(57)【要約】【課題】探針の被加工体表面からの距離を適正に制御し、被加工体を精度良く加工する。【解決手段】ステージ上の被加工体表面から所定の距離にある探針と（ステップＳ１）、そのステージの間に、交番電圧を印加し（ステップＳ２）、被加工体の容量変化を含む信号を検出する（ステップＳ３）。検出された信号から、印加した交番電圧の周波数の、所定の自然数倍の周波数に同期した成分を抽出し（ステップＳ４）、抽出されたその成分を用い、探針の被加工体表面からの距離を制御する（ステップＳ５）。その探針とステージの間に電圧を印加し、被加工体を加工する（ステップＳ６）。【選択図】図２
2013205376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針をステージ上の被加工体表面から第１距離に配置する工程と、
前記第１距離に配置された前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加して前記被加工体の容量変化を含む第１信号を検出する工程と、
検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分である第２信号を抽出する工程と、
抽出された前記第２信号を用いて前記探針を前記被加工体表面から第２距離に配置する工程と、
前記第２距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に第１電圧を印加して前記被加工体を加工する工程と
を含む
ことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の、前記第２信号とは異なる自然数倍の周波数に同期した成分である第３信号を抽出する工程と、
抽出された前記第３信号を用いて、前記探針を前記被加工体表面から第３距離に配置する工程と、
前記第３距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に第２電圧を印加して前記被加工体を加工する工程と
を更に含む
ことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
前記探針を前記被加工体表面から前記第２距離に配置する工程では、抽出された前記第２信号の強度が所定値となるように、前記探針を前記被加工体表面から前記第２距離に配置し、
前記探針を前記被加工体表面から前記第３距離に配置する工程では、抽出された前記第３信号の強度が前記所定値となるように、前記探針を前記被加工体表面から前記第３距離に配置する
ことを特徴とする請求項２に記載の加工方法。
【請求項４】
前記被加工体を加工する工程後に、前記探針を前記ステージの平面方向に移動する工程を更に含む
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の加工方法。
【請求項５】
探針と、
被加工体が配置されるステージと、
前記探針の、前記ステージに配置された前記被加工体表面からの距離を制御する制御部と、
前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加する第１電源部と、
前記第１電源部によって前記交番電圧が印加された時の前記被加工体の容量変化を含む信号を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記成分を用いて前記探針の前記被加工体表面からの距離の制御に用いる情報を生成する回路部と、
前記回路部によって生成された前記情報を用いて前記制御部により前記被加工体表面からの距離が制御された前記探針と、前記ステージとの間に、電圧を印加する第２電源部と
を含む
ことを特徴とする加工装置。
【請求項６】
前記回路部は、前記抽出部によって抽出された前記成分の強度が所定値となるように前記探針の前記被加工体表面からの距離を制御する前記情報を生成する
ことを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
【請求項７】
前記探針と前記第２電源部とを電気的に接続する芯線と、
前記芯線を被覆し、前記ステージに電気的に接続された被覆線と
を有する同軸配線を含む
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の加工装置。
【請求項８】
コンピュータに、
加工装置の制御部によって、前記加工装置の探針を前記加工装置のステージ上の被加工体表面から第１距離に配置し、
前記加工装置の第１電源部によって、前記第１距離に配置された前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加し、
前記加工装置の検出部によって、前記第１電源部により前記交番電圧が印加された時の前記被加工体の容量変化を含む信号を検出し、
前記加工装置の抽出部によって、検出された前記信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分を抽出し、
前記加工装置の回路部によって、抽出された前記成分を用い、前記探針の前記被加工体表面からの距離の制御に用いる情報を生成し、
前記制御部によって、生成された前記情報を用い、前記探針を前記被加工体表面から第２距離に配置し、
前記加工装置の第２電源部によって、前記第２距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に電圧を印加して前記被加工体を加工する
処理を実行させる
ことを特徴とする加工プログラム。
【請求項９】
探針をステージ上の基板表面から第１距離に配置する工程と、
前記第１距離に配置された前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加して前記基板の容量変化を含む第１信号を検出する工程と、
検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分である第２信号を抽出する工程と、
抽出された前記第２信号を用いて前記探針を前記基板表面から第２距離に配置する工程と、
前記第２距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に電圧を印加して前記基板を加工する工程と
を含む
ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工方法、加工装置及び加工プログラム、並びに電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope；ＳＰＭ）は、対象物の表面形状の測定、機械的、電磁気的な物性の測定等に広く利用されている。
また、ＳＰＭを、対象物の加工に利用する技術も知られている。例えば、ＳＰＭの探針（プローブ）を用いて誘電体に所定の電圧を印加し、局所的に誘電体を分極反転させる技術が知られている。探針を誘電体の表面に沿って走査しながら誘電体に所定の電圧を印加し、誘電体の異なる領域に異なる分極特性の領域を形成する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４６９２９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】アプライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Letters），１９９９年、第７５巻、第１０号，ｐｐ．１４４９−１４５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
所定の加工対象物（被加工体）の加工にＳＰＭを用いる場合、探針を被加工体表面に接触させて走査する方式を採用すると、経時的な探針先端の摩耗により、探針と被加工体表面との接触面積が変化する場合がある。探針と被加工体表面との接触面積が変化すると、被加工体に所望の加工領域を精度良く形成することができないことが起こり得る。
【０００６】
探針を被加工体と非接触で走査する方式では、上記のような探針先端の摩耗、及びそれが加工領域形成に及ぼす影響を抑えることができる。しかし、探針の被加工体表面からの距離が精度良く制御されないと、やはり被加工体に所望の加工領域を精度良く形成することができないことが起こり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、探針をステージ上の被加工体表面から第１距離に配置する工程と、前記第１距離に配置された前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加して前記被加工体の容量変化を含む第１信号を検出する工程と、検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分である第２信号を抽出する工程と、抽出された前記第２信号を用いて前記探針を前記被加工体表面から第２距離に配置する工程と、前記第２距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に第１電圧を印加して前記被加工体を加工する工程とを含む加工方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の一観点によれば、探針と、被加工体が配置されるステージと、前記探針の、前記ステージに配置された前記被加工体表面からの距離を制御する制御部と、前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加する第１電源部と、前記第１電源部によって前記交番電圧が印加された時の前記被加工体の容量変化を含む信号を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分を抽出する抽出部と、前記抽出部によって抽出された前記成分を用いて前記探針の前記被加工体表面からの距離の制御に用いる情報を生成する回路部と、前記回路部によって生成された前記情報を用いて前記制御部により前記被加工体表面からの距離が制御された前記探針と、前記ステージとの間に、電圧を印加する第２電源部とを含む加工装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の一観点によれば、被加工体の加工に用いる加工プログラム、基板等の被加工体を加工する工程を含む電子デバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の技術によれば、探針の被加工体表面からの距離を適正に精度良く制御することが可能になり、それにより、被加工体を精度良く加工することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】加工装置の一例を示す図である。
【図２】加工方法の一例のフローを示す図である。
【図３】平行平板コンデンサモデルの説明図である。
【図４】探針の被加工体表面からの距離と信号量の関係の一例を示す図である。
【図５】加工装置の一構成例を示す図（その１）である。
【図６】加工装置を用いた３次元加工方法の説明図である。
【図７】加工装置の一構成例を示す図（その２）である。
【図８】パルス電圧信号の一例を示す図である。
【図９】静電容量センサの一例の説明図である。
【図１０】静電容量センサの別例の説明図である。
【図１１】メモリの一例の説明図である。
【図１２】加工方法の適用例の説明図である。
【図１３】加工装置に用いるコンピュータのハードウェアの一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は加工装置の一例を示す図である。
図１に示す加工装置１００は、探針１０、ステージ２０、制御部３０、第１電源部４０、検出部５０、抽出部６０、回路部７０、及び第２電源部８０を有している。
【００１３】
加工装置１００のステージ２０には、探針１０を用いて加工する被加工体２００が配置される。制御部３０は、ステージ２０上に配置された被加工体２００表面からの探針１０の距離を制御する。第１電源部４０は、被加工体２００が配置されたステージ２０と探針１０の間に、所定の周波数の交番電圧を印加する。
【００１４】
検出部５０は、第１電源部４０によって交番電圧が印加された時の、ステージ２０上の被加工体２００に生じる容量変化を含む信号を検出する。この検出される信号の容量変化には、被加工体２００の、１次及び２次以上の複数の非線形誘電率が関係する複数の成分が含まれる。
【００１５】
抽出部６０は、検出部５０によって検出された、被加工体２００の容量変化を含む信号から、第１電源部４０によって印加した交番電圧の周波数の、所定の自然数倍の周波数に同期した成分を抽出する。抽出部６０は、この処理により、検出部５０によって検出された被加工体２００の容量変化を含む信号から、所定の次数の非線形誘電率が関係する成分を選択的に抽出する。
【００１６】
回路部７０は、抽出部６０によって抽出された成分を用いて、探針１０の被加工体２００表面からの距離を制御するための情報を生成する。回路部７０によって生成された情報は、制御部３０による探針１０の被加工体２００表面からの距離の制御に用いられる。
【００１７】
第２電源部８０は、被加工体２００表面から所定の距離にある探針１０と、被加工体２００が配置されているステージ２０の間に、被加工体２００の加工に用いる電圧（高速パルス電圧等）を印加する。
【００１８】
尚、加工装置１００には、ここに例示した要素のほか、他の要素、例えば加工装置１００をＳＰＭとして利用することを可能にする他の要素が含まれていてもよい。
図２は加工方法の一例のフローを示す図である。
【００１９】
上記のような加工装置１００を用いた被加工体２００の加工時には、まず、制御部３０により、探針１０が、ステージ２０上に配置された被加工体２００表面から、所定の距離（第１距離）Ｄ１に制御（配置）される（ステップＳ１）。尚、第１距離Ｄ１は、予め設定された固定値であっても、或いは探針１０が被加工体２００表面に徐々に近付けられていった時のその経時的に変化する距離であってもよい。
【００２０】
被加工体２００表面から第１距離Ｄ１にある探針１０と、ステージ２０の間には、第１電源部４０により、所定周波数の交番電圧が印加される（ステップＳ２）。そして、第１電源部４０によって交番電圧が印加された時の、ステージ２０上の被加工体２００に生じる容量変化を含む信号（第１信号）が、検出部５０によって検出される（ステップＳ３）。検出部５０によって検出された第１信号から、その印加された交番電圧の周波数の、所定の自然数倍の周波数に同期した成分の信号（第２信号）が、抽出部６０によって抽出される（ステップＳ４）。
【００２１】
ここで、ステップＳ２〜Ｓ４に関し、更に説明する。
説明の便宜上、ここでは図３（Ａ），（Ｂ）に示すような平行平板コンデンサモデルを考え、ある試料２００ａ（誘電体）の法線方向（垂直（Ｚ）方向）の成分のみを考える。試料２００ａに電界を印加した時の、その試料２００ａ中の電束密度Ｄと電界Ｅの関係は、非線形性まで考慮に入れると、次式（１）のように表される。
【００２２】
【数１】
2013205376.tif 000003
【００２３】
式（１）において、Ｐは分極量である。ε（２）は線形誘電率であり、ε（３）、ε（４）及びε（５）は非線形誘電率である。ε（２）、ε（３）、ε（４）及びε（５）は、それぞれ電束密度を電界で展開した時の展開係数で、２階、３階、４階及び５階のテンソルである。
【００２４】
尚、ここでは非線形誘電率としてε（３）、ε（４）及びε（５）を例にして説明するが、ε（５）よりも更に高次の非線形誘電率（ε（６）以降）についても同様のことが言える。
【００２５】
分極の異方性を持たない材料の場合、奇数階のテンソルである奇数次の非線形誘電率（１次の非線形誘電率ε（３）及び３次の非線形誘電率ε（５））は、その値が０となる。分極の異方性を持つ材料の場合、奇数次の非線形誘電率ε（３）及びε（５）は、所定の値を有し、また、分極の向きが反転すると符号が反転する（図３（Ａ），（Ｂ））。特に、強誘電体の場合は、奇数次の非線形誘電率の符号が自発分極の向きに対応して変化する。奇数次の非線形誘電率の符号を検出することで、強誘電体の分極の向きを決定することができる。結晶的には異方性がないとされる材料であっても、極表層は歪んでいて異方性が存在する場合があり、上記のように非線形誘電率を検出することで、そのような異方性の存在を検出することができる。
【００２６】
続いて、上記のような非線形誘電率を測定する方法について述べる。
今、図３（Ａ），（Ｂ）に示すような平行平板コンデンサモデルを考え、試料２００ａに交番電圧（交番電界）Ｅp＝Ｅ0ｃｏｓ（ωpｔ）を印加する。尚、Ｅ0は振幅、ωpは角周波数、ｔは時間である。このような交番電圧Ｅpを印加すると、試料２００ａの容量が微小に変化し、その容量変化ΔＣdと静電容量Ｃsの比は、次式（２）のように表される。
【００２７】
【数２】
2013205376.tif 000004
【００２８】
式（２）は、試料２００ａの容量変化を、印加した交番電圧Ｅpの周波数の自然数倍の周波数で成分分離可能であることを示しており、更に、分離可能な各成分でその周波数と非線形誘電率の次数とが対応することを示している。即ち、式（２）において、印加した交番電圧Ｅpと同じ周波数（位相）の成分は１次の非線形誘電率ε（３）に対応し、２倍の周波数の成分は２次の非線形誘電率ε（４）に対応し、３倍の周波数の成分は３次の非線形誘電率ε（５）に対応している。各成分は、例えばロックインアンプを用いて、印加した交番電圧Ｅpの周波数と同じ周波数の信号、２倍の周波数の信号、３倍の周波数の信号として、それぞれ分離して検出することが可能である。
【００２９】
このように分離して検出された成分を用いることで、その成分に含まれる非線形誘電率を測定することができる。
上記の加工装置１００の検出部５０は、ステージ２０とその表面から第１距離Ｄ１にある探針１０の間に第１電源部４０によって交番電圧を印加した時に生じる、式（２）に相当する信号を、第１信号として検出する（ステップＳ２，Ｓ３）。抽出部６０は、その式（２）に相当する第１信号から、印加した交番電圧の周波数の、所定の自然数倍の周波数に同期した成分の信号を、第２信号として抽出する（ステップＳ４）。例えば、ロックインアンプを用い、その参照信号の周波数を、印加した交番電圧の周波数の自然数倍の周波数のうち、いずれの周波数に設定するかによって、第２信号として抽出する成分（非線形誘電率ε（３）、ε（４）又はε（５）に対応する成分）を選択する。
【００３０】
ここで、抽出部６０によって抽出される成分（第２信号）は、成分ごとにその信号量（信号強度、振幅）が異なる。
図４は探針の被加工体表面からの距離と信号量の関係の一例を示す図である。図４には、１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分（第２信号）の探針−被加工体間距離Ｄと信号量Ｉの関係を実線で、２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分の探針−被加工体間距離Ｄと信号量Ｉの関係を点線で、それぞれ示している。尚、図４には、被加工体に酸化チタン（ＴｉＯ2）を用いた場合の探針−被加工体間距離Ｄと信号量Ｉの関係の一例を示している。
【００３１】
図４（Ａ）より、１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分、２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分のいずれの場合も、探針１０の被加工体２００表面からの距離Ｄが大きくなるにつれて信号量Ｉが減少する傾向が認められる。また、図４（Ａ）に示すように、探針１０の被加工体２００表面からの距離Ｄが一定の場合、次数の高い非線形誘電率に対応した成分ほど、その信号量は小さくなる。即ち、探針１０の距離Ｄが一定の場合、１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分の信号量Ｉよりも、２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分の信号量Ｉの方が、小さくなる。換言すれば、信号量Ｉが一定の場合、２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を得る時の探針１０の方が、１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分を得る時の探針１０よりも、被加工体２００表面に近い位置に配置されることになる。
【００３２】
例えば、ステージ２０上の被加工体２００表面から探針１０が第１距離Ｄ１にある状態で、探針１０とステージ２０の間に所定の交番電圧を印加して第１信号を検出し、それから第２信号として１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分を抽出したものとする。ここで、図４（Ｂ）に示すように、目的の信号量をＩAに設定し、抽出した成分（第２信号）の信号量がＩε(3)（＜ＩA）であるとすると、目的の信号量ＩAを得るためには、探針１０を、第１距離Ｄ１から、より被加工体２００に近い距離Ｄａまで近付ける必要がある。
【００３３】
また、ステージ２０上の被加工体２００表面から探針１０が第１距離Ｄ１にある状態で、探針１０とステージ２０の間に所定の交番電圧を印加して第１信号を検出し、それから第２信号として２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を抽出したものとする。ここで、図４（Ｂ）に示すように、抽出した成分（第２信号）の信号量がＩε(4)（＜ＩA，Ｉε(3)）であるとすると、目的の信号量ＩAを得るためには、探針１０を、第１距離Ｄ１から、上記の距離Ｄａよりも更に被加工体２００に近い距離Ｄｂまで近付ける必要がある。
【００３４】
尚、ここでは図示を省略するが、抽出した成分（第２信号）の信号量（Ｉε(3)，Ｉε(4)）が、目的の信号量（ＩA）よりも大きいような場合には、探針１０を、初期の第１距離Ｄ１よりも被加工体２００から遠い距離まで遠ざける必要がある。
【００３５】
つまり、抽出した成分（第２信号）の信号量が所定の信号量となるように（静電容量値が一定となるように）探針１０を移動させることで、探針１０と被加工体２００表面の間の距離（ギャップ）を制御することができる。
【００３６】
加工装置１００では、上記のように、制御部３０によって探針１０が被加工体２００表面から第１距離Ｄ１に制御され（ステップＳ１）、探針１０とステージ２０の間に第１電源部４０によって所定の交番電圧が印加される（ステップＳ２）。そして、それによって生じる容量変化を含む第１信号（式（２）に相当する信号）が検出部５０によって検出される（ステップＳ３）。検出された第１信号から所定の周波数（印加した交番電圧の周波数の所定の自然数倍の周波数）の成分（非線形誘電率の次数に対応した成分）である第２信号が抽出部６０によって抽出される（ステップＳ４）。
【００３７】
加工装置１００では、このようにして第２信号が抽出された後、回路部７０によって、探針１０の被加工体２００表面からの距離を制御するための情報が生成される。即ち、回路部７０は、抽出された第２信号（成分）の信号量（振幅）に基づき、この第２信号の信号量が所定の信号量となるような距離（第２距離）Ｄ２に探針１０を配置するための情報を生成する。制御部３０は、例えば、モータで探針１０或いはステージ２０を移動させたり、ピエゾ素子を用いて探針１０或いはステージ２０を移動させたりすることで、被加工体２００表面からの探針１０の距離を制御する。この場合、回路部７０は、探針１０を第２距離Ｄ２に移動させるための情報として、モータやピエゾ素子の駆動を制御する信号を生成する。制御部３０は、回路部７０によって生成された情報（信号）を用い、探針１０、ステージ２０を移動させ、探針１０を被加工体２００表面から第２距離Ｄ２に配置する。このように加工装置１００では、非線形誘電率の次数に対応した成分である第２信号が用いられ、探針１０の被加工体２００表面からの第２距離Ｄ２が制御される（ステップＳ５）。
【００３８】
加工装置１００では、探針１０が被加工体２００表面から第２距離Ｄ２に配置された後、その探針１０とステージ２０の間に、被加工体２００の加工に用いる電圧が印加される（ステップＳ６）。例えば、パルス電圧が印加され、被加工体２００が加工される。所定の第２距離Ｄ２に配置された探針１０とステージ２０の間に所定のパルス電圧を印加することで、被加工体２００の表面から所定の深さに、他の領域とは極性（ｐ，ｎ或いは＋，−）が異なる加工領域が形成される。
【００３９】
探針１０を被加工体２００表面から第２距離Ｄ２に配置して被加工体２００を加工した後、探針１０の被加工体２００表面からの距離を変更して更に被加工体２００を加工する場合には（ステップＳ７）、上記同様の処理が行われる。例えば、第２距離Ｄ２の探針１０を用いて被加工体２００を加工した後、探針１０の水平方向（ＸＹ方向）の位置は変えずに、垂直方向（Ｚ方向）の探針１０の被加工体２００表面からの距離を第３距離Ｄ３に制御し、被加工体２００を加工する。
【００４０】
この場合、加工装置１００では、ステップＳ１に戻り、被加工体２００表面から第１距離Ｄ１とされた探針１０とステージ２０の間に所定の交番電圧が印加され（ステップＳ１，Ｓ２）、第１信号（式（２）に相当する信号）が検出される（ステップＳ３）。そして、その第１信号から所定の周波数（印加した交番電圧の周波数の所定の自然数倍の周波数）の成分（非線形誘電率の次数に対応した成分）である第３信号が抽出される（ステップＳ４）。この第３信号としては、上記第２信号として例えば２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を抽出していた場合であれば、１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分が抽出される。このような成分が第３信号として抽出された場合、第３信号の信号量が所定の信号量となるような探針１０の被加工体２００表面からの距離（第３距離）Ｄ３は、上記第２距離Ｄ２よりも大きく（遠く）なる（図４参照）。
【００４１】
このように探針１０が第３距離Ｄ３に配置され（ステップＳ５）、その探針１０とステージ２０の間に電圧、例えばパルス電圧が印加されて、被加工体２００が加工される（ステップＳ６）。例えば、第２距離Ｄ２の探針１０とステージ２０の間に印加したパルス電圧とは絶対値が同じで正負が反転されたパルス電圧を、第３距離Ｄ３の探針１０とステージ２０の間に印加する。先の第２距離Ｄ２よりも遠い第３距離Ｄ３の探針１０から、このような正負が反転したパルス電圧が印加されることで、先の加工領域よりも浅い領域に、先の加工領域とは極性が異なる加工領域が形成される。即ち、Ｚ方向に極性の異なる加工領域が形成される。
【００４２】
尚、第２信号として例えば２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を抽出した場合、第３信号としては３次の非線形誘電率ε（５）に対応した成分を抽出することもできる。この場合は、探針１０の被加工体２００表面からの第３距離Ｄ３が、上記第２距離Ｄ２よりも小さく（近く）なる。このような第３距離Ｄ３に配置した探針１０とステージ２０の間にパルス電圧等を印加し、被加工体２００を加工するようにしてもよい。
【００４３】
また、ここでは、探針１０の被加工体２００表面からの距離を変更して加工を続ける場合、ステップＳ６の被加工体２００の加工後、ステップＳ１に戻る方法を例示したが、ステップＳ６の加工後、ステップＳ４に戻り、以降の処理を行うようにしてもよい。例えば、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を経て検出された第１信号と第１距離の関係を、加工装置１００に設けた記憶装置等に記憶しておき、ステップＳ６の加工後、ステップＳ４に戻り、その記憶装置等に記憶した第１信号と第１距離の関係を用いて第３信号を生成（抽出）する。以降の処理は、上記同様に行うことができる。
【００４４】
また、上記のように探針１０のＸＹ方向の位置は変えずにＺ方向の距離を制御して被加工体２００を加工した後に、探針１０のＸＹ方向の位置を変え、図２の例に従い、Ｚ方向の距離を制御し、被加工体２００を加工するようにしてもよい。探針１０を被加工体２００表面に沿って走査しながらこのような加工を繰り返すことで、極性の異なる加工領域をＺ方向、及びＸＹ方向に形成した、３次元加工を施した被加工体２００が得られるようになる。
【００４５】
以上説明したように、この加工方法では、探針１０とステージ２０の間に交番電圧を印加した時に生じる容量変化を含む信号から、所定の次数の非線形誘電率に対応した成分を抽出し、その成分を用いて、探針１０の被加工体２００表面からの距離を制御する。これにより、探針１０の被加工体２００表面からの距離を段階的に精度良く制御することができる。誘電率変化は、トンネル電流変化よりも距離依存性が高く、探針１０と被加工体２００表面の間の距離を数原子層レベル（例えば原子１，２個の空間）まで近接させることが可能である。
【００４６】
尚、以上の説明では、加工装置１００を用いた被加工体２００の加工方法を中心に述べたが、加工装置１００を用い、被加工体２００の表面形状の測定、機械的、電磁気的な物性の測定を行うようにしてもよい。例えば、加工装置１００では、上記のように、所定の次数の非線形誘電率に対応した成分（第２信号又は第３信号）を抽出し、その成分の信号量が一定となるように（静電容量値が一定となるように）、探針１０の被加工体２００表面からの距離を制御する。このような探針１０の制御を、探針１０を被加工体２００表面に沿ってＸＹ方向に走査しながら行うことで、被加工体２００の表面凹凸像を取得することができる。また、上記のように、抽出した成分からは非線形誘電率を求めることができる。
【００４７】
以下、加工装置及び加工方法について、より具体的に説明する。
図５は加工装置の一構成例を示す図である。
図５に示す加工装置１００Ａは、探針１０Ａとその周囲に設けられたリング型のリターン（グランド）電極１１Ａ、及び被加工体２００Ａが配置されるステージ２０Ａを有している。被加工体２００Ａは、下部電極２０１Ａ及びステージ２０Ａと電気的に接続されている。更に、加工装置１００Ａは、探針１０Ａとステージ２０Ａの間に所定の交番電圧を印加する電源部４０Ａ、探針１０Ａに接続されたＬＣ回路５１Ａ、変調復調器５２Ａ、ロックインアンプ６０Ａ及びフィードバックコントローラ７０Ａを有している。
【００４８】
探針１０Ａ及びステージ２０Ａは、図示しない駆動部によって、探針１０Ａをステージ２０Ａ側に移動、或いは探針１０Ａ側にステージ２０Ａを移動することができるようになっている。或いはまた、探針１０Ａのステージ２０Ａ側への移動と、探針１０Ａ側へのステージ２０Ａの移動が共に可能なようにされてもよい。例えば、探針１０Ａは、リング型のリターン電極１１Ａ内をモータ、ピエゾ素子等の駆動手段を用いて昇降可能とされる。ステージ２０Ａは、モータ、ピエゾ素子等の駆動手段を用いて昇降可能とされる。また、探針１０Ａと被加工体２００Ａとの距離は、図示しないＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等の撮像部によってオペレータが目視で確認できるようにしてもよい。
【００４９】
電源部４０Ａによって探針１０Ａとステージ２０Ａの間に所定の交番電圧が印加され、ステージ２０Ａ上の被加工体２００Ａに交番電界が印加されると、被加工体２００Ａ表面において、上記の式（２）で示したような容量変化が生じる。これは、探針１０Ａ先端と、その周りのリング型のリターン電極１１Ａを両端（上下）の電極として、間に挟まれた被加工体２００Ａ（誘電体層）表面の容量が変化したと考えることができる。
【００５０】
ＬＣ回路５１Ａは、探針１０Ａと協働して共振器を形成するインダクタを含む。交番電圧の印加によって生じる被加工体２００Ａ表面の容量変化（δＣ）は、ＬＣ回路５１Ａを通して、変調復調器５２Ａによって周波数変化（δＦ）へと変換、即ちＦＭ変調される。容量変化の周波数変化への変換には、次式（３）が用いられる。
【００５１】
【数３】
2013205376.tif 000005
【００５２】
式（３）において、ｆは周波数、ＬはＬＣ回路５１Ａのコイルのインダクタンス、ＣはＬＣ回路５１Ａのコンデンサの静電容量である。
ＦＭ変調された信号は、変調復調器５２Ａによって電圧変化の信号に復調され、ロックインアンプ６０Ａに入力される。ロックインアンプ６０Ａは、電源部４０Ａによって探針１０Ａとステージ２０Ａの間に印加された交番電圧を参照信号として用い、変調復調器５２Ａから入力された電圧変化の信号（成分）を同期検波（抽出）する。これにより、被加工体２００Ａの非線形誘電率に対応した信号が取得される。ここで、ロックインアンプ６０Ａでの同期検波をどの周波数で行うかによって、取得される信号が選択される。即ち、参照信号の周波数が、印加した交番電圧の周波数と同じであれば、１次の非線形誘電率ε（３）に対応した信号が取得される。参照信号の周波数が、印加した交番電圧の周波数の２倍であれば、２次の非線形誘電率ε（４）に対応した信号が取得される。参照信号の周波数が、印加した交番電圧の周波数の３倍であれば、３次の非線形誘電率ε（５）に対応した信号が取得される。
【００５３】
同期検波された信号の信号量（振幅）は、その信号の対応する非線形誘電率の次数が大きいものほど小さくなる。ロックインアンプ６０Ａからは、同期検波された信号の信号量が、フィードバックコントローラ７０Ａに入力される。フィードバックコントローラ７０Ａは、入力されたその信号量を用い、探針１０の被加工体２００表面からの距離を制御するための情報を生成する。即ち、フィードバックコントローラ７０Ａは、受信した信号量に基づき、その信号量が所定の信号量となるような距離に探針１０Ａを配置するための情報を生成する。
【００５４】
加工装置１００Ａでは、生成された情報が用いられ、探針１０Ａ、被加工体２００Ａを駆動する駆動手段が制御されて、探針１０Ａの被加工体２００Ａ表面からの距離が制御される。そして、このようにして距離が制御された探針１０Ａを用い、図示しない電源部を用いて被加工体２００Ａに高速パルス電圧等が印加されて、被加工体２００Ａが加工される。
【００５５】
上記のような加工装置１００Ａを用いた被加工体２００Ａの加工の実施例について述べる。加工装置１００Ａを用いた３次元加工方法の説明図を図６に示す。
〔実施例〕
（１）粗動による探針の被加工体への近接作業
探針１０Ａ（白金イリジウム（ＰｔＩｒ5））と、ステージ２０Ａ上に配置した被加工体２００Ａ（チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3））の表面（（１００）面）とを近付ける。探針１０Ａ先端が被加工体２００Ａ表面から遠い時はモータを用いて探針１０Ａ−被加工体２００Ａ間の距離（第１距離Ｄ１）を制御する。この場合、探針１０Ａを被加工体２００Ａ側に下降させても、探針１０Ａ側に被加工体２００Ａを上昇させてもどちらでもよい。加工装置１００Ａのモータの設置個所に依存する。探針１０Ａの先端が０．５ｍｍ程度まで被加工体２００Ａ表面に近付いたら、モータによる移動からピエゾ素子を用いた移動へと切り替える。切り替え点は目視或いはＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラの映像等で判断する。
（２）ピエゾ素子を用いた近接作業と容量変化の検出
ステージ２０Ａの例えば下部等に備えたピエゾ素子を所定量ずつ伸ばしていき、探針１０Ａ先端と被加工体２００Ａ表面との距離（第１距離Ｄ１）を近接させる（図６（Ａ））。この時、被加工体２００Ａ表面の容量変化（探針１０Ａ先端とリング型のリターン電極１１Ａとの間にある被加工体２００Ａ表面の静電容量の変化（第１信号））を検出する。容量変化の検出は、まず、探針１０Ａとステージ２０Ａの間に所定の周波数の交番電圧を印加する。その時の静電容量の変化を、ＬＣ回路５１Ａを通して変調復調器５２Ａで周波数の変化として検出し、電圧の変化に復調した後、ロックインアンプ６０Ａにより、印加した交番電圧の周波数の、所定の自然数倍、例えば２倍の周波数の参照信号で同期検波した信号（成分（第２信号））を抽出する。抽出した信号は、必要に応じて増幅する。
（３）アプローチ、高速パルス電圧印加
ロックインアンプ６０Ａから出力される信号（印加した交番電圧の周波数の２倍の周波数を持つ成分）の信号量が、所定の大きさになるように、探針１０Ａ先端の被加工体２００Ａ表面からの距離（第２距離Ｄ２）を制御する（図６（Ｂ））。この距離で探針１０Ａを静止させて高速パルス電圧（＋５［Ｖ］、立ち上がり１［ｎｓｅｃ］、パルス幅８［ｎｓｅｃ］）を印加する。これにより、被加工体２００Ａに正（＋）極性の加工領域２１０Ａが形成される。尚、この距離で被加工体２００Ａに上記高速パルス電圧を印加した時に、その影響が及ぼされる被加工体２００Ａ表面からの深さを、事前に計算でシミュレーションした所、およそ５［ｎｍ］程度の深さが影響を受けることがわかっている。
（４）リトラクト、再アプローチ、高速パルス電圧印加
次に、探針１０Ａを被加工体２００Ａ表面から所定の距離まで（例えば５０μｍ程度）上方（Ｚ方向）にリトラクトした後、再度ピエゾ素子を所定量ずつ伸ばしていき、探針１０Ａ先端と被加工体２００Ａ表面との距離（第１距離Ｄ１）を近接させる（図６（Ａ））。この時、被加工体２００Ａ表面の容量変化（探針１０Ａ先端とリング型のリターン電極１１Ａとの間にある被加工体２００Ａ表面の静電容量の変化）を検出する。容量変化の検出は、上記同様、探針１０Ａとステージ２０Ａの間に所定の周波数の交番電圧を印加し、その時の静電容量の変化をＬＣ回路５１Ａ及び変調復調器５２Ａで検出し、復調後、ロックインアンプ６０Ａにより、所定の周波数の成分を同期検波する。ここでは、印加した交番電圧の周波数の、例えば等倍の周波数の参照信号で同期検波した信号（成分（第３信号））を抽出し、必要に応じて増幅する。
【００５６】
ロックインアンプ６０Ａから出力される信号（印加した交番電圧の周波数の等倍の周波数を持つ成分）の信号量が、所定の大きさになるように、探針１０Ａ先端の被加工体２００Ａ表面からの距離（第３距離Ｄ３）を制御する（図６（Ｃ））。この距離で探針１０Ａを静止させて高速パルス電圧（−５［Ｖ］、立ち上がり１［ｎｓｅｃ］、パルス幅８［ｎｓｅｃ］）を印加する。これにより、被加工体２００Ａには、先に形成された＋極性の加工領域２１０Ａよりも浅い領域に、負（−）極性の加工領域２２０Ａが形成される。尚、この距離で被加工体２００Ａに上記高速パルス電圧を印加した時に、その影響が及ぼされる被加工体２００Ａ表面からの深さを、事前に計算でシミュレーションした所、およそ２［ｎｍ］程度の深さが影響を受けることがわかっている。
【００５７】
尚、上記（２）のステップにおいて、ロックインアンプ６０Ａにより、印加した交番電圧の２倍の周波数成分を抽出した場合は、このように（４）のステップにおいて、等倍の周波数成分を抽出する。また、上記（２）のステップにおいて、ロックインアンプ６０Ａにより、印加した交番電圧の３倍の周波数成分を抽出した場合には、（４）のステップにおいては、２倍の周波数成分を抽出すればよい。このようにして所定の周波数成分を抽出することにより、（４）のステップでは、（２），（３）のステップよりも探針１０Ａを被加工体２００Ａから遠ざけ、より表層の領域を加工することが可能になる。
【００５８】
以上の（１）〜（４）のステップを実施することにより、被加工体２００Ａのある定点に、異なる極性（＋，−）の加工領域２１０Ａ及び加工領域２２０Ａが異なる深さに形成された領域が実現される。
（５）リトラクト、横方向へ移動、アプローチ
探針１０Ａを被加工体２００Ａ表面から所定の距離まで（例えば５０μｍ程度）上方（Ｚ方向）にリトラクトした後、所定量横方向（ＸＹ方向）へ探針１０Ａを移動させる（図６（Ｄ））。例えば、２．５μｍ×２．５μｍの領域を２５６×２５６点でラスタースキャンするならば、探針１０Ａを概ね１０ｎｍ程度横方向に移動させる。探針１０Ａをこのように横方向に移動させた後、上記（２）〜（４）のステップ（探針１０Ａのリトラクトの距離によっては上記（１）〜（４）のステップ）を繰り返す。
【００５９】
以上の（１）〜（５）のステップを実施することにより、異なる極性（＋，−）の加工領域２１０Ａ及び加工領域２２０Ａが異なる深さに形成された領域が、被加工体２００Ａに２次元的に配置された、３次元加工領域が実現される。
【００６０】
尚、ここでは被加工体２００Ａに強誘電体材料を用いた場合を例示したが、被加工体２００Ａに半導体材料を用いた場合にも同様の方法が適用可能である。例えば、上記（１）〜（３）のステップを実施することにより、被加工体２００Ａのある定点に、ｐ極性の領域を形成し（図６（Ａ），（Ｂ））、上記（４）のステップを実施することにより、より浅い領域にｎ極性の領域を形成することができる（図６（Ｃ））。そして、上記（５）のステップを実施することにより、被加工体２００Ａの別の定点に、ｐ極性の領域とそれよりも浅いｎ極性の領域を形成することができる。半導体材料の被加工体２００Ａに対し、上記同様、（１）〜（５）のステップを実施することにより、異なる極性（ｐ，ｎ）の領域が異なる深さに形成された加工領域が、被加工体２００Ａに２次元的に配置された、３次元加工領域が実現される。
【００６１】
ところで、ナノレベルといった微細な加工領域を形成するためには、例えば、被加工体に対し、短い高速パルス電圧が印加される。加工領域近傍のスペースが極めて狭くなるような場合には、高速パルス電圧をより精度良く印加可能とするために、加工装置にインピーダンス整合を図った電圧印加機構を採用してもよい。
【００６２】
図７は加工装置の一構成例を示す図である。
図７に示す加工装置１００Ｂは、探針１０Ｂとその周囲に設けられたリング型のリターン（グランド）電極１１Ｂ、及び被加工体２００Ｂが配置されるステージ２０Ｂを有している。被加工体２００Ｂは、下部電極２０１Ｂを介してステージ２０Ｂと電気的に接続されている。加工装置１００Ｂは、探針１０Ｂとステージ２０Ｂの間に所定の電圧を印加する電源部８０Ｂ、電流計８１Ｂ、探針１０Ｂに電気的に接続されたＬＣ回路５１Ｂ、変調復調器５２Ｂ、ロックインアンプ６０Ｂ及びフィードバックコントローラ７０Ｂを有している。探針１０Ｂは、その昇降を行うピエゾ素子等をガード３１Ｂ内に含む昇降機構部３０Ｂ、信号を伝送する同軸ケーブル９１Ｂ及び同軸ケーブル９２Ｂを介して、ＬＣ回路５１Ｂに電気的に接続されている。同軸ケーブル９１Ｂ及び同軸ケーブル９２Ｂはそれぞれ、探針１０Ｂと電源部８０Ｂを電気的に接続する芯線と、その芯線を被覆する被覆線とを有している。
【００６３】
ここで、この図７に示す加工装置１００Ｂは、探針１０Ｂと電気的に接続される同軸ケーブル９１Ｂの被覆線が、ステージ２０Ｂに設けた所定の端子に電気的に接続されている。例えば、同軸ケーブル９１Ｂの被覆線（グランド）が、同軸ケーブル９３Ｂ及び同軸ケーブル９４Ｂの芯線を介してＳＭＡ（Sub Miniature type A）端子９５Ｂ（オス）に接続される。ステージ２０Ｂには、例えばその側面（グランド）にＳＭＡ端子９６Ｂ（メス）を設けておき、これに探針１０Ｂの被覆線に繋がる上記のＳＭＡ端子９５Ｂ（オス）が接続される。
【００６４】
このように探針１０Ｂの被覆線をステージ２０Ｂに電気的に接続することにより、グランドの強化が図られ、インピーダンス整合が図られる。それにより、探針１０Ｂとステージ２０Ｂの間に配置される被加工体２００Ｂに対し、高速パルス電圧を精度良く印加することが可能になる。パルス電圧信号の一例を図８に示す。図７の加工装置１００Ｂのような構造を採用することにより、電源部８０Ｂを用いて印加するパルス電圧信号の立ち上がり時間ｔを、例えば６［ｎｓｅｃ］程度までの範囲に、精度良く抑えることが可能になる。
【００６５】
以上述べたような加工装置１００，１００Ａ，１００Ｂを用いることで、３次元加工領域を設けた種々の電子デバイスを実現することが可能になる。
図９は静電容量センサの一例の説明図である。
【００６６】
図９には、説明の便宜上、基板（被加工体）の表層部と下層部の構造を分けて図示している。図９に示す静電容量センサ５００は、基板５００ａの表層部５１０に形成された第１極性の加工領域５１１と、その直下の下層部５２０に形成された、第１極性と異なる第２極性の加工領域５２１を有する。更に、この静電容量センサ５００は、表層部５１０の、第１極性の加工領域５１１と異なる領域に形成された、第２極性の加工領域５１２を有する。この第２極性の加工領域５１２は、表層部５１０のみに形成され、その直下の下層部５２０には、別の加工領域は形成されない。このような下層部５２０に設ける加工領域５２１及び表層部５１０に設ける加工領域５１１、並びに表層部５１０のみに設ける加工領域５１２が、上記の加工装置１００等により、上記の加工方法の例に従って、形成される。
【００６７】
例えば、加工領域５２１及び加工領域５１１、並びに加工領域５１２は、次のようにして形成される。
加工領域５２１は、ある定点において、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を抽出し、その成分を用いて探針１０等を基板から所定の距離に制御し、正のパルス電圧を印加することで、形成される。加工領域５１１は、同じ定点において、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分を抽出し、その成分を用いて探針１０等を基板から所定の距離に制御し、負のパルス電圧を印加することで、形成される。加工領域５１２は、別の定点において、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分を抽出し、その成分を用いて探針１０等を基板から所定の距離に制御し、正のパルス電圧を印加することで、形成される。
【００６８】
このように下層部５２０及び表層部５１０にそれぞれ第２極性の加工領域５２１及び第１極性の加工領域５１１を設け、表層部５１０に第２極性の加工領域５１２を設けて、静電容量センサ５００を実現する。
【００６９】
図１０は静電容量センサの別例の説明図である。
図１０に示す静電容量センサ６００は、基板６００ａに設けられた、最外周の加工領域６１０、その内側の加工領域６２０、更にその内側の加工領域６３０、及び最も内側の加工領域６４０を有する。ここで、最外周の加工領域６１０は第１極性、その内側の加工領域６２０は第２極性、その内側の加工領域６３０は第１極性、最も内側の加工領域６４０は第２極性とされる。また、加工領域６１０が最も深い領域まで形成され、加工領域６２０、加工領域６３０、加工領域６４０と内側の領域になるに従って浅く形成される。このような加工領域６１０、加工領域６２０、加工領域６３０及び加工領域６４０が、上記の加工装置１００等により、上記の加工方法の例に従って、形成される。
【００７０】
例えば、加工領域６１０、加工領域６２０、加工領域６３０及び加工領域６４０は、次のようにして形成される。
加工領域６１０は、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から４次の非線形誘電率ε（６）に対応した成分を抽出し、その成分を用い、探針１０等を基板から所定の距離に制御して走査し、正の直流バイアスを印加することで、形成される。加工領域６２０は、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から３次の非線形誘電率ε（５）に対応した成分を抽出し、その成分を用い、探針１０等を基板から所定の距離に制御して走査し、負の直流バイアスを印加することで、形成される。加工領域６３０は、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を抽出し、その成分を用い、探針１０等を基板から所定の距離に制御して走査し、正の直流バイアスを印加することで、形成される。加工領域６４０は、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分を抽出し、その成分を用い、探針１０等を基板から所定の距離に制御して走査し、負の直流バイアスを印加することで、形成される。
【００７１】
このように第１極性の加工領域６１０、第２極性の加工領域６２０、第１極性の加工領域６３０、第２極性の加工領域６４０を、内側の領域ほど浅くなるように設け、静電容量センサ６００を実現する。
【００７２】
図１１はメモリの一例の説明図である。
図１１に示すメモリ７００は、例えば、強誘電体メモリである。メモリ７００は、基板７００ａに設けられた、第１極性の加工領域７１１とそれよりも浅い領域に第２極性の加工領域７１２を有する記録領域７１０、及び第２極性の加工領域７２１とそれよりも浅い領域に第１極性の加工領域７２２を有する記録領域７２０を含む。ここでは一例として、このような記録領域７１０と記録領域７２０が、２次元的に交互に配列されたメモリ７００を示している。このような記録領域７１０及び記録領域７２０が、上記の加工装置１００等により、上記の加工方法の例に従って、形成される。
【００７３】
例えば、記録領域７１０の加工領域７１１及び加工領域７１２、並びに記録領域７２０の加工領域７２１及び加工領域７２２は、次のようにして形成される。
加工領域７１１は、ある定点において、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を抽出し、その成分を用いて探針１０等を基板から所定の距離に制御し、負のパルス電圧を印加することで、形成される。加工領域７１２は、同じ定点において、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分を抽出し、その成分を用いて探針１０等を基板から所定の距離に制御し、正のパルス電圧を印加することで、形成される。
【００７４】
加工領域７２１は、別の定点において、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から２次の非線形誘電率ε（４）に対応した成分を抽出し、その成分を用いて探針１０等を基板から所定の距離に制御し、正のパルス電圧を印加することで、形成される。加工領域７２２は、同じ定点において、基板に交番電圧を印加して検出される容量変化から１次の非線形誘電率ε（３）に対応した成分を抽出し、その成分を用いて探針１０等を基板から所定の距離に制御し、負のパルス電圧を印加することで、形成される。
【００７５】
記録領域７１０及び記録領域７２０はそれぞれ、各定点において２値の情報が記録され、所謂垂直記録された領域となっている。メモリ７００では、このような垂直記録により、各定点に１値ずつ記録する所謂面内記録に比べ、記録する情報量を大幅に増加させることが可能になる。このようなメモリ７００は、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive；ＨＤＤ）に内蔵されるディスクのような記録媒体に利用可能である。この場合、そのようなディスクに対する記録再生装置に、上記のような加工装置１００等を適用することができる。
【００７６】
このように、加工装置１００等を用い、上記のような加工方法を用いることで、３次元加工領域を設けた静電容量センサ５００、静電容量センサ６００、メモリ７００といった電子デバイスが実現可能になる。
【００７７】
また、このような電子デバイスのほか、一部の金属等の酸化膜においては、電気抵抗の変化を抑えて、表層部の静電容量を変化させることも可能である。
図１２は加工方法の適用例の説明図である。尚、図１２（Ａ）は酸化膜表層部をｐ極性化した場合の一例を示す図、図１２（Ｂ）は酸化膜表層部をｎ極性化した場合の一例を示す図である。
【００７８】
酸化膜８００に対し、上記のような加工装置１００等を用いた加工方法を適用する。例えば、酸化膜８００に対し、所定の正又は負の直流バイアスを印加する。所定の正の直流バイアスを印加することで、図１２（Ａ）に示すように、酸化膜８００の表層部に、ｐ極性化されて静電容量は変化されるが（図１２（Ａ）左図）、電流（抵抗）の変化は抑えられた（図１２（Ａ）右図）加工領域８１０を形成することができる。所定の負の直流バイアスを印加することで、図１２（Ｂ）に示すように、酸化膜８００の表層部に、ｎ極性化されて静電容量は変化されるが（図１２（Ｂ）左図）、電流（抵抗）の変化は抑えられた（図１２（Ｂ）右図）加工領域８２０を形成することができる。
【００７９】
加工装置１００等を用いることで、このような加工を実現することもできる。
以上、加工装置及び加工方法の例について説明した。数十ｎｍ〜数ｎｍ領域とった微細な領域の加工を行おうとすると、半導体製造分野で広く利用されるリソグラフィ技術等を使用することが考えられる。しかし、この場合、装置が大がかりになったり、大規模投資が必要になったりする場合がある。これに対し、上記のような加工装置１００等を用いた加工方法によれば、リソグラフィ技術等を使用する場合に比べ、微細領域の加工を安価に且つ簡便に行うことが可能になる。また、探針１０等のプローブ先端の曲率半径を微細化することで、サブナノメートルスケールでの微細加工も可能になる。
【００８０】
尚、以上説明した加工装置１００，１００Ａ，１００Ｂの処理機能は、コンピュータを用いて実現することができる。
図１３は加工装置に用いるコンピュータのハードウェアの一構成例を示す図である。
【００８１】
加工装置１００，１００Ａ，１００Ｂに用いられるコンピュータ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１がその装置全体を制御する。ＣＰＵ３０１には、バス３０８を介してＲＡＭ（Random Access Memory）３０２と複数の周辺機器が接続される。ＲＡＭ３０２は、コンピュータ３００の主記憶装置として使用される。ＲＡＭ３０２には、ＣＰＵ３０１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ３０２には、ＣＰＵ３０１による処理に必要な各種データが格納される。
【００８２】
バス３０８に接続されている周辺機器としては、ＨＤＤ３０３、グラフィック処理装置３０４、入力インタフェース３０５、光学ドライブ装置３０６、及び通信インタフェース３０７がある。ＨＤＤ３０３は、コンピュータ３００の二次記憶装置として使用される。ＨＤＤ３０３には、ＯＳのプログラム、アプリケーションプログラム、及び各種データが格納される。グラフィック処理装置３０４には、液晶表示装置等のモニタ４０１が接続されている。グラフィック処理装置３０４は、ＣＰＵ３０１からの命令に従って、画像をモニタ４０１の画面に表示させる。入力インタフェース３０５には、キーボード４０２及びマウス４０３が接続される。入力インタフェース３０５は、キーボード４０２やマウス４０３から送られてくる信号をＣＰＵ３０１に送信する。光学ドライブ装置３０６は、レーザ光等を利用して、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等の光ディスク４０４に記録されたデータの読み取りを行う。通信インタフェース３０７は、ネットワーク４００に接続され、ネットワーク４００を介して他のコンピュータ又は通信機器との間でデータの送受信を行う。
【００８３】
以上のようなハードウェア構成を有するコンピュータ３００を用いて、加工装置１００，１００Ａ，１００Ｂの処理機能を実現することができる。
尚、この場合、加工装置１００，１００Ａ，１００Ｂが有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、磁気記憶装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録された可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラム若しくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。尚、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、ネットワークを介して接続されたサーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００８４】
また、上記の処理機能の少なくとも一部を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）等の電子回路で実現することもできる。
【００８５】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  探針をステージ上の被加工体表面から第１距離に配置する工程と、
前記第１距離に配置された前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加して前記被加工体の容量変化を含む第１信号を検出する工程と、
検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分である第２信号を抽出する工程と、
抽出された前記第２信号を用いて前記探針を前記被加工体表面から第２距離に配置する工程と、
前記第２距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に第１電圧を印加して前記被加工体を加工する工程と
を含む
ことを特徴とする加工方法。
【００８６】
（付記２）  前記探針を前記被加工体表面から前記第２距離に配置する工程では、抽出された前記第２信号の強度が所定値となるように、前記探針を前記被加工体表面から前記第２距離に配置する
ことを特徴とする付記１に記載の加工方法。
【００８７】
（付記３）  検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の、前記第２信号とは異なる自然数倍の周波数に同期した成分である第３信号を抽出する工程と、
抽出された前記第３信号を用いて、前記探針を前記被加工体表面から第３距離に配置する工程と、
前記第３距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に第２電圧を印加して前記被加工体を加工する工程と
を更に含む
ことを特徴とする付記１又は２に記載の加工方法。
【００８８】
（付記４）  前記第２信号を抽出する工程では、検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数のｎ＋１倍（ｎは自然数）の周波数に同期した成分を前記第２信号として抽出し、
前記第３信号を抽出する工程では、検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数のｎ倍の周波数に同期した成分を前記第３信号として抽出する
ことを特徴とする付記３に記載の加工方法。
【００８９】
（付記５）  前記探針を前記被加工体表面から前記第２距離に配置する工程では、抽出された前記第２信号の強度が所定値となるように、前記探針を前記被加工体表面から前記第２距離に配置し、
前記探針を前記被加工体表面から前記第３距離に配置する工程では、抽出された前記第３信号の強度が前記所定値となるように、前記探針を前記被加工体表面から前記第３距離に配置する
ことを特徴とする付記３又は４に記載の加工方法。
【００９０】
（付記６）  前記第１電圧及び前記第２電圧は、一方が正電圧、他方が負電圧である
ことを特徴とする付記３乃至５のいずれかに記載の加工方法。
（付記７）  前記被加工体を加工する工程後に、前記探針を前記ステージの平面方向に移動する工程を更に含む
ことを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の加工方法。
【００９１】
（付記８）  探針と、
被加工体が配置されるステージと、
前記探針の、前記ステージに配置された前記被加工体表面からの距離を制御する制御部と、
前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加する第１電源部と、
前記第１電源部によって前記交番電圧が印加された時の前記被加工体の容量変化を含む信号を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記成分を用いて前記探針の前記被加工体表面からの距離の制御に用いる情報を生成する回路部と、
前記回路部によって生成された前記情報を用いて前記制御部により前記被加工体表面からの距離が制御された前記探針と、前記ステージとの間に、電圧を印加する第２電源部と
を含む
ことを特徴とする加工装置。
【００９２】
（付記９）  前記回路部は、前記抽出部によって抽出された前記成分の強度が所定値となるように前記探針の前記被加工体表面からの距離を制御する前記情報を生成する
ことを特徴とする付記８に記載の加工装置。
【００９３】
（付記１０）  前記探針と前記第２電源部とを電気的に接続する芯線と、
前記芯線を被覆し、前記ステージに電気的に接続された被覆線と
を有する同軸配線を含む
ことを特徴とする付記８又は９に記載の加工装置。
【００９４】
（付記１１）  コンピュータに、
加工装置の制御部によって、前記加工装置の探針を前記加工装置のステージ上の被加工体表面から第１距離に配置し、
前記加工装置の第１電源部によって、前記第１距離に配置された前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加し、
前記加工装置の検出部によって、前記第１電源部により前記交番電圧が印加された時の前記被加工体の容量変化を含む信号を検出し、
前記加工装置の抽出部によって、検出された前記信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分を抽出し、
前記加工装置の回路部によって、抽出された前記成分を用い、前記探針の前記被加工体表面からの距離の制御に用いる情報を生成し、
前記制御部によって、生成された前記情報を用い、前記探針を前記被加工体表面から第２距離に配置し、
前記加工装置の第２電源部によって、前記第２距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に電圧を印加して前記被加工体を加工する
処理を実行させる
ことを特徴とする加工プログラム。
【００９５】
（付記１２）  探針をステージ上の基板表面から第１距離に配置する工程と、
前記第１距離に配置された前記探針と前記ステージの間に交番電圧を印加して前記基板の容量変化を含む第１信号を検出する工程と、
検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の自然数倍の周波数に同期した成分である第２信号を抽出する工程と、
抽出された前記第２信号を用いて前記探針を前記基板表面から第２距離に配置する工程と、
前記第２距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に電圧を印加して前記基板を加工する工程と
を含む
ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【００９６】
（付記１３）  検出された前記第１信号から、前記交番電圧の周波数の、前記第２信号とは異なる自然数倍の周波数に同期した成分である第３信号を抽出する工程と、
抽出された前記第３信号を用いて、前記探針を前記基板表面から第３距離に配置する工程と、
前記第３距離に配置された前記探針と前記ステージとの間に第２電圧を印加して前記基板を加工する工程と
を更に含む
ことを特徴とする付記１２に記載の電子デバイスの製造方法。
【００９７】
（付記１４）  前記探針を前記基板表面から前記第２距離に配置する工程では、抽出された前記第２信号の強度が所定値となるように、前記探針を前記基板表面から前記第２距離に配置し、
前記探針を前記基板表面から前記第３距離に配置する工程では、抽出された前記第３信号の強度が前記所定値となるように、前記探針を前記基板表面から前記第３距離に配置する
ことを特徴とする付記１３に記載の電子デバイスの製造方法。
【００９８】
（付記１５）  前記基板を加工する工程後に、前記探針を前記ステージの平面方向に移動する工程を更に含む
ことを特徴とする付記１２乃至１４のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。
【００９９】
（付記１６）  基板と、
前記基板の表層部に設けられ、第１極性を有する第１領域と、
前記第１領域の直下に設けられ、第２極性を有する第２領域と、
前記表層部に設けられ、前記第２極性を有する第３領域と
を含む
ことを特徴とする静電容量センサ。
【０１００】
（付記１７）  基板と、
前記基板内に設けられ、第１極性を有する第１領域と、
前記基板内の前記第１領域の外周に前記第１領域よりも深く設けられ、第２極性を有する第２領域と
を含む
ことを特徴とする静電容量センサ。
【０１０１】
（付記１８）  基板と、
前記基板内に設けられた記録領域と
を含み、
前記記録領域は、
第１極性を有する第１領域と、
前記第１領域の直下に設けられ、第２極性を有する第２領域と
を含む
ことを特徴とするメモリ。
【符号の説明】
【０１０２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  探針
１１Ａ，１１Ｂ  リターン電極
２０，２０Ａ，２０Ｂ  ステージ
３０  制御部
３０Ｂ  昇降機構部
３１Ｂ  ガード
４０  第１電源部
４０Ａ，８０Ｂ  電源部
５０  検出部
５１Ａ，５１Ｂ  ＬＣ回路
５２Ａ，５２Ｂ  変調復調器
６０  抽出部
６０Ａ，６０Ｂ  ロックインアンプ
７０  回路部
７０Ａ，７０Ｂ  フィードバックコントローラ
８０  第２電源部
８１Ｂ  電流計
９１Ｂ，９２Ｂ，９３Ｂ，９４Ｂ  同軸ケーブル
９５Ｂ，９６Ｂ  ＳＭＡ端子
１００，１００Ａ，１００Ｂ  加工装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ  被加工体
２０１Ａ，２０１Ｂ  下部電極
２１０Ａ，２２０Ａ，５１１，５１２，５２１，６１０，６２０，６３０，６４０，７１１，７１２，７２１，７２２，８１０，８２０  加工領域
３００  コンピュータ
３０１  ＣＰＵ
３０２  ＲＡＭ
３０３  ＨＤＤ
３０４  グラフィック処理装置
３０５  入力インタフェース
３０６  光学ドライブ装置
３０７  通信インタフェース
３０８  バス
４００  ネットワーク
４０１  モニタ
４０２  キーボード
４０３  マウス
４０４  光ディスク
５００，６００  静電容量センサ
５００ａ，６００ａ，７００ａ  基板
５１０  表層部
５２０  下層部
７００  メモリ
７１０，７２０  記録領域
８００  酸化膜
【図１】
2013205376.tif 000006
【図２】
2013205376.tif 000007
【図３】
2013205376.tif 000008
【図４】
2013205376.tif 000009
【図５】
2013205376.tif 000010
【図６】
2013205376.tif 000011
【図７】
2013205376.tif 000012
【図８】
2013205376.tif 000013
【図９】
2013205376.tif 000014
【図１０】
2013205376.tif 000015
【図１１】
2013205376.tif 000016
【図１２】
2013205376.tif 000017
【図１３】
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