
工試料を得た。
金製の基材を、エタノールにオクタデシルメルカプタン
を溶解した溶液に２４時間浸漬した。その後引き上げ、
表面をエタノールですすぎ、超純粋窒素気流下で乾燥さ
せ、オクタデシルメルカプタンで表面層を構築した被加
工試料を得た。
【００１６】（実施例１）上記の被加工試料を上記の原
子間力加工装置にセットし、自家製のセル中に溶媒を満
たした上で、５０ｎｍ×５０ｎｍの正方形の形で表面層
を除去することとした。まず、被加工試料側を正、カン
チレバー側を負とし、溶媒として水飽和トルエンを使用
し、電圧３．０Ｖ、接触圧３ｎＮのコンタクトモードに
て加工を行った。その加工孔について、加工に使用した
原子間力顕微鏡で、接触圧４ｎＮ、電圧５０ｍＶで表面
状態を観察した結果が図２である。
子間力加工装置にセットし、自家製のセル中に溶媒を満
たした上で、５０ｎｍ×５０ｎｍの正方形の形で表面層
を除去することとした。まず、被加工試料側を正、カン
チレバー側を負とし、溶媒として水飽和トルエンを使用
し、電圧３．０Ｖ、接触圧３ｎＮのコンタクトモードに
て加工を行った。その加工孔について、加工に使用した
原子間力顕微鏡で、接触圧４ｎＮ、電圧５０ｍＶで表面
状態を観察した結果が図２である。
【００１７】写真中央の点線で囲まれた内部の黒い部分
が加工孔である。写真下のグラフの横軸は長さ、縦軸は
表面からの相対深さである。これによれば、加工孔の大
きさは縦横とも約５０ｎｍ、相対深さは約１ｎｍであ
り、ナノメートルスケールの加工に成功したことがわか
る。
が加工孔である。写真下のグラフの横軸は長さ、縦軸は
表面からの相対深さである。これによれば、加工孔の大
きさは縦横とも約５０ｎｍ、相対深さは約１ｎｍであ
り、ナノメートルスケールの加工に成功したことがわか
る。
【００１８】また、図３は、同じ加工孔について同条件
で表面観察を行った際に流れた電流を計測したものであ
る。写真下のグラフの横軸は長さ、縦軸は流れた電流を
表わす。これによれば、加工孔の内部では、他の部分よ
り流れた電流の値が大きいことからも、加工に成功した
ことがわかった。
で表面観察を行った際に流れた電流を計測したものであ
る。写真下のグラフの横軸は長さ、縦軸は流れた電流を
表わす。これによれば、加工孔の内部では、他の部分よ
り流れた電流の値が大きいことからも、加工に成功した
ことがわかった。
【００１９】（実施例２）実施例１で使用した加工装置
をそのまま使用した。被加工試料側を正、カンチレバー
側を負とし、溶媒として水飽和トルエンを使用し、カン
チレバーを固定して、接触圧２．５ｎＮのコンタクトモ
ードにて、１５秒間３．５Ｖの電圧をかけた。その後、
実施例１と同様に表面観察を行った結果が図４である。
直径約１５ｎｍほどの孔が開いたことが確認でき、これ
により本条件での加工限界が約１５ｎｍであることがわ
かった。
をそのまま使用した。被加工試料側を正、カンチレバー
側を負とし、溶媒として水飽和トルエンを使用し、カン
チレバーを固定して、接触圧２．５ｎＮのコンタクトモ
ードにて、１５秒間３．５Ｖの電圧をかけた。その後、
実施例１と同様に表面観察を行った結果が図４である。
直径約１５ｎｍほどの孔が開いたことが確認でき、これ
により本条件での加工限界が約１５ｎｍであることがわ
かった。
【００２０】（比較例１）溶媒として２−ブタノールを
用いた以外は実施例１と同様の条件で加工を行っい、そ
の表面を観察した結果が図５であり、同条件で、溶媒と
して水飽和トルエンを用いて加工を行い、その表面を観
察した結果が図６である。これによれば、溶媒として極
性溶媒である２−ブタノールを用いると、加工後１１分
経過したころから加工孔が崩れ始め、３３分経過後では
ほぼ原型を留めないほど崩れてしまっているのに対し
て、水飽和トルエンを用いた加工では、７０分経過後で
あっても加工孔にほとんど変化がないことがわかった。
用いた以外は実施例１と同様の条件で加工を行っい、そ
の表面を観察した結果が図５であり、同条件で、溶媒と
して水飽和トルエンを用いて加工を行い、その表面を観
察した結果が図６である。これによれば、溶媒として極
性溶媒である２−ブタノールを用いると、加工後１１分
経過したころから加工孔が崩れ始め、３３分経過後では
ほぼ原型を留めないほど崩れてしまっているのに対し
て、水飽和トルエンを用いた加工では、７０分経過後で
あっても加工孔にほとんど変化がないことがわかった。
【００２１】（実施例３）実施例１で使用した加工装置
をそのまま使用し、自家製のセル中に溶媒を満たした上
で、５０ｎｍ×５０ｎｍの正方形の形で表面層を除去す
ることとした。まず、被加工試料側を正、カンチレバー
側を負とし、溶媒として水飽和トルエンを使用し、接触
圧２．５〜４ｎＮのコンタクトモードにて加工を行った
結果が図７である。横軸が電圧、縦軸が、加工に成功し
た割合である。およそ２．０Ｖで５０％以上の加工に成
功したことがわかった。
をそのまま使用し、自家製のセル中に溶媒を満たした上
で、５０ｎｍ×５０ｎｍの正方形の形で表面層を除去す
ることとした。まず、被加工試料側を正、カンチレバー
側を負とし、溶媒として水飽和トルエンを使用し、接触
圧２．５〜４ｎＮのコンタクトモードにて加工を行った
結果が図７である。横軸が電圧、縦軸が、加工に成功し
た割合である。およそ２．０Ｖで５０％以上の加工に成
功したことがわかった。
【００２２】（実施例４）実施例２とは反対に、被加工
試料側を負、カンチレバー側を正とした場合が図８であ
る。およそ−２．６Ｖで５０％以上の加工に成功したこ
とがわかった。尚、上記の場合に生じた電気化学反応は
以下のとおりである。 （図７） Ｃ18Ｈ37−Ｓ−Ａｕ＋２Ｈ2Ｏ→Ａｕ＋Ｃ18Ｈ37−ＳＯ2
Ｈ＋３ｅ-＋３Ｈ+ Ｃ18Ｈ37−Ｓ−Ａｕ＋２Ｈ2Ｏ→Ａｕ＋Ｃ18Ｈ37−ＳＯ2
-＋３ｅ-＋４Ｈ+ （図８） Ｃ18Ｈ37−Ｓ−Ａｕ＋ｅ-→Ａｕ＋Ｃ18Ｈ37−Ｓ-
試料側を負、カンチレバー側を正とした場合が図８であ
る。およそ−２．６Ｖで５０％以上の加工に成功したこ
とがわかった。尚、上記の場合に生じた電気化学反応は
以下のとおりである。 （図７） Ｃ18Ｈ37−Ｓ−Ａｕ＋２Ｈ2Ｏ→Ａｕ＋Ｃ18Ｈ37−ＳＯ2
Ｈ＋３ｅ-＋３Ｈ+ Ｃ18Ｈ37−Ｓ−Ａｕ＋２Ｈ2Ｏ→Ａｕ＋Ｃ18Ｈ37−ＳＯ2
-＋３ｅ-＋４Ｈ+ （図８） Ｃ18Ｈ37−Ｓ−Ａｕ＋ｅ-→Ａｕ＋Ｃ18Ｈ37−Ｓ-
【００２３】（実施例５）溶媒を、（１）水飽和トルエ
ン、（２）（１）と（３）の１：１混合溶媒、（３）試
験直前に開封した特級トルエン試薬、と代えて試験を行
った結果が図９である。（３）に比べて（１）及び
（２）はより低い電圧での加工に成功しており、水分の
加工に与える影響が顕著に見られた。これを概念的に説
明したものが図１０である。図１０のａは、（３）のよ
うに、水を全く含有しない非極性溶媒（トルエン）の元
では、被加工試料に対してトンネル電流が流れにくく、
その結果加工に要する電圧値が高くなってしまう。図１
０のｂは、（２）のように非極性溶媒中に微量の水が存
在する場合は、被加工試料の任意の部位に対して探針か
らトンネル電流が流れやすくなり、表面層の有機分子が
電気化学的反応によって被加工試料表面から脱離しやす
くなっている。しかし、図１０のｃのように、極性溶媒
（例えば、２−ブタノール）存在下で同様の加工を行う
と、加工しようとする部位（Ａ）以外の周辺部位（Ｂ）
にまで電流が流れてしまい、加工の精度が低下するおそ
れがある。
ン、（２）（１）と（３）の１：１混合溶媒、（３）試
験直前に開封した特級トルエン試薬、と代えて試験を行
った結果が図９である。（３）に比べて（１）及び
（２）はより低い電圧での加工に成功しており、水分の
加工に与える影響が顕著に見られた。これを概念的に説
明したものが図１０である。図１０のａは、（３）のよ
うに、水を全く含有しない非極性溶媒（トルエン）の元
では、被加工試料に対してトンネル電流が流れにくく、
その結果加工に要する電圧値が高くなってしまう。図１
０のｂは、（２）のように非極性溶媒中に微量の水が存
在する場合は、被加工試料の任意の部位に対して探針か
らトンネル電流が流れやすくなり、表面層の有機分子が
電気化学的反応によって被加工試料表面から脱離しやす
くなっている。しかし、図１０のｃのように、極性溶媒
（例えば、２−ブタノール）存在下で同様の加工を行う
と、加工しようとする部位（Ａ）以外の周辺部位（Ｂ）
にまで電流が流れてしまい、加工の精度が低下するおそ
れがある。
【００２４】（実施例６）次に、接触圧の加工に与える
影響を検討するために、実施例１と同様の条件下、接触
圧を変化させて加工を行った結果が図１１である。この
条件下では２．３Ｖ以上であれば、おおむね接触圧に影
響されることなく加工が達成できることがわかった。
影響を検討するために、実施例１と同様の条件下、接触
圧を変化させて加工を行った結果が図１１である。この
条件下では２．３Ｖ以上であれば、おおむね接触圧に影
響されることなく加工が達成できることがわかった。
【００２５】（実施例７）実施例１で使用した加工装置
をそのまま使用し、被加工試料側を正、カンチレバー側
を負とし、溶媒として、ヘキシルメルカプタンを含有す
る水飽和トルエンを使用し、電圧４．０Ｖ、接触圧２．
０ｎＮのコンタクトモードにて、５０ｎｍ×５０ｎｍの
正方形の形で表面層を除去した。その後、セル中の溶媒
を、オクチルメルカプタンを含有する水飽和トルエンに
交換した後、同様の条件で被加工試料の別の部位を加工
した。さらにその後、セル中の溶媒を、デシルメルカプ
タンを含有する水飽和トルエンに交換した後、同様の条
件で被加工試料の別の部位を加工した。
をそのまま使用し、被加工試料側を正、カンチレバー側
を負とし、溶媒として、ヘキシルメルカプタンを含有す
る水飽和トルエンを使用し、電圧４．０Ｖ、接触圧２．
０ｎＮのコンタクトモードにて、５０ｎｍ×５０ｎｍの
正方形の形で表面層を除去した。その後、セル中の溶媒
を、オクチルメルカプタンを含有する水飽和トルエンに
交換した後、同様の条件で被加工試料の別の部位を加工
した。さらにその後、セル中の溶媒を、デシルメルカプ
タンを含有する水飽和トルエンに交換した後、同様の条
件で被加工試料の別の部位を加工した。
【００２６】以上の３回の加工を行った被加工試料の表
面を、電圧０．５Ｖ、接触圧０．２ｎＮで観測した電流
像が図１２であり、電流の検出チャートが図１３であ
る。図１２において、加工孔にヘキシルメルカプタン
（ａ）が吸着した部位では１０．０ｎＡ程度、オクチル
メルカプタン（ｂ）が吸着した部位では１．０ｎＡ程
度、デシルメルカプタン（ｃ）が吸着した部位では０．
１ｎＡ程度の電流が流れたことがわかった。また、この
ように加工した媒体では図１３に示すように４種類の情
報（０、１、２、３）を書き込むことができ、従来の記
録媒体で用いられてきた２進法情報より多くの情報を書
き込むことができる。
面を、電圧０．５Ｖ、接触圧０．２ｎＮで観測した電流
像が図１２であり、電流の検出チャートが図１３であ
る。図１２において、加工孔にヘキシルメルカプタン
（ａ）が吸着した部位では１０．０ｎＡ程度、オクチル
メルカプタン（ｂ）が吸着した部位では１．０ｎＡ程
度、デシルメルカプタン（ｃ）が吸着した部位では０．
１ｎＡ程度の電流が流れたことがわかった。また、この
ように加工した媒体では図１３に示すように４種類の情
報（０、１、２、３）を書き込むことができ、従来の記
録媒体で用いられてきた２進法情報より多くの情報を書
き込むことができる。
【００２７】実施例７における情報書き込み／読み出し
の概念図が図１４である。実施例７において行ったよう
に、情報の書き込み（被加工試料の加工）の際には一定
の電圧で数種の情報を書き込むことができる。一方、読
み出す際には、図１２及び図１３に示すように検出され
る電流の値が指数関数的に変化することから、２進法情
報より多くの情報を読み取ることができる。
の概念図が図１４である。実施例７において行ったよう
に、情報の書き込み（被加工試料の加工）の際には一定
の電圧で数種の情報を書き込むことができる。一方、読
み出す際には、図１２及び図１３に示すように検出され
る電流の値が指数関数的に変化することから、２進法情
報より多くの情報を読み取ることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明により、ナノメートルスケールの
微細な加工が精度よく達成できた。
微細な加工が精度よく達成できた。
【図１】 本実施例で使用した原子間力加工装置の概念
図。
図。
【図２】 被加工試料の加工表面の原子間力顕微鏡写真
であって、加工孔の相対深さを表わしている。
であって、加工孔の相対深さを表わしている。
【図３】 被加工試料の加工表面の原子間力顕微鏡写真
であって、加工孔に流れるトンネル電流の量を表わして
いる。
であって、加工孔に流れるトンネル電流の量を表わして
いる。
【図４】 被加工試料の加工表面の原子間力顕微鏡写真
であって、本条件での加工限界を表わしている。
であって、本条件での加工限界を表わしている。
【図５】 溶媒を２−ブタノールとして加工を行った被
加工試料の加工表面の原子間力顕微鏡写真。
加工試料の加工表面の原子間力顕微鏡写真。
【図６】 溶媒を水飽和トルエンとして加工を行った被
加工試料の加工表面の原子間力顕微鏡写真。
加工試料の加工表面の原子間力顕微鏡写真。
【図７】 被加工試料側を正、カンチレバー側を負とし
て加工を行った場合の電圧の効果。
て加工を行った場合の電圧の効果。
【図８】 被加工試料側を負、カンチレバー側を正とし
て加工を行った場合の電圧の効果。
て加工を行った場合の電圧の効果。
【図９】 水分が加工に与える影響を示す図。
【図１０】 水分が加工に与える影響を概念的に説明し
た図。
た図。
【図１１】 接触圧が加工に与える影響を示す図。
【図１２】 加工孔に別の有機分子を埋め込んだ場合
に、加工孔に流れるトンネル電流の量を表わす原子間力
顕微鏡写真。
に、加工孔に流れるトンネル電流の量を表わす原子間力
顕微鏡写真。
【図１３】 図１２の顕微鏡写真を撮影する際に検出し
た電流像のチャート図。
た電流像のチャート図。
【図１４】 実施例７における情報書き込み／読み出し
方式を概念的に説明した図。
方式を概念的に説明した図。
Claims (5)
- 【請求項１】 被加工試料との間に生じる原子間力を検
知することができる導電性探針を有する導電性カンチレ
バーと、該探針と被加工試料との間に原子間力によって
生じた変位を検出する検出手段と、被加工試料上を走査
するに際して該原子間力を一定量に保持するために探針
と被加工試料との距離を一定に保持する制御手段と、被
加工試料と該探針との間に電位を印加する手段とを備え
た、原子間力検出手段を備えた装置を用いた微細加工方
法であって、該被加工試料と探針との間に、水を含有す
る非極性溶媒を存在させた上で、該探針に電圧をかける
ことによって被加工試料に微細な加工を施すことを特徴
とする微細加工方法。 - 【請求項２】 被加工試料表面に予め表面層を構築した
上で、表面層を電気化学的に除去することによって微細
な加工を施す請求項１に記載の微細加工方法。 - 【請求項３】 表面層が、被加工試料基板と化学結合可
能な有機分子で構成されている請求項２に記載の微細加
工方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の微細加工方法におい
て、水を含有する非極性溶媒中に、被加工試料表面に構
築した有機層を構成する有機分子以外の有機分子を含有
させた上で請求項３に記載の微細加工を行うことで、新
たな有機層を構築する微細加工方法。 - 【請求項５】 請求項３に記載の微細加工方法におい
て、水を含有する非極性溶媒中に、被加工試料表面に構
築した有機層を構成する有機分子以外の有機分子を含有
させた上で請求項３に記載の微細加工を行うことで、新
たな有機層を構築する情報記録方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001181572A JP2002355799A (ja) | 2001-03-30 | 2001-06-15 | 微細加工方法及び情報記録方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-100803 | 2001-03-30 | ||
| JP2001100803 | 2001-03-30 | ||
| JP2001181572A JP2002355799A (ja) | 2001-03-30 | 2001-06-15 | 微細加工方法及び情報記録方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002355799A true JP2002355799A (ja) | 2002-12-10 |
Family
ID=26612817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001181572A Pending JP2002355799A (ja) | 2001-03-30 | 2001-06-15 | 微細加工方法及び情報記録方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002355799A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007121191A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Seiko Instruments Inc | 液中セル |
| JP2007156082A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Ricoh Co Ltd | 静電荷現像用トナー評価方法および静電荷現像用トナー |
| JP2007205850A (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-16 | Seiko Instruments Inc | 電気化学測定装置 |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001181572A patent/JP2002355799A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007121191A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Seiko Instruments Inc | 液中セル |
| JP4660782B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2011-03-30 | セイコーインスツル株式会社 | 液中セル |
| JP2007156082A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Ricoh Co Ltd | 静電荷現像用トナー評価方法および静電荷現像用トナー |
| JP4707547B2 (ja) * | 2005-12-05 | 2011-06-22 | 株式会社リコー | 静電荷現像用トナー評価方法および静電荷現像用トナーの製造方法 |
| JP2007205850A (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-16 | Seiko Instruments Inc | 電気化学測定装置 |
| JP4697709B2 (ja) * | 2006-02-01 | 2011-06-08 | セイコーインスツル株式会社 | 電気化学測定装置 |
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