(57)【要約】【課題】タングステンナノワイヤ、カーボンナノチューブ、ボロンナノチューブなどのような細長い棒形状のナノ構造物を先端に付着して表面信号や化学的信号を検出するプローブを製造できる、棒形状のナノ構造物を付着したプローブの製造方法を提供する。【解決手段】棒形状のナノ構造物が付着される第１電極を含み、プローブとして使用される固定台と第１電極と距離をおいて配備された第２電極とを、棒形状の構造物が分散されている溶液中に一部あるいは全部が沈むように配置し、両電極間に電圧をかけて電場を形成することによって、棒形状のナノ構造物がプローブとして使用される固定台に付着されるようにする。【選択図】      図２
2004325428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１電極台（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を配置し、前記第１電極台と一定の距離をおいて、棒形状のナノ構造物が付着される第２電極台の機能を持つ突出形状の固定台を配置するステップと、
（ｂ）棒形状のナノ構造物が分散されている溶液を、前記固定台と電極台との間に、前記固定台と電極台それぞれの少なくとも一部が沈むように提供するステップと、および、
（ｃ）前記固定台と第１電極台との間に電圧を加え、前記溶液中のナノ構造物を固定台に付着させるステップと
を含む棒形状のナノ構造物が付着された、機械的・電気的および化学的信号検出用プローブの製造方法。
【請求項２】
化学的接着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）による棒形状のナノ構造物の固定台への付着量を増加させるために、固定台表面に無機物質を堆積させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｃ）の後、前記固定台に付着されたナノ構造物を、放電法を用いて処理することによって固定台の先端より突出されたナノ構造物部分の長さを調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｃ）の後、前記固定台に付着されたナノ構造物を、固定手段を用いて前記固定台により堅固に固定させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項５】
前記固定手段は、クロムおよびアルミニウムから選択された金属または二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる絶縁物質を含む無機物質を、固定台と棒形状のナノ構造物が連結された部位に、島（Ｉｓｌａｎｄｓ）状に蒸着させて形成することを特徴とする請求項４に記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項６】
前記無機物質の島を、群在状（ｃｌｕｓｔｅｒ）の形態に形成することを特徴とする請求項５に記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項７】
前記固定手段は、棒形状のナノ構造物と固定台が連結された部位にコーティングフィルムを付着して形成することを特徴とする請求項４に記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項８】
前記固定手段は、棒形状のナノ構造物と固定台が連結された部位を走査電子顕微鏡上で溶融・接合（ｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｌｄｉｎｇ）により形成することを特徴とする請求項４に記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項９】
走査プローブ顕微鏡用のチップ先端に、棒形状のナノ構造物を付着するために、
（ａ）任意の形状の第１電極を配置するステップと、
（ｂ）  走査プローブ顕微鏡用のチップを、電圧が印加され得るように伝導性を持つように製造し、前記第１電極から一定の距離をおいて配置するステップと、
（ｃ）前記走査プローブ顕微鏡用チップ先端と前記第１電極との間に、棒形状のナノ構造物が分散されている溶液を、前記第１電極と前記走査プローブ顕微鏡用チップそれぞれの少なくとも一部が沈むように提供するステップと、および、
（ｄ）前記第１電極と走査プローブ顕微鏡用チップとに電圧を加え、前記溶液中の分散されているナノ構造物を走査プローブ顕微鏡用のチップ先端に付着させるステップと
を含む走査プローブ顕微鏡用プローブチップの製造方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｄ）の後、前記チップ先端に付着されたナノ構造物を、固定手段を用いて前記チップ先端により堅固に固定させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の走査プローブ顕微鏡用プローブチップの製造方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｄ）の後、前記チップ先端に付着されたナノ構造物を、放電法を用いて処理することによって前記チップの先端より突出されたナノ構造物部分の長さを調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の走査プローブ顕微鏡用プローブチップの製造方法。
【請求項１２】
（ａ）シリコン基板上に一対の金属電極からなる固定台を配置するステップと、
（ｂ）棒形状のナノ構造物が分散されている溶液を前記両金属電極間に、前記両金属電極の隣接した端部の全部あるいは一部が沈むように提供するステップと、
（ｃ）前記固定台としての両金属電極に電圧を加え、溶液中の分散されているナノ構造物を固定台に付着させるステップと、および、
（ｄ）前記両金属電極の一部を折り曲げて立て、Ｌ字形状に加工するステップとを含む、棒形状のナノ構造物が付着された、機械的・電気的および化学的信号検出用プローブの製造方法。
【請求項１３】
（ａ）シリコン基板上に金属を蒸着させて第１電極を形成するステップと、
（ｂ）第１電極の上部に、一定の距離をおいて先端部分が第１電極に向かって突出された第２電極を形成するステップと、
（ｃ）前記第１電極と第２電極との間に、棒形状のナノ構造物が分散されている溶液を配置するステップと、および、
（ｄ）前記両電極に電圧を加え、前記溶液中に分散されているナノ構造物を第２電極の突出部に付着させるステップと
を含む、棒形状のナノ構造物が付着された、機械的・電気的および化学的信号検出用プローブの製造方法。
【請求項１４】
固定手段を用いて、前記第２電極に付着されたナノ構造物をより堅固に固定させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の信号検出用プローブの製造方法。
【請求項１５】
一端が固定台に連結され、他端が前記固定台よりも突出されて、信号が検出可能である棒形状のナノ構造物と、
前記棒形状のナノ構造物の一端が付着され、前記ナノ構造物を支持する固定台と、
前記固定台と棒形状のナノ構造物との間に位置し、両者を化学的接着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）させる役目を果たす接合層と
を含む、機械的・電気的および化学的信号検出用プローブ。
【請求項１６】
一端が固定台に連結され、他端が前記固定台よりも突出されて、信号が検出可能である棒形状のナノ構造物と、
前記棒形状のナノ構造物の一端が付着され、前記ナノ構造物を支持する固定台と、
前記棒形状のナノ構造物と前記固定台とが連結された部分に形成され、前記棒形状のナノ構造物を前記固定台により堅固に固定する無機物質の島（ｉｓｌａｎｄｓ）からなる固定手段と
を含む、機械的・電気的および化学的信号検出用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒（ｒｏｄ）形状のナノ構造物が付着された信号検出用プローブ（ｐｒｏｂｅ）およびその製造方法に関し、さらに詳細には、タングステンナノワイヤ（ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ｎａｎｏｗｉｒｅ）、カーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）、ボロンナノチューブ（ｂｏｒｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）などの棒（ｒｏｄ）形状のナノ構造物を先端に付着して、表面信号や化学的信号を検出するように製造されたプローブおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少し前までは原子または分子単位のナノ世界はあまりにも微細すぎて、いくら解像度の高い顕微鏡を用いても見ることのできない未知の領域だった。しかし、１９８０年代に走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が発明され、いよいよナノ世界の構造を確認することができるに至った。走査プローブ顕微鏡のような原子顕微鏡の嚆矢は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）であり、最も広く使用される原子顕微鏡には原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）がある。
【０００３】
図１は、一般的なＡＦＭの構造を示す説明図である。図１に示すように、ＡＦＭは、カンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）１２と呼ばれる小さい棒（１００μｍ×１０μｍ×１μｍ）の先端にピラミッド形状の尖ったチップ１０が形成されており、これらはマイクロマシニングで作られる。チップ１０を測定試料１４の表面に近接させると、チップ１０と測定試料１４表面の原子との間には相互作用力（斥力または引力）が生じる。このような作用力は主にファン・デル・ワールス力（Ｖａｎ  Ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ  ｆｏｒｃｅ）であり、その大きさは略ナノニュートン（ｎａｎｏ  ｎｅｗｔｏｎ）（１０−９Ｎ）以下である。前記作用力によりカンチレバー１２は撓んだり、共鳴振動数に変化が生じたりするが、このようなカンチレバーの撓みと共鳴振動数の変化を測定して試料の幾何学的形態を決定することができる。一方、カンチレバー１２の撓みと共鳴振動数の変化はレーザ１６とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）１８を用いて測定する。この時、試料の表面に対して継続的な測定を維持するためにフィードバック（Ｆｅｅｄｂａｃｋ）制御を利用し、これにより、カンチレバー１２付きのステージ２０は、測定試料１４とチップ１０との間隔を一定に保ちながらカンチレバー１２の撓む程度を測定し続ける。このようにして得られた結果を分析することで試料の表面情報が得られる。
【０００４】
前記ＡＦＭは基本的な研究用装備であって、ナノ単位の測定または観察のために使用されることはもとより、ナノ単位における生産のための工程装備に至るまでさまざまな分野で使用されている。最近ではＡＦＭを利用したソフト光微細蝕刻法（Ｓｏｆｔ  Ｐｒｏｂｅ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ＳＰＬ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）のような加工技術に対する研究も多くなされている。
【０００５】
ＡＦＭの最も基本となる核心技術はプローブチップにあると言える。プローブチップの形状と大きさによってＡＦＭのイメージ分解能と再現性が決定される。上述の通り、ＡＦＭのカンチレバー先端をピラミッド形状の尖った形状にして使用するのが一般的であるが、最近では各種の有利な物性から注目を受けているカーボンナノチューブなどを、ピラミッド形状の先端に付着してプローブとして使用することもある。
【０００６】
ＡＦＭ用のプローブチップとしては、原子的に縦横比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）が高く、弾性（ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）の大きいものを使用する方が有利である。こうした点において、カーボンナノチューブチップは、尖鋭度（ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）に優れ、縦横比、機械的強度（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）および弾性が高く、かつ、化学的成分の調節も容易であるので、測定・操作・製造の側面でＡＦＭの性能を向上させる上で理想的な特性を持つものとされている。こうした長所に加えて、カーボンナノチューブのチップは、寿命が長く、幅が狭くて深い構造物を測定するのに有利であり、１ｎｍ以下の高い分解能が得られるという長所もある。
【０００７】
しかし、このようにカーボンナノチューブなどのＳＷＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｗａｌｌ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）  は、チップとしての適性を持つものの、それらを一個ずつ所望の位置に所望の形状にすることは極めて難しい作業である。例えば、レーザ蒸着法（ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ）やアーク放電のような既存の方法を利用すると絡み合った糸形状のナノチューブが作られ、このように絡み合ったナノチューブを精製・分離および操作して一つの素子に取り付けて使用するということは極めて難しいことである。
【０００８】
例えば、Ｏｓｈｉｍａ等は特許文献１にてアーク放電法によるカーボンナノチューブの蒸着方法を開示し、またＭａｎｄｅｖｉｌｌｅ等は特許文献２にて触媒を利用したＭＷＮＴ（Ｍｕｌｔｉ  Ｗａｌｌ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）の大量生産方法を開示した。しかし、これらの方法は、前述したように、カーボンナノチューブやカーボン微小繊維（ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｒｉｌ）を量産して新しい複合材料を開発することには効果的であるが、個々のナノチューブを分離して一つずつ所望の位置に正確に取り付けることはほとんど不可能であるという問題点を抱えており、ＡＦＭのプローブにナノチューブチップを取り付ける商業的方法には向いていないと言える。
【０００９】
そこで、Ｃｈｅｕｎｇ等は、ＣＶＤ法によりシリコン基板上に製作された微細な溝上に触媒（ｃａｔａｌｙｓｔ）を塗布し、ＭＷＮＴやＳＷＮＴを直接成長させる方法を開発した（非特許文献１）。この方法では、ＡＦＭのプローブチップを個別的に成長させうるように触媒粒子（ｃａｔａｌｙｓｔ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）を塗布した後、高温の炭化水素ガスを利用してカーボンナノチューブを成長させた。しかし、シリコンピラミッドの先端に触媒粒子を付着することは非常に難しいことである。しかも、ピラミッド先端から成長したＳＷＮＴは１μｍ〜２０μｍの大きさを有するが、事実上、ＡＦＭにＳＷＮＴを取り付けて使用するためには、概ね３０μｍ〜１００μｍ程度の大きさが要求されるので、問題とならざるを得なかった。このような大きさを縮めるために放電法を利用するが、これもまた、大きさを正確に調節する上で多くの困難が伴う。
【００１０】
このような状況下、Ｄａｉは特許文献３にて、ナノチューブが取り付けられたＡＦＭチップを製造するより効率よい方法を開示した。この特許によれば、液相前駆体（ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）をＡＦＭチップの先端にコーティングし、これをＣＶＤ法により成長させ、製造されたナノチューブの大きさを調節するために放電過程を行う。この時、前記液相前駆体は、金属を含む塩類、長鎖分子化合物（ｌｏｎｇ−ｃｈａｉｎ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）および溶媒から構成される。また、前駆体のコーティング方法としては、マイクロコンタクトプリンティング（ｍｉｃｒｏ  ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）法を用い、一度に多くのピラミッドの先端に前駆体をコーティングする方法を提案した。
【００１１】
最近では、スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）法により大量のＡＦＭ用シリコンピラミッドを装着したウエハ上に前駆体を塗布した後、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）工程を通じてピラミッドにのみ前駆体を残し、その他の部分では前駆体を除去した後、炭素を含むガス中でＣＶＤ法にてカーボンナノチューブを成長させる方法が報告された（非特許文献２）。
【００１２】
しかし、これらの方法はいずれも機械的・化学的な特性により正確に所望の量だけの前駆体をコーティングし難いという問題点がある。
【００１３】
一方、Ｎａｋａｙａｍａ等は、特許文献４にて溶融−接合（Ｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｌｄ）法により固定台上に電極を製作する方法を提示した。この特許では、まず二つの電極の間にカーボンナノチューブを載せた後、固定台を前記カーボンナノチューブに近づかせて付着し、電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）やコーティングフィルムのような手段で固定台に前記カーボンナノチューブを堅固に付着している。一方、コーティングフィルムを作る方法として各種の可能な方法が提示されたが、基本的にはコーティングに使用する物質が直接コーティングされるのでなく、ガスに露出されたナノチューブと固定台が化学的に反応してフィルムを形成するものである。
【００１４】
しかし、このような化学反応によるコーティングは現実的には殆ど成功不可能である。これは、微細に突出されたナノチューブもそういう化学反応の影響を受ける可能性があり、作業が進行される間ナノチューブ自体が損傷される確率が高いからである。また、前記特許による方法は、非常に生産性の低い方法である。つまり、固定台を近づかせてカーボンナノチューブを付着させることが肉眼では殆ど確認不可となり、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）上でその付着作業が行われなければないため、長時間の作業となる他、ナノチューブが損傷される恐れも高く、大量生産には不向きの方法である。また、ＳＷＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｗａｌｌ  ＮａｎｏＴｕｂｅ）のようにナノ構造物であるカーボンナノチューブの大きさが非常に小さくなるとＳＥＭを用いても正確に確認し難くなるので、工程の制御が極めて困難で、事実上組立がほぼ不可能となってしまう。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５，４８２，６０１号公報
【特許文献２】米国特許第５，５００，２００号公報
【特許文献３】米国特許第６，４０１，５２６号公報
【特許文献４】米国特許第６，５２８，７８５号公報
【非特許文献１】Ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｔｉｐｓ  Ｄｉｒｅｃｔ  ｇｒｏｗｔｈ  ｂｙ  ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＮＡＳ，Ｃｈｉｎ  Ｌｉ  Ｃｈｅｕｎｇ  ｅｔ．ａｌ．，ｖｏｌ．９７，Ｎｏ．８
【非特許文献２】Ｗａｆｅｒ  Ｓｃａｌｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  ｔｉｐｓ  ｆｏｒ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ，Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．１２，Ｅｒｈａｎ  Ｙｅｎｉｌｍｅｚ  ｅｔｃ．，２００２，Ｍａｒｃｈ，ｐｐ．２２２５−２２２７
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、上記の従来技術における諸問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、タングステンナノワイヤ、カーボンナノチューブ、ボロンナノチューブなどの棒形状を持つナノ構造物を先端に付着して表面信号や化学的信号を検出でき、半導体の製造工程と同方法でも容易に大量生産可能になるプローブおよびその製造方法を提供することにある。特に、既存の特許に比べて所望のプローブチップを作る段階が著しく縮小・単純化されて成功確率が高く、組立時間が最小限に抑えられるプローブの製造方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１態様によれば、（ａ）第１電極台を配置し、前記第１電極台と一定の距離をおいて、棒形状のナノ構造物が付着される第２電極台の機能を持つ突出形状の固定台を配置するステップと、（ｂ）棒形状のナノ構造物が分散されている溶液を、前記固定台と電極台との間に、前記固定台と電極台それぞれの少なくとも一部が沈むように提供するステップと、および、（ｃ）前記固定台と第１電極台との間に電圧を加え、前記溶液中のナノ構造物を固定台に付着させるステップとを含む棒形状のナノ構造物が付着された、機械的・電気的および化学的信号検出用プローブの製造方法が提供される。
【００１８】
また、本発明の第２態様によれば、一端が固定台に連結され、他端が前記固定台よりも突出されて、信号が検出可能である棒形状のナノ構造物と、前記棒形状のナノ構造物の一端が付着され、前記ナノ構造物を支持する固定台と、前記固定台と棒形状のナノ構造物との間に位置し、両者を化学的接着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）させる役目を果たす接合層とを含む、機械的・電気的および化学的信号検出用プローブが提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る棒形状のナノ構造物が付着されたプローブの製造装置およびその製造方法の好ましい実施例を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係るナノ棒付きのプローブの製造方法を説明するための図である。図２に示すように、まず、電気の通る電極台（第１電極台）１００を配備する。該電極台１００は、電気伝導性の高いＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉなどが用いられる。電極台１００の上部には、その自体が導体の物質からなるか、導体の物質でコーティングされた電気の通る支持台３００を電極台１００から一定距離をおいて水平となるように配置する。支持台３００は主としてシリコンで作製され、作製されたシリコン支持台に電極が加えられるように前述したような金属でコーティングする。このように形成された支持台３００の一側下面には、電極台１００と一定距離をおいて垂直に形成され、第２電極台として機能する固定台４００を形成する。該固定台４００は、支持台３００と一体製作可能であり、主としてシリコンで形状を作った後、その上に支持台と同様に電気伝導性の高い金属をコーティングしてなる。また、電極台１００と支持台３００の一側部位には、電極台１００と支持台３００に電気を供給する電源供給部５００を連結する。次いで、固定台４００と電極台１００間の空間には、棒形状のナノ構造物２００−１が分散されている溶液２００を落とし、これにより、固定台４００はその全部または一部が溶液に沈んでいる状態となる。ここで、前記溶液は、水、エタノール、イソプロパノール、シクロヘキサンなど、ナノ構造物が容易に分散される溶液ならいずれも使用可能である。
【００２１】
このような構成により、棒形状のナノ構造物付きプローブが製造される過程を説明すると、下記の通りとなる。
【００２２】
まず、電源供給部５００から電極台１００と支持台３００に電気が供給されると、電極台１００の上面に置かれて固定台４００が沈んでいる溶液２００には電場が形成される。一方、溶液内に分散されている棒形状のナノ構造物は、電気泳動性（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）  および／または二重電気泳動性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）により固定台４００に付着される。その後、一定時間の経過または所定処理により溶液２００が蒸発されると、棒形状のナノ構造物２００−１は固定台４００に付着された状態で残る。
【００２３】
ここで、前記電極台１００と固定台４００の距離が棒形状のナノ構造物２００−１の大きさより小さいと、前記電極台１００と固定台４００との間に棒形状のナノ構造物２００−１が連結される可能性が高く、前記電極台１００と固定台４００の距離が棒形状のナノ構造物２００−１の大きさより相対的に大きいと、電極台１００および固定台４００のいずれか一方にのみ棒形状のナノ構造物２００−１が連結された状態で付着される。このように前記電極台１００と固定台４００間の距離を調節するために電極台１００や固定台４００および支持台３００は移動自在になっている。
【００２４】
上記の方法で付着されたナノ構造物は、金属板の材質によって強い接着力を持つ。通常、加えられた電気により両電極台１００、４００に引き付けられたナノ構造物は、ファン・デル・ワールス（Ｖａｎ  Ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ）力により支持されるが、相対的に弱い接着力を保持する。しかし、銀、銅、アルミニウムのような電極台は、ｎ−ａｌｋａｎｏｉｃ  ａｃｉｄ［ＣＨ３（ＣＨ２）ｍＣＯＯＨ］が表面に自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成することによって、ナノ構造物と電極台の接着に際してファン・デル・ワールス力に加えて、強い化学的接着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）を形成［”Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ  ｏｆ  ｎ−Ａｌｋａｎｏｉｃ  Ａｃｉｄｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｏｆ  Ｓｉｌｖｅｒ，Ｃｏｐｐｅｒ，ａｎｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ”，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１５，４３５０−４３５８，Ｙｕ−Ｔａｉ  Ｔａｏ，１９９３］するので、付加的な接着作業を必要としない利点がある。もし、このように化学的接着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）により結合されないとしても、電場の影響によって引き付けられた他の不純物とナノ構造物が絡み合って一般的なファン・デル・ワールス力よりは強い接着力を示す。したがって、上記の方法で付着されたプローブはいずれも、たいていサンプルのある一つの地点から入るファン・デル・ワールス力よりは著しく大きい力で接着されているので、信号検出装置として十分に活用可能となる。
【００２５】
このようにナノ構造物が固定台４００に付着される理由として、主として電気泳動性および／または二重電気泳動性を挙げることができる。つまり、双極子（Ｄｉｐｏｌｅ）が生成された物体が、形成された電界から発生した引力により引き付けられが、中でも最も電界の大きい側に引き付けられるとされる。周知のＡＦＭチップと電極間に形成された電界に関する研究結果によれば、ＡＦＭチップと電極間の距離が近づくほど電界が強くなるし、また、チップ先端の形状が鋭いほど電界が強くなるとされている。チップはその先端の半径が０のものが理想的であるが、実際には１０〜１００ｎｍ程度の半径を持つのが一般的である。しかし、この程度のＡＦＭのチップ先端の境界条件を持っている場合にも電界はＡＦＭチップ先端に集中され、このように電界が強くなるチップ先端に溶液中のナノ構造物が集中的にくっつくことになる。
【００２６】
したがって、先端の尖っているＡＦＭチップ先端に自然ながら電界密度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が集中され、こうしたチップ先端側にナノ構造物が引き付けられることになる。一般に、ＡＣ電界をかける理由として、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ）のように細長い棒形状の構造物が他の不純物に比べて相対的に双極子モーメント（ｄｉｐｏｌｅ  ｍｏｍｅｎｔ）が大きいので先に引き付けられという点も挙げられている。したがって、固定台４００を鋭くするほど電界が先端部分で強くなり、その結果、ナノ構造物がその位置に多く移動するようになる。したがって、この方法を、ＡＦＭチップのように尖っているチップの尖端にＣＮＴを付着することに適用すると、極めて効率よくＣＮＴを付着することができる。一般に、純粋なＤＣをかけると不純物を含めてナノ構造物がほぼ均等に電極に引き付けられるが、これは、ナノ構造物にかかる電荷（ｃｈａｒｇｅ）がお互い反対の極を持つことから引き付けるわけであり、仮に純粋なＡＣをかけると、ＤＣに比べて細長い棒形状のナノチューブがさらに有効に電極に引き付けられるとされている（Ｋｕｎｉｔｏｓｈｉ  Ｙａｍａｍｏｔｏ  ｅｔｃ，Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１，１９９８，Ｌ３４−Ｌ３６）。また、ＤＣ偏向ＡＣの場合にも、ナノ構造物が先に述べた理由と類似な理由により引き付けられる。しかし、未だＣＮＴのような棒形状のナノ構造物が溶液中にある両電極の間で一側または両側に移動する理由に対する物理的な検証は完了されておらず、その現象に対する研究が続いている。
【００２７】
棒形状のナノ構造物はさまざまな種類がある。本発明で取り扱うナノ構造物は、その構造の物理的特性に大きくよらずに具現できる特長から、ナノチューブ（カーボンナノチューブ、ボロンナノチューブ、ＢＣＮ型ナノチューブなど）の以外に、他の原子配列で作られたナノワイヤやナノニードル（ｎｅｅｄｌｅ）を使用する場合にも溶液中で電圧をかけて移動可能にし得るので、本発明の領域に属するといえる（Ｐｅｔｅｒ  Ａ．Ｓｍｉｔｈ  ｅｔｃ．，ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ａｓｓｅｍｂｌｙ  ａｎｄ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｏｆ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｎａｎｏｗｉｒｅ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．７７，  Ｎｏ．９，２０００）。しかも、それらのナノワイヤやナノニードルはプローブ（固定台）先端に固定されてセンサーや測定用装置として使用されることができるので、意味があるといえる。
【００２８】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、棒形状の構造を持つナノ構造物を示す図であって、代表的な棒形状のナノ構造物であるカーボンナノチューブが示されている。カーボンナノチューブは１９９１年に、アーク放電（Ａｒｃ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）により生成された陰極蒸着（ｃａｔｈｏｄｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔ）中で見出されたものであり、カーボン原子が管状に結合されているものである。図３（ａ）は、一重に巻かれた管状の構造物であって、カーボン原子で結合されたＳＷＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｗａｌｌ  ｎａｎｏＴｕｂｅ）を示している。ＳＷＮＴは、半径が１ｎｍ以下となるように非常に小さくさせたり、また数百μｍ以上の長さにも製造可能である。また図３（ｂ）は、多重のシートが巻かれた形状をもつ管状（Ｔｕｂｕｌａｒ）構造物であり、ＭＷＮＴ（Ｍｕｌｔｉ  Ｗａｌｌ  ＮａｎｏＴｕｂｅ）といい、ほぼ数ｎｍ〜数百ｎｍ寸法の半径をもつ。
【００２９】
図４は、特別に棒形状のナノ構造物を固定台により堅固に固定する必要がある場合に適用される方法を説明するための図である。つまり、上記の発明で提示したように、化学的接着により固定台４００とナノチューブ２００−１が付着されている状態のものをさらに補強させたり、上記発明の方法により製造するに際して組立環境によってファン・デル・ワールス力により付着された状態のものをさらに堅固に付着させるための図である。これは、例えば、ナノ圧子（ｎａｎｏ  ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）用やＡＦＭリソグラフィーのように、相対的にウェア（Ｗａｒｅ）の環境が露出されやすい場合に活用することができる。
【００３０】
その一例によれば、図４に示すように、固定台４００の先端に棒形状のナノ構造物２００−１を図２で説明した方法と同様な方法で付着した後、その固定されている棒形状のナノ構造物２００−１が固定台４００にさらに堅固に固定されるようにすることができる。本発明者らは、前記一例における固定手段として無機島（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｉｓｌａｎｄｓ）２００−３を利用する方法を優先的に考慮しており、これは、現在電子ビーム蒸着器（Ｅ−ｂｅａｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）のような装置を利用してクロム、アルミニウム、銅などの金属や二酸化珪素のような絶縁物質を、別途のカーボンガスを使用することなく固定台４００とナノ構造物２００−１との連結部位に島状に容易に蒸着させることができるためである。
【００３１】
一方、上記発明の一適用例のように棒形状のナノ構造物２００−１としてカーボンナノチューブを使用し、固定台４００および支持台３００としてシリコンを使用する場合には、金属が蒸着されて形成される金属性島がカーボンナノチューブにくっつき難いため、結局としては主にシリコンにくっつくことになる。このような性質を用いれば、突出されたカーボンナノチューブでないシリコンとカーボンナノチューブが接着された部分に、無機物質の島を群在（ｃｌｕｓｔｅｒ）状に形成してナノチューブを固定台により堅固に固定することができる。
【００３２】
こうした固定方法の他にも、電子ビームを利用した溶融−接合法（ｆｕｓｉｏｎ−ｗｅｌｄ）やＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような一般的な半導体工程を利用して棒形状のナノ構造物２００−１と固定台４００との連結部分上にコーティングフィルムを付着することによって棒形状のナノ構造物２００−１を固定台４００にさらに堅固に固定することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図５（ａ）ないし図５（ｃ）は、本発明の第２実施形態による棒形状のナノ構造物付きプローブの製造方法を説明するための図である。
【００３４】
図５（ａ）ないし図５（ｃ）に示すように、電極台１００は、蒸着法などにて薄い層に塗布形成し、その上に溝６００−１の形成が可能な基板６００を積層する。ここで、前記溝６００−１は、一般のエッチング方法により形成可能であり、電極台１００と基板６００とが異なる物質から形成されるため、基板６００がエッチングされて電極台１００が露出される。電極台１００の上部には、その自体が導体の物質からなるか、導体の物質でコーティングされた電気の通る支持台３００を電極台１００から一定距離をおいて水平となるように配置した後、支持台３００の一側下面には電極台１００から一定距離をおいて垂直に形成され、電極として作用する固定台４００を形成する。電極台１００と支持台３００の一側部位には、電極台１００と支持台３００に電気を供給する電源供給部５００を連結する。また、固定台４００と電極台１００間の空間に棒形状のナノ構造物２００−１が分散されている溶液２００を落とし、これにより、固定台４００の少なくとも一部が、溶液２００に沈んでいる状態となるようにする（図５（ｂ）参照）。
【００３５】
このような構成により、棒形状のナノ構造物付きプローブが製造される原理を説明すると、下記の通りである。
【００３６】
電源供給部５００から電極台１００と支持台３００に電気が供給されると、電極台１００の上面に位置しており、固定台４００が沈んでいる溶液２００内にある固定台４００と電極台１００との間に電場が形成される。一方、溶液内に分散されている棒形状のナノ構造物は電気泳動性（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）または二重電気泳動性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）により固定台４００にくっつくことになる。その後、一定時間の経過または所定処理により溶液２００を蒸発させることにより、棒形状のナノ構造物２００−１がくっついた状態の固定台４００が得られる。
【００３７】
図５（ｂ）の工程において、棒形状のナノ構造物２００−１が両電極台１００，４００の距離より大きいと両電極台間に連結され、この時、電流を流すと放電効果により固定台に付着されたナノ構造物の距離を調節することができる。
【００３８】
次いで、図５（ｃ）に示すように、前記棒形状のナノ構造物２００−１を固定台４００にさらに堅固に固定させるために、接着用媒体である無機物質７００を蒸着などの方法で固定台４００に塗布する工程をさらに施す。
【００３９】
なお、前記図２および図５のような方法において、固定台４００に付着された棒形状のナノ構造物２００−１は、溶液中に広まっているナノ構造物の大きさに比例する。また溶液中に広まっているナノ構造物を、化学的処理方法を通じてその大きさが均一となるように前もって切ると、ナノ構造物が固定台にほぼ一定の大きさに付着される。しかし、固定される位置によって固定台の先端部分より突出された部分における長さには差があり、これを調節するためには、全体工程が終わった後に、放電法を利用して固定台の先端部分に突き出たナノ構造物の大きさを適宜縮めることができる。この時、ナノ構造物の物理的特性に基づいて放電する電圧の量と電流の大きさを調節する。
【００４０】
（第３実施形態）
図６（ａ）ないし図６（ｄ）は、本発明の第３実施様態に係る棒形状のナノ構造物付きプローブの製造方法を説明するための図である。
【００４１】
まず、図６（ａ）に示すように、基板６００を配備した後、基板６００の上面に中央から一定距離を開けて両側に金属を塗布することによって、二つの金属電極からなる固定台８００，８００を形成する。この時、前記二つの金属電極には、図６（ｄ）のようなリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）工程における折り曲げのために、その折り曲げて立てる部分の下端部に犠牲層（Ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｌａｙｅｒ）をあらかじめ塗布しておく。
【００４２】
次いで、図６（ｂ）に示すように、前記基板６００上の両電極（固定台８００，８００）間に、棒形状のナノ構造物２００−１が分散されている溶液２００を落とす。この時、溶液２００は、両電極のお互い隣接した端部が溶液に沈むように落とす。その後、両金属電極に電気を供給して溶液２００中の両電極間に電場が形成されるようにする。
【００４３】
一定時間が過ぎて溶液２００が蒸発されると、棒形状のナノ構造物２００−１が放電効果（Ｃｈａｒｇｅ  ｅｆｆｅｃｔ）により両電極台（固定台８００）の端部に付着される。この時、ナノ構造物が両電極台の距離よりも大きいと両金属電極が連結されるし、両電極台間の距離より小さいと両電極台にそれぞれ付着される。
【００４４】
上述したように、上記の工程だけでも化学的接着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）が起こられるような接着力を有するが、棒形状のナノ構造物２００−１を固定台８００にさらに堅固に固定させるために、図６（ｃ）に示すように、固定手段７００を提供しても良い。
【００４５】
この状態の構造を、カンチレバーと固定台を持つＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの形態にするためには、図６（ｄ）に示すように、固定台８００，８００の棒形状のナノ構造物が付着された両金属電極の一部分を、リフトオフ工程などの方法を用いて折り曲げて立て、固定台８００，８００を“Ｌ”字形状に加工する必要がある。
【００４６】
図７（ａ）ないし図７（ｃ）は、図６（ｃ）の工程において棒形状のナノ構造物２００−１を介して相互連結された金属電極を、棒形状のナノ構造物２００−１の中間部を切断することによって分離する工程を説明するための図である。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、図６（ｃ）の工程により得られた固定台（両金属電極）８００，８００は、棒形状のナノ構造物２００−１を介して連結されている。両金属電極に付着された棒形状のナノ構造物２００−１を切断するためには、まず、図７（ｂ）に示すように、リソグラフィー工程を用いて両電極間に適切に隙間９００を形成することで、棒形状のナノ構造物２００−１の切断部位を調節可能にした後、必要な長さに切り出す。
【００４８】
この時、ギャップ９００は、フォトレジスターを塗布した後、エッチング方法を用いて所望の部位だけ除去することによって形成すれば良い。その後、形成されたギャップ９００を用いて、棒形状のナノ構造物２００−１を一定の長さに切断する（図７（ｃ）参照）。
【００４９】
図８は、図５のように一つの電極板を下部に置き、該電極板との距離が１０μｍ以下となるように、電流が加えられるように金属でコーティングされたＡＦＭチップを整列させた後、ＭＷＮＴ（ＩＬＪＩＮｎａｎｏｔｅｃｈ  Ｃｏ．の４０％ｐｕｒｉｆｉｅｄ  ｓａｍｐｌｅ）の入っている溶液を落とし、両電極間に７Ｖｏｌｔ、５ＭＨｚのＡＣ電圧をかけた時の結果を示しす図である。図中の円内Ｃにおいて、尖っている部分が、ＭＷＣＮＴ（Ｍｕｌｔｉ  ｗａｌｌ  ＣＮＴ）である。この時、各種の不純物と共にＣＮＴはＡＦＭチップの先端に引き付けられてＡＦＭチップの先端に付着される。このように付着する時、ＡＦＭチップ上のメタルコーティングの種類や加えられる電圧をＡＣ、ＤＣあるいは偏向ＡＣ（ｂｉａｓｅｄ  ＡＣ）に変更して付着することができる。
【００５０】
以上説明したように、本発明は、尖っている固定台に電場をかけて棒形状のナノ構造物を付着させる方法に関するものであり、電気・機械的信号検出プローブに対する新規の構造を提案している。本発明によれば、別途の装置なしにも電極に直接棒形状のナノ構造物を付着できるため、成功可能性が極めて高い。また、本発明の方法は、既存の方法に比べて工程が簡単なので大量生産に極めて好適であり、ウエハ工程を通じても具現可能なのでバッチプロセス  （ｂａｔｃｈ  ｐｒｏｃｅｓｓ）により製作しようとするセンサーや検出装置の単価を大きく下げ得るという効果がある。
【００５１】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は、棒形状のナノ構造物を固定台に付着する方法およびそれによるプローブに関し、固定台の突出部にナノ構造物が突出した形態に付着されるようにするためものである。このようにナノ構造物がＳＰＭのプローブ固定台に付着されて使用されると、ナノ構造物が高縦横比（ｈｉｇｈ  ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）と先端の半径（ｒａｄｉｕｓ）が非常に小さいので、精密度の高いイメージが得られる。また、このプローブニードルがデータストレージ（ｄａｔａ  ｓｔｏｒａｇｅ）用に使用される場合にはより微細な信号が検出可能になる。ＩＢＭのｍｉｌｌｅｐｅｄｅの場合、ＣＮＴ付きのＡＦＭチップが、一般のＳｉチップよりｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ性能において相対的に優れているとされている（Ｂｅｒｎｄ  Ｇｏｔｓｍａｎｎ  ｅｔｃ．，  ”ｎａｎｏ−ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｈｅａｔｅｄ  ｔｉｐｓ：  ｐｌａｙｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，  ｔｉｍｅ，  ｌｏａｄ，  ｔｉｐ，  ｓｈａｐｅ，  ａｎｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ”，  Ｏｘｆｏｒｄ  ２００３  ＳＰＭ）。そして、ＳＰＭを用いたリソグラフィーに使用される場合、ウエア性質が優れたナノ構造物、例えばＣＮＴを使用すると長期間にわたって失敗（ｆａｉｌｕｒｅ）無しに作業できるという利点がある。
【００５２】
また、このようなナノ構造物付きプローブは、ＤＮＡやプロテイン（ｐｒｏｔｅｉｎ）の信号を検出するための理想的な道具とされており、ナノ構造物の特異な物性（例えば、カーボンナノチューブ）を用いてサンプルや特定ＤＮＡあるいはプロテインなどと反応するセンサーへの活用が可能である。また、ａｉｒ、ｖａｃｕｕｍ、ＮＨ３のような各種の化学的環境や化学要素（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を測定するセンサーにも活用可能である。最近では、ナノチューブを始めとするナノニードル、ナノワイヤなどを低廉な価格で大量に生産できる方法が多く開発されているので、安価に原材料を購買することが可能となる。したがって、本発明の方法をプローブチップを製造することに適用すると、低価のナノ構造物を付着したプローブを作製することができる。特に、本発明の方法は、ＳＴＭ、ＡＦＭ、ＳＮＯＭのような装置のプローブチップとして長寿命と高解像度をもつ装置を大量で安価に量産できる簡単な方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＡＦＭの構造を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施様態に係る棒形状のナノ構造物が付着されたプローブの製造方法を説明するための斜視図である。
【図３】本発明に利用されるナノチューブの一例を示し、（ａ）は単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｗａｌｌ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）を、（ｂ）は多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ：Ｍｕｌｔｉ  Ｗａｌｌ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）を示す斜視図である。
【図４】固定手段により棒形状のナノ構造物が固定台に固定されている状態を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施様態に係るナノ棒が付着されたプローブの製造方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第３実施様態に係るナノ棒が付着されたプローブの製造方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明に係るナノ棒が付着されたプローブの製造方法において両電極間に連結されたナノ構造物をリソグラフィー法（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）により切断する工程を説明するための説明図である。
【図８】本発明の一実施例により具現された結果であって、ＭＷＣＮＴ（Ｍｕｌｔｉ  ｗａｌｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）がＡＦＭチップの先端に付着された結果を示す図である。
【符号の説明】
１００：電極板
２００：ナノ棒の分散溶液
３００：支持台
４００：固定台
５００：電源供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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