JPH08248064A - 微細パターン形成装置及び特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ナノメートルのオーダーの微細構造を形成す
ることを可能とする微細パターン形成装置を提供するこ
と目的とする。 【構成】 直流電源回路の一方の電極に接続された、表
面に感電子レジスト層を有する被処理体と、この被処理
体上の感電子レジスト層に近接又は密着して配置され、
前記直流電源回路の他方の電極に接続された導電性材料
からなる又は導電性材料で覆われた凸状のパターンを有
する転写パターン板とを具備し、この転写パターン板
は、走査型探針装置の探針部に取り付けられ、この探針
部の動作制御により前記感電子レジスト層を選択的に露
光することを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細パターン形成装置
に係り、特に、ナノメートル・オーダーの微細パターン
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイスの高密度化に伴
い、ナノメートルサイズの微細加工技術の確立が要望さ
れている。このようなナノメートルサイズの領域では、
電子が１次元的に或は０次元的に閉じ込められているた
め、従来のデバイスでは見られないさまざまな量子効果
が期待できる。

【０００３】電子を１次元的に閉じ込める量子細線や０
次元的に閉じ込める量子ドットを基板面に形成するに
は、ＥＢ、ＲＩＥ法などの微細加工技術が利用されてい
るが、現状では数十ナノメートル程度の間隔をもつ細線
またはドットを形成することは困難である。また、これ
らの方法ではパターン転写に露光、現像、エッチング、
レジスト剥離などの諸プロセスを経るため、線幅の制御
性の低下が懸念されている。

【０００４】そこで、上記問題点に対する有力な対策技
術として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いたリ
ソグラフィーが提案されている。ＳＴＭは原子オーダー
の分解能を有しており、ナノメートルサイズ以下の超微
細加工技術として注目されている。特に、ＳＴＭを用い
た分子、または原子オーダーの電気化学反応を利用した
微細加工が研究されつつある。例えば、被処理体である
試料の表面を電解液で被覆し、ＳＴＭのプローブを利用
して表面原子の終端状態を変化させることにより陽極酸
化などの電気化学反応を局所的に制御して行ない、それ
によって十数ナノメートルの微細パターンが得られてい
る。

【０００５】例えば、Ｅ．Ｓ Ｓｎｏｗら［Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６３， ｎｏ．６，
（１９９３），ｐｐ．７４９−７５１］などは、線幅が
１０ｎｍ程度のパターンを発表している。

【０００６】しかし、走査探針装置がパターンを描く最
高速度は１ｍｍ／ｓ程度に過ぎず、集積回路などに必要
とする複雑なパターンを完成するのには時間がかかり過
ぎるという問題がある。

【０００７】また、真空中、または大気中でＳＴＭによ
るリソグラフィを行う場合には、導電性であるプローブ
電極と被処理体とを離隔した状態でトンネル電流を流す
ため、放出されたトンネル電流のビーム径はプローブの
尖端と同じく原子オーダーであるのに対して、電解液中
ではそのままプローブを用いると電極プローブと被処理
体の間に電解液が存在するため、両者は電気的に離隔で
きず、電解液と接触するプローブのすべての部分が電極
として働く。そのため、ＳＴＭの特徴である原子オーダ
ーのビーム径が得られないという問題点がある。またこ
の対策として、例えば非常に少量の電解液を薄く塗布し
た場合でも電解液に接触しているプローブ幅以下の線幅
を高精度で形成することは難しい。つまり上述のよう
に、真空中、または大気中で動作させるＳＴＭのプロー
ブ電極を、そのまま電解液中で電気化学反応に利用して
も、ＳＴＭの最大の特徴である「原子オーダーの分解
能」に基づく超微細パターンは形成できない。

【０００８】一方、上述のように、半導体デバイス高密
度化、微細化に伴い、検査装置においても、試験信頼性
の向上及び多様化が要求されている。特に、極めて近接
した二点間における精度の高い電流電圧測定の技術が要
求されるようになっている。このような現状に対して、
従来のプローブ針を用いた方法では、針の半径が小さい
ものでは１０μｍであり、原理的には５０オングストロ
ームの間隔の二点間の電流電圧の測定が可能なはずであ
るが、位置決めを光学顕微鏡により手動で行なう場合に
は、位置決めは事実上不可能である。

【０００９】また、従来よりＬＳＩウエハのＩＣテスト
などのプローバには、プローバカードなどが用いられて
きたが、プローバカードの場合、プローブする場所は予
め設定しておく必要があり、その時々に応じたデバイス
上の任意の二点間の測定は不可能であった。この困難
は、特に研究開発の段階においてたびたび遭遇するもの
である。

【００１０】更に、微細な領域における二点間の電気測
定は、プローブ針間の放電電流などもあり、１００μｍ
以下の間隔の二点間の電流の測定は困難とされてきた。
この場合の高さの位置制度も、１０μｍあまりの制限が
あった。

【００１１】特に、研究開発上、作製したデバイス単体
の特性を調べたり、また、欠陥サンプルの欠陥場所を探
したりする場合に、電極構造を設置し、さまざまな領域
の電流、電圧を測定する必要に迫られるが、微細な領域
におけるデバイス構造においては、電極を取り付けるこ
と自体、非常に精密な加工技術が要求され、微細なデバ
イスを作製する場合と同様の困難さがあり、かつ高い信
頼性が必要である。

【００１２】しかも、微細なデバイスの特性を測定する
場合など、電極とデバイスそれ自体の特性との区別が簡
単にはつけられないのが実情である。物理的には、電極
の電子状態とデバイスの電子状態との強い相互作用のた
め、デバイス自体の特性を調べる場合でも、その電極の
影響を避けることが出来ず、製造上の困難さから、個々
の素子において電極自体のばらつきも無視できないもの
があった。

【００１３】また、既に述べた走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）により、微細な領域における物質表面の観察
が可能になってきた。ＳＴＭは、鋭く尖った金属探針
と、試料表面とに流れる数ｎＡ程度の微小なトンネル電
流を利用して、試料表面の幾何学的な凹凸や電子状態を
調べる装置であり、原子、分子のレベルの分解能を有す
る。この場合、金属探針と試料表面の間隔の制御は、圧
電素子（ＰＺＴ）を用いることにより、容易に行なうこ
とが出来る。

【００１４】圧電素子は、５オングストローム／Ｖ程度
の圧電比を有し、金属探針の精密な位置制御を行なうこ
とが出来る。このような圧電素子を有する構造として
は、試料台を可動式にするものと、金属探針を可動式に
するものとの二種類がある。また、既にもべたように、
ＳＴＭ装置は、プロセス装置としても有効であり、従来
のビーム系の加工方法に比べ、より微細な領域の加工
を、従来よりも簡単な方法で提供することが可能な装置
でもある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、集積回
路の素子集積密度上昇に伴い、素子の微細化傾向が続い
ているが、従来のＳＴＭによる加工技術でこれらの微小
素子を作製することは、作製速度が非常に遅く、極めて
長時間を要するところから困難である。また、低作製速
度に伴い、探針制御信号と加工電流中の雑音処理や、熱
による試料のドリフトに対する対策と、装置の除振対策
が厳しくなる。

【００１６】また、真空中、または大気中でＳＴＭによ
るリソグラフィを行う場合には、導電性であるプローブ
電極と被処理体とを離隔した状態でトンネル電流を流す
ため、放出されたトンネル電流のビーム径はプローブの
尖端と同じく原子オーダーであるのに対して、電解液中
では電極プローブと被処理体の間に電解液が存在するた
め、両者は電気的に離隔できず、電解液と接触するプロ
ーブのすべての部分が電極として働く。そのため、ＳＴ
Ｍの特徴である原子オーダーのビーム径が得られないと
いう問題点がある。

【００１７】これに対する対策として、例えば非常に少
量の電解液を薄く塗布した場合でも、電解液に接触して
いるプローブ幅以下の線幅を高精度で形成することは困
難である。即ち、上述のように、真空中、または大気中
で動作させるＳＴＭのプローブ電極を、そのまま電解液
中で電気化学反応に利用しても、ＳＴＭの最大の特徴で
ある「原子オーダーの分解能」に基づく超微細パターン
を形成することはできない。

【００１８】更に、従来のプローブを用いた測定方法で
は、微細な領域の任意の二点間を計測することが出来
ず、また、プローバカード等を用いる際に、電極構造を
作製すると、電極のデバイスの特性に与える影響がサン
プルごとに異なるため、デバイス特性を正確に評価する
ことが出来なかった。

【００１９】本発明の第１の目的は、ナノメートルのオ
ーダーの微細構造を短時間で形成することを可能とする
微細パターン形成装置を提供することにある。本発明の
第２の目的は、ナノメートルのオーダーの微細構造を形
成することを可能とする微細パターン形成装置を提供す
ることにある。

【００２０】本発明の第３の目的は、ナノメートルのオ
ーダーの微細間隔の二点間の特性の測定を可能とする微
細間隔測定装置を提供することにある。本発明の第４の
目的は、ナノメートルのオーダーの微細間隔の微細構造
の形成を可能とする微細間隔構造製造装置を提供するこ
とにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）は、
電源回路の一方の電極に接続され、表面に感電子レジス
ト層を有する被処理体を支持する支持部材と、前記被処
理体上の感電子レジスト層に近接又は密着して配置さ
れ、前記電源回路の他方の電極に接続された導電性材料
からなるか又は導電性材料で覆われた凸状のパターンを
有する転写パターン板とを具備し、この転写パターン板
は、走査型探針装置の探針部に取り付けられ、この探針
部の動作制御により前記感電子レジスト層を選択的に露
光することを特徴とする微細パターン形成装置を提供す
る。

【００２２】本発明（請求項２）は、電源回路の一方の
電極に接続された被処理体を支持する支持部材と、前記
被処理体に近接又は密着して配置され、前記電源回路の
他方の電極に接続された導電性材料からなるか又は導電
性材料で覆われた凸状のパターンを有する転写パターン
板とを具備し、この転写パターン板は、走査型探針装置
の探針部に取り付けられ、この探針部の動作制御によ
り、前記被処理体上のガス雰囲気又は溶液層の存在下で
前記被処理体に選択的に電気化学反応を起こすことを特
徴とする微細パターン形成装置を提供する。

【００２３】本発明（請求項３）は、電源回路の一方の
電極に接続された被処理体を支持する支持部材と、前記
被処理体に近接又は密着して配置され、前記電源回路の
他方の電極に接続された導電性材料からなるか又は導電
性材料で覆われた凸状のパターンを有する転写パターン
板とを具備し、この転写パターン板は、互いに電気的に
接続されていない複数の領域に分割された複数のパター
ン部分を有し、それぞれのパターン部分には電極が設け
られ、これら電極は選択的に前記電源回路の他方の電極
に接続され、かつ前記転写パターン板は、走査型探針装
置の探針部に取り付けられ、この探針部の動作制御によ
り前記被処理体を処理することを特徴とする微細パター
ン形成装置を提供する。

【００２４】本発明（請求項４）は、電源回路の一方の
電極に接続され、表面に導電性溶液層を有する被処理体
を支持する支持部材と、前記被処理体上の導電性溶液層
中に先端が浸漬され、前記電源回路の他方の電極に接続
されたプローブとを具備し、このプローブは、先端を除
く表面が厚い絶縁層で被覆され、先端は露出しているか
又は薄い絶縁膜で被覆されており、走査型探針装置の探
針部に取り付けられ、この探針部の動作制御により、前
記被処理体上に選択的に電気化学反応を起こすことを特
徴とする微細パターン形成装置を提供する。

【００２５】本発明（請求項５）は、前記電気化学反応
により、被処理体表面の選択的陽極酸化、又は被処理体
表面への選択的堆積が行われることを特徴とする請求項
４に記載の微細パターン形成装置を提供する。

【００２６】本発明（請求項６）は、垂直方向の第１の
回転軸と、この第１の回転軸と所定角度をなし、導電性
材料からなるプローブを取り付けた第２の回転軸と、前
記第２の回転軸の回りを前記プローブを自転させつつ、
前記第１の回転軸の回りを前記プローブの先端を基点に
して公転させる回転駆動手段と、前記第１の回転軸に垂
直に配置された導電性基板と、この導電性基板を前記プ
ローブの先端に近付ける手段と、前記プローブと導電性
基板との間に電流を流す手段と、前記プローブと導電性
基板との間に流れる電流を検知する手段と、前記プロー
ブの表面に絶縁膜を堆積させる手段と、この絶縁膜堆積
手段を、前記電流検知手段により検知された電流に応答
して制御する手段とを具備するプローブの製造装置を提
供する。

【００２７】本発明（請求項７）は、第１の探針と、こ
の第１の探針をｘｙｚ方向に移動させる第１の移動手段
と、固定された第２の探針と、試料を保持する手段と、
この試料保持手段をｘｙｚ方向に移動させる第２の移動
手段と、前記第１及び第２の移動手段を制御する手段
と、前記第１の探針と第２の探針とにより、前記試料上
の２点間の特性を測定する手段とを具備する微細間隔特
性測定装置を提供する。

【００２８】本発明（請求項８）は、第１の探針と、こ
の第１の探針をｘｙｚ方向に移動させる第１の移動手段
と、固定された第２の探針と、試料を保持する手段と、
この試料保持手段をｘｙｚ方向に移動させる第２の移動
手段と、前記第１及び第２の移動手段を制御する手段
と、前記第１の探針と試料との間、及び前記第２の探針
と試料との間に電流を流して、前記試料上に微細間隔の
２本の処理ラインを形成する手段とを具備する微細間隔
構造製造装置を提供する。

【００２９】本発明は、表面に感電子レジスト層を有す
る被処理体を電源回路の一方に接続し、導電性材料から
なるか又は導電性材料で覆われた凸状のパターンを有す
る転写パターン板を、前記被処理体上の感電子レジスト
層に近接又は密着して配置するとともに、前記電源回路
の他方の電極に接続し、前記転写パターン板を走査型探
針装置の探針部に取り付け、前記探針部の動作制御によ
り前記感電子レジスト層を選択的に露光することを特徴
とする微細パターン形成方法を提供する。

【００３０】本発明は、被処理体を電源回路の一方に接
続し、導電性材料からなるか又は導電性材料で覆われた
凸状のパターンを有する転写パターン板を前記被処理体
に近接又は密着して配置するとともに、前記電源回路の
他方の電極に接続し、前記転写パターン板を走査型探針
装置の探針部に取り付け、前記探針部の動作制御によ
り、前記被処理体上のガス雰囲気又は溶液層の存在下で
前記被処理体に選択的に電気化学反応を起こすことを特
徴とする微細パターン形成方法を提供する。

【００３１】本発明は、被処理体を電源回路の一方に接
続し、導電性材料からなるか又は導電性材料で覆われた
凸状のパターンを有する転写パターン板を前記被処理体
に近接又は密着して配置するとともに、前記電源回路の
他方の電極に接続し、前記転写パターン板は、互いに電
気的に接続されていない複数の領域に分割された複数の
パターン部分を有し、それぞれのパターン部分には電極
が設けられ、これら電極を選択的に前記電源回路の他方
の電極に接続し、かつ前記転写パターン板を走査型探針
装置の探針部に取り付け、この探針部の動作制御により
前記被処理体を処理することを特徴とする微細パターン
形成方法を提供する。

【００３２】本発明は、表面に導電性溶液層を有する被
処理体を電源回路の一方の電極に接続し、前記電源回路
の他方の電極に接続されたプローブの先端を前記被処理
体上の導電性溶液層中に浸漬し、このプローブは、先端
を除く表面が厚い絶縁層で被覆され、先端は露出してい
るか又は薄い絶縁膜で被覆されており、走査型探針装置
の探針部に取り付け、この探針部の動作制御により、前
記被処理体上に選択的に電気化学反応を起こすことを特
徴とする微細パターン形成装置を提供する。

【００３３】本発明は、前記方法において、前記電気化
学反応により、被処理体表面の選択的陽極酸化、又は被
処理体表面への選択的堆積を行なうことを特徴とする微
細パターン形成方法を提供する。

【００３４】本発明は、ｘｙｚ方向に移動可能な第１の
探針と、固定された第２の探針とを用いて、ｘｙｚ方向
に移動可能な試料保持手段により保持された試料上の２
点間の特性の測定を、第１の探針と前記試料保持手段の
ｘｙｚ方向への移動を制御しつつ行なう微細間隔特性測
定方法を提供する。

【００３５】本発明は、ｘｙｚ方向に移動可能な第１の
探針と、固定された第２の探針とを用いて、前記第１の
探針と試料との間、及び前記第２の探針と試料との間に
電流を流して、ｘｙｚ方向に移動可能な試料保持手段に
より保持された試料上に微細間隔の２本の処理ラインを
形成することからなる微細間隔構造製造方法を提供す
る。

【００３６】以下、本発明について、より詳細に説明す
る。第１の発明では、電気伝導性材料により構成した、
ナノメートル・オーダーの凸状微細パターンをパターン
転写板（パターン板）として用いる。このパターン転写
板を用い、Ｅ．Ｓ． Ｓｎｏｗらなどが発表した走査探
針技術による基板表面の電気化学反応又はレジスト層の
近接露光を行なう。また、分割が可能であるパターンの
場合、各分割した部分に電極を備えたパターン転写板を
用いることが出来、そうすることにより、パターン電極
の外部からの選択により、任意パターンの転写が可能で
ある。

【００３７】パターン転写板は、直流回路の片電極とし
て、レジスト層を有するもう一方の電極となる基板に近
接させ、レジスト層に微細パターンを低電圧で転写露光
するために用いる。また他の方法として、パターン転写
板を直流回路の片電極として、ガス雰囲気中や適切な液
体薄膜を有するもう一方の電極となる基板に近接させ、
基板表面で電気化学反応を起こすことにより、微細パタ
ーンを転写することが出来る。

【００３８】このように基板上に作製された微細パター
ンをマスクとして用いて、適切なエッチング法によるエ
ッチングを行なうことにより、微細構造を作製すること
が出来る。更に、新たな絶縁層と半導体または導電層を
基板の上に堆積し、他のパターン転写板を用いて微細パ
ターンを新たな層に転写することによって、多層構造素
子を形成することも可能である。

【００３９】このように微細パターンのパターン転写板
を用いることにより、高密度微細構造素子をより早く作
製することが出来、加工電流中の雑音、熱による試料の
ドリフトと、装置振動による構造揺らぎを減少させるこ
とが出来る。

【００４０】第２の発明は、以下の点を特徴とする。 （１）導電性プローブ全体を絶縁体で被覆することによ
り、電解液中であってもプローブと電解液との間に電気
的離隔が可能となる。そして、プローブ尖端部分の絶縁
膜の厚さをトンネル電流が流れ得る程度に薄く適度に作
製することにより、ナノメートルオーダーの径の局所に
のみ流れる微細なトンネル電流を利用した、ＳＴＭと同
様の機能を具備した微細パターン形成装置を提供するこ
とを特徴とする。

【００４１】（２）電解液中で上記プローブ電極と被処
理体とを近接させるとともに、電圧を印加することによ
り、絶縁膜を介してプローブと電解液との間に、径がナ
ノメートルオーダーの微細なトンネル電流を流すことが
可能となり、局所的に電気化学的に活性となった電解液
に接している被処理体の一部に選択的に電気化学反応を
起こさせることが出来る。すなわち、導電性溶液中であ
っても、ナノメートルオーダーの微細なトンネル電流を
利用した、微細パターン形成装置を提供することを特徴
とする。

【００４２】（３）プローブ電極の製造方法を提供す
る。即ち、基本的にはＳＴＭに用いられるものと同様
に、導電性の金属針に絶縁性材料、または断熱性材料を
所定の厚さまでプラズマＣＶＤなどの蒸着層により被覆
することを特徴とする。より具体的には、互いに微小な
角度を持った２軸の回転装置の一方の回転軸に、十分に
先端を尖らせた金属針を針の長さ方向が一致するよう
に、また、金属針の先端が２軸双方の回転軸に一致する
ようセットする。金属針がセットされなかった回転軸に
垂直に、金属板を近接させる。この距離の制御は、初期
には光学顕微鏡または電子顕微鏡を用い、最終的にはト
ンネル電流を計測することにより行なう。

【００４３】製造されたプローブの、先端の絶縁膜、ま
たは断熱膜の厚さは、金属針と金属板との距離に依存す
る。また、２軸の持つ相対的角度は、プローブ先端の絶
縁膜、または断熱膜の厚さ分布を制御する重要なパラメ
ータとなる。蒸着中、２軸をそれぞれ回転させることに
より、軸対称に均質、かつ均一な絶縁膜、断熱膜が作製
される。

【００４４】更に、上記方法により作製されたプローブ
は、全体が絶縁膜、または断熱膜に被覆されているが、
上記プローブに電圧をかけ、トンネル電流を計測しなが
らプローブ先端を水平方向に微小に振動している金属板
に近接させていくと、初期には絶縁膜を介してトンネル
電流が流れているが、絶縁被覆が破れ金属針の先端が現
れた瞬間導通がとれ大きな電流が計測される。この瞬間
を制御することにより、尖端にナノメートルオーダーの
径の金属部分が露出したプローブを作製することが出来
る。

【００４５】（４）上記プローブ電極を陰極、被処理体
を陽極として用い、電解液中で陽極酸化または陽極化成
を行うことにより、半導体のナノメートルサイズの微細
加工を行うことを特徴とする。また本発明は、上記プロ
ーブ電極と被処理体との間に、前述とは逆の極性の電圧
を印加することにより、被処理体にナノメートルサイズ
の金属微細構造をメッキ法により形成することを可能と
する。

【００４６】第３の発明は、微細間隔測定装置及び微細
間隔パターン形成装置を提供する。この装置によると、
まず、試料上に２つの金属探針を配置し、一方を固定と
し、他方をｘｙｚの３方向に移動可能とする。また、試
料ステージをｘｙｚの３方向に移動可能とする。このよ
うに構成することにより、基板に対し、ラテラルに設計
された基板のデバイス構造の２点間の金属探針によるコ
ンタクトをとることが出来る。この場合、一方の探針を
固定としたのは、２つの探針を両方とも可動式にしたの
では、装置が大掛かりになるからである。

【００４７】このように、固定探針は針先を任意に小さ
いものを使用可能であることから、２つの探針をナノメ
ートルオーダーに近付けることが可能であり、その結
果、基板上の極めて近接した２点に２つの探針を配置す
ることが出来る。この時、探針と試料との間は接触させ
ずにトンネル電流として測定してもよく、あるいはＡｕ
等を試料の端子に付着させておけば、探針と試料との間
を接触させて電流を流すことによりＡｕを溶解させ、そ
れによってオーミックなコンタクトをとることが出来
る。

【００４８】

【作用】第１の発明によれば、微細パターンの転写板を
利用することにより、以下のような作用が生じる。 （１）パターン転写板は、基板とともに直電流回路の双
電極として、前記基板に有する感電子レジスト層を選択
的に低電圧で露光して、ナノメートルオーダーの微細パ
ターンを転写し、微細パターンの形成に連なる選択エッ
チングを可能とする。

【００４９】（２）パターン転写板は、ガス雰囲気中ま
たは基板上の適切な液体薄膜の存在下で、前記の基板と
ともに直電流回路の双電極として、前記基板上に電気化
学反応を選択的に起こし、ナノメートルオーダーの微細
パターンを転写し、微細パターン形成に連なる選択エッ
チングを可能とする。

【００５０】（３）パターン転写板は凸型であり、その
ため、電界を集中し、優れた分解能を発揮する。また、
凸型の場合には、被処理基板に多少の凹凸があっても、
パターン転写を正確に行うことが出来る。即ち、平板状
のパターン転写板では、パターン転写板の転写すべき部
分が被処理基板の凹部に対応する位置にきてしまうと、
転写が不可能になるが、凸型のパターン転写板では、被
処理基板に多少の凹凸があっても、転写すべき凸部は必
ず被処理基板と接触するため、正確なパターン転写が可
能である。

【００５１】更に、パターン転写板を多方向に揺するこ
とによって、パターン転写板の凸部と基板とは、当初は
接触が不十分でも、必ず接触するに至り、基板の凹凸に
対応することが可能である。

【００５２】また、第１の発明によれば、各ドットを選
択することが可能である記憶素子並みのドットマトリク
ス型微小パターン板を利用することにより、以下のよう
な作用が生じる。

【００５３】（ａ）ドットマトリクス型微小パターン板
の電極を手動スィッチやコンピュータ制御で選択し、基
板とともに直流回路の双電極として、前記基板上に有す
る感電子レジスト層を選択的に低電圧で露光し，ナノメ
ートルオーダーの微細任意パターンを転写し、微細パタ
ーン形成に連なる選択エッチングを可能とする。

【００５４】（ｂ）ドットマトリクス型微小パターン板
の電極を手動スィッチやコンピュータ制御で選択し、ガ
ス雰囲気中または基板上の適切な液体薄膜の存在下で、
前記の基板とともに直電流回路の双電極として、前記基
板上に電気化学反応を選択的に起こして、ナノメートル
オーダーの微細任意パターンを転写し、微細パターン形
成に連なる選択エッチングを可能とする。

【００５５】第２の発明によれば、絶縁膜被覆プローブ
電極を用いた微細パターン形成装置において、プローブ
電極が導電性溶液中であっても、局所的に発生させたナ
ノメートルオーダーの微細なトンネル電流をＳＴＭと同
様の方法により制御し、電気化学反応によりナノメート
ルオーダーの微細パターンを作製できる。

【００５６】また、上述の尖端に径がナノメートル径の
金属部分が露出したプローブを電極として用いれば、ト
ンネル電流に依存することなくプローブと電解液との間
に十分に大きな電流を局所的に作り出すことが可能とな
り、効率よくナノメートルオーダーの微細パターンを作
製できる。

【００５７】更に、上記プローブ電極を用いて電解液中
にて被処理体の陽極酸化、または陽極化成を行うことに
より、半導体ナノメートルサイズの微細加工が可能とな
る。また、プローブ電極と被処理体との間に、前述とは
逆の極性の電圧を印加することにより、被処理体にナノ
メートルサイズの金属微細パターンをメッキ法により形
成することができる。

【００５８】更に、上記プローブ電極を用いて電解液中
にて、選択的熱励起反応による微細構造を上述と同様の
方法により作製できる。第３の発明によれば、固定探針
と、可動探針と、可動試料台とを設けているため、試料
上の任意の２点に２つの探針を配置することが可能であ
り、それによって、これまで不可能とされてきたナノメ
ートルオーダーのデバイス構造の電流、電圧等の特性の
測定が、何ら電極構造を作製することなく可能でとなっ
た。また、特性の測定に限らず、２つの探針と試料との
間に電流を流すことにより、微細間隔での陽極酸化等の
プロセスをも行うことが可能である。

【００５９】

【実施例】以下、本発明の種々の実施例について説明す
る。最初に、第１の発明に係る実施例について説明す
る。この実施例は、量子ドットアレイ、細線、任意微細
構造のパターンの作製に係るものである。実現する系と
しては、Ｓｉ等の基板上に走査探針技術を用いて作製し
た、金属または半導体からなる量子ドットアレイ、細線
アレイ、任意パターン用ドットアレイの各微細パターン
をパターン転写板として用いるものである。

【００６０】図１は、パターン転写板を用いて微細パタ
ーンの転写露光を行なう装置を示す。図２は、図１に示
す装置に用いるパターン転写源１を示し、（ａ）は量子
ドットアレイ、（ｂ）は細線アレイ、（ｃ）は任意パタ
ーン用ドットアレイをそれぞれ示す。

【００６１】図２に示すパターン転写板は、直流回路６
の２つの電極のうちの片電極として用いられる。このパ
ターン転写板１を、ピエゾ材料からなるピエズ管２によ
って位置を制御する台３に設置し、パターンが形成され
る基板４に接近させる。導電性基板４は、直流回路６の
他方の電極として用いられ、その上には感電子レジスト
層５が形成されている。パターン転写板１の電極から、
基板４に最も近接しているパターン転写板１の凸模様部
分を介してレジスト層５に、微少電流を流すことによっ
て、レジスト層５を選択的に露光し、高分解能微細パタ
ーンを転写することが出来る。なお、図１において、参
照符号７は直流電源を、８はスイッチをそれぞれ示す。

【００６２】また、図１に示す装置において、電流及び
電圧を適宜選択することにより、基板４の表面のレジス
ト層５をスパッタ蒸発させることによっても、微細パタ
ーンを転写することが出来る。

【００６３】一方、電気化学反応による微細パターン転
写の場合には、図１の基板４上にはレジスト層５の代わ
りに適当な溶液薄膜を吸着させ、または適当なガス雰囲
気で基板を覆い、パターン転写板１の凸模様部分と基板
との間に流れる微少電流によって電気化学反応を起こ
し、選択的に基板表面に原子や分子を吸着させ、又は堆
積させ、高分解能の微細構造エッチングマスクを作製す
ることが出来る。また、基板表面のパッシベーション薄
膜を電界蒸発させて選択的に露出せしめ、この露出部分
で化学反応を起こすことも可能である。

【００６４】微細パターンの転写後、適当なエッチング
法を用いて、パターンをマスクとして用いて微細構造を
形成することが出来る。図２（ｂ）に示す細線アレイの
パターン転写板１を用いる場合、電極ａ〜ｅを単独でま
たは組み合わせて選択することにより、基板４に転写す
る細線の間隔を適宜決定することが可能である。また選
択した電極に直流回路６が接続されている際、電圧や電
流を回路中で調節し、転写するパターンの幅や深さを制
御することが可能である。

【００６５】また、図２（ｃ）に示す任意パターン用ド
ットアレイは、基板上に形成した凸型のドットアレイパ
ターンを、相互に電気的に接続されていない複数の部分
に分割し、それぞれの部分に電極を備え、これら電極を
手動スイッチ又はコンピューター制御により直流回路の
一方の電極に接続して用いるものである。

【００６６】図３で示す記憶素子並みドット・アレイの
パターン転写板を用いる場合、アドレス線により単独ま
たは列ごとにドットを選択することが可能であり、コン
ピュータ制御で任意ドットパターンを直流回路に接続す
ることができる。また、直流回路の電圧や電流を調節す
ることで、転写するドットパターンのドットの大きさや
互いのオーバーラップを制御し、線状のパターンを描く
ことが可能である。

【００６７】微細パターンの転写後は、上述と同様、適
当なエッチング法を用いて、転写されたパターンをマス
クとして用いて微細構造を形成することが出来る。な
お、図３（ａ）は記憶素子並みドット・アレイの斜視
図、（ｂ）はドットの断面図である。図３（ｂ）におい
て、ドットは、ピラミッド状のｎ−Ｓｉの部分、アドレ
ス線に埋め込まれたｐ−Ｓｉの部分、及び２本のアドレ
ス線間のｎ−Ｓｉの部分から構成されている。

【００６８】図３に示す記憶素子並みドット・アレイの
パターン転写板を用いる場合、パターン転写板と基板の
間に介在するガス雰囲気や溶液を適宜選択し、又は交換
するにより、基板４の所望位置に原子や分子を堆積した
り、エッチングを行ったりすることができ、このように
して複雑な多層素子を一貫プロセスで作製することがで
きる。

【００６９】次に、第１の発明の他の実施例について説
明する。この実施例は、光による露光により微細パター
ンを作製する例である。まず、発光ダイオードやポーラ
ス化したシリコン等のように、一面に発光する基板上に
ＩｎとＳｎの合金又はＴｉからなる金属薄膜を蒸着す
る。次に、大気中で、走査型トンネル電流顕微鏡の探針
と基板上の金属薄膜間に直流バイアス電圧を印加するこ
とにより、電気化学反応で薄膜の選択酸化を生ぜしめ、
透光性の微細線パターンを作製する。

【００７０】なお、走査型トンネル電流顕微鏡の代わり
に、走査型原子間力顕微鏡（AtomicForce Microscope;
ＡＦＭ）に導電性の探針を取り付け、原子間力で探針と
基板との間隔を制御するとともに、探針と金属薄膜間に
直流バイアス電圧を印加することによっても、同様に透
光性の微細線パターンを作製することが出来る。

【００７１】次いで、被加工基板上にフォトレジスト薄
膜を形成する。そして、微細線パターンを有する発光基
板のパターンの面を、被加工基板に接近又は密着させ、
パターンを通して発光させ、フォトレジスト薄膜を露光
する。

【００７２】露光したフォトレジスト薄膜を現像してレ
ジストパターンを形成し、このレジストパターンをマス
クとして用いて、被加工基板をエッチング処理し、微細
線パターンを基板に形成する。

【００７３】以上、露光、化学反応を用いてパターンを
転写する例について説明したが、本発明はこれに限ら
ず、基板表面に形成された柔軟性材料からなる薄膜に、
硬質材料からなる探針を突入させ、探針の動作制御によ
り選択的に薄膜を機械的に彫り、基板表面を選択的に露
出せしめることも可能である。

【００７４】次に、第２の発明に係る実施例について説
明する。 実施例１ 図４は、第２の発明の実施例１に係る陽極化成装置につ
いて説明する断面図である。以下、図４を参照しながら
装置の動作原理について説明する。図４において、参照
符号１４はシリコン半導体基板（被処理体）、１５は基
板１４の載置台、１６は載置台１５を上下、左右に微小
移動させるための移動手段をそれぞれ示す。移動手段１
６は、圧電素子により構成されている。白金プローブ電
極１１はＳｉＮ絶縁膜１２により被覆され、プローブ尖
端部のＳｉＮ膜の膜厚は１ｎｍ以下となっている。フッ
酸（４９％ＨＦ）からなる電解液１９はノズルによって
基板１４上に導入される。参照符号１７は載置台１５の
位置を制御する位置決めコントローラを、１８は電流検
出手段をそれぞれ示す。

【００７５】電源２１（第１の電圧供給手段）から電極
１１に負の電圧を、基板１４に正の電圧を印加すること
により、絶縁膜１２を介して電極プローブ１１と電解液
１９の間にトンネル電流を流し、電解液１９と基板１４
の間にイオン電流を流し、基板１４を陽極化成すること
が出来る。なお、切り替え手段２０により、逆の極性の
電圧を電源２２（第２の電圧提供手段）から印加するこ
とにより、金属のメッキ法による成膜を行うことが可能
である。

【００７６】図５に、図４に示す装置を用いて作製した
多孔質シリコン量子細線の断面図を示す。以下、図４及
び図５を参照しながら多孔質シリコン量子細線の作製工
程について説明する。

【００７７】まず、通常の半導体ウエーハを標準洗浄法
により洗浄処理したｐ型シリコン（ｐ−Ｓｉ）基板１４
（体積抵抗率１０ｃｍ・Ω）を用意する。次いで、この
基板１４を載置台１５に載置する。次に、ノズル１３か
ら電解液であるフッ酸水溶液１９を基板１４上に塗布す
る。そして、電流検出器手段１８によりトンネル電流を
検出し、その検出信号に応じて電極１１と基板１４の間
の距離を調整しつつ、位置決めコントローラ１７により
移動手段１６を直線状に動かし、選択的陽極化成を行
う。

【００７８】このような選択的陽極化成の結果、線幅１
０ｎｍ以下の多孔質シリコン細線３１が形成される。ま
た、多孔質細線３１の細線と細腺との間にｐ型シリコン
量子細線３２が精度よく存在することになり、その幅も
同じく１０ｎｍ以下となる。なお、多孔質細線３１とシ
リコン細腺３２の幅は、それぞれ目的に応じて自由に変
えることが可能である。

【００７９】また、本実施例では被処理物としてｐ型基
板を用いたが、ｎ型基板を用いても良い。その場合、ｎ
型シリコン量子細線を形成することができる。また、本
実施例では白金プローブ電極１１を用いたが、Ａｕ、
Ｗ、Ｔｉなどのプローブ電極を用いても良い。更に、本
実施例ではノズルにより電解液を導入しているが、非処
理体を電解液中に浸漬しても良い。

【００８０】実施例２ 本実施例では、実施例１と同様にシリコンの量子細線を
形成する例を示すが、電解液として、フッ酸水溶液では
なく塩酸水溶液を用いて陽極酸化を行うことにより酸化
膜の細線を形成した。図６を参照してその工程を説明す
る。

【００８１】まず、実施例１と同様にｐ型シリコン基板
１４を載置台１５に設置する。次いで、ノズル１３によ
り塩酸溶液４４をｐ型シリコン基板１４上に導入する。
次に、実施例１と同様にプローブ電極１１を直線状に移
動し、図６に示すような線幅１０ｎｍ以下のＳｉＯ₂ 膜
細線４２を形成する。また、ＳｉＯ₂ 細線間に線幅１０
ｎｍ以下のシリコン量子細線４３が形成される。

【００８２】なお、本実施例ではｐ型基板を用いたが、
ｎ型基板を用いても良い。その場合、ｎ型シリコン細線
を形成することができる。 実施例３ 本実施例は、実施例１とほぼ同様な装置を用いて、図４
に示した切り替え手段２０により第２の電圧手段２２か
ら逆極性の電圧を印加することにより、金属細線などの
微細構造をメッキ法により形成する例である。以下、図
４、図７、及び図８を参照しながら本実施例の工程につ
いて説明する。

【００８３】まず、グラファイト基板５１を載置台に設
置する。次に、ノズルにより電解液ＡｇＣｌＯ₄ （０．
０５Ｍ）５２を基板５１上に導入する。次に、電源２２
よりプローブ１１と基板５１との間に電圧を印加し、電
流検出手段１８によりトンネル電流及び位置を調整し、
位置決めコントローラ１７によりプローブ１１を移動
し、基板５１上に、径が１０ｎｍ以下の金属Ａｇのドッ
ト６０を形成した。なお、ここでは微細ドットを形成し
たが、細線などの任意な微細パターンを形成することも
可能である。

【００８４】実施例４ 本実施例では、実施例１と同様に量子細線を形成する
が、プローブは、尖端以外の部分を絶縁膜で覆い、尖端
は絶縁膜で覆わない構造のものを用いた。以下、図４及
び図９を参照しながら本実施例の工程について説明す
る。

【００８５】まず、実施例１と同様のプロセスによりシ
リコン基板１４を設置し、ノズル１３によりフッ酸電解
液を基板１４上に導入する。次いで、尖端１ｎｍのサイ
ズ以外の部分をＳｉＮ絶縁膜６２で被覆した白金プロー
ブ６１を基板１４に近接させ、電流検出手段１８により
プローブと基板間のイオン電流を調整し、位置決めコン
トローラ１７によりプローブ６１を移動し、図５に示す
ような量子細線を形成した。なお、ここでは、量子細線
を形成したが、量子ドットなどの任意の微細構造を形成
することもできる。また、白金電極の他、Ａｇ、Ｗ、Ａ
ｕなどの導電性電極を用いることもできる。

【００８６】実施例５ 本実施例は、尖端以外の部分を断熱材料で被覆したプロ
ーブを用いて無電解メッキ法により金属量子ドットを絶
縁基板上に形成した例を示す。以下、図４、図１０、及
び図１１を参照しながら本実施例の工程について説明す
る。

【００８７】まず、実施例１と同様のプロセスによりＳ
ｉＯ₂ 基板７３を設置し、ノズル１３により電解液Ｃｕ
ＳＯ₄ （０．０３Ｍ）７４をＳｉＯ₂ 基板７３上に導入
する。次いで、尖端１ｎｍ以外の部分を断熱材料である
硫黄（Ｓ）７２で被覆した白金電極７１を基板７３に近
接させ、温度コントローラ（図示せず）により、プロー
ブ７１を７０℃まで加熱する。

【００８８】このようにプローブ７１により基板７３を
局所的加熱することにより、基板７３上にＣｕの無電解
メッキを行うことが出来、絶縁性のＳｉＯ₂ 基板上に寸
法１０ｎｍ以下のＣｕドット８１を形成することが出来
た。なお、ここではＳｉＯ_２基板を用いたが、Ａｌ_２
Ｏ₃ などの絶縁性基板を用いても良い。また、電解液は
ＣｕＳＯ₄ 以外に、ＮｉＳＯ₄ を用いてニッケル（Ｎ
ｉ）などの金属微細構造を形成することも可能である。

【００８９】実施例６ 本実施例では上述の実施例で使用された絶縁膜または断
熱膜被覆プローブの作製方法について、図１２を参照し
て説明する。

【００９０】まず、図１２に示すような２軸の回転機構
が、プラズマＣＶＤなどの所定の蒸着膜を作製する蒸着
装置の内部に組み込まれている。即ち、参照符号９２は
主回転軸を、９３は副回転軸をそれぞれ示し、これらは
互いに５〜１０度の角度を持ち、かつ各々の回転軸が一
点９５でに交わっている。

【００９１】ＳＴＭの探針を作製する要領で用意された
金属針９１を副回転軸９３に、回転軸の方向が針の両軸
方向、かつ針の動径軸と一致するように、そして針の先
端が回転軸交点９５と一致するように取り付ける。その
後、金属基板、又は導電性を持った半導体基板９４を、
主回転軸に垂直にナノメートルオーダーまで近接させ
る。この距離の制御は、初期には光学顕微鏡、又は電子
顕微鏡により外部から観察しながら、最終的には金属針
９１と基板９４との間のトンネル電流を計測しながら行
なう。蒸着中は２軸をそれぞれ回転させることにより、
即ち、金属針９１を副回転軸９３の回りに自転させつつ
主回転軸９２の回りを公転させ、金属針９１の表面に軸
対称に均質、かつ均一な絶縁膜又は断熱膜９６を被着さ
せ、プローブが作製される。

【００９２】プローブ全体を被う絶縁膜または断熱膜の
厚さは、必要とされる性能に応じて、蒸着装置の性能と
蒸着時間で制御される。プローブ先端の絶縁膜または断
熱膜の厚さは、他の部分より薄いことが望まれるが、こ
れは金属針９１と基板９４との距離を調整することによ
り制御することが出来る。

【００９３】図１３は、プローブ先端の拡大図である。
絶縁膜または断熱膜９６の厚さ分布は、２軸の持つ相対
的角度で制御する。一般に２軸の角度が大きいほど先端
が鋭角な形状となる。

【００９４】図１４は先端にナノメートル径の金属部分
が露出したプローブの作製方法を説明する図である。上
記方法により作製されたプローブは、全体が絶縁膜また
は断熱膜に被覆されているが、上記プローブに電圧をか
け、トンネル電流を計測しながらプローブ先端を、図１
４（ａ）に示すように、水平方向に微小に振動している
導電性基板９７に近接させていく。そうすると、初期に
は絶縁膜９６を介してトンネル電流が流れ、それが徐々
に大きくなっていくが、絶縁被覆９６が破れ、金属針の
先端が現れた瞬間、導通がとれ、大きな電流が計測され
る。この瞬間を制御することにより、図１４（ｂ）に示
すように、尖端に径がナノメートルオーダーの金属部分
が露出したプローブ９８が作製される。

【００９５】実施例７ 本実施例は、実施例６と同様、絶縁膜又は断熱膜で被覆
されたプローブを作製する例であるが、製造方法は、半
導体の異方性エッチングを用いるものである。以下、図
１５を参照して、その製造方法について説明する。

【００９６】まず、＜１００＞面方位のシリコン単結晶
基板１０１を用意する（図１５（ａ））。次いで、表面
を熱酸化し、ＳｉＯ₂ 膜１０２を形成する（図１５
（ｂ））。次に、ＳｉＯ₂ 膜１０２上に形成されたレジ
ストパターン（図示せず）をマスクとしても用いてＳｉ
Ｏ₂ 膜１０２を選択的にエッチングし、ＳｉＯ₂ パター
ン１０３を形成する（図１５（ｃ））。

【００９７】その後、ＳｉＯ₂ パターン１０３をマスク
として用いて、エチレンジアミンとピロカテコールの混
合水溶液により、シリコン単結晶基板１０１に対し異方
性エッチングを行い、Ｖ形状の溝１０４を形成する（図
１５（ｄ））。次いで、Ｏ₂とＨ₂ Ｏの混合ガス雰囲気
でウエット酸化を数分間施し、全面に数ナノメートル程
度のＳｉＯ₂ 膜１０５を形成する（図１６（ａ））。

【００９８】次に、スパッタ法により全面にＴａ層１０
６を成膜する（図１６（ｂ））。そして、エチレンジア
ミンとピロカテコールの混合水溶液により、シリコン単
結晶基板１０１をエッチング除去し、表面にＳｉＯ₂ 膜
１０５が被覆されたピラミッド状の突起部分を有するＴ
ａプローブ１０７が得られる（図１６（ｃ））。その
後、ＣＦ₄ とＯ₂ の混合ガスをエッチャントとして用い
て、ＲＩＥによりＴａプローブ１０７の先端部分のＳｉ
Ｏ₂ 膜をエッチングし、必要とされる特性に応じてトン
ネル電流を計測しながらＳｉＯ₂ 膜の膜厚を調整する。

【００９９】ピラミッド状の突起部分の先端にナノメー
トル径の金属部分を露出させるプロセスは、次の通りで
ある。まず、Ｔａプローブ１０７に電圧を印加し、トン
ネル電流の計測とＳｉＯ₂ 膜の除去と交替に行い、初期
にはＳｉＯ₂ 膜を介してトンネル電流が流れ、それが徐
々に大きくなっていくが、ＳｉＯ₂ 膜がエッチングによ
り破れ、ピラミッド状の突起部分の先端が露出した瞬
間、導通がとれ、大きな電流が計測される。エッチング
によりこの瞬間を制御することにより、先端に径がナノ
メートルオーダーの金属部分が露出したプローブ１０８
が作製される（図１６ｄ））。

【０１００】次に、第３の発明に係る実施例について説
明する。図１７は、第３の発明に係る実施例に使用され
るＳＴＭ装置を概略的に示す図である。図１７におい
て、第１の圧電素子２０１と第２の圧電素子２０３が上
下に配置され、第１の圧電素子２０１は探針２０２をｘ
ｙｚ方向に移動させ、第２の圧電素子２０３は試料台２
０４をｘｙｚ方向に移動させることが出来る。

【０１０１】試料台２０４上には試料２０５が保持され
ている。試料２０５には、電流を供給するための固定端
子２０６が接触している。第１及び第２の圧電素子２０
１，２０３は、電気制御系２０７により制御され、試料
の電気的測定は電気制御系２０８により行なわれる。

【０１０２】図１７では、ナノメートルオーダーの試料
の微小な２点間の電流、電圧を測定するものであり、予
め試料にＡｕを蒸着しておく。そして、図１８に示すよ
うに、探針２０２及び固定端子２０６により試料２０５
との接点を作り、探針２０２をゆっくりと試料２０５か
ら離すと、Ａｕが溶解して金属細線が形成され、微小な
２点間の電流、電圧特性を測定することが可能である。

【０１０３】次に、以上のＳＴＭ装置を用いて陽極酸化
による微小加工を行なう例について説明する。なおこの
場合、試料台２０４を含む試料を、所定のガス雰囲気中
に密封することが必要である。

【０１０４】まず、Ｓｉ基板２０５をフッ酸により処理
し、Ｓｉ基板２０５上に水素をターミネートさせる。こ
こで、Ｓｉ基板２０５を陽極にし、探針２０２及び固定
端子２０６を陰極にして、試料台２０４上に探針２０２
及び固定端子２０６を接触させつつＳｉ基板２０５を移
動させると、Ｓｉ基板２０５の表面で陽極酸化が行なわ
れ、図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、一定
の間隔をあけた２本のＳｉＯ₂ のラインを描くことが出
来る。なお、図１９（ｃ）に示すラインは、ラインＡ，
Ｂ上において、Ｃ₁ 、Ｄ₁ と、Ｃ₂ 、Ｄ₂ とでＡ、Ｂ間
の電位差を変えることにより、ラインＡ，Ｂ間において
もＳｉＯ₂ のラインを描くことを可能にした例である。

【０１０５】また、Ｓｉ基板２０５を移動させるととも
に、探針２０２をも移動させることにより、図２０
（ａ）、（ｂ）に示すように、異なる間隔の２本のＳｉ
Ｏ₂ のラインを描くことが出来る。以上のように、本実
施例によると、近接した複数のＳｉＯ₂ のラインを、制
御性よく、同時に形成することが可能である。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明による
と、ナノメートルオーダーの微細パターンを基板上に素
早く転写することが出来、また任意パターンや素子の作
製を一貫プロセスで行うことが可能である。

【０１０７】また、第２の発明によると、導電性プロー
ブ全体を絶縁体を被覆しているため、電解液中であって
もプローブと電解液との間を電気的に離隔することがで
きる。そのため、プローブ尖端部分の絶縁膜の厚さをト
ンネル電流が流れる程度に薄くすることにより、ＳＴＭ
の特徴である極微量域に発生させたナノメートルオーダ
ー径の局所にのみに流れるトンネル電流を電気化学反応
に供し、ＳＴＭと同様の機能を具備したナノメートルオ
ーダーの微細パターンの形成が可能である。

【０１０８】また、上述の尖端に径がナノメートル径の
金属部分が露出したプローブを電極に用いることによ
り、トンネル電流に依存することなく十分に大きな電流
を、局所的に作り出すことができ、効率よくナノメート
ルオーダーの微細パターンを形成することができる。

【０１０９】更に、上記プローブ電極を用いて電解液中
にて被処理体の陽極酸化、または陽極化成を行うことに
より、半導体のナノメートルサイズの微細加工を行うこ
とができる。また、ナノメートルサイズの金属微細構造
をメッキ法により形成することができる。

【０１１０】更にまた、上記プローブ電極を用いて電解
液中にて、選択的熱励起反応による微細構造を上述と同
様の方法により作製することができる。第３の発明によ
ると、これまで不可能であったナノメートルオーダーの
サイズのデバイスについて、電極を設けることなく、任
意の２点間の電流、電圧等の特性の測定を行うことが出
来るとともに、陽極酸化等のデバイスの微細可能も可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例に係るパターン転写板を
用いて微細パターンの転写露光を行なう装置を示す図。

【図２】図１に示す装置に用いるパターン転写板を示す
図。

【図３】図１に示す装置に用いる記憶素子並みドット・
アレイのパターン転写板を示す図。

【図４】第２の発明の実施例１に係る陽極化成装置を示
す図。

【図５】図４に示す装置を用いて作製した多孔質シリコ
ン量子細線を示す図。

【図６】図４に示す装置を用いて作製したＳｉＯ₂ 膜細
線及びシリコン量子細線を示す図。

【図７】微細パターンをメッキ法により形成する例を示
す図。

【図８】図４及び図７に示す装置を用いてメッキ法によ
り作製した微細ドットパターンを示す図。

【図９】尖端は絶縁膜で覆わない構造のプローブを用い
る例を示す図。

【図１０】無電解メッキ法により金属量子ドットを絶縁
基板上に形成する例を示す図。

【図１１】図４及び図１０に示す装置を用いて無電解メ
ッキ法により形成された金属量子ドットを示す図。

【図１２】絶縁膜または断熱膜被覆プローブの作製方法
を説明する図。

【図１３】プローブ先端を拡大して示す図。

【図１４】先端にナノメートル径の金属部分が露出した
プローブの作製方法を説明する図。

【図１５】絶縁膜又は断熱膜で被覆されたプローブの製
造工程を示す断面図。

【図１６】絶縁膜又は断熱膜で被覆されたプローブの製
造工程を示す断面図。

【図１７】第３の発明に係る実施例に使用されるＳＴＭ
装置を概略的に示す図。

【図１８】図１７に示す装置を用いて、Ａｕを溶解させ
て金属細線を形成し、微小な２点間の電流、電圧特性を
測定することを説明する図。

【図１９】図１７に示す装置を用いて陽極酸化により微
細な間隔に描かれたラインを示す図。

【図２０】図１７に示す装置を用いて陽極酸化により微
細な間隔に描かれたラインを示す図。

【符号の説明】

１…パターン転写板、２…ピエズ管、３…台、４…導電
性基板、５…感電子レジスト層、６…直流回路、７…直
流電源、８…スイッチ、１１…白金プローブ電極、１２
…ＳｉＮ絶縁膜、１３…ノズル、１４…シリコン半導体
基板、１５…基板の載置台、１６…移動手段１７…位置
決めコントローラ、１８…電流検出手段、１９…電解
液、２０…切り替え手段、２１…電源２１（第１の電圧
供給手段）、２２…電源。

フロントページの続き (72)発明者 加藤 理一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 棚本 哲史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源回路の一方の電極に接続され、表面
   に感電子レジスト層を有する被処理体を支持する支持部
   材と、前記被処理体上の感電子レジスト層に近接又は密
   着して配置され、前記電源回路の他方の電極に接続され
   た導電性材料からなるか又は導電性材料で覆われた凸状
   のパターンを有する転写パターン板とを具備し、この転
   写パターン板は、走査型探針装置の探針部に取り付けら
   れ、この探針部の動作制御により前記感電子レジスト層
   を選択的に露光することを特徴とする微細パターン形成
   装置。
2. 【請求項２】 電源回路の一方の電極に接続された被処
   理体を支持する支持部材と、前記被処理体に近接又は密
   着して配置され、前記電源回路の他方の電極に接続され
   た導電性材料からなるか又は導電性材料で覆われた凸状
   のパターンを有する転写パターン板とを具備し、この転
   写パターン板は、走査型探針装置の探針部に取り付けら
   れ、この探針部の動作制御により、前記被処理体上のガ
   ス雰囲気又は溶液層の存在下で前記被処理体に選択的に
   電気化学反応を起こすことを特徴とする微細パターン形
   成装置。
3. 【請求項３】 電源回路の一方の電極に接続された被処
   理体を支持する支持部材と、前記被処理体に近接又は密
   着して配置され、前記電源回路の他方の電極に接続され
   た導電性材料からなるか又は導電性材料で覆われた凸状
   のパターンを有する転写パターン板とを具備し、この転
   写パターン板は、互いに電気的に接続されていない複数
   の領域に分割された複数のパターン部分を有し、それぞ
   れのパターン部分には電極が設けられ、これら電極は選
   択的に前記電源回路の他方の電極に接続され、かつ前記
   転写パターン板は、走査型探針装置の探針部に取り付け
   られ、この探針部の動作制御により前記被処理体を処理
   することを特徴とする微細パターン形成装置。
4. 【請求項４】 電源回路の一方の電極に接続され、表面
   に導電性溶液層を有する被処理体を支持する支持部材
   と、前記被処理体上の導電性溶液層中に先端が浸漬さ
   れ、前記電源回路の他方の電極に接続されたプローブと
   を具備し、このプローブは、先端を除く表面が厚い絶縁
   層で被覆され、先端は露出しているか又は薄い絶縁膜で
   被覆されており、走査型探針装置の探針部に取り付けら
   れ、この探針部の動作制御により、前記被処理体上に選
   択的に電気化学反応を起こすことを特徴とする微細パタ
   ーン形成装置。
5. 【請求項５】 前記電気化学反応により、被処理体表面
   の選択的陽極酸化、又は被処理体表面への選択的堆積が
   行われることを特徴とする請求項４に記載の微細パター
   ン形成装置。
6. 【請求項６】 垂直方向の第１の回転軸と、この第１の
   回転軸と所定角度をなし、導電性材料からなるプローブ
   を取り付けた第２の回転軸と、前記第２の回転軸の回り
   を前記プローブを自転させつつ、前記第１の回転軸の回
   りを前記プローブの先端を基点にして公転させる回転駆
   動手段と、前記第１の回転軸に垂直に配置された導電性
   基板と、この導電性基板を前記プローブの先端に近付け
   る手段と、前記プローブと導電性基板との間に電流を流
   す手段と、前記プローブと導電性基板との間に流れる電
   流を検知する手段と、前記プローブの表面に絶縁膜を堆
   積させる手段と、この絶縁膜堆積手段を、前記電流検知
   手段により検知された電流に応答して制御する手段とを
   具備するプローブの製造装置。
7. 【請求項７】 第１の探針と、この第１の探針をｘｙｚ
   方向に移動させる第１の移動手段と、固定された第２の
   探針と、試料を保持する手段と、この試料保持手段をｘ
   ｙｚ方向に移動させる第２の移動手段と、前記第１及び
   第２の移動手段を制御する手段と、前記第１の探針と第
   ２の探針とにより、前記試料上の２点間の特性を測定す
   る手段とを具備する微細間隔特性測定装置。
8. 【請求項８】 第１の探針と、この第１の探針をｘｙｚ
   方向に移動させる第１の移動手段と、固定された第２の
   探針と、試料を保持する手段と、この試料保持手段をｘ
   ｙｚ方向に移動させる第２の移動手段と、前記第１及び
   第２の移動手段を制御する手段と、前記第１の探針と試
   料との間、及び前記第２の探針と試料との間に電流を流
   して、前記試料上に微細間隔の２本の処理ラインを形成
   する手段とを具備する微細間隔パターン製造装置。