JPH0637088A - 超微細加工方法 - Google Patents
超微細加工方法Info
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- JPH0637088A JPH0637088A JP28151891A JP28151891A JPH0637088A JP H0637088 A JPH0637088 A JP H0637088A JP 28151891 A JP28151891 A JP 28151891A JP 28151891 A JP28151891 A JP 28151891A JP H0637088 A JPH0637088 A JP H0637088A
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- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気化学反応および走査型トンネル顕微鏡の
原理を応用することにより、細線やドットパターン等の
凹凸形状の超微細加工やその修正が容易に行えるように
する。 【構成】 電気化学セル中に基板、耐蝕コーティングし
たトンネル探針および参照電極を配置し溶液で満たす。
そして、加工情報に対応して、探針駆動機構を駆動しな
がら探針−基板間電圧およびトンネル電流を制御し、基
板表面に局所的な電気化学反応（析出または溶解）を起
こして微細な加工を施す。
原理を応用することにより、細線やドットパターン等の
凹凸形状の超微細加工やその修正が容易に行えるように
する。 【構成】 電気化学セル中に基板、耐蝕コーティングし
たトンネル探針および参照電極を配置し溶液で満たす。
そして、加工情報に対応して、探針駆動機構を駆動しな
がら探針−基板間電圧およびトンネル電流を制御し、基
板表面に局所的な電気化学反応（析出または溶解）を起
こして微細な加工を施す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学反応および走
査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと言う）の原理を利
用して基板表面を加工する、超微細加工方法に関する。
査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと言う）の原理を利
用して基板表面を加工する、超微細加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の微細加工技術は、主にＬＳＩ等の
半導体素子の製造工程において実用化されており、μｍ
オーダの加工も可能となっている。しかし、現在の方法
では、微細度を確保するには極めて清浄な環境が必要と
され、また今以上の微細度を得るのは難しいとも言われ
ている。
半導体素子の製造工程において実用化されており、μｍ
オーダの加工も可能となっている。しかし、現在の方法
では、微細度を確保するには極めて清浄な環境が必要と
され、また今以上の微細度を得るのは難しいとも言われ
ている。
【０００３】このような中で近年、ｎｍ、Åオーダの超
微細加工の研究が進んでいる。ＳＴＭの原理を応用する
方法もその一つであり、特開昭６１−１８１５６号公報
に開示しているように、既に探針−基板間に高電圧を印
加して基板上に凹部を形成する方法や、微小粒子（原子
も含む）を電界などで捕捉し、それを移動してドットパ
ターンを形成する方法が試みられている。
微細加工の研究が進んでいる。ＳＴＭの原理を応用する
方法もその一つであり、特開昭６１−１８１５６号公報
に開示しているように、既に探針−基板間に高電圧を印
加して基板上に凹部を形成する方法や、微小粒子（原子
も含む）を電界などで捕捉し、それを移動してドットパ
ターンを形成する方法が試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法にも
問題点がある。例えば、高電圧を印加する方法では、形
成される凹部の形状の制御が難しく、凸部の形成は更に
困難である。一方、微小粒子を移動してドットパターン
を形成する方法では、環境の清浄度や微小粒子の種類・
形状が精度や微細度に大きな影響を与える。また、凹部
は形成できない。
問題点がある。例えば、高電圧を印加する方法では、形
成される凹部の形状の制御が難しく、凸部の形成は更に
困難である。一方、微小粒子を移動してドットパターン
を形成する方法では、環境の清浄度や微小粒子の種類・
形状が精度や微細度に大きな影響を与える。また、凹部
は形成できない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、電気化学反応およびＳＴＭの原
理を利用して基板表面の加工を行うものとした。具体的
には、電気化学セル中に設置された基板において、該基
板の電位およびトンネル探針・基板間に流れるトンネル
電流を制御しながら探針を走査し、該基板上で析出反応
または溶解反応を起こすことによって、基板表面に凸ま
たは凹型の形状を連続的に形成し、以って加工を行う。
め、本発明においては、電気化学反応およびＳＴＭの原
理を利用して基板表面の加工を行うものとした。具体的
には、電気化学セル中に設置された基板において、該基
板の電位およびトンネル探針・基板間に流れるトンネル
電流を制御しながら探針を走査し、該基板上で析出反応
または溶解反応を起こすことによって、基板表面に凸ま
たは凹型の形状を連続的に形成し、以って加工を行う。
【０００６】
【作用】上記方法を採ることにより、原子スケールの微
細な加工が容易に行えるようになった。本加工方法によ
れば、トンネル電流により電気化学的反応が起こり、析
出反応または溶解反応を制御することにより、原理的に
は幅０．１〜１ｎｍという極めて細い線を引くことが可
能である。
細な加工が容易に行えるようになった。本加工方法によ
れば、トンネル電流により電気化学的反応が起こり、析
出反応または溶解反応を制御することにより、原理的に
は幅０．１〜１ｎｍという極めて細い線を引くことが可
能である。
【０００７】また、いったん加工したものに対する修正
作業も容易に行えるようになった。なおかつ、この作業
は極めて局所的に行うことが可能である。
作業も容易に行えるようになった。なおかつ、この作業
は極めて局所的に行うことが可能である。
【０００８】
【実施例】図面に基づいて、本発明の実施例を以下に説
明する。 （実施例１）本発明の方法によって基板表面に細線を加
工する装置について、その構成を示す図１のブロック図
を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕電気化学セル１４は、その中に基板
１２、トンネル探針１１および参照電極１３が配置さ
れ、溶液１５で満たされている。参照電極１３は電気化
学の分野で一般に用いられているものであり、ＳＣＥ
（飽和カロメル電極）や銀−塩化銀電極が代表的であ
る。トンネル探針１１は、溶液１５中で使用されるた
め、先端部以外の表面を耐蝕コーティングにより被覆し
ている。トンネル探針１１の先端は、基板１２の表面の
所定位置において、極めて接近してトンネル電流領域に
配置されている。またトンネル探針１１は、探針駆動機
構１０に装着されており、その探針駆動機構１０によ
り、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に駆動される。さらに、電気化学セ
ル１４は走査位置および方向を一定に保つための位置−
角度補正機構１６上に設置され、これら全体が振動等の
外乱を除去するための除振台１７上に設置される。基板
１２、トンネル探針１１および参照電極１３は基板電位
制御部７および探針−基板間電圧・トンネル電流制御部
８に接続されている。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報（例
えば、図２（ａ）に示した外形の異なる２つの円状の線
とする）は、探針−基板間電圧・トンネル電流に関する
情報と探針駆動機構駆動電圧に関する情報とに分割され
（図２（ｂ）および（ｃ))、それぞれ探針−基板間電圧
・トンネル電流制御部８および探針駆動機構駆動電圧制
御部９に送られる。両制御部８および９は連動して働
き、その動作はコンピュータ３によって統括制御され
る。また、コンピュータ３は基板電位制御部７および位
置−角度補正機構１６も制御する。各部は統括制御のた
めにコンピュータ３に接続または実装される。
明する。 （実施例１）本発明の方法によって基板表面に細線を加
工する装置について、その構成を示す図１のブロック図
を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕電気化学セル１４は、その中に基板
１２、トンネル探針１１および参照電極１３が配置さ
れ、溶液１５で満たされている。参照電極１３は電気化
学の分野で一般に用いられているものであり、ＳＣＥ
（飽和カロメル電極）や銀−塩化銀電極が代表的であ
る。トンネル探針１１は、溶液１５中で使用されるた
め、先端部以外の表面を耐蝕コーティングにより被覆し
ている。トンネル探針１１の先端は、基板１２の表面の
所定位置において、極めて接近してトンネル電流領域に
配置されている。またトンネル探針１１は、探針駆動機
構１０に装着されており、その探針駆動機構１０によ
り、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に駆動される。さらに、電気化学セ
ル１４は走査位置および方向を一定に保つための位置−
角度補正機構１６上に設置され、これら全体が振動等の
外乱を除去するための除振台１７上に設置される。基板
１２、トンネル探針１１および参照電極１３は基板電位
制御部７および探針−基板間電圧・トンネル電流制御部
８に接続されている。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報（例
えば、図２（ａ）に示した外形の異なる２つの円状の線
とする）は、探針−基板間電圧・トンネル電流に関する
情報と探針駆動機構駆動電圧に関する情報とに分割され
（図２（ｂ）および（ｃ))、それぞれ探針−基板間電圧
・トンネル電流制御部８および探針駆動機構駆動電圧制
御部９に送られる。両制御部８および９は連動して働
き、その動作はコンピュータ３によって統括制御され
る。また、コンピュータ３は基板電位制御部７および位
置−角度補正機構１６も制御する。各部は統括制御のた
めにコンピュータ３に接続または実装される。
【０００９】次に、この装置を用いた細線加工動作につ
いて、以下にいくつか例をとって説明する。尚、基板の
電位は常に０Ｖ（図３−０点）に保持されるものとす
る。 例１−１ ここでは、析出反応による細線加工を、基板１２をＨＯ
ＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３をＳＣＥ
（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩素酸銀
０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って説明す
る。
いて、以下にいくつか例をとって説明する。尚、基板の
電位は常に０Ｖ（図３−０点）に保持されるものとす
る。 例１−１ ここでは、析出反応による細線加工を、基板１２をＨＯ
ＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３をＳＣＥ
（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩素酸銀
０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って説明す
る。
【００１０】入力部４から入力された加工情報（図２
（ａ))は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８およ
び探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部
８、９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ))および探針駆動パターン（図２（ｂ))を生成す
る。このとき、探針先端部の電位は、図３のａ部に示さ
れる溶解電位に設定される。なお、参照電極は電位設定
の基準となる電位を求めるために存在する。
（ａ))は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８およ
び探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部
８、９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ))および探針駆動パターン（図２（ｂ))を生成す
る。このとき、探針先端部の電位は、図３のａ部に示さ
れる溶解電位に設定される。なお、参照電極は電位設定
の基準となる電位を求めるために存在する。
【００１１】そして、探針駆動パターンに従って探針を
駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印加す
ると、基板上では逆反応として析出反応が起こり、基板
表面に連続的に銀が凸状に析出して細線が加工される
（図２（ｄ))。 例１−２ ここでは、溶解反応による細線加工を、基板１２を銀単
結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶
液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。
駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印加す
ると、基板上では逆反応として析出反応が起こり、基板
表面に連続的に銀が凸状に析出して細線が加工される
（図２（ｄ))。 例１−２ ここでは、溶解反応による細線加工を、基板１２を銀単
結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶
液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。
【００１２】入力部４から入力された加工情報（図２
（ａ))は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８およ
び探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部８
および９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ))および探針駆動パターン（図２（ｂ))を生成す
る。このとき、探針先端部の電位は、図３のｂ部に示さ
れる析出電位に設定される。
（ａ))は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８およ
び探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部８
および９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ))および探針駆動パターン（図２（ｂ))を生成す
る。このとき、探針先端部の電位は、図３のｂ部に示さ
れる析出電位に設定される。
【００１３】そして、探針駆動パターンに従って探針を
駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印加す
ると、基板上では逆反応として溶解反応が起こり、基板
表面が連続的に凹状に溶解して細線が加工される（図２
（ｂ))。 例１−３ ここでは、例１−２で加工された細線を修正（消去）す
る場合について説明する。まず、入力部４から修正（消
去）についての情報を入力する。この情報は探針−基板
間電圧・トンネル電流制御部８および探針駆動機構駆動
電圧制御部９に送られ、両制御部８および９はそれぞれ
探針−基板間電圧パターンおよび探針駆動パターンを生
成する。このとき、探針先端部の電位は、図３のａ部に
示される溶解電位に設定される。
駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印加す
ると、基板上では逆反応として溶解反応が起こり、基板
表面が連続的に凹状に溶解して細線が加工される（図２
（ｂ))。 例１−３ ここでは、例１−２で加工された細線を修正（消去）す
る場合について説明する。まず、入力部４から修正（消
去）についての情報を入力する。この情報は探針−基板
間電圧・トンネル電流制御部８および探針駆動機構駆動
電圧制御部９に送られ、両制御部８および９はそれぞれ
探針−基板間電圧パターンおよび探針駆動パターンを生
成する。このとき、探針先端部の電位は、図３のａ部に
示される溶解電位に設定される。
【００１４】そして、探針駆動パターンに従って探針を
駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印加す
ると、基板上では逆反応として析出反応が起こり、銀が
析出して凹部を埋め細線が消去される。 （実施例２）本発明の方法によって基板表面にドットパ
ターンを加工する装置について、その構成を示す概略図
（図４）を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕機械部１の構成は、実施例１と共通
である。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報は符
号化部５で符号化されて（図５（ａ))パルス電圧発生部
６に送られ、パルス電圧（図５（ｂ))に変換される。
駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印加す
ると、基板上では逆反応として析出反応が起こり、銀が
析出して凹部を埋め細線が消去される。 （実施例２）本発明の方法によって基板表面にドットパ
ターンを加工する装置について、その構成を示す概略図
（図４）を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕機械部１の構成は、実施例１と共通
である。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報は符
号化部５で符号化されて（図５（ａ))パルス電圧発生部
６に送られ、パルス電圧（図５（ｂ))に変換される。
【００１５】このパルス電圧は探針−基板間電圧・トン
ネル電流制御部を経て探針−基板間に印加される。入力
部４、符号化部５、パルス電圧発生部６、基板電位制御
部７、探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８および
探針駆動機構駆動電圧制御部９はコンピュータ３に接続
または実装され統括制御される。また、コンピュータ３
は探針駆動機構１０および位置−角度補正機構１６も制
御する。
ネル電流制御部を経て探針−基板間に印加される。入力
部４、符号化部５、パルス電圧発生部６、基板電位制御
部７、探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８および
探針駆動機構駆動電圧制御部９はコンピュータ３に接続
または実装され統括制御される。また、コンピュータ３
は探針駆動機構１０および位置−角度補正機構１６も制
御する。
【００１６】次に、この装置を用いたドットパターン加
工動作について、以下にいくつか例をとって説明する。
なお、基板の電位は常に０Ｖ（図３の０点）に保持され
るものとする。 例２−１ ここでは、析出反応によるドットパターン加工を、基板
１２をＨＯＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３
をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩
素酸銀の０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。トンネル探針１１を基板１２上で走査しなが
らパルス電圧（図５（ｂ）、Ｖpulse は図３のａ部に示
される溶解電位）を印加すると、探針の先端部は溶解反
応の電位となるので、基板上ではその逆反応として析出
反応が起こる。その結果、図５（ｃ）のように基板表面
に凸状に銀１８が析出しドットパターンが加工される。 例２−２ ここでは、溶解反応によるドットパターン加工を、基板
１２を銀単結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル
電極）、溶液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を
例に取って説明する。
工動作について、以下にいくつか例をとって説明する。
なお、基板の電位は常に０Ｖ（図３の０点）に保持され
るものとする。 例２−１ ここでは、析出反応によるドットパターン加工を、基板
１２をＨＯＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３
をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩
素酸銀の０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。トンネル探針１１を基板１２上で走査しなが
らパルス電圧（図５（ｂ）、Ｖpulse は図３のａ部に示
される溶解電位）を印加すると、探針の先端部は溶解反
応の電位となるので、基板上ではその逆反応として析出
反応が起こる。その結果、図５（ｃ）のように基板表面
に凸状に銀１８が析出しドットパターンが加工される。 例２−２ ここでは、溶解反応によるドットパターン加工を、基板
１２を銀単結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル
電極）、溶液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を
例に取って説明する。
【００１７】トンネル探針１１を基板１２上で走査しな
がらパルス電圧（図５（ｂ）、この場合Ｖpulse は図３
（ｂ）に示される析出電位）を印加すると、探針の先端
部は析出反応の電位となるので、基板上ではその逆反応
として溶解反応が起こる。その結果、基板表面の銀が溶
解して図５（ｄ）のように凹状に微小孔１９が生成しド
ットパターンが加工される。 例２−３ ここでは、例２−１で加工されたドットパターンを修正
（消去）する場合について説明する。トンネル探針１１
を基板１２上の消去したいドット（銀１８）の上に移動
し、パルス電圧（この場合Ｖpulse は図３（ｂ）に示さ
れる析出電位）を印加すると、探針の先端部は析出反応
の電位となるので、基板上ではその逆反応として溶解反
応が起こる。その結果ドット（銀１８）は溶解し、修正
（消去）が行われる。
がらパルス電圧（図５（ｂ）、この場合Ｖpulse は図３
（ｂ）に示される析出電位）を印加すると、探針の先端
部は析出反応の電位となるので、基板上ではその逆反応
として溶解反応が起こる。その結果、基板表面の銀が溶
解して図５（ｄ）のように凹状に微小孔１９が生成しド
ットパターンが加工される。 例２−３ ここでは、例２−１で加工されたドットパターンを修正
（消去）する場合について説明する。トンネル探針１１
を基板１２上の消去したいドット（銀１８）の上に移動
し、パルス電圧（この場合Ｖpulse は図３（ｂ）に示さ
れる析出電位）を印加すると、探針の先端部は析出反応
の電位となるので、基板上ではその逆反応として溶解反
応が起こる。その結果ドット（銀１８）は溶解し、修正
（消去）が行われる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば原
子スケールの微細な加工が容易に行える。また、いった
ん加工したものに対する修正作業も容易に、かつ極めて
局所的に行える。
子スケールの微細な加工が容易に行える。また、いった
ん加工したものに対する修正作業も容易に、かつ極めて
局所的に行える。
【図１】本発明による細線加工装置のブロック図であ
る。
る。
【図２】図１に示される細線加工装置における、加工情
報、探針駆動パターン、探針−基板間電圧パターンおよ
び加工された細線の対応関係を示す図である。
報、探針駆動パターン、探針−基板間電圧パターンおよ
び加工された細線の対応関係を示す図である。
【図３】５ｍＭ・ＡｇＣｌ4 の０．１Ｍ・ＨＣｌＯ4 溶
液中におけるＨＯＰＧ基板上のＡｇの析出溶解反応に対
する電流−電位曲線のグラフである。
液中におけるＨＯＰＧ基板上のＡｇの析出溶解反応に対
する電流−電位曲線のグラフである。
【図４】本発明によるドットパターン加工装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図５】図４に示されるドットパターン加工装置におけ
る、加工情報、パルス電圧およびドットパターンの対応
関係を示す図である。
る、加工情報、パルス電圧およびドットパターンの対応
関係を示す図である。
１ 加工装置の機械部 ２ 加工装置の電装部 ３ コンピュータ ４ 入力部 ５ 符号化部 ６ パルス電圧発生部 ７ 基板電位制御部 ８ 探針−基板間電圧・トンネル電流制御部 ９ 探針駆動機構駆動電圧制御部 １０ 探針駆動機構 １１ トンネル探針 １２ 基板 １３ 参照電極 １４ 電気化学セル １５ 溶液 １６ 位置−角度補正機構 １７ 除振台 １８ 銀 １９ 微小孔
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 超微細加工方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学反応および走
査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと言う）の原理を利
用して基板表面を加工する、超微細加工方法に関する。
査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと言う）の原理を利
用して基板表面を加工する、超微細加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の微細加工技術は、主にＬＳＩ等の
半導体素子の製造工程において実用化されており、μｍ
オーダの加工も可能となっている。しかし、現在の方法
では、微細度を確保するには極めて清浄な環境が必要と
され、また今以上の微細度を得るのは難しいとも言われ
ている。
半導体素子の製造工程において実用化されており、μｍ
オーダの加工も可能となっている。しかし、現在の方法
では、微細度を確保するには極めて清浄な環境が必要と
され、また今以上の微細度を得るのは難しいとも言われ
ている。
【０００３】このような中で近年、ｎｍ、Åオーダの超
微細加工の研究が進んでいる。ＳＴＭの原理を応用する
方法もその一つであり、既に、気体を電気的に解離して
基板上に細線を形成する方法（特開昭６１−１８１５６
号）や、探針−基板間に高電圧を印加して基板上に凹部
を形成する方法や、微小粒子（原子も含む）を電界など
で捕捉し、それを移動してドットパターンを形成する方
法が試みられている。
微細加工の研究が進んでいる。ＳＴＭの原理を応用する
方法もその一つであり、既に、気体を電気的に解離して
基板上に細線を形成する方法（特開昭６１−１８１５６
号）や、探針−基板間に高電圧を印加して基板上に凹部
を形成する方法や、微小粒子（原子も含む）を電界など
で捕捉し、それを移動してドットパターンを形成する方
法が試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法にも
問題点がある。例えば、気体を電気的に解離する方法で
は環境を気体で満たすためのチャンバのような密閉構造
が必要となる。また、造高電圧を印加する方法では、形
成される凹部の形状の制御が難しく、凸部の形成は更に
困難である。さらに、微小粒子を移動してドットパター
ンを形成する方法では、環境の清浄度や微小粒子の種類
・形状が精度や微細度に大きな影響を与える。他、凹部
が形成できない。
問題点がある。例えば、気体を電気的に解離する方法で
は環境を気体で満たすためのチャンバのような密閉構造
が必要となる。また、造高電圧を印加する方法では、形
成される凹部の形状の制御が難しく、凸部の形成は更に
困難である。さらに、微小粒子を移動してドットパター
ンを形成する方法では、環境の清浄度や微小粒子の種類
・形状が精度や微細度に大きな影響を与える。他、凹部
が形成できない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、電気化学反応およびＳＴＭの原
理を利用して基板表面の加工を行うものとした。具体的
には、電気化学セル中に設置された基板において、該基
板の電位、探針・基板間に流れる電流を制御しながら探
針を走査し、該基板上で析出反応または溶解反応を起こ
すことによって、基板表面に凸または凹型の形状を連続
的に形成し、以って加工を行う。
め、本発明においては、電気化学反応およびＳＴＭの原
理を利用して基板表面の加工を行うものとした。具体的
には、電気化学セル中に設置された基板において、該基
板の電位、探針・基板間に流れる電流を制御しながら探
針を走査し、該基板上で析出反応または溶解反応を起こ
すことによって、基板表面に凸または凹型の形状を連続
的に形成し、以って加工を行う。
【０００６】
【作用】上記方法を採ることにより、原子スケールの微
細な加工が容易に行えるようになった。本加工方法によ
れば、原理的には幅０．１〜１ｎｍという極めて細い線
を引くことが可能である。
細な加工が容易に行えるようになった。本加工方法によ
れば、原理的には幅０．１〜１ｎｍという極めて細い線
を引くことが可能である。
【０００７】また、いったん加工したものに対する修正
作業も容易に行えるようになった。なおかつ、この作業
は極めて局所的に行うことが可能である。
作業も容易に行えるようになった。なおかつ、この作業
は極めて局所的に行うことが可能である。
【０００８】
【実施例】図面に基づいて、本発明の実施例を以下に説
明する。 （実施例１）本発明の方法によって基板表面に細線を加
工する装置について、その構成を示す図１のブロック図
を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕電気化学セル１４は、その中に基板
１２、探針１１および参照電極１３が配置され、溶液１
５で満たされている。参照電極１３は電気化学の分野で
一般に用いられているものであり、ＳＣＥ（飽和カロメ
ル電極）や銀−塩化銀電極が代表的である。探針１１
は、溶液１５中で使用されるため、先端部以外の表面を
耐蝕コーティングにより被覆している。探針１１の先端
は、基板１２の表面上の所定の位置において、トンネル
電流の流れる極めて接近した領域に配置されている。ま
た探針１１は、探針駆動機構１０に装着されており、該
探針駆動機構１０により、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に駆動され
る。さらに、電気化学セル１４は走査位置および方向を
一定に保つための位置−角度補正機構１６上に設置さ
れ、これら全体が振動等の外乱を除去するための除振台
１７上に設置される。基板１２、探針１１および参照電
極１３は基板電位制御部７および探針−基板間電圧・ト
ンネル電流制御部８に接続されている。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報（こ
こでは、例として図２（ａ）に示した外形の異なる２つ
の円状の線とする）は、探針−基板間電圧・トンネル電
流に関する情報と探針駆動機構駆動電圧に関する情報と
に分割され（図２（ｂ）および（ｃ））、それぞれ探針
−基板間電圧・トンネル電流制御部８および探針駆動機
構駆動電圧制御部９に送られる。両制御部８および９は
連動して働き、その動作はコンピュータ３によって統括
制御される。また、コンピュータ３は基板電位制御部７
および位置−角度補正機構１６も制御する。各部は統括
制御のためにコンピュータ３に接続または実装される。
明する。 （実施例１）本発明の方法によって基板表面に細線を加
工する装置について、その構成を示す図１のブロック図
を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕電気化学セル１４は、その中に基板
１２、探針１１および参照電極１３が配置され、溶液１
５で満たされている。参照電極１３は電気化学の分野で
一般に用いられているものであり、ＳＣＥ（飽和カロメ
ル電極）や銀−塩化銀電極が代表的である。探針１１
は、溶液１５中で使用されるため、先端部以外の表面を
耐蝕コーティングにより被覆している。探針１１の先端
は、基板１２の表面上の所定の位置において、トンネル
電流の流れる極めて接近した領域に配置されている。ま
た探針１１は、探針駆動機構１０に装着されており、該
探針駆動機構１０により、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に駆動され
る。さらに、電気化学セル１４は走査位置および方向を
一定に保つための位置−角度補正機構１６上に設置さ
れ、これら全体が振動等の外乱を除去するための除振台
１７上に設置される。基板１２、探針１１および参照電
極１３は基板電位制御部７および探針−基板間電圧・ト
ンネル電流制御部８に接続されている。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報（こ
こでは、例として図２（ａ）に示した外形の異なる２つ
の円状の線とする）は、探針−基板間電圧・トンネル電
流に関する情報と探針駆動機構駆動電圧に関する情報と
に分割され（図２（ｂ）および（ｃ））、それぞれ探針
−基板間電圧・トンネル電流制御部８および探針駆動機
構駆動電圧制御部９に送られる。両制御部８および９は
連動して働き、その動作はコンピュータ３によって統括
制御される。また、コンピュータ３は基板電位制御部７
および位置−角度補正機構１６も制御する。各部は統括
制御のためにコンピュータ３に接続または実装される。
【０００９】次に、この装置を用いた細線加工動作につ
いて、以下にいくつか例をとって説明する。尚、基板の
電位は常に０Ｖ（図３の０点）に保持されるものとす
る。 例１−１ ここでは、析出反応による細線加工を、基板１２をＨＯ
ＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３をＳＣＥ
（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩素酸銀
０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って説明す
る。
いて、以下にいくつか例をとって説明する。尚、基板の
電位は常に０Ｖ（図３の０点）に保持されるものとす
る。 例１−１ ここでは、析出反応による細線加工を、基板１２をＨＯ
ＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３をＳＣＥ
（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩素酸銀
０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って説明す
る。
【００１０】入力部４から入力された加工情報（図２
（ａ））は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８お
よび探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部
８、９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ））および探針駆動パターン（図２（ｂ））を生成
する。このとき、探針１１の先端部の電位は、図３のａ
部に示される溶解電位に設定される。なお、参照電極は
電位設定の基準となる電位を求めるために存在する。
（ａ））は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８お
よび探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部
８、９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ））および探針駆動パターン（図２（ｂ））を生成
する。このとき、探針１１の先端部の電位は、図３のａ
部に示される溶解電位に設定される。なお、参照電極は
電位設定の基準となる電位を求めるために存在する。
【００１１】そして、探針駆動パターンに従って探針１
１を駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印
加すると、基板１２上では逆反応として析出反応が起こ
り、基板１２表面に連続的に銀が凸状に析出して細線が
加工される（図２（ｄ））。 例１−２ ここでは、溶解反応による細線加工を、基板１２を銀単
結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶
液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。
１を駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印
加すると、基板１２上では逆反応として析出反応が起こ
り、基板１２表面に連続的に銀が凸状に析出して細線が
加工される（図２（ｄ））。 例１−２ ここでは、溶解反応による細線加工を、基板１２を銀単
結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶
液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。
【００１２】入力部４から入力された加工情報（図２
（ａ））は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８お
よび探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部
８および９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ））および探針駆動パターン（図２（ｂ））を生成
する。このとき、探針１１の先端部の電位は、図３のｂ
部に示される析出電位に設定される。
（ａ））は探針−基板間電圧・トンネル電流制御部８お
よび探針駆動機構駆動電圧制御部９に送られ、両制御部
８および９はそれぞれ探針−基板間電圧パターン（図２
（ｃ））および探針駆動パターン（図２（ｂ））を生成
する。このとき、探針１１の先端部の電位は、図３のｂ
部に示される析出電位に設定される。
【００１３】そして、探針駆動パターンに従って探針１
１を駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印
加すると、基板１２上では逆反応として溶解反応が起こ
り、基板表面が連続的に凹状に溶解して細線が加工され
る（図２（ｄ））。 例１−３ ここでは、例１−２で加工された細線を修正（消去）す
る場合について説明する。まず、入力部４から修正（消
去）についての情報を入力する。この情報は探針−基板
間電圧・トンネル電流制御部８および探針駆動機構駆動
電圧制御部９に送られ、両制御部８および９はそれぞれ
探針−基板間電圧パターンおよび探針駆動パターンを生
成する。このとき、探針１１の先端部の電位は、図３の
ａ部に示される溶解電位に設定される。
１を駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印
加すると、基板１２上では逆反応として溶解反応が起こ
り、基板表面が連続的に凹状に溶解して細線が加工され
る（図２（ｄ））。 例１−３ ここでは、例１−２で加工された細線を修正（消去）す
る場合について説明する。まず、入力部４から修正（消
去）についての情報を入力する。この情報は探針−基板
間電圧・トンネル電流制御部８および探針駆動機構駆動
電圧制御部９に送られ、両制御部８および９はそれぞれ
探針−基板間電圧パターンおよび探針駆動パターンを生
成する。このとき、探針１１の先端部の電位は、図３の
ａ部に示される溶解電位に設定される。
【００１４】そして、探針駆動パターンに従って探針１
１を駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印
加すると、基板１２上では逆反応として析出反応が起こ
り、銀が析出して凹部を埋め細線が消去される。 （実施例２）本発明の方法によって基板表面にドットパ
ターンを加工する装置について、その構成を示す図４の
ブロック図を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕機械部１の構成は、実施例１と共通
である。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報は符
号化部５で符号化されて（図５（ａ））パルス電圧発生
部６に送られ、パルス電圧（図５（ｂ））に変換され
る。このパルス電圧は探針−基板間電圧・トンネル電流
制御部８を経て探針−基板間に印加される。
１を駆動しながら探針−基板間電圧パターンの電圧を印
加すると、基板１２上では逆反応として析出反応が起こ
り、銀が析出して凹部を埋め細線が消去される。 （実施例２）本発明の方法によって基板表面にドットパ
ターンを加工する装置について、その構成を示す図４の
ブロック図を用いて説明する。 〔機械部１の説明〕機械部１の構成は、実施例１と共通
である。 〔電装部２の説明〕入力部４は、基板表面に対しどのよ
うな加工を施すかを情報として入力する機構である。コ
ンピュータ３を介してここから入力された加工情報は符
号化部５で符号化されて（図５（ａ））パルス電圧発生
部６に送られ、パルス電圧（図５（ｂ））に変換され
る。このパルス電圧は探針−基板間電圧・トンネル電流
制御部８を経て探針−基板間に印加される。
【００１５】入力部４、符号化部５、パルス電圧発生部
６、基板電位制御部７、探針−基板間電圧・トンネル電
流制御部８および探針駆動機構駆動電圧制御部９はコン
ピュータ３に接続または実装され統括制御される。ま
た、コンピュータ３は探針駆動機構１０および位置−角
度補止機構１６も制御する。
６、基板電位制御部７、探針−基板間電圧・トンネル電
流制御部８および探針駆動機構駆動電圧制御部９はコン
ピュータ３に接続または実装され統括制御される。ま
た、コンピュータ３は探針駆動機構１０および位置−角
度補止機構１６も制御する。
【００１６】次に、この装置を用いたドットパターン加
工動作について、以下にいくつか例をとって説明する。
なお、基板の電位は常に０Ｖ（図３の０点）に保持され
るものとする。 例２−１ ここでは、析出反応によるドットパターン加工を、基板
１２をＨＯＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３
をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩
素酸銀の０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。探針１１を基板１２上で走査しながらパルス
電圧（図５（ｂ）、Ｖｐｕｌｓｅは図３のａ部に示され
る溶解電位）を印加すると、探針１１の先端部は溶解反
応の電位となるので、基板１２上ではその逆反応として
析出反応が起こる。その結果、図５（ｃ）のように基板
１２表面に凸状に銀１８が析出しドットパターンが加工
される。 例２−２ ここでは、溶解反応によるドットパターン加工を、基板
１２を銀単結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル
電極）、溶液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を
例に取って説明する。
工動作について、以下にいくつか例をとって説明する。
なお、基板の電位は常に０Ｖ（図３の０点）に保持され
るものとする。 例２−１ ここでは、析出反応によるドットパターン加工を、基板
１２をＨＯＰＧ（高配向グラファイト）、参照電極１３
をＳＣＥ（飽和カロメル電極）、溶液１５を５ｍＭ過塩
素酸銀の０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を例に取って
説明する。探針１１を基板１２上で走査しながらパルス
電圧（図５（ｂ）、Ｖｐｕｌｓｅは図３のａ部に示され
る溶解電位）を印加すると、探針１１の先端部は溶解反
応の電位となるので、基板１２上ではその逆反応として
析出反応が起こる。その結果、図５（ｃ）のように基板
１２表面に凸状に銀１８が析出しドットパターンが加工
される。 例２−２ ここでは、溶解反応によるドットパターン加工を、基板
１２を銀単結晶、参照電極１３をＳＣＥ（飽和カロメル
電極）、溶液１５を０．１Ｍ過塩素酸溶液とした場合を
例に取って説明する。
【００１７】探針１１を基板１２上で走査しながらパル
ス電圧（図５（ｂ）、この場合Ｖｐｕｌｓｅは図３のｂ
に示される析出電位）を印加すると、探針１１の先端部
は析出反応の電位となるので、基板１２上ではその逆反
応として溶解反応が起こる。その結果、基板１２表面の
銀が溶解して図５（ｄ）のように凹状に微小孔１９が生
成しドットパターンが加工される。 例２−３ ここでは、例２−１で加工されたドットパターンを修正
（消去）する場合について説明する。探針１１を基板１
２上の消去したいドット（銀１８）の上に移動し、パル
ス電圧（この場合Ｖｐｕｌｓｅは図３のｂに示される析
出電位）を印加すると、探針１１の先端部は析出反応の
電位となるので、基板１２上ではその逆反応として溶解
反応が起こる。その結果ドット（銀１８）は溶解し、修
正（消去）が行われる。
ス電圧（図５（ｂ）、この場合Ｖｐｕｌｓｅは図３のｂ
に示される析出電位）を印加すると、探針１１の先端部
は析出反応の電位となるので、基板１２上ではその逆反
応として溶解反応が起こる。その結果、基板１２表面の
銀が溶解して図５（ｄ）のように凹状に微小孔１９が生
成しドットパターンが加工される。 例２−３ ここでは、例２−１で加工されたドットパターンを修正
（消去）する場合について説明する。探針１１を基板１
２上の消去したいドット（銀１８）の上に移動し、パル
ス電圧（この場合Ｖｐｕｌｓｅは図３のｂに示される析
出電位）を印加すると、探針１１の先端部は析出反応の
電位となるので、基板１２上ではその逆反応として溶解
反応が起こる。その結果ドット（銀１８）は溶解し、修
正（消去）が行われる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば原
子スケールの微細な加工が容易に行える。また、いった
ん加工したものに対する修正作業も容易に、かつ極めて
局所的に行える。
子スケールの微細な加工が容易に行える。また、いった
ん加工したものに対する修正作業も容易に、かつ極めて
局所的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による細線加工装置のブロック図であ
る。
る。
【図２】図１に示される細線加工装置における、加工情
報、探針駆動パターン、探針−基板間電圧パターンおよ
び加工された細線の対応関係を示す図である。
報、探針駆動パターン、探針−基板間電圧パターンおよ
び加工された細線の対応関係を示す図である。
【図３】５ｍＭ・ＡｇＣｌ４の０．１Ｍ・ＨＣｌＯ４溶
液中におけるＨＯＰＧ基板上のＡｇの析出溶解反応に対
する電流−電位曲線のグラフである。
液中におけるＨＯＰＧ基板上のＡｇの析出溶解反応に対
する電流−電位曲線のグラフである。
【図４】本発明によるドットパターン加工装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図５】図４に示されるドットパターン加工装置におけ
る、加工情報、パルス電圧およびドットパターンの対応
関係を示す図である。
る、加工情報、パルス電圧およびドットパターンの対応
関係を示す図である。
【符号の説明】 １ 加工装置の機械部 ２ 加工装置の電装部 ３ コンピュータ ４ 入力部 ５ 符号化部 ６ パルス電圧発生部 ７ 基板電位制御部 ８ 探針−基板間電圧・トンネル電流制御部 ９ 探針駆動機構駆動電圧制御部 １０ 探針駆動機構 １１ 探針 １２ 基板 １３ 参照電極 １４ 電気化学セル １５ 溶液 １６ 位置−角度補正機構 １７ 除振台 １８ 銀 １９ 微小孔
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (1)
- 【請求項１】 試料を溶液中に浸し、前記試料表面にト
ンネル電流が流れるようにトンネル探針を近づけ、前記
試料と前記トンネル探針の間に流れるトンネル電流を制
御しながら、前記トンネル探針を前記試料表面を走査さ
せることを特徴とする超微細加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28151891A JPH0637088A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 超微細加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28151891A JPH0637088A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 超微細加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0637088A true JPH0637088A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=17640300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28151891A Pending JPH0637088A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 超微細加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637088A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07228983A (ja) * | 1994-02-16 | 1995-08-29 | Natl Res Inst For Metals | 微細加工方法 |
| EP0800081A1 (en) * | 1996-04-02 | 1997-10-08 | Seiko Instruments Inc. | Method of performing fine working |
| JP2008309630A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 液中測定装置及び液中測定方法 |
| JP2021018147A (ja) * | 2019-07-19 | 2021-02-15 | 国立大学法人金沢大学 | オペランド計測を可能とした走査型イオンコンダクタンス顕微鏡 |
-
1991
- 1991-10-28 JP JP28151891A patent/JPH0637088A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07228983A (ja) * | 1994-02-16 | 1995-08-29 | Natl Res Inst For Metals | 微細加工方法 |
| EP0800081A1 (en) * | 1996-04-02 | 1997-10-08 | Seiko Instruments Inc. | Method of performing fine working |
| JP2008309630A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 液中測定装置及び液中測定方法 |
| JP2021018147A (ja) * | 2019-07-19 | 2021-02-15 | 国立大学法人金沢大学 | オペランド計測を可能とした走査型イオンコンダクタンス顕微鏡 |
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