(57)【要約】【課題】  微細構造物の位置や微細構造物を形成する構成要素間の相対位置を高精度に制御する。【解決手段】  基板表面に表面弾性波の定在波を発生させ、該定在波によって微細構造物の材料が付着する位置つまり微細構造物の位置を設定する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体から形成された基板表面に対向電極を配置し、該対向電極間に高周波電圧を印加することにより基板表面に表面弾性波の定在波を発生させ、該定在波によって微細構造物の材料が付着する位置つまり微細構造物の位置を設定することを特徴とする微細構造物作製方法。
【請求項２】
高周波電圧の周波数を調節して定在波の次数を規定することにより微細構造物の位置及び個数を設定することを特徴とする請求項１記載の微細構造物作製方法。
【請求項３】
基板表面に複数対の対向電極を配置し、各対の対向電極に高周波電圧を順次印加することにより微細構造物を段階的に作製することを特徴とする請求項１または２記載の微細構造物作製方法。
【請求項４】
対向電極にリソグラフィ処理を施すことにより微細構造物と供に電子デバイスを構成する電極とすることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の微細構造物作製方法。
【請求項５】
微細構造物の材料は微細構造物としての量子ドットを形成するための半導体材料であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の微細構造物作製方法。
【請求項６】
圧電体から形成された基板表面に離間配置された対向電極を有し、当該対向電極間に高周波電圧を印加することにより基板表面に表面弾性波の定在波を発生させる定在波発生手段と、
基板表面に材料を付着させる材料付着手段と
を具備することを特徴とする微細構造物作製装置。
【請求項７】
定在波発生手段は、高周波電圧の周波数を調節して定在波の次数を規定することにより微細構造物の位置及び個数を制御することを特徴とする請求項６記載の微細構造物作製装置。
【請求項８】
基板表面に複数対の対向電極を配置し、各対の対向電極に高周波電圧を順次印加することにより微細構造物を段階的に作製することを特徴とする請求項６または７記載の記載の微細構造物作製装置。
【請求項９】
微細構造物の材料は微細構造物としての量子ドットを形成するための半導体材料であることを特徴とする請求項６〜８いずれかに記載の微細構造物作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造物作製方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノメートル（ｎｍ）サイズの微細構造物の作製方法については、これまでに種々の提案がなされているが、トップダウン的方法とボトムアップ的方法とに大別される。
トップダウン的方法は、リソグラフィ技術を用いて微細構造物を形成するものであり、例えば特開２００４−２８１９５４号公報には、リソグラフィ技術と結晶成長技術とを用いることにより、ナノメートルサイズを有する微細構造物の一つである量子ドットを所定位置に形成することが可能な量子ドットの作製方法が開示されている。
一方、ボトムアップ的方法は、基板表面の微細な段差や欠陥部位に金属材料や半導体材料を選択的に付着・成長させることにより微細構造物を形成するものであり、例えば特開平１１−９７６６７号公報にはリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いることにより基板表面に段差を形成し、当該段差に沿って量子ドットや量子細線を形成する技術が開示されている。また、ボトムアップ的方法に該当する技術として、特開２００４−２６９９１３号公報には、気相成長の原料ガスに電子線を照射することにより、基板材料上に形成する微細構造の凸部の位置やサイズを自由に制御する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８１９５４号公報
【特許文献２】特開平１１−９７６６７号公報
【特許文献３】特開２００４−２６９９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したトップダウン的方法では、微細構造物のサイズは、リソグラフィ技術の技術的な限界（感光剤の特性によるボケやエッチングのキレ等）に起因して数十ナノメートルが限界である。したがって、これ以下のサイズの微細構造物をトップダウン的方法では作製することは極めて困難である。
一方、ボトムアップ的方法では、トップダウン的方法よりも小さな微細構造物を作製することが可能であり、また微細構造物の位置や大きさもある程度制御することが可能であるが、当該位置や微細構造物を形成する構成要素間の相対位置を高精度に制御することはできない。例えば電子デバイスとしての微細構造物を作製する場合、構成要素間の相対位置はデバイス性能上極めて重要であるが、現状では構成要素間の相対位置を高精度に位置決めして電子デバイスを作製する技術は確立されていない。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、微細構造物の位置や微細構造物を構成する構成要素間の相対位置を高精度に設定することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、微細構造物作製方法に係る第１の解決手段として、圧電体から形成された基板表面に対向電極を配置し、該対向電極間に高周波電圧を印加することにより基板表面に表面弾性波の定在波を発生させ、該定在波によって微細構造物の材料が付着する位置つまり微細構造物の位置を設定する、という手段を採用する。
微細構造物作製方法に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、高周波電圧の周波数を調節して定在波の次数を規定することにより微細構造物の位置及び個数を設定する、という手段を採用する。
微細構造物作製方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、基板表面に複数対の対向電極を配置し、各対の対向電極に高周波電圧を順次印加することにより微細構造物を段階的に作製する、という手段を採用する。
微細構造物作製方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、対向電極にリソグラフィ処理を施すことにより微細構造物と供に電子デバイスを構成する電極とする、という手段を採用する。
微細構造物作製方法に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、微細構造物の材料は微細構造物としての量子ドットを形成するための半導体材料である、という手段を採用する。
一方、本発明では、微細構造物作製装置に係る第１の解決手段として、圧電体から形成された基板表面に離間配置された対向電極を有し、当該対向電極間に高周波電圧を印加することにより基板表面に表面弾性波の定在波を発生させる定在波発生手段と、基板表面に材料を付着させる材料付着手段とを具備する、という手段を採用する。
また、微細構造物作製装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、定在波発生手段は、高周波電圧の周波数を調節して定在波の次数を規定することにより微細構造物の位置及び個数を制御する、という手段を採用する。
微細構造物作製装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、基板表面に複数対の対向電極を配置し、各対の対向電極に高周波電圧を順次印加することにより微細構造物を段階的に作製する、という手段を採用する。
微細構造物作製装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、微細構造物の材料は微細構造物としての量子ドットを形成するための半導体材料である、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、対向電極によって基板表面に発生した表面弾性波の定在波によって微細構造物の材料が付着する位置つまり微細構造物の位置が規定されるので、対向電極を基準とした微細構造物の位置を高精度に設定することが可能である。
また、高周波電圧の周波数を調節することにより例えば高次の定在波を発生させた場合には、基板表面に次数に応じた複数の微細構造物が形成されるが、これら複数の微細構造物は定在波に基づいて基板表面上に形成されるので、相対位置が高精度に規定されたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る微細構造物作製装置の構成を示す模式図である。この図において、符号１は真空蒸着装置、２は高周波発振器、３は基板、４Ａ，４Ｂは電極、５は材料、またＸは量子ドットである。
【０００８】
真空蒸着装置１は、本実施形態における材料付着手段であり、基板３、電極４Ａ，４Ｂ及び材料５を収納すると共に、真空雰囲気中において材料５を蒸発させて基板３の表面（形成面）に付着（蒸着）させるものである。この真空蒸着装置１における蒸着手法は、加熱蒸着、スパッタ、各種ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）あるいはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）の何れでも良い。なお、この真空蒸着装置１は、上記形成面を洗浄するためのイオンスパッタ機能を兼ね備えている。
【０００９】
高周波発振器２は、数〜数十ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の高周波電圧を発生させて、電極４Ａ，４Ｂ間に印加するものである。基板３は、水晶や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の圧電体から形成された平板であり、その表面である形成面には電極４Ａ，４Ｂが所定間隔を隔てて形成されている。電極４Ａ，４Ｂは、図２に示すように、間隔が例えば１μｍに設定された櫛型の対向電極である。上記基板３及び電極４Ａ，４Ｂは、本実施形態における定在波発生手段を構成しており、高周波電子デバイスの１つであるＳＡＷ（表面弾性波）デバイスに類似した構造を有している。
【００１０】
材料５は、微細構造物としての量子ドットＸの原料つまり半導体材料である。量子ドットＸは、周知のように半導体原子が複数個集合した小さな塊であり、蒸気化した材料５が形成面に付着（蒸着）することによって当該形成面上に形成される。
【００１１】
次に、このように構成された本微細構造物作製装置を用いた量子ドットＸの作製及び量子ドットＸを構成要素とする電子デバイスの作製方法について、図３〜図６をも参照して詳しく説明する。
【００１２】
図３は、本実施形態における量子ドットＸの作製原理を示す模式図である。この図に示すように、対向する電極４Ａ，４Ｂ間に高周波発振器２から所定周波数の高周波電圧を印加すると、当該電極４Ａ，４Ｂ間にはその周波数に応じた表面弾性波の定在波が発生する。なお、図３では１次モードの定在波を示しているが、定在波の次数は、高周波電圧の周波数、電極４Ａ，４Ｂ間の距離及び基板３の表面（形成面）における表面弾性波の伝播速度によって決定されるものであり、例えば可変設定が容易な高周波電圧の周波数を調節することによってある程度任意に設定可能である。
【００１３】
例えば電極４Ａ，４Ｂにおける表面弾性波の波の位相がπ（１８０°）ずれた場合、図示するように電極４Ａ，４Ｂ間における定在波の腹と節の位置は固定位置となる。また、形成面は節において鉛直方向に変位しないが、この節から離れるに従って形成面の変位は大きくなる。
【００１４】
すなわち、形成面は、定在波に起因して、その部位に応じて鉛直方向の空間的状態が異なる。鉛直方向の変位が最も小さい部位（図３において定在波の節に相当する部位）は、他の部位に比較して空間的状態が安定しており（図３においては変位しない）ので、蒸気化した材料５が付着し易く、これに対して空間的状態が安定していない部位は蒸気化した材料５が付着し難い。
【００１５】
本実施形態では、真空蒸着装置１の雰囲気を真空雰囲気とした後、真空蒸着装置１のイオンスパッタ機能を用いて基板３の形成面を洗浄する。そして、高周波発振器２から電極４Ａ，４Ｂ間に数〜数十ＧＨｚ帯の高周波電圧を印加することにより波長が数〜数十ｎｍとなる定在波を形成面上に発生させ、この状態において真空蒸着装置１を作動させて材料５を蒸気化させる。この結果、形成面において鉛直方向の変位が最も小さい部位に蒸気化した材料５が付着して量子ドットＸが形成される。
【００１６】
このような量子ドットＸの作製方法によれば、電極４Ａ，４Ｂによって形成面上に発生した波長が数〜数十ｎｍとなる定在波に基づいて量子ドットＸが形成されるので、つまり電極４Ａ，４Ｂの位置を基準として量子ドットＸの形成位置が規定されるので、量子ドットＸを電極４Ａ，４Ｂに対して数〜数十ｎｍオーダで高精度に位置決めすることができる。換言すると、電極４Ａ，４Ｂと量子ドットＸとの相対位置を数〜数十ｎｍオーダで高精度に設定することができる。
【００１７】
なお、実際の電極４Ａ，４Ｂでは上記反射係数は「１」よりも小さな値となる。したがって、定在波の節は電極４Ａ，４Ｂ間において移動し、よって鉛直方向に変位しない部位は存在しない。しかしながら、定在波の振幅変化において鉛直方向の変位が最も小さい部位は電極４Ａ，４Ｂ間において固定されるので、このような鉛直方向の変位が最も小さい部位に蒸気化した材料５が付着して量子ドットＸが形成される。しかしながら、反射係数が「１」に近い程、つまり定在波の最大振幅と最小振幅との比を示す定在波比が大きい程、空間的状態が安定した部位の変位量ととそうでない部位の変位量との差が大きくなるので、蒸気化した材料５が付着し易い部位をより明確化することができる。
【００１８】
また、図３では、円形の量子ドットＸが形成面上に形成された状態を示しているが、実際の形成面上は２次元的な面であり、量子ドットＸを円形にするためには、鉛直方向の変位が最も小さい部位を形成面上に２次元的な領域として発生させる必要がある。このような２次元的な領域は、形成面上に２次元定在波を発生させることによって形成することが可能である。すなわち、鉛直方向の変位が最も小さい部位が円形となるような２次元定在波を発生させ得る電極４Ａ，４Ｂの形状や相互距離をコンピュータシミュレーションによって求めることによって、円形の量子ドットＸを形成することが容易である。
【００１９】
すなわち、本実施形態によれば、形成面上に予め形成する電極４Ａ，４Ｂの形状や相互距離を工夫して形成面上における２次元定在波の発生状態を種々設定することにより、量子ドットＸや量子細線等の微細構造物をある程度任意の形状に形成することができる。
【００２０】
さらに、図３では１次モードの定在波を用いて量子ドットＸを形成面上に形成する場合を示したが、図４は高次モードの定在波を用いて量子ドットＸを形成面上に形成する場合、つまり図３の場合よりも高い周波数の高周波電圧を電極４Ａ，４Ｂ間に印加した場合を示している。この場合、電極４Ａ，４Ｂ間の定在波には複数の節が発生し、各節に蒸気化した材料５が付着して複数の比較的小さな量子ドットＸが形成される。このような複数の量子ドットＸは、定在波に基づいてその節に該当する形成面上の部位に形成されるので、相対位置関係が高精度に規定されたものとである。
【００２１】
このように比較的小さな量子ドットＸが形成された後に、高周波電圧の周波数を低下させて定在波における節の個数を低減することにより、互いに隣り合う小さな量子ドットＸ同士を合体させ、より大きな量子ドットＸに成長させることができる。すなわち、高周波電圧の周波数を調節して定在波の次数を規定することにより、量子ドットＸの作製個数及びその位置を設定することが可能であり、また、複数の量子ドットＸを合体させて大きな量子ドットＸに成長させることが可能である。
【００２２】
次に、図５は、上述した量子ドットＸを構成要素とする電子デバイス（トランジスタ）の模式図である。この図において、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極は、２点差線で示す電極４Ａ，４Ｂを例えばリソグラフィ技術を用いてパターンニングすることによって形成されたものである。本実施形態によれば、上述したように量子ドットＸは電極４Ａ，４Ｂに対して高精度に位置決めされるので、電極４Ａ，４Ｂをパターンニングして形成されたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極は量子ドットＸとの相対位置関係が高精度に設定されている。したがって、本実施形態によれば、高性能な電子デバイスを作製することが可能であり、また基板３上に多数の電子デバイスを作製した場合に性能のばらつきを抑えることも可能である。
【００２３】
次に、図６は、本実施形態の変形例を示すものであり、基板３上に予め形成した２対の電極Ａ1，Ａ2及び電極Ｂ1，Ｂ2を用いた電子デバイスの作製方法を示す模式図である。
一方の電極Ａ1，Ａ2は所定方向に対向配置され、他方の電極Ｂ1，Ｂ2は上記電極Ａ1，Ａ2の対向方向に直行する方向に対向配置されている。このような２対の電極Ａ1，Ａ2及び電極Ｂ1，Ｂ2に対し、最初に一方の電極Ａ1，Ａ2に高周波電圧を印加することにより、電極Ａ1，Ａ2間の形成面上に鉛直方向の変位が最も小さい部位が（ａ）の点線で示すように２次元分布する定在波を発生させる。そして、このような定在波が存在する形成面上に蒸気化した金属材料を付着させることにより、（ｂ）に示す円弧状の細線Ｙ1，Ｙ2を形成する。
【００２４】
続いて、一方の電極Ａ1，Ａ2に代えて他方の電極Ｂ1，Ｂ2に高周波電圧を印加することにより当該電極Ｂ1，Ｂ2に定在波を発生させた状態で蒸気化した半導体材料を付着させることにより、（ｃ）に示す量子ドットＸ1〜Ｘ3を形成する。この結果、電極Ａ1と細線Ｙ1とが一体化され新たな電極となると供に、電極Ａ2と細線Ｙ2とが一体化されて新たな電極となると供に、このような新たな電極間に量子ドットＸ1が高精度に位置決めされた状態で配置された電子デバイスが作製される。
【００２５】
すなわち、このような電子デバイスの作製方法によれば、電極Ａ1，Ａ2及び電極Ｂ1，Ｂ2という基礎電極を基として細線Ｙ1，Ｙ2及び量子ドットＸ1〜Ｘ3を形成面上に段階的に作製することが可能であり、より複雑な構造の電子デバイスを作製することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）対向電極の形状や距離は、基板上に形成しようとする微細構造物の形状に応じて種々設定することが考えられる。
（２）本発明における材料付着手段は真空蒸着装置１に限定されるものではない。例えば材料付着手段として、大気中で液体材料を基板３に向けてスプレー・塗布する塗布装置を用いても良い。この塗布装置は、基板３と該基板３に対向するノズルとが大気中に設けられたものであり、形成面上に定在波が発生した状態の基板３に対して、ノズルから液体材料を噴射することにより、形成面において鉛直方向の変位が最も小さい部位に材料を付着させて量子ドットＸを形成する。
（３）本発明は電子デバイスの作製に限定されるものではなく、例えば機械的な微細構造物の作製にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係わる微細構造物作製装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における電極４Ａ，４Ｂの構造を示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる微細構造物作製装置を用いた量子ドットＸの作製原理を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態において高次モードの定在波を用いて量子ドットＸを形成面上に形成する場合を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態において量子ドットＸを構成要素とする電子デバイス（トランジスタ）の模式図である。
【図６】本発明の一実施形態において基板３上に予め形成した２対の電極Ａ1，Ａ2及び電極Ｂ1，Ｂ2を用いた電子デバイスの作製工程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…真空蒸着装置、２…高周波発振器、３…基板、４Ａ，４Ｂ…電極、５…材料、Ｘ…量子ドット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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