基板上に構造体をパターン加工するための装置及び方法
【課題】 基板上に構造体をパターン加工するための装置及び方法を提供すること。
【解決手段】 走査先端部を有するイメージング装置と、発光装置と、走査先端部の周りにあって、分解されたときに基板上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を有する空間とを含む、基板上に構造体をパターン加工するための装置であり、この発光装置は、蒸気を分解できない強度を有する光ビームを、走査先端部付近の光ビームが引き起こす電磁場が蒸気を分解するのに十分な程強くなるように、走査先端部上に射出するように適合される。
【解決手段】 走査先端部を有するイメージング装置と、発光装置と、走査先端部の周りにあって、分解されたときに基板上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を有する空間とを含む、基板上に構造体をパターン加工するための装置であり、この発光装置は、蒸気を分解できない強度を有する光ビームを、走査先端部付近の光ビームが引き起こす電磁場が蒸気を分解するのに十分な程強くなるように、走査先端部上に射出するように適合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に構造体をパターン加工するための装置及び方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
通常、基板はリソグラフィを用いてパターン加工される。この技術を用いるとき、生成できる最小のパターンは、リソグラフィの解像度、すなわち用いられる光源が発する光の波長、及びリソグラフィに用いられるフォトレジストのパターン加工の最小寸法によって制限される。周知の１５７ｎｍリソグラフィ技術によって生成できる最小寸法は、約５０ｎｍである。しかしながら、この寸法を達成するための労力は多大なものであり、よって、かなり大量の基板のパターン加工に用いられるときにだけ採算が取れる。
【０００３】
このため、１００ｎｍより短い波長を有する光を生成できる光源及び対応するフォトレジストは現在利用可能でないので、１００ｎｍより小さい寸法を有する構造体のパターン加工は、従来より、電子ビーム・リソグラフィ、或いは集束電子ビーム又はイオンビーム技術を用いて達成される。集束電子ビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍｓ、ＦＥＢ）、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ、ＦＩＢ）、及びレーザ・ビーム、並びに走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＴＭ）プローブは、伝統的なレジスト・ベースのプロセスに優る独自の利点を提供する。それらの中には、金属又は誘電体のその場堆積、及び選択的エッチングがある。通常、構造体をパターン加工する基板は、ＳＴＭを用いて走査され、次いで、該基板は、集束電子ビーム又は集束イオンビームでターゲットにされる。レーザ・ビームを除く全ての技術は、ｎｍサイズの堆積すなわちｎｍサイズの寸法の生成された構造体のための解像度を有する（非特許文献１）。
【０００４】
ＦＥＢ及びＦＩＢは、非常に高価なものである。上述の全ての技術に用いられる基本的プロセスは、ビームの位置における局所的化学気相堆積法（ＣＶＤ）であるが、蒸気の分解は、入力エネルギーの性質によって大きく変わる。高コストに加えて、示された方法の更なる欠点は、ＳＴＭが用いられるときに基板のパターン加工（非特許文献２）を開始できるように、基板が導電性でなければならないということ、又は基板の少なくとも一部が導電性でなければならないということである。このことにより、使用できる基板に大きな制約が課される。
【０００５】
上述の従来技術の別の欠点は、低い電流密度で基板の走査を行う一方で、電子ビーム又はイオンビームを生成するために、高い電流密度を適用しなければならない点である。したがって、パターン加工プロセスを切り換え方式で、すなわち、ある時には低電流密度で走査を行い、別の時には基板をパターン加工するために電子ビーム又はイオンビームを生成するように作動させることしかできない。このことは、基板を走査した後に、パターン加工されることになる走査済み領域を再度見つける必要があるという問題をもたらす。
【０００６】
さらに、通常使用されるＳＴＭを用いる場合、必要な高い電流密度が、一定の操作では達成できないため、電子ビーム又はイオンビームの生成は、パルス化された操作で行われる。さらに、高い電流密度を有するパルス化操作のため、顕微鏡の先端部が早く磨耗する。
【０００７】
１００ｎｍより小さい寸法の構造体を定めるための代替的技術は、例えば、特許文献１に記載される、いわゆるナノステンシル手法である。特許文献１によると、物理気相堆積法（ＰＶＤ）と共に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）先端部のカンチレバー内の開口部が、ステンシル・マスクとして用いられる。
【０００８】
この手法の欠点は、制限された操作可能性しか持たないＰＶＤを用いる点である。
【０００９】
非特許文献３により、金属化されたＡＦＭの先端部を用いて電磁場を強化する、フォトレジストの露光方法が周知である。この方法によると、フォトコンバージョンを行うことができない低強度のＵＶ光で金属化された先端部を照射するために、外部の電源が用いられる。次に、低強度のＵＶ光は、プラズモン共鳴を介して、フォトコンバージョンを行うのに十分高い強度の電磁場まで強化される。強度は、ＡＦＭ先端部付近においてのみ、フォトレジストを変換するのに十分な程高い。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，３１３，９０５号明細書
【非特許文献１】Ｉ．Ｕｔｋｅ他著、「Ｆｏｃｕｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｇｏｌｄ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．（２０００年１１月／１２月）、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ、ｐｐ．３１６８−３１７１
【非特許文献２】Ｍ．Ｄ．Ｃｒｏｉｔｏｒｕ他著、「Ｓｉｎｇｌｅ−Ｓｔｅｐ Ｎａｎｏｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ ＳＦＭ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌｏｃａｌ ＣＶＤ」、ＭＮＥ ２００２年 Ｌｕｇａｎｏ、ｐｐ．２９０−２９１
【非特許文献３】Ｐ．Ｋａｒａｇｅｏｒｇｉｅｖ他著、「Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｒｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−ｉｍａｇｉｎｇ ｅｌｌｉｌｓｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ａ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｒａｎｇｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．７９ Ｎｏ．１１（２００１年）、ｐｐ．１７３０−１７３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来技術のシステム及び方法の欠点の少なくとも一部を克服すること、及び、装置及び方法が１００ｎｍより小さい寸法を有するパターンを定め得る場合に、複雑な形状のパターンを互いに近接した状態で定めることが、本発明の１つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、走査先端部を有するイメージング装置と、発光装置と、先端部の周りにあって、分解されたときに基板上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を含む空間とを含む、基板上に構造体をパターン加工するための装置に向けられ、この発光装置は、蒸気を分解できない強さの光ビームを、先端部付近の光ビームが引き起こす電磁場が蒸気を分解するのに十分な程強くなるように、該先端部上に射出するように適合される。基板を支持するためのホルダを設けることもできる。
【００１３】
本発明の別の態様においては、イメージング装置及び発光装置を含む装置によって、基板上に構造体をパターン加工する方法が提供される。この方法は、顕微鏡の先端部の下方に、好ましくは顕微鏡のホルダ上に基板を準備するステップと、分解されたときに基板上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を、先端部と基板との間の空間に提供するステップと、レーザ装置によって射出されたレーザ・ビームに先端部を露光させるステップとを含み、レーザ・ビームの強さは、蒸気を分解するのに十分でなく、露光は、蒸気が分解される程度まで先端部が近接電磁場を強化するように行われる。
【００１４】
本発明の固有の特徴は、数ナノメートルのオーダーの寸法を有する構造体を生成するために、光ビームが用いられることである。発光装置からイメージング装置の走査先端部上に弱い光ビームが射出され、走査先端部の周りの近接電磁場が蒸気を分解するのに十分な程強くなるまで、弱い光ビームが増幅される。イメージング装置の走査先端部付近の蒸気又はガスが分解された後、該蒸気の成分が、基板上に堆積される。したがって、本発明によると、イメージング装置の走査先端部の動きにより、基板上に数ナノメートルの寸法のナノ構造体が生成され、例えば、導電性材料のラインを基板上に堆積させることができる。
【００１５】
本発明によると、顕微鏡の先端部に適用される電位、すなわち従来技術において周知の電子ビーム又はイオンビームを用いる代わりに、光及びイメージング装置の走査先端部が用いられるので、非導電性基板を用いることが可能になる。
【００１６】
更なる利点は、本発明に従った方法の操作を切り換え式に行う必要がなく、基板の走査及びパターン加工を同時に行い得る点である。本発明によると、例えば導電性ラインのようなパターン加工された構造体を容易に見つけることができるので、このことは、特に有利である。
【００１７】
さらに、本発明によると、物理気相堆積法（ＰＶＤ）の代わりに化学気相堆積法（ＣＶＤ）を用いることが可能になり、よって、ＰＶＤを用いて可能なように、ずっと広い範囲の粒子を堆積させることが可能になる。
【００１８】
走査先端部が、発光装置からイメージング装置の走査先端部上に射出された低強度の光照射野を強化するので、本発明は、走査先端部の近接場のみにおける蒸気の化学反応に依存する。走査先端部の周りの近接電磁場は、蒸気が分解される程度まで該走査先端部付近の温度を容易に上昇させる。この走査先端部付近のみにおける分解により、該走査先端部付近のみにおいて分解された蒸気の成分が堆積される。堆積の解像度は、基板の熱伝導性、分解しきい値の鋭利さ、すなわち蒸気が分解する範囲の制限値がどれだけ鋭利であるか、及び入射光の波長によって制限される。
【００１９】
本発明によると、高い電流密度を必要としないという事実のために、分解された蒸気の堆積を、従来技術に従って行われるパルス化された作動モードではなく、連続的な作動モードで行うことができる。したがって、本発明による方法は、イメージング装置の走査先端部の磨耗を少なくする。
【００２０】
更に別の好ましい実施形態が、従属項に開示される。実施形態は、本発明による装置と共に説明されるが、本発明による方法の類似物にも関連する。
【００２１】
一実施形態において、発光装置はレーザである。
【００２２】
別の実施形態において、イメージング装置は、原子間力顕微鏡又は走査型トンネル顕微鏡である。
【００２３】
一般に、約５ｎｍから約２０ｎｍまでの直径を有する先端部を持つ原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）又は走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いることによって、例えば５ｎｍまでといった数ナノメートルのサブ・リソグラフィ範囲にある、基板の走査及びパターン加工の解像度を達成するための容易な方法を提供することができる。
【００２４】
更に別の実施形態において、レーザ装置は、極性が先端部の長手方向軸線と平行になるように、先端部上にレーザ・ビームを射出するように適合される。
【００２５】
そのような方法でレーザ・ビームの極性及び顕微鏡の先端部を位置合わせすることによって、先端部の周りの近接電磁場の強度を効率的な方法で増大させることができる。
【００２６】
別の実施形態において、先端部は、５ｎｍから最大で２０ｎｍまでの寸法を有する。
【００２７】
例えば、こうした寸法すなわち５ｎｍの先端部を用いる場合、先端部と基板との間の距離が約５ｎｍから１０ｎｍまでの範囲にあるとき、同じ寸法の構造体すなわちサブ・リソグラフィ構造体を基板上に形成することが可能である。こうした寸法は、分子規模の電子工学に適している。
【００２８】
更に別の実施形態において、装置は、複数のほぼ平行な先端部を含む。
【００２９】
複数の平行な先端部を用いることによって、同時に、すなわち、単一のステップで、複数の平行な構造体を基板上に形成することが可能になる。したがって、基板上の複雑な構造体をより容易且つ迅速に形成することができる。例えば、基板上に複数の平行な幾つかの導電性ラインを形成することができる。
【００３０】
更に別の実施形態においては、レーザ・ビームの波長が、先端部の寸法に合致するように適合されるので、射出されたレーザ・ビームの十分な増幅が達成される。
【００３１】
先端部のサイズをレーザの波長に適合させることによって、該先端部の長手方向に、定常波を生成することができる。したがって、レーザ・ビームの電磁場の一次強度をより効率的に増幅することができる。
【００３２】
更に別の実施形態においては、顕微鏡の先端部が金属化される。
【００３３】
別の実施形態においては、蒸気は、ハロゲン化合物、水素化物、及び金属有機化合物を含むガスの群から得られるガスである。
【００３４】
可能な金属有機化合物は、金属アルキル、金属アルコキシド、金属ジアリルアミド、金属ジケトナート、及び金属カルボニルである。
【００３５】
好ましい実施形態においては、蒸気は、ＡｕＣｌＰＦ３、Ｗ（ＣＯ）６、ＴｉＣｌ４、ＴａＣｌ５、ＷＦ６、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＡｌＨ３（ＮＭｅ３）２、ＮＨ３、ＡＬＭｅ３、Ｔｉ（ＣＨ２ｔＢｕ）４、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４、Ｔｉ（ＮＭｅ２）４、Ｃｕ（ａｃａｃ）２、及びＮｉ（ＣＯ）４を含む群から選ばれるガスである。
【００３６】
これらのガスは、化学気相堆積法に適したものであり、よって、本発明に従った装置においてこれらのガスを用いることによって、基板上の構造体を容易に形成することができる。例えば金属ラインなどの基板上の構造体のために用い得る材料は、金、タングステン、アルミニウム、アルカリ土類、Ｃａ、又はＭｇである。
【００３７】
要約すると、本発明の一態様は、例えば顕微鏡、特に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などのイメージング装置を、弱い光ビーム、特にレーザ・ビームと共に用い、基板上にサブ・リソグラフィ構造体を形成する際に見ることができる。レーザ装置の弱いレーザ・ビームが、ＡＦＭの走査先端部すなわち顕微鏡先端部上に射出される。通常、顕微鏡先端部は、５ｎｍから２０ｎｍまでの間の直径を有する。しかしながら、本発明によると、顕微鏡先端部の直径は、この範囲内に制限されない。この文脈における弱いレーザ・ビームは、そのレーザ・ビームの電磁場の強度が、分解されるときに化学気相堆積法（ＣＶＤ）に適したガスを分解するのに十分な程高くないことを意味する。ＡＦＭの代わりに、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いることもできる。弱いレーザ・ビームをＡＦＭの先端部上に放射することによって、ＣＶＤに適した供給ガスが分解され、分解されたガスの成分が基板上に堆積される程度まで、該先端部の周りの近接場の電磁場が増幅される。本発明によると、大気圧化学気相堆積法（ＡＰＣＶＤ）、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）、レーザ化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）、又は光化学気相堆積法（ＰＣＶＤ）といった異なるＣＶＤ技術を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に、本発明が、図面に示される実施形態を参照して説明される。
【００３９】
図１は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の先端部１００の周りの電磁場の電場分布を示す。示される電磁場は、三次元の多重多極法シミュレーションの結果である。長手方向軸線に沿って切断された先端部１００の四分円及び周囲の近接場が、図１に示されている。先端部１００は、例えばサファイア・レーザのような、８１０ｎｍの波長を有する単色レーザ・ビームによって照射された。さらに、入射するレーザ・ビームの極性及び方向、すなわち、波のＥベクトル及びＫベクトルが、図１の座標系１０１で示される。シミュレーションにおいては、５ｎｍの半径を持つ金製先端部が用いられ、この先端部は、側部から照射される。さらに、レーザ・ビームの極性は、先端部の軸線と平行であり、すなわち、レーザ・ビームのＥベクトルは、先端部の軸線と平行である。
【００４０】
図１においては、電場分布は、先端部の周りの電磁場のＥ２の等高線によって示される。示される等高線プロットにおいては、２つの隣り合った線の間の差は、２対１であり、これは、先端部に接近する方向に見て、電磁場の強度が、１つの等高線から次の等高線まで２対１に増大することを意味する。寸法を説明するために、右側に縮尺が与えられる。図１に示される先端部と周囲の電磁場との全高は、約７５ｎｍの高さを表す。シミュレーションは、先端部の最前部における電磁場の強度の増大が、レーザ・ビームの照射強度より約３０００倍強いことを示す。さらに、電磁場は、先端部付近においてほぼ回転対称であることが、シミュレーションから生じる。
【００４１】
示されるシミュレーションの結果は、ＡＦＭの先端部を照射することによって、例えば、レーザ・ビームの電場のような弱い電磁場の強さを強化することができることを示す。
【００４２】
図２において、本発明の１つの実施形態に従った、基板２０１上に、例えば導電性ラインを堆積させるなど、構造体をパターン加工するのに適した、小さい寸法を有する装置２００の概略図が示される。この装置は、概略的にのみ示されるＡＦＭ２０２を含む。ＡＦＭ２０２は、金属化された先端部２０３を含む。この実施形態において、先端部２０３は、５ｎｍの直径を持つ金製先端部であるが、該先端部は、ＡＦＭ先端部に適した他のあらゆる材料から作ることができる。先端部２０３の下方には、導電性ラインを形成すべき基板２０１を配置することができる。さらに、装置２００は、低強度のレーザ・ビーム、すなわち先端部２０３と基板２０１との間に導入される蒸気又はガスを分解するのに十分な程高くない強度のレーザ・ビームを用いて、該先端部２０３を照射することができるレーザ２０４を含む。ＡＦＭ２０２、よって該ＡＦＭの先端部２０３及び／又は基板２０１は、三次元で動かすことができ、このことは、図２に示される座標系２０５によって示される。
【００４３】
基板２０１をパターン加工するために、上述の装置２００が、一般的な化学気相堆積装置（ＣＶＤ装置）に挿入される。こうしたＣＶＤ装置は、通常、堆積が行われる反応チャンバと、ＣＶＤに適した前駆体すなわちガスを反応チャンバに供給するためのガス送達システムと、基板、マンドレル等の導入及び除去のために用いられる基板取り付け機構と、前駆体の反応及び／又は分解に必要とされるエネルギー／熱を提供するエネルギー源と、反応／分解に必要とされるもの以外の他の全てのガス種を除去するための真空システムと、揮発性副産物を反応チャンバから除去するための排出システムと、排出ガスの一部が環境への射出に適しておらず、安全／無害な化合物への処理又は変換を必要とする場合の排出処理システムと、圧力、温度、及び時間のようなプロセス・パラメータを監視するための、ゲージ、制御装置、警報装置、及び安全装置等のプロセス制御機器とを含む。明確にするために、こうした周知のＣＶＤ装置は、図２に示されていない。
【００４４】
ＣＶＤに適したガス、すなわち典型的な前駆体材料は、
ＴｉＣｌ４、ＴａＣｌ５、ＷＦ６のようなハロゲン化合物、
ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＡｌＨ３（ＮＭｅ３）２、ＮＨ３のような水素化物、
有機金属化合物、
ＡＬＭｅ３、Ｔｉ（ＣＨ２ｔＢｕ）４のような金属アルキル、
Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４のような金属アルコキシド、
Ｔｉ（ＮＭｅ２）４のような金属ジアリルアミド、
Ｃｕ（ａｃａｃ）２のような金属ジケトネート
Ｎｉ（ＣＯ）４のような金属カルボニル、
などの多数のカテゴリーに分類される。
【００４５】
基板２０１をパターン加工するために、先端部２０３と基板２０１との間の空間にＣＶＤに適したガス又は蒸気を導入しながら、先端部２０３を照射するレーザ２０４によって、レーザ・ビーム２０６が射出される。図２の実施形態において、先端部２０３と基板２０１との間の空間に導入されるガスとして、ＡｕＣｌＰＦ３が用いられる。ＡｕＣｌＰＦ３の分解のためのしきい値温度は、摂氏約１５０°である。レーザ装置２０４すなわちレーザ源として、８１０ｎｍの波長を持つ光を射出する、サファイア・レーザのような弱い赤外線源を用いることができる。既に述べたように、レーザ・ビーム２０６すなわち一次レーザ・ビームの強度すなわちエネルギーは、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くないので、この一次レーザ・ビームを用いて、金属ラインすなわち導電性ラインを堆積させることはできない。
【００４６】
しかしながら、図１を参照して述べられたように、先端部２０３付近の近接電磁場の強度すなわちエネルギーが、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くなるように、ＡＦＭ２０２の先端部２０３によって一次レーザ・ビーム２０６の電磁場が増幅され、ＣＶＤが達成され、ライン２０７を基板２０１上に形成することが可能になる。つまり、先端部付近の温度が摂氏１５０°より上に上昇し、よってＡｕＣｌＰＦ３が分解される。このことにより、ＡＦＭ先端部が基板を走査する間、基板上に金が堆積される。電磁場は、先端部２０３付近の蒸気を分解できるだけ強いので、非常に小さい寸法を持つ金属ライン２０７を基板２０１上に形成することができる。５ｎｍの直径を持つ先端部２０３を用いることによって、同じ寸法すなわち５ｎｍの寸法を持つライン２０７を基板上に形成することができる。この寸法を達成するために、先端部２０３と基板２０１との間の一般的な距離は、５ｎｍから１０ｎｍまでの範囲である。
【００４７】
蒸気の分解が、先端部２０３のすぐ近くに集中しているため、金属ライン２０７は、実質的に先端部２０３の下方に形成される。したがって、互いに対してＡＦＭ先端部２０３及び基板２０１を動かし、所望の配置に対応させることによって、基板２０１上に所望の配置を有する金属ライン２０７を達成することが可能である。記述的方法では、先端部２０３が、基板上に金属ライン２０７を「書き込む」ということができる。電磁場は、先端部２０３付近の蒸気を分解できるだけ強いので、金属ライン２０７は、先端部２０３のあらゆる転回に関与し、基板２０１のパターン加工が容易になる。
【００４８】
図３においては、本発明の別の実施形態に従った、基板３０１上に、例えば導電性ラインを堆積させるなど、構造体をパターン加工するための、小さい寸法を有する装置３００の概略図が示される。図２に示される装置２００とは逆に、図３に示される装置３００は、幾つかの先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを有するＡＦＭ３０２を含む。４という数字を制限的な意味で理解すべきではない。本発明によると、あらゆる所望の適切な数の先端部を用いることができる。
【００４９】
装置３００は、概略的にのみ示されているＡＦＭ３０２を含む。ＡＦＭ３０２は、金属化された複数の先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを含む。図３の実施形態においては、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄは、５ｎｍの直径を持つ金製先端部であるが、該先端部は、ＡＦＭ先端部に適した他のあらゆる材料から作ることができる。先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄの下方には、例えば導電性ラインのようなラインを形成すべき基板３０１を配置することができる。さらに、装置３００は、低強度のレーザ・ビーム、すなわち先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間に導入される蒸気又はガスを分解するのに十分な程強くない強度のレーザ・ビームを用いて、該先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを照射することができるレーザ３０４を含む。ＡＦＭ３０２、よって該ＡＦＭの先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄ及び／又は基板３０１は、三次元で動かすことができ、このことは、図３に示される座標系３０５によって示される。
【００５０】
基板３０１をパターン加工するために、上述の装置３００が、図２を参照して説明されるような一般的な化学気相堆積装置（ＣＶＤ装置）に挿入されるが、このことは、図３にも示されていない。
【００５１】
基板３０１をパターン加工する間、ＣＶＤに適したガス又は蒸気を、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間の空間に導入しながら、一次レーザ・ビーム３０６が、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを照射するレーザ３０４によって射出される。図３の実施形態においては、ＡｕＣｌＰＦ３が、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間の空間に導入されるガスとして用いられる。ＡｕＣｌＰＦ３の分解のためのしきい値温度は、摂氏約１５０°である。
【００５２】
レーザ装置３０４すなわちレーザ源として、８１０ｎｍの波長を持つ光を射出するサファイア・レーザのような、弱い赤外線源を用いることができる。既に述べたように、一次レーザ・ビーム３０６の強度すなわちエネルギーは、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くないので、一次レーザ・ビームを用いることによって、金属ラインすなわち導電性ラインを堆積させることはできない。
【００５３】
しかしながら、図１を参照して述べられたように、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄ付近の近接電磁場の強度すなわちエネルギーが、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くなるように、ＡＦＭ３０２の先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄによって、一次レーザ・ビーム３０６の電磁場が増幅され、ＣＶＤが達成され、ライン３０７を基板３０１上に形成することが可能になる。つまり、先端部付近の温度は摂氏１５０°より上に上昇し、よってＡｕＣｌＰＦ３が分解される。このことにより、ＡＦＭ先端部が基板を走査する間、基板上に金が堆積される。電磁場は、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄ付近の蒸気を分解できるだけ強いので、非常に小さい寸法を持つ金属ライン３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ、及び３０７ｄを基板３０１上に形成することができる。５ｎｍの直径を持つ先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを用いることによって、同じ寸法すなわち５ｎｍの寸法を持つ金属ライン３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ、及び３０７ｄを基板３０１上に形成することができる。先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間の一般的な距離は、５ｎｍから１０ｎｍまでの範囲である。
【００５４】
図３による装置３００を用いることによって、単一のステップで、基板３０１上に複数の平行な金属ラインを形成することができる。このように、基板をパターン加工するための装置及び方法の効率性を増大させることができる。
【００５５】
要約すると、本発明の一態様は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を弱いレーザ・ビームと共に用いて、基板上にサブ・リソグラフィ構造体を形成する際に見ることができる。レーザ装置の弱いレーザ・ビームが、ＡＦＭの金属化された先端部上に射出される。ＡＦＭの代わりに、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いることもできる。弱い一次レーザ・ビームをＡＦＭの先端部上に放射することによって、化学気相堆積法（ＣＶＤ）に適した供給ガスが分解され、分解されたガスの成分が基板上に堆積される程度まで、先端部の周りの電磁場が増大される。
【００５６】
従来技術に優る本発明の利点は、以下の通りである。増幅は、近接場すなわち金属化された先端部の周りの数ナノメートルにおいてのみ行われるので、ガスは、先端部付近においてのみ分解され、よって、分解されたガスの堆積もまた先端部付近においてのみ行われる。したがって、数ナノメートルの寸法を有する、例えば金属ラインのような構造体を基板上に形成することができる。５ｎｍの直径を持つ先端部、及び５ｎｍから１０ｎｍまでの該先端部と基板との間の距離を用いる場合、５ｎｍの寸法を有するラインを達成することができる。こうした寸法は、分子マイクロエレクトロニクスに適している。しかしながら、先端部の直径は５ｎｍに制限されるものではなく、如何なる適切な直径とすることもできる。先端部の直径は、所望のライン寸法に対応することが好ましく、例えば、１０ｎｍの所望のライン寸法すなわち１０ｎｍのライン幅の場合には、先端部の直径は、約１０ｎｍとすることができる。
【００５７】
別の利点は、基板の走査及び基板上のラインの形成が同時に行われるため、基板上の形成された構造体を容易に見つけることができる点である。このことは、従来技術による方法におけるような先端部の強い電場の代わりに、外部レーザ・ビームによって先端部が励起されるために可能になる。本発明によると、こうした強い電場が適用され、そのことが先端部を極めて急速に磨耗させる従来技術と比べると、強い電場が用いられず、よって先端部の寿命が増大される。
【００５８】
別の利点は、分解のような化学反応が、強度及びこうしたエネルギーが十分に高い先端部においてのみ存在し、よって、基板及びＡＦＭの周りにあまり攻撃的でない環境がもたらされる点である。
【００５９】
本発明及びその利点が詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲に定められるような本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、ここに、種々の変更、置換、及び代替をなし得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】原子間力顕微鏡の先端部の周りの電場分布を示す。
【図２】本発明の一実施形態に従った、基板上に構造体をパターン加工するための装置を示す。
【図３】本発明の別の実施形態に従った、基板上に構造体をパターン加工するための装置を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に構造体をパターン加工するための装置及び方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
通常、基板はリソグラフィを用いてパターン加工される。この技術を用いるとき、生成できる最小のパターンは、リソグラフィの解像度、すなわち用いられる光源が発する光の波長、及びリソグラフィに用いられるフォトレジストのパターン加工の最小寸法によって制限される。周知の１５７ｎｍリソグラフィ技術によって生成できる最小寸法は、約５０ｎｍである。しかしながら、この寸法を達成するための労力は多大なものであり、よって、かなり大量の基板のパターン加工に用いられるときにだけ採算が取れる。
【０００３】
このため、１００ｎｍより短い波長を有する光を生成できる光源及び対応するフォトレジストは現在利用可能でないので、１００ｎｍより小さい寸法を有する構造体のパターン加工は、従来より、電子ビーム・リソグラフィ、或いは集束電子ビーム又はイオンビーム技術を用いて達成される。集束電子ビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍｓ、ＦＥＢ）、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ、ＦＩＢ）、及びレーザ・ビーム、並びに走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＴＭ）プローブは、伝統的なレジスト・ベースのプロセスに優る独自の利点を提供する。それらの中には、金属又は誘電体のその場堆積、及び選択的エッチングがある。通常、構造体をパターン加工する基板は、ＳＴＭを用いて走査され、次いで、該基板は、集束電子ビーム又は集束イオンビームでターゲットにされる。レーザ・ビームを除く全ての技術は、ｎｍサイズの堆積すなわちｎｍサイズの寸法の生成された構造体のための解像度を有する（非特許文献１）。
【０００４】
ＦＥＢ及びＦＩＢは、非常に高価なものである。上述の全ての技術に用いられる基本的プロセスは、ビームの位置における局所的化学気相堆積法（ＣＶＤ）であるが、蒸気の分解は、入力エネルギーの性質によって大きく変わる。高コストに加えて、示された方法の更なる欠点は、ＳＴＭが用いられるときに基板のパターン加工（非特許文献２）を開始できるように、基板が導電性でなければならないということ、又は基板の少なくとも一部が導電性でなければならないということである。このことにより、使用できる基板に大きな制約が課される。
【０００５】
上述の従来技術の別の欠点は、低い電流密度で基板の走査を行う一方で、電子ビーム又はイオンビームを生成するために、高い電流密度を適用しなければならない点である。したがって、パターン加工プロセスを切り換え方式で、すなわち、ある時には低電流密度で走査を行い、別の時には基板をパターン加工するために電子ビーム又はイオンビームを生成するように作動させることしかできない。このことは、基板を走査した後に、パターン加工されることになる走査済み領域を再度見つける必要があるという問題をもたらす。
【０００６】
さらに、通常使用されるＳＴＭを用いる場合、必要な高い電流密度が、一定の操作では達成できないため、電子ビーム又はイオンビームの生成は、パルス化された操作で行われる。さらに、高い電流密度を有するパルス化操作のため、顕微鏡の先端部が早く磨耗する。
【０００７】
１００ｎｍより小さい寸法の構造体を定めるための代替的技術は、例えば、特許文献１に記載される、いわゆるナノステンシル手法である。特許文献１によると、物理気相堆積法（ＰＶＤ）と共に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）先端部のカンチレバー内の開口部が、ステンシル・マスクとして用いられる。
【０００８】
この手法の欠点は、制限された操作可能性しか持たないＰＶＤを用いる点である。
【０００９】
非特許文献３により、金属化されたＡＦＭの先端部を用いて電磁場を強化する、フォトレジストの露光方法が周知である。この方法によると、フォトコンバージョンを行うことができない低強度のＵＶ光で金属化された先端部を照射するために、外部の電源が用いられる。次に、低強度のＵＶ光は、プラズモン共鳴を介して、フォトコンバージョンを行うのに十分高い強度の電磁場まで強化される。強度は、ＡＦＭ先端部付近においてのみ、フォトレジストを変換するのに十分な程高い。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，３１３，９０５号明細書
【非特許文献１】Ｉ．Ｕｔｋｅ他著、「Ｆｏｃｕｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｇｏｌｄ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．（２０００年１１月／１２月）、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ、ｐｐ．３１６８−３１７１
【非特許文献２】Ｍ．Ｄ．Ｃｒｏｉｔｏｒｕ他著、「Ｓｉｎｇｌｅ−Ｓｔｅｐ Ｎａｎｏｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ ＳＦＭ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌｏｃａｌ ＣＶＤ」、ＭＮＥ ２００２年 Ｌｕｇａｎｏ、ｐｐ．２９０−２９１
【非特許文献３】Ｐ．Ｋａｒａｇｅｏｒｇｉｅｖ他著、「Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｒｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−ｉｍａｇｉｎｇ ｅｌｌｉｌｓｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ａ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｒａｎｇｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．７９ Ｎｏ．１１（２００１年）、ｐｐ．１７３０−１７３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来技術のシステム及び方法の欠点の少なくとも一部を克服すること、及び、装置及び方法が１００ｎｍより小さい寸法を有するパターンを定め得る場合に、複雑な形状のパターンを互いに近接した状態で定めることが、本発明の１つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、走査先端部を有するイメージング装置と、発光装置と、先端部の周りにあって、分解されたときに基板上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を含む空間とを含む、基板上に構造体をパターン加工するための装置に向けられ、この発光装置は、蒸気を分解できない強さの光ビームを、先端部付近の光ビームが引き起こす電磁場が蒸気を分解するのに十分な程強くなるように、該先端部上に射出するように適合される。基板を支持するためのホルダを設けることもできる。
【００１３】
本発明の別の態様においては、イメージング装置及び発光装置を含む装置によって、基板上に構造体をパターン加工する方法が提供される。この方法は、顕微鏡の先端部の下方に、好ましくは顕微鏡のホルダ上に基板を準備するステップと、分解されたときに基板上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を、先端部と基板との間の空間に提供するステップと、レーザ装置によって射出されたレーザ・ビームに先端部を露光させるステップとを含み、レーザ・ビームの強さは、蒸気を分解するのに十分でなく、露光は、蒸気が分解される程度まで先端部が近接電磁場を強化するように行われる。
【００１４】
本発明の固有の特徴は、数ナノメートルのオーダーの寸法を有する構造体を生成するために、光ビームが用いられることである。発光装置からイメージング装置の走査先端部上に弱い光ビームが射出され、走査先端部の周りの近接電磁場が蒸気を分解するのに十分な程強くなるまで、弱い光ビームが増幅される。イメージング装置の走査先端部付近の蒸気又はガスが分解された後、該蒸気の成分が、基板上に堆積される。したがって、本発明によると、イメージング装置の走査先端部の動きにより、基板上に数ナノメートルの寸法のナノ構造体が生成され、例えば、導電性材料のラインを基板上に堆積させることができる。
【００１５】
本発明によると、顕微鏡の先端部に適用される電位、すなわち従来技術において周知の電子ビーム又はイオンビームを用いる代わりに、光及びイメージング装置の走査先端部が用いられるので、非導電性基板を用いることが可能になる。
【００１６】
更なる利点は、本発明に従った方法の操作を切り換え式に行う必要がなく、基板の走査及びパターン加工を同時に行い得る点である。本発明によると、例えば導電性ラインのようなパターン加工された構造体を容易に見つけることができるので、このことは、特に有利である。
【００１７】
さらに、本発明によると、物理気相堆積法（ＰＶＤ）の代わりに化学気相堆積法（ＣＶＤ）を用いることが可能になり、よって、ＰＶＤを用いて可能なように、ずっと広い範囲の粒子を堆積させることが可能になる。
【００１８】
走査先端部が、発光装置からイメージング装置の走査先端部上に射出された低強度の光照射野を強化するので、本発明は、走査先端部の近接場のみにおける蒸気の化学反応に依存する。走査先端部の周りの近接電磁場は、蒸気が分解される程度まで該走査先端部付近の温度を容易に上昇させる。この走査先端部付近のみにおける分解により、該走査先端部付近のみにおいて分解された蒸気の成分が堆積される。堆積の解像度は、基板の熱伝導性、分解しきい値の鋭利さ、すなわち蒸気が分解する範囲の制限値がどれだけ鋭利であるか、及び入射光の波長によって制限される。
【００１９】
本発明によると、高い電流密度を必要としないという事実のために、分解された蒸気の堆積を、従来技術に従って行われるパルス化された作動モードではなく、連続的な作動モードで行うことができる。したがって、本発明による方法は、イメージング装置の走査先端部の磨耗を少なくする。
【００２０】
更に別の好ましい実施形態が、従属項に開示される。実施形態は、本発明による装置と共に説明されるが、本発明による方法の類似物にも関連する。
【００２１】
一実施形態において、発光装置はレーザである。
【００２２】
別の実施形態において、イメージング装置は、原子間力顕微鏡又は走査型トンネル顕微鏡である。
【００２３】
一般に、約５ｎｍから約２０ｎｍまでの直径を有する先端部を持つ原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）又は走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いることによって、例えば５ｎｍまでといった数ナノメートルのサブ・リソグラフィ範囲にある、基板の走査及びパターン加工の解像度を達成するための容易な方法を提供することができる。
【００２４】
更に別の実施形態において、レーザ装置は、極性が先端部の長手方向軸線と平行になるように、先端部上にレーザ・ビームを射出するように適合される。
【００２５】
そのような方法でレーザ・ビームの極性及び顕微鏡の先端部を位置合わせすることによって、先端部の周りの近接電磁場の強度を効率的な方法で増大させることができる。
【００２６】
別の実施形態において、先端部は、５ｎｍから最大で２０ｎｍまでの寸法を有する。
【００２７】
例えば、こうした寸法すなわち５ｎｍの先端部を用いる場合、先端部と基板との間の距離が約５ｎｍから１０ｎｍまでの範囲にあるとき、同じ寸法の構造体すなわちサブ・リソグラフィ構造体を基板上に形成することが可能である。こうした寸法は、分子規模の電子工学に適している。
【００２８】
更に別の実施形態において、装置は、複数のほぼ平行な先端部を含む。
【００２９】
複数の平行な先端部を用いることによって、同時に、すなわち、単一のステップで、複数の平行な構造体を基板上に形成することが可能になる。したがって、基板上の複雑な構造体をより容易且つ迅速に形成することができる。例えば、基板上に複数の平行な幾つかの導電性ラインを形成することができる。
【００３０】
更に別の実施形態においては、レーザ・ビームの波長が、先端部の寸法に合致するように適合されるので、射出されたレーザ・ビームの十分な増幅が達成される。
【００３１】
先端部のサイズをレーザの波長に適合させることによって、該先端部の長手方向に、定常波を生成することができる。したがって、レーザ・ビームの電磁場の一次強度をより効率的に増幅することができる。
【００３２】
更に別の実施形態においては、顕微鏡の先端部が金属化される。
【００３３】
別の実施形態においては、蒸気は、ハロゲン化合物、水素化物、及び金属有機化合物を含むガスの群から得られるガスである。
【００３４】
可能な金属有機化合物は、金属アルキル、金属アルコキシド、金属ジアリルアミド、金属ジケトナート、及び金属カルボニルである。
【００３５】
好ましい実施形態においては、蒸気は、ＡｕＣｌＰＦ３、Ｗ（ＣＯ）６、ＴｉＣｌ４、ＴａＣｌ５、ＷＦ６、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＡｌＨ３（ＮＭｅ３）２、ＮＨ３、ＡＬＭｅ３、Ｔｉ（ＣＨ２ｔＢｕ）４、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４、Ｔｉ（ＮＭｅ２）４、Ｃｕ（ａｃａｃ）２、及びＮｉ（ＣＯ）４を含む群から選ばれるガスである。
【００３６】
これらのガスは、化学気相堆積法に適したものであり、よって、本発明に従った装置においてこれらのガスを用いることによって、基板上の構造体を容易に形成することができる。例えば金属ラインなどの基板上の構造体のために用い得る材料は、金、タングステン、アルミニウム、アルカリ土類、Ｃａ、又はＭｇである。
【００３７】
要約すると、本発明の一態様は、例えば顕微鏡、特に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などのイメージング装置を、弱い光ビーム、特にレーザ・ビームと共に用い、基板上にサブ・リソグラフィ構造体を形成する際に見ることができる。レーザ装置の弱いレーザ・ビームが、ＡＦＭの走査先端部すなわち顕微鏡先端部上に射出される。通常、顕微鏡先端部は、５ｎｍから２０ｎｍまでの間の直径を有する。しかしながら、本発明によると、顕微鏡先端部の直径は、この範囲内に制限されない。この文脈における弱いレーザ・ビームは、そのレーザ・ビームの電磁場の強度が、分解されるときに化学気相堆積法（ＣＶＤ）に適したガスを分解するのに十分な程高くないことを意味する。ＡＦＭの代わりに、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いることもできる。弱いレーザ・ビームをＡＦＭの先端部上に放射することによって、ＣＶＤに適した供給ガスが分解され、分解されたガスの成分が基板上に堆積される程度まで、該先端部の周りの近接場の電磁場が増幅される。本発明によると、大気圧化学気相堆積法（ＡＰＣＶＤ）、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）、レーザ化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）、又は光化学気相堆積法（ＰＣＶＤ）といった異なるＣＶＤ技術を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に、本発明が、図面に示される実施形態を参照して説明される。
【００３９】
図１は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の先端部１００の周りの電磁場の電場分布を示す。示される電磁場は、三次元の多重多極法シミュレーションの結果である。長手方向軸線に沿って切断された先端部１００の四分円及び周囲の近接場が、図１に示されている。先端部１００は、例えばサファイア・レーザのような、８１０ｎｍの波長を有する単色レーザ・ビームによって照射された。さらに、入射するレーザ・ビームの極性及び方向、すなわち、波のＥベクトル及びＫベクトルが、図１の座標系１０１で示される。シミュレーションにおいては、５ｎｍの半径を持つ金製先端部が用いられ、この先端部は、側部から照射される。さらに、レーザ・ビームの極性は、先端部の軸線と平行であり、すなわち、レーザ・ビームのＥベクトルは、先端部の軸線と平行である。
【００４０】
図１においては、電場分布は、先端部の周りの電磁場のＥ２の等高線によって示される。示される等高線プロットにおいては、２つの隣り合った線の間の差は、２対１であり、これは、先端部に接近する方向に見て、電磁場の強度が、１つの等高線から次の等高線まで２対１に増大することを意味する。寸法を説明するために、右側に縮尺が与えられる。図１に示される先端部と周囲の電磁場との全高は、約７５ｎｍの高さを表す。シミュレーションは、先端部の最前部における電磁場の強度の増大が、レーザ・ビームの照射強度より約３０００倍強いことを示す。さらに、電磁場は、先端部付近においてほぼ回転対称であることが、シミュレーションから生じる。
【００４１】
示されるシミュレーションの結果は、ＡＦＭの先端部を照射することによって、例えば、レーザ・ビームの電場のような弱い電磁場の強さを強化することができることを示す。
【００４２】
図２において、本発明の１つの実施形態に従った、基板２０１上に、例えば導電性ラインを堆積させるなど、構造体をパターン加工するのに適した、小さい寸法を有する装置２００の概略図が示される。この装置は、概略的にのみ示されるＡＦＭ２０２を含む。ＡＦＭ２０２は、金属化された先端部２０３を含む。この実施形態において、先端部２０３は、５ｎｍの直径を持つ金製先端部であるが、該先端部は、ＡＦＭ先端部に適した他のあらゆる材料から作ることができる。先端部２０３の下方には、導電性ラインを形成すべき基板２０１を配置することができる。さらに、装置２００は、低強度のレーザ・ビーム、すなわち先端部２０３と基板２０１との間に導入される蒸気又はガスを分解するのに十分な程高くない強度のレーザ・ビームを用いて、該先端部２０３を照射することができるレーザ２０４を含む。ＡＦＭ２０２、よって該ＡＦＭの先端部２０３及び／又は基板２０１は、三次元で動かすことができ、このことは、図２に示される座標系２０５によって示される。
【００４３】
基板２０１をパターン加工するために、上述の装置２００が、一般的な化学気相堆積装置（ＣＶＤ装置）に挿入される。こうしたＣＶＤ装置は、通常、堆積が行われる反応チャンバと、ＣＶＤに適した前駆体すなわちガスを反応チャンバに供給するためのガス送達システムと、基板、マンドレル等の導入及び除去のために用いられる基板取り付け機構と、前駆体の反応及び／又は分解に必要とされるエネルギー／熱を提供するエネルギー源と、反応／分解に必要とされるもの以外の他の全てのガス種を除去するための真空システムと、揮発性副産物を反応チャンバから除去するための排出システムと、排出ガスの一部が環境への射出に適しておらず、安全／無害な化合物への処理又は変換を必要とする場合の排出処理システムと、圧力、温度、及び時間のようなプロセス・パラメータを監視するための、ゲージ、制御装置、警報装置、及び安全装置等のプロセス制御機器とを含む。明確にするために、こうした周知のＣＶＤ装置は、図２に示されていない。
【００４４】
ＣＶＤに適したガス、すなわち典型的な前駆体材料は、
ＴｉＣｌ４、ＴａＣｌ５、ＷＦ６のようなハロゲン化合物、
ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＡｌＨ３（ＮＭｅ３）２、ＮＨ３のような水素化物、
有機金属化合物、
ＡＬＭｅ３、Ｔｉ（ＣＨ２ｔＢｕ）４のような金属アルキル、
Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４のような金属アルコキシド、
Ｔｉ（ＮＭｅ２）４のような金属ジアリルアミド、
Ｃｕ（ａｃａｃ）２のような金属ジケトネート
Ｎｉ（ＣＯ）４のような金属カルボニル、
などの多数のカテゴリーに分類される。
【００４５】
基板２０１をパターン加工するために、先端部２０３と基板２０１との間の空間にＣＶＤに適したガス又は蒸気を導入しながら、先端部２０３を照射するレーザ２０４によって、レーザ・ビーム２０６が射出される。図２の実施形態において、先端部２０３と基板２０１との間の空間に導入されるガスとして、ＡｕＣｌＰＦ３が用いられる。ＡｕＣｌＰＦ３の分解のためのしきい値温度は、摂氏約１５０°である。レーザ装置２０４すなわちレーザ源として、８１０ｎｍの波長を持つ光を射出する、サファイア・レーザのような弱い赤外線源を用いることができる。既に述べたように、レーザ・ビーム２０６すなわち一次レーザ・ビームの強度すなわちエネルギーは、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くないので、この一次レーザ・ビームを用いて、金属ラインすなわち導電性ラインを堆積させることはできない。
【００４６】
しかしながら、図１を参照して述べられたように、先端部２０３付近の近接電磁場の強度すなわちエネルギーが、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くなるように、ＡＦＭ２０２の先端部２０３によって一次レーザ・ビーム２０６の電磁場が増幅され、ＣＶＤが達成され、ライン２０７を基板２０１上に形成することが可能になる。つまり、先端部付近の温度が摂氏１５０°より上に上昇し、よってＡｕＣｌＰＦ３が分解される。このことにより、ＡＦＭ先端部が基板を走査する間、基板上に金が堆積される。電磁場は、先端部２０３付近の蒸気を分解できるだけ強いので、非常に小さい寸法を持つ金属ライン２０７を基板２０１上に形成することができる。５ｎｍの直径を持つ先端部２０３を用いることによって、同じ寸法すなわち５ｎｍの寸法を持つライン２０７を基板上に形成することができる。この寸法を達成するために、先端部２０３と基板２０１との間の一般的な距離は、５ｎｍから１０ｎｍまでの範囲である。
【００４７】
蒸気の分解が、先端部２０３のすぐ近くに集中しているため、金属ライン２０７は、実質的に先端部２０３の下方に形成される。したがって、互いに対してＡＦＭ先端部２０３及び基板２０１を動かし、所望の配置に対応させることによって、基板２０１上に所望の配置を有する金属ライン２０７を達成することが可能である。記述的方法では、先端部２０３が、基板上に金属ライン２０７を「書き込む」ということができる。電磁場は、先端部２０３付近の蒸気を分解できるだけ強いので、金属ライン２０７は、先端部２０３のあらゆる転回に関与し、基板２０１のパターン加工が容易になる。
【００４８】
図３においては、本発明の別の実施形態に従った、基板３０１上に、例えば導電性ラインを堆積させるなど、構造体をパターン加工するための、小さい寸法を有する装置３００の概略図が示される。図２に示される装置２００とは逆に、図３に示される装置３００は、幾つかの先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを有するＡＦＭ３０２を含む。４という数字を制限的な意味で理解すべきではない。本発明によると、あらゆる所望の適切な数の先端部を用いることができる。
【００４９】
装置３００は、概略的にのみ示されているＡＦＭ３０２を含む。ＡＦＭ３０２は、金属化された複数の先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを含む。図３の実施形態においては、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄは、５ｎｍの直径を持つ金製先端部であるが、該先端部は、ＡＦＭ先端部に適した他のあらゆる材料から作ることができる。先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄの下方には、例えば導電性ラインのようなラインを形成すべき基板３０１を配置することができる。さらに、装置３００は、低強度のレーザ・ビーム、すなわち先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間に導入される蒸気又はガスを分解するのに十分な程強くない強度のレーザ・ビームを用いて、該先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを照射することができるレーザ３０４を含む。ＡＦＭ３０２、よって該ＡＦＭの先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄ及び／又は基板３０１は、三次元で動かすことができ、このことは、図３に示される座標系３０５によって示される。
【００５０】
基板３０１をパターン加工するために、上述の装置３００が、図２を参照して説明されるような一般的な化学気相堆積装置（ＣＶＤ装置）に挿入されるが、このことは、図３にも示されていない。
【００５１】
基板３０１をパターン加工する間、ＣＶＤに適したガス又は蒸気を、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間の空間に導入しながら、一次レーザ・ビーム３０６が、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを照射するレーザ３０４によって射出される。図３の実施形態においては、ＡｕＣｌＰＦ３が、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間の空間に導入されるガスとして用いられる。ＡｕＣｌＰＦ３の分解のためのしきい値温度は、摂氏約１５０°である。
【００５２】
レーザ装置３０４すなわちレーザ源として、８１０ｎｍの波長を持つ光を射出するサファイア・レーザのような、弱い赤外線源を用いることができる。既に述べたように、一次レーザ・ビーム３０６の強度すなわちエネルギーは、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くないので、一次レーザ・ビームを用いることによって、金属ラインすなわち導電性ラインを堆積させることはできない。
【００５３】
しかしながら、図１を参照して述べられたように、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄ付近の近接電磁場の強度すなわちエネルギーが、ガス又は蒸気を分解するのに十分な程高くなるように、ＡＦＭ３０２の先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄによって、一次レーザ・ビーム３０６の電磁場が増幅され、ＣＶＤが達成され、ライン３０７を基板３０１上に形成することが可能になる。つまり、先端部付近の温度は摂氏１５０°より上に上昇し、よってＡｕＣｌＰＦ３が分解される。このことにより、ＡＦＭ先端部が基板を走査する間、基板上に金が堆積される。電磁場は、先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄ付近の蒸気を分解できるだけ強いので、非常に小さい寸法を持つ金属ライン３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ、及び３０７ｄを基板３０１上に形成することができる。５ｎｍの直径を持つ先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、及び３０３ｄを用いることによって、同じ寸法すなわち５ｎｍの寸法を持つ金属ライン３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ、及び３０７ｄを基板３０１上に形成することができる。先端部３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと基板３０１との間の一般的な距離は、５ｎｍから１０ｎｍまでの範囲である。
【００５４】
図３による装置３００を用いることによって、単一のステップで、基板３０１上に複数の平行な金属ラインを形成することができる。このように、基板をパターン加工するための装置及び方法の効率性を増大させることができる。
【００５５】
要約すると、本発明の一態様は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を弱いレーザ・ビームと共に用いて、基板上にサブ・リソグラフィ構造体を形成する際に見ることができる。レーザ装置の弱いレーザ・ビームが、ＡＦＭの金属化された先端部上に射出される。ＡＦＭの代わりに、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いることもできる。弱い一次レーザ・ビームをＡＦＭの先端部上に放射することによって、化学気相堆積法（ＣＶＤ）に適した供給ガスが分解され、分解されたガスの成分が基板上に堆積される程度まで、先端部の周りの電磁場が増大される。
【００５６】
従来技術に優る本発明の利点は、以下の通りである。増幅は、近接場すなわち金属化された先端部の周りの数ナノメートルにおいてのみ行われるので、ガスは、先端部付近においてのみ分解され、よって、分解されたガスの堆積もまた先端部付近においてのみ行われる。したがって、数ナノメートルの寸法を有する、例えば金属ラインのような構造体を基板上に形成することができる。５ｎｍの直径を持つ先端部、及び５ｎｍから１０ｎｍまでの該先端部と基板との間の距離を用いる場合、５ｎｍの寸法を有するラインを達成することができる。こうした寸法は、分子マイクロエレクトロニクスに適している。しかしながら、先端部の直径は５ｎｍに制限されるものではなく、如何なる適切な直径とすることもできる。先端部の直径は、所望のライン寸法に対応することが好ましく、例えば、１０ｎｍの所望のライン寸法すなわち１０ｎｍのライン幅の場合には、先端部の直径は、約１０ｎｍとすることができる。
【００５７】
別の利点は、基板の走査及び基板上のラインの形成が同時に行われるため、基板上の形成された構造体を容易に見つけることができる点である。このことは、従来技術による方法におけるような先端部の強い電場の代わりに、外部レーザ・ビームによって先端部が励起されるために可能になる。本発明によると、こうした強い電場が適用され、そのことが先端部を極めて急速に磨耗させる従来技術と比べると、強い電場が用いられず、よって先端部の寿命が増大される。
【００５８】
別の利点は、分解のような化学反応が、強度及びこうしたエネルギーが十分に高い先端部においてのみ存在し、よって、基板及びＡＦＭの周りにあまり攻撃的でない環境がもたらされる点である。
【００５９】
本発明及びその利点が詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲に定められるような本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、ここに、種々の変更、置換、及び代替をなし得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】原子間力顕微鏡の先端部の周りの電場分布を示す。
【図２】本発明の一実施形態に従った、基板上に構造体をパターン加工するための装置を示す。
【図３】本発明の別の実施形態に従った、基板上に構造体をパターン加工するための装置を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２０１、３０１）上に構造体（２０７、３０７）をパターン加工するための装置（２００、３００）であって、
走査先端部（２０３、３０３）を有するイメージング装置（２０２、３０２）と、
発光装置（２０４、３０４）と、
前記走査先端部の周りにあって、分解されたときに前記基板（２０１、３０１）上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を含む空間と
を備え、
前記発光装置（２０４、３０４）は、前記蒸気を分解できない強さの光ビーム（２０６、３０６）を、前記先端部（２０３、３０３）付近の光ビームが引き起こす電磁場が前記蒸気を分解するのに十分な程強くなるように、該先端部（２０３、３０３）上に射出するように適合される装置。
【請求項２】
前記発光装置（２０４、３０４）がレーザである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記イメージング装置（２０２、３０２）が、原子間力顕微鏡及び走査型トンネル顕微鏡の一方である、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記レーザ装置（２０２、３０２）は、極性が前記先端部（２０３、３０３）の長手方向軸線と平行になるように、前記光ビーム（２０６、３０６）を前記先端部（２０３、３０３）上に射出するように適合される、請求項２又は請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記先端部（２０３、３０３）が、５ｎｍから２０ｎｍまでの間の寸法を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、複数のほぼ平行な先端部（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）を備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記射出された光ビームの十分な増幅が達成されるように、前記光ビーム（２０６、３０６）の波長が、前記先端部（２０３、３０３）のサイズと合致するように適合される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記先端部（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）の１つ又はそれ以上が金属化されたものである、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記蒸気は、ハロゲン化合物、水素化物、及び金属有機化合物を含むガスの群から得られるガスである、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記蒸気は、ＡｕＣｌＰＦ３、Ｗ（ＣＯ）６、ＴｉＣｌ４、ＴａＣｌ５、ＷＦ６、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＡｌＨ３（ＮＭｅ３）２、ＮＨ３、ＡＬＭｅ３、Ｔｉ（ＣＨ２ｔＢｕ）４、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４、Ｔｉ（ＮＭｅ２）４、Ｃｕ（ａｃａｃ）２、及びＮｉ（ＣＯ）４を含むガスの群から選ばれるガスである、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
イメージング装置（２０２、３０２）及び発光装置（２０４、３０４）を含む装置によって、基板（２０１、３０１）上に構造体（２０７、３０７）をパターン加工する方法であって、
前記イメージング装置（２０２、３０２）の先端部（２０３、３０３）の下方に前記基板（２０１、３０１）を準備するするステップと、
分解されたときに前記基板（２０１、３０１）上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を、前記先端部（２０３、３０３）と該基板（２０１、３０１）との間の空間に提供するステップと、
前記蒸気が分解される程度まで前記先端部（２０３、３０３）が近接電磁場を強化するように、該先端部（２０３、３０３）を、強さが該蒸気を分解するのに十分でない光ビーム（２０６、３０６）に露光させるステップと
を含む方法。
【請求項１】
基板（２０１、３０１）上に構造体（２０７、３０７）をパターン加工するための装置（２００、３００）であって、
走査先端部（２０３、３０３）を有するイメージング装置（２０２、３０２）と、
発光装置（２０４、３０４）と、
前記走査先端部の周りにあって、分解されたときに前記基板（２０１、３０１）上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を含む空間と
を備え、
前記発光装置（２０４、３０４）は、前記蒸気を分解できない強さの光ビーム（２０６、３０６）を、前記先端部（２０３、３０３）付近の光ビームが引き起こす電磁場が前記蒸気を分解するのに十分な程強くなるように、該先端部（２０３、３０３）上に射出するように適合される装置。
【請求項２】
前記発光装置（２０４、３０４）がレーザである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記イメージング装置（２０２、３０２）が、原子間力顕微鏡及び走査型トンネル顕微鏡の一方である、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記レーザ装置（２０２、３０２）は、極性が前記先端部（２０３、３０３）の長手方向軸線と平行になるように、前記光ビーム（２０６、３０６）を前記先端部（２０３、３０３）上に射出するように適合される、請求項２又は請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記先端部（２０３、３０３）が、５ｎｍから２０ｎｍまでの間の寸法を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、複数のほぼ平行な先端部（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）を備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記射出された光ビームの十分な増幅が達成されるように、前記光ビーム（２０６、３０６）の波長が、前記先端部（２０３、３０３）のサイズと合致するように適合される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記先端部（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）の１つ又はそれ以上が金属化されたものである、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記蒸気は、ハロゲン化合物、水素化物、及び金属有機化合物を含むガスの群から得られるガスである、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記蒸気は、ＡｕＣｌＰＦ３、Ｗ（ＣＯ）６、ＴｉＣｌ４、ＴａＣｌ５、ＷＦ６、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＡｌＨ３（ＮＭｅ３）２、ＮＨ３、ＡＬＭｅ３、Ｔｉ（ＣＨ２ｔＢｕ）４、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４、Ｔｉ（ＮＭｅ２）４、Ｃｕ（ａｃａｃ）２、及びＮｉ（ＣＯ）４を含むガスの群から選ばれるガスである、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
イメージング装置（２０２、３０２）及び発光装置（２０４、３０４）を含む装置によって、基板（２０１、３０１）上に構造体（２０７、３０７）をパターン加工する方法であって、
前記イメージング装置（２０２、３０２）の先端部（２０３、３０３）の下方に前記基板（２０１、３０１）を準備するするステップと、
分解されたときに前記基板（２０１、３０１）上での化学気相堆積法に適したものとなる材料の蒸気を、前記先端部（２０３、３０３）と該基板（２０１、３０１）との間の空間に提供するステップと、
前記蒸気が分解される程度まで前記先端部（２０３、３０３）が近接電磁場を強化するように、該先端部（２０３、３０３）を、強さが該蒸気を分解するのに十分でない光ビーム（２０６、３０６）に露光させるステップと
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００７−５１０８１０（Ｐ２００７−５１０８１０Ａ）
【公表日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３８９８７（Ｐ２００６−５３８９８７）
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／００３６９６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４７１７７
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／００３６９６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４７１７７
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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