JP2008545541A - 誘導条件下での液化によるナノ構造の自己修復及び向上 - Google Patents
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Abstract
本発明によると、パターン形成されたナノスケール又はナノスケール付近の装置(‘‘ナノ構造’’)の構造は、適切な誘導条件の下で、パターン形成された装置を一定期間液化し、その後、装置を凝固させることによって、修復され及び/又は向上される。有利な誘導条件は、表面構造を制御し、また、垂直性を維持するために、表面に間隔をあけて、又は接触した状態で隣接する表面を含む。拘束されない境界は、エッジラフネスを滑らかにすることを可能にする。有利な実施形態では、平坦な平面の表面は、パターン形成されたナノ構造表面の上にかさねて配置され、また、表面は、高強度光源によって液化されて、ナノスケール機能を修復し又は向上する。
Description
この発明は、ナノスケール領域（約１μｍ未満）付近又は以内の最小の寸法で構造上の機能を持っている非常に小さい装置の組立て製造に関係する。特に、構造上の向上を図り且つ欠陥を少なくした装置、そのような装置を作るための方法、及びそのような方法を実践するための機械に関係する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照することにより本書に組み込まれる、２００５年５月２７日に出願された米国仮特許出願シリアル番号、６０／６８５,２７７、及び２００５年５月３１日に出願された米国仮特許出願シリアル番号、６０／６８５,９４０と関連し、それらに基づいて優先権を主張する。
本出願は、参照することにより本書に組み込まれる、２００５年５月２７日に出願された米国仮特許出願シリアル番号、６０／６８５,２７７、及び２００５年５月３１日に出願された米国仮特許出願シリアル番号、６０／６８５,９４０と関連し、それらに基づいて優先権を主張する。
（連邦政府によって後援された研究に関する陳述）
この発明は、ＤＡＲＰＡ(Ｎｏ.Ｎ６６００１−０５−１−８９０６)及びＯＮＲ（Ｎｏ.Ｎ０００１４−０２−１−０９１６）から連邦政府の交付金の一部援助された仕事からなる。政府はこの発明に対して、ある権利を持っている。
この発明は、ＤＡＲＰＡ(Ｎｏ.Ｎ６６００１−０５−１−８９０６)及びＯＮＲ（Ｎｏ.Ｎ０００１４−０２−１−０９１６）から連邦政府の交付金の一部援助された仕事からなる。政府はこの発明に対して、ある権利を持っている。
ナノスケール領域及びナノスケール領域付近の装置は、多種多様な応用にとって重要である。それらは、ますます高密度な半導体集積回路、並びに多種多様な電子的、光学的、磁気的、機械的、及び生物学的装置を含んでいる。
そのようなナノスケール領域の装置の性能は、一般的に、それらの構造の形状と寸法によって決まり、また、それらは、通常、所望の機能を実行するための正確な形状と寸法で設計される。それらは、リソグラフィー、エッチング、材料の蒸着及び刷り込みと言ったような様々な技法の一つによって組み立てられる。しかしながら、これらの組立て技術は、ナノスケールの水準で正確ではない。それらは、各過程の統計的性質に起因する内因性の欠陥、及び製造環境(例えば、塵粒など)に起因する外因性の欠陥を持っている。結果として、装置は、幾何学的な(位相的な)欠陥、構造上の欠陥の一方又は両方に起因して、所望の構造からしばしば逸脱する。代表的な幾何学的な欠陥は、エッジラフネス、一直線又は円形の縁からの逸脱、平面性からの逸脱、及び垂直ではない側壁を含んでいる。代表的な構造上の欠陥は、結晶の欠陥、粒子境界、及び物質特性の劣化を含んでいる。装置の寸法が、より小さくなるのに従って、これらの欠陥はますます装置の性能を低下させる。
発明が直面する問題を理解するのに役立つ図９は、膨大なエッジラフネス、平面性からの逸脱、および垂直からの逸脱を持つ従来のナノスケール装置を図式的に示し説明する。ナノスケール装置８は、通常、基材から突き出ることができる１個以上のナノ構造１０を支えるマクロスケール基材１１から成る。ナノ構造１０は、通常、基材との接触面から見て反対側の末端となっている露出している上端表面１３と、基材表面から、上端表面１３まで伸び、１個以上の縁９において上端と交差している、１個以上の露出した側部表面１４とを含んでいる。ナノスケール又はナノスケール付近であると考えられるため、ナノ構造１０は約１μｍ未満、より一般的に、約２００ｎｍ未満である幅Ｗのような最小の外観を有するべきである。
通常、最適な性能のために、露出した末端の上端表面１３は、基材に対して平坦且つ平行であることが意図される。露出した側部表面１４は、理想的に表面１３に垂直であるべきである。それらは、実質上は、非垂直な部分６があるべきではなく、また、縁９は、滑らかに真直ぐであるか、又は、仮に湾曲が望まれるならば、滑らかに湾曲すべきである。縁には、粗くて、不規則な外観７が実質上あるべきではない。多くの応用において、ナノ構造は、Ｗが最小の横方向寸法と側壁の高さＤであるところの、比率Ｄ／Ｗによって測定されるように理想的に高いアスペクト比を持っている。
エッジラフネスを減少させることへのある提案は、レジストの流動温度で加熱された重合体のレジストマスクを用いて装置８を製造することである。この加熱とその結果生じる流れが、通常、レジストの縁を滑らかにする。しかしながら、同じ加熱と流れは、縁を曲げさせるので、それらに対して垂直性からの逸脱と平面性からの表面の丸みを来たす。垂直な側壁からの厳しい逸脱と表面の激しい丸みを避けるために、エッジラフネスを取り除くために加熱する継続時間は、通常、非常に短い。その結果、エッジラフネスの一部だけが取り除かれる。結果として、レジストの側壁と表面は、しばしば変形させられる。
側壁と表面のレジスト構造の劣化を克服するために、有田（Ａｒｉｔａ）に供与された米国特許番号、６,９０５,９４９は、流動温度がレジストよりも高い第２の物質で、パターン形成されたレジスト構造の全面を塗工し、その後、上述したように塗工されたレジストを流動温度で加熱することを提案している。しかしながら、この提案の問題は、全接触面でレジストを包み込む塗膜は、レジストが変形することを困難にすることである。
また、注目すべきは、レジストによるマスキング（masking）は、通常、半導体、金属、若しくは誘電体、又はそれらの混合物のような高い融解温度の物質で、ナノスケール装置を丈夫に形成するために必要な多くの中で、早い段階である。レジスト構造を平滑化するために全装置を完全に加熱するという以前の方法は、高い融解温度で硬質な物質を適用することができない。なぜならば、その加熱が基材と他の周囲の構造を融解し、破壊するからである。その結果として、完全に滑らかなレジストマスクでさえも、その後の処理段階が、新しい欠陥を作り出すことを防止することができない。従って、ナノスケール装置の構造上の機能を修復し、向上するための方法を改良する必要性がある。
発明によると、パターン形成されたナノスケール又はナノスケール付近の装置(即ち、約1μｍ未満の最小の横方向の寸法を有しているナノスケール構造を含む装置)の構造は、追加の誘導構造によって準備された適切な誘導条件の下で、パターン形成されたナノ構造を一定期間液化し、その後、ナノ構造を凝固させることによって、修復され及び/又は向上される。有利な誘導条件は、露出したナノ構造表面を制御し、また、上端の平坦性と垂直な側壁を維持するために、間隔をあけて、又は接触した状態で隣接する誘導表面を含む。拘束されない露出した側部表面の境界は、エッジラフネスと曲率を平滑化することを可能にする。有利な実施形態では、平坦な平面の表面を有している層又はプレートの誘導構造の当該平坦な表面を、パターン形成されたナノ構造上端表面に隙間をあけて隣接させるか、それとも上端表面に接触させるようにして、当該パターン形成されたナノ構造の上にかさね置く。側部の表面は、拘束されずに放置され、ナノ構造は、高強度光によるなどして液化されて、ナノスケール機能を修復し及び/又は向上する。
従来の製造における欠陥を除去するための多労で且つ期待薄の試みよりもむしろ、本発明は、ナノ構造が固体に戻る前に誘導構造によって準備された適切な誘導条件の存在下で、ナノ構造を一定期間液化することによって、固体のナノ構造から成る装置の構造上の機能を修復し、且つ向上する。液体の表面張力及び低粘性が、幾何学的な欠陥を自己修復することができる。液体中の原子及び電子の移動が、構造上の欠陥を自己修復する（鍛える）ことができる。ナノ装置の構造的外観の上端構造に隣接した隙間を持つ誘導構造の誘導表面の存在は、構造的外観の高さの上昇、構造的外観の幅の縮小の原因となることができるため、それ故に、構造的外観のアスペクト比が増加する。ナノ装置の構造的外観の上端構造に間隔をあけて隣接した又は直接接触した誘導構造の誘導表面の存在は、側壁の垂直性を向上することができ、また、構造的外観の上端表面の平面性を維持することができる。
液体への固体の液化の方法は、レーザー光やランプ加熱といったものからの照射加熱、及び超音波加熱を含む。加熱は、パルス状又は連続的に行い得る。また、加熱は、全ウエハーにみなぎられることができ（全体的に加熱）、又は各ナノ構造上に選択的に方向を定めて行うことができる。ナノ構造の選択的な加熱は、ナノ構造物質によって選択的に吸収される加熱照射波長の使用、選択されたナノ構造を加熱するためのマスクの使用、又は選択されたナノ構造の上に焦点を絞った加熱ビームを選択的に走査することによって達成させることができる。
図面を参照することにより、図１ａから１ｆは、基材１１上の１個以上のナノ構造１０ａ及び１０ｂが、露出したナノ構造上端表面１３ａ及び１３ｂに隣接する隙間をもつ誘導表面１２を作り出するために備えた誘導構造のプレート又は層の存在下で、ナノ構造１０ａ及び１０ｂを液化することによって、修復され又は向上される発明の有利な形態を説明する。
第一段階は、ナノ構造を準備することである。ナノ構造は、リソグラフィー、刷り込み、エッチング、又は蒸着によって準備することができる。次の段階は、追加の誘導構造を介して適切な誘導条件をナノ構造に付与することである。図１ｂのように、誘導表面１２は、層又はプレートの平坦な表面１５を、表面１３ａ及び１３ｂに隣接する隙間をあけて設置されることができる。しばしば、隙間は、スペーサー１６によって与えられ、また維持される。間隔Ｓは、表面１３ａ及び１３ｂから誘導表面まで物質を引き付けるために選択されることができる。典型的な誘導層又はプレートの厚さは、製造方法によって決定される。１０ｎｍ以上１００μｍ以下の厚さを持つ薄膜、又は、ほぼミリメートル位程度の厚さを持つプレートにすることができる。スペーサー１６は、スペーサーを引き付けず、また、実質上制約のない側部表面１４ａ及び１４ｂから十分に除去される。
第三段階は、誘導構造によって準備された誘導条件の存在下で、ナノ構造を液化することである。図１ｃは、プレート１５及びスペーサー１６が依然として固体のままである期間中、融解された状態に加熱されたナノ構造１０ａ及び１０ｂを示している。持続時間は、１ｐｓと同じくらい短くすることができ、また、数秒又は数分もの長さにすることができる。融解された状態の間に、構造１０ａ及び１０ｂは、平坦な表面１２まで有利に上昇し、それらの高さＤが増加する一方、ナノ構造の幅Ｗが減少する（図１Ｄ）。これは、ナノ構造のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）を増加させる。参照することにより本書に組み込まれる、２００４年３月３０日に出願人Ｃｈｏｕらに対して発行された米国特許出願番号６,７１３,２３８で述べられているように、すでに、平坦な高分子膜は、その膜から離れて設置された誘導表面まで上昇することが明らかにされている。
次の段階は、ナノ構造を再固化（resolidify）することを可能にすることである。加熱が除去された時、ナノ構造は、減少した側部エッジラフネス、平坦な上端表面、及びそれらの増加された高さ及び減少された幅に対応する高いアスペクト比を持った状態に再固化（resolidify）する（図１e）。誘導構造は、その後、随意に除去され、図１ｆに示す、修復され及び向上されたナノ構造を持つナノ構造装置が得られる。除去は、機械的な分離又は溶解力のある溶剤によって達成されることができる。ある場合には、誘導構造は、ナノ装置の機能的な材料の一部となり得る。
アスペクト比の改善に加えて、プレート表面１２はまた、平坦なナノ構造上端表面１３を平坦な状態に保持し、及びナノ構造側部表面１４を上端表面に対して垂直(‘‘vertical’’)にするのに役立つ。液体状態で、ナノ構造の幾何学的な又は／及び構造上の欠陥は、修復され、また、ナノ構造は、液体の流れ及び原子の移動によって向上される。エッジラフネスは減少し、また、粗い曲線は滑らかな曲線になる。結晶の欠陥、粒子粒界、及び物質の特性劣化は減少する。
図２ａから２ｄは、誘導表面１２が、ナノ構造が融解状態まで加熱される前に、各ナノ構造１０ａ及び１０ｂの上端１３ａ及び１３ｂに接触している、別の形態を説明する。ある期間（表面１２を備えている層１５が依然として固体状態のままである間）の後、ナノ構造は再固化（resolidify）することが可能になる。この過程が、エッジラフネス及び滑らかな曲線からの逸脱を含んでいる幾何学的な欠陥を修復する。誘導表面１２は、隣接したナノ構造上端表面を平坦な状態に保持し、また、側壁を垂直にすることができる。それはまた、結晶の欠陥、粒子粒界、及び物質の特性劣化を含んでいる構造上の欠陥を減少する。
図３a及び３ｂは、誘導表面が、個々のナノ構造１０ａ、１０ｂ及び１０ｃの露出した上端表面上に配置された個々の誘導構造３２の形態である発明の第三形態を示す。誘導構造は、ナノ構造よりも高い融解温度を持つ物質から作られる。誘導表面は、それらが接触するナノ構造と同じ寸法を持つことができ（図３a）、若しくはそれらは異なる寸法（図３ｂ）、又は異なる形状（例えば、装置構造の四角形ではなく誘導構造の三角形）（図３ｃ）を持つことができる。個々の誘導構造は、各ナノ装置の構造的な外観の上端上、又は誘導プレートの表面上に、組み立てられることができる(図３ｄ)。いずれの場合にも、ナノ構造は、誘導構造が依然として実質上固体のままである間の期間、融解状態まで加熱され、その後、ナノ構造は再固化（resolidify）することが可能になる。いずれの場合にも、その過程が、幾何学的及び構造上の欠陥を修復する。誘導構造は、隣接した表面を平坦な状態に保持し、また、側壁を垂直にするのに役立つ。図３ｂに示すように、仮に、個々の誘導構造３２が、図２ｂのその被覆されたナノ構造１０ａよりも大きい場合、ナノ構造は、誘導構造の領域に広がる傾向がある。
図４ａ及び４ｂは、半導体、金属、又は誘電体のナノ構造１０ａ及び１０ｂのような高融解温度の固体ナノ構造が、基材１１、及びナノ構造と基材の間の、その他の介在しているいかなる構造５を固体のまま保持しながら、基材上で選択的に加熱される更にまた別の実施形態を説明する。この特別な例で、図４ａのナノ構造１０ａは、縞状にされ、また、図４ｂのナノ構造１０ｂは、円形のドットにされる。介在している層５は、シリコン基材１１上の酸化ケイ素である。
ある期間の後、ナノ構造１０ａ及び１０ｂが、再固化（resolidify）することを可能にしている。その過程は、幾何学的な欠陥及び構造欠陥を修復する。幾何学的な欠陥は、エッジラフネス及び滑らかな所望の形状（例えば、真直ぐな縁、平坦な表面から逸脱している凸面又は凹面形状、若しくは円形のドットとすべきなのに非円形状）からの逸脱を含む。構造上の欠陥は、結晶の欠陥、粒子粒界、及び物質の特性劣化を含む。選択的な加熱とは、修復すべきナノ構造だけが、融解状態まで加熱されることを意味する。
使用目的によっては、誘導物質は、自己修復及び向上の後、除去されることがある。他の使用目的によっては、誘導物質は、ナノ装置の上にそのままとどまり、ナノ装置の機能的な部分になる。
理論によって縛られることを望まないが、出願人の最新の理解は、上記の液化による自己修復(‘‘ＳＥＬＦ’’)が、主として、（ａ)外表面変化を滑らかにする傾向がある液体の表面張力、並びに（ｂ）液体を流動させ、非常に短い時間内にその形状が変化することを可能にする液体の低粘性、によるということである。自己修復（ＳＥＬＦ）による固体物質の構造上の欠陥の修復は、主として、修復されるべき物質の液体（融解）状態での、原子及び電子の高活性化した移動に起因している。
初期段階において、物質の上に隙間を持つプレート表面に対する液体物質の上昇は、その物質とそのプレートの間の引き付ける力に起因している。その力は、静電力、ファンデルワールス力、分子力などを含むことができる。
初期段階において、特徴のない平坦な、特徴のない融解レジスト膜の上昇が、周期的な支柱配列を形成し、且つ上端プレートに接触することは、発明者の一人であるＣｈｏｕとＬｅｉ Ｚｈｕａｎｇによって発見され、また、特許番号６,７１３,２３８で述べられている。レジスト材料は、高分子であり、また、初期段階の膜は、ナノスケール体制下において本質的に特徴がない。パターンは、液化によってのみ作り出され、作り出されたマイクロスケールの特徴は、使用者の設計よりもむしろ物質のパラメーターによって決定される。
この場合は、初期段階の構造が、特徴のないことよりもむしろナノスケールレベルで、プレパターン形成されることができ、また、それらは、低融解温度の高分子レジストよりもむしろ高融解温度の固体（融解温度＞４００度Ｃ）で構成されることができる。
自己修復（ＳＥＬＦ）における固体物質の加熱は、照射加熱、伝導加熱、及び対流加熱を含む、様々な形態を備えることができる。加熱は、レーザー、ランプ、抵抗加熱器、放射線源、ＲＦ ヒータ、超音波加熱器、又は同種のものによってもたらされることができる。加熱はまた、修復されるべき構造の上端の上に、配置されている加熱誘電性物質によるなどして間接的とすることができる。加熱は、パルス状の又は連続的である場合がある。加熱時間は、１ｐｓと同じくらいの短さにすることができ、若しくは何秒も、又は製造の他の必要条件によっては数分もの長さにすることができる。加熱は、単一パルス又は複数の連続パルスにすることができる。加熱は、構造の所望の形状が達成され得るような方法で制御されることができる。
ナノ構造の加熱は、全基材（又は金型領域）上の全面的な加熱、又は所望のナノ構造のみ直接加熱する選択的な加熱にすることができる。選択性は、加熱することが望まれない領域を効果的に遮断するマスク又は格子の使用によって達成されることができる。マスク又は回折格子は、基材上に直接配置されることができ、また、基材（投影リソグラフィーで使用されるマスクと同様に）から離して配置されることができる。マスクはまた、ナノ構造を作るために初期段階において使用されるようなリソグラフィックマスクにすることができる。選択的な加熱の他の方法は、指定された構造の上に、焦点を絞ったビームを向けるか又は走査することである。
誘導表面層又はプレート１５は、加熱源に対して薄くすることができるので、加熱エネルギーは、著しい吸収なしでプレートを通り抜けることができる。層又はプレートの材料の例としては、石英、二酸化ケイ素、ガラス等がある。
層若しくはプレート１５又は誘導構造３２は、修復されべきであるナノ構造の融解温度よりも高い融解温度を持たなければならない。望ましくは、層、プレート又は誘導構造は、加熱エネルギーを吸収しないか、又は、ナノ構造よりも少ない量を吸収するものであり、例えば、加熱がナノ構造によって選択的に吸収される照射によるものである。
ナノ構造に隣接した誘導構造の表面は、最終的に望まれる構造に応じて、望ましい濡れ又は非濡れ(疎水性の又は親水性の）特性を持つために処理されることができる。垂直な側壁１４を作るために、疎水性の表面がしばしば望まれる。
加熱選択性は、所望のナノ構造だけが、照射加熱を吸収することができるように、照射加熱の波長を慎重に選択することによって達成されることができる。例えば、酸化ケイ素によって囲まれたシリコン又は金属を選択的に加熱するために、３０８ｎｍ(ＸｅＣＩ)の波長、若しくは１９０ｎｍから５００ｎｍまでの範囲の波長を有するレーザー、又は加熱源を使用することができる。レーザーは、シリコン又は金属の表面を融解することができ、囲んでいる酸化ケイ素、又は物質の底部は融解しない。これは、酸化ケイ素がレーザー波長よりも大きいエネルギーバンドギャップを持っているためである。従って、レーザーエネルギーは、シリコン又は金属の極端に薄い表面層によって吸収されるため、薄膜のすぐ下の物質を直接貫通しない。照射加熱波長は、５ｎｍ未満の狭帯域か、それとも５〜１０００ｎｍの広帯域である。
選択的な加熱、及び加熱時間は、基材上の他の構造が無傷（又は著しく変化しない）である間に、ナノ構造の欠陥が修復されるように、制御されることができる。ある場合には、超速加熱若しくは選択的な加熱又はその両方が必要とされる。パルスエキシマレーザー（pulsed excimer laser）又はパルスランプ（pulsed lamp）は、そのような制御に有利である。
自己修復（ＳＥＬＦ）は、半導体、金属、誘電体、セラミック、重合体、半液体（semi-liquids）、これらの物質の混合物又は合金を含む物質の様々な種類の欠陥を修復するために使用される。自己修復（ＳＥＬＦ）は、特に、概して、４００度Ｃを超過する融解温度を持つこれらの硬い物質から成るナノ構造を修復するのに有利である。
本発明によって修復され又は向上されるナノ構造の構造的外観は、四角形、矩形、円、多角形、及び他の異なる幾何学的形状を持つ。
ナノ構造の構造的外観は、半導体、金属、誘電体、セラミック、重合体、半液体（semi-liquids）、それらの組み合わせ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択される物質から形成することができる。
誘導構造は、半導体、金属、誘電体、セラミック、重合体、それらの組み合わせ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択される物質から形成することができる。
基材は、半導体、金属、誘電体、セラミック、重合体、それらの組み合わせ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択される物質から形成することができる。
図５を参照すると、自己修復（ＳＥＬＦ）を実行する機械は、基材、マスク、１個以上の加熱源のためのそれぞれの台座を含むことができる。それは、基材、マスク、又は加熱源を整列させるための機構を含むことができる。それは、機械操作、機械操作を監視するための機械視覚、及びプログラムされた機械知能のためのセンサーを有利に含む。
選択的な自己修復（ＳＥＬＦ）過程の際中において、加熱源及びナノ構造の正確な整列は、有利になる。この整列は、光学的な又は電子的な整列技術を利用することで、達成することができる。例えば、整列センサー及び整列マークは、モアレ整列パターンを作り出す、光学的な検出器及び光学的な整列マークに各々なるかもしれない。モアレ整列技術は、その結果、修復されるべきナノ構造に対する加熱領域の位置を合わせるために用いられてもよい。そのような技術は、両者を参照することにより組み込まれる、「リソグラフィー機構を組み合わせるためのモアレ整列技術」（「A MOIRE ALIGNMENT TECHNIQUE FOR MIX AND MATCH LITHOGRAPHIC SYSTEM」）、Ｊ. Ｖａｃ. Ｓｃｉ. Ｔｅｃｈｎｏｌ. Ｂ６(１)、１９８８年１月／２月、ｐｇ. ３９４で野村らによって、また、「回折モアレ信号を用いた整列技術」（「AN ALIGNMENT TECHNIQUE USING DEFRACTED MOIRE SIGNALS」）、Ｊ. Ｖａｃ. Ｓｃｉ, Ｔｅｃｈｎｏｌ. Ｂ７(６)、１９８９年１１月／１２月、ｐｇ.１９７７で原らによって、述べられている。他の例として、整列マークは、センサーが、マーク間の誘導キャパシタンス（guiding structureacitance）を検出するように、誘導キャパシタ（guiding structureacitor）のプレートにすることができる。各台座は、移動における６自由度：ｘ、ｙ、ｚ、及び３回転度まで、持つことができる。
制御装置は、操作パラメーター、例えば、電気的、光学的、気体の及び機械的なパラメーターの全部又は一部を監視することができる。制御ソフトウェアは、フィードバック、分析、理にかなった意思決定、及び制御を管理することができる。
発明は、以下の実施例を考慮することで、より明確に理解されるだろう。
（実施例１）
３０８ｎｍ波長、及びパルス幅２０ｎｓのエキシマレーザーが、自己修復（ＳＥＬＦ）実験に使用された。シリコン及びクロムのエッジラフネスと非円形状の両者がうまく修復された。図６に、ＳＯＩ上の幅が７０ｎｍ及び最も厚い部分が１００ｎｍのシリコンライン上の厳しいジグザグの縁が、５４５ｍＪ／ｃｍ２の流束量で単一エキシマパルス照射後、真っ直ぐ、且つ滑らかになったことを示す。
３０８ｎｍ波長、及びパルス幅２０ｎｓのエキシマレーザーが、自己修復（ＳＥＬＦ）実験に使用された。シリコン及びクロムのエッジラフネスと非円形状の両者がうまく修復された。図６に、ＳＯＩ上の幅が７０ｎｍ及び最も厚い部分が１００ｎｍのシリコンライン上の厳しいジグザグの縁が、５４５ｍＪ／ｃｍ２の流束量で単一エキシマパルス照射後、真っ直ぐ、且つ滑らかになったことを示す。
（実施例２）
図７に、自己修復（ＳＥＬＦ）を使用し、最初四角形状の形状を持っていた酸化ケイ素上の最も厚い部分が１０ｎｍの非円形状クロムドット‘‘（dots）’’を、略完全な円形のドットに変化させることができることを示す。
図７に、自己修復（ＳＥＬＦ）を使用し、最初四角形状の形状を持っていた酸化ケイ素上の最も厚い部分が１０ｎｍの非円形状クロムドット‘‘（dots）’’を、略完全な円形のドットに変化させることができることを示す。
（実施例３）
図８は、自己修復（ＳＥＬＦ）前の、ＳＩＭＯＸ ＳＯＩウエハーの酸化ケイ素上の側面１１５ｎｍ及び厚さ５０ｎｍのシリコン四角形状物を示す。それらは、自己修復（ＳＥＬＦ）後、直径８５ｎｍのシリコンドットになる。４５０ｍＪ／ｃｍ２から８９０ｍＪ／ｃｍ２までのレーザー流束量の全結果は、シリコン層からの顕著な除去なく同様の結果となる。
図８は、自己修復（ＳＥＬＦ）前の、ＳＩＭＯＸ ＳＯＩウエハーの酸化ケイ素上の側面１１５ｎｍ及び厚さ５０ｎｍのシリコン四角形状物を示す。それらは、自己修復（ＳＥＬＦ）後、直径８５ｎｍのシリコンドットになる。４５０ｍＪ／ｃｍ２から８９０ｍＪ／ｃｍ２までのレーザー流束量の全結果は、シリコン層からの顕著な除去なく同様の結果となる。
（実施例３）
図１０ａは、溶融シリカ基材上に堆積させた、横方向寸法が１１０ｎｍ×１４０ｎｍ、高さが２０ｎｍであるクロムパッド（pads）（修復され及び向上されるべきであるナノ構造）のＳＥＭ画像を示す。図１０ｂは、図１０ａのクロム四角構造に、誘導構造を用いることなく、単一パルス（幅２０ｎｓパルス）エキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を４２０ｍＪ／ｃｍ２で照射した後、直径８０ｎｍ、高さ４８ｎｍの円形のドットになった、ＳＥＭ画像を示す。図１０ｃは、図１０ａのクロム四角構造に、平坦な誘導表面と、初期のクロム構造表面上の初期の６０ｎｍの空隙とを持つ石英から作られている誘導構造の存在下で、４２０ｍＪ／ｃｍ２の９３０８ｎｍ（波長）と、パルス幅２０ｎｍの単一レーザーパルスを照射した後、平坦な上端、垂直な壁、及び非常に高いアスペクト比を有する、直径７０ｎｍ、高さ６２ｎｍの円柱となった、ＳＥＭ画像を示す。クロム構造は、融解する間に高さが上昇し、上端表面に接触した。
図１０ａは、溶融シリカ基材上に堆積させた、横方向寸法が１１０ｎｍ×１４０ｎｍ、高さが２０ｎｍであるクロムパッド（pads）（修復され及び向上されるべきであるナノ構造）のＳＥＭ画像を示す。図１０ｂは、図１０ａのクロム四角構造に、誘導構造を用いることなく、単一パルス（幅２０ｎｓパルス）エキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を４２０ｍＪ／ｃｍ２で照射した後、直径８０ｎｍ、高さ４８ｎｍの円形のドットになった、ＳＥＭ画像を示す。図１０ｃは、図１０ａのクロム四角構造に、平坦な誘導表面と、初期のクロム構造表面上の初期の６０ｎｍの空隙とを持つ石英から作られている誘導構造の存在下で、４２０ｍＪ／ｃｍ２の９３０８ｎｍ（波長）と、パルス幅２０ｎｍの単一レーザーパルスを照射した後、平坦な上端、垂直な壁、及び非常に高いアスペクト比を有する、直径７０ｎｍ、高さ６２ｎｍの円柱となった、ＳＥＭ画像を示す。クロム構造は、融解する間に高さが上昇し、上端表面に接触した。
上記の実施例で、自己修復（ＳＥＬＦ）における選択的な加熱は、光子エネルギーよりも小さいバンドギャップを持つ物質の薄い表面層のみによって吸収されるパルスレーザーを用いて行われた。表面又は底面上の他の物質は、自己修復（ＳＥＬＦ）の間に、非常に低い温度状態を保ち続けることができる。恒温加熱による重合体物質の融解中に縁を平滑化し、形状を丸くする周知の方法とは違って、自己修復（ＳＥＬＦ）は、他の装置要素、若しくは基材の融解又は損傷なしで、表面製造欠陥を修復することができる。
自己修復（ＳＥＬＦ）における自己修復のための時間は、２００ｎｓ未満であり、これは、重合体物質を滑らかにならすための時間よりも５、６桁短い。そのような高速な修復時間は、チップの他の部分及び応用性を損傷しないために必要なものであり、これは、融解された重合体物質と比較して、融解された半導体、及び金属は、３〜５桁低い粘性、及び少なくとも１０倍高い表面張力を有するという事実に起因すると考えられる。
ここで述べたナノ構造の自己修復及び向上は、ナノ装置の構造上の外観を改良するために、空気中又は混合ガス中で、行われることができる。混合ガスは、不活性のガス（窒素、アルゴンのような）及びパッシべーション（passivation）ガス（水素、水蒸気のような）を含むことができる。
ここで述べた方法は、電子工学（特に、集積回路）、光学、光電子工学、磁気学、データ保存（磁気学と光学の両方）、バイオテクノロジー等の多くの専門分野において、製品を作るために利用することができる。
ここで述べた方法は、また、上で述べられたものを含んでいる異なる用途のためのナノインプリント（nanoimprint）成形型の製造で利用することができる。
我々が、ナノ構造を修復するために利用されることができる自己修復（ＳＥＬＦ）の修復機構の多くの可能な方法のうち、ほんの少しだけ説明したことを理解されるだろう。当業者は、発明の精神及び範囲を外れることなしで、自己修復（ＳＥＬＦ）過程の種々の変更及び修正をすることができる。
発明の利点、本質、及び様々な機能は、添付図面に関連して詳細に述べられた説明に役立つ実施形態を検討することによって、より十分に理解されるであろう。図面で：
図面は、発明の概念を説明し、正確な尺度ではないことが理解されるべきである。同じ参照数字は、図面中で類似の構成要素を指定するために使用される。
Claims (50)
- 下記工程からなる約１μｍ以下の最小寸法を持つナノ構造を少なくとも１つ有するナノスケール装置の幾何学的及び／又は構造上の欠陥を減少させる方法：
ナノスケール装置を準備する工程；
ナノ構造の露出した表面に隣接して誘導表面を設置する工程；
ナノ構造を一定期間液化する工程；及び
液化されたナノ構造を再固化（resolidify）させる工程。 - 前記誘導表面が、前記ナノ構造の表面から距離をあけて配置される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面を、前記ナノ構造の表面に接触させる、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、放射エネルギーにより、前記ナノ構造を露光することによって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、基材上に配置され、前記基材を全体的に加熱することによって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、基材上に配置され、且つ、その外観を配置した基材の部分に向けて、選択的に照射を行うことによって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、基材上に配置され、且つ、前記ナノ構造が設置された、部分を選択的に露光するために基材をマスキング（masking）し、当該マスクを介して照射を行うことによって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、基材上に配置され、且つ、前記ナノ構造が設置された基材上に照射光線走査を行うことによって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、シリコンから成る基材上に配置されている、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、照射加熱、伝導加熱、対流加熱、又は超音波加熱によって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、１ｐｓ以上１００ｍｓ以下の期間、加熱することによるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、１ｓ以上の期間、加熱することによるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、前記ナノ構造が選択的に吸収する１つ以上の波長の放射線を用いる加熱によるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、シリコン又は金属から成り、実質上酸化ケイ素によってとり囲まれており、且つ、実質上３０８ｎｍ波長の放射線によって液化される、請求項１３に記載の方法。
- 前記ナノ構造及びその他の構造が基材上に配置され、且つ、他の構造を損傷することなく、前記ナノ構造中の欠陥を修復するのに十分な時間加熱することによって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、基材上に配置され、且つ、誘導キャップ（cap）が、当該ナノ構造の形状を制御するために前記ナノ構造上に配置されている、請求項１に記載の方法。
- 誘導キャップ（cap）が、前記ナノ構造の液化中に融解しない物質から成る、請求項１６に記載の方法。
- 誘導キャップ（cap）が、液化された物質をぬらす物質から成る、請求項１６に記載の方法。
- 誘導キャップ（cap）が、液化された物質に対して濡れ性の小さい（de-wets）物質から成る、請求項１６に記載の方法。
- 誘導キャップ（cap）が、ナノ構造を成形するための形状に形成される、請求項１６に記載の方法。
- 減少した幾何学的な欠陥が、エッジラフネス、表面粗さ、平面性からの逸脱、垂直性からの逸脱、及び所望の形状からの逸脱からなる群から選択される１個以上の欠陥から成る、請求項１に記載の方法。
- 減少した構造上の欠陥が、点欠陥、結晶の欠陥、粒子粒界、望まれていないアモルファスの領域、及び望まれていない多結晶領域からなる群から選択される１個以上の欠陥から成る、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、半導体、金属、誘電体、セラミック、重合体、それらの組み合わせ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択される物質から成る、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、前記ナノ構造の融解温度と異なる融解温度を有する物質から成る、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、前記ナノ構造の融解温度より高い融解温度を有する物質から成る、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、露出した表面よりも少なくとも５倍以上大きい面積を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、露出した表面と実質的に同じ面積を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、露出した表面と実質的に同じ横方向寸法を持つ、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、誘導表面と基材又はナノ構造との間のスペーサーによって、露出された表面から距離をあけて配置されている、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造の融解及び再固化（resolidification）が、前記ナノ構造の形状を変化させる、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、直線的な片、矩形、円、及び多角形からなる群から選択される形状をもつ上端表面を持つ、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、再固化（resolidification）の工程で前記ナノ構造を同様の形状に誘導するために、直線的な片、矩形、円、及び多角形からなる群から選択される形状を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、照射加熱の連続パルスによって生じる、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、前記ナノ構造によって、実質上完全に吸収される照射加熱によるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、１ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲の１つ以上の波長を持つ照射加熱によるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、ナノクロマティック（nanochromatic）放射線源を用いた加熱によるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、狭帯域放射線源を用いた加熱によるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、広帯域放射線源を用いた加熱によるものである、請求項１に記載の方法。
- 前記液化が、照射加熱によるものであり、且つ、前記誘導表面が、前記照射加熱に対して実質上透過性を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、再固化（resolidification）の後、除去される、請求項１に記載の方法。
- 前記誘導表面が、半導体、金属、誘電体、セラミック、重合体、それらの組み合わせ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択される物質から成る、請求項１に記載の方法。
- 基材が、半導体、金属、誘電体、セラミック、重合体、それらの組み合わせ、それらの混合物及びそれらの合金からなる群から選択される物質から成る、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ構造が、前記ナノ構造を露出するために位置合わせしたマスクを介して放射線による照射を行うことによって液化される、請求項１に記載の方法。
- 前記液化及び再固化（resolidification）が、実質上真空下で行われる、請求項１に記載の方法。
- 前記液化及び再固化（resolidification）が、前記ナノ構造の修復又は向上を促進するために選択された混合ガス中で行われる、請求項１に記載の方法。
- 請求項１の方法で作られた、ナノインプリント（nanoimprint）リソグラフィーのための成形型。
- 請求項１の方法で作られた製品。
- 下記を含む請求項１に記載の方法を実行するための機械：
ナノ構造を含む基板を支持するための台座；
発熱源を支持するための台座；及び
光学検出器と、モアレ整列構造パターンを作り出す光学上の位置合わせマークとを含み、発熱源を基材に位置合わせするための機構。 - 下記を含む請求項１に記載の方法を実行するための機械：
キャパシタのプレートを含む位置合わせマーク及び当該プレート間のキャパシタンスを検出するためのセンサーを含み、発熱源を基材に位置合わせするための機構。 - 各台座が可動な、請求項２５又は請求項２６に記載の装置。
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