JP3884887B2

JP3884887B2 - 描画用探針及びその製作方法

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Publication number: JP3884887B2
Application number: JP24133099A
Authority: JP
Inventors: 雅義石橋; 富博橋詰; 博司梶山
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2001062791A; US7115863B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査プローブリソグラフィー用探針及びその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体電子素子の高集積化、記録メディアの高密度化に伴い、これら素子作製のため極微細加工技術が必要とされている。しかし、現在、電子素子の作製に使用される光リソグラフィーでは、それに使用する光の波長やレンズ材料により最小加工寸法が１００ｎｍ程度に限られ、また、記録メディアの原盤作製に使用されるレーザ加工に関しても２００ｎｍ程度であり解像度マージンの減少が予想されている。
【０００３】
近年、これに代わる技術として、例えば、エム・エー・マッコード等によるジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テクノロジー、ビー４（１９８６年）第８６頁から第８８頁（M. A. McCord et al., J. Vac. Sci. Technol. B4(1986), PP86-88）に示されるような、走査プローブ顕微鏡を用いた微細加工技術が注目されている。これは一般に探針と基板間に電圧を印加して加工を行う方法で、解像度が高く、原理的には原子レベルの加工も可能である。特にエム・エー・マッコード等によるジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テクノロジー、ビー６（１９８８年）第２９３頁から第２９６頁（M. A. McCord et al.、 J. Vac. Sci. Technol. B6(1988), PP293-296）あるいはエー・マジュンダー等によるアプライド・フィジックス・レター、６１（１９９２年）第２２９３頁から第２２９５頁（A. Majumdar et al., Appl. Phys. Lett. 61(1992) PP.2293-2295）で示されるような従来のリソグラフィーと同様にレジスト膜によりパターンを作製する方法（以後走査プローブリソグラフィーと呼ぶ）は、従来のリソグラフィーで開発されてきたレジストパターンから基板へのパターン転写方法がそのまま使えるため、将来のリソグラフィー技術として注目されている。特にケー・ワイルダー等によるジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テクノロジー、ビー１５（１９９７年）第１８１１頁から第１８１７頁（K. Wilder et al., J. Vac. Sci. Technol. B15(1997), PP.1811-1817）に記載のような原子間力顕微鏡用の微小カンチレバー付き探針を用い、照射線量を定電流となるように電圧を変化させて制御する走査プローブリソグラフィー技術は作製したパターンの線幅が均一で制御性、再現性とも高く注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の走査プローブリソグラフィー技術では解像度は高いが探針の寿命が短く、１つの探針で微細なパターンを大量に描画することはできなかった。すなわち、従来の走査プローブリソグラフィー用の探針はエー・マジュンダー等によるアプライド・フィジックス・レター、６１（１９９２年）第２２９３頁から第２２９５頁（A. Majumdar et al., Appl. Phys. Lett. 61(1992) PP.2293-2295）で示されるような金またはチタンで被覆された原子間力顕微鏡用の探針であった。そのため、描画の際、摩耗や障害物との衝突等により探針先端が変形したり探針先端の被覆されていた金属が剥がれたりするため、大量にパターンを描画することはできなかった。
【０００５】
本発明の目的は微細なパターンを大量に描画することのできる走査プローブリソグラフィー用探針およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、探針先端部の導電部の一部を絶縁部で覆う構造として導電部の機械的強度を増加させるとともに、導電部の走査方向に対しては描画する面に対し垂直方向の導電部の大きさが微細で、かつ、ほぼ一定である形状をもつことを特徴とする。これにより、導電部分先端の形状が微細なため微細なパターンが描画でき、また、微細な導電部分は絶縁部分により囲まれているため、導電部分が折れにくい。さらに、レジスト膜との摩耗により探針先端が摩耗しても、レジスト表面と接触する探針の導電部分の形状が変化しないため、パターン幅はほぼ一定に維持される。これらにより、探針の寿命は従来の探針と比べはるかに長くなり、１つの探針で大量のパターンを描画することができるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の描画用探針を図１を用いて説明する。
【０００８】
図１（ａ）は本発明の実施例の描画用探針を用いた走査プローブリソグラフィーによる描画状態の概要を説明する断面図を示す。本発明の描画用探針１を用い、石橋等によるジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、３７（１９９８年）第１５６５頁から第１５６９頁（M.Ishibashi et al., 37(1998)、PP1565-1569）等に記載された走査プローブリソグラフィー描画装置で、基板６上に塗布されたレジスト膜７にパターンを描画する。描画用探針１は探針先端部２とばね部３からなる。探針先端部２は導電部４（黒の塗りつぶしで示す）と絶縁部５からなり、導電部４の先端部分は細い棒状であり、レジスト膜７に対し水平方向の断面形状が一定であり、周りを絶縁部５により覆われている。すなわち、本実施例では、導電部４は鉛筆の芯のように長さ方向には同じ太さを保ち、周辺部が軸木により強度を与えるものとなっている。導電部４の先端の棒状部分が細いため微細なパターンを描画でき、導電部４は絶縁部５により覆われているため走査しても折れることなく描画できる。さらに、パターンを大量に描画して図１（ｂ）に示すように先端部２が摩耗しても、導電部４の先端の棒状部分の水平方向の断面形状は摩耗する前と変わらないため、微細なパターンを描画し続けることができる。
【０００９】
以下、この発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
実施例１
本実施例で説明する描画用探針は通常の原子間力顕微鏡用探針と同様にばね部と探針先端部からなる構造を持ち、ばね部にはカンチレバーを使用する。描画用探針をこのような構造にする理由は前記ケー・ワイルダー等によるジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テクノロジー、ビー１５（１９９７年）第１８１１頁から第１８１７頁（K. Wilder et al., J.Vac.Sci.Technol. B15 (1997), PP1811-1817）や石橋等によるジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、３７（１９９８年）第１５６５頁から第１５６９頁（M. Ishibashi et al., 37(1998), PP.1565-1569）あるいは特開平１１−７３９０６号公報に記載されている走査プローブリソグラフィー用描画装置で使用可能とするためである。
【００１１】
微小カンチレバーに探針先端部が付いた構造の原子間力顕微鏡顕微鏡用探針の作成方法はティー・アール・アルブレクト等によるジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テクノロジー、エー８（１９９０年）第３３８６頁から第３３９６頁（T. R. Albrecht et al., J.Vac.Sci.Technol.A8(1990), PP.3386-3396）等に記載されるマイクロキャスティング法、等方性反応性イオンエッチングを用いる方法、リフトオフと蒸着を組み合わせた方法等が知られている。本実施例ではマイクロキャスティング法を基盤として描画用探針を作成する。マイクロキャスティング法とはシリコン基板に探針先端部用の鋳型を作製し、その上に膜を積層して最後に鋳型として使用したシリコン基板を溶かして探針を作成する方法である。
【００１２】
図２（ａ）−（ｈ）は本実施例の描画用探針の作成方法の要点を示した工程図である。図の左側は各工程で得られる構造の断面図を示し、右側に（ａ）−（ｇ）は平面図を、（ｈ）は底面図を示す。
【００１３】
結晶面方位が（１００）である厚さ０．４ｍｍのシリコン基板２１上に厚さ１００ｎｍの酸化シリコンであるハードマスク層２２を積層し、光リソグラフィーと反応性イオンエッチングで４０００ｎｍ四方の穴パターンをハードマスク層２２に作製する（図２（ａ））。
【００１４】
パターニングされたハードマスク層２２をマスクとして、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチングで、シリコン基板２１に先端が平面の逆四角錘型の穴を作製し、ハードマスク層２２を弗化水素酸により取り除く（図２（ｂ））。水酸化カリウム水溶液を用いたシリコンのエッチングでは、エッチング速度が結晶面方位により異なる。結晶面方位が（１００）のシリコン基板を使用すると（１１１）面のエッチング速度が遅いため、エッチングによる穴の形状が図２（ｂ）に示すような逆四角錘型となる。本実施例では底面に５０ｎｍ四方の平面の領域が残るようにエッチング時間を調節する。その結果、底面に５０ｎｍ四方の平面をもつ高さ２７５０ｎｍの逆四角錘型の溝ができる。この部分が描画用探針先端部の鋳型となる。
【００１５】
ハードマスク層２２を除去後、シリコン基板２１上に絶縁層２３となる窒化シリコンを２００ｎｍ積層した後、逆四角錘型くぼみの中央部分に電子線リソグラフィーと反応性イオンエッチングで直径５０ｎｍの円形の溝を開ける（図２（ｃ））。本実施例では絶縁層２３に窒化シリコンを使用したが、酸化シリコン、ダイヤモンドなど他の硬質な絶縁体を使用してもよい。
【００１６】
逆四角錘型くぼみの中央部分に直径５０ｎｍの円形の溝を開けた後、絶縁層２３上全体に導電層となるチタンを２５０ｎｍ蒸着することにより、全体に導電層２４を形成するとともに、直径５０ｎｍの円形の溝に導電層２４を埋め込む（図２（ｄ））。本実施例では導電層２４をチタンとしたが、その他にタングステン、モリブデン、クロム、炭化チタン、炭化タングステン、炭化モリブデン、窒化チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン、導電性ダイヤモンド等を使用してもよい。また、本実施例では探針先端の円形の溝に導電層２４を埋め込む場合に蒸着でおこなったが、メッキで行ってもよい。しかし、メッキで行う場合は絶縁層２３の下に電極として金や銅等の金属薄膜が必要である。
【００１７】
導電層２４を積層した後、導電層２４上に反り補正層２５となる窒化シリコンを２００ｎｍ積層する（図２（ｅ））。これは最後の工程で基板２１を溶かして除去したとき、絶縁層２３と導電層２４間に生じる応力によりばね部が反らないようにするための層である。絶縁層２３と導電層２４の材料の選択により、ばね部の反りが小さい場合には反り補正層２５を省略してもよい。
【００１８】
反り補正層２５を積層した後、光リソグラフィーと反応性イオンエッチングを使用してシリコン基板２１上の絶縁層２３、導電層２４、反り補正層２５による積層構造をばね部と保持部接合部の形状に形成する（図２（ｆ））。図２では、ばね部の形状を単純な板ばね状として説明してきた。この場合、例えば、幅０．０１ｍｍ、長さ０．１ｍｍの微細な長方形のカンチレバーが形成できる。
【００１９】
絶縁層２３、導電層２４、反り補正層２５をカンチレバーの形状に整えた後、カンチレバーの基部に保持部２６を形成する（図２（ｇ））。保持部２６としては、たとえば、厚さ０．３ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ４ｍｍの硝子を接着する。本実施例ではばね部と保持部２６との接着に陽極接合を使用したが、光硬化性、あるいはエポキシ系の接着剤で接着してもよい。
【００２０】
ばね部と保持部２６を接着した後、最後に水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板２１を溶かすことにより本発明の描画用探針は完成する（図２（ｈ））。
【００２１】
図２（ｈ）右側に完成した描画用探針を底面図（描画面側から見た図）を示す。探針先端部に絶縁層２３による四角錘が形成され、その中心部に導電層２４による鉛筆の芯のような探針が形成されている。
【００２２】
図３（ａ）、（ｂ）にカンチレバーの形状の例を描画面側から見た図で示す。（ａ）は単純な板ばね状のものである。先端に探針が形成されている。（ｂ）は三角板の板ばねの基部の部分を台形状に切り欠いてばね定数を向上させた構造である。やはり先端に探針が形成されている。
【００２３】
実施例２
図２の実施例では描画用探針先端部の形状を先端に平面を持つ四角錘としたが、半球状でもよい。図４に探針先端部の形状が直径４０００ｎｍの半球状の描画用探針のばね部および探針先端部を示す。図４（ａ）は描画面側から見た図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ位置で矢印方向に見た断面図である。図４に示す形状の描画用探針を作製する場合には、シリコン基板２１に探針先端作製用の溝を作製する際に、水酸化カリウム溶液を用いた異方性エッチングによる四角錘の溝ではなく、弗化水素酸、硝酸、酢酸混合溶液による等方性エッチングにより半球状の溝を作製する。他の製作過程は図２で説明したのと同様である。
【００２４】
実施例３
本実施例では実施例１の描画用探針とは探針先端の導電部が異なった形状をもつ描画用探針について図５を参照して説明する。本実施例でも、全体的には導電部、絶縁部および反り防止部の３層構造から成ることは実施例１の描画用探針と同様である。また、保持部、ばね部の構造は実施例１の描画用探針と変わるところはない。
【００２５】
図５（ａ）は描画面側から見た描画用探針の先端部の概略図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ位置で矢印方向に見た断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ位置で矢印方向に見た断面図である。
【００２６】
本実施例の描画用探針は被描画部と図５（ａ）のＡ−Ａで示す線の方向に相対的に移動するものとされる。本実施例では、全体的には、導電部６１、絶縁部６２、反り補正部６３からなる。描画点となる四角錘の先端部では、図２で説明したと同様に、導電部６１が絶縁部６２により囲われている（図５（c））が、描画点となる四角錘の先端部の移動方向（Ａ−Ａで示す線の方向）には導電部６１の帯が露出するものとされる。したがって、本実施例では、導電部先端の形状が先端部の移動方向についてみると、等価的に長方形となることになる。たとえば、本実施例では５０ｎｍ×４０００ｎｍの長方形とした。導電部先端の形状が移動方向に長方形であれば、第１の実施例より長時間の描画に耐えるのみでなく、描画用探針が被描画面の凹凸により、四角錘の先端部で描画面に垂直に接触しない場合でも、長方形の導電部６１のどこかが被描画面と接触するから、描画をより確実に行うことができる。
【００２７】
図６はこのことを説明する図であり、描画面７３表面の凹凸などにより描画用探針７１が大きく傾いても導電部７２の先端が常に描画面７３と接触することができることを示している。ただし、本実施例の描画用探針を用いて微細なパターンを描画する場合、描画用探針に対する走査方向が導電部先端の形状である長方形の短い辺に対し垂直方向（図５（ａ）のＡ−Ａの方向）に限られることは当然である。。
【００２８】
本実施例では描画用探針先端部を四角錘としたが、図４のような半球状とする場合でも同様に実施できる。
【００２９】
本実施例の描画用探針は、実施例１の描画用探針と同様、図２で説明したと同様の作製工程で作製できる。実施例１との違いは実施例１では図２（ｃ）の工程で逆四角錘型くぼみの中央部分に開けた溝の形状が直径５０ｎｍの円形であったが、本実施例では、ばね部の長さ方向に５０ｎｍ×４０００ｎｍの長方形の溝を掘ることのみである。
【００３０】
実施例４
本実施例では探針先端に導電部が複数ある構造の描画用探針について説明する。
【００３１】
保持部、ばね部の構造は実施例３の描画用探針と同様である。図７は本実施例の描画用探針先端部とばね部の構造を示す概略図である。図７（ａ）は描画面側から見た概略図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ位置で矢印方向に見た断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ位置で矢印方向に見た断面図である。描画用探針先端部は第１導電部８１、第２導電部８２および第３導電部８３と独立した三つの導電部とされており、これに対応して、ばね部の電極も、第１導電部電極８４、第２導電部電極８５および第３導電部電極８６の独立した三つの電極とされる。これらの導電部、電極が絶縁部８７および反り補正部８８に挟まれた形となる。
【００３２】
本実施例の描画用探針の実施例３のそれとの違いは、実施例３の描画用探針では探針先端の導電部が１個であったのに対し、本実施例の描画用探針では探針先端の導電部が複数個あることである。本実施例の第１導電部８１、第２導電部８２、第３導電部８３の描画面に水平な方向の導電部先端の形状はすべて５０ｎｍ×４０００ｎｍの長方形で、各導電部の間隔は２０ｎｍである。もちろん、探針先端の導電部が複数個あることに対応して、各導電部のばね部の電極も複数個ある。
【００３３】
本実施例の描画用探針の製作過程は、基本的には、図２で説明したのと同じであるが、各導電部およびばね部の電極が複数個あるから、図２（d）で説明した導電部の蒸着の際これに対応したマスクを準備してそれぞれが独立して絶縁されたものにすることが必要になる。
【００３４】
本実施例の探針を用いて描画すると１本の描画用探針で線幅の異なったパターンを描画することができる。すなわち、細い線幅のパターンが必要な場合は第１−第３導電部８１−８３の一つの導電部だけを用いて描画を行い、太い線幅のパターンが必要な場合は第１−第３導電部８１−８３のすべてを用いて描画をおこなう。中間の太さなら、第１−第２または第２−第３導電部の二つを使用して描画をする。ただし、実施例３同様に本実施例の描画用探針を用いた描画では描画用探針に対する走査方向が導電部先端の形状である長方形の短い辺に対し垂直方向に限られるのは当然である。
【００３５】
実施例５
図８に、図２で説明した描画用探針の製作方法とは異なる実施例を説明する。図２（ａ）、（ｂ）と同様に、結晶面方位が（１００）である厚さ０．４ｍｍのシリコン基板９１上に底面に５０ｎｍ四方の平面をもつ高さ２７５０ｎｍの逆四角錘型の溝を作製する（図８（ａ））。
【００３６】
溝を作製したシリコン基板９１上にケミカル・ヴェーパー・デポジションにより導電率１０ｏｈｍ・ｃｍ、膜厚３００ｎｍの水素化炭素膜９２を形成する（図８（ｂ））。
【００３７】
その上にハードマスク層としてタングステン膜を５００ｎｍ積層する。この積層されたハードマスク層を、電子線リソグラフィーと反応性イオンエッチングで処理して、逆四角錘型くぼみの中央部分に直径５０ｎｍの円柱状のハードマスク９３のみを残す（図８（ｃ））。
【００３８】
逆四角錘型くぼみの中央部分に直径５０ｎｍの円柱状のハードマスク９３を作製した後、上方から高エネルギーのＸ線を照射し、真空中で６００度で３０分間加熱する。本実施例ではＸ線エネルギーを４ｋｅＶ、Ｘ線照射密度を１×１０^２１ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ^２ｓ、照射時間を１時間とする。導電性の水素化炭素膜９２は高エネルギーのＸ線を照射される結果、ハードマスク９３直下の部分が導電性の水素化炭素膜として残り導電部９４となるのみで、他の部分は全て絶縁性のダイヤモンドとなり絶縁層９５となる。（図８（ｄ））。
【００３９】
導電部９４と絶縁層９５を作製した後、ハードマスク９３を除去し、電極層９６としてチタンを２０ｎｍ積層する。（図８（ｅ））。
【００４０】
電極層９６を蒸着した後、光リソグラフィーと反応性イオンエッチングを使用してシリコン基板９１上の絶縁層９５、および、電極層９６による積層構造をばね部と保持部接合部の形状に形成する（図８（ｆ））。ｘｙ方向のカンチレバーの形状は実施例１と同様である。
【００４１】
シリコン基板９１上で絶縁層９５、および、電極層９６をカンチレバーの形状に整えた後、保持部９７として硝子を接着剤で接着する（図８（ｇ））。
【００４２】
ばね部と保持部９７を接着した後、最後に水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板９１を溶かすことにより本発明の描画用探針は完成する（図８（ｈ））。
【００４３】
本実施例では、電極層９６をチタンの２０ｎｍの薄い層としたので、先の実施例で必要であった反り補正部は省略することができる。
【００４４】
実施例６
本実施例では上記描画用探針とは異なった形状をもつ描画用探針について説明する。上記実施例での描画用探針では、ばね部としてカンチレバー（片持ち梁）を使用したが、本実施例では両端固定梁を使用する。図９は本実施例の描画用探針を示す概略図である。図９（ａ）は描画面側から見た概略図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ位置で矢印方向に見た断面図、図９（ｃ）は図９（ｂ）における探針先端部の拡大図である。本実施例の描画用探針ばね部１０１、探針先端部１０２からなる。両端固定梁となるばね部１０１は薄板１０６から切り欠き部１０７および１０８を切り取った結果、薄板１０６の中央部に形成される。探針先端部は上記実施例で説明したばね部がカンチレバーの描画用探針と同様に導電部１０３と絶縁部１０４、絶縁部１０５からなる。図９では、両端固定梁は一つとしたが、これを平行して複数個配列することができるのは当然である。
【００４５】
一般に、両端固定梁のばね定数は同じ寸法のカンチレバーと比べ６４倍大きくなる。両端固定梁、カンチレバーのばね定数は梁の長さの３乗に反比例するため、梁の長さを４倍にすれば他は同じ寸法のカンチレバーと同様のばね定数を持った両端固定梁を得ることができる。本実施例では梁の幅０．０１ｍｍ、長さ０．４ｍｍとする。
【００４６】
本実施例の描画用探針を用いて特願平１１−７３９０６号公報に記載の描画装置を用いて描画すれば、図１０に示すように描画面１１３表面の凹凸などにより描画用探針１１１が大きく変位しても導電部１１２の先端が常に描画面１１３と接触することができる。
【００４７】
実施例７
本実施例では導電層にカーボンナノチューブを用いた描画用探針について図１１を用いて説明する。
【００４８】
カーボンナノチューブとは飯島等によるネイチャー、３１８（１９９１年）第５６頁(S. Iijima, Nature 318 (1991) PP56)に記載されるような管状の巨大炭素分子である。カーボンナノチューブは導電性を持ち、かつ、直径数十ナノメートル以下で長さ数マイクロメートルにわたり均一な直径のものを容易に作製することができる。このカーボンナノチューブを利用し、エイチ、ダイ等によるネイチャー、３８４（１９９６年）第１４７頁から第１５０頁(H. Dai et al., Nature 384 (1996) PP147-150)に記載されるような探針の先端にカーボンナノチューブをつけた構造の原子間力顕微鏡用の探針が考案され、アスペクト比の高い構造物の表面構造の観察に威力を発揮している。現在ではこの構造の原子間力顕微鏡用の探針はピエゾマックス社より販売されている。
【００４９】
図１１は、このカーボンナノチューブを利用した本実施例の描画用探針の断面の概略図である。本実施例の描画用探針１２１も導電部１２２、絶縁部１２３、および反り防止部１２４の３層構造から成ることは実施例１の描画用探針と同様である。本実施例の描画用探針の特徴は探針先端の導電部で試料と直接接触する部分にカーボンナノチューブ１２５を使用することにある。このことにより通常の微細加工では困難な直径数十ナノメートル以下で長さ数マイクロメートルの均一直径の導電部が得られ、微細かつ大量の描画を行うことができる。
【００５０】
図１２（ａ）―（ｃ）は本実施例の描画用探針の作成方法の要点を示した工程図である。
【００５１】
図１２（ａ）は、カーボンナノチューブを利用した市販されている探針１３１の断面の概略図である。探針１３１は保持部１３２、ばね部１３３、探針部１３４、それと探針部１３４の先端に接合されたカーボンナノチューブ１３５からなる。この探針１３１の探針面に絶縁層１３６として窒化シリコンを、探針面の裏の面に反り防止層１３７として窒化シリコンをそれぞれ積層する（図１２（ｂ））。その後、この探針を用いダイヤモンド薄膜上を負荷をかけて走査することにより探針先端の窒化シリコンを研磨して、カーボンナノチューブ１３５を探針表面に露出させ、周辺を絶縁物で保護された直径数十ナノメートル以下の均一径の導電部をもつ描画用探針を完成する（図１２（ｃ））。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査プローブリソグラフィーで１つの探針を用いて大量のパターンを描画することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の描画用探針の実施例の効果を示す概念図。
【図２】（ａ）−（ｈ）は本発明の描画用探針の作製手順の例を示す概略図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は図２の描画用探針のばね部の二つの例を描画面から見た平面図。
【図４】（ａ）は本発明の探針先端部の形状が半球状である描画用探針の実施例のばね部および探針先端部を描画面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図５】（ａ）は本発明の他の構造の導電部をもつ描画用探針の実施例の描画用探針先端部を描画面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図６】図５の構造の描画用探針の実施例の効果を表す概念図。
【図７】（ａ）は本発明の他の構造の探針先端部をもつ描画用探針の実施例の描画用探針先端部を描画面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図８】（ａ）−（ｈ）は本発明の描画用探針の他の作製手順の例を示す概略図。
【図９】（ａ）は本発明の他の構造のばね部をもつ描画用探針の実施例のばね部および描画用探針先端部を描画面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）描画用探針先端部の拡大図。
【図１０】図９の構造の描画用探針の効果を表す概念図。
【図１１】導電層にカーボンナノチューブを用いた本発明の描画用探針の断面の概略図。
【図１２】（ａ）−（ｃ）は図１１の構造の描画用探針の作成手順の例を示す概略図。
【符号の説明】
１…描画用探針、２…探針先端部、３…ばね部、４…導電部、５…絶縁部、６…基板、７…レジスト膜、２１…基板、２２…ハードマスク層、２３…絶縁層、２４…導電層、２５…反り補正層、２６…保持部、６１…導電部、６２…絶縁部、６３…反り補正部、７１…描画用探針、７２…導電部、７３…描画面、８１…右導電部、８２…中央導電部、８３…左導電部、８４…右導電部電極、８５…中央導電部電極、８６…左導電部電極、８７…絶縁部、８８…反り補正部、９１…基板、９２…導電層、９３…ハードマスク層、９４…導電部、９５…絶縁部、９６…電極層、９７…保持部、１０１…ばね部、１０２…探針先端部、１０３…導電部、１０４…絶縁部、１０５…絶縁層、１０６…薄板、１０７…切り欠き部、１０８…切り欠き部、１１１…描画用探針、１１２…導電部、１１３…描画面、１２１…描画用探針、１２２…導電部、１２３…絶縁部、１２４…反り防止部、１２５…カーボンナノチューブ、１３１…ナノチューブチップ、１３２…保持部、１３３…ばね部、１３４…探針部、１３５…カーボンナノチューブ、１３６…絶縁層、１３７…反り防止層。

Claims

導電層と絶縁層の積層構造のばね部の両端部のそれぞれに探針先端部と保持部とを有し、
前記探針先端部は前記ばね部の一つの面に配置され、
前記保持部は前記探針先端部が配置された面の裏面に配置され、
前記探針先端部は前記ばね部の導電層に電気的に接続された導電部と、該導電部を覆うとともに周辺を支える絶縁部を有し、
前記導電部は膜状構造であるとともに、前記ばね部の面から離れるに従い細くなる構造をとり、もっとも細くなった部分は断面円形の柱状構造の一端に連結され、且つ、該柱状構造の自由端面は前記絶縁部から露出し、
たことを特徴とする走査プローブリソグラフィー描画用探針。
前記探針先端部の形状が先端に平面部がある四角錘である請求項１記載の走査プローブリソグラフィー描画用探針。
前記導電部の材質がチタン、タングステン、モリブデン、炭化チタン、炭化タングステン、炭化モリブデン、グラファイト、導電性ダイヤモンド、窒化チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン、カーボンナノチューブである請求項１または２に記載の走査プローブリソグラフィー描画用探針。
前記絶縁部の材質が酸化珪素、窒化珪素、ダイヤモンドである請求項１または２に記載の走査プローブリソグラフィー描画用探針。
所定の結晶面方位を持つシリコン基板の一面に底面に所定の広さの平面を持つ逆四角錘形状の穴を作製する工程、
前記基板上に絶縁層を所定の厚さで積層する工程、
前記逆四角錘形状の穴の部分に形成された絶縁層の中央部分に、前記平面の広さの断面円形の開口部を前記シリコン基板に達するまで形成する工程、
前記絶縁層上に導電層を所定の厚さに積層し、前記開口部に前記導電層を埋め込む工程、
前記導電層の上に反り補正層を所定の厚さに積層する工程、
前記基板上の絶縁層、前記導電層および前記反り補正層よりなる積層構造をばね部に形成する工程、
前記シリコン基板上で前記ばね部の前記逆四角錘形状の穴が形成された端部の他端の前記反り補正層の外面に保持部を形成する工程、および、
前記シリコン基板を除去する工程、
とよりなることを特徴とする走査プローブリソグラフィー描画用探針の製作方法。
所定の結晶面方位を持つシリコン基板の一面に底面に所定の広さの平面を持つ逆四角錘形状の穴を作製する工程、
前記基板上に水素化炭素膜層を所定の厚さで積層する工程、
前記逆四角錘形状の穴の部分に形成された前記水素化炭素膜層の中央部分に前記平面の広さの断面円形のハードマスク層を形成する工程、
Ｘ線を前記水素化炭素膜層に照射し、前記水素化炭素膜層のハードマスク層直下の部分を除き、前記水素化炭素膜層を絶縁性ダイヤモンド膜層にする工程、
前記ハードマスク層を除去し、前記ハードマスク層直下にあった水素化炭素膜層、および前記絶縁性ダイヤモンド膜層上に導電層を所定の厚さに積層する工程、
前記基板上の絶縁層、前記絶縁性ダイヤモンド膜層および前記導電層よりなる積層構造をばね部に形成する工程、
前記シリコン基板上で前記ばね部の前記逆四角錘形状の穴が形成された端部の他端の前記導電層の外面に保持部を形成する工程、および、
前記シリコン基板を除去する工程、
とよりなることを特徴とする走査プローブリソグラフィー描画用探針の製作方法。
導電層と絶縁層の積層構造のばね部の両端部のそれぞれに探針先端部と保持部とを有し、
前記探針先端部は前記ばね部の一つの面に配置され、
前記保持部は前記探針先端部が配置された面の裏面に配置され、
前記探針先端部は前記ばね部の導電層に電気的に接続された導電部と、該導電部の両側面を覆うとともに周辺を支える絶縁部を有し、
前記導電部は膜状構造であるとともに、前記ばね部の長さ方向の中心線に平行にばね部の面から離れるに従い細くなる構造をとり、もっとも細くなった部分は前記中心線に平行な側面を持つ断面四角形の柱状構造のそれぞれの端面の一端に連結された形であるとともに、該断面四角形の柱状構造の前記ばね部の長さ方向の両側に前記導電部の膜状構造に沿った前記断面四角形の柱状構造の前記中心線と直角の端面の幅と同じ厚さの板の張り出しが形成され、且つ、前記断面四角形の柱状構造の自由端面と前記板の張り出しの外面は前記絶縁部から露出し、
たことを特徴とする走査プローブリソグラフィー描画用探針。
前記探針先端部の形状が先端に平面部がある四角錘である請求項７記載の走査プローブリソグラフィー描画用探針。
探針先端部と導電性部分を有する平板のばね部と保持部とを有し、
前記探針先端部は前記ばね部の一端部の一つの面に配置され、
前記探針先端部は前記導電性の平板に電気的に接続された複数の並行した導電部と、これらの導電部の両側面に設けられた絶縁部を有し、
前記導電性部分を有する平板のばね部の導電性部分がその長さ方向に絶縁して、前記導電部の数と等しい数だけ形成されるとともに、前記導電部が前記導電性部分に電気的に接続され、
前記複数の導電部のそれぞれは膜状構造であるとともに、先端がつぶれたV字状の構造をとり、V字状の構造の外面は前記絶縁部から露出し、
たことを特徴とする走査プローブリソグラフィー描画用探針。