(57)【要約】  カーボンナノチューブチップを有する複数の装置の製造方法であって、複数の前駆体チップ（２０２）を備えた第１面（１０２）を有する第１基板（１００）を提供し、第１面（１０２）に面する第２面（３０２）を有する第２基板（３００）を提供し、実質的にすべての前駆体チップ（２０２）にカーボンナノチューブチップを生成し、第２面（３０２）と前駆体チップの末端にあるカーボンナノチューブの端部との間に電位を印加することを有する製造方法である。
2007518067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブチップを備えた装置の製造方法であって、
複数の前駆体チップを備えた第１面を有する第１基板を提供するステップと、
実質的にすべての前記前駆体チップにカーボンナノチューブチップを生成するステップと、
実質的にすべての前記カーボンナノチューブチップの生成を所定の最大長に制限するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブチップを他のカーボンナノチューブチップから分離させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記前駆体チップのそれぞれは、原子間力顕微鏡カンチレバーに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
第２面を有する第２基板を前記第１基板の前記第１面に面して、かつ離して設けるステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第２基板は電導性であることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第２面と前記前駆体チップの末端にある前記カーボンナノチューブの端部との間に電位を印加するステップをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記前駆体チップの末端にある前記カーボンナノチューブの端部を前記第２基板の前記第２面から劈開するステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項８】
前記第２面と前記第１面との間の距離は、実質的に一定であることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第２面と前記第１面との間の距離は変化することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項１０】
実質的にすべての前記カーボンナノチューブチップを所望の長さに短縮するステップをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記所望の長さは、約５ナノメートルから約５００マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記所望の長さは、約５ナノメートルから約５０マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記所望の長さは、約５ナノメートルから約５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記所望の長さは、約１００ナノメートルから約５００マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記所望の長さは、約１００ナノメートルから５０マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記所望の長さは、約１００ナノメートルから５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記所望の長さは、約５００ナノメートルから約５００マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記所望の長さは、約５００ナノメートルから５０マイクロメートルの間であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記所望の長さは、約５００ナノメートルから５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記所望の長さは、約３マイクロメートルから５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項２１】
カーボンナノチューブチップを有する複数の装置の製造方法であって、
複数の前駆体チップを備えた第１面を有する第１基板を提供するステップと、
前記第１面に面した第２面を有する第２基板を提供するステップと、
実質的にすべての前記前駆体チップにカーボンナノチューブチップを生成するステップと、
前記第２面と前記前駆体チップの末端にある前記カーボンナノチューブの端部との間に電位を印加するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２２】
カーボンナノチューブ原子間力顕微鏡チップを備えた装置の製造方法であって、
触媒アイランドを有する複数のカンチレバーを備えた第１面を有する第１基板を提供するステップと、
実質的にすべての前記触媒アイランドにカーボンナノチューブチップを生成するステップと、
実質的にすべての前記カーボンナノチューブチップの生成を所定の最大長に制限するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２３】
前記カーボンナノチューブ原子間力顕微鏡チップを他のカーボンナノチューブ原子間力顕微鏡チップから分離させるステップをさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２４】
第２面を有する第２基板を前記第１基板の前記第１面に面して、かつ離して設けるステップをさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第２基板は電導性であることを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
【請求項２６】
前記第２面と前記前駆体チップの末端にある前記カーボンナノチューブの端部との間に電位を印加するステップをさらに有することを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
【請求項２７】
前記前駆体チップの末端にある前記カーボンナノチューブの端部を前記第２基板の前記第２面から劈開するステップをさらに有することを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
【請求項２８】
前記第２面と前記第１面との間の距離は一定であることを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記第２面と前記第１面との間の距離は変化することを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
【請求項３０】
実質的にすべての前記カーボンナノチューブチップを所望の長さに短縮するステップをさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
【請求項３１】
前記所望の長さは、約５ナノメートルから約５００マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３２】
前記所望の長さは、約５ナノメートルから約５０マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３３】
前記所望の長さは、約５ナノメートルから約５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３４】
前記所望の長さは、約１００ナノメートルから約５００マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３５】
前記所望の長さは約１００ナノメートルから５０マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３６】
前記所望の長さは、約１００ナノメートルから５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３７】
前記所望の長さは、約５００ナノメートルから約５００マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３８】
前記所望の長さは、約５００ナノメートルから５０マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３９】
前記所望の長さは、約５００ナノメートルから５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項４０】
前記所望の長さは、約３マイクロメートルから５マイクロメートルの範囲であることを特徴とする請求項３０に記載の製造方法。
【請求項４１】
ナノ構造体チップを備えた装置の製造方法であって、
複数の前駆体チップを備えた第１面を有する第１基板を提供するステップと、
実質的にすべての前記前駆体チップにナノ構造体チップを生成するステップと、
実質的にすべての前記ナノ構造体チップの生成を所定の最大長に制限するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項４２】
前記ナノ構造体チップを他のナノ構造体チップから分離するステップをさらに有することを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項４３】
前記前駆体チップは、原子間力顕微鏡カンチレバーに支持されことを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項４４】
第２面を有する第２基板を前記第１基板の前記第１面に面して、かつ離して設けるステップをさらに有することを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項４５】
前記第２基板は電導性であることを特徴とする請求項４４に記載の製造方法。
【請求項４６】
前記第２面と前記前駆体チップの末端にある前記ナノ構造体の端部との間に電位を印加するステップをさらに有することを特徴とする請求項４５に記載の製造方法。
【請求項４７】
前記前駆体チップの末端にある前記ナノ構造体の端部を前記第２基板の前記第２面から劈開するステップをさらに有することを特徴とする請求項４４に記載の製造方法。
【請求項４８】
前記第２面と前記第１面との間の距離は実質的に一定であることを特徴とする請求項４４に記載の製造方法。
【請求項４９】
前記第２面と前記第１面との間の距離は変化することを特徴とする請求項４４に記載の製造方法。
【請求項５０】
実質的にすべての前記ナノ構造体チップを所望の長さに短縮するステップをさらに有することを特徴とする請求項４４に記載の製造方法。
【請求項５１】
前記ナノ構造体は炭素ナノ構造体であることを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項５２】
前記ナノ構造体はコバルト酸化物ナノ構造体であることを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項５３】
前記ナノ構造体はナノチューブであることを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項５４】
前記ナノ構造体はナノワイヤーであることを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項５５】
前記ナノ構造体はナノファイバーであることを特徴とする請求項４１に記載の製造方法。
【請求項５６】
ナノ構造体チップを有する複数の装置の製造方法であって、
複数の前駆体チップを備えた第１面を有する第１基板を提供するステップと、
前記第１面に面した第２面を有する第２基板を提供するステップと、
実質的にすべての前記前駆体チップにナノ構造体チップを生成するステップと、
前記第２面と前記前駆体チップの末端にある前記ナノ構造体の端部との間に電位を印加するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項５７】
前記ナノ構造体は炭素ナノ構造体であることを特徴とする請求項５６に記載の製造方法。
【請求項５８】
前記ナノ構造体はナノチューブであることを特徴とする請求項５６に記載の製造方法。
【請求項５９】
前記ナノ構造体はナノワイヤーであることを特徴とする請求項５６に記載の製造方法。
【請求項６０】
前記ナノ構造体はナノファイバーであることを特徴とする請求項５６に記載の製造方法。
【請求項６１】
ナノ構造体原子間力顕微鏡チップを備えた装置の製造方法であって、
触媒アイランドを有する複数のカンチレバーを備えた第１面を有する第１基板を提供するステップと、
実質的にすべての前記触媒アイランドにナノ構造体チップを生成させるステップと、
実質的にすべての前記ナノ構造体チップの生成を所定の最大長に制限するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項６２】
ナノ構造体原子間力顕微鏡チップを他のナノ構造体原子間力顕微鏡チップから分離するステップをさらに有することを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【請求項６３】
第２面を有する第２基板を前記第１基板の前記第１面に面して、かつ離して設けるステップをさらに有することを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【請求項６４】
前記第２基板は電導性であることを特徴とする請求項６３に記載の製造方法。
【請求項６５】
前記第２面と前記前駆体チップの末端にある前記ナノ構造体の端部との間に電位を印加するステップをさらに有することを特徴とする請求項６４に記載の製造方法。
【請求項６６】
前記前駆体チップの末端にある前記ナノ構造体の端部を前記第２基板の前記第２面から劈開するステップをさらに有することを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【請求項６７】
前記第２面と前記第１面との間の距離は一定であることを特徴とする請求項６３に記載の製造方法。
【請求項６８】
前記第２面と前記第１面との間の距離は変化することを特徴とする請求項６３に記載の製造方法。
【請求項６９】
実質的にすべての前記ナノ構造体チップを所望の長さに短縮するステップをさらに有することを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【請求項７０】
前記ナノ構造体は炭素ナノ構造体であることを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【請求項７１】
前記ナノ構造体はナノチューブであることを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【請求項７２】
前記ナノ構造体はナノワイヤーであることを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【請求項７３】
前記ナノ構造体はナノファイバーであることを特徴とする請求項６１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ構造体チップの製造方法に関し、より詳細には、カーボンナノチューブＡＦＭチップの製造方法に関する。
【０００２】
本出願は、３５ＵＳＣ．§１１９（ｅ）の規定に従い２００３年１１月６日付け出願の米国特許出願第６０／５１８，３８４号に基づく優先権を主張するものである。上記の出願の内容はすべてこの参照により開示に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
カーボンナノチューブは、炭素系分子構造で、数ナノメートルの直径及び数ナノメートルから数マイクロメートルの長さを有し得る。カーボンナノチューブは、独特な機械的・電気的物性を有し、様々な用途に利用することができる。例えば、カーボンナノチューブは、原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ；ＡＦＭ）のプローブチップとして使用することができる。
【０００４】
この原子間力顕微鏡は、試料表面あるいは試料表面の近傍をプローブチップで掃引することにより、試料からの画像を得るためにプローブチップを使用する。カンチレバーに装着したプローブチップを試料の表面全体で掃引し、プローブチップが試料の位相を追跡して試料の画像を生成しながらカンチレバーの変位を記録することができる。例えば、プローブチップが試料の表面全体を掃引している間、レーザービームによりカンチレバーの背部表面を照射し、カンチレバーの表面からの反射光の角度あるいは位置の変化からカンチレバーの移動量を測定することができる。ＡＦＭで取得された画像の解像度は、プローブチップのサイズ及び形状と関連し、直径が小さく、直径対長さであるアスペクト比が高いチップは、横縦方向の小さい形状を解像するのに使用することができる。カーボンナノチューブは、非常に強度があり、ユーザーのニーズに合わせて様々な長さ及びアスペクト比に作ることができるので、ＡＦＭのプローブチップとして有用である。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，３４６，１８９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１７８８４６号明細書
【非特許文献１】リー（Ｌｉ）及びリュー（Ｌｉｕ）の「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｆｅ−Ｍｏ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｅｌｓ  ａｓ  ｔｈｅ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｏｒ  ＣＶＤ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ（カーボンナノチューブのＣＶＤ合成用の触媒としての単分散Ｆｅ−Ｍｏナノ粒子の製造）」（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｔｅｒ、第１３巻、１００８〜１４頁、２００１年）
【非特許文献２】リミン・ホォアン（Ｌｉｍｉｎ  Ｈｕａｎｇ）、シャオドング・クイ（Ｘｉａｏｄｏｎｇ  Ｃｕｉ）、ブライアン・ホワイト（Ｂｒｉａｎ  Ｗｈｉｔｅ）、スティーブン・Ｐ．オブライアン（Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｐ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎ）の「Ｌｏｎｇ  ａｎｄ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  Ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  Ｅｔｈａｎｏｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（エタノール化学蒸着法で生成した尺長で配向の単層カーボンナノチューブ）（Ｊ．  Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、第１０８巻、１６４５１〜５６頁、２００４年）
【非特許文献３】丸山らの「Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｎｄ  Ｑｕａｒｔｚ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ（シリコン及び石英基板上の高品質単層カーボンナノチューブの直接合成）」（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第３７７巻、４９〜５４頁）
【非特許文献４】ヂャン  （Ｚｈｅｎｇ）らの「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ＣＶＤ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｍｏｎｏｘｉｄｅ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ（一酸化炭素前駆体を用いた表面に単層カーボンナノチューブを有効にＣＶＤ生成する）」（Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．第２巻、８９５〜８９８頁、２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
カーボンナノチューブは、例えば、特許文献１及び特許文献２で説明するように、ＡＦＭチップとして使用するために製造されてきており、両文献は参照することによって本発明の開示に含まれる。しかしながら、そのようなカーボンナノチューブチップを大量生産するのは困難であった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ナノ構造体チップの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の実施態様において、カーボンナノチューブチップを備えた装置の製造方法には、複数の前駆体チップを備えた第１表面を有する第１基板を提供し、実質的にすべての前駆体チップにカーボンナノチューブチップを生成し、実質的にすべてのカーボンナノチューブチップの生成を所定の最大長に制限することが含まれる。
【０００９】
また、他の実施態様において、カーボンナノチューブチップを有する複数の装置の製造方法には、複数の前駆体チップを備えた第１面を有する第１基板を提供し、第１面に面した第２面を有する第２基板を提供し、実質的にすべての前駆体チップにカーボンナノチューブチップを生成し、第２面と前駆体チップの末端にあるカーボンナノチューブの端部との間に電位を印加することが含まれる。
【００１０】
また、他の実施態様において、カーボンナノチューブ原子間力顕微鏡チップを備えた装置の製造方法には、触媒アイランドを有する複数のカンチレバーを備えた第１面を有する第１基板を提供し、実質的にすべての触媒島にカーボンナノチューブチップを生成し、実質的にすべてのカーボンナノチューブチップの生成を所定の最大長に制限することが含まれる。
【００１１】
また、他の実施態様において、ナノ構造体チップを備えた装置の製造方法には、複数の前駆体チップを備えた第１面を有する第１基板を提供し、実質的にすべての前駆体チップにナノ構造体チップを生成し、実質的にすべてのナノ構造体チップの生成を所定の最大長に制限することが含まれる。
【００１２】
また、他の実施態様において、ナノ構造体チップを有する複数の装置の製造方法には、複数の前駆体チップを備えた第１面を有する第１基板を提供し、第１面に面した第２面を有する第２基板を提供し、実質的にすべての前駆体チップにナノ構造体チップを生成し、第２面と前駆体チップの末端にあるナノ構造体の端部との間に電位を印加することが含まれる。
【００１３】
また、他の実施態様において、ナノ構造体原子間力顕微鏡チップを備えた装置の製造方法には、触媒アイランドを有する複数のカンチレバーを備えた第１面を有する第１基板を提供し、実質的にすべての触媒アイランドにナノ構造体チップを生成させ、実質的にすべてのナノ構造体チップの生成を所定の最大長に制限することが含まれる。
【００１４】
発明の実施形態には、次の特徴を１つ以上が含まれる。例えば、カーボンナノチューブチップは、他のカーボンナノチューブチップから分離し得る。前駆体チップは、原子間力顕微鏡カンチレバーで支持し得る。第２面を有する第２基板は、第１基板の第１面に面して、かつ分離して設置することもできる。第２基板は電導性でもよく、第２面と前駆体チップの末端にあるカーボンナノチューブの端部との間に電位を印加することもできる。前駆体チップの末端にあるカーボンナノチューブの端部は、第２基板の第２面から切断することができる。第２面と第１面との間の距離は実質的に一定であってもよく、あるいは変化してもよい。
【００１５】
カーボンナノチューブチップは、所望の長さに短縮することができる。所望の長さは、約５ナノメートルと約５００マイクロメートルの間、約５ナノメートルと約５０マイクロメートルの間、約５ナノメートルと約５マイクロメートルの間、約１００ナノメートルと約５００マイクロメートルの間、約１００ナノメートルと５０マイクロメートルの間、約１００ナノメートルと５マイクロメートルの間、約５００ナノメートルと約５００マイクロメートルの間、約５００ナノメートルと５０マイクロメートルの間、約５００ナノメートルと５マイクロメートルの間、あるいは約３マイクロメートルと５マイクロメートルの間であってもよい。
【００１６】
ナノ構造体の生成に関する実施態様において、次の特徴を１つ以上含むことができる。ナノ構造体は、カーボンナノ構造体、コバルト酸化物ナノ構造体、ナノチューブ、ナノワイヤーあるいはナノファイバーであってもよい。ナノ構造体チップは、他のナノ構造体チップから分離することができる。前駆体チップは、原子間力顕微鏡カンチレバーで支持されることができる。第２面を有する第２基板は、第１基板の第１面に面して、かつ分離して設けることもできる。第２基板は導通でもよく第２面と前駆体チップの末端にあるナノ構造体の端部との間に電位を印加することもできる。前駆体チップの末端にあるナノ構造体の端部は、第２基板の第２面から切断することができる。第２面と第１面との間の距離は実質的に一定であってもよく、あるいは変化してもよい。ナノ構造体チップは所望の長さに短縮することができる。
【００１７】
本発明の１つ以上の実施形態を添付の図面と以下の記述で詳細に説明する。本発明の他の特徴、目的及び利点は、記述と図面、及び請求項から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
図１は、パターン化した基板の上面図である。市販のウェーハ基板１００（例えば、カリフォルニア州サンタバーバラ所在のＮａｎｏｄｅｖｉｃｅｓ社製品）は、パターン化されていない周囲部分１０６と、事前に製造され各々には角錐形状のチップを有する３７５個のカンチレバーを備えた中央のパターン化された部分１０４を含むウェーハ表面１０２を有している。ウェーハ基板（第１基板）１００は、カンチレバーの配列の製造にシリコンあるいは他の適切な材料で製造することができる。パターン化したウェーハ基板１００は、このウェーハ基板１００に化学蒸着法（ＣＶＤ）の処理を施す間により厚い基板に付着させてパターン化したウェーハ基板１００に支持と平坦さを提供することができる。
【００１９】
図２Ａは、前駆体チップ（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｔｉｐ）の配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。角錐形状のチップ２０２は、ウェーハ基板１００の上面１０２の上部におよそ１〜２０ミクロンほど突出し得る。任意のウェーハ基板１００において、角錐形状のチップ２０２は、ウェーハ基板１００上の角錐形状のチップ２０２の特定の平均高さの約５％以内で一定の高さを有し得るが、同一メーカーが製造するのと異なったウェーハ基板１００は、異なる平均高さの角錐形状のチップ２０２を有し得る。
【００２０】
図２Ｂは、レジスト層を備えた前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。角錐形状のチップ２０２の配列を含むウェーハ表面１０２にレジスト層２０４が回転塗布されて角錐形状のチップ２０２の基部でウェーハ表面１０２を覆う。レジスト層２０４の材料としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）材料を使用するが、他の材料を使用することもできる。レジスト層２０４は、角錐形状のチップ２０２の基部周辺で溜まる傾向があり、レジスト層２０４が塗布されない角錐形状のチップ２０２のアペックス（頂部；ａｐｅｘ）を残すことになる。角錐形状のチップ２０２のほとんどを覆うが、チップのアペックス２０６は覆わない、所望の厚さのレジスト層２０４に達するまで、レジストをウェーハ表面１０２に数回塗布することができる。角錐形状のチップ２０２のアペックス２０６を除いてすべて覆うように適当な量のレジストが塗布された後、レジストは約９０℃のホットプレートで約１分間熱処理し硬化させる。
【００２１】
図２Ｃは、レジスト層の上に触媒材料の層を有する前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。触媒懸濁層（触媒材料）２０８が、角錐形状のチップ２０２のアペックス２０６上及びレジスト層２０４の上部に回転塗布される。触媒懸濁層２０８は、チップ２０２のアペックス２０６上のナノチューブの生成に触媒作用を及ぼす材料を含む。例えば、ナノチューブの生成に触媒作用を及ぼすＦｅ−Ｍｏナノ粒子を含む触媒懸濁層２０８は、非特許文献１で説明された手順により製造することができ、ここに参照することによって開示に含まれる。触媒懸濁溶液は、５．００ｍＬのオクチルエーテルで１．００ｍｍｏｌ（０．１９６ｇ）のＦｅ（ＣＯ）５、０．０２０ｍｍｏｌ（０．０５３ｇ）のＭｏ（ＣＯ）６、０．１００ｍｍｏｌ（０．１４４ｇ）のオクタン酸、０．１００ｍｍｏｌ（０．２４２ｇ）ビス−２−エチルヘキシルアミンを溶かして、溶液をＮ２雰囲気下で、高温（例えば、約３００℃）で３０分間還流することで調製することができる。溶液中にＦｅ−Ｍｏ触媒ナノ粒子が形成されると溶液が黒色に変化する。他の触媒材料も使用することができる。例えば、シリカマトリックスに埋め込まれたＣｏ−Ｍｏ触媒は、非特許文献２で説明された手順により製造することができ、ここに参照することによって開示に含まれる。
【００２２】
他の方法においては、触媒材料２０８は、最初にレジスト層を塗布せずにウェーハ基板１００のウェーハ表面１０２の全面に塗布してもよい。そのような場合、触媒材料２０８は、前駆体チップ２０２のアペックス２０６だけでなくチップ２０２の全面に塗布される。
【００２３】
上述した非特許文献２の手順に従って触媒材料溶液が製造されると、溶液が、中央がパターン化された部分１０４に注がれる。
【００２４】
図２Ｄは、レジスト層が取り除かれ触媒材料が前駆体チップのアペックス上にある前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。ウェーハ基板１００は、触媒溶液が塗布されると急速に蒸発して、触媒材料２０８で覆われた角錐形状のチップ２０２のアペックス２０６が残るように１５分間２００℃で予熱処理される。角錐形状のチップ２０２は、ナノチューブチップが生成される前駆体基部を提供するので、角錐形状のチップ２０２は前駆体チップとしても知られている。前駆体チップ２０２は角錐形状である必要はなく、触媒材料２０８が蒸着される基部を提供する任意の形でもよい。次に、触媒が塗布されたアペックス２０６を非特許文献２の手順によって焼成する。
【００２５】
前駆体チップ２０２のアペックス２０２に触媒材料２０８を塗布する方法を説明したが、触媒材料２０８は、他の方法で個々のカンチレバーの端部の局部的なアイランド（ｉｓｌａｎｄ）に塗布してもよく、カンチレバーの端部に触媒材料２０８を検出するために前駆体チップ２０２がある必要はない。例えば、既知のマスキング及びリソグラフィー技術を使って、カンチレバーから突出する前駆体チップ２０２を使用しないで平坦のカンチレバーの端部に小さい触媒アイランドを直接蒸着させることができる。
【００２６】
図３Ａは、周囲レールを備えた平坦でドープした基板の上面図で、図３Ｂは、パターン化した基板とドープした基板を挟んだ側面図である。中央の平坦な部分３０６より高い周囲レール３０４を持つエッチングした上面３０２を有する第２ウェーハ基板（第２基板）３００は、第１ウェーハ基板（第１基板）１００上に、所定の長さの複数のナノチューブが前駆体チップ２０２のアペックス２０６上で同時に生成できるような位置に置くことができる。第２ウェーハ基板３００のレール３０４は等しい高さであっても異なる高さであってもよい。レール３０４は、周知のリソグラフィー及びエッチング技術によって平坦でドープしたシリコン基板３００に生成することができる。例えば、リソグラフィーとエッチングの技術を使って、エッチングされないレール３０４の領域を除く基板の表面から層を取り除き、第２ウェーハ基板３００の表面３０６の上部に延長するレール３０４がエッチング工程後に残るようにすることができる。図３Ｂに示すように、第２ウェーハ基板３００がパターン化した第１ウェーハ基板１００の上部に置かれると、周囲レール３０４がパターン化した第１ウェーハ基板１００の周囲部分１０６に置かれ、第２ウェーハ基板３００の中央の平坦な部分３０６はパターン化した第１ウェーハ基板１００の表面１０２から距離ｄの位置に配置されて、パターン化した第１ウェーハ基板１００と第２ウェーハ基板３００との間に中央が中空のトンネルを有する挟み形状を形成する。図３Ｂは、前駆体チップ２０２が上向きに示されているが、第１ウェーハ基板１００が第２ウェーハ基板３００の上部で前駆体チップ２０２が下向きになるように第１ウェーハ基板１００及び第２ウェーハ基板３００の配向を逆にしてもよい。以下で詳細に説明するように、前駆体チップ２０２に生成したナノチューブを短縮するのに、電導性及び材料の層を第２ウェーハ基板３００の表面３０６に蒸着してウェーハ基板の電導性を向上させることができる。例えば、非特許文献３で説明された伝導性材料を第２ウェーハ基板３００の表面３０６に塗布することができ、ここに参照することによって開示に含まれる。電導性材料の層は、表面のナノチューブの生成に触媒作用を及ぼすため、あるいは前駆体チップ２０２に生成させるナノチューブが直接表面３０６に向かって生成すべく吸引するために、触媒材料を含むこともできる。
【００２７】
ナノチューブは、炭素（カーボン）を含むガスを中央の中空のトンネルを通ってアペックス２０６上に流すことで、前駆体チップ２０２のアペックス２０６に生成することができる。パターン化した第１ウェーハ基板１００と第２ウェーハ基板３００との間のトンネルで、アペックス２０６は第２ウェーハ基板３００の中央の平坦な部分３０６から離れて位置しており、中央の平坦な部分３０６と前駆体チップ２０２のアペックス２０６との間の距離は、距離ｄと前駆体チップ２０２の高さとの差に等しい。レール３０４が同じ高さの場合、この距離は平坦な部分３０６の面全体で実質的に一定である。レール３０４が異なる高さの場合、距離は中央の平坦な部分３０６の全域で変化する。前駆体チップ２０２のアペックス２０６とドープした第２ウェーハ基板３００の表面３０６との間の距離が、ナノチューブが前駆体チップ２０２上で生成できる最大長を決定する。最大長は５ナノメートルから５００マイクロメートルの間で選択することができる。第２ウェーハ基板３００は、この第２ウェーハ基板３００が電導性になるようにドープしたシリコン（例えば、立法センチメートル当たり１０１７個のボロン原子でドープする）で製造することができる。電気的接触３１２は、第２ウェーハ基板３００に電位を印加できるようにこの第２ウェーハ基板３００の裏面３１０に配置することができる。
【００２８】
ウェーハ基板の挟み形状が形成されると、ＣＶＤ工程を通じて前駆体チップ２０２のアペックス２０６にナノチューブを生成するために、炭素を含むガスが中央のトンネルを通って流される。
【００２９】
図４は、処理炉の配置の概略図である。非特許文献４に記載され、それは参照することにより本明細書に含まれるが、ナノチューブを生成する１つの工程で２つの炉の配置を使用することができる。ウェーハの挟み形状は、第２炉４０４に配置され、Ｈ２が第１ガス源４００から第１炉４０２に第１炉の温度が約５００℃に達するまで４００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の流量で入力され、Ｈ２が第２ガス源４０６から第２炉４０４に第２炉の温度が約８００〜９００℃に達するまで４００ｓｃｃｍの流量で入力される。第１炉４０２及び第２炉４０４は、ガスが１つの炉からもう一つの炉に流れるように小さい導管４０８で連結される。第１炉４０２及び第２炉４０４の両方が所定の温度に達すると、第１炉４０２へのガスの流量は４００ｓｃｃｍの流量のＣＯに変更され、第２炉４０４へのＨ２の流量が８００ｓｃｃｍに増加させる。ＣＯがウェーハ基板の挟み形状の中央のトンネルを通ってパターン化した第１ウェーハ基板の表面１０２に流入する間、ＣＯは分離してカーボンナノチューブが前駆体チップ２０２の触媒で覆われたアペックス２０６上に生成する。ナノチューブは、第２ウェーハ基板３００の中央の平坦の部分３０６に達するまで、第１ウェーハ基板の表面１０２に対して垂直に前駆体チップ２０２上に生成する。ガスの流量を約１５分間維持した後に、システム全体はＨ２の流れの下で冷却される。ナノチューブがドープしたシリコンウェーハ基板３００の表面３０６の近くまで、あるいは接触する最大長に達するまで、前駆体チップのアペックス２０６にある触媒アイランド上のナノチューブの生成は進む。
【００３０】
炭素源としてＣＯを使用する２つの炉の設定をナノチューブの生成に使用することができるが、ナノチューブは他の方法を使用しても生成することができる。例えば、上述した特許文献１に記載されるように、炭素源としてメタンの単一炉を使用してもよく、ここに参照することにより本発明の開示に含まれる。別のプロセスにおいて、単一炉室にウェーハ基板の挟み形状を載置して、アルゴンと水素ガスをそれぞれ４８０ｓｃｃｍ及び１００ｓｃｃｍの流量で炉を通ってウェーハ基板の挟み形状の上部に流す。アルゴンと水素ガスが炉室へ導入されている間にウェーハ基板の挟み形状の温度は約８５０℃に上げられて、触媒材料を酸化物から金属に変化させる。炉の温度が約８５０℃に到達後、アルゴンと水素ガスの流量が約１０分間維持されて、次に水素の流量を約４０ｓｃｃｍに減少させ、アルゴンの流量を約７４０ｓｃｃｍに上げる間、エタノールがおよそ１０ｓｃｃｍの流量で炉に導入される。エタノール、アルゴン、水素の混合が約１５分間炉に導入され、エタノールガス中の炭素は、ナノチューブがチップ２０２のアペックス２０６上に生成するための炭素源を提供する。ナノチューブが生成した後、エタノールと水素ガスの流入が止められ、炉はアルゴンガスの流入下で室温まで冷却される。ナノチューブが、前駆体チップ２０２のアペックス２０６上に生成し、システム冷却後に、アペックス上に生成したナノチューブは所望の長さに短縮される。１つのプロセスにおいて、生成炉の冷却後、ウェーハ基板の挟み形状が入った炉は非反応性のガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２）で置換して不純物を除去する。次に、第１ウェーハ基板１００が接地されている間、ドープした第２ウェーハ基板３００に定電圧を印加する。第１ウェーハ基板１００とウェーハ基板３００との間の電位差は約１．５ボルト、あるいはそれより高い、例えば約２０〜５０ボルトであってもよい。ドープした第２ウェーハ基板３００への電圧の印加は、ナノチューブとドープした第２ウェーハ基板３００の表面３０６との間の接続を切断し、前駆体チップから末端であるナノチューブの端部が第２ウェーハ基板３００の表面から劈開（ｃｌｅａｖｅ）する。電圧が増加するほどナノチューブは短縮される。前駆体チップ２０２に生成したナノチューブはすべて同時に短縮されるので、自由端はドープした第２ウェーハ基板３００の表面３０６から実質的に同距離に位置するようになる。電圧の印加による劈開及び短縮に加えて、ナノチューブチップは他の方法で、例えば、ナノチューブの劈開あるいは短縮を誘起する液相あるいは気相化学法（ｌｉｑｕｄ  ｏｒ  ａ  ｇａｓ  ｐｈａｓｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ）を用いて、短縮・劈開することができる。
【００３１】
ナノチューブが短縮された後、パターン化した第１ウェーハ基板１００の上の個々のカンチレバーは互いに分離され個々の原子間力顕微鏡に使用される。
【００３２】
図５Ａは、前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の概略側面図である。ウェーハ基板１００の表面１０２の上部に突出する前駆体チップ２０２の代わりに、前駆体チップ２０２をウェーハ基板１００の表面に作成されるレール５０２間に置くことができる。レール５０２は、前駆体チップ２０２がレール５０２間のチャンネル５００に形成されてチップ２０２を損傷から保護するように、ウェーハ基板１００の表面をエッチングして生成することができる。図５Ｂに示すように、レール５０２間に位置する前駆体チップ２０２にナノチューブを形成するには、表面５０６を有する平坦な基板５０４をレール５０２の上部に置き、炭素を含むガスがチャンネル５００を通って流入されて前駆体チップ２０２上のナノチューブの生成に必要な材料を供給する。そのような設定で前駆体チップ２０２に生成されたナノチューブの長さは、チップ２０２のアペックスと基板５０４の表面５０６間との距離によって変わる。
【００３３】
図６Ａ及び図６Ｂは、前駆体チップに生成したナノチューブの走査型電子顕微鏡写真の画像を示す図である。上述した方法による前駆体チップ６０２上に生成したナノチューブ６００の走査型電子顕微鏡写真を示している。
【００３４】
一定の長さのカーボンナノチューブの生成を説明したが、ここに記述した方法とシステムは、他の化学成分のナノ構造体（つまり、ナノチューブ、ナノワイヤー、ナノファイバー）を一定長に生成するのに使用することができる。例えば、一定の長さのコバルト酸化物（Ｃｏ３Ｏ４）ワイヤーを生成することができる。
【００３５】
（他の実施形態）
本発明の多くの実施形態を説明してきたが、数多くの修正が可能であることは明白である。従って、他の実施形態は以下の特許請求の範囲内に入る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】パターン化した基板の上面図である。
【図２Ａ】前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。
【図２Ｂ】レジスト層を備えた前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。
【図２Ｃ】レジスト層の上に触媒材料の層を有する前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。
【図２Ｄ】レジスト層が取り除かれ触媒材料が前駆体チップのアペックス上にある前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の側面図である。
【図３Ａ】周囲レールを備えた平坦でドープした基板の上面図である。
【図３Ｂ】パターン化した基板とドープした基板を挟んだ側面図である。
【図４】処理炉の配置の概略図である。
【図５Ａ】前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の概略側面図（その１）である。
【図５Ｂ】前駆体チップの配列を示すパターン化した基板の一部分の概略側面図（その２）である。
【図６Ａ】前駆体チップに生成したナノチューブの走査型電子顕微鏡写真の画像を示す図（その１）である。
【図６Ｂ】前駆体チップに生成したナノチューブの走査型電子顕微鏡写真の画像を示す図（その２）である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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