(57)【要約】インクをカンチレバーチップから基板へと移動させるために用いるカンチレバーの2次元アレイが、カンチレバーから離れた側から観察するためのビューポートの使用を伴って改良される。これにより、多数のカンチレバーが存在する場合の平面化の挙動が改良される。それはまた、より良好なレーザーアクセスをも、もたらす。バイオアレイおよび組み合わせ用途が特に重要である。55,000個より多いカンチレバーチップを用いる大量並行直接書き込みプリンティングを達成することができる。2010521325.tif 000004
2010521325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と、
第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイと、
を備え、
支持構造体は、第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、物品。
【請求項２】
支持構造体がシリコンを備える、請求項1記載の物品。
【請求項３】
支持構造体がシリコン支持構造体である、請求項1記載の物品。
【請求項４】
支持構造体の第1の側が、約2平方センチメートル以下の表面積を有する表面を備える、請求項1記載の物品。
【請求項５】
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ー(edge standoff spacer)を備える、請求項1記載の物品。
【請求項６】
支持構造体が、カンチレバーを支持する複数のベース列を第2の表面上に備える、請求項1記載の物品。
【請求項７】
支持構造体が、カンチレバーの2次元アレイを支持構造体に対して支持するように適合される金を備える、請求項1記載の物品。
【請求項８】
ビューポートが、第1の側からのカンチレバーの顕微鏡観察を可能にするように適合される、請求項1記載の物品。
【請求項９】
支持構造体が、観察を可能にするように適合される少なくとも三つのビューポートを備える、請求項1記載の物品。
【請求項１０】
支持構造体が、観察を可能にするように適合される少なくとも六つのビューポートを備える、請求項1記載の物品。
【請求項１１】
支持構造体が、C3対称性をもって配置される少なくとも六つのビューポートを備える、請求項1記載の物品。
【請求項１２】
ビューポートが傾斜壁を備える、請求項1記載の物品。
【請求項１３】
ビューポートが、結晶シリコンをエッチングすることにより決定される角度を有する傾斜壁を備える、請求項1記載の物品。
【請求項１４】
ビューポートがピラミッド形状を備える、請求項1記載の物品。
【請求項１５】
カンチレバーがチップを備え、該チップは、チップから基板表面へと材料を移動するように適合される、請求項1記載の物品。
【請求項１６】
カンチレバーが、AFM測定に適合されるチップを備える、請求項1記載の物品。
【請求項１７】
カンチレバーの2次元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記載の物品。
【請求項１８】
カンチレバーの2次元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記載の物品。
【請求項１９】
支持構造体がシリコン支持構造体であり、カンチレバーの2次元アレイがカンチレバー端部にチップを備え、該支持構造体が少なくとも三つのビューポートを備える、請求項1記載の物品。
【請求項２０】
支持構造体がシリコン支持構造体であり、カンチレバーの2次元アレイは、カンチレバー端部にチップを備える少なくとも55,000個のカンチレバーを備え、該支持構造体は、第1の側からのカンチレバーの顕微鏡観察を可能にするように適合される少なくとも三つのビューポートを備える、請求項1記載の物品。
【請求項２１】
複数のカンチレバーの2次元アレイを備え、該アレイが複数のベース列を備え、各ベース列が該ベース列から延びる複数のカンチレバーを備え、各カンチレバーが、該ベース列から離れるカンチレバー端部にチップを備え、
該アレイが、チップが実質的に平面と接触するときに、アレイの非チップ構成部分が実質的に接触することを防止するように適合され;
該アレイのための支持体を備え、該支持体は、該支持体を通じたカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、物品。
【請求項２２】
チップが、少なくとも4ミクロンのカンチレバーに対する頂点高さを有する、請求項21記載の物品。
【請求項２３】
チップが、少なくとも7ミクロンのカンチレバーに対する頂点高さを有する、請求項21記載の物品。
【請求項２４】
カンチレバーが支持体から離れる角度で曲げられる、請求項21記載の物品。
【請求項２５】
カンチレバーが少なくとも5度、支持体から離れる角度で曲げられる、請求項21記載の物品。
【請求項２６】
チップが、少なくとも4ミクロンのカンチレバーに対する頂点高さを有し、カンチレバーが支持体から離れる角度で曲げられる、請求項21記載の物品。
【請求項２７】
チップが、少なくとも7ミクロンのカンチレバーに対する頂点高さを有し、カンチレバーが少なくとも10度、支持体から離れる角度で曲げられる、請求項21記載の物品。
【請求項２８】
アレイが、2次元アレイの第1の寸法における300ミクロン未満のチップ間隔および2次元アレイの第2の寸法における300ミクロン未満のチップ間隔によって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項２９】
アレイが、2次元アレイの第1の寸法における200ミクロン未満のチップ間隔および2次元アレイの第2の寸法における50ミクロン未満のチップ間隔によって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項３０】
アレイが、2次元アレイの少なくとも一つの寸法における100ミクロン以下のチップ間隔によって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項３１】
カンチレバーの数が250個よりも多い、請求項21記載の物品。
【請求項３２】
カンチレバーの数が10,000個よりも多い、請求項21記載の物品。
【請求項３３】
カンチレバーの数が55,000個よりも多い、請求項21記載の物品。
【請求項３４】
各チップが、チップ端部から支持体へと及ぶ距離Dによって特徴付けられ、チップアレイが、チップ端部から支持体までの平均距離D'によって特徴付けられ、チップの少なくとも90％において、Dが、D'の50ミクロン以内である、請求項21記載の物品。
【請求項３５】
各チップが、チップ端部から支持体へと及ぶ距離Dによって特徴付けられ、チップアレイが、チップ端部から支持体までの平均距離D'によって特徴付けられ、チップの少なくとも90％においてDがD'の10ミクロン内である、請求項21記載の物品。
【請求項３６】
ベース列が少なくとも約1mmの平均長さを有する、請求項21記載の物品。
【請求項３７】
カンチレバーが、カンチレバーの曲げに適合される複数の層を備える、請求項21記載の物品。
【請求項３８】
カンチレバーがバイモルフカンチレバーである、請求項21記載の物品。
【請求項３９】
カンチレバーがフィードバックに適合されない、請求項21記載の物品。
【請求項４０】
カンチレバーの少なくとも一つがフィードバックに適合される、請求項21記載の物品。
【請求項４１】
カンチレバーの実質的に全てがフィードバックに適合される、請求項21記載の物品。
【請求項４２】
ベース列が、少なくとも約5ミクロンの支持体に対する高さを有する、請求項21記載の物品。
【請求項４３】
チップが100nm未満の平均曲率半径を有する、請求項21記載の物品。
【請求項４４】
チップが約10nm〜約50nmの平均曲率半径を有する、請求項21記載の物品。
【請求項４５】
カンチレバーが約0.001N/m〜約10N/mの平均力定数を有する、請求項21記載の物品。
【請求項４６】
カンチレバーが約0.05N/m〜約1N/mの平均力定数を有する、請求項21記載の物品。
【請求項４７】
アレイ支持体が、約2平方センチメートル以下の表面積を備える、カンチレバーチップから離れた向こう側の表面によって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項４８】
アレイが少なくとも95％のカンチレバー歩留まりによって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項４９】
アレイが少なくとも98％のカンチレバー歩留まりによって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項５０】
カンチレバーが非接着結合によってベースに結合される、請求項21記載の物品。
【請求項５１】
チップがパターニング化合物でコーティングされる、請求項21記載の物品。
【請求項５２】
カンチレバーが平均して約10ミクロン〜約50ミクロン曲げられる、請求項21記載の物品。
【請求項５３】
チップが、少なくとも4ミクロンのカンチレバーに対する頂点高さを有し、該カンチレバーが支持体から離れる角度で曲げられ、アレイが、2次元アレイの第1の寸法における300ミクロン未満のチップ間隔および2次元アレイの第2の寸法における300ミクロン未満のチップ間隔によって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項５４】
チップが、少なくとも7ミクロンのカンチレバーに対する頂点高さを有し、該カンチレバーが少なくとも10度、支持体から離れる角度で曲げられ、アレイが、2次元アレイの第1の寸法における300ミクロン未満のチップ間隔および2次元アレイの第2の寸法における300ミクロン未満のチップ間隔によって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項５５】
チップが、少なくとも7ミクロンのカンチレバーに対する頂点高さを有し、該カンチレバーが少なくとも10度、支持体から離れる角度で曲げられ、アレイが、2次元アレイの第1の寸法における200ミクロン未満のチップ間隔および2次元アレイの第2の寸法における50ミクロン未満のチップ間隔によって特徴付けられる、請求項21記載の物品。
【請求項５６】
カンチレバーの数が250個よりも多い、請求項21記載の物品。
【請求項５７】
カンチレバーの数が10,000個よりも多い、請求項21記載の物品。
【請求項５８】
カンチレバーが、カンチレバーの曲げに適合される複数の層を備える、請求項21記載の物品。
【請求項５９】
カンチレバーが非接着結合によってベースに結合される、請求項21記載の物品。
【請求項６０】
支持構造体が少なくとも三つのビューポートを備える、請求項21記載の物品。
【請求項６１】
カンチレバーがカンチレバー端部にチップを備え、アレイが、チップが実質的に平面と接触するときに、アレイの非チップ構成部分が実質的に接触することを防止するように適合され、該アレイが、カンチレバーを観察するための少なくとも一つのビューポートを備える支持構造体によって支持される、複数のカンチレバーの2次元アレイ。
【請求項６２】
ビューポートがカンチレバーの顕微鏡観察を可能にするように適合される、請求項61記載のアレイ。
【請求項６３】
支持構造体が、観察を可能にするように適合される少なくとも三つのビューポートを備える、請求項61記載のアレイ。
【請求項６４】
支持構造体が、観察を可能にするように適合される少なくとも六つのビューポートを備える、請求項61記載のアレイ。
【請求項６５】
支持構造体が、C3対称性をもって配置される少なくとも六つのビューポートを備える、請求項61記載のアレイ。
【請求項６６】
ビューポートが傾斜壁を備える、請求項61記載のアレイ。
【請求項６７】
ビューポートが、結晶シリコンをエッチングすることにより決定される角度を有する傾斜壁を備える、請求項61記載のアレイ。
【請求項６８】
ビューポートがピラミッド形状を備える、請求項61記載のアレイ。
【請求項６９】
ビューポートが、観察を可能にするように十分大きいが、カンチレバーの支持体に干渉するほど大きくない、請求項61記載のアレイ。
【請求項７０】
アレイが、アレイを位置決めするための少なくとも三つのモーターを備える機器と組み合わされる、求項61記載のアレイ。
【請求項７１】
（i）第1の側および反対の第2の側を備える支持構造体を備える第1の構造体を設ける工程;
（ii）カンチレバーの2次元アレイを備える第2の構造体を設ける工程;
（iii）第2の構造体が第1の構造体の第2の側に結合される、第1の構造体および第2の構造体を組み合わせる工程;および
（iv）支持構造体の第1の側からビューポートを通じてカンチレバーを観察することができるように、少なくとも一つのビューポートを支持構造体に形成する工程
を含む方法。
【請求項７２】
結合が熱圧着結合である、請求項71記載の方法。
【請求項７３】
第1の構造体が金を備え、第2の構造体が金を備え、第1および第2の構造体が金-金結合によって結合される、請求項71記載の方法。
【請求項７４】
形成する工程がエッチング工程である、請求項71記載の方法。
【請求項７５】
ビューポートを形成する工程が、シリコンをエッチングすることを含み、かつ、シリコン酸化膜をエッチングすることを更に含む、請求項71記載の方法。
【請求項７６】
支持構造体がシリコン支持構造体である、請求項71記載の方法。
【請求項７７】
第2の構造体が少なくとも1,000個のカンチレバーを備える、請求項71記載の方法。
【請求項７８】
ビューポートがピラミッド形状である、請求項71記載の方法。
【請求項７９】
支持構造体がシリコンを備え、結合が熱圧着結合であり、形成する工程がエッチング工程である、請求項71記載の方法。
【請求項８０】
第2の構造体が少なくとも55,000個のカンチレバーを備える、請求項79記載の方法。
【請求項８１】
（i）カンチレバーがチップを備え、支持構造体が第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と;第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイとを備える機器を設ける工程と;
（ii）カンチレバーチップの少なくとも一部にインク組成物を与える工程と;
（iii）インク組成物をチップから基板表面へと移動させる工程と;
を含む方法。
【請求項８２】
インク組成物が生体分子を含む、請求項81記載の方法。
【請求項８３】
インク組成物が核酸繰り返し単位、もしくはアミノ酸繰り返し単位、またはそれらの組み合わせを含む、請求項81記載の方法。
【請求項８４】
インク組成物がチオールを含む、請求項81記載の方法。
【請求項８５】
インクの移動後に、基板が更にエッチングされる、請求項81記載の方法。
【請求項８６】
カンチレバーがインク組成物のためのチップを備える、請求項81記載の方法。
【請求項８７】
カンチレバーが、インクを流通させるためのチャンネルを有するチップを備える、請求項81記載の方法。
【請求項８８】
カンチレバーが中実チップを備える、請求項81記載の方法。
【請求項８９】
カンチレバーがAFMチップを備える、請求項81記載の方法。
【請求項９０】
カンチレバーを基板と同じ高さにするために少なくとも一つの平面化工程がビューポートの使用を伴って行なわれる、請求項81記載の方法。
【請求項９１】
カンチレバーがチップを備え、カンチレバーチップを基板と同じ高さにするために少なくとも一つの平面化工程がビューポートの使用を伴って行なわれる、請求項81記載の方法。
【請求項９２】
請求項1記載の物品を備える機器。
【請求項９３】
請求項21記載の物品を備える機器。
【請求項９４】
（i）支持構造体が第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と;第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイとを備える機器を設ける工程;
（ii）撮像されるべき構造体を設ける工程;および
（iii）撮像されるべき構造体を該機器を用いて撮像する工程
を含む方法。
【請求項９５】
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の少なくとも一つのアレイを設ける工程;
基板を設ける工程;
複数のビューポートを支持構造体に設ける工程;および
複数のビューポートを用いてカンチレバーの少なくとも一つのアレイを基板に対して平面化する工程
を含み、
該複数のビューポートが該カンチレバーの観察をもたらす、
方法。
【請求項９６】
少なくとも一つのアレイが1次元アレイまたは2次元アレイである、請求項95記載の方法。
【請求項９７】
カンチレバーの少なくとも一つが金でコーティングされる、請求項95記載の方法。
【請求項９８】
カンチレバーの少なくとも一つが窒化ケイ素でコーティングされる、請求項95記載の方法。
【請求項９９】
カンチレバーがチップレスである、請求項95記載の方法。
【請求項１００】
カンチレバーがチップを備える、請求項95記載の方法。
【請求項１０１】
カンチレバーが酸化物鋭利チップ（oxide sharpened tips）を備える、請求項95記載の方法。
【請求項１０２】
カンチレバーが、静止摩擦を減少させるために表面積を減少させたリッジを有する酸化物鋭利チップを備え、チップ半径が30nm未満である、請求項95記載の方法。
【請求項１０３】
基板が平坦である、請求項95記載の方法。
【請求項１０４】
基板が平坦ではない、請求項95記載の方法。
【請求項１０５】
カンチレバーのアレイの少なくとも一つが窒化ケイ素でコーティングされる、請求項1記載の物品。
【請求項１０６】
カンチレバーのアレイの少なくとも一つが窒化ケイ素でコーティングされる、請求項21記載の物品。
【請求項１０７】
カンチレバーの2次元アレイが少なくとも1列のカンチレバーを備え、支持構造体が、カンチレバーの列内でのカンチレバーの観察を可能にするビューポートを少なくとも二つ備える、請求項1記載の物品。
【請求項１０８】
ビューポートが、カンチレバーの側壁反射を可能にするように適合される、請求項1記載の物品。
【請求項１０９】
ビューポートが少なくとも120ミクロン幅である、請求項1記載の物品。
【請求項１１０】
支持構造体が、カンチレバー静止摩擦を減少させ、かつ、カンチレバー移動自由度を高めるために、溝深化工程（trench deeping step）に晒される複数の溝を第2の側に備える、請求項1記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる2007年3月13日に出願された米国仮出願第60/894,657号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
背景
鋭利なチップおよびナノスケールのチップは高分解能パターニングのために使用することができ、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へと移動させることができる。例えば、チップは、カンチレバーの一端に取り付けられる原子間力顕微鏡（AFM）チップであってもよい。この直接書き込みナノリソグラフィ法は、高いレジストレーションおよびリーズナブルなコストを含む、競合するナノリソグラフィが提供しない利点を与える。カンチレバーは、例えば:（i）単一カンチレバー、（ii）カンチレバーの直線アレイ、および（iii）カンチレバーの2次元アレイ、例えばカンチレバーの直線アレイの複数の列、などを含む、幾つかの態様において使用することができる。例えば、Mirkinら、WO 00/41213（特許文献１）、WO 01/91855（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。
【０００３】
これらの方法、機器、およびデバイスを改良する必要性が存在するが、それは特に、2次元システムにおけるカンチレバーの態様は比較的複雑になることや、当該工程を学問的な研究ではなく、商業的な工程に適用するためである。例えば、カンチレバーの数が増え、カンチレバーアレイが幾何学的に更に複雑、かつ大きくなるにつれて、平面化（lebeling）は更に困難になる。例えば、方法が適切に行なわれない場合には、あるチップが他の第2のチップが表面と接する前に表面と接する場合があり得、または第2のチップが表面と接しない場合もあり得る。または、チップが表面と接する時を知るのが困難な場合がある。多くの場合、書き込み時には、殆どまたは全てのチップが表面に接していることが望ましく、かつ、非書き込み時には、殆どまたは全てのチップが表面から離れていることが望ましい。カンチレバーやチップは、適切に使用されなければ、損傷する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】WO 00/41213
【特許文献２】WO 01/91855
【特許文献３】米国特許第7,005,378号
【特許文献４】米国特許第7,034,854号
【特許文献５】米国特許第7,060,977号
【特許文献６】米国特許第7,098,056号
【特許文献７】米国特許第7,102,656号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Small,2005,10,940-945
【発明の概要】
【０００６】
本明細書において記載されるものは、物品、装置、機器、デバイス、形成方法、および使用方法である。
【０００７】
一つの態様は:
第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と、第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイとを備え、支持構造体が、第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、
物品を提供する。
【０００８】
他の態様は:複数のカンチレバーの2次元アレイを備え、アレイが複数のベース列を備え、各ベース列が該ベース列から延びる複数のカンチレバーを備え、各カンチレバーが、前記ベース列から離れるカンチレバー端部にチップを備え;アレイが、チップが実質的に平面と接触されるときにアレイの非チップ要素の実質的な接触を防止するように適合され;アレイのための支持体を備え、該支持体が、該支持体を通じたカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、物品を提供する。
【０００９】
他の態様は、カンチレバーがカンチレバー端部にチップを備え、アレイが、チップが実質的に平面と接触されるときにアレイの非チップ要素の実質的な接触を防止するように適合され、前記アレイが、カンチレバーを観察するための少なくとも一つのビューポートを備える支持構造体によって支持される、複数のカンチレバーの2次元アレイを提供する。
【００１０】
他の態様は:（i）第1の側および反対の第2の側を備える支持構造体を備える第1の構造体を設ける工程と、（ii）カンチレバーの2次元アレイを備える第2の構造体を設ける工程と、（iii）第2の構造体が第1の構造体の第2の側に結合される、第1の構造体および第2の構造体を組み合わせる工程と、（iv）少なくとも一つのビューポートを支持構造体に形成することにより、支持構造体の第1の側からビューポートを通じてカンチレバーを観察することができる工程とを備える方法を提供する。
【００１１】
他の態様は:（i）カンチレバーがチップを備え；支持構造体が、第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える；第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と;第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイとを備える機器を設ける工程と;（ii）カンチレバーチップの少なくとも一部にインク組成物を与える工程と;（iii）インク組成物をチップから基板表面へと移動させる工程とを備える方法を提供する。
【００１２】
他の態様は:（i）支持構造体が、第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と;第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイとを備える機器を設ける工程と;（ii）撮像されるべき構造体を設ける工程と;（iii）撮像されるべき構造体を機器を用いて撮像する工程とを備える方法を提供する。
【００１３】
他の態様は:（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の少なくとも一つのアレイを設ける工程と;（ii）基板を設ける工程と;（iii）複数のビューポートを設ける工程と;（iv）カンチレバーの観察をもたらす複数のビューポートを用いてカンチレバーの少なくとも一つのアレイを基板に対して平面化する工程とを備える方法を提供する。
【００１４】
一つまたは複数の様々な態様の利点は、表面に対するペンアレイのより良好な平面化、ペンが表面と接触する時を知ることができること、カンチレバーへのレーザーアクセスをより良好に行ない、例えばフィードバックを容易化できること、チップおよびカンチレバーのより良好な保護、より良好な速度、より良好な拡張性、より高い分解能およびレジストレーション（registration）能力、ならびにナノスケールおよびマイクロスケールで既存の特徴を登録するために表面をより良好に見ることができることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
特許または出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも一つの図面を含む。この特許または特許出願公開のカラー図面の写しは、請求および必要な手数料の支払い時に当局によって提供される。
【図１】直接書き込みナノリソグラフィプロセスの概略図を示す。例えば、分子コーティングされたAFMチップを使用してインクを水メニスカスにより基板上に堆積させることができる。
【図２】（A）NSCRIPTOR（商標）DPNナノリソグラフィ機器（イリノイ州のシカゴにあるNanoInkから入手可能）、（B）ナノスケールの互いに噛み合うラインパターンを表わすInkCadソフトウェアのスクリーンキャプチャ、NanoInkから入手可能、（C）雲母剥離された金に書き込まれるMHAの互いに噛み合うDPNラインパターンの前方LFM画像を示す。最小で20nmまでのライン幅およびピッチを観察することができ、標準偏差測定にしたがって10nmよりも良好な位置決め精度が得られる。
【図３】Jefferson Nickelの55,000個の複製の一部を表わす2Dナノプリントアレイからのパターニングデータを示す（Salaita et al.,Angew.Chem.Int.Ed.2006 45,7220-7223）。
【図４】ピッチ、間隔、および高い歩留まりを表わす2Dナノプリントアレイ（チップが上方を向いている）の光学顕微鏡画像を示す。アレイ全体の約1.5％である832個の個々のチップが示されている。
【図５】図7に描かれるシリコンリッジに取り付けられたカンチレバーの複数の列を表わすSEM画像を示す。挿入図は個々のカンチレバーを示すが、7.5ミクロン高さのチップおよび固有のカンチレバー曲率（約6度）も強調している。
【図６】ペンアレイの高歩留まり製造を示す。
【図７】2Dナノプリントアレイ（一定の倍率ではない）の重要な寸法を示す。
【図８】（A）Nscriptorスキャナを通じて観察した2Dナノプリントアレイビューポート形態の概略平面図、（B）三つの中心2DナノプリントアレイビューポートのSEM平面画像を示す。
【図９】（A）図5に描かれたエッチングされたビューポートのSEM傾斜平面図、（B）ビューポート開口の前方の三つのカンチレバーの下面図を示し、（C）Nscriptorスキャナに装着されたデバイスを用いると、チップが金表面と接する前、および（D）後の両方でカンチレバーをビューポートを通じて見ることができる。図9（C）および図9（D）においては、色ずれを観察できる。例えば、図9（C）は色がピンクの方に近く、一方図9（D）は色が緑の方に近い。
【図１０】ビューポートの形成方法を示す。
【図１１】結合されたカンチレバーおよびビューポートを表わす完成デバイスの一部を示す。
【図１２】背面からビューポートを通じて見たカンチレバーを示す。
【図１３】チップを有するカンチレバーおよびスタンドオフを備える態様を示す。
【図１４】（A）6μmの移動自由度（F.O.T.）を有する2Dナノプリントアレイ、および（B）カーリングの増大の結果として19.5μmのF.O.T.を有する2Dナノプリントアレイに関してスタンドオフに対するF.O.T.および2Dナノプリントアレイの寸法のSEM画像を示す。
【図１５】カンチレバーの同じ列を観察するためにビューポート2aおよび3a、2bおよび3bがそれぞれ水平に位置合わせされるようにビューポートが構成され、それにより、同じ列でのカンチレバーの垂直位置合わせが可能になる態様を示す。
【図１６】異なるF.O.T.が幾つかのビューポートで観察されるカンチレバーの撓みの視覚的進行を示し:（A）カンチレバーを表面と接触させるために使用されるz-圧電センサ（「z-圧電」）の一連の位置;（B）22.3μmのF.O.T.を有する大幅にカールされたカンチレバーは飛躍的ではない色ずれを示したが、これらのカンチレバーは、それらが表面と接触してカールが解かれるとかなり伸長した;（C）カンチレバーが19.5μmの中程度のF.O.T.を伴って僅かにカールされ、カンチレバー伸長および僅かな色ずれを示していた;（D）（E）カンチレバーは、12.0μmのF.O.T.を有したが、カンチレバーの全長にわたって飛躍的な色ずれを表示した。カンチレバーのベースには淡い色および変色が存在し（挿入図参照）、変色は、z-圧電が9.0μmまで繰り返し伸長されて収縮されるにつれて明らかになった;それは13.7μmの伸長で更に顕著になった;（F）幾つかの態様では、ビューポートの傾斜した側壁に対する反射が観察された。これは、カンチレバーがビューポート開口に非常に近接したときに生じ、カンチレバーが基板へと遠く離れて推し進められたことを示す指標となり得る。
【図１７】カンチレバーがビューポート開口に近接した状態となるときにカンチレバーがビューポート側壁でそれら自体の像をどのように反射するのかを表わす側壁反射現象の概略図を示す。
【図１８】（A）異なる撓み形態における開口-側壁反射現象の概略図、および（B）ビューポートから得られるそれらのそれぞれの光学像を示す。これらのカンチレバーにおけるF.O.T.は約16.6μmであり、カンチレバーが更に撓んだ状態になるにつれて側壁撓みの進行が更に明白になった。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
序論
本明細書において挙げられる全ての引用文献は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み入れられる。
【００１７】
2007年3月13日に出願された優先権主張に係る米国仮出願第60/894,657号は、請求項、図表、および図面を含むその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００１８】
製造方法を含む二次元ペンアレイは、例えば2007年3月27日に出願されたMirkinらの米国特許出願第11/690,738号に記載されている。また、関連するデバイスおよび方法に関しては、本明細書の図3〜5を参照されたい。また、参照によりそれらの全体が本明細書に組み入れられる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。
【００１９】
本明細書において記載される様々な態様の実施のため、リソグラフィ機器、マイクロリソグラフィ機器、およびナノリソグラフィ機器、ペンアレイ、能動ペン、受動ペン、インク、パターニング化合物、キット、インク送出体、ソフトウェア、ならびに直接書き込みプリンティングおよびパターニングのための付属品をイリノイ州のシカゴにあるNanoInk,Inc.から入手することができる。機器はNSCRIPTORを含む。ソフトウェアは、リソグラフィ設計および制御のためのユーザインタフェースを与えるINKCADソフトフェア（NanoInk、シカゴ、イリノイ州）を含む。環境制御のためにE-Chamberを使用することができる。Dip Pen Nanolithography（商標）およびDPN（商標）はNanoInk,Inc.の商標である。図1および図2を参照されたい。
【００２０】
カンチレバー、チップ、およびパターニング化合物の使用を伴う直接書き込みプリンティングに関連する以下の特許および同時係属出願は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み入れられるとともに、インク、パターニング化合物、ソフトウェア、インク送出体、デバイスなどを含む本明細書において記載される様々な態様の実施において使用できる。
【００２１】
1.インク、チップ、基板、および他の機器パラメータを含むDPNプリンティングの基本的局面並びにパターニング方法について記載するMirkinらの米国特許第6,635,311号。
【００２２】
2.ソフトウェア制御、エッチング処理、ナノプロッタ、および複合組み合わせアレイ形成を含むDPNプリンティングの基本的局面について更に記載するMirkinらの米国特許第6,827,979号。
【００２３】
3.DPNプリンティングの開口態様および駆動力態様について記載する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」）。
【００２４】
4.DPNプリンティングのためのアライメント方法について記載する2003年2月14日に出願されたEbyらの正規の米国特許出願第10/366,717号（「Methods and Apparatus for Aligning Patterns on a Substrate」）（2003/0185967として2003年10月2日に公開された）。
【００２５】
5.DPNプリンティングのための較正方法について記載する2003年2月28日に出願されたDupeyratらの正規の米国特許出願第10/375,060号（「Nanolithographic Calibration Methods」）。
【００２６】
6.タンパク質およびペプチドのナノアレイについて記載する2003年4月10日に公開されたMirkinらの米国特許出願公開2003/0068446（「Protein and Peptide Nanoarrays」）。
【００２７】
7.核酸パターニングについて記載する2002年12月2日に出願されたMirkinらの正規の米国特許出願第10/307,515号（「Direct-Write Nanolithographic Deposition of Nucleic Acids from Nanoscopic Tips」）（2003年6月12日に公開されたPCT/US2002/038252）。
【００２８】
8.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する2002年12月17日に出願されたMirkinらの正規の米国特許出願第10/320,721号（「Patterning of Solid State Features by Direct-Write Nanolithographic Printing」）（現在2003/0162004として2003年8月28日に公開された）。
【００２９】
9.能動ペンアレイについて記載するLiuらの米国特許第6,642,129号および第6,867,443号（「Parallel,Individually Addressible Probes for Nanolithography」）。
【００３０】
10.2003年1月9日に公開されたSchwartzの米国特許出願公開第2003/0007242号（「Enhanced Scanning Probe Microscope and Nanolithographic Methods Using Same」）。
【００３１】
11.2003年1月9日に公開されたSchwartzの米国特許出願公開第2003/0005755号（「Enhanced Scanning Probe Microscope」）。
【００３２】
12.触媒ナノ構造およびカーボンナノチューブ用途について記載する2003年8月11日に出願されて第2004/0101469号として現在公開されている米国特許出願第10/637,641号。
【００３３】
13.タンパク質および導電性高分子のプリンティングについてそれぞれ記載する、2003年5月23日に出願され、2004年2月12日に2004/0026681として公開されている米国特許出願第10/444,061号、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号。
【００３４】
14.パターニング化合物としての導電性材料について記載する2003年8月26日に出願されて現在米国特許第7,005,378号である米国特許出願第10/647,430号。
【００３５】
15.フォトマスク修復を含むマスク用途について記載する2003年10月21日に出願されて2004年9月9日に第2004/0175631号として現在公開されている米国特許出願第10/689,547号。
【００３６】
16.マイクロ流体工学およびインク供給について記載する2003年11月12日に出願されて2005年2月17日に第2005/0035983号として現在公開されている米国特許出願第10/705,776号。
【００３７】
17.ペプチドおよびタンパク質のプリンティングについて記載する2004年3月1日に出願されて2005年1月13日に第2005/0009206号として現在公開されている米国特許出願第10/788,414号。
【００３８】
18.ROMP法および組み合わせアレイについて記載する2004年7月19日に出願されて2005年12月8日に第2005/0272885号として現在公開されている米国特許出願第10/893,543号。
【００３９】
19.スタンプチップまたは高分子コーティングチップ用途について記載する2005年2月14日に出願されて2005年11月17日に公開されて第2005/0255237号として現在公開されている米国特許出願第11/056,391号。
【００４０】
20.チップレスカンチレバーおよびフラットパネルディスプレイ用途について記載する2005年2月25日に出願されて2005年10月27日に第2005/0235869号として現在公開されている米国特許出願第11/065,694号。
【００４１】
21.DPN法によって形成されるナノ構造のエッチングについて記載する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。
【００４２】
22.2004年12月2日に公開されたLiu＆MirkinのWO 2004/105046は、接触プリンティングのための走査プローブについて記載している。
【００４３】
23.2005年11月8日に出願されたShileらの米国特許出願「Active Pen Nanolithography」第11/268,740号は、例えば熱圧着およびシリコンハンドルウエハについて記載している。
【００４４】
DPN法は、高スループットパラレル法の説明を含むGingerらの「The Evolution of Dip-Pen Nanolithography」,Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,30-45にも記載されている。また、Salaitaらの「Applications of Dip-Pen Nanolithography」,Nature Nanotechnology,2007,Advanced On-line publication（11頁）も参照されたい。
【００４５】
DPNプリンティング法およびパターン転写法を含む直接書き込み法は、例えばDirect-Write Technologies,Sensors,Electronics,and Integrated Power Sources,Pique and Chrisey（Eds）,2002に記載されている。
【００４６】
本明細書において記載される直接書き込みナノリソグラフィ機器および方法は、ペプチド、タンパク質、核酸、DNA、RNA、ウイルス、生体分子などに基づくバイオアレイ、ナノアレイ、およびマイクロアレイを作製する際に用いるのに特に興味深い。例えば、チップおよびライブラリの大量製造に関する米国特許第6,787,313号;ピペットチップを伴う自動分子生物学研究所に関する米国特許第5,443,791号;薬学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米国特許第5,981,733号を参照されたい。組み合わせアレイを作製することができる。また、例えば、Hendersonらの米国特許第7,008,769号;第6,573,369号;および第6,998,228号も参照されたい。
【００４７】
Bottomley,Anal.Chem.,1998,70,425R-475Rでは走査プローブ顕微鏡検査が検討されている。また、当技術分野において、例えば米国特許第5,705,814号（Digital Instruments）に記載されるように、プローブ交換機構を含む走査プローブ顕微鏡も公知である。
【００４８】
例えば、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。
【００４９】
支持構造体
支持構造体はカンチレバーを支持できるように適合され得る。例えば、図6は、レジスト層および金蒸着を伴うボトムサイドエッチングを使用して支持構造体がSiウエハから形成される一つの態様を示す。他の例において、図7は、カンチレバーを支持するように適合される支持構造体を示す。また、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる2006年4月19日に出願されたMirkinらの米国仮出願第60/792,950号は支持構造体について記載している。
【００５０】
特に重要な設計上の特徴としては、シリコンリッジの高さおよびシリコンハンドルウエハの裏面に対してチップを押圧しないようにするのに役立つエッジスタンドオフスペーサーが含まれる。
【００５１】
支持構造体は、多くの場合、ビューポートの存在を伴うことなく、カンチレバーを観察することが困難なように製造される。例えば、支持構造体は、観察を不可能にする不透明材料から製造される場合があり、または基本的に透明であり得るが、傷が付けられ、または粗面化され、さもなければ観察を不可能にする様式において使用されるパイレックス（登録商標）などの材料から製造されてもよい。透明な材料は、例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になり得る。
【００５２】
また、支持構造体は、「ハンドルウエハ」なる用語を用いて説明することもできる。
【００５３】
また、支持構造体は、更に大きい機器に結合するように適合させることもできる。結合は、特に限定されないが、例えば機械的結合、または磁気的結合であってよい。この結合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。例えば、磁性材料を伴って適合するプラスチッククリップを使用できる。
【００５４】
支持構造体を単結晶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、例えば、パイレックスを貫通する穴のエッチングは困難、もしくは高価、またはカンチレバーに対する結合を妨げる表面凹凸を与える可能性があることが含まれる。単結晶シリコンは、比較的容易なエッチングの制御をもたらす。
【００５５】
図13は、カンチレバーおよびチップに対する機械的損傷を防止するのに役立つスタンドオフ構造を支持構造体が更に備える態様を示す。
【００５６】
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できる。ベース列の長さは特に限定されない。例えば、ベース列は、少なくとも約1mmの平均の長さを有し得る。ベース列における平均の長さは、例えば、約0.1mm〜約5mmであってもよく、または約0.5mm〜約3mmであってもよい。一つの態様では、約1cm×1cmで、且つ約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。ベース列の長さが非常に長くなる場合には、チップの高さを超え、且つ、全てのチップが書き込み表面と接しないようにする支持構造体の曲がりによって、ベース列の長さが限定され得る。それを避けるために、各用途毎にベース列長さを適合させることができる。
【００５７】
ベース列は、少なくとも約5ミクロンの支持体に対する高さを有することができる。この高さは、特に限定されないが、適切なカンチレバー曲げ（cantilever bending）を伴う使用に適合され得る。ベース列の高さは、チップを過度な移動によって押しつぶさないように、チップ高さ引くストッパ高さ、であってもよく、またはこの高さより高くてもよい。
【００５８】
カンチレバーをベース列上に支持させることができ、次にベース列をアレイにおける更に大きい支持構造体上に支持させることができる。ベース列は、アレイにおける更に大きい支持体から延びることができる。アレイ支持体を約2平方センチメートル以下、或いは約0.5平方センチメートル〜約1.5平方センチメートルの表面積によって特徴付けることができる。機器と結合するために、必要に応じてサイズを調整できる。
【００５９】
支持構造体は、カンチレバーの2次元アレイを支持構造体に対して支持、または結合するように適合する金を備えることができる。
【００６０】
カンチレバーの2Dアレイ
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。例えば、図4、5、6および11はカンチレバーの2Dアレイを示す。また、例えば、2007年3月27日に出願されたMirkinらの米国特許出願第11/690,738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。
【００６１】
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成すことができる。アレイは、第1の寸法および第2の寸法を備えることができる。2次元アレイは、第2の寸法を作るように互いに隣接して配置される一連の一次元アレイであってもよい。二つの寸法が垂直であってもよい。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、結合端から遠位の、自由端に或い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でき、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ができる。
【００６２】
それぞれが二つの寸法でパターニングされ、その二つの寸法において互いに結合するよう適合させた表面を有している二つの部分を組み合わせることによって、二次元アレイを更に大きい機器デバイスに組み込むことができる。一方の部分はカンチレバーを伴わずに支持構造体を備え、他方の部分はカンチレバーを備えることができる。
【００６３】
一つの重要な変数は、意図される目的のために実際に機能することができるアレイ内のカンチレバーの割合またはパーセンテージである。ある場合には、幾つかのカンチレバーを不完全に形成することができ、またそうでなければ、形成後に損傷させることができる。カンチレバー歩留まりは、使用できるカンチレバーのこのパーセンテージを反映する。アレイは、好ましくは、少なくとも75％、もしくは少なくとも80％、もしくは少なくとも90％、もしくは少なくとも95％のカンチレバー歩留まりによって特徴付けられ、または更に好ましくは少なくとも約98％、もしく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際、内部のカンチレバーと比べてエッジの処理によって損傷する列の端部のカンチレバーは無視されてもよい。例えば、中央の75％を測定できる。多くの場合、ウエハ製造ではエッジ効果が公知であるため、エッジではなく中央で製造が更にうまく行なわれる。欠陥密度は、ある場合には中心からエッジへと移動するにつれて、または他の場合にはエッジから中心へと移動するにつれて増大し得る。非常に高い欠陥密度を有する部分を除去して残りの部分を使用することができる。
【００６４】
アレイは、チップが実質的に平らな表面と接触するときに、アレイの非チップ構成部分の実質的な接触を防止するように適合されてもよい。例えば、カンチレバーアームは、表面と接触してはならず、したがって、例えば曲げによって適合され得る。チップも同様に、例えば長いチップまたは高いチップを含めて、これに適合させることができる。この結果を達成するのに役立ち得るファクターとしては、長いチップまたは高いチップの使用、カンチレバーアームの曲げ、チップ平面化、列平面化、および全ての寸法でのカンチレバーの平面化が含まれる。ファクターの一つまたは複数の組み合わせを使用できる。
【００６５】
カンチレバーチップは、当技術分野における通常の長さよりも長くすることができる。例えば、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する頂点高さを有することができ、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する頂点高さを有することができる。また、チップ頂点高さは、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。この長い長さは、チップだけが表面と接触しているようにするのに役立つことができる。頂点高さを多くのチップ頂点高さの平均と見なすことができ、一般に、頂点高さは、チップ間で実質的に変化しないように設計される。実施例に示される方法を含む当技術分野において公知の方法を使用して、チップ頂点高さを測定することができる。
【００６６】
アレイにおけ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できる。平均測定値は、例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。アレイ全体を測定する必要はない。それは現実的となり得ないからである。
【００６７】
幾つかの態様ではチップレスカンチレバーを使用することができるが、好ましい態様ではない。
【００６８】
また、パターニングされるべき表面へ向けた曲げを含め、カンチレバーを曲げることができる。当技術分野において公知の方法を使用し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、カンチレバーの曲げに適合される複数の層を備えることができる。例えば、熱膨脹差またはカンチレバーバイモルフを使用してカンチレバーを曲げることができる。カンチレバーの曲げは、少なくとも二つの異なる材料を使用することによって生じさせることができる。或いは、同じ材料を使用するが、異なる応力を伴ってカンチレバー曲げを行なうことができる。他の方法は、一つの材料を備えるカンチレバー上に同じ材料であるが固有の応力勾配を有する第2の層を堆積させることである。或いは、カンチレバーの表面を酸化させることができる。カンチレバーは、例えば、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できる。実施例に示される方法を含む当技術分野において公知の方法を使用してこれを測定することができる。角度における平均値を使用することができる。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。この曲げ距離は、実施例で示され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できる。平均距離を使用することができる。曲げは、基板粗さおよび形態並びにアレイ内のチップのずれに対する大きな許容誤差をもたらすことができ、それにより、例えば、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できる。
【００６９】
曲げを容易にするため、カンチレバーは、二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でき、例えばバイモルフカンチレバーとなり得る。カンチレバーには、カンチレバーのチップ側で金属または金属酸化物をコーティングすることができる。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のを助長するのに役立つ限り、特に限定されない。例えば、金属は、金などの貴金属であってもよい。
【００７０】
好ましい態様において、アレイは、カンチレバーが表面へ向けて曲げられるように且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適合させることができる。
【００７１】
チップは、使用前に製造して鋭利にすることができるとともに、例えば100nm未満の平均曲率半径を有することができる。平均曲率半径は、例えば、10nm〜100nm、または20nm〜100nm、または30nm〜90nmであってもよい。チップの形状は、例えばプラミッド形、円錐形、楔形、および箱形を含めて、変えることができる。チップは、中空チップであってもよく、または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開口チップおよび中空チップを含めて、開口を含んでいてもよい。流体材料は、チップの端部に蓄えることができ、またはチップを通じて流れることができる。
【００７２】
チップ形状は、変えることができ、例えば中実チップまたは中空チップであってもよい。HendersonらのWO 2005/115630（PCT/US2005/014899）は、本明細書において使用され得る表面上に材料を堆積させるためのチップ形状について記載している。
【００７３】
2次元アレイは、二つの寸法（例えば、長さ寸法および幅寸法）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、例えば、チップアレイの製造方法によって得ることができ、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。チップ間隔は、チップおよびカンチレバーの高い密度を与えるように設計することができる。例えば、チップ密度は、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/平方インチであってもよい。アレイは、2次元アレイの第1の寸法における300ミクロン未満のチップ間隔および2次元アレイの第2の寸法における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できる。更に高い密度を得るため、チップ間隔を、例えば一つの寸法において約200ミクロン未満にし、且つ他の寸法において約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。或いは、チップ間隔を、例えば一つの寸法において100ミクロン未満にし、且つ第2の寸法において25ミクロン未満にすることができる。アレイは、2次元アレイの少なくとも一つの寸法における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できる。一つの態様において、チップ間隔は、一つの寸法において約70ミクロン〜約110ミクロンにすることができ、第2の寸法において約5ミクロン〜約35ミクロンにすることができる。この先、製造方法が更に密度の高いチップ間隔を可能にするので、チップ間隔に関して特定の下限値は存在しない。下限値の例としては、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、したがって、例えば、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。
【００７４】
2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個であってもよい。この数は、パターニングにおける空間制約および特定の機器に関して許容される大きさまで増大させることができる。例えば製造の容易性、品質、および特定の密度必要性などのファクターを重み付ける特定の用途において適切なバランスを得ることができる。
【００７５】
チップは、表面と常に接するための一貫した間隔を有するように設計することができる。例えば、各チップは、チップ端部から支持体へと及ぶ距離Dによって特徴付けることができ、チップアレイは、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ことができ、チップの少なくとも90％において、DはD'の50ミクロン内である。他の態様では、チップの少なくとも90％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例えば約10ミクロン〜約50ミクロンであってもよい。この距離は、例えば、ベース列高さ、曲げの距離、およびチップ高さの加法的組み合わせを備えることができる。
【００７６】
カンチレバー力定数は特に限定されない。例えば、カンチレバーは、約0.001N/m〜約10N/mの平均力定数、或いは約0.05N/m〜約1N/mの平均力定数、或いは約0.1N/m〜約1N/mの平均力定数、または約0.1N/m〜約0.6N/mの平均力定数を有することができる。
【００７７】
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できる。或いは、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。また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。例えば、90％より多い、または95％より多い、または99％より多い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。
【００７８】
カンチレバーは、例えばシリコン、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プローブで使用される材料から形成することができる。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、例えば、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、例えば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、例えば、約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カンチレバーを使用することができる。
【００７９】
アレイを受動ペンまたは能動ペン用途に適合させることができる。例えば圧電作動、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行なうことができる。
【００８０】
アレイをチップコーティングおよびインク送出の統合に適合させることができる。例えば、マイクロ流体を使用してチップのインキングおよびコーティングを制御することができる。チップを装置内に浸漬することができ、または中空チップの態様においては、インクをチップの内部領域を通じて直接に送出することができる。
【００８１】
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対して結合させることができる態様である。重要なファクターは、窒化ケイ素カンチレバーを含む低誘電率の柔軟なカンチレバーの使用およびカンチレバーチップ蒸着に基づくリソグラフィプロセスの固有の力独立性（an inherent force independence）であってもよい。
【００８２】
ビューポート
図6、7および12は、ビューポートまたは開口により支持構造体を通じて下側にあるカンチレバーを観察することができるビューポートまたは開口における概念を示す。
【００８３】
ビューポートは、観察を可能にするように適合させることができる。次に、観察はレベリングを可能にし得る。例えば、観察を可能に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できる。例えばビューポートが非常に長いまたは非常に狭い場合には、観察が更に困難になる、または不可能になる場合がある。ビューポートをテーパ状に形成することができ、それにより、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長くすることができる。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して接触点を照明することができるとともに、SiNカンチレバーに反射することができ、それにより、1または複数のチップが表面と接している時を知るために使用され得る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る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。
【００８４】
例えば図8および9に示されるように、複数の、或いは一群のビューポートが存在してもよい。例えば、支持構造体は、少なくとも二つ、または少なくとも三つ、または少なくとも四つ、または少なくとも五つ、または少なくとも六つのビューポートを備えることができる。更に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。例えば、ビューポートの数を、カンチレバーアレイを平面化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できる。例えば、モーター毎に少なくとも一つのビューポートを使用でき、またはモーター毎に二つのビューポートを使用できる。例えば、図8における6個のビューポートは、3モーター動作に伴って機能するように適合される。ビューポートを使用するため、例えば、第1のモーターを用いてカンチレバーアレイを調整することができ、結果を検討するために第1のビューポートを使用することができ;その後、第2のモーターを用いてカンチレバーアレイを調整することができ、結果を検討するために第2のビューポートを使用することができ；その後、第3のモーターを用いてカンチレバーアレイを調整することができ、結果を検討するために第3のビューポートを使用することができる。所望の平面化が達成されるまで、異なるモーターおよびビューポートを反復して繰り返すことができる。望ましい場合、或いは可能な場合には、最初に、肉眼を使用して、より巨視的なタイプの平面化を実行することができ、その後、より微細な微視的平面化を行なうことができる。望ましい場合、或いは有益な場合には、観察の水平面内において、アレイの後方で照明される紙切れ（an illuminated piece of paper）を使用することができる。例えば、背面照明のためにLEDを使用できる。また、圧電伸長具を使用して平面化を検証することもできる。圧電伸長具は、例えばNanoInkが提供するNscriptor機器において見出すことができる。圧電伸長具は、AFMタイプのスキャナのz-圧電の制御および手動伸長を行なうことができる。
【００８５】
複数の、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機器の光学観察領域内に取り付けるように適合して配置することができる。ビューポートは、例えばC2、C3、C4、C5およびC6対称を含めて要望通りに中心点周りに対称に配置させることができる。例えば、図8に示されるようなC3対称が存在する可能性があり、一つの態様は、C3対称に配置される少なくとも6個のビューポートを備える。カンチレバーの外観は、それらが二つの異なる状態にあるとき、すなわち、表面と接触する状態、対、表面よりも上側にある状態にあるとき（図9Cおよび9D）に変わることができる。変化は、開放したビューポートによって許容される光の異なる反射に起因し得る。必要に応じて画像認識ソフトウェアを使用して、変化を検出できる。
【００８６】
ビューポートは傾斜壁を備えることができる（例えば図7参照）。傾斜壁は、傾斜の角度によって特徴付けることができる。例えば、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（例えば54.7度）。ビューポートは、例えばピラミッド形状を含む様々な形状を備えることができる。
【００８７】
ビューポートの形状は、ビューポートを形成することができ、且つビューポートが観察を可能にする限り、特に限定されない。ビューポートのサイズは、必要に応じて用途に合わせて変えることができる。例えば、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寸法は、例えば約1ミクロン〜約1,000ミクロン、または約250ミクロン〜約750ミクロンであってもよい。ビューポートサイズを含む、図7に示される様々なサイズを必要に応じて調整することができ、機能性が保たれ、例えば機能性が5％、10％、15％、20％、25％、または幾つかの場合では50％もしくは100％高められ、もしくは低められる。ビューポートを十分に小さくすることにより、構造の安定性が損なわれないようにすることができる。ビューポート寸法は、一方向ではリッジのピッチによって制限することができるが、側方では、例えば、他の方向で無制限にできる。
【００８８】
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できる。例えば、AMFおよび類似の装置で使用される顕微鏡を用いることができる。顕微鏡は、例えば長い作用距離のレンズを有することができる。NanoInk Nscriptorレンズは例えば10×対物レンズになることができる。更なるズーム能力を有する内蔵カメラを使用することができる。結果として得られるビデオ画像は例えば約300ミクロン×約400ミクロンとなり得る。
【００８９】
ビューポートの他の利点は、例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にするレーザーアクセスを行なうことができるという点である。
【００９０】
基板の犠牲領域で作業して、例えば平面化および表面チェックを行なった後に、パターニング領域へと移動するために、最初にビューポートを使用することができる。
【００９１】
形成方法
更なる態様は形成方法を含む。例えば、一つの態様は:（i）第1の側および反対の第2の側を備える支持構造体を備える第1の構造体を設ける工程と、（ii）カンチレバーの2次元アレイを備える第2の構造体を設ける工程と、（iii）第1の構造体および第2の構造体を組み合わせる工程であって、第2の構造体が第1の構造体の第2の側に結合される工程と、（iv）少なくとも一つのビューポートを支持構造体に形成することにより、支持構造体の第1の側からビューポートを通じてカンチレバーを観察することができる工程とを提供する。
【００９２】
ビューポートは、例えば化学エッチングまたは深堀り反応性イオンエッチング（DRIE）を含むエッチングによって形成することができる。シリコンのエッチングは、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）または水酸化カリウム（KOH）によって行なうことができる。幾つかの態様では、例えばレーザー穿孔などの穿孔方法が使用されてもよいが、レーザー穿孔は、カンチレバーの視覚化を可能にしない穴を形成する可能性がある。エッチングを注意深く制御することによって、例えばビューポートが観察を可能にするのに十分大きいが、エッチングがカンチレバーのための構造支持体と干渉するほど長くならないようにすることができる。したがって、特定の用途においてはエッチング時間を注意深く監視され得る。
【００９３】
様々な方法を使用して、カンチレバーのアレイを備える構造体を支持構造体またはハンドルウエハに対して取り付け、或いは結合することができ、特にシリコン支持構造体の使用と整合性が取れた方法は、接点を介した電流の流れを可能にする接点、および低温結合をもたらす。結合方法は、例えば、Madou,Fundamentals of Microfabrication,2nd Ed.,484-494頁および他の頁に記載されており、これは、例えば、陽極接合としても公知の電解支援型熱接合、静電結合、またはマロリープロセスについて説明している。低い処理温度を与える方法を使用できる。例えば、カンチレバーを非接着結合によってベースに結合することができる。結合例としては、静電結合、電解支援型熱接合、シリコン溶融結合、中間層を伴う熱接合、共晶接合、金拡散結合、金熱圧着結合、接着結合、およびガラスフリット結合が含まれる。特に重要な方法としては、金熱圧着結合、金-インジウム共晶接合を含む金属共晶接合、直接もしくは間接溶融結合、または例えばBCB（ベンゾシクロブテン）などの接着剤の使用が含まれる。
【００９４】
好ましい態様では、（金）熱圧着結合を使用するカンチレバーの製造方法が提供される。金熱圧着結合中または金熱圧着結合前に、プローブウエハおよびハンドルウエハ上に金の薄膜が堆積され、その後、金の薄膜がエッチングまたはリフトオフによってパターニングされる。その後、ウエハは、位置合わせされて300℃以上に加熱された後、例えば0.5MPaより高い、または更には2MPaより高い結合圧力に晒される。金-金熱圧着に関するこれらの態様を実施するために、以下の刊行物、すなわち、「Fabrication process and plasticity of gold-gold thermocompression bonds」C.H.Tsau et al.半導体ウエハ結合:科学、技術、および用途に関する第6回シンポジウム、ECS議事録（2001）;「Characterization of low temperature,wafer-level gold-gold thermocompression bonds」,C.H.Tsau et al.Material Sciences of Micromechanical Systems Devices II/1999,P.de Boers et al.,Eds.605,p.171-176 MRSシンポジウム議事録（2000）;「Fabrication of wafer-level thermocompression bonds」,C.H.Tsau et al.J.Microelectromech.Sys.11（6）,2002;「Design and fabrication of a THz nanoklystron」H.M.Manohara.P.H.Siegel et al.Report of the Jet Propulsion Lab（NASA）and CIT,Pasadena,CAを使用することができる。
【００９５】
一つの態様において、図10は、支持構造体、カンチレバー、および、少なくとも一つのビューポートを備えるデバイスを形成する方法を示す。第1の工程では、酸化シリコンウエハが設けられ、この酸化シリコンウエハは更なる処理を用いて支持構造体になる。ウエハは、互いに反対の第1の側（上側）および第2の側（下側）を備える。第2の工程では、シリコンウエハが改質される。後にビューポートをエッチングする際に用いるために、第1の表面がパターニングされる。第2の表面は、パターニングされて、凹部を形成するためにエッチングされ、再酸化される。第3の工程では、クロム層、白金層、および/または金層を堆積させてパターニングすることにより支持構造体が適合される。カンチレバーの2次元アレイを備える構造体が設けられる。第4の工程では、支持構造体またはハンドルウエハおよびカンチレバーを備える構造体が結合される。第5の工程では、シリコンを通じたエッチングによりバルクビューポートが形成されるが、酸化膜は残存する。第6の工程では、酸化膜を除去して、支持構造体を通じた観察を可能にするビューポートを形成することができる。
【００９６】
使用方法、デバイス、用途
本明細書において記載されるデバイスおよび物品は、ナノリソグラフィで使用できるとともに、ナノスケール、或いは、マイクロスケールで構造体を構築するためのナノリソグラフィ用の機器で使用できる。例えば、材料をチップから基板表面へと移動させることができる。その際、一つまたは複数の平面化工程、較正工程、および位置合わせ工程を実行することができる。
【００９７】
別の態様において、本明細書において記載される方法およびデバイスは、新たな構造体を製造し、または構築するのではなく、既存の構造体を撮像するために使用できる。他の態様では、製造および撮像の両方を実行できる。例えば、構造体を製造した後に撮像することができる。例えば、製造のために一つまたは複数のチップが適合されて使用されてもよく、一方、撮像のために一つまたは複数の他のチップが適合されて使用されてもよい。
【００９８】
一つの態様は:例えば、（i）第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と;第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイとを備える機器を設ける工程であって;支持構造体が、第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える工程と;（ii）カンチレバーの少なくとも一部にインク組成物を与える工程と;（iii）インク組成物をチップから基板表面へと移動させる工程とを備える方法を提供する。
【００９９】
他の態様は:例えば、（i）支持構造体が、第1の側からのカンチレバーの観察を可能にするように適合される少なくとも一つのビューポートを備える、第1の側および反対の第2の側を備える少なくとも一つの支持構造体と;第2の側で支持構造体によって支持されるカンチレバーの2次元アレイを備える機器を設ける工程と;（ii）撮像されるべき構造体を設ける工程と;（iii）撮像されるべき構造体を機器を用いて撮像する工程とを備える方法を提供する。
【０１００】
特に、平面化方法は、例えば、2006年8月31日に出願された米国仮出願第60/841,210号、および2007年8月30日に出願されたHaaheimの正規の米国出願第11/848,211号、または例えば2008年2月7日に出願されたHaaheimの米国仮出願第61/026,196号に記載されている。幾つかの態様では、チップの少なくとも60％、もしくはチップの少なくとも70％、もしくはチップの少なくとも80％、もしくはチップの少なくとも90％が同時に表面と接している、または同時に表面と接していないことにより平面化が充足され得る。チップの実質的に全て、もしくは全てが同時に接している状態または同時に接していない状態にしようとすることができる。平面化は、チップの実質的に全てが表面と接しているが、スタンドオフのいずれもが接していないように行なうことができる。また、平面化は、z-圧電を約10ミクロン後退させることができるようにし、チップの実質的に全てまたは全てが接しないようにすることもできる。これは、高度な平面的アライメントを伴って達成することができる。平面化の一つの例では、両方向で角度許容誤差を約±0.0225にすることができる（表面の平面とチップアレイの平面との間の角度）。この角度は、チップ高さおよびスタンドオフ高さに基づいてチップの移動自由度により決定付けることができる。アレイを平らな位置から外すことなく、z-モーターを十分正確に約25ミクロン両方向に移動させることができる。
【０１０１】
チップにはパターニング化合物またはインク材料をコーティングすることができる。コーティングは特に限定されず;パターニング化合物またはインク材料をチップ端部に配置することができる。パターニング化合物および材料は、ナノリソグラフィプリンティングの技術分野において公知であり、有機化合物および無機材料、薬物、生体材料、非反応性材料および反応性材料、分子化合物および粒子、ナノ粒子、自己組織化単分子膜を形成する材料、可溶性化合物、高分子、セラミック、金属、磁性材料、金属酸化物、主族元素、化合物および材料の混合物、導電性高分子、核酸材料、RNA、DNA、PNA、タンパク質、およびペプチドを含む、生体分子、抗体、酵素、脂質、炭水化物、ならびに更にはウイルスなどの有機体を含む。序論の節に記載された引用文献は、使用可能な多くのパターニング化合物について説明している。チオールおよび硫化物を含む硫黄含有化合物を使用できる。
【０１０２】
チップをコーティングする方法としては、例えば溶液浸漬または真空蒸着、並びに前述したマイクロ流体法を含むことができる。これについては2003年11月12日に出願されて2005年2月17日に2005/0035983として現在公開された米国特許出願第10/705,776号を参照されたい。
【０１０３】
2Dアレイにおける一つの特に重要な用途は、基板、ならびにタンパク質、ペプチド、細胞接着複合体、酵素、抗体、抗原、ウイルス、核酸、DNA、RNA、炭水化物、糖、脂質などを含む、基板上の生分子を備えるアレイ、マイクロアレイ、およびナノアレイに関連する。生体分子としては、一般に、例えば、アミノ酸、または核酸、およびそれらの誘導体を有する分子が含まれる。特に、単一粒子生物学的用途、例えば単一のウイルス、胞子、または細胞に関するプロービング相互作用が重要である。細胞内分解能で細胞基質界面を設計することができる。細胞接着、成長、運動性、および特注の分子設計された基質を用いた差別化を検査することができる。薬物の有効性および薬物送出を検査することができる。2Dナノパターニングを使用すると、プロセスを拡張でき、プロセスは、個々のバイオプロセスの統計的検討のために大きな領域をカバーすることができる。一つの態様において、化合物は、チオール化合物ODTおよびMHAなどのように配列させることができ、フィブロネクチンアレイを形成するために使用することができる。
【０１０４】
他の例示的な用途は、例えばLenhert et al.,Small,2007,3（1）,71-75に記載される直接生体分子パターニングである。生体膜などの生物学的構造体の脂質、リン脂質、および他の化合物をパターニングすることができる。例えば、リン脂質1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン（DOPC）に働きかけて、少な
なくとも3×1010μm2/時間で複合的特徴形態をパターニングすることができる。一般に、リン脂質は生体膜の重要な成分であり、そられのアレイを細胞表面モデルとして使用できる。そのため、高分解能DPNパターニングは、生体膜の構造的複雑さを真似ることができるモデル系を形成する。（DOPC）は、最小で100nmまでの方位分解能を伴って、シリコン、ガラス、チタン、および疎水性ポリスチレンを含む様々な基板に対する非共有パターニングのための万能インクとして使用できる。
【０１０５】
他の重要な用途は、金またはシリコンなどの金属ナノ構造体または半導体ナノ構造体を含むナノ構造体の形成である。ナノ構造体は、1000nm未満、または500nm未満、または300nm未満、または100nm未満の点直径または線幅などの少なくとも一つの横方向寸法を有して形成することができる。
【０１０６】
他の重要な用途はテンプレーティングであり、このテンプレーティングでは、最初に表面がパターニングされ、その後、例えば生物学的構造体、タンパク質、抗体、核酸構造体、DNA、またはナノワイヤ、ナノチューブ、もしくはカーボンナノチューブなどのナノ構造体などの更なる構造体がパターン上に配置され、または自己組織化される。これについては、例えば、ナノワイヤー蒸着に関するHongらの米国特許第7,182,996号;2006年12月4日に出願されたカーボンナノチューブ蒸着に関するMirkinらの米国特許出願第11/633,095号;ならびにタンパク質およびペプチドのナノアレイについて記載する2003年4月10日に公開されたMirkinらの米国特許出願公開第2003/0068446号（「Protein and Peptide Nanoarrays」）を参照されたい。
【０１０７】
基板は、非常に速い速度で形成される多数のミクロンスケールもしくはナノメートルスケールの構造体、またはナノ構造体を伴って形成することができる。例えば、一つの重要なパラメータは、構造体を形成することができる速度である。本明細書において記載される方法を用いると、少なくとも100,000個/分、または少なくとも1,000,000構造体/分の速度で、更には少なくとも2,000,000構造体/分、更には少なくとも3,000,000構造体/分、更には少なくとも4,000,000構造体/分、更には少なくとも5,000,000構造体/分、更には少なくとも10,000,000構造体/分の速度で構造体を形成することができる。例えば、高速で形成される構造体は、例えば約25nm〜約500nm、または約50nm〜約200nmの直径を有するドット形態であってもよい。構造体は点または円であってもよい。その場合、チップは、パターニング化合物の堆積中にX-Y方向に移動されない。
【０１０８】
他の速度パラメータを使用することができる。例えば、少なくとも1.0メートル/分、または少なくとも3.3メートル/分の速度で直接書き込みを行なうことができる（例えば、チップが例えば1μm/sの速度などの適切な速度で移動される場合）。パターニングを10,000,000平方ミクロン/時で実行することができる。速度は、ある場合には、一つのペンに関して広がる拡散速度にペンの数を掛け合わせることによって決定することができる。
【０１０９】
好ましい態様は、少なくとも100,000/分の速度でナノ構造体を直接に書き込む工程を備える直接書き込みナノリソグラフィのための方法を備えている。この場合、直接書き込みは、その上にパターニング化合物を有するチップを基板と接触させることを備える。速度は、少なくとも1,000,000/分、または少なくとも4,000,000/分であってもよい。ナノ構造体は、点、線、または実質的に完全な円を備えることができる。ナノ構造体は、約50nm〜約1,000nmの直径を有する点を備えることができる。ナノ構造体を約50nm〜約1,000nm、または約100nm〜約750nmの距離だけ離間させることができる。
【０１１０】
基板には、例えば少なくとも25,000,000構造体、または少なくとも50,000,000構造体、または少なくとも75,000,000構造体、または少なくとも1,000,000構造体、または少なくとも500,000,000百万構造体、または少なくとも1,000,000,000構造体をコーティングしてパターニングすることができる。
【０１１１】
重要な局面は、基板上に形成されるパターンが、（1）ソフトウェアを用いて生成され、且つチップ動作を伴って形成されるパターン、または（2）チップが表面上にわたって移動しないときのアレイのパターンのいずれかに実質的に適合することである。
【０１１２】
重要な態様はフィードバックシステムの排除を備える。これが排除されるこの態様は根本的で新規な特徴である。
【０１１３】
パターニングのための基板は単層または多層であってもよい。これらの基板は、高分子、ガラス、複合体、シリコン、雲母、ダイアモンド、セラミック、金属、および様々な酸化物および複合混合物を含む固体であってもよい。
【０１１４】
インク基板の組み合わせは、安定した構造を与えるように選択することができる。安定性は、共有結合もしくは化学吸着、または静電気引力の使用によって高めることができる。
【０１１５】
アレイは、無機材料、有機材料、またはウイルス、タンパク質、カーボンナノチューブ、ナノワイヤ、デンドリマー、フラーレンなどのナノ構造体を含む生体材料から形成することができる。
【０１１６】
組み合わせアレイを形成することができる。アレイ内の各スポットは、隣のスポットと比べて同じ組成または異なる組成を与えることができる。
【０１１７】
防振台を使用することができる。噴霧器、温度・湿度制御のためのリアルタイムセンサー、および加熱・冷却ファンを含む、環境チャンバーを使用することができる。高分解能光学素子を使用できる。独立する三つのモーター平面化（Independent three motor leveling）を使用できる。チップ付勢(Tip biasing)を使用できる。
【０１１８】
AFMのような機器が使用される場合、モードを接触モード、非接触モード、または間欠接触モードにすることができる。
【０１１９】
更なる用途および本明細書において役立つ説明は、参照により本明細書に組み入れられる以下の引用文献で見出すことができる。
2010521325.tif 000003
【０１２０】
更なる態様
2Dアレイはしばしば、基板に対して不完全に平行（すなわち、平面）であるため、重要な問題は、サンプル引っかき傷、パターン歪み、およびリソグラフィ中の配列の左右振れに繋がる、アレイの角部のサンプル中への押し込みを伴うことなく、全てのチップが均一に接触することをどのように達成し、かつ検証するかということである。基板に対する2Dアレイの「平面（levelness）」（または「平面性(planarity)」）は、異なるビューポートを介してz軸モーターにより測定されるアレイ上の三つの異なるポイントの相対z位置に関して説明することができ、または、ゴニオメータによって測定される二つの相対角度差分測定値（すなわち、φ、θ）として説明することができる。平面化法の説明は、例えば2008年2月7日に出願されたHaaheimの米国仮出願第61/026,196号において見出すことができる。
【０１２１】
このプロセスでは、移動自由度（F.O.T.）の概念が特に重要である。F.O.T.は、良好なリソグラフィ結果が生じ得るスタンドオフに対する許容範囲の指標を与える。例えば、図14（A）は、カンチレバーのアレイが6μmのF.O.T.を有した一つの態様を示す。したがって、この態様では、F.O.T.内の約0.1〜約5.9μmのカンチレバーチップの初期z位置決めが、均一な接触を伴う優れたリソグラフィをもたらすことができるが、約0.0μmという極端な値では書き込みをもたらさない（すなわち、非接触）可能性があり、約6.0μmでは歪んだ書き込み（スタンドオフグラウンディングアウト）をもたらす可能性がある。すなわち、この態様では、基板との第1接触（すなわち、均一接触）の形成後、スタンドオフでのグラウンディングアウト前に6.0μmの誤差範囲があった。したがって、一般に、大きなF.O.T.を有することが望ましい。なお、原理的に、カンチレバーのF.O.T.を主にカンチレバー自体の長さによって制限することができる;例えば、カンチレバーが基板に対して垂直である場合には、F.O.T.がカンチレバーの長さである。
【０１２２】
F.O.T.は、図14（B）に示される一つの態様に例示されるように、カンチレバーに対して「カール」を導入することによって増大することができる。この態様では、カンチレバーが上方へ向けてカールし、それにより、F.O.T.が19.5μmとなる。F.O.T.を増大するための方法は、例えば、当技術分野において公知の方法を使用して、応力が加えられた窒化ケイ素（「SiN」）の少なくとも一つの層、または少なくとも二つの層を各カンチレバーに導入することを含む。応力が加えられたSiNは、固有の応力に起因して、ある材料が他の材料に対して拡張/収縮したいときにカンチレバーのカールを増大することによりF.O.T.を増大させることができる。SiNを化学蒸着（CVD）によって堆積させることができる。SiN層は、カールを増大することによってカンチレバーのF.O.T.を増大することに加え、カンチレバー上のインクを検証するために蛍光撮像を可能にする。蛍光撮像は、一般に他の撮像法よりも好ましいが、一般に金属（例えば、金）コーティングの存在下で使用することができない。蛍光は、例えば約1〜2ミクロンの空間分解能を伴って、人が蛍光プローブにタグ付けできる生物学的プロセスの広い面積の視界を人に対して与える。また、蛍光は、例えば、生体材料が処理を切り抜けたかどうかなど、生物活性を示すこともできる。これは、相補的生体材料を混成できるからであり、相補的材料を蛍光的にタグ付けできるからである。他のタグ付け方法（例えば、ナノ粒子タグ付け）は、例えばAFM高さ走査などの面倒で時間のかかる主観的な撮像方法を伴う場合がある。
【０１２３】
F.O.T.を増大するための他の方法は、カンチレバー間の溝を深くして静止摩擦を減少させることであってもよい。溝を深くすることは、例えば湿式または乾式エッチングを含む、エッチングによって達成できる。例えば、パイレックスを乾式エッチングに晒すことができ、シリコンを湿式および乾式エッチングに晒すことができる。或いは、スタンドオフの高さを減少させることによってF.O.T.を増大させることができる。また、金コーティングを使用して静止摩擦を減らすこともできる。
【０１２４】
F.O.T.の増大は、平面化プロセスの許容範囲を増大させることに加えて、リソグラフィ歩留まりを増大させるという利点を有することができる。なお、幾つかのファクターが歩留まりの増大に寄与し得る。これらのファクターとしては、溝の深化、より粗い表面が静止摩擦を低減する場合にはSiハンドルウエハの表面の粗面化、およびチップの鋭利化が含まれる。鋭利化は、例えば、図14bに見られるカンチレバーの背面上のリッジをもたらすことができ、このリッジは、静止摩擦のために利用できる表面積を減らすことができる。幾つかの態様では、歩留まりが例えば少なくとも20％、少なくとも60％、または少なくとも100％増大された。酸化物鋭利チップの一つの利点は、リソグラフィによって形成される特徴形態の寸法を減少させることができるという点である。例えば、幾つかの態様では、寸法が例えば少なくとも20％、少なくとも50％、または少なくとも80％減少された。チップ鋭利効果については、参照によりその全体が本明細書に組み入れられるHaaheim et al.,Ultramicroscopy,103（2005）117-132に、図8および関連する説明を含めて更に記載されている。
【０１２５】
カンチレバーの平面化は、例えばビューポートを望ましい形態で配列することによって更に向上させることができる。図15は一つのそのような態様の例示を与えている。ビューポートは、カンチレバーの同じ列を観察するためにビューポート2aおよび3a、2bおよび3bがそれぞれ水平に位置合わせされるように配置されており、それにより、同じ列でのカンチレバーの垂直位置合わせが可能となる。
【０１２６】
また、各ビューポートのサイズを増大することにより平面化を向上させることができる。ビューポートを拡大する一つの利点は、一つのビューポートで観察され得るカンチレバーの数の増大である。他の利点は、各ビューポートに入る光の増大であり、それにより、より良好な観察が可能になる。また、大きなビューポートは、撮像中にレーザーとカンチレバーとの間のより良好な位置合わせをもたらすこともできる。ビューポートのサイズの増大の他の利点としては、z-高さの撓みに基づく測定の精度の向上が含まれる。例えば、撓み測定精度を±500nmから±100nmへと高めることができる。ビューポートのサイズを例えば少なくとも30％、少なくとも70％、または100％増大させることができる。例えば、ビューポートの幅をカンチレバーの列に沿って60ミクロンから120ミクロンへと拡大することができる。光の増大は、より明確な色の変化に起因して、より良好な「終点」検出をもたらすことができ、それにより、カンチレバーが非常に離れた基板へと押し込まれたことをオペレータに警告することができる。図16（A）〜（F）は、異なるF.O.T.を有するカンチレバーのアレイの態様の例示を与えており、カンチレバーが基板表面に近づくにつれてカンチレバーの色が変化することを示す。
【０１２７】
図16（A）は、所与のビューポートで見られるカンチレバーを基板表面と接触させるために使用されるz-圧電の一連の位置を示す。
【０１２８】
図16（B）は、22.3μmの大きなF.O.T.を有する大幅にカールされるカンチレバーの色変化の例を異なるz-高さで示す。なお、色変化は飛躍的ではなかったが、カンチレバーは、それらが表面と接触してカールが解かれるとかなり伸長した。最初の伸長ポイントは、約8.0〜約9.0μmの第1接触点であった。
【０１２９】
図16（C）は、僅かにカールされ且つ19.5μmのF.O.T.を有するカンチレバーの色変化を示す。これらのカンチレバーは、伸長および僅かな色ずれの両方を示した。
【０１３０】
図16（D）および（E）は、12.0μmのF.O.T.を伴う、あまりカールしていないカンチレバーであったが、各カンチレバーの全長にわたって劇的な色変化を示したカンチレバーを示す。第1接触点では、カンチレバーのベースの色が淡い色変化を示した（挿入図参照）が、その後、その変化は、z-圧電が9.0μmまで繰り返し伸長され、収縮されるにつれて益々明らかになった。色ずれは13.7μmの伸長で顕著になった。なお、測定を行なうためにz-圧電具を使用することが好ましかった。これは、任意の個々のz-モーターの動作に対して約±1μm成分バックラッシュがあったからである。
【０１３１】
カンチレバーが開口に十分に近接すると、側壁反射現象が起こる可能性があり、それにより、ビューポートの側壁に鏡像（または反射）が生じ得る（例えば、図16（F）参照）。反射は、カンチレバーのアレイが非常に離れた基板中へ押し込まれたかどうかの指標を与えるために使用できる。傾斜側壁の説明は先のビューポートの節で与えられている。
【０１３２】
図17は、カンチレバーがビューポート開口に近接した状態となるときにカンチレバーがビューポート側壁でそれら自体の像をどのように反射するのかを示す側壁反射現象の概略図を示す。図18（A）および（B）は、一つの態様においてカンチレバーが撓み状態になるにつれて側壁撓みの進行が益々明白になったことを示す。また、高いF.O.T.を有するカンチレバーは、開口に近づくにつれて、小さいF.O.T.を有するカンチレバーの挙動に匹敵した色変化を示し始めた。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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