JP2009534200A - 2次元ペン配列を有する並列リソグラフィのための物品 - Google Patents
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Abstract
Description
Dip-Pen Nanolithographic(登録商標)(DPN)(登録商標)印刷は、少なくとも一部の態様において、例えば50nm以下から何マイクロメートルまでの長さスケールで表面をパターン形成するための原子間力顕微鏡(AFM)の探針(tip)のような、コーティングされた鋭い探針を使用する走査プローブベースの技術としてさまざまな態様で開発されてきた(例えば、Piner et al. Science 283, 661-663(1999)(非特許文献1)を参照のこと)。そのさまざまな態様におけるこの新規の印刷技術は、ソフトマターの高分解能の走査プローブとの適合性とAFM法とを組み合わせることができ、それにより、分子電子工学から生物医学に至る範囲のさまざまな分野においてミクロパターン化基板およびナノパターン化基板を使用する他とは異なる機会を提供する。しかし、商業利用の一部の用途についてのDPN印刷における障害は、その比較的低い処理能力(例えば、Hong et al. Science 288, 1808-1811(2000)(非特許文献2); Salaita et al. Small 1, 940-945(2005)(非特許文献3)を参照のこと)、概して走査プローブリソグラフィの分野に伴う制限(例えば、Gates et al. Chem. Rev. 105, 1171-1196(2005)(非特許文献4); Tseng et al., J. Vac. Sci & Tech. B 23, 877-894(2005)(非特許文献5)を参照のこと)である。特にDPN法は、並列的方法というより逐次的方法として一般的に使用されており、個別にアドレス指定されたフィードバックシステムから生じる指数関数的複雑性およびコストが、そのアクセス可能性およびパターン形成の速度を制約し得る。従って、DPN法の簡易性を維持しながらその処理能力を改善する商業的必要性が存在する。
本発明は、複数の異なる態様を含む。
序論/DPN印刷
好ましい態様を詳細に参照し、その実施例を添付の図面に示す。本発明の多くの様相を好ましい態様と共に説明するが、それらは、本発明をそのような態様に限定することを意図しないことが理解されよう。反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲によっておよびそれらの均等物によって規定される本発明の精神および範囲内に含まれ得る代替物、修正物、および均等物に及ぶことが意図されている。
1.Mirkinらの米国特許第6,635,311号は、インク、探針、基板、および他の計装パラメータおよびパターン形成法を含むDPN印刷の基本的局面を記載する。
2.Mirkinらの米国特許第6,827,979号は、ソフトウェア制御、エッチング手順、ナノプロッタ、および複雑かつ組み合わせ的な配列形成を含むDPN印刷の基本的局面をさらに記載する。
3.2002年9月5日に公開された米国特許出願公開第2002/0122873 Al号("Nanolithography Methods and Products Produced Therefor and Produced Thereby")は、DPN印刷のアパーチャ(aperture)態様および駆動力態様を記載する。
4.2003年2月14日出願のEbyらの正式の米国特許出願第10/366,717号("Methods and Apparatus for Aligning Patterns on a Substrate")は、DPN印刷のための整列方法を記載する(2003年10月2日に2003/0185967として公開)。
5.2003年2月28日出願のDupeyratらの正式の米国特許出願第10/375,060号("Nanolithographic Calibration Methods")は、DPN印刷のための較正法を記載する。
6.2003年4月10日に公開されたMirkinらの米国特許出願公開第2003/0068446号("Protein and Peptide Nanoarrays")は、タンパク質およびペプチドのナノ配列を記載する。
7.2002年12月2日に出願されたMirkinらの正式の米国特許出願第10/307,515号 ("Direct-Write Nanolithographic Deposition of Nucleic Acids from Nanoscopic Tips")は、核酸パターン形成を記載する(2003年6月12日に公開されたPCT /US2002/038252)。
8.2002年12月17日出願のMirkinらの正式の米国特許出願第10/320,721号("Patterning of Solid State Features by Direct-Write Nanolithographic Printing")は、反応性パターン形成およびゾルゲルインクを記載する(現在2003/0162004として2003年8月28日に公開されている)。
9.Liuらの米国特許第6,642,129号および米国特許第6,867,443号("Parallel, Individually Addressible Probes for Nanolithography")は、能動ペン配列を記載する。
10.2003年1月9日に公開されたSchwartzの米国特許出願公開第2003/0007242号("Enhanced Scanning Probe Microscope and Nanolithographic Methods Using Same")
11.2003年1月9日に公開されたSchwartzの米国特許出願公開第2003/0005755号("Enhanced Scanning Probe Microscope")
12.2003年8月11日に出願され、現在2004/0101469として公開されている米国特許出願第10/637,641号は、触媒ナノ構造およびカーボンナノチューブの用途を記載している。
13.現在2004/0026681として2004年2月12日に公開されている2003年5月23日出願の米国特許出願第10/444,061号および2004年1月15日に公開されている米国特許出願公開第2004/0008330号は、タンパク質および導電性ポリマーの印刷をそれぞれ記載している。
14.現在は米国特許第7,005,378号である2003年8月26日に出願された米国特許出願第10/647,430号は、パターン形成化合物として導電性材料を記載している。
15.現在2004/017563として2004年9月9日に公開されている2003年10月21日出願の米国特許出願第10/689,547号は、フォトマスク修復を含むマスク用途を記載している。
16.現在2005/0035983として2005年2月17日に公開されている2003年11月12日に出願された米国特許出願第10/705,776号は、ミクロ流体力学およびインク送達を記載している。
17.現在2005/0009206として2005年1月13日に公開されている2004年3月1日出願の米国特許出願第10/788,414号は、ペプチドおよびタンパク質の印刷を記載している。
18.現在2005/0272885として2005年12月8日に公開されている2004年7月19日に出願された米国特許出願第10/893,543号は、ROMP法および組み合わせ配列を記載している。
19.現在2005/0255237として2005年11月17日に公開されている2005年2月14日出願の米国特許出願第11/056,391号は、スタンプ探針(stamp tip)またはポリマーコーティングされた探針用途を記載している。
20.現在2005/0235869として2005年10月27日に公開されている2005年2月25日出願の米国特許出願11/065,694号は、探針無しカンチレバーおよびフラットパネルディスプレイ用途を記載している。
21.2006年1月19日に公開された米国特許出願公開第2006/001,4001号は、DPN法によって作製されたナノ構造のエッチングを記載している。
22.2004年12月2日に公開されたLiuとMirkinの国際公開公報第2004/105046号は、接触印刷のための走査プローブを記載している。
1つの態様は、(i)配列が複数の基底行を含み、各基底行が基底行から延びる複数のカンチレバーを含み、それぞれのカンチレバーが、基底行から離れたカンチレバー端において探針を含み、探針が実質的に平坦な表面に接触する場合に、配列の非探針構成要素の実質的な接触を防ぐように配列が適合されている複数のカンチレバーの2次元配列と、(ii)配列のための支持体とを含む物品である。1つの特定の態様が、限定されない実施例および図で説明される。
別の態様は2次元配列を作製する方法を含む。例えば態様は、物品が、複数のカンチレバーの2次元配列と配列のための支持体とを含む、物品を作製する方法であって、(i)その終端において探針を含む複数のカンチレバーを含む2次元配列を形成し、カンチレバーが犠牲支持構造上に支持されている工程と、(ii)複数のカンチレバーを含む2次元配列に結合するために適合されている複数の基底行を含む配列支持体を形成する工程と、(iii)カンチレバーを基底行に結合する工程と、(iv)カンチレバーを解放し、かつ配列を形成するために、支持構造を除去する工程とを含む作製方法を含む。以下の限定されない実施例は、このような工程を実行するための1つの方法を提供する。図2を参照すること。図2において「静電結合」と示した構造は、パターン化されたカンチレバーを含む(パターン形成は示さず)。
2次元配列の各次元における水平出しを提供するために水平が実行されることができる。水平出しは、探針のみが表面に接触するので、配列を適合することに役立つことができる。以下の実施例は、カンチレバーの2次元配列が機器に備え付けられる前の、カンチレバーの水平出しの例を提供する。例えば重力および重力に近い力が、犠牲基板上でカンチレバーを水平出しするために使用されることができる。外部の力が使用されてもよい。他の力は、特定の2次元配列に必要とされる場合に使用されてもよい。例えば力は、約0.2nN/探針から約2,000nN/探針まで、または約2nN/探針または約200nN/探針、または約20nN/探針であってもよい。犠牲基板は、可能な限り平坦に、かつ所定の用途に実用的に作製されることができる。
配列の機器への備え付けは、個別にまたは組み合わせて動作する1つまたは複数の機構によって達成されることができる。例えば備え付けは、機械的連結、摩擦嵌合、または磁気連結を使用して実施されることができる。速硬性システムおよびUV硬化性システムを含む接着剤(adhesive)およびグルー(glue)が使用されてもよい。間隙充填剤または空間充填剤としてのその使用を含むエポキシ接着剤を以下に記載する。
印刷機器およびパターン形成機器ならびにナノリソグラフィ機器を含む機器も提供される。画像化能力およびパターン形成能力の両方を提供する機器が使用されることができる。本明細書の方法および装置は、走査プローブおよびAFM機器類と共に使用されることができるが、機器はそのようには限定されない。小規模量の材料を表面に送達するための分配機器および器具は公知である。例えば米国特許第6,024,925号、米国特許第6,087,274号、米国特許第5,981,733号を参照のこと。
DPNパターン形成が、序論の項の上記の参照文献および本明細書で引用した他の文献に記載されている。
従来のフォトリソグラフィ技術を使用して、55,000ペンの2次元配列が作製された(ペン歩留まり>98%、ペン間隔90×20μm、図1a)。パターン形成実験中に基板を覆う全ての55,000ペンの水平出しの難題が、各探針に関する独立したフィードバックの必要を無くして克服された。いくつかの重要なパラメータが開発された。
文献の手順に従って金基板が調製された。(Weinberger et al., Advanced Materials, 12, 1600(2000); Zhang et al., Langmuir, 20, 962-968 (2004))。1−オクタデカンチオール(ODT)(98%)および1−オクタノール(99%)が、Aldrich Chemical Co.から購入された。Fe(NO3)39H2O(99%)がAcros Chemicalsから購入され、チオ尿素(ACSグレード)がFisher Scientificから購入され、エタノール(ACS/USPグレード)がPharmco Products Inc.から購入された。5-min エポキシゲル(5-min epoxy gel)が、Devconから購入され、メーカーによる仕様通りに使用された。全ての化学製品が標準とされるように使用された。
探針を生成するために使用された微細加工処理は、簡単かつ丈夫であるように設計され、それにより高い歩留まりを提供し、その後の修正がしやすい(図2)。酸化ケイ素の200nmの層が、シリコン<100>ウェハ上で熱成長され(950℃、30分)、かつ90×20μmの間隔で10μm平方の開口を有してリソグラフィによりパターン形成された。酸化パターンは、その後、シリコンウェハにおいてピラミッド形探針モールドを形成するために、異方性シリコンエッチングのためのエッチマスクとして使用された(37%KOH、20分)。酸化エッチマスクは、緩衝化HF(6:6:1 H20:NH4F:HF, 5分)中で除去され、かつ400nm厚のSi3N4薄膜が、低圧の低応力化学蒸着プロセス(low stress chemical vapor deposition process)を使用して堆積された。ウェハの正面側上のSi3N4層が、その後、カンチレバーの配列を形成するために、リソグラフィによりパターン形成された。裏側には酸化物層が残ってない。
カンチレバー基底から離れて探針をカールさせることを引き起こすため、カンチレバーの探針側が、まず5×10-7mbar未満の基準圧力で作動されたBOC 306 Edwards真空蒸発器を使用して5nmのTi接着層および25nm Auでコーティングされた。その後ペン配列が2時間300℃に保持されてオーブンに置かれ、その後<5℃/分の割合で室温に徐冷された。カンチレバーの屈曲の程度は、光学顕微鏡によって検査され、かつSEMによって定量的に測定された。400℃でのペン配列の焼なましは、より程度の大きいカンチレバー屈曲を誘発したが、増加したAu拡散のため、高温はまた、金粒子の粗大化も生じた。従って焼なまし温度として300℃が選択された。カンチレバー屈曲は、金(αAU = 13.8 × 10-6℃-1)およびSi3N4(αSi3N4 = 3.6 × 10-6℃-1)の異なる熱膨張によって生じる。金コーティングされたSi3N4カンチレバーをバイモルフシステムにモデル化することによって、アークRの半径として表される焼なまし誘導曲率を等式2から計算できる。
式中、Dは、厚み(D1 = DAu = 25nm; D2 = DSi3N4 = 400nm)であり、Eは、ヤング率(E1 = EAu = 0.8 × 1O11N m-2; E2 = ESi3N4 = 3.8 x 1011N m-2であり、Δαは熱膨張の係数における差であり、およびΔTは温度における変化である。カンチレバーの自由端によって移動された撓みまたは距離dは、d = L2/2Rによって表されることができ、ここでLはカンチレバーの長さである。
ペン配列は、ODTを有する密封された金属容器の内部に配置された(ペン配列は、両面テープの一片で容器のカバーに取り付けられた)。容器は70℃まで加熱され、かつ30分保持され、その後ゆっくりと徐冷された。この蒸気コーティングプロセスは、DPN印刷の実験のために探針が十分にODTでコーティングされるまで繰り返された(典型的には2〜3回)。重要なことには、さらに多くのODTインクで探針を再コーティングする必要なく、3日間の期間中に25サンプルを超えるサンプルをパターン形成するために、コーティングされたペン配列を使用することができた。
ペン配列は、犠牲AuコーティングされたSiOx基板上へそっと置かれて、探針配列の重量(約100mg、20nN/探針)により全探針を基板と接触させた。エポキシコーティングされた磁化探針フォルダ(1cm×0.2cm)が、その際、AFMのzモータを使用してペン配列のパイレックス支持体と接触してそっと降ろされた(図4右)。探針ホルダと探針配列との間の隙間を充填するためにエポキシが広がり始めるまで、モータを使用して十分な圧力が印加された(エポキシ探針配列の接触点よりも約20〜50μm低い)(図4)。エポキシはその後、少なくとも1時間にわたって十分に硬化するためにおかれた。この実施例において、エポキシが重合中に1〜10%の体積減少を被り得るため、過剰を避けつつ、薄膜のエポキシを使用することが重要であったことに注意すること。(Schoch et al., Thermochimica Acta, 417, 115-118 (2004); Ramos et al., Polymer, 46, 3323-3328(2005))。エポキシが十分に硬化された後、全ての探針は、その後z−モータを同じ(±0.2μm)硬化位置へ移動することによって、基板と係合されることができる。興味深いことに、探針基板の接触は、カンチレバーの光反射率における屈曲誘導した変化をモニタすることによって見られることができる(図5)。Auコーティングは、探針反射率を高めることに注意すること。探針−基板接触の正確な位置は±1μm以内まで維持され、かつ、20を超える基板は同じz位置に戻ることによってパターン形成された。顕著なことに、ペン配列は、スキャナヘッドに再備え付けされ、高分解能パターン形成に使用されることができる。このシステムは、スキャナヘッド上に探針配列を再備え付けした後、cm平方面積上にパターン形成することに成功させた。磁気探針ホルダの再備え付けは、少量のエポキシのスキャナヘッドの一方の縁への成形を可能にすることによって容易になされた。
DPN実験が、100μmスキャナおよび閉ループスキャナ制御および市販のリソグラフィックソフトウェア(DPNWrite,(商標)DPN System-1, NanoInk, Inc., Chicago, IL)を備えたNscriptor(商標)(NanoInk, Inc., Chicago, IL)で行われた。全てのDPNパターン形成実験が、クリーンルーム(相対湿度約30%、約20℃)の助けを借りることなく実験室環境条件下で実行された。
オクタノール飽和ナノピュア水中の13.3 mM Fe(NO3)39H2O、20 mM チオ尿素、0.3% HClの槽に浸漬することで、DPNパターン形成された金基板上にエッチングが行われた(約1平方cm基板について15mLのエッチ溶液)。(Xia et al., Chemistry of Materials, 7, 2332-2337(1995); Geissler et al., Langmuir, 18, 2374-2377(2002); Zhang et al., Nano Letters, 3, 43-45(2003))。(約6nm/分の速度で)基板がエッチングについて目視検査されるので、槽はゆっくりと攪拌された。基板の色は、金が溶解するにつれて黄から紺色に変化した。
エッチング後のパターン化構造は、SEM (Leo Gemini 1525)、およびPenguin 600CLデジタルカメラおよびStreamPixソフトウェアを備えた光学顕微鏡(Zeiss Axiovert 1OOA 倒立顕微鏡, Thornwood NY)によって特徴づけられた。これらのツールは、パターン化構造の質を評価するための比較的高い処理能力の方法を提供する。0.5Hzの速度で走査され、かつ512×512の画素解像度に設定されたシリコン探針(NCH-W, Veeco, バネ定数40 N/m)を有するVeeco(Santa Barbara, CA)のNanoscope IV controllerを備えたNanoman AFMでタッピングモードSFM画像が収集された。0.05N/mのバネ定数を有する金コーティングされた市販のAFMカンチレバー(研削(sharpened)Si3N4、Type A、NanoInk, Inc.)が接触モード画像化に使用された。
以下に示すのは、本明細書に報告された2D並列DPNのラピッドプロトタイピング能力を実証する三つの追加の実施例である。図6は、各カンチレバーのほぼ全書込み範囲に渡るAuドット配列を示す。図7は、文字「2D DPN」の形で分子ODTパターンから展開されたAu構造を示す。各ペンは、9×7μmの面積を占める5つの構造を、9分のパターン形成総時間で生成した。図8は、各ペンのパターン形成領域4つの4等部分を占める、9個の三角形、4本の線、5×5ドット、および「スマイルマーク」の形状のAu構造を示す。この場合のパターン形成総時間は、約5分であった。このような構造は2つの実施例だけであり、事実上任意のパターン形状を生成できることに注意すること。
1.配列が複数の基底行を含み、各基底行が基底行から延びる複数のカンチレバーを含み、それぞれのカンチレバーが基底行から離れたカンチレバー端において探針を含み、
探針が実質的に平坦な表面と接触する場合に、配列の非探針構成要素の実質的な接触を防ぐように配列が適合されている、
複数のカンチレバーの2次元配列と、
配列のための支持体と
を含む、物品。
2.探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有する、態様1に記載の物品。
3.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有する、態様1に記載の物品。
4.カンチレバーが支持体から離れ傾いて曲げられている、態様1に記載の物品。
5.カンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられている、態様1に記載の物品。
6.探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れ傾いて曲げられている、態様1に記載の物品。
7.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられている、態様1に記載の物品。
8.配列が、2次元配列のうちの第1の次元における300μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における300μm未満の探針間隔を特徴とする、態様1に記載の物品。
9.配列が、2次元配列のうちの第1の次元における200μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における50μm未満の探針間隔を特徴とする、態様1に記載の物品。
10.配列が、2次元配列のうちの少なくとも1次元における100μmまたはそれ未満の探針間隔を特徴とする、態様1に記載の物品。
11.カンチレバーの数が250よりも多い、態様1に記載の物品。
12.カンチレバーの数が10,000よりも多い、態様1に記載の物品。
13.カンチレバーの数が55,000よりも多い、態様1に記載の物品。
14.それぞれの探針が探針端部から支持体に至る距離Dを特徴とし、かつ探針配列が探針端部から支持体までの平均距離D'を特徴とし、かつDが、少なくとも90%の探針についてD'との差が50μm以内である、態様1に記載の物品。
15.それぞれの探針が探針端部から支持体に至る距離Dを特徴とし、かつ探針配列が探針端部から支持体までの平均距離D'を特徴とし、かつDが、少なくとも90%の探針についてD'との差が10μm以内である、態様1に記載の物品。
16.基底行が少なくとも約1mmの平均長を有する、態様1に記載の物品。
17.カンチレバーがカンチレバーの屈曲に適合された複数層を含む、態様1に記載の物品。
18.カンチレバーがバイモルフカンチレバーである、態様1に記載の物品。
19.カンチレバーがフィードバックに適合されていない、態様1に記載の物品。
20.少なくとも1つのカンチレバーがフィードバックに適合されていない、態様1に記載の物品。
21.実質的に全てのカンチレバーがフィードバックに適合されている、態様1に記載の物品。
22.基底行が支持体に対して少なくとも約5μmの高さを有する、態様1に記載の物品。
23.探針が100nm未満の平均曲率半径を有する、態様1に記載の物品。
24.探針が約10nmから約50nmまでの平均曲率半径を有する、態様1に記載の物品。
25.カンチレバーが約0.001N/mから約10N/mまでの平均の力の定数を有する、態様1に記載の物品。
26.カンチレバーが約0.05N/mから約1N/mまでの平均の力の定数を有する、態様1に記載の物品。
27.配列支持体が約2平方cmまたはそれ未満である表面積を含むカンチレバー探針から離れた向こう側の面を特徴とする、態様1に記載の物品。
28.配列が少なくとも95%のカンチレバー歩留まりを特徴とする、態様1に記載の物品。
29.配列が少なくとも98%のカンチレバー歩留まりを特徴とする、態様1に記載の物品。
30.カンチレバーが非接着性結合によって基底に束縛されている、態様1に記載の物品。
31.探針がパターン形成化合物でコーティングされている、態様1に記載の物品。
32.カンチレバーが平均して約10μmから約50μmまで曲げられている、態様1に記載の物品。
33.探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れ傾いて曲げられており、かつ配列が、2次元配列のうちの第1の次元における300μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における300μm未満の探針間隔を特徴とする、態様1に記載の物品。
34.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられており、かつ配列が、2次元配列のうちの第1の次元における300μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における300μm未満の探針間隔を特徴とする、態様1に記載の物品。
35.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられており、かつ配列が、2次元配列のうちの第1の次元における200μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における50μm未満の探針間隔を特徴とする、態様1に記載の物品。
36.カンチレバーの数が250よりも多い、態様34に記載の物品。
37.カンチレバーの数が10,000よりも多い、態様35に記載の物品。
38.カンチレバーがカンチレバーの屈曲に適合された複数層を含む、態様34に記載の物品。
39.カンチレバーが非接着性結合によって基底に束縛されている、態様34に記載の物品。
40.カンチレバーがカンチレバー端において探針を含み、探針が実質的に平坦な表面と接触される場合に、配列の非探針構成要素の実質的な接触を防ぐように配列が適合されている、複数のカンチレバーの2次元配列。
41.配列が複数の基底行を含み、各基底行が基底行から延びる複数のカンチレバーを含み、各カンチレバーが基底から離れたカンチレバー端において探針を含み、
探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有する、
複数のカンチレバーの2次元配列と、
配列のための支持体と
を含む、物品。
42.配列が少なくとも95%のカンチレバー歩留まりを特徴とする、態様41に記載の物品。
43.配列が、1次元における200μm未満の探針間隔、および第2の次元における50μm未満の探針間隔を特徴とする、態様41に記載の物品。
44.カンチレバーの数が少なくとも50,000である、態様41に記載の物品。
45.探針がパターン形成化合物でコーティングされている、態様41に記載の物品。
46.カンチレバーがカンチレバーの屈曲に適合された複数層を含む、態様41に記載の物品。
47.カンチレバーがその基底から傾いて曲げられている、態様41に記載の物品。
48.カンチレバーがフィードバックに適合されていない、態様41に記載の物品。
49.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有する、態様41に記載の物品。
50.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、カンチレバーがフィードバックに適合されておらず、かつカンチレバーの数が少なくとも250である、態様41に記載の物品。
51.配列が複数の基底行を含み、各基底行が基底行から延びる複数のカンチレバーを含み、各カンチレバーが基底行から離れたカンチレバー端において探針を含み、
カンチレバーがその基底から傾いて曲げられている、複数のカンチレバーの2次元配列を含む、
物品。
52.配列が少なくとも95%のカンチレバー歩留まりを特徴とする、態様51に記載の物品。
53.配列が、1次元における200μm未満の探針間隔、および第2の次元における100μm未満の探針間隔を特徴とする、態様51に記載の物品。
54.カンチレバーの数が少なくとも50,000である、態様51に記載の物品。
55.探針がパターン形成化合物でコーティングされている、態様51に記載の物品。
56.カンチレバーが力のフィードバックに適合されていない、態様51に記載の物品。
57.カンチレバーがその基底から少なくとも10°の角度で曲げられている、態様51に記載の物品。
58.カンチレバーが平均して約10μmから約50μmまでで曲げられている、態様51に記載の物品。
59.探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有する、態様51に記載の物品。
60.カンチレバーが力のフィードバックに適合されておらず、カンチレバーの数が少なくとも250であり、かつカンチレバーがその基底から少なくとも10°の角度で曲げられている、態様51に記載の物品。
61.複数のカンチレバーの2次元配列と配列のための支持体とを含む物品を作製する方法であって、
端部に探針を含む複数のカンチレバーを含む2次元配列を形成し、カンチレバーが犠牲支持構造に支持されている工程と、
複数のカンチレバーを含む2次元配列への結合に適合されている複数の基底行を含む配列支持体を形成する工程と、
カンチレバーを基底行に結合する工程と、
カンチレバーを解放し、かつ配列を形成するために、犠牲支持構造を除去する工程と
を含む、方法。
62.探針が実質的に平坦な表面と接触される場合に、配列の非探針構成要素の実質的な接触を防ぐように配列が適合されている、態様61に記載の方法。
63.探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有する、態様61に記載の方法。
64.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有する、態様61に記載の方法。
65.カンチレバーを支持体から離れ傾いて曲げる工程をさらに含む、態様61に記載の方法。
66.カンチレバーを支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げる工程をさらに含む、態様61に記載の方法。
67.探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れ傾いて曲げられる、態様61に記載の方法。
68.探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられる、態様61に記載の方法。
69.配列が少なくとも95%のカンチレバー歩留まりを特徴とする、態様61に記載の方法。
70.配列が、1次元における200μm未満の探針間隔、および第2の次元における50μm未満の探針間隔を特徴とする、態様61に記載の方法。
71.カンチレバーの数が10,000より大きい、態様61に記載の方法。
72.基底行が少なくとも約1mmの平均長を有する、態様61に記載の方法。
73.カンチレバーがカンチレバーの屈曲に適合されている複数層を含む、態様61に記載の方法。
74.カンチレバーがカンチレバーの探針側で金属によってコーティングされている、態様61に記載の方法。
75.カンチレバーが力のフィードバックに適合されていない、態様61に記載の方法。
76.基底行が支持体に対して少なくとも約5μmの高さを有する、態様61に記載の方法。
77.探針が100nm未満の平均曲率半径を有する、態様61に記載の方法。
78.カンチレバーが約0.1N/mから約1N/mまでの平均の力の定数を有する、態様61に記載の方法。
79.カンチレバーがその基底から少なくとも10°の角度で曲げられる、態様61に記載の方法。
80.カンチレバーが平均して約10μmから約50μmで曲げられる、態様61に記載の方法。
81.結合工程が非接着性結合である、態様61に記載の方法。
82.物品を機器に連結し、かつ印刷のために物品を使用する工程をさらに含む、態様61に記載の方法。
83.2次元配列を形成する工程が微細加工を含む、態様61に記載の方法。
84.配列支持体を形成する工程が微細加工を含む、態様61に記載の方法。
85.結合工程の後、配列支持体が約2平方cmまたはそれ未満の区画へ線彫りされる、態様61に記載の方法。
86.結合工程の後、配列支持体が約0.5平方cmから約1.5平方cmまでの区画へ線彫りされる、態様61に記載の方法。
87.各形成工程が微細加工を含み、かつ探針が実質的に平坦な表面と接触する場合に、探針が配列の非探針構成要素の実質的な接触を防ぐように適合されている、態様61に記載の方法。
88.探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有する、態様87に記載の方法。
89.カンチレバーを支持体から傾いて曲げる工程をさらに含む、態様88に記載の方法。
90.カンチレバーを支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げる工程をさらに含む、態様89に記載の方法。
91.(1)2次元配列のカンチレバーを微細機械加工し、カンチレバーを支持し、かつカンチレバーを動きのため機器に連結もすることができる装置に結合するようにカンチレバーが適合されている工程と、(2)カンチレバーを装置に結合する工程とを含む、方法。
92.少なくとも毎分100,000の速度でナノ構造を直接書き込み、直接書き込みが、その上にパターン形成化合物を有する探針を基板と接触させる工程を含む、直記ナノリソグラフィのための方法。
93.速度が少なくとも毎分1,000,000である、態様92に記載の方法。
94.速度が少なくとも毎分4,000,000である、態様92に記載の方法。
95.ナノ構造がドットを含む、態様92に記載の方法。
96.ナノ構造が約50nmから約1,000nmまでの直径のドットを含む、態様92に記載の方法。
97.ナノ構造が約50nmと約1,000nmとの間の距離によって分離されている、態様92に記載の方法。
98.態様1、40、41、または51に記載の物品を含む、機器。
99.複数のカンチレバーの2次元配列を調製し、配列が複数の基底行を含み、各基底行が基底行から延びる複数のカンチレバーを含み、各カンチレバーが基底行から離れたカンチレバー端において探針を含む工程と、
配列の探針を圧力下で犠牲基板と接触させて、基板上に整列された配列を形成する工程と、
任意で配列の動きに適合された機器に整列された配列を取り付ける工程と
を含む、方法。
100.圧力が外部的にまたは重力と共に生成される、態様99に記載の方法。
101.取り付ける工程が接着性または機械的取り付けである、態様99に記載の方法。
102.犠牲基板を配列の探針から除去する工程をさらに含む、態様99に記載の方法。
103.整列された配列を、配列の動きに適合された機器に取り付ける工程を含む、態様99に記載の方法。
104.カンチレバー端において探針を含む複数のカンチレバーの2次元配列を提供する工程と、
整列された配列を提供するために、犠牲基板を用いて探針を整列する工程と、
整列された配列を配列の動きに適合された機器とロックする工程と
を含む、方法。
Claims (41)
- 配列が複数の基底行(base rows)を含み、各基底行が基底行から延びる複数のカンチレバーを含み、それぞれのカンチレバーが基底行から離れたカンチレバー端において探針(tip)を含み、
探針が実質的に平坦な表面と接触する場合に、配列の非探針構成要素の実質的な接触を防ぐように配列が適合されている、
複数のカンチレバーの2次元配列と、
配列のための支持体と
を含む、物品。 - 探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有する、請求項1に記載の物品。
- 探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有する、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーが支持体から離れ傾いて曲げられている、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられている、請求項1に記載の物品。
- 探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れ傾いて曲げられている、請求項1に記載の物品。
- 探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられている、請求項1に記載の物品。
- 配列が、2次元配列のうちの第1の次元における300μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における300μm未満の探針間隔を特徴とする、請求項1に記載の物品。
- 配列が、2次元配列のうちの第1の次元における200μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における50μm未満の探針間隔を特徴とする、請求項1に記載の物品。
- 配列が、2次元配列のうちの少なくとも1次元における100μmまたはそれ未満の探針間隔を特徴とする、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーの数が250よりも多い、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーの数が10,000よりも多い、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーの数が55,000よりも多い、請求項1に記載の物品。
- それぞれの探針が探針端部から支持体に至る距離Dを特徴とし、かつ探針配列が探針端部から支持体の平均距離D'を特徴とし、かつDが、少なくとも90%の探針についてD'との差が50μm以内である、請求項1に記載の物品。
- それぞれの探針が探針端部から支持体に至る距離Dを特徴とし、かつ探針配列が探針端部から支持体への平均距離D'を特徴とし、かつDが、少なくとも90%の探針についてD'との差が10μm以内である、請求項1に記載の物品。
- 基底行が少なくとも約1mmの平均長を有する、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーがカンチレバーの屈曲に適合された複数層を含む、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーがバイモルフカンチレバーである、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーがフィードバックに適合されていない、請求項1に記載の物品。
- 少なくとも1つのカンチレバーがフィードバックに適合されていない、請求項1に記載の物品。
- 実質的に全てのカンチレバーがフィードバックに適合されている、請求項1に記載の物品。
- 基底行が支持体に対して少なくとも約5μmの高さを有する、請求項1に記載の物品。
- 探針が100nm未満の平均曲率半径を有する、請求項1に記載の物品。
- 探針が約10nmから約50nmまでの平均曲率半径を有する、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーが約0.001N/mから約10N/mまでの平均の力の定数を有する、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーが約0.05N/mから約1N/mまでの平均の力の定数を有する、請求項1に記載の物品。
- 配列支持体が、約2平方cmまたはそれ未満である表面積を含むカンチレバー探針から離れた向こう側の面を特徴とする、請求項1に記載の物品。
- 配列が少なくとも95%のカンチレバー歩留まりを特徴とする、請求項1に記載の物品。
- 配列が少なくとも98%のカンチレバー歩留まりを特徴とする、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーが非接着性結合によって基底に束縛されている、請求項1に記載の物品。
- 探針がパターン形成化合物でコーティングされている、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーが平均して約10μmから約50μmまで曲げられている、請求項1に記載の物品。
- 探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れ傾いて曲げられており、かつ配列が、2次元配列のうちの第1の次元における300μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における300μm未満の探針間隔を特徴とする、請求項1に記載の物品。
- 探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられており、かつ配列が、2次元配列のうちの第1の次元における300μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における300μm未満の探針間隔を特徴とする、請求項1に記載の物品。
- 探針がカンチレバーに対して少なくとも7μmの頂点の高さを有し、かつカンチレバーが支持体から離れて少なくとも10°の角度で曲げられており、かつ配列が、2次元配列のうちの第1の次元における200μm未満の探針間隔、かつ2次元配列のうちの第2の次元における50μm未満の探針間隔を特徴とする、請求項1に記載の物品。
- カンチレバーの数が250よりも多い、請求項34に記載の物品。
- カンチレバーの数が10,000よりも多い、請求項35に記載の物品。
- カンチレバーがカンチレバーの屈曲に適合された複数層を含む、請求項34に記載の物品。
- カンチレバーが非接着性結合によって基底に束縛されている、請求項34に記載の物品。
- カンチレバーがカンチレバー端において探針を含み、探針が実質的に平坦な表面と接触される場合に、配列の非探針構成要素の実質的な接触を防ぐように配列が適合されている、複数のカンチレバーの2次元配列。
- 配列が複数の基底行を含み、各基底行が基底行から延びる複数のカンチレバーを含み、各カンチレバーが基底から離れたカンチレバー端において探針を含み、
探針がカンチレバーに対して少なくとも4μmの頂点の高さを有する、
複数のカンチレバーの2次元配列と、
配列のための支持体と
を含む、物品。
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