JP3194363B2 - 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
- Publication number
- JP3194363B2 JP3194363B2 JP16915497A JP16915497A JP3194363B2 JP 3194363 B2 JP3194363 B2 JP 3194363B2 JP 16915497 A JP16915497 A JP 16915497A JP 16915497 A JP16915497 A JP 16915497A JP 3194363 B2 JP3194363 B2 JP 3194363B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- patterning
- gas
- pattern
- patterning method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、上記反応容
器内に設けられ、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。
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。
的な構成を模式的に示している。
系、反応容器、および排気系から構成されている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
描画手段について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
に原料ガス130が再び導入され、所定の圧力にされ
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。
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。
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。
室温にされている。
(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。
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。
に用いられる光CVDについて、さらに説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
式的に示す図である。
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。
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。
て説明するための図である。
ための図である。
エネルギと励起光の波長との関係を示す図である。
の関係の一例を示す図である。
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。
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。
原料ガス、 114薄膜、 114a 核、 115
レーザ光、 120 プローブ、 121先端部
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、 上記反応容器内に設けられ、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 JPH1116856A (ja) | 1999-01-22 |
JP3194363B2 true 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 (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003078678A1 (fr) * | 2002-03-19 | 2003-09-25 | Kabushiki Kaisha Ekisho Sentan Gijutsu Kaihatsu Center | D'interconnexion, procede de formation selective de metal, appareil de formation selective de metal et appareil de substrat |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3316513B2 (ja) * | 2000-08-25 | 2002-08-19 | 独立行政法人通信総合研究所 | 微細パターンの形成方法 |
JP4885377B2 (ja) * | 2001-07-06 | 2012-02-29 | セイコーインスツル株式会社 | 圧電体装置の製造方法 |
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 |
US9021611B2 (en) | 2009-02-18 | 2015-04-28 | Northwestern University | Beam pen lithography |
WO2011071753A2 (en) | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Northwestern University | Generation of combinatorial patterns by deliberate tilting of a polymer-pen array |
WO2014070444A1 (en) | 2012-10-29 | 2014-05-08 | Northwestern University | Heat actuated and projected lithography systems and methods |
-
1997
- 1997-06-25 JP JP16915497A patent/JP3194363B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003078678A1 (fr) * | 2002-03-19 | 2003-09-25 | Kabushiki Kaisha Ekisho Sentan Gijutsu Kaihatsu Center | D'interconnexion, procede de formation selective de metal, appareil de formation selective de metal et appareil de substrat |
CN100343417C (zh) * | 2002-03-19 | 2007-10-17 | 株式会社液晶先端技术开发中心 | 布线金属层的形成方法、选择性形成金属的方法、选择性形成金属的装置及基板装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1116856A (ja) | 1999-01-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0909986A1 (en) | Photolithographic processing method and apparatus | |
US4608117A (en) | Maskless growth of patterned films | |
US4615904A (en) | Maskless growth of patterned films | |
US4324854A (en) | Deposition of metal films and clusters by reactions of compounds with low energy electrons on surfaces | |
US5154945A (en) | Methods using lasers to produce deposition of diamond thin films on substrates | |
Ro et al. | Mechanism of ion beam induced deposition of gold | |
JP3194363B2 (ja) | パターニング方法およびパターニング装置 | |
US5824455A (en) | Processing method and apparatus | |
EP0466320B1 (en) | Process for preparing a semiconductor device including the selective deposition of a metal | |
Liu et al. | Top-down fabrication of nanostructures | |
JP3979799B2 (ja) | パターニング方法 | |
JPH0733243B2 (ja) | 光照射併用プラズマcvd法による硬質窒化ホウ素の製造法 | |
JPS63317676A (ja) | 無粒構造金属化合物薄膜の製造方法 | |
JP2894168B2 (ja) | 圧力変調成膜方法 | |
GB2288272A (en) | X-ray windows | |
JP3176086B2 (ja) | ダイヤモンド結晶及びダイヤモンド形成用基体 | |
JPS60231498A (ja) | ダイヤモンド低圧合成法 | |
JP3198302B2 (ja) | 微細構造パターンの形成方法 | |
JPH0830272B2 (ja) | 薄膜形成方法 | |
JP3212372B2 (ja) | ダイヤモンド膜の選択形成法 | |
JPS6161665B2 (ja) | ||
JP3008466B2 (ja) | ダイヤモンド微粉末を用いるダイヤモンド薄膜の選択成長法 | |
JPS61219129A (ja) | シンクロトロン放射光による光化学気相蒸着法 | |
JPH06295889A (ja) | 微細パターン形成方法 | |
JPH04223329A (ja) | 微細パタ−ン形成方法および形成装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010424 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090601 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100601 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |