JP4035203B2

JP4035203B2 - 微細加工方法

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Publication number: JP4035203B2
Application number: JP15921797A
Authority: JP
Inventors: 亨治矢野; 亮黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2017-06-02
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成する微細加工方法に関し、特に、それを走査型プローブ顕微鏡を用いて行うようにした微細加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．，ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ第４９巻５７頁（１９８２）］が開発され、原子、分子レベルの実空間観察が可能になってきた。
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、導電性試料の距離を制御しながら走査し、その時の制御信号から試料表面の電子雲の情報、試料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。
ＡＦＭによれば絶縁物の表面でもそ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。ＳＴＭあるいはＡＦＭ等、試料表面を探針を用いて２次元走査を行い、そのプローブ（探針）と試料表面の相互作用から試料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、高分解能の表面観察手段として注目されている。
さらに、これらＳＰＭの原理を応用すれば、十分に原子オーダーでの微細加工を行うことが可能である。
例えば特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報にはＳＴＭ技術を用いて絶縁膜に電圧を印加して絶縁膜の導電率の変化を発生させる技術が開示されている。
この技術によればナノメートルスケールで導電率の上昇した部分を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、サブミクロン以下の微小な領域に電子を閉じ込めることにより量子効果を発現するデバイスの構成要素となすことが可能となる。
例えば数ｎｍから数百ｎｍの大きさの球状あるいは立方体状の導電性の領域を形成しこれを非導電性の領域で囲むことにより電子の閉じ込め効果が発生する量子ドットと呼ばれる構造が得られる。
また、数ｎｍから数百ｎｍの径を持つ棒状の導電性領域を形成し、これを非導電性の領域で囲むことにより電子の閉じ込め効果が発生する量子細線と呼ばれる構造が得られる。
このように、微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成することが量子効果を発現するデバイスを作成するために重要な役割をはたす。
ところが、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されている技術では導電性が上昇した部分が基板電極と電気的に接続されているために、微小領域に電子を閉じ込めることは難しい。
【０００４】
そこで、本発明は上記課題を解決し、微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成する微細加工方法を提供することを目的としている。
にある。
【０００５】
【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、微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成する微細加工方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、本発明の微細加工方法は、Ｓｉ基板上に、ＧｅＳｂ２Ｔｅ４薄膜、又はラングミュアーブロジェット法により形成されたポリイミド膜からなる非導電性薄膜が設けられている加工試料の微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成する微細加工方法であって、
前記非導電性薄膜に対向して配置された探針を、前記非導電性薄膜の加工すべき表面、又は該表面近傍に位置させ、前記Ｓｉ基板と前記探針との間に電圧を印加して、前記非導電性薄膜の導電率が上昇した導電性上昇部を形成し、
該導電性上昇部を含む前記非導電性薄膜と前記Ｓｉ基板との界面を酸化させ、該導電性上昇部と前記Ｓｉ基板とを電気的に絶縁して微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成することを特徴としている。
また、本発明の微細加工方法は、前記電圧印加が、無酸素雰囲気中で行われることを特徴としている。
また、本発明の微細加工方法は、前記電圧印加が、印加する電圧の探針側の極性を正としたことを特徴としている。
また、本発明の微細加工方法は、前記非導電性薄膜と前記非導電性基板との界面を酸化するに際して、加熱を行うことを特徴としており、また、その酸化が、陽極酸化であることを特徴としている。
また、本発明の微細加工方法は、前記非導電性薄膜が、ラングミュアーブロジェット法により形成されたことを特徴としている。
また、本発明の微細加工方法は、前記非導電性薄膜が、ポリイミドであることを特徴としている。
また、本発明の微細加工方法は、前記探針は、弾性体により支持された構成を備え、前記電圧印加は該弾性体により支持された探針の先端が前記非導電性薄膜表面に接触した位置で行われることを特徴としている。
また、本発明の微細加工方法は、前記弾性体のたわみ量を検出するステップを含むことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記構成により、電気的に基板と離された導電率の高い部分を微細な領域で形成することが可能となる。
ここで、本発明における非導電性薄膜は、電圧印加により伝導度が上昇するものからなる膜であればなんでもよい。導電性の上昇のためのメカニズムは電圧印加によるものであれば何でもよく、例えば電圧印加による電子状態の変化や、電圧印加により発生する熱による状態変化等がある。
導電性基板は前記非導電性薄膜の下地となる基板でありなるべく平坦なものが望ましい。前記導電性基板は前記非導電性薄膜に電圧を印加するときに片側の電極として作用する。
本発明による微細加工を始める前の初期の状態では基板表面には酸化膜が存在しないかまたは探針による電圧印加の効果が有効になるように十分に薄いものがよい。
【０００７】
また、ここでいう非導電性薄膜および導電性基板とは非導電性薄膜の導電性が導電性薄膜の導電性に比べて低いものであればよく、探針と導電性基板との間に電圧を印加すると非導電性基板に電圧がかかるものであればよい。
従って、非導電性薄膜として半導体、導電性基板として金属を用いる構造のようなものでもよい。
ただし、非導電性薄膜は電圧の印加により導電性が上昇するものでなければならない。
上記条件を満たす非導電性薄膜の材料としては、例えばポリイミドや鉛フタロシアニン等が挙げられる。
探針はＳＰＭで用いる探針である。
本発明による探針は導電性材料により形成されており前記非導電性薄膜表面に接触または表面近傍に位置し、前記非導電性薄膜に電圧を印加することにより導電率を変化させる。探針先端の形状は加工しようとするサイズに適した形状を用いる。
【０００８】
本発明による微細加工を図１を用いて説明する。
まず、探針１０１先端を非導電性薄膜１０２の加工を行いたい位置の表面または表面近傍に位置させる（図１（１））。
表面近傍とは探針から非導電性薄膜に電圧を印加したときにその効果が非導電性薄膜に働く位置をいう。
これは印加した電圧が非導電性薄膜の導電性が変化するに足りる電圧が非導電性薄膜に印加されたり、また印加された電圧により非導電性薄膜の導電性が変化するに足りる電流が非導電性薄膜に流れることである。
つぎに、探針１０１と導電性基板１０２との間に外部に接続された電源から電圧を印加する。この電圧印加により非導電性薄膜に基板と垂直方向に電圧が印加され、非導電性薄膜の導電性が上昇する（図１（２））。この部分を導電性上昇部１０５と呼ぶ。この状態では導電性上昇部は導電性基板１０３と電気的に接続されている。
電源１０５による電圧印加前には前述のように導電性基板１０３表面には十分に薄い酸化膜が存在する場合もあるが、この酸化膜は電源１０４による電圧印加が非導電性薄膜１０２に有効に働くものであるほど薄いものであり、この初期に存在する酸化膜では形成された導電性上昇部とは完全に電気的に接続されていない。
【０００９】
つぎに、この状態で導電性基板１０３の表面を酸化する（図１（３））。
この部分を酸化膜１０６とする。一般にこの酸化膜１０６は絶縁性であるため導電性上昇部１０５と導電性基板１０３は電気的に絶縁される。
酸化の方法としては熱酸化、自然酸化、陽極酸化などが挙げられる。熱酸化においては酸素を含む雰囲気で導電性基板１０３の温度を上げる。
この場合、探針１０１、電源１０４は不要であり、導電性上昇部１０５を含む非導電性薄膜１０２と導電性基板１０３のみを取り出して加熱を行ってよい。また、酸化のための時間が常温での酸化に比べて少なくてすむ。
また、自然酸化では導電性基板１０３を酸素を含む雰囲気で常温で酸化させる。この場合、探針１０１、電源１０４は不要であり、導電性上昇部１０５を含む非導電性薄膜１０２と導電性基板１０３のみを取り出して加熱を行ってよい。
この酸化方法の場合時間はかかるが熱による損傷が少なくてすむという利点がある。
【００１０】
陽極酸化は、探針１０１を用いて酸化する方法で、酸素を含む雰囲気中で、探針１０１が負、導電性基板１０３が正になるように電源１０４を用いて電圧を印加することにより導電性基板１０３側で陽極酸化が進行する。
この場合、探針１０１の位置により酸化する領域を制御することができ、一般には導電性上昇部１０５下部、及びその周辺でのみ陽極酸化を行えばよい。この方法によれば、電圧印加による非導電性薄膜の電圧上昇と導電性基板表面の導電率上昇が同じ装置を用いて行うことができる。
電圧印加により導電性薄膜１０２の導電率を上昇させるとき、無酸素雰囲気中で行うことにより、電圧印加中に導電性基板１０３の不必要な酸化を抑制することができる。
なお、ここで無酸素雰囲気とは酸素を含まない雰囲気のことをいい、例えば窒素中やアルゴン雰囲気、また真空中などが挙げられる。非導電性薄膜は電圧印加により伝導度が上昇するものからなる膜であればなんでもよいが、ポリイミドを用いると機械的強度が上昇し、探針が非導電性薄膜に万が一衝突しても機械的損傷を抑制することができる。
また、非導電性薄膜としてラングミュアーブロジェット法（ＬＢ法）により作成した薄膜を用いると、薄膜表面が特に平坦になるため探針の衝突も抑制でき、また印加する電圧の条件の場所依存性も減少させることができる。
【００１１】
本発明による探針はＳＰＭに用いる探針と同じであるが、本発明による探針は前述のとおり導電性を有していることが必要である。
本発明においてこの探針は従来のＳＰＭとしての動作を行うことも可能である。例えば前記探針と前記導電性基板との間に非導電性薄膜が導電率上昇を行わない程度に電圧を印加して、そのときに流れる電流が一定になるように探針の図１に示すＺ方向に移動制御しながら図示ＸＹ方向に走査し、そのときのＺ方向の制御信号から非導電性薄膜１０２表面の情報をえることができる。これは従来のＳＴＭによる表面観察である。
また、本発明において弾性体に支持された探針を用いることにより非導電性薄膜表面に探針先端がちょうど接触した状態にすることができ、この接触した位置で電圧印加を行うことにより、前記非導電性薄膜の中に前記探針がもぐりこみ前記非導電性薄膜を破壊することが防止できる。
この弾性体の例としては通常ＡＦＭにおいてカンチレバーとして用いられる板バネ状のものが挙げられる。
これは探針先端が非導電性薄膜表面に接触した状態から探針先端が非導電性薄膜表面に押し付けるように弾性体支持部を移動させても弾性体のたわみによりその力が吸収されるようにできるからである。
また、このときのたわみ量を検出するたわみ量を検出することにより通常のＡＦＭの動作をすることが可能となる。この状態で通常のＡＦＭ動作の機能を付与することにより導電率上昇のための電圧印加をする前に電圧を印加することなく表面を観察しながら位置決めを行うことができ、非導電性薄膜に不必要な電圧を印加することを避けることが可能となる。
【００１２】
【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を、図２に示す微細加工装置を用いた微細加工法について述べる。本微細加工装置は、
２０１：探針
２０４：ピエゾ素子
２０５：電源
２０６：電流検出装置
２０７：Ｚ方向位置制御回路
２０８：ＸＹ方向位置制御回路
２０９：マイクロコンピュータで構成されている。
また、加工の対象となる試料は、
２０２：ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜
２０３：Ｓｉ基板
であり、ここではＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２０２とＳｉ基板２０３を合わせて加工試料２１０という。
探針２０１はＰｔ製で通常のＳＴＭに用いるものであり、その先端の曲率半径は１０ｎｍのオーダである。
【００１３】
ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２０２はスパッタ法により形成され、膜厚は約３０ｎｍである。
このＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄は電圧印加により導電性が上昇する。Ｓｉ基板２０２は導電性の平滑なＳｉ（１００）でありＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２０２を堆積する直前にフッ酸により表面の酸化膜を除去している。
ピエゾ素子２０４は通常、ＳＴＭに用いるピエゾを用いており、上部に加工試料２１０を支持している。
このピエゾ素子に外部から電圧を印加することにより加工試料２１０を図示Ｘ、Ｙ、Ｚ各々の方向に移動させる。
これにより探針２０１と加工試料２１０の相対的位置を制御することが可能となる。
電源２０５は探針２０１とＳｉ基板２０３との間に電圧を印加する。
電流検出装置２０６は探針２０１とＳｉ基板２０３との間に流れる電流をを検出し、その値をＺ方向位置制御回路２０７、マイクロコンピュータ２０９に送る。
Ｚ方向位置制御回路２０７は、マイクロコンピュータからの指示によりピエゾ素子２０４に電圧を印加して、ピエゾ素子２０４のＺ方向の位置を制御する。
また、Ｚ方向位置制御回路２０７はマイクロコンピュータ２０９から指定される電流値と電流検出装置２０６からの値が等しくなるようにピエゾ素子２０４のＺ方向を制御することも可能である。
ＸＹ方向位置制御回路２０８は、マイクロコンピュータからの指示によりピエゾ素子２０４に電圧を印加して、ピエゾ素子２０４のＸＹ方向の位置を制御する。マイクロコンピュータ２０９は加工試料２１０の微細加工を行うための制御全般をつかさどる。
【００１４】
本実施例における微細加工は以下のとおりに行う。
まず、マイクロコンピュータ２０９の指示によりＸＹ方向位置制御回路２０８が信号を出し、探針２０１の先端が加工試料２１０表面の加工を施したい位置に来るようにピエゾ素子２０４をＸ−Ｙ方向に移動させる。
つぎに、マイクロコンピュータ２０９が探針２０１の先端と加工試料２１０の距離を両者に流れる電流として規定する。次に電源２０５により電圧が探針２０１とＳｉ基板２０３の間に印加され、探針２０１とＳｉ基板２０３の間に流れる電流を電流検出装置２０６が検出し、その値が先に規定した電流値となるようにＺ方向位置制御回路２０７がピエゾ素子２０４を制御する。
なお、このとき印加する電圧を距離制御用電圧と呼ぶ。規定の電流値になったところで、Ｚ方向位置制御回路２０７の動作をやめ、Ｚ方向の動きを止める。この状態でＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄の導電率を上昇させるための電圧を電源２０５から印加する。この電圧を導電率上昇用電圧という。
一般に距離制御用電圧はその電圧印加によりＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄膜２０２の導電率が上昇しない程度に設定してあり、導電率上昇電圧はＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄膜２０２の導電率が上昇するに十分な値が設定されている。
【００１５】
本実施例では距離制御用電圧として０．４Ｖ、導電率上昇用電圧として４．０Ｖとした。
本実施例ではこの導電率上昇用電圧を印加することにより、ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２０２に直径約２０ｎｍの領域に導電率上昇の領域を形成できた。なお、これら一連の動作はＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２０２をスパッタ法により形成した真空チャンバから取り出した直後に行った。なお、本実施例において探針２０１側を負として電圧を印加した時に電圧印加中に流れる電流が若干減少したが、これはＳｉ基板２０３が正となったため陽極酸化が進行したためと考えれらる。
探針を正にしたときにはこの電流減少は観測されなかった。つまり、安定に導電率上昇を発生させるためには探針２０１が正となるように電圧印加を行った方がよい。
つぎに、加工試料２１０のみを取り出して、酸素４０％、窒素６０％の雰囲気室温において１０日間放置する。
これによりＳｉ基板２０３のＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄との界面近傍が酸化され、ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄の導電性が上昇した部分と、Ｓｉ基板２０３が電気的に絶縁される。
【００１６】
［実施例２］
つぎに、本発明による実施例２について説明する。
本実施例は、実施例１に用いた微細加工装置を用いるが、探針２０１、ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄、Ｓｉ基板２０３、ピエゾ素子２０４を真空中にいれた点で実施例１と異なる。
真空を形成するためにはターボ分子ポンプを用いている。その他の構成は実施例１に用いた微細加工装置と同じである。
本実施例ではまず、マイクロコンピュータ２０９が探針２０１の先端と加工試料２１０の距離を両者に流れる電流として規定する。つぎに、電源２０５により電圧が探針２０１とＳｉ基板２０３の間に印加され、探針２０１とＳｉ基板２０３の間に流れる電流を電流検出装置２０６が検出し、その値が先に規定した電流値となるようにＺ方向位置制御回路２０７がピエゾ素子２０４を制御する。この帰還制御を保ったままマイクロコンピュータ２０９の指示によりＸＹ方向位置制御回路２０８が信号を出し、探針２０１の先端が加工試料２１０表面を走査するようにピエゾ素子２０４をＸ−Ｙ方向に走査させる。この時のＸＹ方向の制御信号とＺ方向の制御信号から、加工試料２０５表面を観察できるが、これは通常のＳＴＭの動作である。
【００１７】
本実施例では、実施例１と異なり真空中で動作させるためこのようにＳＴＭ動作を行うための電圧を印加してもＳｉ基板２０３の酸化は全く進行しない。
つぎに、加工を行いたい位置に来たところで、ＸＹ方向の移動をやめる。マイクロコンピュータ２０９が導電率上昇のための電圧を印加させるときの探針２０１の先端と加工試料２１０の距離を両者に流れる電流として規定し、Ｚ方向位置制御回路２０７が動作し、両者の距離を電流が規定値になるように制御する。
規定の電流値になったところで、Ｚ方向位置制御回路２０７の動作をやめ、Ｚ方向の動きを止める。
この状態でＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄の導電率を上昇させるための電圧を電源２０５から印加する。
本実施例では、このとき加工試料２１０周辺には酸素が存在しないため導電率上昇のための電圧を印加している間でも電流値の減少は観測されず、Ｓｉ基板２０３の不必要な酸化は発生しなかった。
距離制御用電圧の設定値に対しては実施例１ほど厳密ではないという利点もある。また酸化が抑制されるため、本実施例ではＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜の導電性上昇のための電圧を印加する前に通常のＳＴＭ動作を行うことが可能であり、ＸＹ方向の位置決めが正確にできるという利点もある。
導電率上昇のための電圧印加終了後、加工試料２１０を真空チャンバから取り出し、実施例１で示した方法と同様な方法でＳｉ基板２０３のＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜との界面部分を酸化した。
本実施例においても、Ｓｉ基板２０３と電気的に絶縁されかつ導電性が上昇した部分をＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２０２に形成することができた。
【００１８】
［実施例３］
つぎに、本発明による実施例３を示す。実施例３では図３に示す微細加工装置を用いた。本実施例で用いた加工装置は
３０１：探針
３０２：カンチレバー
３０３：レーザ
３０４：２分割センサ
３０７：ピエゾ素子
３０８：電源
３０９：Ｚ方向位置制御回路
３１０：ＸＹ方向位置制御回路
３１１：たわみ量検出装置
３１２：マイクロコンピュータ
から構成されている。本実施例では加工の対象として
３０５：ポリイミドＬＢ膜
３０６：Ｓｉ基板
を用いており、ここではポリイミドＬＢ膜３０５とＳｉ基板３０６を合わせて加工試料３１３という。
【００１９】
探針３０１はＰｔ製であり、実施例１で用いた微細加工装置と同様に先端が鋭利なものである。カンチレバー３０２に支持されている。この探針３０１は板バネ状のカンチレバー３０２により支持されている。このカンチレバー３０２は通常のＡＦＭにおいて用いられるものと同様のものであり、本実施例においてはバネ定数０．０５Ｎ／ｍのものを使用した。
レーザ３０３はカンチレバー３０２の加工試料と反対側の面を照射するものであり、本実施例においては半導体レーザを用いた。レーザ３０３から照射されたレーザ光はカンチレバー３０２により反射され、２分割センサ３０４に導入される。２分割センサ３０４は２のフォトダイオードから構成され、この２つのダイオードにレーザ光がほぼ均等になるように導入される。
カンチレバー３０２がたわむとレーザ光の反射が変化し、２分割センサ３０４の２つのフォトダイオードに導入される光の割合が変化する。この光の変化量はたわみ量検出装置３１１に送られ、たわみ量検出装置はその入力信号からたわみ量を算出する。
このたわみ量は探針３０１が加工試料３１３から受ける力を示している。この検出方法は通常のＡＦＭにおける光てこ方式と呼ばれるものである。
【００２０】
ポリイミドＬＢ膜は、ラングミュアブロジェット法により形成されたポリイミド膜であり電圧の印加に導電率が変化する。本実施例で用いたポリイミドＬＢ膜の膜厚は約５ｎｍであった。
Ｓｉ基板３０６は導電性の平滑なＳｉ（１００）でありポリイミドＬＢ膜３０５を堆積する前にフッ酸により表面の酸化膜を除去している。
ピエゾ素子３０７は実施例１におけるピエゾ素子２０４と同じものである。
電源３０８は探針３０１とＳｉ基板３０６との間に電圧を印加する。
Ｚ方向位置制御回路３０９はマイクロコンピュータからの指示によりピエゾ素子３０７に電圧を印加して、ピエゾ素子３０７のＺ方向の位置を制御する。また、Ｚ方向位置制御回路３０７はマイクロコンピュータ３１１から指定される値とたわみ量検出装置３１１の出力値が等しくなるようにピエゾ素子３０７のＺ方向を制御することも可能である。
ＸＹ方向位置制御回路３１０は、マイクロコンピュータからの指示によりピエゾ素子３０７に電圧を印加して、ピエゾ素子３０７のＸＹ方向の位置を制御する。マイクロコンピュータ３１２は加工試料３１３の微細加工を行うための制御全般をつかさどる。
【００２１】
本実施例における微細加工は以下のとおりに行う。
【００２２】
マイクロコンピュータ３１２が探針３０１の先端と加工試料３１３との間に働く力をカンチレバー３０２のたわみ量として規定する。
つぎに、マイクロコンピュータ３１２の指令によりＺ方向位置制御回路３０９が動作して探針３０１と加工試料３１３を接触させてたわみ量検出装置３１１の出力が規定値になるように制御する。
この帰還制御を保ったままマイクロコンピュータ３１２の指示によりＸＹ方向位置制御回路３１０が信号を出し、探針３０１の先端が加工試料３１３表面を走査するようにピエゾ素子３０７をＸ−Ｙ方向に走査させる。
この時のＸＹ方向の制御信号とＺ方向の制御信号から、加工試料３１３の表面形状を観察する。
これは通常のＡＦＭの動作である。このＡＦＭによる表面観察を行うことにより試料加工を行いたい位置を容易に特定することが可能である。
【００２３】
次に加工を行いたい位置に来たところでＺ方向位置制御回路３０９とＸＹ方向位置制御回路３１０によるピエゾ素子３０７への出力電圧を固定してＸＹ方向の移動をやめる。
つぎに、マイクロコンピュータ３１２の指令により電源３０８が動作して、ポリイミドＬＢ膜の導電率を上昇させるための電圧を印加する。本実施例では７Ｖの電圧を印加することにより直径約５ｎｍの領域に導電率上昇の領域を形成できた。なお、本実施例において探針３０１側を負として電圧を印加した時に電圧印加中に流れる電流が若干減少したが、これはＳｉ基板３０６が正となったため陽極酸化がわずかながら発生したためと考えれらる。探針を正にしたときにはこの電流減少は観測されなかった。
つまり、安定に導電率上昇を発生させるためには探針３０１が正となるように電圧印加を行った方がよい。
つぎに、加工試料３１３を微細加工装置から取り出して酸素４０％、窒素６０％の雰囲気で３５０℃において２４時間処理した。
これによりＳｉ基板３０６のポリイミドＬＢ膜３０５との界面近傍が酸化され、ポリイミドＬＢ膜３０５の導電性が上昇した部分と、Ｓｉ基板３０６が電気的に絶縁される。
本実施例では探針３０１の位置を固定して導電率を上昇させるための電圧印加を行い導電率上昇を発生させた後にＳｉ基板３０６とポリイミドＬＢ膜３０５との界面近傍を酸化することにより、点状の領域に電子を閉じ込める構造を作成することができた。
上記方法に加え、導電率を上昇させるための電圧を印加した状態で探針３０１を試料表面ＸＹ方向に移動することにより線状あるいは面状で導電性上昇の領域を作成し、その後に酸化処理を行うことにより線状、あるいは面状の領域に電子を閉じ込める構造を形成することも可能である。
【００２４】
本実施例では、探針３０１をカンチレバー３０２により支持される機構を採用し、そのたわみ量を検出したことから電圧を印加すること無く試料表面の形状を測定することが可能となり不必要な酸化を抑制した状態で位置決めが可能である。また、本実施例では加工する材料としてポリイミドを用いており、探針による加工試料表面の損傷を抑制することができた。
また、本実施例においてはＬＢ法により作成した膜を使用しているため、加工試料表面が平坦であり探針による加工試料への衝突を抑制することができ、やはり加工試料表面の損傷を抑制することができる。
【００２５】
［実施例４］
つぎに、図３に示した微細加工装置を用いた実施例４を示す。本実施例においてもポリイミドＬＢ膜を加工する。
本実施例ではポリイミドＬＢ膜３０５の導電率を上昇させる方法は実施例３に示した方法と同様にして行う。
つぎに、探針３０１が負、Ｓｉ基板３０６が正になるように電源３０８から１０Ｖの電圧を印加した。
これによりＳｉ基板３０６のポリイミドＬＢ膜３０５との界面近傍が酸化され、ポリイミドＬＢ膜３０５の導電性が上昇した部分と、Ｓｉ基板３０６が電気的に絶縁される。
本実施例においては、基板の酸化過程をポリイミドＬＢ膜３０５の導電率上昇のために用いた探針３０１や電源３０８を用いて陽極酸化を行っているので、酸化のために別の手段を用意しなくてもよい。
また、探針３０１を用いて酸化を行うので、導電率の上昇が発生したポリイミドＬＢ膜部分の直下のＳｉ基板が酸化され、不必要な酸化が発生しないという利点もある。
【００２６】
［実施例５］
つぎに、図４に示した微細加工装置を用いた実施例５を示す。本実施例で用いた微細加工装置は実施例３で用いた微細加工装置から
３０３：レーザ
３０４：２分割センサ
３１１：たわみ量検出装置
を除いたものである。
Ｚ方向位置制御回路３０９はマイクロコンピュータからの指示によりピエゾ素子３０７に電圧を印加して、ピエゾ素子３０７のＺ方向の位置を制御する。
本実施例に用いる微細加工装置ではたわみ量検出装置を具備しておらず、カンチレバー３０２のたわみ量は検出されない。
また、本実施例で用いたカンチレバーのバネ定数０．０１Ｎ／ｍである。
他の構成は実施例３で用いた微細加工装置と同じである。
【００２７】
本実施例における微細加工は次の通り行う。
まず、マイクロコンピュータ３１２がＸＹ方向位置制御回路３１０に指令を出して、ピエゾ素子３０７を駆動させ、探針３０１先端をＸＹ方向に移動させ導電率上昇を発生させたい位置に移動させる。
つぎに、マイクロコンピュータ３１２がＺ方向位置制御回路３０９に指令を出して、ピエゾ素子３０７を駆動させ、探針３０１先端をＺ方向に移動させポリイミドＬＢ膜表面に接触させる。
このＺ方向の位置はあらかじめ定められた位置であるが、本実施例ではカンチレバー３０２のたわみ量は検出されていないので、探針３０１の接触を検知することはしていない。
しかし、探針３０１をポリイミド表面に押し付けるようにするとカンチレバー３０２がたわんで探針３０１がポリイミドＬＢ膜３０５表面に位置することになる。この状態で実施例３に示した方法と同様な方法によりポリイミドＬＢ膜３０５に電圧を印加して導電率を上昇させる。
その後Ｓｉ基板３０６のポリイミドＬＢ膜３０５界面付近を酸化させるが、その方法は実施例３に示した方法と同じである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように、電圧印加により非導電性薄膜に導電率の高い部分を微細な領域で形成し、該導電性上昇部を含む前記非導電性薄膜と前記非導電性基板との界面を酸化させることによって、該導電性上昇部と前記非導電性基板とを電気的に絶縁して微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による微細加工方法を示す図である。
【図２】実施例１に用いた微細加工装置を示す図である。
【図３】実施例３に用いた微細加工装置を示す図である。
【図４】実施例５に用いた微細加工装置を示す図である。
【符号の説明】
１０１：探針
１０２：非導電性薄膜
１０３：導電性基板
１０４：電源
１０５：導電性上昇部
１０６：酸化膜
２０１：探針
２０２：ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜
２０３：Ｓｉ基板
２０４：ピエゾ素子
２０５：電源
２０６：電流検出装置
２０７：Ｚ方向位置制御回路
２０８：ＸＹ方向位置制御回路
２０９：マイクロコンピュータ
３０１：探針
３０２：カンチレバー
３０３：レーザ
３０４：２分割センサ
３０５：ポリイミドＬＢ膜
３０６：Ｓｉ基板
３０７：ピエゾ素子
３０８：電源
３０９：Ｚ方向位置制御回路
３１０：ＸＹ方向位置制御回路
３１１：たわみ量検出装置
３１２：マイクロコンピュータ

Claims

Ｓｉ基板上に、ＧｅＳｂ２Ｔｅ４薄膜、又はラングミュアーブロジェット法により形成されたポリイミド膜からなる非導電性薄膜が設けられている加工試料の微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成する微細加工方法であって、
前記非導電性薄膜に対向して配置された探針を、前記非導電性薄膜の加工すべき表面、又は該表面近傍に位置させ、前記Ｓｉ基板と前記探針との間に電圧を印加して、前記非導電性薄膜の導電率が上昇した導電性上昇部を形成し、
該導電性上昇部を含む前記非導電性薄膜と前記Ｓｉ基板との界面を酸化させ、該導電性上昇部と前記Ｓｉ基板とを電気的に絶縁して微細な領域に電子を閉じ込める構造を形成することを特徴とする微細加工方法。
前記電圧印加が、無酸素雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１に記載の微細加工方法。
前記電圧印加は、印加する電圧の探針側の極性を正とした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。
前記非導電性薄膜と前記非導電性基板との界面を酸化するに際して、加熱を行う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。
前記酸化が、陽極酸化であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の微細加工方法。
前記非導電性薄膜が、ラングミュアーブロジェット法により形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の微細加工方法。
前記非導電性薄膜が、ポリイミドであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の微細加工方法。
前記探針は、弾性体により支持された構成を備え、前記電圧印加は該弾性体により支持された探針の先端が前記非導電性薄膜表面に接触した位置で行われることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の微細加工方法。
前記微細加工方法は、前記弾性体のたわみ量を検出するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の微細加工方法。