JPH06297252A - Fine work method and device therefor - Google Patents

Fine work method and device therefor

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JPH06297252A
JPH06297252A JP10748393A JP10748393A JPH06297252A JP H06297252 A JPH06297252 A JP H06297252A JP 10748393 A JP10748393 A JP 10748393A JP 10748393 A JP10748393 A JP 10748393A JP H06297252 A JPH06297252 A JP H06297252A
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JP
Japan
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probe
fine
workpiece
fine processing
processing
Prior art date
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Application number
JP10748393A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Maesaka
明弘 前坂
Shunichi Hashimoto
俊一 橋本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP10748393A priority Critical patent/JPH06297252A/en
Publication of JPH06297252A publication Critical patent/JPH06297252A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable fine work up to (mum) order from an electron level without requiring a large-scale device such as a vacuum device under a chemically stable condition against oxidation and the like by carrying out the fine work while impressing work voltage between a probe of a scanning tunneling microscope and a work object in liquid. CONSTITUTION:When fine work is carried out, an interval between the tip (lower end) of a probe 10 and a work object surface 11a of a work object 11 is maintained in a prescribed value by position control in the X, Y and Z directions. In this condition, working high voltage is impressed between the probe 10 and the work object 11 from working electric power supply. In this case, for example, when liquid 9 is electrolytic solution, the probe 10 is used as an anode, and the work object 11 is used as a cathode, and when bias voltage is impressed, a cation atom generated by ionization of the electrolyte solution is deposited in a fine pattern (as a fine projecting part) as a metallic atom onto a surface of the work object 11 situated just under the probe 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微細加工方法及びその
装置に関し、例えばエレクトロニクスの分野において要
求される微細加工に好適な方法及びその装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine processing method and apparatus therefor, and more particularly to a method and apparatus suitable for fine processing required in the field of electronics.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばエレクトロニクスの分野では、高
集積化や微細素子化に伴って、リソグラフィー用マスク
の描画や素子内部の配線加工等において一層の微細加工
技術の開発が求められている。
2. Description of the Related Art In the field of electronics, for example, with higher integration and miniaturization of elements, further development of microfabrication technology is required for drawing a mask for lithography and wiring processing inside the element.

【0003】こうした微細加工技術として、集束したイ
オンビームによる露光、穴開け等の加工やイオンビーム
励起又はレーザービーム励起CVDを用いた露光、パタ
ーン析出等の加工等が提案されているが、これらの従来
技術においては、 0.2μm(200nm)程度の微細加工が限
度である。
As such a fine processing technique, exposure by a focused ion beam, processing such as drilling, exposure using ion beam excitation or laser beam excitation CVD, processing such as pattern deposition, etc. have been proposed. In the prior art, fine processing of about 0.2 μm (200 nm) is the limit.

【0004】また、例えば磁気記録の分野においては、
磁気ヘッドの狭トラック化や短波長記録の要求から、素
子そのものをより微細化すること、即ち、コアの微小領
域への磁性材料皮膜の形成や微細加工技術が求められて
いる。
In the field of magnetic recording, for example,
Due to the demand for narrower tracks of magnetic heads and shorter wavelength recording, further miniaturization of the element itself, that is, formation of a magnetic material film on a minute region of the core and fine processing technology are required.

【0005】最近、走査トンネル顕微鏡(以下、STM
と称することがある。)を真空中又はガス雰囲気中で用
い、半導体材料や金属材料に微細加工を施す方法が報告
されている。しかし、こうした方法では、高真空装置等
の大がかりな装置を必要とし、しかも酸化等を防ぐため
に雰囲気制御も必要となる。
Recently, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM
Sometimes called. ) Is used in a vacuum or in a gas atmosphere, and fine processing is performed on semiconductor materials and metal materials. However, such a method requires a large-scale device such as a high-vacuum device, and also requires an atmosphere control to prevent oxidation and the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高真
空装置等の大がかりな装置を必要とせず、酸化等に対し
て化学的に比較的安定な条件下で、特に被加工物に原子
レベルからμmオーダーの範囲で微細加工を施すことを
可能にする微細加工方法とその装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to eliminate the need for a large-scale device such as a high vacuum device and the like, especially under the condition that it is chemically relatively stable against oxidation and the like, especially on the work piece. It is an object of the present invention to provide a microfabrication method and a microfabrication apparatus capable of performing microfabrication in the range from the level to the μm order.

【0007】また、本発明の別の目的は、2次元的ある
いは3次元的な微細構造の加工方法とその装置を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for processing a two-dimensional or three-dimensional fine structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、走査ト
ンネル顕微鏡(STM)を使用し、液体中でSTMの探
針と被加工物との間に(例えば、探針と被加工物表面と
を液体中に浸した状態で、該探針と被加工物との間に)
加工電圧を印加することにより、該被加工物に微細加工
を施す方法に係るものである。
That is, the present invention uses a scanning tunneling microscope (STM), and in a liquid, between the STM probe and the workpiece (for example, the probe and the workpiece surface). Between the probe and the work piece, with and being immersed in liquid)
The present invention relates to a method of applying a processing voltage to perform fine processing on the workpiece.

【0009】また、本発明の方法においては、上記した
STMによる液体中での微細加工工程を繰り返すか、或
いはこの微細加工工程と通常の成膜又はエッチングによ
る加工工程とを繰り返すことによって、2次元的又は3
次元的な微細構造を形成することが望ましい。
In the method of the present invention, two-dimensional processing is performed by repeating the above-described fine processing step in liquid by STM, or by repeating this fine processing step and a normal processing step by film formation or etching. Target or 3
It is desirable to form a dimensional fine structure.

【0010】本発明の方法では、前記液体として電解質
溶液を用い、電解質から所定の原子を微細パターンに析
出させることができる。また、被加工物を電気化学的に
微細パターンに腐食することもできる。
In the method of the present invention, an electrolyte solution is used as the liquid, and predetermined atoms can be deposited in a fine pattern from the electrolyte. It is also possible to electrochemically corrode the work piece into a fine pattern.

【0011】そして、上記の加工電圧(Et)はEt>
|3V|とし、また、探針と被加工物との間隔を4μm
未満として加工することが望ましい。
The processing voltage (Et) is Et>
| 3V |, and the distance between the probe and the workpiece is 4 μm
It is desirable to process as less than.

【0012】また、被加工物と探針との間の間隔を制御
するための探針位置制御機構のフィードバック回路を開
放した状態で微細加工を行うことがよい。この場合、被
加工物に対する探針の位置制御を圧電変換素子によって
3次元方向に行うことができる。
Further, it is preferable to perform fine processing with the feedback circuit of the probe position control mechanism for controlling the distance between the workpiece and the probe opened. In this case, the position control of the probe with respect to the workpiece can be performed in the three-dimensional direction by the piezoelectric conversion element.

【0013】本発明の方法を実施するに際しては、探針
と液体収容部とを有する走査トンネル顕微鏡を備え、前
記探針と被加工物との間に加工電圧を印加する加工電源
を有する微細加工装置を使用することが望ましい。
In carrying out the method of the present invention, a fine processing having a scanning tunneling microscope having a probe and a liquid container, and having a processing power source for applying a processing voltage between the probe and a workpiece. It is desirable to use the device.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0015】まず、図3について本実施例による走査ト
ンネル顕微鏡(STM)を利用した微細加工装置のシス
テムを説明する。
First, referring to FIG. 3, a system of a fine processing apparatus using a scanning tunneling microscope (STM) according to this embodiment will be described.

【0016】試料ステージ21上に試料12が水平に載置さ
れる。そして、試料12の電極11の表面に、ピエゾ素子23
に固定された探針10が垂直に位置している。
The sample 12 is placed horizontally on the sample stage 21. Then, on the surface of the electrode 11 of the sample 12, the piezo element 23
The probe 10 fixed to is positioned vertically.

【0017】試料ステージ21は、互いに直交する水平の
X方向、Y方向に移動可能にしてあり、試料12のX方
向、Y方向の位置決めを行うには、夫々レーザ測長機22
X、22Yによる計測結果をマイクロコンピュータ29に入
力し、マイクロコンピュータ29によって駆動手段(図示
省略)を制御して駆動させる。
The sample stage 21 is movable in horizontal X and Y directions which are orthogonal to each other. To position the sample 12 in the X and Y directions, the laser length measuring machine 22 is used.
The measurement results of X and 22Y are input to the microcomputer 29, and the microcomputer 29 controls and drives a driving means (not shown).

【0018】試料12に対する探針10の精密な位置決め
は、ほぼ円筒形のピエゾ素子23により、次のようにして
なされる。
Precise positioning of the probe 10 with respect to the sample 12 is performed by the substantially cylindrical piezo element 23 as follows.

【0019】ピエゾ素子23のX方向の内周端及び外周端
はX方向走査回路25に接続し、同Y方向の内周端及び外
周端はY方向走査回路26に接続し、同Z方向(鉛直方
向)の上下端はZ方向駆動・サーボ回路27に接続してい
る。ピエゾ素子23のX方向、Y方向、Z方向の各回路へ
の接続端は、対称位置に夫々2組づつ設けているが、図
3では一方の1組のみ示し、他方の1組は図示省略して
ある。
The X-direction inner peripheral edge and outer peripheral edge of the piezo element 23 are connected to the X-direction scanning circuit 25, and the Y-direction inner peripheral edge and outer peripheral edge are connected to the Y-direction scanning circuit 26. The upper and lower ends (in the vertical direction) are connected to the Z-direction drive / servo circuit 27. Two pairs of connecting ends of the piezo element 23 to each circuit in the X direction, Y direction, and Z direction are provided at symmetrical positions, but only one set is shown in FIG. 3 and the other one set is not shown. I am doing it.

【0020】X方向走査回路25、Y方向走査回路26及び
Z方向駆動・サーボ回路27はマイクロコンピュータ29に
接続している。マイクロコンピュータ29はフィードバッ
ク回路28を介してX方向走査回路25、Y方向走査回路2
6、Z方向駆動・サーボ回路27に接続している。探針10
と薄膜11とにトンネル電流電源24を接続し、トンネル電
流電源24はマイクロコンピュータ29に接続している。
The X-direction scanning circuit 25, the Y-direction scanning circuit 26 and the Z-direction driving / servo circuit 27 are connected to a microcomputer 29. The microcomputer 29 uses an X-direction scanning circuit 25 and a Y-direction scanning circuit 2 via a feedback circuit 28.
6. Connected to Z direction drive / servo circuit 27. Probe 10
A tunnel current power supply 24 is connected to the thin film 11 and the tunnel current power supply 24 is connected to a microcomputer 29.

【0021】そして、マイクロコンピュータ29には陰極
線管(CRT)30A及びプリンタ30Bを接続し、STM
による電極11の表面状態を観察してこれを記録できるよ
うになっている。上記表面状態は、STMによってnmの
原子オーダの解像度を以て観察できる。
A cathode ray tube (CRT) 30A and a printer 30B are connected to the microcomputer 29, and the STM
It is possible to observe the surface condition of the electrode 11 by means of and record it. The surface state can be observed by STM with a resolution of atomic order of nm.

【0022】先ず、CRT30Aを監視しながら、ピエゾ
素子23に対し、マイクロコンピュータ29の作動により、
X方向走査回路25及びY方向走査回路26からピエゾ素子
23に電圧を印加し、ピエゾ素子23のX方向及びY方向の
寸法を制御し、探針10を薄膜11の所望の位置直上に正確
に位置させる。
First, while monitoring the CRT 30A, the piezo element 23 is actuated by the microcomputer 29.
From the X-direction scanning circuit 25 and the Y-direction scanning circuit 26 to the piezo element
A voltage is applied to the piezoelectric element 23 to control the dimensions of the piezo element 23 in the X direction and the Y direction, so that the probe 10 is accurately positioned right above the desired position of the thin film 11.

【0023】本実施例では、上記したSTM装置におい
て、図1に拡大図示するように、探針10と被加工物であ
る薄膜電極11とを共に、試料ステージ12上に設けられか
つ液体9を収容した容器21(例えば、ゴム製のOリング
からなる収容容器)の液体9中に浸している。従って、
このSTM装置は、真空中で使用されるものに対し、液
中STMと称せられるものである。
In the present embodiment, in the above-described STM device, as shown in an enlarged view of FIG. 1, both the probe 10 and the thin film electrode 11 as a workpiece are provided on the sample stage 12 and the liquid 9 is discharged. The container 21 (for example, a container made of a rubber O-ring) that has been housed is immersed in the liquid 9. Therefore,
This STM device is called an STM in liquid, as opposed to one used in vacuum.

【0024】即ち、液体9中において、上記した如くに
してX、Y方向の位置制御を行い、探針10のX方向、Y
方向の位置を液体9中の所定の一点に止め、次いでZ方
向駆動・サーボ回路27による電圧印加によってピエゾ素
子23のZ方向の寸法を変化させ、探針10の先端を電極11
に対して 0.1〜数100nm の距離に近付け、トンネル電流
が流れ、電極11の表面状態が上記したように観察できる
ようにする。
That is, in the liquid 9, the position control in the X and Y directions is performed as described above, and the probe 10 is moved in the X and Y directions.
The position in the direction is stopped at a predetermined point in the liquid 9, and then the dimension of the piezoelectric element 23 in the Z direction is changed by applying a voltage by the Z direction driving / servo circuit 27, and the tip of the probe 10 is connected to the electrode 11.
By approaching a distance of 0.1 to several 100 nm, a tunnel current flows and the surface condition of the electrode 11 can be observed as described above.

【0025】次いで、例えば、フィードバック回路28内
のZ方向駆動・サーボ回路27に接続するフィードバック
回路部分を開放(OFF)して探針10先端の位置を固定
する。
Next, for example, the feedback circuit portion connected to the Z direction driving / servo circuit 27 in the feedback circuit 28 is opened (OFF) to fix the position of the tip of the probe 10.

【0026】次に、微細加工に際しては、探針10の先端
(下端)と被加工物11の被加工面11aとの間の間隔dを
上記したX、Y、Z方向の位置制御にって所定の値に維
持した状態で、探針10と被加工物11との間に加工電源44
から加工用の高電圧(バイアス電圧)を印加する。
Next, at the time of fine processing, the distance d between the tip (lower end) of the probe 10 and the work surface 11a of the work piece 11 is controlled by the position control in the X, Y and Z directions. A machining power supply 44 is placed between the probe 10 and the workpiece 11 while maintaining a predetermined value.
Applies a high voltage (bias voltage) for processing.

【0027】この場合、例えば前記液体9を電解質溶液
としたとき、探針10を陽極とし、被加工物11を陰極とし
てバイアス電圧44を印加することにより、探針10の直下
に位置する被加工物11の表面では、電解質溶液のイオン
化で生じる陽イオン原子が金属原子として微細なパター
ンに(微細な凸部として)析出する。これは、電解析出
と称することができる。
In this case, for example, when the liquid 9 is an electrolyte solution, the probe 10 is used as an anode, the workpiece 11 is used as a cathode, and a bias voltage 44 is applied to the workpiece to be processed immediately below the probe 10. On the surface of the object 11, cation atoms generated by ionization of the electrolyte solution are deposited as metal atoms in a fine pattern (as fine protrusions). This can be referred to as electrolytic deposition.

【0028】また、探針10側を陰極とし、被加工物11側
を陽極としてバイアス電圧を印加することにより、探針
10の直下に位置する被加工物11の表面において、被加工
物11の構成金属の電気化学反応を局所的に生じさせ、被
加工物11をいわば微細パターンにエッチングする。これ
によって、探針10の直下に位置する被加工物11の表面に
微細な凹部を形成することもできる。
Further, by applying a bias voltage using the side of the probe 10 as a cathode and the side of the workpiece 11 as an anode,
On the surface of the work piece 11 located immediately below 10, the electrochemical reaction of the constituent metals of the work piece 11 is locally caused to etch the work piece 11 in a so-called fine pattern. As a result, fine recesses can be formed on the surface of the workpiece 11 located directly below the probe 10.

【0029】上記した微細加工(析出又はエッチング)
は、基本的には電解メッキあるいは電食反応(電解研
磨)と同様の現象であると考えられる。従って、採用さ
れる液体9は、被加工物の材質や目的とする加工状態
(凸部を形成するか或いは凹部を形成するか)を勘案し
て適宜選択することができる。
Fine processing (deposition or etching) described above
Is considered to be a phenomenon basically similar to electrolytic plating or electrolytic corrosion reaction (electrolytic polishing). Therefore, the liquid 9 to be adopted can be appropriately selected in consideration of the material of the workpiece and the target processing state (whether to form the convex portion or the concave portion).

【0030】探針8と被加工物11とが浸される液体9と
しては、酸化などに対して化学的に比較的安定でかつ目
的とする加工に適合する電解質溶液を用い得るが、必ず
しも電解質溶液に限られるものではなく、イオン伝導性
を示す液体あるいはイオン伝導性を示さない液体を用い
ることもできる。
As the liquid 9 into which the probe 8 and the workpiece 11 are immersed, an electrolytic solution which is chemically relatively stable against oxidation and which is suitable for the intended processing can be used, but the electrolyte is not always required. The liquid is not limited to a solution, and a liquid exhibiting ion conductivity or a liquid not exhibiting ion conductivity can be used.

【0031】なお、液体9を収容する容器21は、上記で
はゴム製のOリングを被加工物11の所定の表面を囲むよ
うに設けたものであってよいが、他の容器で構成するこ
ともできる。
The container 21 for containing the liquid 9 may be a rubber O-ring provided so as to surround a predetermined surface of the workpiece 11 in the above description, but it should be composed of another container. You can also

【0032】本実施例においては、微細加工を行うため
には、探針の先端部と被加工物との間の間隔dをできる
限り小さくすることが望ましい。この間隔dは、d<4
μmとする場合に良好な結果を得ることができ、特に、
数100nm 〜数nmとすることが望ましい。
In the present embodiment, in order to perform fine processing, it is desirable to make the distance d between the tip of the probe and the workpiece as small as possible. This distance d is d <4
Good results can be obtained when μm is set,
It is desirable to set it to several 100 nm to several nm.

【0033】また、リーク電流として付加的に流れるイ
オン電流をトンネル電流に対してできる限り小さくし、
表面観察時におけるトンネル電流に対してのリーク電流
の影響を除去することが有効である。このためには、探
針の先端部以外の部分を絶縁性ワックス等で被覆するこ
とが望ましい。
Further, the ion current additionally flowing as the leak current is made as small as possible with respect to the tunnel current,
It is effective to eliminate the influence of the leak current on the tunnel current during surface observation. For this purpose, it is desirable to cover the part of the probe other than the tip part with an insulating wax or the like.

【0034】上記したトンネル電流による表面観察後の
微細加工時に、Z方向のフィードバック回路28をOFF
すると、加工電圧印加中は探針先端と被加工物表面との
距離は変化しない。
At the time of fine processing after the surface observation by the above-mentioned tunnel current, the Z-direction feedback circuit 28 is turned off.
Then, the distance between the tip of the probe and the surface of the workpiece does not change while the processing voltage is applied.

【0035】これに対し、フィードバック回路28をOF
Fしなければ、被加工物と探針との距離が変化し、所望
の電界強度を被加工物或いは探針先端に加えることがで
きなくなる可能性があり、また、指向性が悪くなって加
工される領域が大きくなり、原子レベル〜μmオーダー
での微細加工を行うことができなくなることがある。
On the other hand, the feedback circuit 28 is OF
If it is not F, the distance between the work piece and the probe may change, and it may not be possible to apply the desired electric field strength to the work piece or the tip of the probe. The area to be processed becomes large, and it may not be possible to perform fine processing on the atomic level to the μm order.

【0036】従って、前記のように、探針10と被加工物
11の表面との距離を常に一定に保った儘、そしてこのよ
うに一定に保っていることを電気的にZ方向のフィード
バックを切ることで確認することにより、所望の時間だ
け大きな電界を探針先端のみに、或いは探針の先に位置
する被加工物表面の極めて限られた領域のみに確実に加
えることができる。この理由から、加工時はフィードバ
ック回路を切ることが望ましい。但し、一定の条件で
は、Z方向のフィードバックを切った状態でトンネル電
流は流れていても良いが、あえて流す必要はない。
Therefore, as described above, the probe 10 and the workpiece are processed.
The distance from the surface of 11 is always kept constant, and by confirming that it is kept constant like this by electrically turning off feedback in the Z direction, a large electric field is probed for a desired time. It can be surely applied only to the tip or only to a very limited region of the surface of the work piece located at the tip of the probe. For this reason, it is desirable to turn off the feedback circuit during processing. However, under a certain condition, the tunnel current may flow with the feedback in the Z direction turned off, but it is not necessary to flow it.

【0037】加工電圧の印加による微細加工後、すぐに
ピエゾ素子23のZ方向のフィードバックを回復させ、再
びトンネル電流により探針をコントロールできる。次
に、微細加工を行ないたい別の場所にX、Y方向のピエ
ゾ素子をコントロールして移動させ、上述と同様にして
電圧印加する。これらは総て、コンピュータでコントロ
ールが可能であり、従って任意の間隔で、或いは任意の
形になるように、加工ができる。例えば、線状に加工を
施したい場合には、電圧を連続印加すればよい。
Immediately after the fine processing by applying the processing voltage, the Z-direction feedback of the piezo element 23 is recovered and the probe can be controlled again by the tunnel current. Next, the piezo elements in the X and Y directions are controlled and moved to another place where fine processing is desired, and voltage is applied in the same manner as described above. All of these are computer controllable and thus can be manipulated at any interval or in any shape. For example, when it is desired to perform linear processing, the voltage may be continuously applied.

【0038】次に、微細凸部(微細ドット)を形成する
場合を例として、本発明の方法による微細加工の手順を
説明する。
Next, the procedure of fine processing according to the method of the present invention will be described by taking the case of forming fine convex portions (fine dots) as an example.

【0039】探針のX方向、Y方向の位置を所定の一点
に止め、次いでZ方向制御回路を介して探針先端と被加
工物表面との間の間隔を所定値に設定した後、Z方向駆
動・サーボ回路へのフィードバック回路を開放状態とし
て探針先端位置を固定する。
The position of the probe in the X and Y directions is stopped at a predetermined point, and then the distance between the tip of the probe and the surface of the workpiece is set to a predetermined value via the Z direction control circuit. Fix the probe tip position by opening the feedback circuit to the direction drive / servo circuit.

【0040】次いで、探針側を陽極とし、被加工物側を
陰極として加工電源44により所定電圧を印加し、電解質
溶液を電解し、図2(A)のように、被加工物表面に電
解質溶液を構成する陽イオン原子を微細ドット32として
析出させる。
Next, a predetermined voltage is applied from the machining power source 44 with the probe side as the anode and the work piece side as the cathode to electrolyze the electrolyte solution, and as shown in FIG. The cation atoms forming the solution are deposited as fine dots 32.

【0041】被加工面の観察は、探針と被加工物との間
に所定のトンネル電流が流れる状態とし、フィードバッ
ク回路を復帰させ、探針を走査すること(即ち、走査ト
ンネル顕微鏡として機能させること)により行うことが
できる。
For the observation of the surface to be processed, a predetermined tunnel current flows between the probe and the object to be processed, the feedback circuit is restored, and the probe is scanned (that is, it functions as a scanning tunneling microscope). It can be done by

【0042】上記の方法とは異なって、微細凹部(穴)
を形成するには、探針及び被加工物に印加する加工電圧
の極性を逆にすること、即ち、探針側を陰極、被加工物
側を陽極として行う。これによって、図2(B)のよう
に被加工物11を局部的に除去し、微細な凹部33を形成す
る。
Unlike the above method, fine recesses (holes)
Is formed by reversing the polarities of the machining voltages applied to the probe and the workpiece, that is, using the probe side as the cathode and the workpiece side as the anode. As a result, as shown in FIG. 2B, the workpiece 11 is locally removed to form the fine recess 33.

【0043】なお、探針先端と被加工物表面との間隔d
をd<4μmとすることが微細加工を実現する上で望ま
しいことは上述した通りである。
The distance d between the tip of the probe and the surface of the workpiece is d.
As described above, it is desirable to set d <4 μm in order to realize fine processing.

【0044】そして、この間隔dを探針と被加工物表面
との間に所定のトンネル電流が生じる状態における間隔
とし、Z方向駆動・サーボ回路へのフィードバック回路
を開放状態として所定時間の微細加工を施した後に、フ
ィードバック回路を復帰(ON)させて前記所定のトン
ネル電流が流れる状態に復帰させ、探針と被加工物表面
との間の間隔dを前記値に復元させることを繰り返し実
施することができる。これによって、微細な凸部又は凹
部を複数個、被加工物表面上に形成したり、或いは、微
細でかつ高さのより高い凸部、又は微細で深さのより深
い凹部を形成することができる。
Then, this distance d is set as an interval in a state where a predetermined tunnel current is generated between the probe and the surface of the workpiece, and the feedback circuit to the Z-direction drive / servo circuit is opened to perform fine processing for a predetermined time. After that, the feedback circuit is restored (ON) to restore the state in which the predetermined tunnel current flows, and the distance d between the probe and the surface of the workpiece is restored to the above value repeatedly. be able to. As a result, it is possible to form a plurality of fine protrusions or recesses on the surface of the workpiece, or to form fine protrusions with a higher height or recesses with a finer depth. it can.

【0045】以上に述べた方法により、被加工物表面に
微細な凸部または凹部をドット状、線状等の任意のパタ
ーンに形成することができる。このような微細加工は、
液体中でのSTM探針によるものであるから、酸化等に
対し化学的に安定な条件下で、真空装置等の大がかりな
装置を必要としないで微細加工処理を行うことができ
る。
By the method described above, it is possible to form fine projections or depressions on the surface of the workpiece in any pattern such as dots or lines. Such fine processing is
Since it is based on the STM probe in a liquid, it is possible to perform fine processing under the condition that it is chemically stable against oxidation and the like without requiring a large-scale device such as a vacuum device.

【0046】次に、上記した本発明の方法に基づく微細
加工の具体例1〜4を比較例と共に説明する。
Next, specific examples 1 to 4 of fine processing based on the above-described method of the present invention will be described together with comparative examples.

【0047】比較例1 シリコン基板上にスパッタ法で成膜した金(Au)薄膜
を陰極、Pt−Irワイヤーを陽極として用いて、従来
の電解メッキ法により該金薄膜上にニッケルの析出を行
った。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 Using a gold (Au) thin film formed by sputtering on a silicon substrate as a cathode and a Pt-Ir wire as an anode, nickel was deposited on the gold thin film by a conventional electrolytic plating method. It was

【0048】電解液として、硫酸ニッケル溶液(5mMの
NiSO4 と0.1MのH2SO4 との混合液)を用いた。電気化学
反応はビーカー内で両電極を十分に(数cm以上)離して
行った。上記の金薄膜を成膜したシリコン基板(金基
板)に対するPt−Irワイヤー電極のバイアス電圧E
tをEt>+3Vとした状態で、反応電流が著しく増加
し、金基板全面にニッケルの一様な析出が確認された。
これは、金電極上でのNi2++2e- →Niの電気化学
反応が生じたことにより形成されたものである。
As an electrolytic solution, a nickel sulfate solution (5 mM
A mixed solution of NiSO 4 and 0.1 M H 2 SO 4 ) was used. The electrochemical reaction was carried out in a beaker with sufficient space between the electrodes (several cm or more). Bias voltage E of the Pt-Ir wire electrode with respect to the silicon substrate (gold substrate) on which the gold thin film is formed.
When t was Et> +3 V, the reaction current was remarkably increased, and it was confirmed that nickel was uniformly deposited on the entire surface of the gold substrate.
This is formed by the electrochemical reaction of Ni 2+ + 2e → Ni on the gold electrode.

【0049】なお、各電極の電位の基準となる参照電極
を設けた3電極法においても、同様な電気化学反応が得
られた。3電極法は、溶液に対する電位を正確に設定す
るために、通常の電解メッキ法で用いられることが多
い。
Similar electrochemical reactions were obtained in the three-electrode method in which a reference electrode serving as a reference for the potential of each electrode was provided. The three-electrode method is often used in the usual electrolytic plating method in order to accurately set the potential for the solution.

【0050】具体例1 市販の溶液中走査トンネル顕微鏡(STM)において、
シリコン基板上にスパッタ法により成膜した金薄膜を基
板とし、Pt−Ir探針を用いて、+200mV(探針側をプ
ラス)のバイアス電圧、及びトンネル電流10nAの条件
で、10μm角の領域の基板表面を比較例1と同じ硫酸ニ
ッケル溶液中で走査した。
Example 1 In a commercially available scanning tunneling microscope (STM),
Using a gold thin film formed by sputtering on a silicon substrate as a substrate, a Pt-Ir probe was used, and a bias voltage of +200 mV (probe side was positive) and a tunnel current of 10 nA were used, and a 10 μm square The surface of the substrate was scanned in the same nickel sulfate solution as in Comparative Example 1.

【0051】ただし、リーク電流として付加的に流れる
イオン電流を、トンネル電流に対してできるだけ小さく
するために、探針の先端以外の部分を絶縁性ワックスに
より被覆した。
However, in order to make the ion current additionally flowing as a leak current as small as possible with respect to the tunnel current, the portion other than the tip of the probe was covered with an insulating wax.

【0052】図4は、このSTMによる金基板表面の観
察結果を示す。+200mV のバイアス電圧では、電気化学
反応による反応電流はほとんど流れず、安定した表面の
観察像が得られ、Auのグレインが見えるが、表面の形
状は比較的平坦で突起などの析出物が存在していないこ
とが分かる。
FIG. 4 shows the observation result of the gold substrate surface by this STM. At a bias voltage of +200 mV, the reaction current due to the electrochemical reaction hardly flows, a stable surface observation image is obtained, and Au grains are visible, but the surface shape is relatively flat and precipitates such as protrusions are present. I know that not.

【0053】次に、Pt−Ir探針の先端を金基板上の
一点に固定し、探針と基板との間の間隔をnmレベル〜数
100nm(例えば約300nm)とした状態で、Z方向のフィード
バック回路を切り、探針位置を固定し、探針に+4Vの
バイアス電圧を5秒間印加した。
Next, the tip of the Pt-Ir probe was fixed to a point on the gold substrate, and the distance between the probe and the substrate was set to the nm level to several levels.
In the state of 100 nm (for example, about 300 nm), the feedback circuit in the Z direction was turned off, the probe position was fixed, and a +4 V bias voltage was applied to the probe for 5 seconds.

【0054】バイアス電圧を+200mV に戻した後、フィ
ードバック回路を回復し、加工した場所を中心として10
μm角の領域でSTM観察した結果、図5に示すよう
に、直径1000nm、高さ 200nmの円錐状のニッケルの微小
ドット(図中、白っぽく見えるドット部分)が金基板上
に析出していることが確認された。
After returning the bias voltage to +200 mV, the feedback circuit was restored and the processed area was set to 10
As a result of STM observation in the μm square area, as shown in FIG. 5, fine nickel cone-shaped dots with a diameter of 1000 nm and a height of 200 nm (dots that appear whitish in the figure) are deposited on the gold substrate. Was confirmed.

【0055】これは、金基板と探針を非常に接近させた
ために、比較例1に示す電気化学反応が局所的に生じた
ことにより得られたものであると考えられる。
It is considered that this was obtained because the electrochemical reaction shown in Comparative Example 1 was locally caused because the gold substrate and the probe were extremely close to each other.

【0056】この析出反応は、比較例1の臨界電圧と同
じEt>+3Vの電圧で生じ、バイアス電圧と反応時間
をコントロールすることによって微小ドットの大きさを
制御することができた。更に、電圧印加前のトンネル電
流などをコントロールし、探針先端に作用電極(金基
板)間の距離を小さくすることにより、小さい領域によ
り制御性よく微小ドットの析出を行うことができた。
This deposition reaction occurred at a voltage Et> + 3V, which was the same as the critical voltage of Comparative Example 1, and the size of the fine dots could be controlled by controlling the bias voltage and the reaction time. Furthermore, by controlling the tunnel current before applying a voltage and reducing the distance between the working electrode (gold substrate) at the tip of the probe, it was possible to deposit fine dots with good controllability in a small area.

【0057】また、微小領域に析出させるためには、探
針の電極の先端と対向電極間の距離dをd<4μmにす
ることが必要であることが見出された。市販の溶液中S
TMは3端子法を用いているが、参照電極を用いない2
端子法でも全く同様の結果が得られた。
Further, it has been found that it is necessary to set the distance d between the tip of the electrode of the probe and the counter electrode to d <4 μm in order to deposit in a minute area. S in commercial solution
TM uses the 3-terminal method, but does not use the reference electrode 2
Similar results were obtained with the terminal method.

【0058】このように、STMを用いて、溶液中で例
えば上記のNi等の磁性元素や金属元素の微小ドットの
作製が可能である。また、この微小ドットを任意の場所
や周期的に並べることも可能である。例えば、探針の位
置を順次に断続的に所定距離移動させながら上記と同様
な操作を繰り返すことにより、微細ドットを基板上に密
集させて形成することができる。この微細加工技術を用
いて、極微細素子の作製や高密度記録デバイスへの応用
が期待できる。
As described above, it is possible to produce fine dots of the above-mentioned magnetic element such as Ni or metal element in a solution using STM. Further, it is also possible to arrange the minute dots at an arbitrary place or periodically. For example, fine dots can be densely formed on the substrate by repeating the same operation as above while sequentially and intermittently moving the position of the probe by a predetermined distance. Using this microfabrication technology, it can be expected to be applied to fabrication of ultrafine elements and high-density recording devices.

【0059】具体例2 シリコン基板上に金をスパッタ法で成膜した金基板と、
Pt−Ir探針を用いて、具体例1と同様な方法によ
り、過塩素酸銀中(5mMのAgClO4と0.1MのHClO4との混
合液)で、金基板上に銀の微小ドットを作製した。
Example 2 A gold substrate formed by depositing gold on a silicon substrate by a sputtering method,
Using a Pt-Ir probe, silver fine dots were formed on a gold substrate in the same manner as in Example 1 in silver perchlorate (mixed solution of 5 mM AgClO 4 and 0.1 M HClO 4 ). It was made.

【0060】探針に+4.5Vのバイアス電圧を5秒間印加
した後、加工した場所を中心として基板表面を+200mV
のバイアス電圧(トンネル電流:10nA)で観察した結果
を図6に示す。ニッケルの時(具体例1)と同様に、銀
の微小ドット(小突起状に盛り上がった部分)が形成さ
れていることが確認された。
After applying a bias voltage of +4.5 V to the probe for 5 seconds, the substrate surface is +200 mV around the processed place.
FIG. 6 shows the result of observation with the bias voltage (tunnel current: 10 nA). As in the case of nickel (Specific Example 1), it was confirmed that fine silver dots (portions raised in the form of small protrusions) were formed.

【0061】この析出反応は、Et>+4Vのバイアス
電圧で生じ、バイアス電圧と反応時間をコントロールす
ることによって、析出ドットの大きさを制御することが
できた。
This deposition reaction occurred at a bias voltage of Et> + 4V, and the size of the deposited dots could be controlled by controlling the bias voltage and the reaction time.

【0062】析出反応の生じるバイアス電圧の臨界値は
具体例1の場合と異なるが、その大きさは、電解液の種
類や濃度をコントロールしたり、基板や探針の組み合わ
せを変えることにより制御できる。銀の微小ドットにお
いても、それを容易に任意の場所や周期的に並べること
が可能である。
Although the critical value of the bias voltage at which the precipitation reaction occurs is different from that in Example 1, its magnitude can be controlled by controlling the type and concentration of the electrolytic solution or changing the combination of the substrate and the probe. . Even in the case of fine silver dots, it is possible to easily arrange them in arbitrary places or periodically.

【0063】具体例3 シリコン基板上に金をスパッタ法で成膜した金基板と、
Pt−Ir探針を用いて、具体例1と同様な方法によ
り、硫酸銅溶液(5mMのCuSO4 と0.1MのH2SO4 との混合
液)中で、金基板上に銅の微小ドットを作製した。
Example 3 A gold substrate formed by depositing gold on a silicon substrate by a sputtering method,
Using a Pt-Ir probe, in the same manner as in Example 1, in a copper sulfate solution (mixed solution of 5 mM CuSO 4 and 0.1 M H 2 SO 4 ), copper micro dots were formed on the gold substrate. Was produced.

【0064】探針に+4Vのバイアス電圧を5秒間印加
した後、加工した場所を中心として基板表面を+200mV
のバイアス電圧(トンネル電流:10nA)で観察した結果
を図7に示す。ニッケル(具体例1)、銀(具体例2)
の場合と同様に、銅の微小ドットが形成されていること
が確認された。
A bias voltage of +4 V was applied to the probe for 5 seconds, and then the substrate surface was +200 mV around the processed location.
FIG. 7 shows the result of observation with the bias voltage (tunnel current: 10 nA). Nickel (Specific Example 1), Silver (Specific Example 2)
It was confirmed that copper micro dots were formed in the same manner as in the above case.

【0065】このように、具体例3(具体例1、2も同
様)から、従来のメッキ技術が適用可能な全ての系(電
解液、基板の組み合わせ)において、この微細加工技術
を用いることができる。
As described above, from the specific example 3 (the same applies to the specific examples 1 and 2), this microfabrication technique can be used in all the systems (combinations of the electrolytic solution and the substrate) to which the conventional plating technique can be applied. it can.

【0066】具体例4 具体例3で用いた硫酸銅溶液中で、Pt−Ir探針先端
を金基板上の一点に固定した状態で、Z方向のフィード
バック回路を切り、探針に具体例1〜3の場合とは逆向
きの極性のバイアス電圧−4V(探針側にマイナス)を
5秒間印加した。
Specific Example 4 In the copper sulfate solution used in Specific Example 3, with the tip of the Pt-Ir probe fixed at one point on the gold substrate, the feedback circuit in the Z direction was turned off, and the specific example 1 was applied to the probe. A bias voltage of -4 V (negative on the probe side) having a polarity opposite to that in the case of ~ 3 was applied for 5 seconds.

【0067】しかる後、バイアス電圧を+200mV に戻
し、加工した場所を中心として10μm角でSTM観察し
た結果を図8、図9に示す。これらの図より、直径 500
nmの穴が基板表面に形成されていることが確認された。
Thereafter, the bias voltage was returned to +200 mV, and the results of STM observation at a 10 μm square centering on the processed location are shown in FIGS. 8 and 9. From these figures, diameter 500
It was confirmed that nm holes were formed on the substrate surface.

【0068】これは、金基板と探針とを非常に接近させ
たため、基板上にAu→Au2++2e- の電気化学反応
が局所的に生じたことによる、いわば腐食反応で形成さ
れたものであると考えられる。
This is formed by a so-called corrosion reaction due to a local electrochemical reaction of Au → Au 2+ + 2e on the substrate because the gold substrate and the probe were very close to each other. Is considered to be.

【0069】この電気化学反応はEt<−4Vのバイア
ス電圧で生じ、バイアス電圧と反応時間をコントロール
することによって、腐食領域の大きさを制御することが
できた。また、微小領域を腐食させるためには、探針と
基板間の距離dをd<4μmにすることが必要であるこ
とが見出された。
This electrochemical reaction occurred at a bias voltage of Et <-4 V, and the size of the corrosion region could be controlled by controlling the bias voltage and the reaction time. Further, it has been found that the distance d between the probe and the substrate needs to be d <4 μm in order to corrode the minute area.

【0070】なお、上記具体例4においては、液体とし
て硫酸銅溶液を使用したが、これに限らず、その他の
酸、例えばHClなどを使用する場合においても同様な
結果を得ることができる。この場合、例えばHClは電
解液ではなく、上記したAu2+を溶解する腐食液として
作用するものである。
Although the copper sulfate solution was used as the liquid in the above-mentioned specific example 4, the same result can be obtained when the present invention is not limited to this and other acids such as HCl are used. In this case, for example, HCl does not act as an electrolytic solution but acts as a corrosive solution that dissolves Au 2+ described above.

【0071】上記具体例4の方法において、探針を連続
的に移動させて同様な操作を繰り返すことで、多数の凹
部(穴)や溝を微細に形成することも可能である。
In the method of Specific Example 4, it is possible to form a large number of recesses (holes) or grooves finely by continuously moving the probe and repeating the same operation.

【0072】また、前記の具体例1〜4で述べた操作に
より形成した凹部又は凸部の上側面に任意の皮膜形成方
法によって異種材料の皮膜を形成し、更にその上に凹部
又は凸部を形成する操作を繰り返すことで、立体構造、
即ち多層構造の表面層を有する高集積機能部材を得るこ
ともできる。
Further, a film of a different material is formed on the upper surface of the concave portion or the convex portion formed by the operation described in the above-mentioned specific examples 1 to 4, and the concave portion or the convex portion is further formed thereon. By repeating the operation to form, three-dimensional structure,
That is, it is possible to obtain a highly integrated functional member having a surface layer having a multilayer structure.

【0073】即ち、上記の各具体例1〜4に示した微細
加工法と、通常の成膜又はエッチングによる加工方法
(例えば比較例1に示すようなメッキ法、エッチングな
どの手法)とを繰り返し行うことにより、従来の人工格
子材料よりもさらに複雑な3次元人工格子、細線構造、
ドット構造などの如く、より複雑な構造を作製すること
が可能である。
That is, the microfabrication method shown in each of the above-described specific examples 1 to 4 and the ordinary processing method by film formation or etching (for example, the plating method and the etching method shown in Comparative Example 1) are repeated. By doing so, the three-dimensional artificial lattice, the fine wire structure, which is more complicated than the conventional artificial lattice material,
More complex structures, such as dot structures, can be made.

【0074】ここで、上記した具体例1〜4等の本発明
に基づく微細加工法を適用して、各種の膜構造を作製す
る方法を図10〜図14について説明する。
Here, a method for producing various film structures by applying the microfabrication method according to the present invention such as the specific examples 1 to 4 will be described with reference to FIGS.

【0075】図10は、3次元人工格子膜に好適な構造を
形成する手順を示す概略図である。
FIG. 10 is a schematic view showing a procedure for forming a structure suitable for a three-dimensional artificial lattice film.

【0076】まず、図10(a)に示すように、導電性基
板31上に、上述したSTMを用いた本発明に基づく例え
ば具体例1の微細加工方法により、微細ドット状に例え
ばNiの析出物32を多数個形成する。これらの析出物32
は、平面的にみて例えば碁盤目状に形成され、各ドット
間には複数の溝33とこれらの溝33に交差する方向の複数
の溝34とがそれぞれ平行に形成されることになる。
First, as shown in FIG. 10A, for example, Ni is deposited in the form of fine dots on the conductive substrate 31 by the fine processing method of the first embodiment based on the present invention using the above-described STM. A large number of objects 32 are formed. These deposits 32
Are formed, for example, in a grid pattern in a plan view, and a plurality of grooves 33 and a plurality of grooves 34 in a direction intersecting these grooves 33 are formed in parallel between each dot.

【0077】次に、上述した比較例1の方法に基いて、
図10(b)のように、全面に別の金属、例えば銅や白金
の薄膜35を全面に形成する。この薄膜は、直流スパッタ
法、高周波スパッタ等の他の方法によっても成膜可能で
ある。
Next, based on the method of Comparative Example 1 described above,
As shown in FIG. 10B, a thin film 35 of another metal such as copper or platinum is formed on the entire surface. This thin film can be formed by another method such as DC sputtering or high frequency sputtering.

【0078】次に、再び具体例1の方法により、図10
(d)の如くに薄膜35上に多数のドット32を形成し、例
えば3次元人工格子膜構造を作製する。
Next, again using the method of Example 1, FIG.
As shown in (d), a large number of dots 32 are formed on the thin film 35, and, for example, a three-dimensional artificial lattice film structure is produced.

【0079】但し、図10(b)の工程後、比較例1の方
法により、図10(c)のようにNi等の薄膜32を全面に
形成し、これを具体例4の方法で溝33、34を入れ、図9
(d)の多数のドット32に加工することもできる。勿
論、図9(a)のドット32も具体例4の方法で作製する
ことは可能である。
However, after the step of FIG. 10B, a thin film 32 of Ni or the like is formed on the entire surface by the method of Comparative Example 1 as shown in FIG. , 34, and then
It is also possible to process a large number of dots 32 in (d). Of course, the dot 32 of FIG. 9A can also be manufactured by the method of the fourth specific example.

【0080】図11は、2次元人工膜構造を形成する手順
を示す概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the procedure for forming a two-dimensional artificial membrane structure.

【0081】まず、図11(a)に示すように、基板(例
えばガラスやプラスチックの基板)31上に、例えばニッ
ケルの薄膜32を直流スパッタ法又は比較例1の方法によ
り形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a thin film 32 of nickel, for example, is formed on a substrate (eg, glass or plastic substrate) 31 by the DC sputtering method or the method of Comparative Example 1.

【0082】次に、図11(b)に示すように、ニッケル
薄膜32に、上記した具体例4の方法によって複数の溝33
を互いに平行に形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (b), a plurality of grooves 33 are formed in the nickel thin film 32 by the method of the fourth embodiment described above.
Are formed parallel to each other.

【0083】次に、その上に図11(c)に示すように、
上記と同様にして銅又は白金等の薄膜35を全面に形成す
る。
Next, as shown in FIG. 11 (c),
A thin film 35 of copper or platinum is formed on the entire surface in the same manner as above.

【0084】次に、更にその上に図11(d)に示すよう
に、上記と同様にしてニッケルのストライプ32を形成
し、次いで同図(b)の工程と同様にして複数の溝33を
形成し、同図(e)のように加工する。
Next, as shown in FIG. 11 (d), a nickel stripe 32 is formed thereon in the same manner as described above, and then a plurality of grooves 33 are formed in the same manner as in the step of FIG. 11 (b). It is formed and processed as shown in FIG.

【0085】こうして、上記の各工程を必要回数順次繰
り返すことにより、2次元人工格子膜構造が作製可能で
ある。
In this way, a two-dimensional artificial lattice film structure can be produced by sequentially repeating the above steps a required number of times.

【0086】以上のようにして作製される人工格子膜構
造は、ドット又はストライプ32を磁性材料(例えばニッ
ケル)とし、薄膜35を非磁性材料(例えば銅)とするこ
とにより、磁気記録媒体として使用すれば、両層32−35
間で磁気モーメントが所定方向に配向するため、種々の
磁気記録が可能である。このような磁気記録媒体は、短
波長化、狭トラック化による記録密度の著しい向上を可
能にするものである。
The artificial lattice film structure manufactured as described above is used as a magnetic recording medium by forming the dots or stripes 32 with a magnetic material (for example, nickel) and the thin film 35 with a nonmagnetic material (for example, copper). If you do, both layers 32-35
Since the magnetic moment is oriented in a predetermined direction between them, various magnetic recordings are possible. Such a magnetic recording medium makes it possible to significantly improve the recording density by shortening the wavelength and narrowing the track.

【0087】例えば、図10(d)の3次元人工格子膜構
造は、X、Y、Z方向で磁性ドット32のスピンの方向を
変えられるため、磁気記録媒体その他のデバイス構成部
分として種々の目的に対応でき、広範囲な適用分野が期
待される。また、クロストーク防止等の一層の性能向上
が期待される。
For example, the three-dimensional artificial lattice film structure shown in FIG. 10D can change the spin directions of the magnetic dots 32 in the X, Y, and Z directions, and thus has various purposes as a magnetic recording medium and other device constituent parts. It is expected to be applicable to a wide range of application fields. Further, further improvement in performance such as prevention of crosstalk is expected.

【0088】図11(e)の2次元人工格子膜構造は、上
記と同様の磁気記録媒体として、Y方向及びZ方向の部
分で磁性薄膜32のスピンの方向を変えるようにできる。
The two-dimensional artificial lattice film structure of FIG. 11 (e) can change the spin direction of the magnetic thin film 32 in the Y direction and the Z direction as a magnetic recording medium similar to the above.

【0089】なお、前述した微細加工により、例えば図
12(a)に示すように、基板31上に下地層42(これは必
ずしも必要でない。)を介して凸条32a(薄膜32から加
工されてなるもの)を設けることができる。凸条32aを
磁性薄膜として渦巻き状に形成させると、これがフロッ
ピーディスクのトラックとして使用できるが、各トラッ
クが完全に分離されることになり、トラック間の相互作
用(クロストーク等)が防止される。
By the fine processing described above, for example,
As shown in FIG. 12 (a), a ridge 32 a (formed by processing the thin film 32) can be provided on the substrate 31 via an underlayer 42 (which is not always necessary). If the ridge 32a is formed as a magnetic thin film in a spiral shape, it can be used as a track of a floppy disk, but each track is completely separated and interaction (crosstalk etc.) between tracks is prevented. .

【0090】また、図12(b)に示すように、上記の磁
性凸条32aに替えてドット状の磁性凸部32bをX方向、
Y方向に多数形成すると、各凸部32bを個々の記録磁区
として選択的に磁化することができ、各凸部32b間の相
互作用の防止がトラック方向でも行え、一層確実にな
る。このような微細構造は、フロッピーディスクや磁気
テープ或いは半導体素子に適用して好都合である。
Further, as shown in FIG. 12 (b), instead of the above-mentioned magnetic convex strip 32a, a dot-shaped magnetic convex portion 32b is formed in the X direction,
When a large number of protrusions 32b are formed in the Y direction, the protrusions 32b can be selectively magnetized as individual recording magnetic domains, and the interaction between the protrusions 32b can be prevented in the track direction as well, which is more reliable. Such a fine structure is conveniently applied to a floppy disk, a magnetic tape, or a semiconductor device.

【0091】その他、微細加工は、超精密な制御が可能
であるので、コンパクトディスクのように基板に多数の
微細なピットを設けるのに好適である。
In addition, since fine processing enables ultra-precision control, it is suitable for providing a large number of fine pits on a substrate like a compact disc.

【0092】上述した各例の微細加工は、一本の探針を
用いて行えるが、図13に示すように探針を複数設けるこ
とができる。即ち、図13(a)では、複数の探針10を1
列に(この例ではX方向に)相互間の位置を固定して設
けている。この例では、各探針10をY方向に走査させな
がら加工を行うことにより、互いに平行な複数の線条状
溝33を同時に形成することができる。これは、図11
(b)や図12(a)の工程にも適用可能である。
The microfabrication in each of the above-mentioned examples can be performed using one probe, but a plurality of probes can be provided as shown in FIG. That is, in FIG.
The rows are fixedly provided at positions (in the X direction in this example). In this example, by processing each probe 10 while scanning it in the Y direction, it is possible to form a plurality of parallel linear grooves 33 at the same time. This is shown in Figure 11.
It can also be applied to the steps of (b) and FIG. 12 (a).

【0093】図13(b)では、複数の探針10を同一間隔
でX、Y方向に相互間の位置を固定してマトリックス状
に配置している。この例では、各探針10を探針ピッチの
寸法だけX方向とY方向とに2回に別けて走査するだけ
で、図10(a)や図12(b)に示した多数のドット状凸
部32を一挙に形成することができる。
In FIG. 13 (b), a plurality of probes 10 are arranged in a matrix at fixed intervals in the X and Y directions. In this example, by scanning each probe 10 separately in the X and Y directions by the size of the probe pitch, a large number of dot shapes shown in FIGS. 10 (a) and 12 (b) can be obtained. The convex portion 32 can be formed all at once.

【0094】図14は、本発明の方法に基づく他の微細加
工方法を示すものである。即ち、薄膜11の表面に上述し
た方法で形成した凹部33内に凸部32cを形成したもので
あるが、このような表面構造は、上述した例えば具体例
4の方法により図14(a)のように凹部33を設けた後、
バイアス電圧の極性を変えて上述した具体例1の方法に
より図14(b)のように凹部33内に他の原子を埋めて凸
部32cを形成することにより容易に形成することが可能
である。
FIG. 14 shows another microfabrication method based on the method of the present invention. That is, the convex portion 32c is formed in the concave portion 33 formed by the above-described method on the surface of the thin film 11, and such a surface structure is formed by the method of, for example, the specific example 4 described above, as shown in FIG. After providing the recess 33 so that
This can be easily formed by changing the polarity of the bias voltage and filling the other atom in the concave portion 33 to form the convex portion 32c as shown in FIG. .

【0095】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基づき、あるいは従来
技術との組み合わせを考慮して、次のような変形を種々
に加えることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the following modifications are variously added based on the technical idea of the present invention or in consideration of the combination with the prior art. You can

【0096】例えば、上述した液体9としてイオン伝導
性を示さない液体を用いて、適する大きさの電圧を印加
することにより前記探針8に電界蒸発現象を生じさせ、
探針8を構成する原子を放出させ、これを該探針の直下
に位置する被加工物表面の局所に堆積させて表面に微細
な加工を形成することが考えられる。或いは、探針先端
の直下に位置する被加工物表面の局所に電界蒸発現象を
生じさせることによって、該局所の原子を放出除去し、
被加工物表面の局所に微細な凹部を形成することも考え
られる。
For example, a liquid having no ionic conductivity is used as the liquid 9 described above, and a voltage of an appropriate magnitude is applied to cause a field evaporation phenomenon in the probe 8.
It is conceivable that the atoms forming the probe 8 are emitted and these are locally deposited on the surface of the workpiece located directly below the probe to form fine processing on the surface. Alternatively, by causing an electric field evaporation phenomenon locally on the surface of the workpiece located immediately below the tip of the probe, the local atoms are ejected and removed,
It is also conceivable to form minute recesses locally on the surface of the workpiece.

【0097】また、上述した具体例1〜4の方法と組み
合わせて各種構造を形成する常法としては、上述した比
較例1の方法以外のスパッタ法、メッキ法等の成膜方法
が挙げられる。また、薄膜の選択的な除去法、例えば通
常のエッチング技術により種々のパターンに薄膜を残
し、この下又は上に本発明に基づく方法により微細ドッ
ト又は凹部を形成することもできる。また、成膜後に電
解研磨法によって膜を処理し、更に本発明を適用するこ
ともできる。
Further, as a conventional method for forming various structures in combination with the methods of the above-mentioned specific examples 1 to 4, there may be mentioned film forming methods such as the sputtering method and the plating method other than the method of the above-mentioned comparative example 1. It is also possible to leave the thin film in various patterns by a selective removal method of the thin film, for example, a usual etching technique, and to form fine dots or concave portions under or on the thin film by the method according to the present invention. Further, the present invention can be applied by treating the film by an electrolytic polishing method after forming the film.

【0098】更に、上述した液体を収容する容器は様々
なものを採用できるし、場合によっては、被加工物自体
を容器として用いることができることもある。
Furthermore, various containers can be adopted as the container for containing the above-mentioned liquid, and in some cases, the workpiece itself can be used as the container.

【0099】なお、上述した液体をはじめ、探針、被加
工物の材質は種々変更してよいし、また、STMの操作
方法も上述したものに限定されることはない。表面観察
や探針位置制御は液体中で行う必要はなく、従来のよう
に高真空中で行い、加工時は液体を供給して探針を浸漬
し、加工電圧を印加することも考えられる。
In addition to the above-mentioned liquid, the material of the probe and the workpiece may be variously changed, and the method of operating the STM is not limited to the above. It is not necessary to perform the surface observation and the probe position control in the liquid, but it is possible to perform the process in a high vacuum as in the conventional case, and at the time of processing, supply the liquid to immerse the probe and apply a processing voltage.

【0100】[0100]

【発明の作用効果】本発明は、液体中で走査トンネル顕
微鏡の探針と被加工物との間に加工電圧を印加して微細
加工しているので、酸化等に対して化学的に安定な条件
下で真空装置等の大がかりな装置を必要とせずに、原子
レベルからμmオーダーまでの微細加工を行うことがで
きる。
According to the present invention, since a machining voltage is applied between a probe of a scanning tunneling microscope and a workpiece to perform fine machining in a liquid, it is chemically stable against oxidation and the like. Under the conditions, it is possible to perform fine processing from the atomic level to the μm order without requiring a large-scale device such as a vacuum device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による微細加工時の概略断面図
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view during fine processing according to an embodiment of the present invention.

【図2】(A)は同微細加工により微細ドットを形成し
た状態の図1の一部拡大図、(B)は同微細加工により
微細凹部を形成した状態の図1の一部拡大図である。
2A is a partially enlarged view of FIG. 1 in a state where fine dots are formed by the same fine processing, and FIG. 2B is a partially enlarged view of FIG. 1 in which fine recesses are formed by the same fine processing. is there.

【図3】同微細加工に使用するSTM装置の概略図であ
る。
FIG. 3 is a schematic view of an STM device used for the fine processing.

【図4】本実施例で採用された被加工物のSTMによる
表面観察像である。
FIG. 4 is a surface observation image by STM of a work piece adopted in this example.

【図5】同被加工物に形成された微小突起部分のSTM
による表面観察像である。
FIG. 5 is an STM of a minute protrusion formed on the same workpiece.
It is the surface observation image by.

【図6】本実施例で採用された他の被加工物に形成され
た微小突起部分のSTMによる表面観察像である。
FIG. 6 is a surface observation image by STM of minute protrusions formed on another workpiece used in this example.

【図7】本実施例で採用された他の被加工物に形成され
た微小突起部分のSTMによる表面観察像である。
FIG. 7 is a surface observation image by STM of minute projections formed on another workpiece used in this example.

【図8】本実施例で採用された被加工物に形成された微
小穴部分のSTMによる表面観察像である。
FIG. 8 is an STM surface observation image of a minute hole portion formed in a workpiece used in this example.

【図9】同微小穴部分を平面的にみたSTMの表面観察
像である。
FIG. 9 is a surface observation image of the STM in which the minute hole portion is viewed two-dimensionally.

【図10】本実施例の微細加工により3次元人工格子膜構
造を作製する手順を示す概略断面斜視図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional perspective view showing a procedure for producing a three-dimensional artificial lattice film structure by microfabrication in this example.

【図11】同微細加工により2次元人工格子膜構造を作製
する手順を示す概略断面斜視図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional perspective view showing a procedure for producing a two-dimensional artificial lattice film structure by the fine processing.

【図12】同微細加工による加工パターンを例示する概略
断面斜視図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional perspective view illustrating a processing pattern of the same fine processing.

【図13】同微細加工時のSTM探針の他の配置例とその
動作を説明するための概略図(同図(a)は断面斜視
図、同図(b)は平面図)である。
FIG. 13 is a schematic view for explaining another arrangement example of the STM probe and its operation during the same microfabrication (FIG. 13A is a sectional perspective view, and FIG. 13B is a plan view).

【図14】同微細加工の他の例を示す概略断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing another example of the same fine processing.

【符号の説明】 9・・・液体(電解液) 10・・・探針 11・・・電極 21・・・容器(Oリング) 23・・・ピエゾ素子 24・・・トンネル電流電源 25・・・X方向走査回路 26・・・Y方向走査回路 27・・・Z方向駆動・サーボ回路 28・・・フィードバック回路 32・・・微細ドット 33・・・微細凹部 44・・・加工電源[Explanation of symbols] 9 ... Liquid (electrolyte) 10 ... Probe 11 ... Electrode 21 ... Container (O-ring) 23 ... Piezo element 24 ... Tunnel current power supply 25 ...・ X-direction scanning circuit 26 ・ ・ ・ Y-direction scanning circuit 27 ・ ・ ・ Z-direction drive / servo circuit 28 ・ ・ ・ Feedback circuit 32 ・ ・ ・ Fine dots 33 ・ ・ ・ Fine recesses 44 ・ ・ ・ Processing power supply

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 走査トンネル顕微鏡の探針を用い、液体
中で前記探針と被加工物との間に加工電圧を印加して、
前記被加工物に微細加工を施す微細加工方法。
1. A scanning tunneling microscope probe is used to apply a processing voltage between the probe and a workpiece in a liquid,
A fine processing method for performing fine processing on the workpiece.
【請求項2】 液体として電解質溶液を用い、電解質か
ら所定の原子を微細パターンに析出させる、請求項1に
記載した微細加工方法。
2. The fine processing method according to claim 1, wherein an electrolyte solution is used as the liquid, and predetermined atoms are deposited in a fine pattern from the electrolyte.
【請求項3】 被加工物を電気化学的に微細パターンに
腐食する、請求項1に記載した微細加工方法。
3. The microfabrication method according to claim 1, wherein the workpiece is electrochemically corroded into a fine pattern.
【請求項4】 探針と被加工物との間隔を4μm未満と
する、請求項1〜3のいずれかに記載した微細加工方
法。
4. The microfabrication method according to claim 1, wherein the distance between the probe and the workpiece is less than 4 μm.
【請求項5】 被加工物と探針との間の間隔を制御する
ための探針位置制御機構のフィードバック回路を開放し
た状態で微細加工を行う、請求項1〜4のいずれかに記
載した微細加工方法。
5. The microfabrication is performed in a state where a feedback circuit of a probe position control mechanism for controlling a distance between a workpiece and a probe is opened to perform fine processing. Fine processing method.
【請求項6】 被加工物に対する探針の位置制御を圧電
変換素子によって三次元方向に行う、請求項1〜5のい
ずれかに記載した微細加工方法。
6. The fine processing method according to claim 1, wherein the position control of the probe with respect to the workpiece is performed in a three-dimensional direction by a piezoelectric conversion element.
【請求項7】 前記請求項1〜6のいずれかに記載した
微細加工方法により被加工物に微細加工を施す工程と、
通常の成膜又はエッチングによる加工工程とを繰り返
す、請求項1〜6のいずれかに記載した微細加工方法。
7. A step of performing fine processing on a workpiece by the fine processing method according to any one of claims 1 to 6,
The fine processing method according to any one of claims 1 to 6, wherein a normal film forming or processing step by etching is repeated.
【請求項8】 探針と液体収容部とを有する走査トンネ
ル顕微鏡を備え、前記探針と被加工物との間に加工電圧
を印加する加工電源を有する、請求項1〜7のいずれか
に記載した微細加工方法の実施に使用される微細加工装
置。
8. A scanning tunneling microscope having a probe and a liquid storage portion, and a processing power supply for applying a processing voltage between the probe and a workpiece, according to claim 1. A microfabrication device used for carrying out the described microfabrication method.
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