JP2011513945A - アレイおよびカンチレバーアレイのレベリング方法 - Google Patents

アレイおよびカンチレバーアレイのレベリング方法 Download PDF

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Abstract

アレイをレベリングするための、より早くかつより良好な方法であり、機器のためのユーザーインターフェイスおよびソフトウェアを含む方法を開示する。一つの方法は、（i）少なくとも一つの支持構造体によって支持される、少なくとも一つのカンチレバーアレイを提供する工程と、（ii）少なくとも一つの基板を提供する工程と、（iii）基板に対するアレイの位置を制御するための少なくとも一つの機器を提供する工程と、（iv）基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、レベリングが、機器におけるユーザーインターフェイスを介して実行され、ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのカンチレバーが基板から偏向するときに、モーターおよび圧電性エクステンダーからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている。z方向における均一な変位を得ることが可能となる。

Description

関連出願
この出願は、2008年2月5日に出願されたHaaheimらへの米国仮出願第61/026,196号に対する優先権を主張する。この仮出願の全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
背景
高解像度パターニングには、鋭いチップ（tip）およびナノスケールのチップを使用することが可能である。この場合、インクまたはパターニング化合物を、チップから固体表面に移すことが可能である。たとえば、チップを、カンチレバーまたはより大きな支持構造体の一端に取り付けられている原子間力顕微鏡（AFM）チップとすることが可能である。この直接描画ナノリソグラフィーによるアプローチは、競合するナノリソグラフィーによっては提供することのできない、高いレジストレーションおよび合理的なコストを含む利点を提供することが可能である。カンチレバーは、複数の態様において使用することが可能である。カンチレバーは、たとえば、以下を含む一部の態様において用いることができる：（i）単一のチップまたはカンチレバー、（ii）複数のチップまたはカンチレバーからなる直線アレイ、および、（iii）複数のチップまたはカンチレバーからなる二次元アレイ、たとえば、複数のチップまたはカンチレバーからなる複数の直線アレイが並んだもの。たとえば、Mirkinらによる国際公開公報第00/41213号（特許文献1）、国際公開公報第01/91855号（特許文献2）、Small, 2005, 10, 940-945（非特許文献1）を参照されたい。また、NanoInkへの米国特許第7,005,378号（特許文献3）、第7,034,854号（特許文献4）、第7,060,977号（特許文献5）、第7,098,056号（特許文献6）、および第7,102,656号（特許文献7）も参照されたい。
これらの、および関連するデバイスおよび方法には、改善する必要性がある。具体的にいえば、たとえば、これらの方法、機器、およびデバイスに対してなすことの可能な改善に関する必要性が存在する。特に、チップ密度が増加するにつれ、二次元のシステムにおいてカンチレバーの態様がますます複雑になるため、さらに、プロセスが商業的なプロセスになるように適合されるために、改善が必要になる。たとえば、カンチレバーアレイが、幾何学的により複雑になり、かつ、より多くのカンチレバーを備えてより大きくなるにつれて、アレイのレベリング（leveling）がより困難になる。たとえば、方法が適切に実行されない場合、一つのチップが、別の第2のチップが表面に触れる前に、表面に触れる可能性があり、または、第2のチップが表面に触れないことさえあり得る。または、チップが表面に触れるのはいつなのかを知ることが困難になる可能性がある。多くの場合、ほとんどのまたは全てのチップが、描画中において触れている一方、描画中でないときには表面から離れていることが望ましい。アレイの二次元空間プロファイルがいったん確立されると、チップまたはカンチレバーチップからなる2Dアレイに関して高い平面性を有することが望ましい。さもなければ、リソグラフィーの際に、カンチレバーおよびチップにダメージを与える可能性があり、または、描画が全く生じないこともあり得る。特に、効率的かつ高精度のレベリング手段を提供する必要性が存在する。態様によっては、アレイが複数のチップを有することが可能である一方でアレイがカンチレバーを利用していないというシステムを改善する必要性が存在する。
国際公開公報第00/41213号 国際公開公報第01/91855号 米国特許第7,005,378号 米国特許第7,034,854号 米国特許第7,060,977号 米国特許第7,098,056号 米国特許第7,102,656号
Small, 2005, 10, 940-945
概要
本明細書において提示される態様は、たとえば、機器およびデバイス、これらを製造および使用するためのソフトウェアおよび方法を含む。
たとえば、一態様は、（i）少なくとも一つの支持構造体によって支持される、カンチレバーからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、（ii）少なくとも一つの基板を提供する工程と、（iii）基板に対するアレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程と、（iv）基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、レベリングが、機器におけるユーザーインターフェイスを介して実行され、ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのカンチレバーが基板から偏向するときに、モーターおよび圧電性アクチュエータからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法である。
一態様は、（i）少なくとも一つの支持構造体によって支持されている、カンチレバーからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、（ii）少なくとも一つの基板を提供する工程と、（iii）基板に対するアレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程と、（iv）基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、レベリングが、機器におけるユーザーインターフェイスを介して実行され、ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのカンチレバーが基板から偏向するときに、モーターおよび圧電性エクステンダーからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法である。
他の態様は、少なくとも一つのビューポートを備える少なくとも一つの支持構造体によって支持されている、カンチレバーからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、少なくとも一つの基板を提供する工程と、基板に対するアレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程と、基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、レベリングが、ソフトウェアを備える機器によって実行され、機器が、さらに、動作制御と、基板に対する複数のビューポートの相対的な位置の間の差異の反復的な測定とを提供するように適合されているユーザーインターフェイスを備える、方法である。
別の態様は、カンチレバーからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、少なくとも一つの基板を提供する工程と、アレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程と、基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、機器が、少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを備え、圧電性エクステンダーおよびモーターが、アレイのレベリングを提供するように適合されている、方法を提供する。
別の態様は、カンチレバーチップを備えるカンチレバーからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、少なくとも一つの基板を提供する工程と、を備え、基板に対するカンチレバーチップのアレイの位置が、少なくとも一つのz圧電性エクステンダー、およびアレイを三角形状に取り囲むように関連している少なくとも3つのz軸モーターによって制御されており、z軸モーターが、基板に対してカンチレバーチップを上昇および下降させるように適合されており、さらに、すべてのカンチレバーチップが基板に対して肉眼で実質的に水平になるまで、z軸モーターを調整する工程と、z圧電性エクステンダーを完全に伸長したときにカンチレバーが無視できない量まで偏向するように、アレイを配置する工程と、z軸モーターの相対的な位置を決定するために、z圧電性エクステンダーを調整する工程と、方法を一度実行する必要がある場合に、将来のキャリブレーション基準のために位置を記録する工程と、を備える方法を提供する。
別の態様は、構造的特徴（topographycal feature）を有する少なくとも一つの表面を提供する工程と、少なくとも一つの基板を提供する工程と、特徴の位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程と、基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、機器が、アレイの位置に対する反復的な測定を提供するように適合されているソフトウェアルーチンによって、表面のレベリングを提供するように適合されている、方法を提供する。
別の態様は、構造的特徴を有する少なくとも一つの表面を提供する工程と、少なくとも一つの基板を提供する工程と、アレイにおける空間的な位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程と、基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、機器が、アレイのレベリングを提供するように適合されている、少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを備える、レベリング方法を提供する。
別の態様は、構造的特徴を有する少なくとも一つの表面を提供する工程と、基板を提供する工程と、を備え、基板に対する特徴の位置が、少なくとも1つの圧電性のエクステンダー、および表面を三角形状に取り囲むように関連している少なくとも3つのモーターによって制御されており、モーターが、基板に対して特徴を上昇および下降させるように適合されており、さらに、すべての特徴が基板に対して肉眼で実質的に平坦になるまで、モーターを調整する工程と、表面の特徴が基板に対して無視できない量まで触れるように、アレイを配置する工程と、モーターの相対的な位置を決定するために、圧電性エクステンダーを調整する工程と、方法を一度実行する必要がある場合に、将来のキャリブレーション基準のために位置を記録する工程と、を備える方法を提供する。
別の態様は、ユーザーインターフェイスを備えるソフトウェアルーチンであって、ルーチンが、測定を実行するように、およびインターフェイスを介して測定結果を入力するようにユーザーを促し、ルーチンが、結果に基づいて計算を実行するとともに、少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを制御および監視することによって、基板に対するデバイスのレベリングを提供する、ソフトウェアルーチンを提供する。
別の態様は、ユーザーインターフェイスを備えるソフトウェアルーチンであって、ルーチンを、自動測定および反復的な計算を実行するように適合させることが可能であるとともに、ルーチンが、少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを制御および監視することによって、基板に対するデバイスのレベリングを提供する、ソフトウェアルーチンを提供する。
別の態様は、少なくとも一つの支持構造体によって支持されている、カンチレバーからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、少なくとも一つの基板を提供する工程と、基板に対するアレイの位置を制御するための、モーターを備える少なくとも一つの機器を提供する工程と、基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、レベリング工程が、機器におけるユーザーインターフェイスを介して遂行され、ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのカンチレバーが基板から偏向するときに、モーターに関する位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法を提供する。
別の態様は、（i）チップからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、（ii）少なくとも一つの基板を提供する工程と、（iii）基板に対するチップからなるアレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程と、（iv）基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、レベリングが、機器におけるユーザーインターフェイスを介して実行され、ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのチップが基板に接触するときに、モーターおよび圧電性アクチュエータからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法である。チップを、ナノスコピックチップ、走査プローブ顕微鏡チップ、ポリマーチップ、または原子間力顕微鏡チップとすることが可能である。
別の態様は、少なくとも一つの支持構造体によって支持されている、ナノスコピックチップからなる少なくとも一つのアレイを提供する工程と、少なくとも一つの基板を提供する工程と、チップと基板との間の接触ポイントを判定するために、基板に対するX-Y平面における少なくとも3つの基準ポイントを提供する工程と、基板に対するアレイの位置を制御するための、モーターおよび圧電性エクステンダーを含む少なくとも一つの機器を提供する工程と、基板に対してアレイをレベリングする工程と、を備え、レベリングが、機器におけるユーザーインターフェイスを介して遂行され、ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのナノスコピックチップが表面と接触するときに、モーターおよび圧電性エクステンダーからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法を提供する。
少なくとも一つの態様からの少なくとも一つの利点として、より早いレベリング時間を挙げることができる。
少なくとも一つの態様からの少なくとも一つの追加的な利点として、より良好なレベリング結果を挙げることができる。
少なくとも一つの態様からの少なくとも一つの追加的な利点として、よりよいパターニング結果を挙げることができる。
少なくとも一つの態様からの少なくとも一つの追加的な利点は、より狭い許容範囲である。これにより、チップからなるアレイをより大きくすることが可能となる。
少なくとも一つの態様からの少なくとも一つの追加的な利点は、均一なz方向の変位が達成できることである。
少なくとも一つの態様からの少なくとも一つの追加的な利点として、パターニングの前における、レベリングに対するより定量的な理解を挙げることができる。
少なくとも一つの態様からの少なくとも一つの追加的な利点として、迅速な修正を実行することが可能となる点を挙げることができる。このことは、たとえば、連続的または並列的に、複数の基板を用いて柔軟に機能する能力を提供することが可能である。
本特許または出願書類は、少なくとも一つのカラー作成された図面を包含する。カラー図面を含む本特許または特許出願公報のコピーは、請求すること、および必要な手数料を支払うことにより、特許庁から提供されるであろう。
最初の接触ポイントにおける、およびスタンドオフ（standoff）において着地しかけている6μmの偏向の後における、完全に平坦な2Dナノプリントアレイを示す概略図である。この態様では、F.O.T.は6μmであった。 2Dナノプリントアレイが角度許容範囲の限界に近づくシナリオの概略図である。 2Dナノプリントアレイが角度許容範囲の限界に近づくシナリオの概略図である。 NSCRIPTORを用いたレベリングの工程を示すフローチャートである。 InkFinderにおける、z圧電性エクステンダー、アクチュエータ、センサー（「zピエゾ」）の伸張および収縮値ならびにアイコンのINKCADディスプレイを示す図である。 （A）単一のビューポートに関する、カンチレバーの偏向の視覚的進行のマッピングを示す図である。アレイをまず表面に向けてオーバードライブし、その後アレイを引き下がらせながら偏向を監視した。これは、視覚的基準を与え、これにより、その後、「最初の接触」ポイントを超えて5μmより多く伸びる必要がなくなる。（B）エッチングされたビューポートのSEM上面斜視図である。（C）ビューポート開口部の前にある3つのカンチレバーを示す、下側からのSEM図である。（D）チップが金の表面に触れる前、および（E）接触がなされた後の双方において、NSCRIPTORスキャナーに組み込まれているデバイスとともに、NSCRIPTOR光学系を使用することによって、ビューポートを介してカンチレバーを観察した図である。 アレイチップ（chip）および基板に関する平面性、およびそれを規定するために使用されるパラメータを示す図である。 19.5μmのF.O.T.を有する、2DナノプリントアレイのSEM画像であり、アレイは大きな「たわみ」を示している。 旋回ポイントおよびトータルアレイサイズに関するビューポート構造、および平面性を規定するために使用されるパラメータの見積もりの例を示す図である。 ビューポート間のz差異の修正に関する、近似された比率の単純化された計算を示す図である。 圧電性のエクステンダー、アクチュエータ、またはセンサーの使用を含む、INKLEVELERを使用することによる、ミクロスケールのレベリングの工程を示すフローチャートである。 ハードウェアにおけるデフォルト設定および青写真のディスプレイを示す図である。 2Dナノプリントアレイデバイスにおけるデフォルト設定および青写真のディスプレイを示す図である。 メインの2Dレベリングソフトウェアインターフェイスのディスプレイを示す図であり、（A）デフォルトにおいて見られるような、ユーザーの入力を待っている図、（B）ユーザーが、無効なzプローブ入力を入力し、「レベリングの遂行」ボタンが動作しないままである図、（C）ユーザーが有効なデータを入力したが、アレイがさらなるレベリングを要求しており、「レベリングの遂行」ボタンが利用可能である図、（D）入力されたzプローブ値が、アレイが平坦であることを示しており、さらに、ユーザーが再びレベリングの遂行を実行することも可能な図、または（E）「タッチダウンを過ぎた最小量」の表に進み、この表が表示されて、現実のデータがこの表に追加されている図、である。 ビューポートのタッチダウン・データにおける一部の例を提示する表を示す図である。 ユーザーがzピエゾの位置を制御することを可能とする、双方向性手動zピエゾ制御のディスプレイを示す図である。 カンチレバーチップのレベリングされていないアレイを用いたパターニング結果の、光学顕微鏡写真である。 カンチレバーチップのレベリングされていないアレイを用いたパターニング結果の、光学顕微鏡写真である。 カンチレバーチップのアレイが、本願において主張されている発明に記載されているレベリング技術によってレベリングされた後の、アレイを用いたパターニング結果の光学顕微鏡写真である。 カンチレバーチップのアレイが、本願において主張されている発明に記載されているレベリング技術によってレベリングされた後の、アレイを用いたパターニング結果の光学顕微鏡写真である。
詳細な説明
序論
本明細書において引用されている全ての参考文献は、全体が参照により本明細書に組み入れられる。
本願が優先権主張している2008年2月5日に出願されたHaaheimらへの米国仮出願第61/026,196号の全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
製造方法を含む二次元のペンアレイは、たとえば、2006年4月19日に出願されたMirkinらへの米国仮出願第60/792,950号に記載されている。この仮出願の全体（図、特許請求の範囲、および実施例を含む）は、参照により本明細書に組み入れられる。関連するデバイスおよび方法については、本明細書の図3〜5も参照されたい。Salaita et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 7220-7223; Lenhert et al., Small, 2007, 3（1）, 71-75も参照されたい。これらの全体は、参照により本明細書に組み入れられる。態様によっては、2Dアレイを、「2Dナノプリントアレイ」と称することも可能である。
本明細書において記載されているさまざまな態様の実践に関して、直接描画印刷およびパターニングのための、リソグラフィー機器、マクロリソグラフィー機器、およびナノリソグラフィー機器、ペンアレイ、アクティブペン、パッシブペン、インク、パターニング化合物、キット、インク搬送器、ソフトウェア、およびアクセサリーについては、NanoInk, Inc., Chicago, ILから得ることが可能である。機器類は、NSCRIPTORを含む。ソフトウェアは、INKCAD software（NanoInk, Chicago, IL）を含む。これは、リソグラフィーの設計および制御のための、ユーザーインターフェイスを提供する。環境制御のために、E-Chamberを使用することができる。Dip Pen Nanolithography（登録商標）およびDPN（登録商標）は、NanoInk, Incの商標である。
以下に示す特許および同時係属中の出願（カンチレバー、チップ、およびパターニング化合物を使用する、直接描画印刷に関するもの）の全体は、参照により本明細書に組み入れられる。これらの特許および出願については、本明細書において記載されているさまざまな態様（インク、パターニング化合物、ソフトウェア、インク搬送デバイスなどを含む）の実践において、使用することが可能である。
1.Mirkinらへの米国特許第6,635,311号。これは、インク、チップ、基板、および他の器具類のパラメータおよびパターニング方法を含む、DPN印刷の基本的な局面について記載している。
2.Mirkinらへの米国特許第6,827,979号。これは、ソフトウェア制御、エッチングの手順、ナノプロッタ、および複雑な組み合わせアレイ形成を含む、DPN印刷の基本的な局面について、さらに記載している。
3.2002年9月5日に公開された米国特許出願公開第2002/0122873 A1号（「Nanolithography Methods and Products Produced Therefor and Produced Thereby」）。これは、DPN印刷における開口部の態様および駆動力の態様について記載している。
4.2003年2月14日に出願されたEbyらへの米国通常特許出願第10/366,717号（「Methods and Apparatus for Aligning Patterns on a Substrate」）。これは、DPN印刷のためのアライメント方法について記載している（2003/0185967として、2003年10月2日に公開されている）。
5.2003年2月28日に出願されたDupeyratらへの米国通常特許出願第10/375,060号（「Nanolithographic Calibration Methods」）。これは、DPN印刷のためのキャリブレーション方法について記載している。
6.2003年4月10日に公開されたMirkinらへの米国特許出願公開第2003/0068446号（「Protein and Peptide Nanoarrays」）。これは、タンパク質およびペプチドからなるナノアレイについて記載している。
7.2002年12月2日に出願されたMirkinらへの米国通常特許出願第10/307,515号（「Direct-Write Nanolithographic Deposition of Nucleic Acids from Nanoscopic Tips」）。これは、核酸パターニングについて記載している（2003年6月12日に公開されたPCT/US2002/038252）。
8.2002年12月17日に出願されたMirkinらへの米国通常特許出願第10/320,721号（「Patterning of Solid State Features by Direct-Write Nanolithographic Printing」）。これは、反応性パターニングおよびゾル・ゲルインクについて記載している（現在では、2003年8月28日に2003/0162004として公開されている）。
9.Liuらへの米国特許第6,642,129号および第6,867,443号（「Parallel, Individually Addressible Probes for Nanolithography」）。これは、アクティブペン・アレイについて記載している。
10.2003年1月9日に公開されたSchwartzへの米国特許出願公開第2003/0007242号（「Enhanced Scanning Probe Microscope and Nanolithographic Methods Using Same」）。
11.2003年1月9日に公開されたSchwartzへの米国特許出願公開第2003/0005755号（「Enhanced Scanning Probe Microscope」）。
12.2003年8月11日に出願された米国特許出願第10/637,641号、現在では、2004/0101469として公開されている。これは、触媒のナノ構造およびカーボン・ナノチューブの用途について記載している。
13.2003年5月23日に出願された米国特許出願第10/444,061号（現在では、2004年2月12日に2004/0026681として公開されている）、および2004年1月15日に公開された米国特許出願公開第2004/0008330。これらは、それぞれ、タンパク質の印刷および導電性ポリマーについて記載している。
14.2003年8月26日に出願された米国特許出願第10/647,430号、現在では、米国特許第7,005,378号。これは、パターニング化合物としての導電性材料について記載している。
15.2003年10月21日に出願された米国特許出願第10/689,547号、現在では、2004年9月9日に2004/0175631として公開されている。これは、フォトマスクリペアを含む、マスクの用途について記載している。
16.2003年11月12日に出願された米国特許出願第10/705,776号、現在では、2005年2月17日に2005/0035983として公開されている。これは、マイクロ流体およびインクの搬送について記載している。
17.2004年3月1日に出願された米国特許出願第10/788,414号。現在では、2005年1月13日に2005/0009206として公開されている。これは、ペプチドおよびタンパク質の印刷について記載している。
18.2004年7月19日に出願された米国特許出願第10/893,543号。現在では、2005年12月8日に2005/0272885として公開されている。これは、ROMP方法および組み合わせアレイについて記載している。
19.2005年2月14日に出願された米国特許出願第11/056,391号、現在では、2005年11月17日に2005/0255237として公開されている。これは、スタンプチップ、すなわち、ポリマーによって被覆されたチップの用途について記載している。
20.2005年2月25日に出願された米国特許出願第11/065,694号、現在では、2005年10月27日に2005/0235869として公開されている。これは、チップレスのカンチレバーおよびフラットパネル・ディスプレイの用途について記載している。
21.2006年1月19日に公開された米国特許出願公開第2006/001,4001号。これは、DPN法によって形成されたナノ構造のエッチングについて記載している。
22.2004年12月2日に公開されたLiuおよびMirkinへの国際公開公報第2004/105046号。これは、接触印刷のための走査プローブについて記載している。
23.2005年11月8日に出願されたShileらへの米国特許出願第11/268,740号「Active Pen Nanolithography」。これは、たとえば、熱圧着およびシリコンハンドルウェーハについて記載している。
「USING OPTICAL DEFLECTION OF CANTILEVERS FOR ALIGNMENT」に関する2007年8月30日に出願された米国特許出願第11/848,211号に記載の態様を使用することが可能である。
さらに、以下に示す2009年1月26日に出願された米国仮出願を、本明細書において記載されている態様を実践するために使用することが可能である。この仮出願には、たとえば、第61/147,448号、第61/147,449号、第61/147,451号および第61/147,452号が含まれる。これらは、チップを被覆する方法、レベリングのための方法およびデバイス、基板の制御方法、および本明細書において記載されている方法によって準備されたアレイの生物学的な用途、を含んでいる。
DPN法は、さらに、Ginger et al.,「The Evolution of Dip-Pen Nanolithography,」Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 30-45に記載されている。これは、高スループット平行法の記述を含んでいる。さらに、Salaita et al.,「Applications of Dip-Pen Nanolithography,」Nature Nanotechnology, 2007, Advanced On-line publication （11 pages）; Rosner et.,「Dip pen nanolithography: Applications and functional extensions,」Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Taylor and Francis Group, New York, 2005; Huck,「Self-assembly meets nanofabrication: Recent developments in microcontact printing and dip-pen nanolithography,」Angewandte Chemie-International Edition 46, 2754-2757, 2007およびLenhert,「Materials integration by dip-pen nanolithography in Nanotechnology」, Nanoprobes, Vol. 2, WILEY-VCH Weinheim, Berlin, 2008、を参照されたい。
DPN印刷法およびパターン転写法を含む直接描画法は、たとえば、Direct-Write Technologies, Sensors, Electronics, and Integrated Power Sources, Pique and Chrisey （Eds）, 2002に記載されている。
本明細書において記載されている直接描画ナノリソグラフィーの機器および方法は、特に、ペプチド、タンパク質、核酸、DNA、RNA、ウィルス、生体分子などに基づいて、バイオアレイ、ナノアレイ、およびマイクロアレイを準備するための使用に関して、関心対象となる。たとえば、チップおよびライブラリの大量生産に関する米国特許第6,787,313号、ピペットチップを有する自動化された分子生物学実験室に関する第5,443,791号、薬学的な用途における分子アレイの自動合成のための装置に関する第5,981,733号を参照されたい。組み合わせアレイを準備することが可能である。たとえば、Hendersonらへの米国特許第7,008,769号、第6,573,369号、および第6,998,228号も参照されたい。
走査プローブ顕微鏡法は、Bottomley, Anal. Chem., 1998, 70, 425R-475Rに概説されている。また、走査プローブ顕微鏡は、当技術分野において公知である。これは、たとえば、米国特許第5,705,814号（Digital Instruments）に記載されているような、プローブ交換メカニズムを含む。
たとえば、Madou, Fundamentals of Microfabrication, 2nd Ed., 2002およびVan Zant, Microchip Fabrication, 5th Ed., 2004には、微細加工法が記載されている。
機器
ナノ位置決め（nanopositioning）をすることならびに圧電性のエクステンダー、アクチュエータ、および/またはセンサーを使用することの可能な機器は、当技術分野において公知である。機器は、たとえば、ディップペンナノリソグラフィーのために改良されているAFM機器、あるいは、ディップペンナノリソグラフィーを実行するために直接的に適合されている同様の機器とすることが可能である。たとえばNanoInk （Skokie, IL）から、たとえばNSCRIPTOR（商標）を含む機器を得ることが可能である。
態様によっては、機器は、少なくとも一つのz軸圧電性エクステンダー、アクチュエータ、またはセンサーおよび少なくとも3つのz軸モータを備える。これらの双方について、ソフトウェアルーチンによって制御および監視することが可能である。このソフトウェアルーチンは、ユーザーが、ユーザーインターフェイスによって位置情報を入力することを可能とするものである。これらの機器の例は、2007年5月9日に出願されたAmroらへの米国仮出願第60/916,979号に記載されている（また、2008年5月7日に出願された米国通常出願第12/116,908号「Compact Nanofabrication Apparatus」も参照されたい）。
機器、チップのアレイ、およびチップについては、カンチレバーを有するように、または有しないように適合することが可能である。たとえば、チップのアレイシステムにおけるカンチレバーのないものは、たとえば、Huo et al., Science, September 19, 2008, vol. 321, no. 5896, 1658-1660に記載されている。この文献は、参照により本明細書に組み入れられる。
支持構造体
支持構造体は、チップ、カンチレバー、およびチップを備えるカンチレバーを支持するように適合することが可能である。たとえば、レジスト層および金の沈着を伴うボトムサイドエッチングを使用して、Siウェーハから支持構造体を形成することが可能である。さらに、2006年4月19日に出願されたMirkinらへの米国仮出願第60/792,950号は、支持構造体について記載している。この仮出願の全体は、参照により本明細書に組み入れられる（この仮出願は、2007年3月23日に出願された米国通常出願第11/690,738号である）。
特に重要な設計上の特徴には、たとえば、シリコンリッジの高さおよびエッジスタンドオフ・スペーサの高さが含まれる。これらは、シリコンハンドルウェーハの裏面によってチップを押しつぶしてしまうことを防止するために役立つ。
支持構造体は、場合によっては、ビューポートが存在しなければカンチレバーを見ることが困難なように製造されうる。たとえば、支持構造体は、観察を不可能にする不透明な材料から製造されうる。または、支持構造体は、パイレックスなどの原理的には透明であり得るが、傷が付けられたり、粗面化されたり、あるいは他の見ることができないように使用されたりする材料から製造されうる。透明な材料は、たとえば粗面処理および/または化学エッチングによって、不透明化されうる。
支持構造体を「ハンドルウェーハ」という用語を用いて説明することもできる。
また、支持構造体をより大きな機器に連結するように適合させることもできる。連結は、特に限定されるものではないが、たとえば機械的な連結、または磁気的な連結とすることが可能である。この連結に適合する構造を支持構造体に取り付けることができる。たとえば、磁性材料を有する適合されたプラスチックのクリップを使用することが可能である。
支持構造体を単結晶のシリコンから製造することができる。パイレックスに優る利点としては、たとえば、パイレックスを貫通する穴をエッチングすることが、困難である、もしくは高価である可能性があること、または、カンチレバーに対する結合を妨げる表面の凹凸を形成してしまう可能性があることが含まれる。単結晶のシリコンによれば、エッチングの制御が比較的容易となる。
支持構造体は、カンチレバーを支持するためのベース列を備えることが可能である。ベース列の長さは、特に限定されない。たとえば、ベース列は、少なくとも約1mmの平均の長さを有することが可能である。ベース列における平均の長さについては、たとえば、約0.1mm〜約5mmとすることが可能であり、または、約0.5mm〜約3mmとすることも可能である。一態様では、約1cm×1cmの、約10mmのベース列の長さを有するアレイを形成することができる。ベース列の長さが長すぎる場合には、たわんだ支持構造体が、チップの高さを超えてしまい、全てのチップを描画表面に触れないようにする可能性があるために、ベース列の長さが制限される可能性がある。これを回避するために、用途ごとにベース列の長さを適合させることができる。
ベース列は、少なくとも約5ミクロンの支持体に応じた高さを有することができる。高さについては、特に限定されないが、適切に曲がっているカンチレバーとともに使用するように、適合させることが可能である。ベース列の高さは、過度な移動によってチップを押しつぶさないように、チップの高さマイナスストッパの高さとしてもよいし、またはこれより高くてもよい。
ベース列上においてカンチレバーを支持することが可能であり、アレイのためのより大きな支持構造体上にベース列を支持することができる。ベース列は、アレイのためのより大きな支持体から延びることが可能である。アレイ支持体を約2平方cm以下、あるいは約0.5平方cm〜約1.5平方cmの表面積によって特徴付けることができる。サイズについては、機器との連結のために、必要に応じて調整することが可能である。
支持構造体は、シリコン、パイレックス、ガラス、プラスチック、シロキサンポリマー（ポリジメチルシロキサンを含む）などのソフトポリマーから形成することが可能である。
カンチレバーおよびチップからなるアレイ
カンチレバーからなる一次元または二次元のアレイを使用することが可能である。
カンチレバーの2Dアレイは、当技術分野において公知である。たとえば、2006年4月19日に出願されたMirkinらへの米国仮出願第60/792,950号、2007年3月13日に出願されたHaaheimへの米国仮出願第60/894,657号および2007年3月23日に出願されたMirkinらへの米国第11/690738号は、カンチレバーの二次元アレイについて記載している。
二次元アレイは、好ましくは互いに実質的に垂直な長さおよび幅を与える、一連の行列をなすことが可能である。アレイは、第1次元および第2次元を備えることができる。二次元アレイは、第2次元を作るように互いに隣接して配置される一次元アレイの連なりでありうる。2つの次元は直交しうる。カンチレバーは、自由端および結合端を備えることができる。カンチレバーは、結合端の遠位である自由端またはその近傍にチップを備えることができる。一つの列のカンチレバーは、次の列のカンチレバーと同じ方向を向くことが可能である。または、一つの列のカンチレバーは、次の列のカンチレバーと反対の方向を向くこともできる。
2つの部分を組み合わせることによって、二次元アレイをより大きな機器デバイスに組み込むことができる。これらの部分のそれぞれは、2つの次元においてパターニングされた表面であって、これら2つの次元において互いに結合するように適合されている表面を有している。一方の部分は、カンチレバーを含まずに、支持構造体を備えることが可能であり、他方の部分は、カンチレバーを備えることができる。
一つの重要な変数は、意図されている目的のために実際に機能することができる、アレイにおけるカンチレバーの割合すなわちパーセンテージである。場合によっては、一部のカンチレバーが不完全に形成されたり、形成後にダメージを受けることもある。カンチレバー歩留まりは、使用可能なカンチレバーのこのパーセンテージを反映する。好ましくは、アレイは、少なくとも75％、または少なくとも80％、または少なくとも90％、または少なくとも95％のカンチレバー歩留まりによって特徴付けられる。または、より好ましくは、アレイは、少なくとも約98％、またはより好ましくは少なくとも99％のカンチレバー歩留まりによって特徴付けられる。カンチレバー歩留まりを特徴付ける場合、内部のカンチレバーに比べてエッジの処理によってダメージを受ける、列の端部にあるカンチレバーを無視してもよい。たとえば、中央の75％を測定するようにしてもよい。ウェーハの製造においてはエッジ効果が知られているため、多くの場合、エッジよりもむしろ中央において、よりよく製造が実施されると考えられる。欠陥密度は、ある場合には、中心からエッジに移動するにつれて、他の場合には、エッジから中心に移動するにつれて、増大する可能性がある。あまりにも高い欠陥密度を有する部分を除去し、残りの部分を使用することも可能である。
チップが実質的に平らな表面と接触するときにアレイの非チップ部品の実質的な接触を防止するように、アレイを適合させることができる。たとえば、カンチレバーアームは、表面と接触するべきではない。このため、たとえば、曲げることによって適合させてもよい。チップもこのために適合させることが可能であり、たとえば長いチップまたは高いチップを含みうる。この結果を達成するために有益となる可能性のあるファクターには、長いチップまたは高いチップを使用すること、カンチレバーアームを曲げること、チップをレベリングすること、列をレベリングすること、および全ての次元においてカンチレバーをレベリングすること、が含まれる。一つまたは複数のファクターの組み合わせを使用してもよい。
カンチレバーチップは、当技術分野において知られているように、比較的長くまたは高くありうる。たとえば、チップは、平均して少なくとも4ミクロンのカンチレバーに対応する頂点高さを有することができる。また、必要に応じて、チップは、平均して少なくとも7ミクロンのカンチレバーに対応する頂点高さを有することができる。さらに、チップの頂点高さは、少なくとも10ミクロンであってもよく、または少なくとも15ミクロンであってもよく、または少なくとも20ミクロンであってもよい。特定の上限は存在せず、当技術分野において公知の技術および改良を使用することができる。このような長い長さは、チップだけが表面と接触することを確保するために役立つことができる。頂点高さを、多くのチップの頂点高さの平均であると見なすことができ、一般的に、頂点高さは、チップ間において実質的に変化しないように設計される。実施例において示されている方法を含む、当技術分野において公知の方法を使用することによって、チップの頂点高さを測定することができる。
アレイに関するパラメータを測定する際には、平均測定値を使用することが可能である。平均測定値は、たとえば代表的な画像または顕微鏡写真の検討を含む当技術分野において公知の方法によって得ることができる。アレイの全体を測定する必要はない。
態様によっては、チップレスのカンチレバーを使用することが可能であるが、これは好ましい態様ではない。
さらに、カンチレバーを曲げることが可能であり、この曲げることには、パターニングされるべき表面に向かって曲げることが含まれる。当技術分野において公知の方法を使用することによって、曲げを引き起こすことができる。ベースおよび支持体から離れる角度で、カンチレバーを曲げることができる。カンチレバーは、カンチレバーを曲げるために適合される複数の層を備えることが可能である。たとえば、示差熱膨脹またはカンチレバーバイモルフを使用することによって、カンチレバーを曲げることができる。カンチレバーを曲げることを、少なくとも2つの異なる材料を使用することによって引き起こすことが可能である。あるいは、同じ材料を使用することも可能であるが、この場合には、カンチレバーを曲げるために、異なる応力を用いる。別の方法は、一つの材料を備えるカンチレバー上に、同じ材料からなるが固有の応力勾配を有する第2の層を沈着させることである。あるいは、カンチレバーの表面を酸化させてもよい。カンチレバーを、たとえば、それらのベースから少なくとも5度の角度で、またはそれらのベースから少なくとも10度の角度で、またはそれらのベースから少なくとも15度の角度で曲げることが可能である。実施例に示されている方法を含む、当技術分野において公知の方法を使用することによって、これを測定することが可能である。角度の平均値を使用することも可能である。カンチレバーを、平均して約10ミクロン〜約50ミクロン、または約15ミクロン〜約40ミクロン曲げることができる。この曲げる距離は、実施例に示されている方法を含む当技術分野において公知の方法によって測定することが可能である。平均距離を使用することができる。曲げることによって、基板の粗さおよび形態ならびにアレイ内におけるチップのずれに対するより大きな許容範囲をもたらすことが可能であり、このために、たとえば、約±20ミクロン以下または約±10ミクロン以下のずれを補償することが可能である。
曲げることを容易にするために、カンチレバーは、2つの主要層および任意の接着層などの複数の層を備えることが可能であり、たとえばバイモルフカンチレバーでありうる。カンチレバーには、カンチレバーのチップ側において、金属または金属酸化物で被覆することができる。金属は、金属または金属酸化物がカンチレバーを熱で曲げることを助長するために有用である限り、特に限定されない。たとえば、金属は、金などの貴金属であってもよい。
態様によっては、カンチレバーが表面へ向けて曲がるように、かつ、撮像のためだけに使用されるチップと比べて通常よりも長いチップも備えるように、アレイを適合させることができる。
チップを製造し鋭利化して使用することが可能であり、チップは、たとえば100nm未満の平均曲率半径を有することができる。平均曲率半径については、たとえば、10nm〜100nm、または20nm〜100nm、または30nm〜90nmとすることが可能である。チップの形状を変化させることも可能であり、たとえば、ピラミッド型、円錐型、楔型、および箱型とすることができる。チップは、中空チップであってもよいし、開口を包含していてもよく、チップの端部へと延びるマイクロ流体チャンネルが微細加工によって形成される、中空チップおよび開口チップであってもよい。流体材料は、チップの端部に蓄えることが可能であり、またはチップを通過して流れることができる。
チップの幾何形状を変えることも可能であり、たとえば、中実のチップまたは中空のチップとすることも可能である。Hendersonらへの国際公開公報第2005/115630号（PCT/US2005/014899）は、本明細書において使用することの可能な表面上に材料を沈着させるためのチップ幾何形状について記載している。
チップは、シロキサンポリマーなどのソフトポリマーを含むポリマーを用いて形成することが可能である。
二次元アレイは、2つの次元（たとえば、長さ次元および幅次元）のそれぞれにおけるチップ間隔によって特徴付けることができる。チップ間隔は、たとえば、チップアレイの製造方法によって得ることが可能であり、または、製造されたアレイから直接に観察することができる。チップおよびカンチレバーの密度を高くするように、チップ間隔を設計することも可能である。たとえば、チップ密度を少なくとも10,000/平方インチ、または少なくとも40,000/平方インチ、または少なくとも70,000/平方インチ、または少なくとも100,000/平方インチ、または少なくとも250,000/平方インチ、または少なくとも340,000/平方インチ、または少なくとも500,000/平方インチとすることが可能である。アレイを、二次元アレイの第1の次元における300ミクロン未満のチップ間隔および二次元アレイの第2の次元における300ミクロン未満のチップ間隔によって、特徴付けることが可能である。より高い密度を得るために、チップ間隔を、たとえば一つの次元において約200ミクロン未満にするとともに、別の次元において約100ミクロン未満、または約50ミクロン未満にすることができる。あるいは、チップ間隔を、たとえば一つの次元において100ミクロン未満にするとともに、第2の方向において25ミクロン未満にすることもできる。アレイを、二次元アレイにおける少なくとも一つの次元における100ミクロン以下のチップ間隔によって特徴付けることが可能である。一態様では、チップ間隔を一つの次元において約70ミクロン〜約110ミクロンにすることが可能であるとともに、第2の次元において約5ミクロン〜約35ミクロンにすることができる。時間とともに、製造方法が、より高い密度のチップ間隔を可能にするため、チップ間隔に関して特定の下限値は存在しない。下限値の例には、1ミクロン、または5ミクロン、または10ミクロンが含まれる。したがって、たとえば、チップ間隔を1ミクロン〜300ミクロン、または1ミクロン〜100ミクロンにすることができる。
二次元アレイ上のカンチレバーの数は、特に限定されないが、少なくとも約3個、少なくとも約5個、少なくとも約250個、または少なくとも約1,000個、または少なくとも約10,000個、または少なくとも約50,000個、または少なくとも約55,000個、または少なくとも約100,000個、または約25,000〜約75,000個とすることが可能である。数は、パターニングにおける空間的な制約および特定の機器に対して許容される数量まで増大させることができる。たとえば製造の容易さ、品質、および特定の密度の必要性などのファクターをはかりにかけて、特定の用途に関して適切なバランスを得ることが可能である。
チップを、一貫して表面と触れるように一貫した間隔を有するように設計することが可能である。たとえば、各チップを、チップ端部から支持体に至る距離Dによって特徴付けることができ、チップアレイを、チップ端部から支持体までの平均距離D’によって特徴付ける。なお、少なくとも90％のチップにおいて、DはD’の50ミクロン内である。別の態様では、少なくとも90％のチップにおいて、DはD’の10ミクロン内である。チップ端部と支持体との間の距離は、たとえば約10ミクロン〜約50ミクロンとすることが可能である。この距離は、たとえば、ベース列の高さ、曲がりの距離、およびチップの高さの加法的な組み合わせを備えることができる。
カンチレバー力定数は、特に限定されない。たとえば、カンチレバーは、約0.001N/m〜約10N/mの平均力定数、あるいは約0.05N/m〜約1N/mの平均力定数、あるいは約0.1N/m〜約1N/mの平均力定数、あるいは約0.1N/m〜約0.6N/mの平均力定数を有することが可能である。
カンチレバーは、それらが力フィードバックを含むフィードバックに適合されないように設計することが可能である。あるいは、少なくとも一つのカンチレバーを、力フィードバックを含むフィードバックに適合させることができる。あるいは、実質的に全てのカンチレバーを、力フィードバックを含むフィードバックに適合させることができる。たとえば、90％を超える、または95％を超える、または99％を超えるカンチレバーを、力フィードバックを含むフィードバックに適合させることができる。
カンチレバーは、たとえばシリコン、多結晶シリコン、窒化ケイ素、またはシリコンリッチな窒化物を含む、AFMプローブにおいて使用される材料から形成することが可能である。カンチレバーは、長さ、幅、および高さまたは厚さを有することができる。長さは、たとえば、約10ミクロン〜約80ミクロン、または約25ミクロン〜約65ミクロンであってもよい。幅は、たとえば5ミクロン〜約25ミクロン、または約10ミクロン〜約20ミクロンであってもよい。厚さは、たとえば、100nm〜約700nm、または約250nm〜約550nmであってもよい。アレイ、アレイの形成方法、およびアレイの使用方法において、チップレスのカンチレバーを使用することが可能である。
アレイをパッシブペンまたはアクティブペン用途に適合させることができる。たとえば圧電作動、容量性作動、静電作動、または熱電作動によって、各チップの制御を遂行することが可能である。
アレイを、チップ被覆およびインク搬送を統合するように適合させることができる。たとえば、チップのインキングおよび被覆を制御するためにマイクロフルイディクスを使用することが可能である。デバイス内にチップを浸漬することが可能であり、または中空チップの態様に関しては、チップの内部を通じてインクを直接的に搬送することが可能である。
重要な態様は、金熱圧着結合によってカンチレバーを支持構造体に結合させることができる態様である。カンチレバーチップ沈着に基づくリソグラフィプロセスにおける固有の力独立性（inherent force independence）、および窒化ケイ素のカンチレバーを含む低kの柔軟なカンチレバーを使用することが、重要なファクターとなる可能性がある。
チップからなるアレイをカンチレバーなしで製造することが可能である。
チップを、さまざまなチップサイズ、配置、数、鋭さ、密度、および材料を有するように適合させることが可能である。
ビューポート
ビューポートの製造および使用については、たとえば、2008年3月11日に出願されたHaaheimらへの米国特許出願第12/073,909号に記載されている。この出願の全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
図1および図2は、ビューポートまたは開口のコンセプトを示している。このケースでは、ビューポートまたは開口を介して、支持構造体を通じて、下側にあるカンチレバーを見ることが可能である。
ビューポートを、観察を可能にするように適合させることが可能である。また、観察は、レベリングを可能とすることができる。たとえば、観察を可能とするように、ビューポートの深さ、形状、長さ、および幅を適合させることが可能である。たとえば、ビューポートが長すぎたり狭すぎたりすると、観察が更に困難になるか、または不可能になる可能性がある。ビューポートをテーパ状にすることが可能であり、これにより、反対側からのカンチレバーの観察または撮像が容易になる。ビューポートの上端領域を、ビューポートの下端領域よりも大きくすることが可能である。これにより、十分な光が基板表面およびカンチレバーに達することが可能となり、接触ポイントを照明することができるとともに、SiNカンチレバーにおいて反射することが可能となる。これにより、チップが表面に触れている時点を知るために使用することの可能な、色変化が与えられる。開口の上端を十分に幅広くすることにより、下端に焦点を合わせたときに、上端でのぼやけが問題にならないようにすることができる。
複数または一群のビューポートが存在していてもよい。たとえば、支持構造体は、少なくとも2つ、または少なくとも3つ、または少なくとも4つ、または少なくとも5つ、または少なくとも6つのビューポートを提供することが可能である。より大きな機器構造を考慮して、ビューポートの数を適合させることができる。たとえば、ビューポートの数を、カンチレバーアレイをレベリングするために使用されるモーターの数と関連付けることが可能である。たとえば、モーター毎に少なくとも一つのビューポートを使用することが可能であり、または、モーター毎に2つのビューポートを使用することも可能である。
複数または一群のビューポートを、NanoInk NSCRIPTORなどのナノリソグラフィー機器の光学観察領域内に取り付けるように適合および構成することが可能である。カンチレバーの外観は、それらが2つの異なる状態にあるとき、すなわち、表面より上にある状態および表面と接触している状態にあるとき（それぞれ図5Dおよび図5E）に、変化することができる。変化は、開放されているビューポートによって許容される、光の異なる反射によって引き起こされうる。必要に応じて画像認識ソフトウェアを使用することによって、変化を検出することができる。
ビューポートは、傾斜壁を備えることが可能である。傾斜壁は、傾斜の角度によって特徴付けることができる。たとえば、傾斜角度を結晶シリコンのエッチングによって決定することができる（たとえば54.7度）。ビューポートは、たとえばピラミッド形状を含む、さまざまな形状を備えることができる。
ビューポートの形状は、ビューポートを形成することが可能であるとともに、ビューポートが観察を可能とすることができる限り、特に限定されない。ビューポートのサイズについては、必要に応じて、用途に合わせて変えることが可能である。たとえば、幅などの（カンチレバーから離れた）第1の側におけるビューポートの横方向の寸法を、たとえば約1ミクロン〜約1,000ミクロン、または約250ミクロン〜約750ミクロンとすることが可能である。ビューポートを十分に小さくすることによって、構造の安定性が損なわれないようにすることができる。ビューポートの寸法については、一つの方向においてはリッジのピッチによって制限することが可能である一方、側方では、たとえば、他の方向において無制限とすることが可能である。
ビューポートを通じた観察は、顕微鏡などの光学デバイスを用いて容易にすることが可能である。たとえば、AFMおよび類似のデバイスにおいて使用される顕微鏡を使用することができる。顕微鏡は、たとえば長い作用距離のレンズを有することが可能である。NanoInk NSCRIPTORレンズを、たとえば10×対物レンズとすることができる。内蔵カメラを追加的なズーム能力と共に使用することが可能である。結果として得られるビデオ画像をたとえば約300ミクロン×約400ミクロンとすることが可能である。
ビューポートの別の利点は、たとえば、カンチレバーからのレーザーフィードバックを可能とするレーザーアクセスを提供することが可能であるという点である。
ビューポートを使用することによって、まず基板の犠牲領域における作業、たとえばレベリングおよび表面チェックを実行した後、パターニング領域に移動することが可能である。
ビューポートを持たない態様
ビューポートは、良好な機能を可能とすることができる。しかしながら、良好な機能は、ビューポートを使用しなくても得ることが可能である。x-yにおいて、基準ポイントを特定することが可能である。平面性を判定するために、透明または半透明のハンドルチップ/ウェーハを用いることによって、それを介して、x-yにおいて3つ以上の異なるポイントを見て、平面性を決定することが可能である。電気的な接触が用いられている場合には、3つの異なるx-yポイントにおいて、接触を測定することが可能である。
リソグラフィーの前のレベリング
2Dナノプリントアレイ・デバイスは、多くの場合、基板に対して完全には平行（平坦）になっていない。このため、アレイのコーナーをサンプルに突っ込むこと（これは、リソグラフィー中に、サンプルを傷つける、パターンを歪める、および/またはアレイ形成におけるブレを引き起こすことになるであろう）なく、全てのチップ、または多くのもしくは大多数のチップが均一に接触している状態を、どのように取得および検証するのかということが、処理中におけるもっともな疑問となる。基板に対する2Dナノプリントアレイの「平坦性」（すなわち「平面性」）は、z軸モーターによって測定されるような、2Dナノプリントアレイ上の3つの別個のポイントにおける相対的なz位置の観点から、またはゴニオメータ（goiniometer）・モーター（すなわち、ψ、θ）によって測定されるような、2つの相対的な角度差の測定値として、説明することが可能である。これらのパラメータの概略的な図が、図6に提示されている。
このプロセスでは、移動自由度（Freedom of Travel, F.O.T.）のコンセプトが特に重要でありうる。図1は、6μmのF.O.T.を有する平面的な2Dナノプリントアレイの一態様に関するこのコンセプトを示している。ここで、（A）は、「フェザータッチ」状況（チップが、ちょうど基板に触れ始めている状況）を示している一方、（B）は、「ハードクランチ」（カンチレバーが、それらの6μmの移動自由度全体を通過して、アレイが、スタンドオフにおいて着地しかけている状況）を示している。したがって、この態様では、最初のzの位置づけが、F.O.T.における0.1から5.9μmまでのいずれかの位置である場合には、均一な接触を伴うすばらしいリソグラフィーを生み出すことが可能である。一方、0.0μmという極値は、描画されないこと（すなわち、接触していないこと）の原因となる可能性があり、また、6.0μmは、歪んだ描画（スタンドオフの着地）の原因となる可能性がある。換言すれば、この態様では、基板との最初の接触（すなわち、均一な接触）の後、スタンドオフにおいて着地するまでに、6.0μmのエラーマージンがあったということになる。19.5μmのF.O.T.を有する2Dナノプリントアレイにおける別の態様の走査電子顕微鏡（SEM）画像が、図7に提示されている。なお、カンチレバーのF.O.T.については、原理的に、カンチレバー自体の長さによって、ほぼ制限することが可能である。たとえば、カンチレバーが基板に垂直な場合には、F.O.T.は、カンチレバーの長さとなる。
図2は、2Dナノプリントアレイが、完全に平面的ではないが、均一な描画を取得するための許容範囲にはあるという状況を示している。（1）および（2）は、「最も低い」ビューポート内において最初の接触が観察されるまでに、デバイスのエッジにおけるカンチレバーが、すでに2.30μm偏向していたことを示している。カンチレバーの偏向については、たとえば、カンチレバーが、どのように、いつ、自然に色を変えるのかを観察することによって、監視することが可能である。この色変化の一例が、図5に示されている。（3）にしたがうと、さらに1.40μm進んだ後では、「最も高い」ビューポートが偏向しつつあった。しかしながら、カンチレバーチップが均一に触れはじめるまでに（4）、偏向するためにさらに2.30μmが残されており、その後は、エラーのマージンはなかったことになり、スタンドオフが基板に触れかけていた。
F.O.T.が6.0μmの態様では、最も高いビューポートと最も低いビューポートとの間におけるz位置の差および角度差の測定値Δψ2を、図8に示されている近似値を用いて見積もることが可能である。そして、これらの測定値は、平面性を改善するためにモーターを動かす必要のある量のインジケータを提供することが可能である。図9は、動かすことの必要なモーターの量に対する、ビューポートによって観察されるz差異における差異の比率における一次近似の例を示している。一般的に、アレイのF.O.T.が高くなり、「最も高い」ビューポートと「最も低い」ビューポートとの間におけるz差異が小さくなるほど、均一な接触およびリソグラフィーを得ることが容易となった。
ソフトウェアルーチンおよびユーザーインターフェイスを用いたレベリング
利用されている一つのレベリングアプローチは、少量のエポキシを用いて、スキャナーをサンプル表面上においてデバイスと接触させることを伴う。この方法における一つの欠点は、エポキシが乾燥するのに1時間ほどかかることおよびエポキシが体積歪みを引き起こしうること（これは、レベリングに悪影響を及ぼす可能性がある）である。レベリングは、一般的に視覚的検査とモーター位置の測定との組み合わせによって得られる、z高さにおける差異を修正することによって、一般的に実行される。
本願において主張されている発明は、全体として、エポキシの使用を廃止するとともに、ユーザーの使いやすいコンピュータインターフェイスを提供することが可能である。これにより、レベリング機器のオペレーターが、デバイスの平面性を効率よく高精度に獲得することが可能となる。ユーザーインターフェイスをソフトウェアルーチンの一部とすることが可能であり、たとえば、INKLEVELERと称することが可能である。これは、たとえばNSCRIPTORなどの機器内において、動作させることが可能である。ソフトウェアインターフェイスの例が、図11および図12に提示されている。これらの図は、それぞれ、ハードウェアにおけるデフォルト設定および青写真のディスプレイと、2Dナノプリントアレイにおける同様のディスプレイとを示している。デバイスの平面性に対する視覚的検査とともに、ルーチンは、デバイスのためのミクロスケールのレベリング方法を提供する。この方法は、反復することが可能なものであり、モーターおよび特にz圧電性のエクステンダー、アクチュエータ、またはセンサー（「z-ピエゾ」）の双方を用いることによって、ビューポート間のz高さにおける差異のよりよい測定を提供するとともに、これらの差異を最小化するための、より正確な手段を提供する。機器は、一つのzピエゾを備えることだけを必要としているわけではない、ということに留意されたい。機器は、2つ、3つ、またはより多くのzピエゾを、必要に応じて備えることが可能である。態様の一つに含まれているレベリング工程を要約するための、例示的なフローチャートが図3に提示されている。ユーザーインターフェイスの説明的例、およびソフトウェアルーチンの詳細な説明が、態様において提示される。
なお、レベリングのハードウェア機器と組み合わせた、ソフトウェアの能力は、本明細書において記載されているものによって制限される必要はない。実際に、本願において主張されている発明における一つの重要な特徴が、ソフトウェアに関して、その機能性をさらに改善する将来の改良のために適合されるまたは適合可能であることが可能である。たとえば、カンチレバーの偏向に関する画像認識方法を改善することによって、より良好な偏向の検出を提供することが可能となり、これにより、アレイの平面性が改善される。圧電性のエクステンダー、アクチュエータ、またはセンサーの検知能力についても、よりよい器具類またはソフトウェアによるよりよい動作制御によって、改善することが可能である。加えて、検知用の器具類として、伝導センサーを使用することも可能である。さらに、ソフトウェアを、最小のユーザー入力を伴う自動測定を提供するようにおよび/またはレベリングの間における自動的で反復的な計算を提供するように、適合させることも可能である。
マクロスケールのレベリング（「アイボーリング（eyeballing）」）
この方法は、肉眼的に基板をレベリングするための手段を提供することが可能である。この手段では、人の裸眼の能力に依存しながら、約500および800μmの基板内において2Dナノプリントアレイを操作するとともに、zモーターを使用することによって、巨視的な平面上のずれを捕捉するための修正を行う。これは、近似値を与えることを意図されているとともに、一般的に、後続するミクロスケールのレベリングの前に実行される。ビューポートの数、そして、基板のアライメントを制御するモーターの数を、3つ、4つ、5つ、またはそれより多くすることも可能であることに留意されたい。
一態様では、マクロスケールのレベリングは、以下の工程によって達成された。
1.アイボーリングを補助するために、バックライト反射体をスキャナーアセンブリに取り付けた。視覚的検査をさらに補助するために、NSCRIPTORスキャナー（NanoInk, Inc.）のパック（puck）の背後にKimwipe（登録商標）をテープで留めて被せた。なお、この目的のためには、明るく色づいた任意の表面を使用することが可能である。任意で、パックおよびアレイは取り外され、スキャナーは、任意で、そのカートリッジアセンブリから引き抜かれた。パック、アレイ、およびスキャナーアセンブリは、この工程の完了後に、戻された。
2.2Dナノプリントアレイが、スキャナー上に組み込まれた。スキャナーが、カートリッジ内におけるそのホームポジションに戻され、全てのz軸モーターが、それらの個々の範囲における上端に位置した。サンプルのパックは適切な場所に位置した。約1×2cm2のサンプルがロードされた。アレイが、基板における「犠牲的な」平面アラインメント領域（1cm2）上において、X-Yに配置された。
3.光学系が、1つのビューポート（たとえば、ビューポート1a）のカンチレバーに焦点をあわせるように調整された。カメラがズームされた。
4.フレキシブルLED照明器が、NSCRIPTORのステージ上に配置された。セットアップが、最大のバックライティングが得られるように（すなわち、Kimwipeのシートが、均一な白色光を放つように）、配置された。
5.アレイをアライメントに近づけるように、大規模なモーター修正が見積もられた。
6.z全体（z-all）の位置（すなわち、アレイ全体の位置）が、100μmの増分で下向きに移動された。
7.2Dナノプリントアレイが基板に近づくにつれて、角度の差異が修正され、これによって、その後、アライメントが改善された。
8.ユーザーのそれぞれの目は、基板のレベルに、かつ、水平軸に沿ってアレイに垂直に保たれていた。一方の目を閉じた状態で他方の目によって観察すること（横方向の正確性を増強するために用いられる）と、両目によって観察すること（遠近感を増強するために用いられる）とが、組み合わせて利用された。
9.x軸に沿った平面性をダブルチェックするために、y軸と垂直に鏡が挿入された。
10.モーターの修正値が初期化され、必要に応じて、これらが、個々のモーターに適用された。
11.各モーターに適用された調整が記録された。
12.アレイが基板から約100μm上となった後に、ミクロスケールのレベリングが利用された。
ビューポートを介したミクロレベリング
態様によっては、任意でさらにチップを備える少なくとも一つのカンチレバー備える少なくとも一つのアレイと連動した、NSCRIPTOR機器（NanoInk, Inc）によって、レベリングが実行された。マクロスケールのレベリングが完了した後、カンチレバーの偏向が、モーターおよびzピエゾによって、ビューポートを介して、監視および制御された。これにより、レベリングを、デバイスの重要な、すなわちクリティカルな寸法によって決定される許容範囲内とした。反復的なプロセスの一例を要約するための例示的なフローチャートが、図10に提示されている。なお、反復的な計算は、ソフトウェアルーチンによって実行され、完全なプロセスは、同一のアセンブリに関しては、1度だけ実行すればよい。
一態様では、ミクロレベリングの手順を、以下のように説明することが可能である。
1.2Dナノプリントアレイが、アイボーリングによってレベリングされた後、LEDバックライト照明器およびスキャナーに取り付けられたレーザーが、電池の寿命を節約するために、オフにされた。
2.zピエゾの伸張値が、INKCADソフトウェアにおいて5秒間の滞留時間を生成することによって、10Vに設定された。INKCADインターフェイスの図解が、図4に提示されている。zピエゾは、「Pen Down」ボタンを使用することによって、伸張された。
3.3つのビューポートの任意の一つの上にある光学系が、基板表面にプリントアレイを下げるように配置され、20、10および5μmの工程を使用して、カンチレバーの偏向がマッピングされた。基板の上方において、およそ100μmから約10μmまで下降することによって、図5に示されているように、カンチレバーは、段階的な色シフトを受けたことが見うけられた。しかしながら、表面に近づいて接触した後では、色シフトは劇的なものとなった。
4.観察された偏向の挙動が、図5に提示されている。なお、これは、カンチレバーの偏向における複数の可能性のある例のほんの一つに過ぎない。他のものは、ライティングおよび観察の角度に応じて、黄色、緑、および/またはピンクからなる、より明確な種類となる可能性がある。モーターの動きにおける動作範囲および対応するカンチレバーの偏向は、複数回にわたる20〜30μmの前後移動を適用することによって検証された。加えて、検出方法は、色の変化を観察することに限定されない。たとえば、カンチレバーの曲がっていない部分の範囲または反射強度などの任意の外観における明示的な変化を使用することが可能である。NSCRIPTOR光学系が、大きなバックラッシュ成分を有しているために、カンチレバーは、偏向を観察するために頻繁に焦点合わせをやり直す必要があった。
5.各ビューポートにおけるカンチレバーの相対的な偏向特性が特定された後、ユーザーは、ビューポートの任意の一つを選択するとともに、アレイを表面に接触させる。なお、ユーザーは、任意のビューポートを選択することが可能であるが、特定を容易にするために、最初に選択されるべきものは「1」グループ、2番目のものは「2」グループ、3番目のものは「3」グループと名付けられる。なお、ユーザーが、外側のリングBのビューポートを使用した場合には、レベリングをより正確なものとすることが可能である。
6.各ビューポートにおいて、z全体の位置（すなわち、アレイ全体の位置）が使用されることによって、3つの異なるビューポートにおいて、大まかな偏向の測定が実行された。「zプローブ」の値が、インターフェイスパネルの「プローブのz位置」インジケータから読み出され、所定のビューポートが偏向を示したときに、z全体の位置が与えられた。この工程の結果が、図13に示されている。
7.「レベリングの遂行」などの制御ボタンが押されて、アレイの全体（z全体の位置）が、表面から100μm持ち上げられた。このとき、入力されたzプローブ値に基づいて、個々のz軸モーターが、それらの位置を修正した。その後、アレイは、表面の上方における約20μm以内に戻った。
8.同一のビューポートにおいて、z全体を使用することによって、アレイが再び表面と接触された。zピエゾが完全に伸張され、そして、全てのビューポートが、何らかの偏向量を示した。図15は、ユーザーインターフェイスの例示的なディスプレイを提示している。このディスプレイは、zピエゾの位置を入力するようにユーザーを促している。zピエゾが完全に収縮したときには、どのビューポートも偏向を示さなかった、ということが確認された。
9.各ビューポートにおいて、zピエゾの位置ツールが、3つの異なるビューポートの偏向に対する精細な測定を実行するために使用された。z全体は調整しなかった。したがって、zプローブの値は、静的な「プローブのz位置」と動的なzピエゾの位置との和であった。
10.ユーザーが、無効なzプローブ値を入力した場合、「レベリングの遂行」ボタンは動作しないままであった。また、ユーザーが有効なデータを入力したが、アレイがさらなるレベリングを要求していた場合には、「レベリングの遂行」ボタンは利用可能であった。さらに、プローブの値が、アレイがすでに平坦であったことを示した場合、ユーザーは、次の工程に進むことまたは工程9を繰り返すことが可能であった（図13を参照）。なお、ユーザーは、平面性におけるより精細な程度を得るために、常に工程9を繰り返すことが可能である。
11.z全体が20μm引き下げられ、かつ、zピエゾが完全に伸張された。
12.もっとも明確な偏向特性を有するビューポートに焦点が合わせられ、また、z全体が、それらのカンチレバーが偏向し始めるまで下降された。
13.全てのチップが均一に表面に触れていることを確認するために、図14に示されている量が、「タッチダウンを過ぎた最小量」として、ユーザーインターフェイス（図13E）において入力された。量は、ソフトウェアによって与えられた。
14.zピエゾが完全に収縮し、これにより、全てのチップが接触から引き離された。リソグラフィーが開始された。
なお、平面レベリングのいずれの部分にもレーザーを使用しなかった。AFMオペレーションソフトウェアによって提供されるような、通常のチップアプローチのルーチンも、平面のレベリングの一部として使用されなかった。
図16（A-B）は、光学顕微鏡によって観察された、本明細書において説明されているレベリングを利用していないパターニング結果の例を提示している。1cm2の2Dナノプリントアレイの領域が、ボックスとして示されている。図の一部において、カンチレバーチップと基板との間の接触が欠如しているために、パターニングが生じていないことを見ることができた。さらに、図16（B）における線Xのパターンは真っ直ぐではなかった。
対照的に、図17（A-B）は、ミクロレベリングが実行された後のパターニング結果の例を提示している。パターニングは、アレイにおけるほぼ全てのカンチレバーに生じており、Xパターンの線は、より真っ直ぐかつシャープであった。なお、図17（B）におけるギャップの原因は、カンチレバーチップの基板との接触の欠如ではなく、むしろ、壊れたチップにあった。
さまざまな態様において、マイクロレベリングの結果として、壊れていないチップにおける少なくとも50％、好ましくは少なくとも70％、より好ましくは少なくとも90％、またはさらに好ましくは少なくとも95％が、基板に触れて、パターニングに寄与していた。
本明細書において記載されているレベリングの技術は、基板をレベリングするための高速かつ正確な方法を提供することが可能である。これにより、カンチレバーチップと基板との間の均一な接触を提供することによって、印刷またはパターニングのプロセスにおける再現性および正確性が改善される。
追加的な態様
接触ポイントを決定するための、異なる態様が存在することも可能である。これらは、たとえば、カンチレバーの偏向、チップからまたはカンチレバーからの任意の観察可能な色変化、横滑りを表象するx-y平面内における移動の徴候、形状の変形または変化（特に、たとえば、半透明のポリマーチップが使用されている場合）、サイズ、焦点、またはシェーディングの変化を含む。接触ポイントを決定するために、人による判断または画像認識ソフトウェアを使用することが可能である。
接触ポイントに関して、特定の範囲を決定することが可能である。正確性の程度を、たとえば、±200nmまたは±100nmなどで決定することが可能である。
別の態様では、一つまたは複数の輝点をチップ近傍またはチップに与えるように、カンチレバーおよびチップを設計することが可能である。これにより、チップが表面に触れた時点、または接触ポイントのインジケータに関して、チップを監視することが可能となる。たとえば、一態様では、バイモルフ構造における低応力SiNに対する化学量論の比率を、輝点を提供するように適合させることが可能である。たとえば、厚さの比率を約1,000:3,000（オングストローム）とすることが可能である。さらに、移動およびカール（curl）の自由度を、輝点を制御するように適合させることも可能である。
既存の表面特徴に対するレジストレーションを遂行することが可能である。たとえば、チップを、基板に関して、既存の位置に対してx-y方向において位置合わせすることが可能である。
基板のサイズを用途に応じて変更することが可能である。たとえば、基板を、少なくとも1平方mm、または少なくとも5平方mm、または少なくとも25平方mmとすることが可能である。

Claims (83)

  1. 少なくとも一つの支持構造体によって支持される、少なくとも一つのカンチレバーアレイを提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    基板に対するアレイの位置を制御するための、モーターおよび圧電性エクステンダーを備える少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備える方法であって、
    レベリングが、前記機器におけるユーザーインターフェイスを介して遂行され、ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのカンチレバーが基板から偏向するときに、モーターおよび圧電性エクステンダーからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法。
  2. アレイがカンチレバーの一次元アレイである、請求項1記載の方法。
  3. アレイがカンチレバーの二次元アレイである、請求項1記載の方法。
  4. アレイが、少なくとも250個のカンチレバーを備える、請求項1記載の方法。
  5. アレイが、少なくとも10,000個のカンチレバーを備える、請求項1記載の方法。
  6. アレイが、少なくとも55,000個のカンチレバーを備える、請求項1記載の方法。
  7. カンチレバーが、支持構造体から離れるような角度で曲がっている、請求項1記載の方法。
  8. カンチレバーが、支持構造体から離れるように少なくとも5°の角度で曲がっている、請求項1記載の方法。
  9. カンチレバーの少なくとも一部がチップを備える、請求項1記載の方法。
  10. カンチレバーの少なくとも一部がチップを備えていない、請求項1記載の方法。
  11. カンチレバーが、チップから基板表面に材料を移すために適合されているチップを備える、請求項1記載の方法。
  12. カンチレバーが、AFM測定に適合されているチップを備える、請求項1記載の方法。
  13. カンチレバーが、リソグラフィーに適合されているチップを備える、請求項1記載の方法。
  14. 支持構造体がシリコンを備える、請求項1記載の方法。
  15. 支持構造体がシリコン支持構造体である、請求項1記載の方法。
  16. 支持構造体が、カンチレバーの観察を可能とするように適合されている少なくとも一つのビューポートを備える、請求項1記載の方法。
  17. 支持構造体が、少なくとも一つのエッジ・スタンドオフ・スペーサを備える、請求項1記載の方法。
  18. 支持構造体が、支持構造体に対してカンチレバーのアレイを支持するように適合されている金を備える、請求項1記載の方法。
  19. 支持構造体が、少なくとも一部のカンチレバーの観察を可能とするように適合されている少なくとも3つのビューポートを備える、請求項1記載の方法。
  20. 支持構造体が、カンチレバーの観察を可能とするように適合されている少なくとも一つのビューポートを備え、該ビューポートが、傾斜壁を備える、請求項1記載の方法。
  21. 基板が平らである、請求項1記載の方法。
  22. 基板が平らでない、請求項1記載の方法。
  23. 基板が、少なくとも1cmの長さおよび少なくとも1cmの幅である、請求項1記載の方法。
  24. レベリングが、ビューポートの相対的な位置の間の差異を約500nm未満とする、請求項1記載の方法。
  25. レベリングが、少なくとも一つのz軸圧電性エクステンダーを部分的に伸長させる、請求項1記載の方法。
  26. 機器が、少なくとも一つのz軸圧電性エクステンダーを備える、請求項1記載の方法。
  27. 位置情報が、少なくとも3つのビューポートによって得られる、請求項1記載の方法。
  28. モーターがz軸モーターである、請求項1記載の方法。
  29. モーターがゴニオメータ・モーターである、請求項1記載の方法。
  30. 圧電性エクステンダーが、レベリングの際に部分的に伸長される、請求項1記載の方法。
  31. 少なくとも一つのビューポートを備える少なくとも一つの支持構造体によって支持される、少なくとも一つのカンチレバーアレイを提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    基板に対するアレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備える方法であって、
    レベリングが、ソフトウェアを備える前記機器によって実行され、該機器が、さらに、動作制御と、基板に対するビューポートの相対的な位置の間の差異の反復的な測定とを提供するように適合されているユーザーインターフェイスを備える、方法。
  32. アレイがカンチレバーの一次元アレイである、請求項31記載の方法。
  33. アレイがカンチレバーの二次元アレイである、請求項31記載の方法。
  34. アレイが、少なくとも250個のカンチレバーを備える、請求項31記載の方法。
  35. アレイが、少なくとも10,000個のカンチレバーを備える、請求項31記載の方法。
  36. アレイが、少なくとも55,000個のカンチレバーを備える、請求項31記載の方法。
  37. カンチレバーが、支持構造体から離れるような角度で曲がっている、請求項31記載の方法。
  38. カンチレバーが、支持構造体から離れるように少なくとも5°の角度で曲がっている、請求項31記載の方法。
  39. カンチレバーの少なくとも一部がチップを備える、請求項31記載の方法。
  40. カンチレバーの少なくとも一部がチップを備えていない、請求項31記載の方法。
  41. カンチレバーが、チップから基板表面に材料を移すために適合されているチップを備える、請求項31記載の方法。
  42. カンチレバーが、AFM測定に適合されているチップを備える、請求項31記載の方法。
  43. カンチレバーが、リソグラフィーに適合されているチップを備える、請求項31記載の方法。
  44. 支持構造体がシリコンを含む、請求項31記載の方法。
  45. 支持構造体がシリコン支持構造体である、請求項31記載の方法。
  46. 支持構造体が、カンチレバーの観察を可能とするように適合されている少なくとも一つのビューポートを備える、請求項31記載の方法。
  47. 支持構造体が、少なくとも一つのエッジ・スタンドオフ・スペーサを備える、請求項31記載の方法。
  48. 支持構造体が、支持構造体に対してカンチレバーのアレイを支持するように適合されている金を備える、請求項31記載の方法。
  49. 支持構造体が、少なくとも一部のカンチレバーの観察を可能とするように適合されている少なくとも3つのビューポートを備える、請求項31記載の方法。
  50. 支持構造体が、カンチレバーの観察を可能とするように適合されている少なくとも一つのビューポートを備え、該ビューポートが傾斜壁を備える、請求項31記載の方法。
  51. 基板が平らである、請求項31記載の方法。
  52. 基板が平らでない、請求項31記載の方法。
  53. 基板が、少なくとも1cmの長さおよび少なくとも1cmの幅である、請求項31記載の方法。
  54. レベリングが、ビューポートの相対的な位置の間の差異を約500nm未満とする、請求項31記載の方法。
  55. レベリングが、少なくとも一つのz軸圧電性エクステンダーを部分的に伸長させる、請求項31記載の方法。
  56. 機器が、少なくとも一つのz軸圧電性エクステンダーを備える、請求項31記載の方法。
  57. ソフトウェアが、少なくとも一つのz軸圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのz軸モーターを監視および制御する、請求項31記載の方法。
  58. ソフトウェアが、少なくとも一つのz軸圧電性エクステンダーまたは少なくとも2つのゴニオメータ・モーターを監視および制御する、請求項31記載の方法。
  59. ソフトウェアが、将来の改良形に適合可能である、請求項31記載の方法。
  60. ユーザーインターフェイスがオペレーターの入力を促す、請求項31記載の方法。
  61. 少なくとも一つのカンチレバーアレイを提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    アレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備える方法であって、
    前記機器が、少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを備え、圧電性エクステンダーおよびモーターが、アレイのレベリングを提供するように適合されている、方法。
  62. アレイが一次元である、請求項61記載の方法。
  63. アレイが二次元である、請求項61記載の方法。
  64. 基板が平らである、請求項61記載の方法。
  65. 基板が平らでない、請求項61記載の方法。
  66. 基板が、少なくとも1cmの幅および少なくとも1cmの長さである、請求項61記載の方法。
  67. レベリングが、圧電性エクステンダーの部分的な伸長を使用することによって実行される、請求項61記載の方法。
  68. 圧電性エクステンダーおよびモーターが、ソフトウェアによって制御および監視される、請求項61記載の方法。
  69. 基板が生体分子である、請求項61記載の方法。
  70. 位置が、少なくとも一つのビューポートによって監視される、請求項61記載の方法。
  71. カンチレバーチップを備える少なくとも一つのカンチレバーアレイを提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    を備える方法であって、
    基板に対するカンチレバーチップのアレイの位置が、少なくとも一つのz圧電性エクステンダーと、アレイを三角形状に取り囲むように関連している少なくとも3つのz軸モーターとによって制御され、
    z軸モーターが、基板に対してカンチレバーチップを上昇および下降させるように適合されており、
    すべてのカンチレバーチップが基板に対して肉眼で実質的に平坦になるまで、z軸モーターを調整する工程、
    z圧電性エクステンダーを完全に伸長したときに、カンチレバーが無視できない量まで偏向するように、アレイを配置する工程、
    z軸モーターの相対的な位置を決定するために、z圧電性エクステンダーを調整する工程、および
    方法を一度実行する必要があるように、将来のキャリブレーション基準のために位置を記録する工程、
    を含む、方法。
  72. 構造的特徴を有する少なくとも一つの表面を提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    前記特徴の位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備える方法であって、
    前記機器が、アレイの位置に対する反復的な測定を提供するように適合されているソフトウェアルーチンによって前記表面のレベリングを提供するように適合されている、方法。
  73. 構造的特徴を有する少なくとも一つの表面を提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    アレイの空間的な位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備えるレベリング方法であって、
    前記機器が、アレイのレベリングを提供するように適合されている少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを備える、レベリング方法。
  74. 構造的特徴を有する少なくとも一つの表面を提供する工程、
    v基板を提供する工程、
    を備える方法であって、
    基板に対する前記特徴の位置が、少なくとも圧電性エクステンダーと、表面を三角形状に取り囲むように関連している少なくとも3つのモーターとによって制御されており、
    モーターが、基板に対して前記特徴を上昇および下降させるように適合されており、
    前記特徴のすべてが基板に対して肉眼で実質的に平坦になるまで、モーターを調整する工程、
    表面の前記特徴が基板に対して無視できない量まで触れるように、アレイを配置する工程、
    モーターの相対的な位置を決定するために、圧電性エクステンダーを調整する工程、および
    方法を一度実行する必要があるように、将来のキャリブレーション基準のために位置を記録する工程、
    を備える、方法。
  75. ユーザーインターフェイスを含むソフトウェアルーチンであって、該ルーチンが、測定を実行するようにおよび該インターフェイスを介して測定結果を入力するようにユーザーを促し、該ルーチンが、該結果に基づいて計算を実行するとともに、少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを制御および監視することによって、基板に対するデバイスのレベリングを提供する、ソフトウェアルーチン。
  76. ユーザーインターフェイスを含むソフトウェアルーチンであって、該ルーチンを自動測定および反復的な計算を実行するように適合させることが可能であるとともに、該ルーチンが、少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを制御および監視することによって基板に対するデバイスのレベリングを提供する、ソフトウェアルーチン。
  77. デバイスが、一次元または二次元のカンチレバーアレイを含む、請求項75記載のソフトウェアルーチン。
  78. 少なくとも一つの圧電性エクステンダーおよび少なくとも3つのモーターを制御および監視する、請求項75記載のソフトウェアルーチン。
  79. レベリングによって、z高さにおける平面性からの最大の逸脱が500nmとなる、請求項75記載のソフトウェアルーチン。
  80. レベリングが、圧電性エクステンダーの部分的な伸長を使用することによって実行される、請求項75記載のソフトウェアルーチン。
  81. 少なくとも一つの支持構造体によって支持される、少なくとも一つのカンチレバーアレイを提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    基板に対するアレイの位置を制御するための、モーターを備える少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備える方法であって、
    レベリング工程が、前記機器におけるユーザーインターフェイスを介して遂行され、該ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのカンチレバーが基板から偏向するときに、モーターに関する位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法。
  82. （i）少なくとも一つのチップアレイを提供する工程、
    （ii）少なくとも一つの基板を提供する工程、
    （iii）基板に対するチップアレイの位置を制御するための、少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備える方法であって、
    レベリングが、前記機器におけるユーザーインターフェイスを介して実行され、該ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つのチップが基板に接触するときに、少なくとも一つのモーターおよび少なくとも一つの圧電性エクステンダーからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法。
  83. 少なくとも一つの支持構造体によって支持される、少なくとも一つのナノスコピックチップアレイを提供する工程、
    少なくとも一つの基板を提供する工程、
    チップと基板との間の接触ポイントを決定するために、基板に対するX-Y平面における少なくとも3つの基準ポイントを提供する工程、
    基板に対するアレイの位置を制御するための、モーターおよび圧電性エクステンダーを備える少なくとも一つの機器を提供する工程、
    基板に対してアレイをレベリングする工程、
    を備える方法であって、
    レベリングが、前記機器におけるユーザーインターフェイスを介して遂行され、該ユーザーインターフェイスが、少なくとも一つナノスコピックチップが表面に接触するときに、モーターおよび圧電性エクステンダーからの位置情報をユーザーに入力させるように適合されている、方法。
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