(57)【要約】      （修正有）【課題】  特に原子間力顕微鏡で使用するためのナノチューブ・プローブ・チップの製造方法およびその結果得られるプローブ・チップを提供すること。【解決手段】  適度に先が鋭くとがった支持構造（６２、１６４）の先端を、直径約２０から２００ｎｍの実質的に平らな端部を有するように切断しまたは平らにする。支持構造の平らな端部および傾斜した側壁にニッケルまたは鉄などの他の触媒金属（７６）を特定の方向からスパッタリングする。ニッケルを異方的にエッチングして側壁から全てのニッケルを除去し、平らな端部の少なくとも１５ｎｍのニッケルは残して、小さなニッケル・ドット（８０）を形成する。次いで、ニッケルにナノチューブの成長を触媒させ、ニッケル・ドットにナノチューブ（８４）が１本だけ形成し、その直径がニッケル・ドットのサイズと一致するようにナノチューブを成長させる。【選択図】        図８
2005241631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ・チップ支持部材（１６４）を用意するステップと、
荷電粒子線によって活性化されるガス材料を前記プローブ・チップ支持部材の表面に向かって導くステップと、
前記表面上で前記荷電粒子線（１０１）を走査するステップであって、前記荷電粒子線が、前記荷電粒子線によって活性化される前記ガス材料との反応を誘発して、ナノチューブの成長を触媒する能力を有する材料を含む触媒層（１８０）を付着させるステップと、
前記材料によって触媒されたプロセスにおいて前記触媒層上にナノチューブ（１８４）を成長させるステップと、
を含むプローブ・チップの形成方法。
【請求項２】
前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップが、実質的に平らな前記表面を一端に有する前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒層が実質的に不均一な厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒層が、前記プローブ・チップ支持部材の平らな表面とは平行ではない実質的に平らな表面を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ナノチューブが、前記触媒層の表面に実質的に垂直な方向に延びる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップが、第１の材料の支持体を用意し、前記支持体の表面に第２の材料の層を付着させるステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記触媒層を付着させるステップが、前記第２の材料の層の上に前記触媒層を付着させるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の材料の層が実質的に不均一な厚さを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の材料の層が、前記プローブ・チップ支持部材の平らな表面とは平行ではない実質的に平らな表面を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノチューブが、前記触媒層の表面に実質的に垂直な方向に延びる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップが、次第に細くなるプローブ・チップ支持部材をある位置で切断して特定のサイズの実質的に平らな表面を提供することによって、実質的に平らな表面を一端に有する前記プローブ・チップ支持体部材を用意するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
次第に細くなるプローブ・チップ支持部材をある位置で切断して特定のサイズの実質的に平らな表面を提供するステップが、荷電粒子線ミリングを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
荷電粒子線によって活性化される前記ガス材料が電子線によって活性化されるガス材料を含み、前記平らな表面上で荷電粒子線を走査するステップが、前記平らな表面上で電子線を走査するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ナノチューブの成長を触媒する能力を有する前記材料が、コバルト、金属ニッケル、酸化ニッケル、金属鉄または酸化鉄を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
実質的に平らな端部を有する成形されたチップを含む支持体（１６４）と、
ナノチューブの成長を触媒する能力を有する材料の第１の触媒層（１８０）であって、前記平らな端部の表面の第１の部分を覆い、実質的に不均一な厚さを有する前記第１の触媒層と、
前記第１の触媒層上に形成された第１のナノチューブ（１８４）と、
を備えたプローブ・チップ。
【請求項１６】
前記第１の触媒層が５から２５ｎｍの直径を有する、請求項１５に記載のプローブ・チップ。
【請求項１７】
前記第１の触媒層上に形成された１つまたは複数の追加のナノチューブを備えた、請求項１５に記載のプローブ・チップ。
【請求項１８】
前記第１の触媒層が、前記支持体の平らな端部とは平行ではない実質的に平らな表面を有する、請求項１５に記載のプローブ・チップ。
【請求項１９】
前記ナノチューブが、前記第１の触媒層の表面に実質的に垂直な方向に延びる、請求項１８に記載のプローブ・チップ。
【請求項２０】
ナノチューブの成長を触媒する能力を有する材料の第２の触媒層であって、前記平らな端部の前記表面の第２の部分を覆う層と、
前記第２の触媒層上に形成された第２のナノチューブと、
をさらに備えた、請求項１５に記載のプローブ・チップ。
【請求項２１】
前記第１の触媒層と前記第２の触媒層が間隔をあけて位置する、請求項２０に記載のプローブ・チップ。
【請求項２２】
ナノチューブの成長を触媒する能力を有する材料の第２の触媒層であって、前記平らな端部の前記表面の第２の部分を覆う層をさらに備え、
前記第２の触媒層が、前記第１の触媒層の表面とは平行ではない実質的に平らな表面を有する、請求項１８に記載のプローブ・チップ。
【請求項２３】
実質的に平らな表面を一端に有するプローブ・チップ支持部材（１６４）を用意するステップを含み、
前記プローブ・チップ支持部材が、次第に細くなるプローブ・チップ支持部材の端部を荷電粒子線ミリングを使用して平らにして、特定のサイズの実質的に平らな表面を提供するステップによって形成され、
さらに、荷電粒子線（１０１）によって活性化されるガス材料を前記平らな表面に向かって導くステップと、
前記平らな表面上で前記荷電粒子線を走査するステップであって、前記荷電粒子線が、荷電粒子線によって活性化される前記ガスとの反応を誘発して、ナノチューブの成長を触媒する能力を有する材料を含む触媒（１８０）を前記平坦な表面に付着させるステップと、
前記材料によって触媒されたプロセスおいて前記触媒上にナノチューブ（１８４）を成長させるステップと、
を含むプローブ・チップの形成方法。
【請求項２４】
実質的に平らな表面を一端に有する前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップが、前記平らな表面から傾斜した側壁を有する支持部材を用意するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記プローブ・チップ支持体を用意するステップが、円錐台の形態の前記支持部材を用意するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップが、次第に細くなるプローブ・チップ支持部材を切断して、ナノチューブを成長させるための、所望の直径および角度を有する第１の表面を提供するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
荷電粒子線によって活性化される前記ガス材料が電子線によって活性化されるガス材料を含み、前記平らな表面上で荷電粒子線を走査するステップが、前記平らな表面上で電子線を走査するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
実質的に平らな表面を一端に有するプローブ・チップ支持部材（１６４）を用意するステップを含み、
前記プローブ・チップ支持部材が、次第に細くなるプローブ・チップ支持部材をある位置で切断して特定のサイズの実質的に平らな表面を提供するステップによって形成され、
前記プローブ・チップ支持体が、前記支持体の平らな表面から前記支持体の中心を通って走る縦軸を有し、次第に細くなるプローブ・チップ支持部材をある位置で切断して所望のサイズの実質的に平らな表面を提供するステップが、前記プローブ・チップ支持部材を切断して前記縦軸に対して垂直ではない平らな表面を提供するステップを含み、
さらに、荷電粒子線（１０１）によって活性化されるガス材料を前記平らな表面に向かって導くステップと、
前記平らな表面上で前記荷電粒子線を走査するステップであって、前記荷電粒子線が、荷電粒子線によって活性化される前記ガスとの反応を誘発して、ナノチューブの成長を触媒する能力を有する材料を含む触媒（１８０）を前記平坦な表面に付着させるステップと、
前記材料によって触媒されたプロセスにおいて前記触媒上にナノチューブ（１８４）を成長させるステップと、
を含むプローブ・チップの形成方法。
【請求項２９】
実質的に平らな表面を一端に有する前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップが、前記平らな表面から傾斜した側壁を有する支持部材を用意するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記プローブ・チップ支持体を用意するステップが、円錐台の形態の支持部材を用意するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記プローブ・チップ支持部材を用意するステップが、次第に細くなるプローブ・チップ支持部材を切断して、ナノチューブを成長させるための、所望の直径および角度を有する第１の表面を提供するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
荷電粒子線によって活性化される前記ガス材料が電子線によって活性化されるガス材料を含み、前記平らな表面上で荷電粒子線を走査するステップが、前記平らな表面上で電子線を走査するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
請求項２８に記載の方法に従って形成されたプローブ・チップ・アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、原子間力顕微鏡法で使用されるものなどの機械式プローブ・チップに関する。詳細には本発明は、プローブのとがった先端に直接に成長させたカーボン・ナノチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、小さなフィーチャのプロファイルを機械的に測定することを目的に、例えば半導体集積回路のバイア・ホールの微小寸法（ＣＤ）を求めることを目的に最近開発されたものである。このようなホールの深さは約１μmであり、幅は１８０ｎｍ以下になろうとしている。フィーチャを詳細に測定するため、フィーチャの上に横たわる片持ち梁の先に極めて微小なプローブ・チップが配置されている。画素動作モードでは、探査するフィーチャの上方を横切る線上の複数の点にプローブ・チップを連続して配置する。片持ち梁は、プローブ・チップがフィーチャの表面と接触するまでプローブ・チップを降下させ、プローブが表面と接触した場所の水平位置と垂直位置の両方が記録される。このような一連の測定によって所望の顕微鏡的なプロファイルが得られる。このような原子間力顕微鏡の一例が、米カリフォルニア州ＳｕｎｎｙｖａｌｅのＳｕｒｆａｃｅ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，Ｉｎｃ．社から出ているＳｔｙｌｕｓ  Ｎａｎｏｐｒｏｂｅ  ＳＮＰである。この原子間力顕微鏡は、Ｇｒｉｆｆｉｔｈ他の米国特許第５３０７６９３号およびＢｒｙｓｏｎ他の米国特許第５７５６８８７号に開示されているロッキング・バランスト・ビーム・プローブ（ｒｏｃｋｉｎｇ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｂｅ）と同様の技術を使用する。
【０００３】
このようなツールを図１の側面図に概略的に示す。いくつかの追加の詳細が、その全体への参照によって本明細書に組み込まれる１９９９年７月１５日出願の米国特許出願第０９／３５４，５２８号に出ている。調査しようとするウェーハ１０または他のサンプルが支持面１２の上に支持されており、支持面１２は順に、傾斜台１４、ｘスライド１６およびｙスライド１８の上に支持されている。ウェーハ１０の水平２次元／傾斜制御を提供するため、これらは全てそれぞれの軸に沿って可動である。機械式のこれらの台は比較的に大きな可動域を有するが、これらの台の最小変位は、プロービングにおいて要求される最小変位に比べて比較的に粗い。一番下のｙスライド１８は振動安定性を提供する重い花崗岩厚板２０の上に載っている。花崗岩厚板２０上にはガントリ２２が支持されている。中間の圧電アクチュエータ２６を介してガントリ２２から垂直ｚ方向にプローブ・ヘッド２４が下がっている。圧電アクチュエータ２６は、圧電管の壁に取り付けられた電極間に印加された電圧によって約１０ｇｍの運動（ｘ、ｙ、ｚ）を提供する。取り付けられたごく小さなプローブ・チップ２８を有するプローブ・アセンブリがプローブ・ヘッド２４から下向きに突き出して、プローブ・チップ２８をウェーハ１０の上面と選択的に係合させ、それによってウェーハ１０の垂直および水平寸法を決定する。
【０００４】
図１のプローブ・ヘッド２４の主要部品を図２の側断面図に示す。圧電アクチュエータ２６の下面に固定された誘電支持体３０は、図２に関してその上面に磁石３２を含む。誘電支持体３０の下面には、分離された２枚のコンデンサ・プレート３４、３６および相互接続された２つのコンタクト・パッド３８が付着されている。
【０００５】
梁４０はその２つの側面の中央で固定されており、さらに２つの強磁性金属玉軸受４２に電気的に接続されている。梁４０は、導電性を持つよう濃くドープされたシリコンからなることが好ましく、玉軸受と良好に電気接触するように表面に薄い銀層が付着されている。この２つの玉軸受４２はそれぞれ、２つのそれぞれのコンタクト・パッド３８に接して、一般にコンデンサ・プレート３４と３６の間に置かれ、磁石３２が、強磁性軸受４２およびこれに取り付けられた梁４０を誘電支持体３０に保持する。取り付けられた梁４０は、誘電支持体３０と概ね平行な位置に保持され、コンデンサ・プレート３４、３６と梁４０の間には釣合いのとれた約２５μｍの垂直のすき間４６がある。この垂直すき間の不釣合いは約２５μｍの揺動を可能にする。梁４０はその遠位端に、スタイラス５０が固定されたガラス・タブ４８を保持する。スタイラス５０は、下方へ突き出してプロービング中のウェーハ１０の上面と選択的に係合するプローブ・チップ２８を有する。
【０００６】
それぞれのコンデンサ・プレート３４、３６と導電性の梁４０の間には２つのコンデンサが形成されている。コンデンサ・プレート３４、３６、および導電性梁４０に共通に電気接続された２つのコンタクト・パッド３８は、図示されていない３本の電線によって外部測定／制御回路の３つの端子に別々に接続されている。このサーボ系は２つの両方の静電容量を測定し、２つのコンデンサ・プレート３４、３６に差動電圧を印加してそれらを釣合いのとれた位置に保つ。圧電アクチュエータ２６がスタイラス５０を、スタイラス５０がプロービング中のフィーチャと接触する地点まで降下させると、プローブ・チップ２８とウェーハ１０が接触したときに梁４０が揺動する。プレート３４、３６間の静電容量の差が検出され、サーボ回路は、スタイラス５０がウェーハ１０に加えている正味の力に等しい差動電圧を２つのコンデンサに印加することによって、梁４０を再び釣り合わせようとする。この力がしきい値を超えたときに，圧電アクチュエータ２６の垂直位置がフィーチャの深さまたは高さの指示として使用される。
【０００７】
このタイプのＡＦＭおよび他のタイプのＡＦＭは、１８０ｎｍ×１μｍのホールのプロファイル測定に対して十分以上の精度の制御要素および感知要素を有する。しかしこのプローブ・チップは、半導体製造において求められる高度に異方的なホールのプロファイル測定、ならびにＤＮＡ鎖などの測定などの他の用途に難点がある。プローブ・チップは長く、細く、堅い必要がある。その長さは、少なくともプロービング中のホールの深さに等しい必要があり、その長さ全体を通じてその幅が、ホールの幅よりも狭い必要がある。相当に堅いプローブ・チップは、傾斜した表面によって曲げられたプローブ・チップによって導入される偏りを低減させる。
【０００８】
一般的に普及している１つのタイプのプローブ・チップは、Ｍａｒｃｈｍａｎの米国特許第５３９５７４１号および５４８００４９号、ならびにＦｉｌａｓおよびＭａｒｃｈｍａｎの米国特許第５７０３９７９号に開示されているものなどの、成形シリカ・チップである。細いシリカ繊維の端をエッチング液に下向きに漬ける。このエッチングによって、繊維の表面近くに次第に細くなった部分が形成され、時間を注意深く調整すると、より深い部分の繊維がずっと小さな直径の円筒にエッチングされる。このチップ製造は比較的に簡単であり、先端から遠いより太い繊維は小さなチップの良好な機械的支持を提供する。しかし、この累進的エッチング法によって、次第に細くなる部分だけからなるプローブ・チップではなく、より望ましい円筒形のプローブ・チップを得ることは難しい。また、シリカは比較的に軟かく、比較的に硬い基板に絶えず押しつけられるので、その寿命は限定される。
【０００９】
ＡＦＭプローブ・チップの有望な１つの技術はカーボン・ナノチューブを含み、カーボン・ナノチューブは、ニッケルなどの触媒金属の薄層で覆われたガラスなどの絶縁体表面から垂直に自発的に成長させることができる。カーボン・ナノチューブは、５から２０ｎｍの直径、１μｍをかなり超える長さに成長させることができる。ナノチューブは、単壁ナノチューブとしてまたは多壁ナノチューブとして形成することができる。単壁ナノチューブは、黒鉛型の結合を持つ六方晶構造に配置された炭素原子からなる原子レベルの薄さの円筒形のシートである。多壁ナノチューブでは、複数の壁が互いに結合し、極めて頑丈な四面体結合構造をとる。カーボン・ナノチューブの弾性率はシリカのそれに比べてかなり大きい。したがってナノチューブは、原子間力顕微鏡法によく適した非常に堅く非常に細いプローブ・チップを提供する。さらに、カーボン・ナノチューブは導電性であり、そのため、カーボン・ナノチューブは、プローブ・チップに電流を流すことに依拠した走査トンネル顕微鏡法および他の形態のプロービングによく適している。Ｄａｉ他は、手作業によるナノチューブ・プローブ・チップの製造を、「Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｓ  ｎａｎｏｐｒｏｂｅｓ  ｉｎ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」、Ｎａｔｕｒｅ、３８４巻、１９９６年１１月１４日、１４７〜１５０頁に記載している。
【００１０】
Ｒｅｎ他が「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｌａｒｇｅ  ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  ｗｅｌｌ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８２巻、１９９８年１１月６日、１１０５〜１１０７頁で明確に示しているように、ナノチューブは一般に、多数のナノチューブが表面に同時に形成し、複数のナノチューブが絡み合い、または林立するという欠点を有する。そのため、１本のナノチューブをいくぶん小さなプローブ・チップ支持体に貼り付ける作業が残っている。Ｄａｉ他は、プローブ端のシリコン角錐の先端を接着剤で覆う１つの組立方法を開示している。次いで、接着剤で覆ったシリコンの先端をナノチューブの束になでつけ、その束から１本のナノチューブを引き抜く。この方法は、光学顕微鏡と電子顕微鏡の両方が必要な費用と手間がかかる方法であると考えられる。さらに、ナノチューブの最終的な方向を制御することがほとんどできず、半導体フィーチャの分析に必要な精度はとても得られない。Ｃｈｅｕｎｇ他はナノチューブを成長させ移し替える他の方法を、「Ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｔｉｐｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７６巻、２１号、２０００年５月２２日、３１３６〜３１３８頁に記載している。しかし、この方法は、非常に細い単一のナノチューブでは方向の制御が不十分であり、またはナノチューブ束では複雑な移し替え機構が必要となる。
【００１１】
Ｒｅｎ他は、分離したナノチューブを成長させる方法を、「Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ  ｍｕｌｔｉｗａｌｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｏｎ  ｅａｃｈ  ｎａｎｏｎｉｃｋｅｌ  ｄｏｔ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７５巻、８号、１９９９年８月２３日、１０８６〜１０８８頁に記載している。この方法では、シリコン上に１５ｎｍのニッケルを付着させ、これに、１００ｎｍを多少超えるサイズのニッケル・ドット（ｎｉｃｋｅｌ  ｄｏｔ）からなる格子のパターンを形成する。アセチレンおよびアンモニアを使用したプラズマ化学蒸着によって、それぞれのドット上に、基部の直径が約１５０ｎｍで先端がとがったオベリスク形の単一のナノチューブを生み出す。しかし、Ｒｅｎ他は、ニッケルにぴったりと接着していると自ら記述しているこのようなナノチューブを、ニッケルめっきした基板からプローブ端に移し替える難題には言及していない。
【００１２】
Ｃｈｅｕｎｇ他は、分離したナノチューブを成長させる他の方法を、「Ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｔｉｐｓ：Ｄｉｒｅｃｔ  ｇｒｏｗｔｈ  ｂｙ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、９７巻、８号、２０００年４月１１日、３８０９〜３８１３頁に開示している。この方法では、シリコン・チップ（ｔｉｐ）に異方性ホールをエッチングし、ホールの底に触媒鉄または酸化鉄を付着させる。このホールからカーボン・ナノチューブが成長する。しかし、このような制限された幾何形状の中での成長は不利であり、多壁ナノチューブよりもむしろ単壁ナノチューブに都合がよいと考えられる。さらに、この方法では、成長させるナノチューブの数およびサイズの制御が限定されたものになる。
【００１３】
したがって、単一のカーボン・ナノチューブまたは制御された数のナノチューブを有するプローブ・チップを形成するより効率的な方法が求められている。さらに、プローブ端およびプローブ・チップの構造は、プローブの組立を容易にし、その頑丈さに寄与するものでなければならない。
【特許文献１】米国特許第５３０７６９３号
【特許文献２】米国特許第５７５６８８７号
【特許文献３】米国特許出願第０９／３５４，５２８号
【特許文献４】米国特許第５３９５７４１号
【特許文献５】米国特許第５４８００４９号
【特許文献６】米国特許第５７０３９７９号
【特許文献７】米国特許第５１４９９７４号
【特許文献８】米国特許第５８５１４１３号
【特許文献９】米国特許第５４３５８５０号
【非特許文献１】Ｄａｉ他、「Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｓ  ｎａｎｏｐｒｏｂｅｓ  ｉｎ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」、Ｎａｔｕｒｅ、３８４巻、１９９６年１１月１４日、１４７〜１５０頁
【非特許文献２】Ｒｅｎ他、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｌａｒｇｅ  ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  ｗｅｌｌ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８２巻、１９９８年１１月６日、１１０５〜１１０７頁
【非特許文献３】Ｃｈｅｕｎｇ他、「Ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｔｉｐｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７６巻、２１号、２０００年５月２２日、３１３６〜３１３８頁
【非特許文献４】Ｒｅｎ他、「Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ  ｍｕｌｔｉｗａｌｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｏｎ  ｅａｃｈ  ｎａｎｏｎｉｃｋｅｌ  ｄｏｔ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７５巻、８号、１９９９年８月２３日、１０８６〜１０８８頁
【非特許文献５】Ｃｈｅｕｎｇ他、「Ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｔｉｐｓ：Ｄｉｒｅｃｔ  ｇｒｏｗｔｈ  ｂｙ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、９７巻、８号、２０００年４月１１日、３８０９〜３８１３頁
【非特許文献６】ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ  Ｅｔｃｈａｎｔｓ、Ｗａｌｋｅｒ他編、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、１９９１、８５７〜８７５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって本発明の目的は、制御された数のナノチューブが取り付けられたＡＦＭプローブ・チップ・アセンブリなどの構造を形成する改良された方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本明細書に記載し請求する発明の好ましい実施形態は、傾斜した側面および概ね平らなまたは平坦な端部を有するように、すなわち傾斜したメサの形に成形されたプローブ支持体を備える。カーボン・ナノチューブの成長を触媒する能力を有するニッケルまたは他の触媒材料を特定の方向からこのプローブ端に付着させる。次いでこの触媒材料を、単一のカーボン・ナノチューブの成長を触媒するのに十分な触媒材料がメサ上面に残るように等方的にエッチングする。一般に、メサの上面の触媒ドットの直径にほぼ等しい底面直径を有するナノチューブが成長する。
【００１６】
本発明の他の好ましい実施形態では、平らな端部が傾くように、すなわち平らな端部がプローブ支持体の縦軸に対して垂直とならないようにプローブ支持体を形成する。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施形態では、電子線付着などの荷電粒子線付着を使用してプローブ端に触媒材料を直接に付着させることができる。
【００１８】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより理解できるように、本発明の特徴および技術的利点をおおまかに概説した。本発明の追加の特徴および利点は後に説明される。開示した概念および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を実施するために他の構造を修正しまたは設計するための基礎として容易に利用ができることを当業者は理解されたい。さらに、このような等価の構造は、添付の請求項に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解されたい。
【００１９】
次に、本発明および本発明の利点をより完全に理解できるように、以下の説明および添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブまたは他のタイプのマイクロプローブに簡単に取り付けるのによく適した狭い支持構造上に単一のカーボン・ナノチューブまたは制御された数のナノチューブを製造することを可能にする。
【００２１】
本明細書に記載し請求する本発明の好ましい一実施形態では、プローブの端を、傾斜した側面と概ね平らな端面とを有するように、すなわち傾斜したメサ（ｍｅｓａ：テーブル形の台地）の形に成形する。メサの上面の直径は２０から３００ｎｍであることが好ましい。カーボン・ナノチューブの成長を触媒するニッケルまたは他のある材料をプローブ端に特定の方向から付着させる。メサ形の幾何形状のため、その下の表面から測定した付着したニッケルの厚さは、メサの側面よりもメサの上面のほうが厚い。次いでこのニッケルを等方的にエッチングする。エッチング時間は、メサの側面のニッケルは十分に除去されるが、メサの上面には、単一のカーボン・ナノチューブの成長を触媒するのに十分な厚さのニッケルが残る時間とする。一般に、底面の直径がメサの上面のニッケル・ドットの直径にほぼ等しいナノチューブが成長する。
【００２２】
本発明のこの実施形態によれば、図３に示す支持構造６０を形成する。この構造は、比較的にがっしりした上部６２と、約５０ｎｍ未満の曲率半径を有する鋭い先端６６を有する成形されたチップ（成形チップ）６４とを有する。上部６２と成形チップ６４は、プローブ・チップのスケールで見て共通の縦軸を有する。支持構造６０は、プロービング中のサンプルの上に載った、顕微鏡内でのその意図する最終的な使用の方向に示されている。支持構造６０は、Ｍａｒｃｈｍａｎの石英（シリカ）繊維とすることができる。成形チップ６４は、１２５μｍ繊維の端を、油層で覆われたフッ化水素酸（ＨＦ）浴に入れ、それを、この繊維の端がエッチングされてとがった点になる十分な時間そのままにしておくことによって形成する。すなわち、Ｍａｒｃｈｍａｎチップの円筒が完全に除去されるまでエッチングを続ける。ＨＦが繊維を完全に溶解する点が鋭い先端６６を確定する。あるいは、特にサファイア繊維に対しては、研磨および研削によって成形されたチップを画定することもできる。成形チップ６４の形状は厳密に円錐形である必要はないが、最終的に組み立てられたプローブに機械的安定性を提供するために、鋭い先端６６と比較的にがっしりした繊維６２の間に傾斜した部分があると有利である。
【００２３】
次いで支持構造６０を、図４の断面図に示す線６８に沿って、集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）ミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）にかける。この実施形態ではこの線が、支持構造の軸を横切り、成形チップ６４の所定の幅のところを通過する線である。この所定の幅は、最終的なカーボン・ナノチューブの幅とぴったりと一致し、例えば１００ｎｍとすることができる。ＦＩＢミリングはマイクロ機械加工の周知の技法であり、一般にガリウム・イオンの集束ビームを利用して、最小分解能約５ｎｍで構造をミリングする。このようなシステムの１つが、米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から出ているＦＩＢ  ２００ＴＥＭである。他のミリング技法、例えば他のタイプの荷電粒子線ミリングを使用することもできるが、ＦＩＢミリングが有効かつ経済的である。
【００２４】
このミリングは、平らな端部７０と傾斜した側壁７２とを有する図５の断面図に示された成形チップ６４’を生み出す。次いで、図６の断面図に示すように、プローブ・チップ６４’の表面に、ニッケルまたは他の触媒金属の膜７６を、好ましくは成形チップ６４’の縦軸に沿って金属原子をスパッタリングすることによって特定の方向から付着させる。縦軸に沿って測定した付着物の厚さは、成形チップ６４’の平らな端部７０の領域と傾斜した側壁７２で実質的に一定である。しかし、その下の表面から垂直に測定した厚さは、平らな部分７０の上の領域のほうが傾斜した側壁７２の上の領域よりも実質的に厚い。この結果は主としてその幾何形状に起因する。プローブ・チップがチップ角２θを有し、付着が完全に異方的であるとした場合、側壁における厚さは、ｓｉｎθに端部での厚さを掛けたものになる。例えば２θ＝３１．３°の場合には、側壁における厚さは端部における厚さの２７％である。スパッタリングは、ニッケル・ターゲットを使用したイオン・スパッタリング・システムで実行することができる。このようなシステムの１つが、米カリフォルニア州ＰｌｅａｓａｎｔｏｎのＧａｔａｎ社のＭｏｄｅｌ  ６８１  Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｃｏａｔｅｒである。通常は分子線エピタキシに関連した分子線技法などの他のタイプの付着も可能である。
【００２５】
図７の断面図に示すように、ニッケルめっきした成形チップ６４’を、チップ側壁７２からニッケルが十分に除去され、チップ端部７０のニッケル・ドット８０は残されるだけの時間、ニッケルの等方性エッチングにかける。ナノチューブの成長を触媒するニッケル・ドット８０の領域ではニッケルの最小厚さが約１５から２０、好ましくは３０から４０ｎｍであることが望ましい。厚さを低い値１５ｎｍとし、チップ角２θを３１．３°とすると、側壁の初期厚さ７ｎｍのニッケルの除去中に端部のニッケルが薄くなることを考慮して、チップ端部７０の領域には約２７ｎｍのニッケルを異方的に付着させる必要がある。エッチング時間は、側壁のニッケルが除去され、端部のニッケルが十分に残される時間エッチングが継続されるように制御する必要があることは明らかである。
【００２６】
エッチングの前にニッケルを酸化したほうが有利な場合もあり、一般に、空気にさらされたニッケルの表層はどのみち酸化する。ニッケルおよび酸化ニッケルの等方性エッチング液は、ＣＲＣ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ  Ｅｔｃｈａｎｔｓ、Ｗａｌｋｅｒ他編、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、１９９１、８５７〜８７５頁の表に記載されているように数多く知られており、これには、ニッケル用の希硝酸および硫酸、ならびに酸化ニッケル用の水酸化アンモニウムが含まれる。
【００２７】
ニッケル・ドット８０は、図８の断面図に示す単一のカーボン・ナノチューブ８４を成長させるための小さな触媒領域を提供する。Ｒｅｎ他およびＣｈｅｕｎｇ他は先に挙げた文献に、ナノチューブの選択成長法を記載している。ナノチューブ８４の直径は、成形チップ６４’の平らな端部７０の直径または横方向の平均長に概ね一致する。非円形端部８０に関しては、ナノチューブの直径は、平らな端部の横方向の最小長にほぼ等しい。
【００２８】
ナノチューブを成長させる長さを制御することは難しいことが分かっている。したがって、カーボン・ナノチューブを例えばＦＩＢミリングで決められた長さに切断する追加のステップの実行が必要になる可能性がある。
【００２９】
図８に示したプローブ構造は、図３に示した比較的に頑丈な支持構造６２を含み、このプローブ構造は、ＡＦＭまたは他の顕微鏡のプローブにスタイラスを使用して取り付ける準備ができている。
【００３０】
記載した方法では、成形チップの側壁がチップ端から傾斜している必要がある。必要な差動／等方性エッチングを達成するためには、この傾斜が平面から少なくとも６０°であることが好ましい。この差動コーティングは９０°の傾斜すなわち垂直な側壁でも機能する。このような形状は、ニッケル付着の前に例えば直径１００ｎｍの円筒または同様の大きさの長方形の角柱を、円錐チップ６４の先端６６の形状にＦＩＢミリングすることによって生み出すことができる。
【００３１】
上に記載した実施形態は、円錐チップの軸に沿って延びるカーボン・ナノチューブを生み出す。しかし、図９の断面図に示す他の実施形態では、傾いた平らな端部７０’を有するように円錐チップ６４をミリングすることによって成形チップ６４”を形成する。すなわち、平らな端部７０’は、繊維または成形チップ６４”の軸に対して垂直ではない。次いで、ニッケル８０の付着およびカーボン・ナノチューブ８４の成長を先に説明したとおりに実行する。この構成は、やや幅の広いホールの底辺にある非常に狭いフィーチャ、例えば半導体プロセスで生じる幅の狭いトレンチのコーナに生じるパンチスルーをプロービングするのに特に有効である。
【００３２】
以上の説明は石英繊維から形成された支持構造を含むが、＜００１＞シリコンの＜１１１＞平面の優先エッチングによって、２θ＝７０．５°の頂角を有する角錐を形成することができることが知られている。これは、平面から５４．７４°の傾斜に相当する。シリコン角錐上にしばしば窒化シリコンの薄層がコーティングされる。切断後、正方形の端面が形成される。その下のシリコンはＡＦＭプローブに非常に容易に取り付けられる。Ｃｈｅｕｎｇ他は、硬い表面を横切って角錐を引きずることによって角錐の頂点に平らな表面を切削する方法を記載している。このような表面は完全に平らではないかもしれないが、おそらく平面から１０°未満しか外れない。支持構造を他の材料とすることもできる。
【００３３】
ニッケルだけが、ナノチューブの成長を触媒する可能な材料というわけではない。鉄および酸化鉄も使用されている。コバルトも触媒として使用することができる。これらの触媒材料は全て、本明細書に記載のプロセスで使用することができる。
【００３４】
以上に記載したステップの中に特に難しいステップまたは問題のあるステップはない。ＦＩＢミリングは、容易かつ確実に実行されることが示されている。そのため、本発明に従って生み出されるプローブ・チップは比較的に経済的である。さらに、スパッタ・コーティングおよび等方性エッチングは、共通のチップ・ホルダに取り付けられた多数のプローブ・チップに対して同時に実行することができ、それによって本発明の製造方法の効率をさらに向上させることができる。
【００３５】
この実施形態に従って生み出されるカーボン・ナノチューブは、ニッケルまたは他の触媒材料の実質的に平らな明確に画定された領域に成長させる。それによって、チップの直径および方向がよく制御される。カーボン・ナノチューブ・チップは高い剛性を有し、継続使用時の摩耗に対して高いじん性を有することがよく知られている。
【００３６】
本明細書に記載し請求する本発明の好ましい他の実施形態では、プローブ支持体などの構造上に触媒材料を、電子線付着などの荷電粒子線付着を使用して直接に付着させることができる。電子線誘発付着では、当技術分野ではよく知られているように、電子線の存在下で分解し基板表面に材料を付着させるガスを使用して基板表面に材料を付着させることができる。
【００３７】
好ましい一実施形態によれば、傾斜した側面と概ね平らな端部とを有するプローブ支持体を先に論じたように準備する。走査型電子顕微鏡などの電子線システムを使用して、プローブ支持体の平らな端部の表面の所望の部分を横切って微細集束電子線を走査する。一般に、加工物の表面に前駆物質ガスを、通常は電子線の照射位置の近くに挿入された微細な針を通して導く。このガスは、電子線の電子によって、またはおそらくは電子線が表面に当たったときに発生した２次電子によって揮発性成分と不揮発性成分とに分解する。不揮発性成分は表面に付着し、揮発性成分はポンプによって排出される。例えば、ジコバルトオクタカルボニル・ガスからは表面に付着したコバルトの層が得られ、ニッケルアセチルアセトナート類、ニッケルシクロペンタジエニル、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）ニッケル化合物、ＴＰＰニッケルカルボニル化合物、またはニッケルカルボニルのガスはニッケルの付着に使用できる。
【００３８】
電子線付着では、付着させる触媒の位置、形状、方向および厚さを正確に制御することができる。触媒は、一般に５から２５ｎｍの非常に小さな直径を有する層として付着させることができる。このような触媒「ドット」の直径が小さいことは、所望の位置にカーボン・ナノチューブを確実に１つだけ成長させるのに役立つ。例えば先に論じたとおりにプローブ支持体の平らな端部に触媒層を付着させる場合には、触媒層は、平らな端部全体に、または平らな端部の一部分だけに付着させることができる。
【００３９】
図１０は、プローブ支持体１６４の平らな端部の一部分だけを覆う触媒ドット１８０を示す断面図である。図１０に示した本発明の実施形態によれば、プローブ支持体の平らな端部などの基板の表面の一部分だけを覆うように触媒ドットを付着させる場合には、触媒ドットを実質的に均一な厚さを有する薄膜として付着させて、平らな触媒層の表面を基板の表面と実質的に平行にすることが好ましい。図１０に示すように、これによって一般に、プローブ支持体および触媒の表面に垂直でプローブ支持体１６４の縦軸に平行なナノチューブ１８４が得られる。触媒ドットの形状は一般に円形であり、やはり図１０に示すように、触媒ドット１８０の外径は、触媒上に成長するナノチューブ１８４の直径に実質的に一致する。非円形の触媒層では、触媒上に成長するナノチューブの直径は触媒層の横方向の最小寸法に実質的に等しい。
【００４０】
当技術分野ではよく知られている可傾式加工物台の使用によって、任意の角度のプローブ支持面に触媒を付着させることができる。例えば、先に論じたとおり図９では、成形チップ６４”の平らな端部が成形チップ６４”の縦軸に対して垂直ではない。傾斜したこのような表面に触媒層を付着させるため、傾斜した表面に対して電子線が垂直になるように加工物台を傾けることができる。
【００４１】
他の好ましい実施形態では、触媒層の表面がプローブ支持体の平らな表面と平行にならないように触媒層を付着させることによって、ナノチューブの方向をさらに制御することができる。図１１に、厚さが実質的に不均一な触媒層１８０を示す。言い換えると、図１１に示した触媒層１８０は一方の側が厚くもう一方の側が薄い。これによって、プローブ支持体１６４の平らな表面に対して触媒層の表面が傾く。あるいは、プローブ支持体に第２の材料の追加の層を、この追加の層の表面がプローブ支持体の平らな表面と平行にならないように付着させ、この追加の層の上に触媒を付着させることもできる。ナノチューブは触媒表面に実質的に垂直に成長するので、傾斜した触媒層（または傾斜した第２の材料の層の上に付着させた均一な触媒層）によって、たとえプローブ支持体の平らな表面が別の角度であったとしても、ナノチューブ１８４を所望の角度で成長させることができる。触媒表面が所望の幾何形状となるように触媒を付着させることができるが、触媒表面が実質的に平らである場合には、ナノチューブの方向を制御するのに有利である。
【００４２】
しかし、触媒表面が平らでないほうが望ましい応用があることを当業者は理解しよう。例えば、丸い表面を有する比較的に大きな触媒層を使用して、異なる角度で成長した多数のナノチューブを有する中世の鎚矛（ｍａｃｅ）によく似た構造を生み出すことができる。当業者はさらに、触媒層の電子線付着によって、例えば単一のプローブ支持体上に２つ以上の触媒ドットを付着させることができることを理解しよう。これによって複数のナノチューブが得られ、各ナノチューブの数および方向の正確な制御が可能になる。図１２は、プローブ支持体１６４の平らな端部に付着させた２つの触媒ドット１８０を示す断面図である。触媒ドットはそれぞれ、プローブ支持体の表面およびもう一方の触媒ドットの表面に対して傾いた平らな触媒表面を有する。図１２に示すように、これによって、プローブ支持体１６４上に、他方のナノチューブとは異なる方向を有する２つのナノチューブ１８４を成長させることができる。
【００４３】
図１３に、本発明を実施するための電子線システム１３００の一実施形態を示す。図１３に示した電子線システムは、電子線塔１００、試料真空室２００、反応物質送達システム３００およびユーザ制御ステーション４００を含む。
【００４４】
カソード１１０とアノード１２０の間に電圧を印加することによってカソード１１０から電子線１０１を発射させる。集光レンズ制御回路４３０によって制御された集光レンズ１３０および対物レンズ制御回路４５０によって制御された対物レンズ１５０によって電子線１０１を微小な点に集束させる。偏向制御回路４４０によって制御された偏向コイル１４０によって、電子線１０１を試料上で２次元走査する。集光レンズ制御回路４３０、対物レンズ制御回路４５０および偏向コイル制御回路４４０の動作は制御ユニット４８０によって制御される。
【００４５】
電子線１０１を、基板上にパターン形成された金属膜吸収材を有するフォトリソグラフィ・マスクなどの加工物２２０上に集束させる。加工物２２０は、試料真空室２００内の可動台２１０の上に位置する。試料真空室２００は、電荷中和システム１７０を含み、さらに、加工物のイメージを生成するのに適した２次粒子を検出するための２次電子検出器１６０を含む。電荷中和システム１７０および２次電子検出器１６０の動作は制御ユニット４８０によって制御される。２次電子検出器１６０はさらに増幅器４６０に接続される。増幅された信号はディジタル信号に変換され、信号処理ユニット４７０による信号処理にかけられる。得られたディジタル信号は、偏向制御回路４４０からの信号とともにＣＰＵなどの制御ユニット４８０によって使用され、加工物２２０のイメージをモニタ４９０上に表示する。
【００４６】
制御ユニット４８０は、モニタ４９０上に表示されたイメージを用いて偏向制御回路４４０を調整する。そのため例えばオペレータは、入力装置４９２を使用して、電子線を走査する領域をモニタ４９０上で指示することができる。次いで制御ユニット４８０は、オペレータの入力に従って電子線を走査するのに適当な電圧を偏向コイル１４０に印加するよう偏向制御ユニット４４０に指示することができる。制御ユニット４８０はさらに、２次電子検出器１６０からの入力を自動的にまたは半自動的に解釈して、加工物２２０の表面の材料の種類を区別することができ、次いで走査する領域を決定し、決定された領域を走査するよう偏向制御ユニット４８０に指示することができる。
【００４７】
図示の反応物質送達システム３００は送達管路３４０に接続されたリザーバ３１０を含み、送達管路３４０は、加工物２２０の表面に反応物質を送達するためのノズルとして形成された遠位部分を有する。図示の反応物送達システム３００は、加工物２２０の表面に送達中の反応物質の送達管路３４０内での送達圧力を測定する、送達管路３４０に結合されたマノメータ（液注圧力計）３２０を含む。マノメータ３２０はさらに電動弁要素３３０に結合する。電動弁要素３３０は、送達管路３４０を通るリザーバ３１０の反応物質の流量を増大させまたは低減させるように選択的に制御可能である。図１３に示したマノメータ３２０と電動弁要素３３０の構成はフィードバック制御系を構成する。この系では、マノメータ３２０が送達管路３４０内の送達圧力を測定し、電動弁要素３３０を選択的に制御して、反応物質の流量を増大または低下させ、それによって選択された送達圧力を維持する。
【００４８】
適当な電子線システムは例えば、本出願の譲受人である米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から市販されているＤｕａｌ  ｂｅａｍ  ＦＩＢ／ＳＥＭ  Ｍｏｄｅｌ  ＤＢ２３５である。好ましい１つのタイプのガス送達システムが、「Ｇａｓ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｆｏｒ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｔｃｈｉｎｇ」に対してＫｉｒｃｈ他に発行された米国特許第５１４９９７４号に詳細に記載されている。他のガス送達システム、例えば「Ｇａｓ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｆｏｒ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」に対してＣａｓｅｌｌａ他に発行された米国特許第５８５１４１３号、または「Ｇａｓ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」に対してＲａｓｍｕｓｓｅｎに発行された米国特許第５４３５８５０号に記載されているガス送達システムを使用することもできる。加工物の表面に適当な量のガスを送達し、一方で電子線のために十分な真空を維持するものである限り、任意のタイプのガス送達システムを使用することができる。例えば、ガスの供給源は真空室の内部または外部に配置することができる。
【００４９】
本発明およびその利点を詳細に説明したが、さまざまな変更、置換えおよび修正を、添付の請求項に定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく本明細書に記載の実施形態に加えることができることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書に記載したプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されない。本明細書に記載した対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行しまたは実質的に同じ結果をもたらす、現存し、または後に開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを本発明に従って利用できることは、本発明の開示から当業者には容易に理解されるであろう。したがって添付の請求項は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来技術の揺動梁式原子間力顕微鏡の概略側面図である。
【図２】図１の従来技術の原子間力顕微鏡の一部分の側断面図である。
【図３】従来技術において使用可能な次第に細くなるチップを有するプローブ端の側断面図である。この図には鋭いプローブ端の拡大図が含まれる。
【図４】図３のプローブ端の切断位置を示す断面図である。
【図５】切断されたプローブ端を示す断面図である。
【図６】ニッケルまたは他の触媒材料の方向性付着を示す断面図である。
【図７】プローブの切断された端部にだけ形成されたニッケル・ドットを示す断面図である。
【図８】ニッケル・ドット上に成長させたナノチューブを示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図１０】プローブ支持体の平らな端部の一部分だけを覆う触媒ドット上に成長させたナノチューブを示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図１２】プローブ支持体の平らな端部に付着させた２つの触媒ドット上に成長させた２本のナノチューブを示す断面図である。
【図１３】本発明を実施するための電子線システムを示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ウェーハ
１２  支持面
１４  傾斜台
１６  ｘスライド
１８  ｙスライド
２０  花崗岩厚板
２２  ガントリ
２４  プローブ・ヘッド
２６  圧電アクチュエータ
２８  プローブ・チップ
３０  誘電支持体
３２  磁石
３４  コンデンサ・プレート
３６  コンデンサ・プレート
３８  コンタクト・パッド
４０  梁
４２  玉軸受
４６  垂直すき間
４８  ガラス・タブ
５０  スタイラス
６０  支持構造
６２  上部
６４  成形チップ
６４’  成形チップ
６４”  成形チップ
６６  先端
７０  平らな端部
７２  傾斜した側壁
７６  触媒金属膜
８０  ニッケル・ドット
８４  ナノチューブ
１６４  プローブ支持体
１８０  触媒ドット
１８４  ナノチューブ
１００  電子線塔
１０１  電子線
１１０  カソード
１２０  アノード
１３０  集光レンズ
１４０  偏向コイル
１５０  対物レンズ
１６０  ２次電子検出器
１７０  電荷中和システム
２００  試料真空室
２１０  可動台
２２０  加工物
３００  反応物質送達システム
３１０  リザーバ
３２０  マノメータ
３３０  電動弁要素
３４０  送達管路
４００  ユーザ制御ステーション
４３０  集光レンズ制御回路
４４０  偏向コイル制御回路
４５０  対物レンズ制御回路
４６０  増幅器
４７０  信号処理ユニット
４８０  制御ユニット
４９０  モニタ
４９２  入力装置
１３００  電子線システム
【図１】
2005241631.tif 000003
【図２】
2005241631.tif 000004
【図３】
2005241631.tif 000005
【図４】
2005241631.tif 000006
【図５】
2005241631.tif 000007
【図６】
2005241631.tif 000008
【図７】
2005241631.tif 000009
【図８】
2005241631.tif 000010
【図９】
2005241631.tif 000011
【図１０】
2005241631.tif 000012
【図１１】
2005241631.tif 000013
【図１２】
2005241631.tif 000014
【図１３】
2005241631.tif 000015