JPH1116856A - パターニング方法およびパターニング装置 - Google Patents
パターニング方法およびパターニング装置Info
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- JPH1116856A JPH1116856A JP16915497A JP16915497A JPH1116856A JP H1116856 A JPH1116856 A JP H1116856A JP 16915497 A JP16915497 A JP 16915497A JP 16915497 A JP16915497 A JP 16915497A JP H1116856 A JPH1116856 A JP H1116856A
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Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 加工精度が描画光の波長により制限されない
マスクレスのパターニング方法およびパターニング装置
装置を提供する。 【解決手段】 物質表面１１０に、膜形成のための原料
ガスを吸着させた後に排気して、原料ガスの吸着層を残
す。次に、先細り形状にされて不透明な金属膜が被着さ
れた光ファイバプローブ１２０の先端に設けられた、光
波長よりも小さい径を有する開口部から、物質表面１１
０の膜を形成する部分にのみエバネッセント場１３０の
光を照射して、膜成長のための核を選択的に生成する。
そして、この物質表面１１０の原料ガスの吸着層に集束
していないレーザ光（励起光）を照射しながら原料ガス
を再び供給して、核から所望のパターン形状の膜を光化
学反応により選択的に成長させる。物質表面１１０上に
予め成膜しておき、原料ガスを適当に選択すれば、同様
にして選択的なエッチングを行うこともできる。
マスクレスのパターニング方法およびパターニング装置
装置を提供する。 【解決手段】 物質表面１１０に、膜形成のための原料
ガスを吸着させた後に排気して、原料ガスの吸着層を残
す。次に、先細り形状にされて不透明な金属膜が被着さ
れた光ファイバプローブ１２０の先端に設けられた、光
波長よりも小さい径を有する開口部から、物質表面１１
０の膜を形成する部分にのみエバネッセント場１３０の
光を照射して、膜成長のための核を選択的に生成する。
そして、この物質表面１１０の原料ガスの吸着層に集束
していないレーザ光（励起光）を照射しながら原料ガス
を再び供給して、核から所望のパターン形状の膜を光化
学反応により選択的に成長させる。物質表面１１０上に
予め成膜しておき、原料ガスを適当に選択すれば、同様
にして選択的なエッチングを行うこともできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光化学反応を利用
して微細なパターンを選択的に形成するパターニング方
法およびパターニング装置に関する。
して微細なパターンを選択的に形成するパターニング方
法およびパターニング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】大容量の情報を高速に伝送し処理する各
種のシステムを形成するために不可欠とされる集積回路
部品には、その集積度を向上させるために配線等のパタ
ーンをより微細化することが求められている。
種のシステムを形成するために不可欠とされる集積回路
部品には、その集積度を向上させるために配線等のパタ
ーンをより微細化することが求められている。
【０００３】微細なパターンを形成するために開発され
ている種々のプロセス技術は、いずれも材料を任意の平
面形状に堆積する技術と、同様に除去する技術とを組み
合わされて実現されるものである。具体的には、リソグ
ラフィ技術によりマスクパターンを作成した後に、リフ
トオフ法により材料を選択的に成長または除去させる２
段階からなるプロセスである。
ている種々のプロセス技術は、いずれも材料を任意の平
面形状に堆積する技術と、同様に除去する技術とを組み
合わされて実現されるものである。具体的には、リソグ
ラフィ技術によりマスクパターンを作成した後に、リフ
トオフ法により材料を選択的に成長または除去させる２
段階からなるプロセスである。
【０００４】ところが、上記のプロセス技術には、加工
損傷、寸法精度の低下、プロセスの複雑化などの問題が
あった。そこで、これらの問題を生じることなく微細な
パターンを形成できるプロセス技術として、光を利用す
る気相成長法が検討されている。
損傷、寸法精度の低下、プロセスの複雑化などの問題が
あった。そこで、これらの問題を生じることなく微細な
パターンを形成できるプロセス技術として、光を利用す
る気相成長法が検討されている。
【０００５】例えば、原料ガスとしてＡｌ（ＣＨ3）3を
用いてアルミニウム膜を堆積させる化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）において、所望のパターンが形成されたマスクを通
してＡｒＦレーザ光を基板に照射し、レーザ光が照射さ
れた部分でのみＡｌ（ＣＨ3）3を励起することによっ
て、基板上に上記マスクのパターンに応じてアルミニウ
ム膜を選択的に堆積させることができる。
用いてアルミニウム膜を堆積させる化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）において、所望のパターンが形成されたマスクを通
してＡｒＦレーザ光を基板に照射し、レーザ光が照射さ
れた部分でのみＡｌ（ＣＨ3）3を励起することによっ
て、基板上に上記マスクのパターンに応じてアルミニウ
ム膜を選択的に堆積させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光を用いて材
料を選択的に成長または除去する方法には、寸法が描画
光の波長程度以下であるパターンを形成できないという
問題がある。これは、加工精度が光の回折限界により制
限されるためである。また、マスクを用いるため、成膜
中にパターンの形状を変化させたり、膜厚方向の形状を
連続的に変化させることが困難であるなどの問題があ
る。
料を選択的に成長または除去する方法には、寸法が描画
光の波長程度以下であるパターンを形成できないという
問題がある。これは、加工精度が光の回折限界により制
限されるためである。また、マスクを用いるため、成膜
中にパターンの形状を変化させたり、膜厚方向の形状を
連続的に変化させることが困難であるなどの問題があ
る。
【０００７】本発明は、このような問題を解決するため
に行われたものであり、描画光の波長により加工精度が
制限されることがなく、任意形状のパターンを形成する
ためにマスクを用いる必要もないパターニング方法およ
びパターニング装置を提供することを目的としている。
に行われたものであり、描画光の波長により加工精度が
制限されることがなく、任意形状のパターンを形成する
ためにマスクを用いる必要もないパターニング方法およ
びパターニング装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに提案する本発明のパターニング方法は、材料表面に
任意形状のパターンを形成するパターニング方法におい
て、膜を形成するための原料ガスを基板表面に吸着させ
る原料ガス吸着工程と、上記原料ガスが吸着した基板表
面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにされた所
定波長の光により描画して核を生成する核生成工程と、
上記基板表面に上記原料ガスを再び供給して、上記核が
生成された部分に光化学反応により膜を選択的に成長さ
せる膜成長工程とを有することを特徴とするものであ
る。
めに提案する本発明のパターニング方法は、材料表面に
任意形状のパターンを形成するパターニング方法におい
て、膜を形成するための原料ガスを基板表面に吸着させ
る原料ガス吸着工程と、上記原料ガスが吸着した基板表
面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにされた所
定波長の光により描画して核を生成する核生成工程と、
上記基板表面に上記原料ガスを再び供給して、上記核が
生成された部分に光化学反応により膜を選択的に成長さ
せる膜成長工程とを有することを特徴とするものであ
る。
【０００９】また、上記の課題を解決するために提案す
る本発明の別のパターニング方法は、材料表面に任意形
状のパターンを形成するパターニング方法において、材
料表面をエッチングするための反応ガスを基板表面に吸
着させる反応ガス吸着工程と、上記反応ガスが吸着した
材料表面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにさ
れた所定波長の光により描画して核を生成する核生成工
程と、上記基板表面に上記反応ガスを再び供給して、上
記材料表面の核が生成された部分を光化学反応により選
択的に除去するエッチング工程とを有することを特徴と
するものである。
る本発明の別のパターニング方法は、材料表面に任意形
状のパターンを形成するパターニング方法において、材
料表面をエッチングするための反応ガスを基板表面に吸
着させる反応ガス吸着工程と、上記反応ガスが吸着した
材料表面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにさ
れた所定波長の光により描画して核を生成する核生成工
程と、上記基板表面に上記反応ガスを再び供給して、上
記材料表面の核が生成された部分を光化学反応により選
択的に除去するエッチング工程とを有することを特徴と
するものである。
【００１０】さらに、上記の課題を解決するために提案
する本発明のパターニング装置は、材料表面に任意形状
のパターンを形成するパターニング装置において、表面
にパターンが形成される材料を収容する反応容器と、上
記材料表面に堆積し、または上記材料表面を除去するた
めのガスを上記反応容器内に供給するガス供給手段と、
上記反応容器内のガスを排出する排気手段と、上記材料
表面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにされた
光により描画して核を選択的に生成する描画手段とを備
えることを特徴とするものである。
する本発明のパターニング装置は、材料表面に任意形状
のパターンを形成するパターニング装置において、表面
にパターンが形成される材料を収容する反応容器と、上
記材料表面に堆積し、または上記材料表面を除去するた
めのガスを上記反応容器内に供給するガス供給手段と、
上記反応容器内のガスを排出する排気手段と、上記材料
表面に所望のパターンを回折限界以下の大きさにされた
光により描画して核を選択的に生成する描画手段とを備
えることを特徴とするものである。
【００１１】上記の本発明によれば、光の回折限界より
も短い寸法を含む任意形状のパターンをも形成すること
ができ、しかもマスクを必要としないパターニング方法
およびパターニング装置を提供できる。
も短い寸法を含む任意形状のパターンをも形成すること
ができ、しかもマスクを必要としないパターニング方法
およびパターニング装置を提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のパターニング方
法およびパターニング装置の好ましい実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
法およびパターニング装置の好ましい実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【００１３】図１は、本発明のパターニング装置の基本
的な構成を模式的に示している。
的な構成を模式的に示している。
【００１４】このパターニング装置は、原料ガス供給
系、反応容器、および排気系から構成されている。
系、反応容器、および排気系から構成されている。
【００１５】原料ガス供給系は、原料ガス供給源Ｓ１、
キャリアガス供給源Ｓ２、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３、マ
スフローコントローラ１０、およびこれらと反応容器と
を接続する配管などから構成される。
キャリアガス供給源Ｓ２、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３、マ
スフローコントローラ１０、およびこれらと反応容器と
を接続する配管などから構成される。
【００１６】原料ガス供給源Ｓ１およびキャリアガス供
給源Ｓ２としては、ボンベなどが使用される。なお、キ
ャリアガスは、上記の原料ガスを反応に適当な濃度に希
釈して輸送するためものであり、通常は不活性なガスが
用いられる。
給源Ｓ２としては、ボンベなどが使用される。なお、キ
ャリアガスは、上記の原料ガスを反応に適当な濃度に希
釈して輸送するためものであり、通常は不活性なガスが
用いられる。
【００１７】バルブＶ１は原料ガス供給源Ｓ１から供給
される原料ガスの量を調節するためのものであり、バル
ブＶ２はキャリアガス供給源Ｓ２から原料ガス供給源Ｓ
１に供給されるキャリアガスの量を調節するためのもの
である。また、バルブＶ３は、キャリアガス供給源Ｓ２
から、上記のキャリアガスと混合された原料ガスに加え
られるキャリアガスの量を調節するためのものである。
このバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により、原料ガスとキャリ
アガスの混合割合が決められて所定の濃度にされる。
される原料ガスの量を調節するためのものであり、バル
ブＶ２はキャリアガス供給源Ｓ２から原料ガス供給源Ｓ
１に供給されるキャリアガスの量を調節するためのもの
である。また、バルブＶ３は、キャリアガス供給源Ｓ２
から、上記のキャリアガスと混合された原料ガスに加え
られるキャリアガスの量を調節するためのものである。
このバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により、原料ガスとキャリ
アガスの混合割合が決められて所定の濃度にされる。
【００１８】マスフローコントローラ１０は、上記のバ
ルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により所定の割合でキャリアガス
と混合された原料ガスの供給量（質量流量）を精密に制
御するためのものである。
ルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により所定の割合でキャリアガス
と混合された原料ガスの供給量（質量流量）を精密に制
御するためのものである。
【００１９】反応容器は、真空チャンバ２０と、その内
部に収容される基板上に所望のパターンを形成するため
の図示していない描画手段とを含んで構成される。
部に収容される基板上に所望のパターンを形成するため
の図示していない描画手段とを含んで構成される。
【００２０】真空チャンバ２０は、その内部に基板を収
容して、高真空や任意の圧力のガス雰囲気に保持するた
めの容器であり、内部を観察するための窓や、必要に応
じて各種の機器を取り付けることができるポートを備え
ている。この真空チャンバ２０の内部には、マスフロー
コントローラ１０を介して原料ガスが導入される。この
真空チャンバ２０の内部の図示していない描画手段につ
いては後述する。
容して、高真空や任意の圧力のガス雰囲気に保持するた
めの容器であり、内部を観察するための窓や、必要に応
じて各種の機器を取り付けることができるポートを備え
ている。この真空チャンバ２０の内部には、マスフロー
コントローラ１０を介して原料ガスが導入される。この
真空チャンバ２０の内部の図示していない描画手段につ
いては後述する。
【００２１】なお、この反応容器全体は、外部からの振
動を遮断するために定盤や除震台の上に設置されること
が望ましい。
動を遮断するために定盤や除震台の上に設置されること
が望ましい。
【００２２】排気系は、真空チャンバ２０の内部を任意
の圧力にするためのものであり、バルブＶ４を介して接
続される真空ポンプから構成される。ここでは、比較的
高い圧力から動作して高真空にまで排気することがで
き、軽いガスに対しても比較的大きな排気速度が得られ
るターボ分子ポンプ３１と、その補助ポンプとして油回
転ポンプ（ロータリーポンプ）を用いる構成を例示して
いる。
の圧力にするためのものであり、バルブＶ４を介して接
続される真空ポンプから構成される。ここでは、比較的
高い圧力から動作して高真空にまで排気することがで
き、軽いガスに対しても比較的大きな排気速度が得られ
るターボ分子ポンプ３１と、その補助ポンプとして油回
転ポンプ（ロータリーポンプ）を用いる構成を例示して
いる。
【００２３】なお、この排気系により真空チャンバ２０
から排出されるガスは、必要に応じて後処理が施された
後に放出される。
から排出されるガスは、必要に応じて後処理が施された
後に放出される。
【００２４】次に、上述した真空チャンバ２０の内部の
描画手段について説明する。
描画手段について説明する。
【００２５】前述したように、光を用いる従来の選択的
パターニング方法は、自由空間を伝搬する光を集光して
使用しているため、０．１μｍ程度以下の加工精度（空
間分解能）を実現することが不可能であった。
パターニング方法は、自由空間を伝搬する光を集光して
使用しているため、０．１μｍ程度以下の加工精度（空
間分解能）を実現することが不可能であった。
【００２６】これに対して、以下に説明する本発明に係
るパターニング装置に適用される描画手段は、自由空間
を伝搬する光を使用するものではないため、上記の加工
精度を実現できるものである。
るパターニング装置に適用される描画手段は、自由空間
を伝搬する光を使用するものではないため、上記の加工
精度を実現できるものである。
【００２７】図２は、材料表面に所望のパターンを描画
するための光を、回折限界以下の大きさにするための光
ファイバの先端部を示している。
するための光を、回折限界以下の大きさにするための光
ファイバの先端部を示している。
【００２８】光ファイバ１２２は、一端がエッチング等
の方法により先鋭化された後に、不透明な金属膜１２３
が被着されたものである。先鋭化された先端部１２１
は、金属膜１２３が除去されてコアが露出しており、直
径が可視領域の波長（０．５μｍ程度）より小さい開口
部が形成されている。なお、以下では、このように加工
された光ファイバをプローブという。
の方法により先鋭化された後に、不透明な金属膜１２３
が被着されたものである。先鋭化された先端部１２１
は、金属膜１２３が除去されてコアが露出しており、直
径が可視領域の波長（０．５μｍ程度）より小さい開口
部が形成されている。なお、以下では、このように加工
された光ファイバをプローブという。
【００２９】このプローブ１２０の後端から光を入射す
ると、先端部１２１からは、通常の波としての光は出射
しないが、エバネッセント場と呼ばれる光の場がしみ出
る。このプローブ１２０を、エバネッセント場１３０の
光を物質表面１１０に照射しながら圧電アクチュエータ
などで微動送りしてスキャンさせることによって、光の
回折限界よりも短い寸法を含む所望のパターンを物質表
面１１０に描画することができる。
ると、先端部１２１からは、通常の波としての光は出射
しないが、エバネッセント場と呼ばれる光の場がしみ出
る。このプローブ１２０を、エバネッセント場１３０の
光を物質表面１１０に照射しながら圧電アクチュエータ
などで微動送りしてスキャンさせることによって、光の
回折限界よりも短い寸法を含む所望のパターンを物質表
面１１０に描画することができる。
【００３０】なお、プローブ１２０と物質表面１１０と
の距離は、シェアフォースを検出することにより制御さ
れる。
の距離は、シェアフォースを検出することにより制御さ
れる。
【００３１】このエバネッセント場１３０は、プローブ
１２０の先端から光波長以下の距離にある極めて近い領
域（近接場領域）に存在する光のうちの非伝搬成分であ
る。
１２０の先端から光波長以下の距離にある極めて近い領
域（近接場領域）に存在する光のうちの非伝搬成分であ
る。
【００３２】エバネッセント場１３０の光のパワーは、
プローブ１２０の先端から遠ざかるにつれて減少する
が、その減少の度合いを表す「しみ出しの厚み」は、プ
ローブ１２０の先端部１２１の寸法と同程度であり、光
波長には依存しない。また、エバネッセント場１３０の
光は、その単位断面積あたりのパワー密度が１００Ｗ／
ｃｍ2 にも達するため、プローブ１２０の先端を物質表
面１１０に近づけることにより光化学反応を誘起するこ
とができる。
プローブ１２０の先端から遠ざかるにつれて減少する
が、その減少の度合いを表す「しみ出しの厚み」は、プ
ローブ１２０の先端部１２１の寸法と同程度であり、光
波長には依存しない。また、エバネッセント場１３０の
光は、その単位断面積あたりのパワー密度が１００Ｗ／
ｃｍ2 にも達するため、プローブ１２０の先端を物質表
面１１０に近づけることにより光化学反応を誘起するこ
とができる。
【００３３】次に、本発明のパターニング方法につい
て、図１のパターニング装置の構成および図２のプロー
ブの構成を参照しながら説明する。
て、図１のパターニング装置の構成および図２のプロー
ブの構成を参照しながら説明する。
【００３４】このパターニング方法は、上述したプロー
ブ１２０の先端部１２１からしみ出すエバネッセント場
１３０の光により光化学反応を誘起して、基板上に物質
を選択的に堆積したり物質表面を除去することにより、
光の波長以下の加工精度で任意形状のパターンを形成す
るものである。
ブ１２０の先端部１２１からしみ出すエバネッセント場
１３０の光により光化学反応を誘起して、基板上に物質
を選択的に堆積したり物質表面を除去することにより、
光の波長以下の加工精度で任意形状のパターンを形成す
るものである。
【００３５】図３は、本発明のパターニング方法によ
り、基板上に任意形状の薄膜を成膜する際の基本的な手
順を示している。
り、基板上に任意形状の薄膜を成膜する際の基本的な手
順を示している。
【００３６】ステップＳ１は、原料ガス吸着工程であ
り、薄膜を形成するための原料ガス（母体ガス）１１３
を真空チャンバ１２０内に導入して基板１１１の表面に
吸着させる。
り、薄膜を形成するための原料ガス（母体ガス）１１３
を真空チャンバ１２０内に導入して基板１１１の表面に
吸着させる。
【００３７】ステップＳ２では、真空チャンバ１２０内
に導入された原料ガス１３０が、真空排気系により一旦
排出される。このとき、基板１１１の表面には、原料ガ
スの吸着層１１２が残る。
に導入された原料ガス１３０が、真空排気系により一旦
排出される。このとき、基板１１１の表面には、原料ガ
スの吸着層１１２が残る。
【００３８】ステップＳ３は、核生成工程であり、基板
１１１表面の膜を堆積させたい部分にのみプローブ１２
０の先端から光を照射して、所望のパターンを描画す
る。ここで照射される光は、前述したエバネッセント場
１３０の光である。この光の波長は、光（光子）エネル
ギが原料ガス１３０の分子を光分解するための解離エネ
ルギ以上に相当するように選択される。これにより、基
板１１１表面の薄膜を形成したい部分にのみ膜成長のた
めの核が選択的に生成される。
１１１表面の膜を堆積させたい部分にのみプローブ１２
０の先端から光を照射して、所望のパターンを描画す
る。ここで照射される光は、前述したエバネッセント場
１３０の光である。この光の波長は、光（光子）エネル
ギが原料ガス１３０の分子を光分解するための解離エネ
ルギ以上に相当するように選択される。これにより、基
板１１１表面の薄膜を形成したい部分にのみ膜成長のた
めの核が選択的に生成される。
【００３９】ステップＳ４では、真空チャンバ１２０内
に原料ガス１３０が再び導入され、所定の圧力にされ
る。
に原料ガス１３０が再び導入され、所定の圧力にされ
る。
【００４０】ステップＳ５は、膜成長工程であり、収束
されていないレーザ光（励起光）１１５を基板１１１表
面の原料ガスの吸着層１１２に照射しながら薄膜の原料
ガス（母体ガス）１１３を供給することにより、描画さ
れたパターン形状に応じて選択的に生成された核１１４
から薄膜が成長して、所望のパターンを形成する。
されていないレーザ光（励起光）１１５を基板１１１表
面の原料ガスの吸着層１１２に照射しながら薄膜の原料
ガス（母体ガス）１１３を供給することにより、描画さ
れたパターン形状に応じて選択的に生成された核１１４
から薄膜が成長して、所望のパターンを形成する。
【００４１】図４は、上記の各工程を模式的に示したも
のであり、図４（ａ）は原料ガス吸着工程、図４（ｂ）
は核生成工程、図４（ｃ）は膜成長工程をそれぞれ表し
ている。
のであり、図４（ａ）は原料ガス吸着工程、図４（ｂ）
は核生成工程、図４（ｃ）は膜成長工程をそれぞれ表し
ている。
【００４２】基板１１１には、シリコン、ガラス、サフ
ァイアなど種々の材料を用いることができる。なお、こ
の基板１１１には、脱脂洗浄などの前処理を予め施して
おく。この脱脂洗浄は、例えば、純水とイソプロピルア
ルコールを用いて超音波洗浄により行われる。
ァイアなど種々の材料を用いることができる。なお、こ
の基板１１１には、脱脂洗浄などの前処理を予め施して
おく。この脱脂洗浄は、例えば、純水とイソプロピルア
ルコールを用いて超音波洗浄により行われる。
【００４３】また、上記の各工程において、基板温度は
室温にされている。
室温にされている。
【００４４】これらの工程によれば、光化学蒸気堆積法
（光ＣＶＤ法）を用いて、マスクを使用しない（マスク
レス）選択成長を行うことができる。
（光ＣＶＤ法）を用いて、マスクを使用しない（マスク
レス）選択成長を行うことができる。
【００４５】また、パターニングが施される薄膜を基板
１１１上に予め成膜しておき、導入される原料ガス１３
０を適当に選択すれば、同様の工程により選択的なエッ
チングを行って任意の形状にパターニングすることもで
きる。
１１１上に予め成膜しておき、導入される原料ガス１３
０を適当に選択すれば、同様の工程により選択的なエッ
チングを行って任意の形状にパターニングすることもで
きる。
【００４６】次に、上述した本発明のパターニング方法
に用いられる光ＣＶＤについて、さらに説明する。
に用いられる光ＣＶＤについて、さらに説明する。
【００４７】図５は、光ＣＶＤ法の原理を示している。
原料ガス１１３の分子に光１１５が照射されると、原料
ガス１１３の解離エネルギＥg よりも光（光子）１１５
のエネルギｈνが大きいときには、原料ガス１１３の分
子は、原子１１３ａと原子１１３ｂに解離する。この過
程が光分解である。ここで、ｈはプランク定数、νは光
の振動数である。
原料ガス１１３の分子に光１１５が照射されると、原料
ガス１１３の解離エネルギＥg よりも光（光子）１１５
のエネルギｈνが大きいときには、原料ガス１１３の分
子は、原子１１３ａと原子１１３ｂに解離する。この過
程が光分解である。ここで、ｈはプランク定数、νは光
の振動数である。
【００４８】この光分解により生じた原子１１３ａのみ
を基板１１１上に堆積させることにより、目的とする薄
膜１１４を得ることができる。一方、目的とする薄膜１
１４を得るために必要とされない原子１１４ｂは、反応
容器である真空チャンバ２０内から速やかに排出される
ようにする。なお、前述したように、真空チャンバ２０
内に導入される原料ガスの種類を適当に選択すれば、光
分解により生じる生成物により薄膜１１４を選択的に除
去することも可能である。
を基板１１１上に堆積させることにより、目的とする薄
膜１１４を得ることができる。一方、目的とする薄膜１
１４を得るために必要とされない原子１１４ｂは、反応
容器である真空チャンバ２０内から速やかに排出される
ようにする。なお、前述したように、真空チャンバ２０
内に導入される原料ガスの種類を適当に選択すれば、光
分解により生じる生成物により薄膜１１４を選択的に除
去することも可能である。
【００４９】このような光ＣＶＤ法は、プロセスの制御
性が良好でスループットが高いこと、適用可能な材料が
多様であること、得られる膜に損傷が少ないことなどの
優れた特徴を有している。なお、光ＣＶＤ法を適用可能
な材料については、具体的に後述する。
性が良好でスループットが高いこと、適用可能な材料が
多様であること、得られる膜に損傷が少ないことなどの
優れた特徴を有している。なお、光ＣＶＤ法を適用可能
な材料については、具体的に後述する。
【００５０】図６は、原料ガス１１３の分子を解離させ
るために必要な解離エネルギについて模式的に示してい
る。
るために必要な解離エネルギについて模式的に示してい
る。
【００５１】ポテンシャル曲線６１は、分子を構成する
原子の核間距離とポテンシャルエネルギＥとの関係を示
している。すわわち、原料ガス１１３の分子を分解し
て、原子１１３ａと原子１１３ｂとを十分に引き離すた
めに必要なエネルギが解離エネルギＥg に相当する。ま
た、解離ポテンシャル曲線６２は、分子を構成する原子
の核間距離に反比例して低下する曲線である。
原子の核間距離とポテンシャルエネルギＥとの関係を示
している。すわわち、原料ガス１１３の分子を分解し
て、原子１１３ａと原子１１３ｂとを十分に引き離すた
めに必要なエネルギが解離エネルギＥg に相当する。ま
た、解離ポテンシャル曲線６２は、分子を構成する原子
の核間距離に反比例して低下する曲線である。
【００５２】原料ガス１１３の分子を解離させるための
過程には、前述した光分解による過程と熱分解による過
程がある。光分解はポテンシャル曲線６２に沿って進
み、熱分解はポテンシャル曲線６１に沿って進む。従っ
て、解離ポテンシャル曲線６２とポテンシャル曲線６１
との差に相当するエネルギが、励起光のエネルギｈνと
して供給される場合には光分解が支配的な過程になる。
過程には、前述した光分解による過程と熱分解による過
程がある。光分解はポテンシャル曲線６２に沿って進
み、熱分解はポテンシャル曲線６１に沿って進む。従っ
て、解離ポテンシャル曲線６２とポテンシャル曲線６１
との差に相当するエネルギが、励起光のエネルギｈνと
して供給される場合には光分解が支配的な過程になる。
【００５３】図７は、光ＣＶＤ法に用いられる原料ガス
の一例として、有機金属ガスであるＡｌ（ＣＨ3）3の解
離エネルギと励起光の波長との関係を示している。この
図において、横軸はＡｌ（ＣＨ3）3に照射される光波長
であり、縦軸は照射された光の透過率を示している。な
お縦軸は任意目盛である。
の一例として、有機金属ガスであるＡｌ（ＣＨ3）3の解
離エネルギと励起光の波長との関係を示している。この
図において、横軸はＡｌ（ＣＨ3）3に照射される光波長
であり、縦軸は照射された光の透過率を示している。な
お縦軸は任意目盛である。
【００５４】Ａｌ（ＣＨ3）3の解離エネルギに相当する
光波長は４２９ｎｍであることから、励起光源に、例え
ばＡｒ+ レーザの第２高調波（波長λ＝２５７ｎｍ）を
用いた場合にはＡｌ（ＣＨ3）3ガスの分子が解離される
ことが分かる。
光波長は４２９ｎｍであることから、励起光源に、例え
ばＡｒ+ レーザの第２高調波（波長λ＝２５７ｎｍ）を
用いた場合にはＡｌ（ＣＨ3）3ガスの分子が解離される
ことが分かる。
【００５５】図８は、以上説明した本発明のパターニン
グ方法およびパターニング装置を用いて成膜される膜
の、堆積速度と照射されるレーザ光のパワーとの関係の
一例を示している。ここでは、原料ガスとしてＺｎ（Ｃ
Ｈ3）2を用い、圧力を６．６５×１０2 Ｐａ（５Ｔｏｒ
ｒ．）および１．３３×１０3 Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ．）
にして成膜した場合の結果を示している。
グ方法およびパターニング装置を用いて成膜される膜
の、堆積速度と照射されるレーザ光のパワーとの関係の
一例を示している。ここでは、原料ガスとしてＺｎ（Ｃ
Ｈ3）2を用い、圧力を６．６５×１０2 Ｐａ（５Ｔｏｒ
ｒ．）および１．３３×１０3 Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ．）
にして成膜した場合の結果を示している。
【００５６】このように、照射されるレーザパワーおよ
び原料ガスの圧力が大きくなるにつれて、膜の堆積速度
が増加する。
び原料ガスの圧力が大きくなるにつれて、膜の堆積速度
が増加する。
【００５７】図９〜図１１は、以上説明した本発明を適
用して良好な結果を得ることができる材料と、そのため
に好適な原料ガスおよび励起光源の具体例を示してい
る。図９は生成物として金属を得る場合、図１０は半導
体材料を得る場合、図１１は誘電体を得る場合につい
て、それぞれ示している。なお、図９に示す励起光源に
ついて、ＳＨとあるのは第２次高調波（Secondary Harm
onics ）を示している。
用して良好な結果を得ることができる材料と、そのため
に好適な原料ガスおよび励起光源の具体例を示してい
る。図９は生成物として金属を得る場合、図１０は半導
体材料を得る場合、図１１は誘電体を得る場合につい
て、それぞれ示している。なお、図９に示す励起光源に
ついて、ＳＨとあるのは第２次高調波（Secondary Harm
onics ）を示している。
【００５８】このように、本発明は、適用できる材料が
多種にわたっており、様々な用途に応用できるものであ
り、例えば、ギガビット級ＤＲＡＭ（ダイナミックラン
ダムアクセスメモリ）などの製造プロセスに使用される
位相シフト型フォトマスクを修正するためのツールや、
半導体微粒子結晶の選択形成による量子効果素子を実現
する新プロセスなどにも適用可能なものである。
多種にわたっており、様々な用途に応用できるものであ
り、例えば、ギガビット級ＤＲＡＭ（ダイナミックラン
ダムアクセスメモリ）などの製造プロセスに使用される
位相シフト型フォトマスクを修正するためのツールや、
半導体微粒子結晶の選択形成による量子効果素子を実現
する新プロセスなどにも適用可能なものである。
【００５９】
【発明の効果】本発明のパターニング方法およびパター
ニング装置によれば、材料表面に所望のパターンをエバ
ネッセント場の光により描画して核生成しておき、さら
に光化学反応を利用して物質を選択的に堆積または除去
するようにしたため、光の波長よりも短い寸法を含む任
意形状のパターンを、マスクを用いることなく直接形成
できる。
ニング装置によれば、材料表面に所望のパターンをエバ
ネッセント場の光により描画して核生成しておき、さら
に光化学反応を利用して物質を選択的に堆積または除去
するようにしたため、光の波長よりも短い寸法を含む任
意形状のパターンを、マスクを用いることなく直接形成
できる。
【図１】本発明のパターニング装置の基本的な構成を模
式的に示す図である。
式的に示す図である。
【図２】材料表面に所望のパターンを描画するための光
を、回折限界以下の大きさにするための光ファイバプロ
ーブの先端部を示す図である。
を、回折限界以下の大きさにするための光ファイバプロ
ーブの先端部を示す図である。
【図３】本発明のパターニング方法により、基板上の薄
膜を成膜する際の基本的な手順を示すフローチャートで
ある。
膜を成膜する際の基本的な手順を示すフローチャートで
ある。
【図４】本発明のパターニング方法の主要な工程につい
て説明するための図である。
て説明するための図である。
【図５】光ＣＶＤ法について説明するための図である。
【図６】原料ガス分子の解離エネルギについて説明する
ための図である。
ための図である。
【図７】原料ガスの一例として、Ａｌ（ＣＨ3）3の解離
エネルギと励起光の波長との関係を示す図である。
エネルギと励起光の波長との関係を示す図である。
【図８】膜の堆積速度と照射されるレーザ光のパワーと
の関係の一例を示す図である。
の関係の一例を示す図である。
【図９】本発明を適用して得ることができる金属材料
と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体例
を示す図である。
と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体例
を示す図である。
【図１０】本発明を適用して得ることができる半導体材
料と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体
例を示す図である。
料と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体
例を示す図である。
【図１１】本発明を適用して得ることができる誘電体材
料と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体
例を示す図である。
料と、そのために好適な原料ガスおよび励起光源の具体
例を示す図である。
１１１ 基板、 １１２ 原料ガス吸着層、 １１３
原料ガス、 １１４薄膜、 １１４ａ 核、 １１５
レーザ光、 １２０ プローブ、 １２１先端部
原料ガス、 １１４薄膜、 １１４ａ 核、 １１５
レーザ光、 １２０ プローブ、 １２１先端部
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｘ
Claims (15)
- 【請求項１】 材料表面に任意形状のパターンを形成す
るパターニング方法において、 膜を形成するための原料ガスを基板表面に吸着させる原
料ガス吸着工程と、 上記原料ガスが吸着した基板表面に所望のパターンを回
折限界以下の大きさにされた所定波長の光により描画し
て核を生成する核生成工程と、 上記基板表面に上記原料ガスを再び供給して、上記核が
生成された部分に光化学反応により膜を選択的に成長さ
せる膜成長工程とを有することを特徴とするパターニン
グ方法。 - 【請求項２】 上記所定波長の光のエネルギは、上記原
料ガスを光分解するのに必要なエネルギ以上であること
を特徴とする請求項１記載のパターニング方法。 - 【請求項３】 上記光により描画される所望のパターン
は、描画に用いる光の波長よりも寸法が短い部分を有す
ることを特徴とする請求項１記載のパターニング方法。 - 【請求項４】 上記描画に用いる光は、エバネッセント
場の光であることを特徴とする請求項１記載のパターニ
ング方法。 - 【請求項５】 上記エバネッセント場の光は、先細り形
状にされて不透明な金属膜が被着された光ファイバの先
端に設けられた、上記エバネッセント場の光波長よりも
小さい径を有する開口部から照射されることを特徴とす
る請求項１記載のパターニング方法。 - 【請求項６】 材料表面に任意形状のパターンを形成す
るパターニング方法において、 材料表面をエッチングするための反応ガスを基板表面に
吸着させる反応ガス吸着工程と、 上記反応ガスが吸着した材料表面に所望のパターンを回
折限界以下の大きさにされた所定波長の光により描画し
て核を生成する核生成工程と、 上記基板表面に上記反応ガスを再び供給して、上記材料
表面の核が生成された部分を光化学反応により選択的に
除去するエッチング工程とを有することを特徴とするパ
ターニング方法。 - 【請求項７】 上記所定波長の光のエネルギは、上記原
料ガスを光分解するのに必要なエネルギ以上であること
を特徴とする請求項６記載のパターニング方法。 - 【請求項８】 上記光により描画される所望のパターン
は、描画に用いる光の波長よりも寸法が短い部分を有す
ることを特徴とする請求項６記載のパターニング方法。 - 【請求項９】 上記描画に用いる光は、エバネッセント
場の光であることを特徴とする請求項６記載のパターニ
ング方法。 - 【請求項１０】 上記エバネッセント場の光は、先細り
形状にされて不透明な金属膜が被着された光ファイバの
先端に設けられた、上記エバネッセント場の光波長より
も小さい径を有する開口部から照射されることを特徴と
する請求項６記載のパターニング方法。 - 【請求項１１】 材料表面に任意形状のパターンを形成
するパターニング装置において、 表面にパターンが形成される材料を収容する反応容器
と、 上記材料表面に堆積し、または上記材料表面を除去する
ためのガスを上記反応容器内に供給するガス供給手段
と、 上記反応容器内のガスを排出する排気手段と、 上記材料表面に所望のパターンを回折限界以下の大きさ
にされた光により描画して核を選択的に生成する描画手
段とを備えることを特徴とするパターニング装置。 - 【請求項１２】 上記所定波長の光のエネルギは、上記
原料ガスを光分解するのに必要なエネルギ以上であるこ
とを特徴とする請求項１１記載のパターニング装置。 - 【請求項１３】 上記描画された材料表面に光を照射し
て、上記選択的に核が生成した部分で光化学反応を誘起
するための光照射手段をさらに備えることを特徴とする
請求項１１記載のパターニング装置。 - 【請求項１４】 上記描画手段により照射される回折限
界以下の大きさにされた光は、エバネッセント場の光で
あることを特徴とする請求項１１記載のパターニング装
置。 - 【請求項１５】 上記エバネッセント場の光は、先細り
形状にされて不透明な金属膜が被着された光ファイバの
先端に設けられた、上記エバネッセント場の光波長より
も小さい径を有する開口部から照射されることを特徴と
する請求項１１記載のパターニング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16915497A JP3194363B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パターニング方法およびパターニング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16915497A JP3194363B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パターニング方法およびパターニング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1116856A true JPH1116856A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3194363B2 JP3194363B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=15881293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16915497A Expired - Fee Related JP3194363B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パターニング方法およびパターニング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194363B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023188A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Seiko Instruments Inc | 圧電体装置の製造方法 |
| US6686290B2 (en) * | 2000-08-25 | 2004-02-03 | Communications Research Laboratory | Method of forming a fine pattern |
| US7053351B2 (en) | 2004-03-30 | 2006-05-30 | Matsushita Electric Industrial, Co., Ltd | Near-field scanning optical microscope for laser machining of micro- and nano- structures |
| US7198961B2 (en) | 2004-03-30 | 2007-04-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for modifying existing micro-and nano-structures using a near-field scanning optical microscope |
| US7323657B2 (en) | 2004-08-03 | 2008-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Precision machining method using a near-field scanning optical microscope |
| WO2010096593A3 (en) * | 2009-02-18 | 2010-12-16 | Northwestern University | Beam pen lithography |
| US8753813B2 (en) | 2009-12-07 | 2014-06-17 | Northwestern University | Generation of combinatorial patterns by deliberate tilting of a polymer-pen array |
| US9766551B2 (en) | 2012-10-29 | 2017-09-19 | Northwestern University | Heat actuated and projected lithography systems and methods |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7169703B2 (en) * | 2002-03-19 | 2007-01-30 | Kabushiki Kaisha Ekisho Sentan Gijutsu Kaihatsu Center | Method of forming metallic wiring layer, method of selective metallization, apparatus for selective metallization and substrate apparatus |
-
1997
- 1997-06-25 JP JP16915497A patent/JP3194363B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7053351B2 (en) | 2004-03-30 | 2006-05-30 | Matsushita Electric Industrial, Co., Ltd | Near-field scanning optical microscope for laser machining of micro- and nano- structures |
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| US7323657B2 (en) | 2004-08-03 | 2008-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Precision machining method using a near-field scanning optical microscope |
| WO2010096593A3 (en) * | 2009-02-18 | 2010-12-16 | Northwestern University | Beam pen lithography |
| US9021611B2 (en) | 2009-02-18 | 2015-04-28 | Northwestern University | Beam pen lithography |
| US8753813B2 (en) | 2009-12-07 | 2014-06-17 | Northwestern University | Generation of combinatorial patterns by deliberate tilting of a polymer-pen array |
| US9766551B2 (en) | 2012-10-29 | 2017-09-19 | Northwestern University | Heat actuated and projected lithography systems and methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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