JPH0793830A - サブミクロン構造を表面に書き込む方法および装置 - Google Patents
サブミクロン構造を表面に書き込む方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短い電圧パルスを印加することにより、原子
を表面上に転移させてサブミクロンの構造を書き込み、
しかも書込みのための尖端を連続的に再生する方法およ
び装置を提供する。 【構成】 低電圧を印加すると原子を放出する材料の走
査用尖端１１を、表面１２に近接して、好ましくは電流
トンネリングの範囲内に置くことにより、表面上にサブ
ミクロンの構造を書き込むことができる。尖端を上記の
範囲内に保持しながら、表面に対して相対的に移動さ
せ、一連の短い低電圧パルスを尖端と表面との間に印加
する。これらのパルスにより、尖端の材料の原子２１が
直接表面上に転移すると同時に、尖端の材料の残りの原
子が尖端に移動して、連続的に尖端を再生し鋭い形を維
持するため、書込み能力が中断されない。
を表面上に転移させてサブミクロンの構造を書き込み、
しかも書込みのための尖端を連続的に再生する方法およ
び装置を提供する。 【構成】 低電圧を印加すると原子を放出する材料の走
査用尖端１１を、表面１２に近接して、好ましくは電流
トンネリングの範囲内に置くことにより、表面上にサブ
ミクロンの構造を書き込むことができる。尖端を上記の
範囲内に保持しながら、表面に対して相対的に移動さ
せ、一連の短い低電圧パルスを尖端と表面との間に印加
する。これらのパルスにより、尖端の材料の原子２１が
直接表面上に転移すると同時に、尖端の材料の残りの原
子が尖端に移動して、連続的に尖端を再生し鋭い形を維
持するため、書込み能力が中断されない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基板表面に原子を付
着させる方法および手段に関し、特に、表面からナノメ
ートルの範囲内で尖端を走査し、尖端の原子を尖端から
表面上に離散的または連続的な位置関係で付着させるこ
とにより、尖端の書込み能力を中断させることなく、こ
の表面に書込みを行うことに関する。
着させる方法および手段に関し、特に、表面からナノメ
ートルの範囲内で尖端を走査し、尖端の原子を尖端から
表面上に離散的または連続的な位置関係で付着させるこ
とにより、尖端の書込み能力を中断させることなく、こ
の表面に書込みを行うことに関する。
【０００２】
【従来の技術】下記は、本出願人が知る限りで最も関連
の深い従来技術の記述である。走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）を記述する基本特許は、米国特許第４３４３
９９３号である。ＳＴＭは、表面を走査する時のトンネ
ル電流を一定に保つことにより、表面の高さの原子スケ
ールの変動を検出する装置である。このＳＴＭ技術は、
表面にきわめて近接したトンネル尖端を使用して表面を
修正する各種の応用分野に拡大されている。
の深い従来技術の記述である。走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）を記述する基本特許は、米国特許第４３４３
９９３号である。ＳＴＭは、表面を走査する時のトンネ
ル電流を一定に保つことにより、表面の高さの原子スケ
ールの変動を検出する装置である。このＳＴＭ技術は、
表面にきわめて近接したトンネル尖端を使用して表面を
修正する各種の応用分野に拡大されている。
【０００３】米国特許第４８２９５０７号明細書には、
トンネル尖端を使用して、尖端以外のソースから記録媒
体の吸着材キャリア表面に個々の吸着性原子を付着させ
て、吸着材表面に識別印を書き込む方法が開示されてい
る。
トンネル尖端を使用して、尖端以外のソースから記録媒
体の吸着材キャリア表面に個々の吸着性原子を付着させ
て、吸着材表面に識別印を書き込む方法が開示されてい
る。
【０００４】Journal of Applied Phisics, １９８８年
２月１日号，ｐｐ．７１７〜７２１に掲載された論文に
は、フッ素化炭化水素グリースを塗布した金の表面の電
流トンネリングの範囲内に移動する、白金イリジウム材
料のトンネル尖端の使用が開示されている。尖端と表面
との間に約１Ｖの電圧を約１秒間印加することにより、
尖端の下の金が球状になり、良く画定された小さな突起
が生じる。常態では、金が酸化されないので好ましく、
グリースは、追加の保護コーティングを形成する。白金
イリジウムの尖端は市販されており、比較的不活性であ
る。この方法は、約１秒間の電圧パルスを必要とするた
め、遅いという欠点がある。また、この突起は、トンネ
ル尖端を供給源とする原子で形成されたものではない。
２月１日号，ｐｐ．７１７〜７２１に掲載された論文に
は、フッ素化炭化水素グリースを塗布した金の表面の電
流トンネリングの範囲内に移動する、白金イリジウム材
料のトンネル尖端の使用が開示されている。尖端と表面
との間に約１Ｖの電圧を約１秒間印加することにより、
尖端の下の金が球状になり、良く画定された小さな突起
が生じる。常態では、金が酸化されないので好ましく、
グリースは、追加の保護コーティングを形成する。白金
イリジウムの尖端は市販されており、比較的不活性であ
る。この方法は、約１秒間の電圧パルスを必要とするた
め、遅いという欠点がある。また、この突起は、トンネ
ル尖端を供給源とする原子で形成されたものではない。
【０００５】米国特許第４８９６０４４号明細書には、
金の表面上の電流トンネリングの範囲内を移動するトン
ネル尖端を使用して、表面から金の原子を除去し、これ
により、識別印を書き込むために選択された位置の表面
を点食することが開示されている。この場合も、トンネ
ル尖端から除去された原子の粒子を付着させることは、
教示も示唆もされていない。
金の表面上の電流トンネリングの範囲内を移動するトン
ネル尖端を使用して、表面から金の原子を除去し、これ
により、識別印を書き込むために選択された位置の表面
を点食することが開示されている。この場合も、トンネ
ル尖端から除去された原子の粒子を付着させることは、
教示も示唆もされていない。
【０００６】特開昭６３−２６５１０１には、高電圧を
印加して、高電界中で原子を蒸発させることにより、Ｓ
ＴＭ尖端を再生する方法が開示されている。しかし、何
らかの目的で放出された原子を回収することも、またこ
のような蒸発が、書込み工程の一部として局所的で連続
的であると考える何らかの理由も、教示も示唆もされて
いない。
印加して、高電界中で原子を蒸発させることにより、Ｓ
ＴＭ尖端を再生する方法が開示されている。しかし、何
らかの目的で放出された原子を回収することも、またこ
のような蒸発が、書込み工程の一部として局所的で連続
的であると考える何らかの理由も、教示も示唆もされて
いない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】常温および常圧で行え
る方法で、走査用尖端またはトンネル尖端を使用して、
表面上に原子スケールの構造を付着させることにより、
表面に速やかに書き込むことができる、簡単で効率が高
くしかも信頼性のある方法が必要である。
る方法で、走査用尖端またはトンネル尖端を使用して、
表面上に原子スケールの構造を付着させることにより、
表面に速やかに書き込むことができる、簡単で効率が高
くしかも信頼性のある方法が必要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的のため、この発
明によれば、低電圧を印加すると原子を放出する材料の
走査用尖端を、表面からナノメートルの範囲で、好まし
くは電流トンネリングの範囲内に近接させて置くことに
より、表面上にサブミクロン構造を書き込むことができ
る。尖端を上記の範囲に保持しながら、表面に対して相
対的に移動させ、一連の短い電圧パルスを尖端と表面と
の間に印加する。これらのパルスは、尖端の材料の原子
を直接表面に転移させ、同時に尖端の材料の残りの原子
を尖端に移動させて、連続的に尖端を再生して鋭い形状
を維持させることにより、書込み能力が中断しないよう
にする。低い電界蒸発電位を示す各種の材料が使用でき
るが、付着を常態で行う場合は、金が好ましい。尖端を
加熱すると、材料が原子を放出する能力が増強される。
付着した構造は、適当な電圧を印加することにより、選
択的に検出または消去することができる。
明によれば、低電圧を印加すると原子を放出する材料の
走査用尖端を、表面からナノメートルの範囲で、好まし
くは電流トンネリングの範囲内に近接させて置くことに
より、表面上にサブミクロン構造を書き込むことができ
る。尖端を上記の範囲に保持しながら、表面に対して相
対的に移動させ、一連の短い電圧パルスを尖端と表面と
の間に印加する。これらのパルスは、尖端の材料の原子
を直接表面に転移させ、同時に尖端の材料の残りの原子
を尖端に移動させて、連続的に尖端を再生して鋭い形状
を維持させることにより、書込み能力が中断しないよう
にする。低い電界蒸発電位を示す各種の材料が使用でき
るが、付着を常態で行う場合は、金が好ましい。尖端を
加熱すると、材料が原子を放出する能力が増強される。
付着した構造は、適当な電圧を印加することにより、選
択的に検出または消去することができる。
【０００９】
【実施例】図１は、この発明による方法を実施するのに
必要な走査装置の基本的構成要素を示す。図示するよう
に、この走査装置（ＳＴＭ等）は、導電性表面１３上の
吸着材表面１２の、好ましくはトンネル電流の範囲内に
置かれた走査用尖端１１を有する、導電プローブ１０を
備えている。プローブ１０は、したがって尖端１１は、
圧電駆動装置１４、１５、１６により、表面１２に対し
てそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向に移動させることができる。
走査制御手段１７は、駆動装置１４、１５、１６を介し
てプローブ１０に接続され、プローブ尖端１１の基板１
３に対する相対移動を制御する。サーボ制御手段１８
は、ｚ駆動装置１６に接続され、トンネル電流の変動に
応答して、尖端と表面との距離を一定に保つ。より詳し
い説明については、米国特許第４３４３９９３号、第４
５７５８２２号または第４８２９５０７号明細書を参照
されたい。
必要な走査装置の基本的構成要素を示す。図示するよう
に、この走査装置（ＳＴＭ等）は、導電性表面１３上の
吸着材表面１２の、好ましくはトンネル電流の範囲内に
置かれた走査用尖端１１を有する、導電プローブ１０を
備えている。プローブ１０は、したがって尖端１１は、
圧電駆動装置１４、１５、１６により、表面１２に対し
てそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向に移動させることができる。
走査制御手段１７は、駆動装置１４、１５、１６を介し
てプローブ１０に接続され、プローブ尖端１１の基板１
３に対する相対移動を制御する。サーボ制御手段１８
は、ｚ駆動装置１６に接続され、トンネル電流の変動に
応答して、尖端と表面との距離を一定に保つ。より詳し
い説明については、米国特許第４３４３９９３号、第４
５７５８２２号または第４８２９５０７号明細書を参照
されたい。
【００１０】この発明によれば、プローブ１０は、適当
な電圧源１９から基板１３に低電圧を印加したとき原子
を放出する材料で構成されている。電圧源１９は、ヒュ
ーレット・パッカード・カンパニー（Hewlett-Packard
Company）から市販されている８１１２Ａ型電圧パルス
発生装置を使用することができる。
な電圧源１９から基板１３に低電圧を印加したとき原子
を放出する材料で構成されている。電圧源１９は、ヒュ
ーレット・パッカード・カンパニー（Hewlett-Packard
Company）から市販されている８１１２Ａ型電圧パルス
発生装置を使用することができる。
【００１１】表面１２上にサブミクロンの構造を書き込
むため、走査制御手段１７は、駆動装置１６を制御し
て、ｚ方向に移動させ、尖端１１を表面１２から電流ト
ンネリングの範囲の距離にする。次に、走査制御手段１
７は、駆動装置１４、１５を制御して、プローブ１０を
表面１２に対してｘまたはｙ方向に移動させると同時
に、尖端１１と表面１２との間に一連の短い電圧パルス
を印加して、尖端の材料の原子を直接上記の表面に転移
させ、その上にマーク２０として付着させる。これらの
突起すなわちマーク２０の大きさは、通常約１０ナノメ
ートル程度であり、これにより記憶アプリケーションの
面積密度が３×１０11ビット／ｃｍ2以上となる。これ
らの原子が表面１２に転移すると、尖端１１と表面１２
との間に印加された電界が、まだプローブ上に残ってい
る原子２１を尖端の方に移動させる。これにより、尖端
１１が連続的に再生され、鋭い形状を維持するようにな
る。
むため、走査制御手段１７は、駆動装置１６を制御し
て、ｚ方向に移動させ、尖端１１を表面１２から電流ト
ンネリングの範囲の距離にする。次に、走査制御手段１
７は、駆動装置１４、１５を制御して、プローブ１０を
表面１２に対してｘまたはｙ方向に移動させると同時
に、尖端１１と表面１２との間に一連の短い電圧パルス
を印加して、尖端の材料の原子を直接上記の表面に転移
させ、その上にマーク２０として付着させる。これらの
突起すなわちマーク２０の大きさは、通常約１０ナノメ
ートル程度であり、これにより記憶アプリケーションの
面積密度が３×１０11ビット／ｃｍ2以上となる。これ
らの原子が表面１２に転移すると、尖端１１と表面１２
との間に印加された電界が、まだプローブ上に残ってい
る原子２１を尖端の方に移動させる。これにより、尖端
１１が連続的に再生され、鋭い形状を維持するようにな
る。
【００１２】このように、この発明の重要な特徴によれ
ば、尖端１１の原子が引き出されるとき、尖端の材料の
他の原子２１で置換されるため、尖端１１は自己「治
癒」する。このため、望ましくかつ思いがけないこと
に、尖端の書込み能力が中断しなくなる。この原子放出
現象は、完全には理解されていないが、原子は電界蒸発
放出によって尖端から表面に転移するものと考えられ、
これは尖端１１と表面１２が近接するほど増強される。
ば、尖端１１の原子が引き出されるとき、尖端の材料の
他の原子２１で置換されるため、尖端１１は自己「治
癒」する。このため、望ましくかつ思いがけないこと
に、尖端の書込み能力が中断しなくなる。この原子放出
現象は、完全には理解されていないが、原子は電界蒸発
放出によって尖端から表面に転移するものと考えられ、
これは尖端１１と表面１２が近接するほど増強される。
【００１３】尖端１１は金であることが好ましい。なぜ
なら金が酸化されず、原子の転移が常温、常圧の条件で
行えるからである。金の電界蒸発に必要な電界は、Surf
aceScience，Ｖｏｌ．７０，１９７８年，ｐｐ．２１２
〜２１３に掲載された論文の、電界蒸発データの表から
求められるように、比較的低い。これは、金線を電気化
学的にエッチングするのが好ましく、たとえば、プロー
ブの尖端部分を濃塩酸のエッチャントに浸漬して、約２
Ｖの直流をエッチャントに印加して行う。このエッチン
グ法により、半径１μｍ未満の尖端が得られる。このよ
うな尖端は、比較的不活性であり、そのため走査用尖端
として使用するのに非常に適している。
なら金が酸化されず、原子の転移が常温、常圧の条件で
行えるからである。金の電界蒸発に必要な電界は、Surf
aceScience，Ｖｏｌ．７０，１９７８年，ｐｐ．２１２
〜２１３に掲載された論文の、電界蒸発データの表から
求められるように、比較的低い。これは、金線を電気化
学的にエッチングするのが好ましく、たとえば、プロー
ブの尖端部分を濃塩酸のエッチャントに浸漬して、約２
Ｖの直流をエッチャントに印加して行う。このエッチン
グ法により、半径１μｍ未満の尖端が得られる。このよ
うな尖端は、比較的不活性であり、そのため走査用尖端
として使用するのに非常に適している。
【００１４】実際の試験では、金線をトーチで溶融し
て、ファセット面を形成することにより、金の（１１
１）面上で付着を行った。（必要があれば、表面はマイ
カ上に金の皮膜をエピタキシャル成長させて形成するこ
ともできる。）金の尖端１１が表面１２から電流トンネ
リングの範囲内にある場合、尖端と基板との間に、高さ
が４．０Ｖ、幅が５００ナノ秒ないしわずか１００ナノ
秒の電圧パルスを印加すると、または尖端と基板との間
に高さ５．０Ｖ、幅がわずか１０ナノ秒の電圧パルスを
印加すると、実質的に１００％の確率で、原子の粒子の
転移が起こる。どちらの場合にも、直径１０ｎｍ未満の
構造が付着する。表面１２に対する尖端１１の極性は、
正でも負でもよい。しかし、実際の試験で、尖端１１が
表面１２に対して負の方が書込みが制御しやすいことが
分かった。
て、ファセット面を形成することにより、金の（１１
１）面上で付着を行った。（必要があれば、表面はマイ
カ上に金の皮膜をエピタキシャル成長させて形成するこ
ともできる。）金の尖端１１が表面１２から電流トンネ
リングの範囲内にある場合、尖端と基板との間に、高さ
が４．０Ｖ、幅が５００ナノ秒ないしわずか１００ナノ
秒の電圧パルスを印加すると、または尖端と基板との間
に高さ５．０Ｖ、幅がわずか１０ナノ秒の電圧パルスを
印加すると、実質的に１００％の確率で、原子の粒子の
転移が起こる。どちらの場合にも、直径１０ｎｍ未満の
構造が付着する。表面１２に対する尖端１１の極性は、
正でも負でもよい。しかし、実際の試験で、尖端１１が
表面１２に対して負の方が書込みが制御しやすいことが
分かった。
【００１５】２０００個以上のマークを書いた後、尖端
の顕著な劣化は見られず、書込み能力は損なわれないま
まであった。また、マーク（２０など）を書き、ずっと
後で試験を行ったところ、付着した構造の顕著な拡散は
見られなかった。ただし、長期の間に拡散が生じる場合
でも、尖端１１から付着した材料を基板の表面に強く接
着することにより、拡散をなくすことができる。
の顕著な劣化は見られず、書込み能力は損なわれないま
まであった。また、マーク（２０など）を書き、ずっと
後で試験を行ったところ、付着した構造の顕著な拡散は
見られなかった。ただし、長期の間に拡散が生じる場合
でも、尖端１１から付着した材料を基板の表面に強く接
着することにより、拡散をなくすことができる。
【００１６】本出願人は、この方法および装置を使っ
て、シリコンの表面にサブミクロン構造を書き込み、ナ
ノメートル・サイズの回路要素を付着させる能力を実証
した。したがって、表面１２は、転移した原子がデータ
のビットを構成するデータ記憶媒体でも、転移した原子
が全体として回路要素を構成する電子回路の一部でも、
またリソグラフィで集積回路を形成するためのマスクの
一部であってもよい。
て、シリコンの表面にサブミクロン構造を書き込み、ナ
ノメートル・サイズの回路要素を付着させる能力を実証
した。したがって、表面１２は、転移した原子がデータ
のビットを構成するデータ記憶媒体でも、転移した原子
が全体として回路要素を構成する電子回路の一部でも、
またリソグラフィで集積回路を形成するためのマスクの
一部であってもよい。
【００１７】尖端１１は金が好ましいが、必要があれ
ば、銀、鉛、銅、インジウム、コバルト、ニッケル、
鉄、ニオブ、チタン、白金、またはアルミニウムでもよ
い。これらの材料はすべて、トンネル尖端の材料として
通常用いられるタングステンより、電界蒸発に要する電
界がはるかに低いことが知られている。書込みパルスを
印加しながらプローブ１０を、したがって尖端１１を加
熱すると、これらのプローブの材料が原子を放出する能
力が増強され、容易になる。このため、原子の転移に必
要な時間と電圧を減少させることができる。
ば、銀、鉛、銅、インジウム、コバルト、ニッケル、
鉄、ニオブ、チタン、白金、またはアルミニウムでもよ
い。これらの材料はすべて、トンネル尖端の材料として
通常用いられるタングステンより、電界蒸発に要する電
界がはるかに低いことが知られている。書込みパルスを
印加しながらプローブ１０を、したがって尖端１１を加
熱すると、これらのプローブの材料が原子を放出する能
力が増強され、容易になる。このため、原子の転移に必
要な時間と電圧を減少させることができる。
【００１８】このように付着させた突起または他のサブ
ミクロンの構造（回路要素やマスク要素等）を読み取る
ため、走査制御装置１７はｚ駆動装置１６を介してプロ
ーブ１０を表面１２に向かって移動させ、尖端１１を電
流トンネリングの範囲内にすると同時に、尖端と表面の
間を電源１９により実質的に低電圧（たとえば約０．１
〜１．０Ｖ）に保持する。尖端と基板との間のトンネル
電流は、読取増幅器２２により検出される。尖端１１が
表面１２を走査すると、書き込まれたマーク２０による
形状の変化が尖端と表面との距離を変調させる。これに
より、増幅器２２でトンネル電流の大きな変調が生じ
る。増幅された信号は、電子サーボ・フィードバックと
してサーボ制御手段１８に送られ、それによってｚ駆動
装置１６が尖端と表面との距離を一定に保つ。図示した
ように、検出装置２３で電流増幅器２２の出力の変動を
検出し記録するが、必要があれば、この増幅器の出力に
応答してｚ駆動装置１６にサーボ制御手段１８が発生す
る出力信号を読取信号にしてもよい。
ミクロンの構造（回路要素やマスク要素等）を読み取る
ため、走査制御装置１７はｚ駆動装置１６を介してプロ
ーブ１０を表面１２に向かって移動させ、尖端１１を電
流トンネリングの範囲内にすると同時に、尖端と表面の
間を電源１９により実質的に低電圧（たとえば約０．１
〜１．０Ｖ）に保持する。尖端と基板との間のトンネル
電流は、読取増幅器２２により検出される。尖端１１が
表面１２を走査すると、書き込まれたマーク２０による
形状の変化が尖端と表面との距離を変調させる。これに
より、増幅器２２でトンネル電流の大きな変調が生じ
る。増幅された信号は、電子サーボ・フィードバックと
してサーボ制御手段１８に送られ、それによってｚ駆動
装置１６が尖端と表面との距離を一定に保つ。図示した
ように、検出装置２３で電流増幅器２２の出力の変動を
検出し記録するが、必要があれば、この増幅器の出力に
応答してｚ駆動装置１６にサーボ制御手段１８が発生す
る出力信号を読取信号にしてもよい。
【００１９】消去は、マーク２０を形成する原子を選択
的に除去することによって行える。これは、選択したマ
ークの真上に尖端１１を置き、尖端と表面との間に適当
な消去電圧を印加すればよい。表面１２上に原子がさら
に付着する代わりに、表面から原子が除去される。これ
は、選択したマーク２０自体が鋭い形状を有し、尖端１
１とマーク２０のどちらから転移が起こるかはどちらが
鋭いかによって決まるため、マーク２０が「尖端」とな
って、電圧パルスの印加により原子を放出するからであ
る。
的に除去することによって行える。これは、選択したマ
ークの真上に尖端１１を置き、尖端と表面との間に適当
な消去電圧を印加すればよい。表面１２上に原子がさら
に付着する代わりに、表面から原子が除去される。これ
は、選択したマーク２０自体が鋭い形状を有し、尖端１
１とマーク２０のどちらから転移が起こるかはどちらが
鋭いかによって決まるため、マーク２０が「尖端」とな
って、電圧パルスの印加により原子を放出するからであ
る。
【００２０】また、上記では、マーク２０（または回路
もしくはマスク要素）の書込みおよび読取りのための尖
端と表面の距離は、トンネル電流の変化を検出する走査
装置を用いて保持されると述べたが、必要ならキャパシ
タンスや原子間力の測定等、尖端と表面との距離の変動
を検出する方法であれば、どんな方法も使用することが
できる。
もしくはマスク要素）の書込みおよび読取りのための尖
端と表面の距離は、トンネル電流の変化を検出する走査
装置を用いて保持されると述べたが、必要ならキャパシ
タンスや原子間力の測定等、尖端と表面との距離の変動
を検出する方法であれば、どんな方法も使用することが
できる。
【００２１】上記のように、この方法は、尖端１１を表
面１２の電流トンネリングの範囲内に置いて移動させる
ことによって実施する。これが好ましいのは、尖端と表
面との距離が増大するにつれて、電圧とマークの大きさ
がともに増大するので、原子の粒子の転移を実施するた
めに、尖端１１と基板１３との間に必要な電圧が減少す
るためである。しかし、本出願人は、尖端と表面との間
にこれより高い電圧パルスを印加すれば、尖端１１を電
流トンネリングの範囲外（たとえば表面１２から２ナノ
メートル）に置いても、転移が行えることを発見した。
特許請求の範囲で使用されているように、「原子移動範
囲」の語は、電流トンネリングの範囲の内外を問わず、
転移が起こる尖端と表面との距離を総称する。本出願人
は、付着を実施するには、尖端１１と表面１２との間に
必要な電圧を、距離１ナノメートル当たり少なくとも２
Ｖとすべきであることを発見した。
面１２の電流トンネリングの範囲内に置いて移動させる
ことによって実施する。これが好ましいのは、尖端と表
面との距離が増大するにつれて、電圧とマークの大きさ
がともに増大するので、原子の粒子の転移を実施するた
めに、尖端１１と基板１３との間に必要な電圧が減少す
るためである。しかし、本出願人は、尖端と表面との間
にこれより高い電圧パルスを印加すれば、尖端１１を電
流トンネリングの範囲外（たとえば表面１２から２ナノ
メートル）に置いても、転移が行えることを発見した。
特許請求の範囲で使用されているように、「原子移動範
囲」の語は、電流トンネリングの範囲の内外を問わず、
転移が起こる尖端と表面との距離を総称する。本出願人
は、付着を実施するには、尖端１１と表面１２との間に
必要な電圧を、距離１ナノメートル当たり少なくとも２
Ｖとすべきであることを発見した。
【００２２】
【発明の効果】要約すると、この発明によれば、短い低
電圧パルスによって走査装置の尖端から尖端の原子が表
面に直接転移し、「自己治癒」技術によって原子が尖端
に移動して転移した原子を補充する。直径１０ナノメー
トル未満の回路要素またはマスク要素またはデータ・ビ
ットの形のサブミクロン構造が、現像工程や表面上での
液体の使用を必要とせず、わずか１０ナノ秒の時間で表
面上に形成される。転移は空気中で、常温、常圧の条件
で行うことができる。
電圧パルスによって走査装置の尖端から尖端の原子が表
面に直接転移し、「自己治癒」技術によって原子が尖端
に移動して転移した原子を補充する。直径１０ナノメー
トル未満の回路要素またはマスク要素またはデータ・ビ
ットの形のサブミクロン構造が、現像工程や表面上での
液体の使用を必要とせず、わずか１０ナノ秒の時間で表
面上に形成される。転移は空気中で、常温、常圧の条件
で行うことができる。
【図１】この発明を実施するための装置の基本的な構成
要素を示す簡略化した概略図である。
要素を示す簡略化した概略図である。
１０ 導電プローブ １１ 走査用尖端 １２ 吸着材表面 １３ 導電性基板 １４ 圧電駆動装置 １５ 圧電駆動装置 １６ 圧電駆動装置 １７ 走査制御装置 １８ サーボ制御装置 １９ 電圧源 ２０ マーク ２１ 原子 ２２ 増幅器 ２３ センサ
フロントページの続き (72)発明者 ハリー・ジョナサン・マミン アメリカ合衆国94306、カリフォルニア州 パロアルト、セント・マイケル・ドライブ 3317番地 (72)発明者 ダニエル・リューガー アメリカ合衆国94301、カリフォルニア州 パロアルト、ウェブスター・ストリート 228番地ディー号室
Claims (19)
- 【請求項１】低電圧を印加すると原子を放出する材料の
走査用尖端を有する走査装置を準備するステップと、 尖端を表面の原子移動範囲内に置くステップと、 尖端を表面の原子移動範囲内に維持しながら、尖端を表
面に対して横方向に移動させ、同時に尖端の材料の原子
を直接表面に転移させるとともに、尖端の材料の残りの
原子が連続的に尖端を再生して鋭い形状を維持するよう
にすることにより、書込み能力が中断しないようにする
のに十分な大きさと時間の、一連の短い電圧パルスを尖
端に印加するステップとを含む、 サブミクロン構造を表面に書き込む方法。 - 【請求項２】尖端を原子移動範囲内に置いて保持し、 尖端を除去すべき原子の上に置き、表面に付着した原子
が尖端に引き付けられて付着するのに十分な大きさの、
一連の短い電圧パルスを印加することにより、サブミク
ロン構造を消去するステップを含む、 請求項１の方法。 - 【請求項３】表面から原子を除去した後、表面上に再書
込みを行ない、これにより記憶媒体の表面を再使用可能
にするステップを含む、 請求項２の方法。 - 【請求項４】低電圧を印加すると原子を放出する材料の
走査用尖端を有する走査装置を準備するステップと、 尖端を表面の電流トンネリングの範囲内に置くステップ
と、 尖端を表面の電流トンネリングの範囲内に維持しなが
ら、尖端を表面に対して横方向に移動させ、同時に尖端
の材料の原子を直接表面に転移させるとともに、尖端の
材料の残った原子が連続的に尖端を再生して鋭い形状を
維持するようにすることにより、書込み能力が中断しな
いようにするのに十分な大きさと時間の、一連の短い電
圧パルスを尖端に印加するステップとを含む、 サブミクロン構造を表面に書き込む方法。 - 【請求項５】尖端の、表面に対する極性が負であること
を特徴とする、請求項４の方法。 - 【請求項６】尖端の材料が、金、銀、鉛、銅、インジウ
ム、コバルト、ニッケル、鉄、ニオブ、白金、チタン、
およびアルミニウムからなるグループから選択されるこ
とを特徴とする、請求項４の方法。 - 【請求項７】記憶適用分野において、印加ステップが常
温及び常態の雰囲気で行われることを特徴とする、請求
項４の方法。 - 【請求項８】尖端の材料が金であることを特徴とする、
請求項７の方法。 - 【請求項９】上記の転移がわずか１０ナノ秒で行われ、
直径１０ｎｍ未満の構造が形成されることを特徴とす
る、請求項４の方法。 - 【請求項１０】印加ステップ中に、上記材料が原子を放
出する能力を強化するため、尖端を加熱するステップを
含む、請求項４の方法。 - 【請求項１１】表面がデータ記憶媒体であり、転移され
る原子がデータのビットを構成することを特徴とする、
請求項４の方法。 - 【請求項１２】上記の電流トンネリングの範囲内で尖端
と表面が相対的に移動する際に、尖端と表面との間のト
ンネル電流の変動を検出し、これによりデータのビット
を読み取るステップを含む、請求項１１の方法。 - 【請求項１３】表面が電子回路の一部であり、転移され
る原子が全体として回路要素を構成することを特徴とす
る、請求項４の方法。 - 【請求項１４】上記の電流トンネリングの範囲内で尖端
と表面が相対的に移動する際に、尖端と表面との間のト
ンネル電流の変動を検出し、これにより回路要素の試験
を行うステップを含む、請求項１３の方法。 - 【請求項１５】表面が、リソグラフィで集積回路を形成
するのに使用するマスクの一部であることを特徴とす
る、請求項４の方法。 - 【請求項１６】上記の電流トンネリングの範囲内で尖端
と表面が相対的に移動する際に、尖端と表面との間のト
ンネル電流の変動を検出し、これによりマスクの試験を
行うステップを含む、請求項１５の方法。 - 【請求項１７】尖端を電流トンネリングの範囲内に置い
て保持し、 尖端を除去すべき原子の上に置き、表面に付着した原子
が尖端に引き付けられて付着するのに十分な大きさの、
一連の短い電圧パルスを尖端に印加することにより、サ
ブミクロン構造を消去するステップを含む、 請求項４の方法。 - 【請求項１８】表面から原子を除去した後、表面上に再
書込みを行い、これにより記憶媒体の表面を再使用可能
にするステップを含む、 請求項１７の方法。 - 【請求項１９】所定の低電圧を印加すると原子を放出す
る材料の走査用尖端を有するプローブと、 尖端を表面から原子移動範囲内で移動させる手段と、 尖端を表面に対して横方向に移動させ、同時に尖端と表
面の分離を実質的に一定に維持する手段と、 尖端の材料の原子を直接表面に転移させるとともに、尖
端の材料の残りの原子が連続的に尖端を再生して鋭い形
状を維持するようにすることにより、書込み能力が中断
しないようにするのに十分な大きさと時間の、一連の短
い電圧パルスを尖端に印加する手段とを備える、 サブミクロン構造を表面に書き込む装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/505,281 US5043578A (en) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | Writing atomic scale features with fine tip as source of deposited atoms |
| US505281 | 1990-04-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0793830A true JPH0793830A (ja) | 1995-04-07 |
| JP2546928B2 JP2546928B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=24009682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3089003A Expired - Fee Related JP2546928B2 (ja) | 1990-04-05 | 1991-03-29 | サブミクロン構造を表面に書き込む方法および装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5043578A (ja) |
| EP (1) | EP0450771B1 (ja) |
| JP (1) | JP2546928B2 (ja) |
| DE (1) | DE69126357T2 (ja) |
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