(57)【要約】  本開示は、超格子１６００を製造し使用するためのシステム及び方法に関する。隆起部９０２上に交互材料層１３０２及び１３０４を適用し、その後、交互層の一部を除去して、縁部１５０４及び１５０６を露出させることにより、超格子１６００を製造することができる。これらの露出した縁部１５０４及び１５０６は、概ね任意の長さ及び曲率とすることができる。これらの縁部１５０４及び１５０６を用いて、ナノスケール幅の曲線を成すワイヤ１９０２から成るアレイ１９００を製造することができる。【選択図】なし
2007531998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超格子を形成するための方法であって：
基材（３０２）上にある表面層（３０４）を、長軸に沿って延在する細長い隆起部（９０２）へと成形することであって、前記隆起部（９０２）が、前記長軸に沿って非直線的であり、全体的に傾きのある側壁（９０４）及び上端（９０６）を有する横断面を含む、成形すること；
前記隆起部（９０２）上に、２つ以上の材料から成る交互層（１３０２及び１３０４）を１乃至１００ナノメートルの厚さにて適用すること；及び
前記交互層（１３０２及び１３０４）の縁部（１５０４及び１５０６）を露出するように、前記隆起部（９０２）の前記上端（９０６）から前記交互層（１３０２及び１３０４）を除去すること
を包含する、方法。
【請求項２】
前記成形することが：
前記基材（３０２）の前記表面層（３０４）上にフォトレジスト層（４０２）を適用すること；
前記フォトレジスト層（４０２）の一部を放射線に曝露して、前記フォトレジスト層（４０２）内に非直線的なパターン（６０２）を形成すること；
前記フォトレジスト層（４０２）のパターニングされていない部分を除去すること；
前記非直線的な、パターニングされたフォトレジスト層（６０２）の側壁（６０４）の傾きを変更すること；及び
傾きのある非直線的なパターニングされたフォトレジスト層（６０２）及び前記表面層（３０４）をエッチングして、前記傾きのある非直線的なパターニングされたフォトレジスト層（６０２）及び前記表面層（３０４）の一部を除去し、前記全体的に傾きのある側壁（９０４）を有する前記非直線的な隆起部（９０２）を形成すること
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成形することが：
前記表面層（３０４）を前記細長い隆起部（９０２）のネガで型押しすることを含み、前記細長い隆起部（９０２）のネガが、前記細長い隆起部（９０２）を含むように前記表面層（３０４）を成形する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記成形することが：
前記表面層（３０４）上に電子ビームを適用することを含み、前記電子ビームが、前記細長い隆起部（９０２）を含むように前記表面層（３０４）を成形する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記交互層（１３０２及び１３０４）のうちの１つの、１つ又は複数の露出した縁部（１５０４及び１５０６）の上に、非直線的なワイヤ（１７０２又は１９０２）のアレイ（１８００又は１９００）を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
超格子であって：
第１の材料から成る第１の交互層（１３０２）及び第２の材料から成る第２の交互層（１３０４）を含む複数の交互層であって、前記複数の交互層（１３０２及び１３０４）が、前記複数の交互層（１３０２及び１３０４）の縁部（１５０４及び１５０６）を露出させる表面を有する、複数の交互層
を含んで成り、 
前記第１の材料の層（１３０２）の少なくとも２つの縁部（１５０４）が、１乃至１００ナノメートルの幅であり、その長さに沿って曲線を成しており、且つ互いに平行である、超格子。
【請求項７】
前記第１の材料の層（１３０２）の縁部（１５０４）のうちの少なくとも２つの間のピッチが、１乃至１００ナノメートルである、請求項６に記載の超格子。
【請求項８】
前記第１の材料が導電性であり、前記第２の材料が絶縁性である、請求項６に記載の超格子。
【請求項９】
前記第１の材料層（１３０２）の縁部（１５０４）及び前記第２の材料層（１３０４）の縁部（１５０６）が、前記表面においてオフセットされている、請求項６に記載の超格子。
【請求項１０】
さらに少なくとも２つ以上の縁部（１５０４）を含み、該２つ以上の縁部（１５０４）が、曲線を成し、互いに対して平行であるが、前記少なくとも２つの縁部（１５０４）の長さとは平行ではない長さを有する、請求項６に記載の超格子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超格子の製造及び使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
細線アレイは数多くのデバイスにおいて用いられており、センサ、メモリデバイス及び論理チップのような、小型又は高密度構造のコンピュータデバイスにおいて用いるのに特に適していることが知られている。
【０００３】
この細線アレイの需要に対処するために、細線アレイはフォトリソグラフィを用いて製造されている。しかしながら、コンピュータデバイスが小さくなればなるほど、これらのアレイの中のワイヤは、さらに細く、且つさらに近接して配置される必要がある。これまでのところ、フォトリソグラフィが、非常に細く、且つ近接して配置されたワイヤのアレイを製造するために適した方法であることは実証されていない。
【０００４】
より細い線から成るアレイの需要に対処するために、それらのワイヤ製造には２つの方法が用いられている。これらの方法のうちの１つは、インプリントリソグラフィのための型枠として、エッチングされた直線的な層状の（linear-layered）超格子を用いるものである。もう１つの方法は、エッチングされた直線的な層状の超格子及び物理気相成長を用いて、細く直線状のワイヤのアレイを製造するものである。
【０００５】
エッチングされた直線的な層状の超格子によるインプリントリソグラフィの一例は、米国特許第６，４０７，４４３号に記載されている。このインプリントリソグラフィの例は、結局はその処理能力を制限する可能性のある、後段のリフトオフ処理を含む。また当該例はナノインプリンティングステップを用いており、これはこれまでのところ、製造場において用いるには確実性が低く、成功していない。
【０００６】
最新の物理気相成長は、原子ビームを用いて、エッチングされた、直線的な層状の超格子の表面上に材料を直に堆積させるものである。次いで、この堆積した材料を基材に物理的に移動させる。しかしながら、この方法では、雑多な形状を有するワイヤが製造されることが多く、それにより種々の構造上及び使用上の問題が生じ得る。また最新の物理気相成長は、超高真空（「ＵＨＶ」）における処理を必要とし得るが、それは利用するのにコストがかかる可能性があり、ＵＨＶ処理に適合しない材料の使用が制限される可能性がある。
【０００７】
これらの最新の超格子はいずれも直線的な材料層を有し、直線状の細線アレイを形成するために用いられる。数多くの小型又は高密度構造のコンピュータデバイスでは、直線状でないワイヤのアレイの方が適しているため、このことが、これらの最新の超格子によって形成されるアレイの有用性をさらに制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それ故、今日の技術によって実現可能なワイヤのアレイよりも、非直線的なワイヤを可能にし、且つ／又は信頼性があり、コストが低く、再現性が高く、さらに製造に適した、より細い線から成るアレイを製造するための技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
類似の構成要素及び特徴部を参照する際には、本開示及び図面全体を通して同じ符号を用いる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、超格子を製造し、使用する種々の方法を説明する。開示するシステム及び方法によって、概ね任意の長さ及び曲率の露出縁部を有する層を含む超格子を形成することができる。これらの縁部を用いて、ナノスケール、マイクロスケール及びメソスケール、並びにこれらのスケールの組み合わせの幅及び間隔を有する、曲がっており非直線的なワイヤのアレイを製造することができる。また記載するシステム及び方法によれば、縁部を有する超格子、並びにそれに対応する、非常に細く、狭い間隔で配置されるが、極めて長いワイヤから成るアレイをもたらすことができる。
【００１１】
開示するシステム及び方法は、数多くの従来技術の解法よりも大きな利点をもたらす。これらの利点としては、例えば、長さ、幅、間隔のような超格子内の層及びアレイ又はワイヤの寸法、層及びワイヤの曲率やパターン、層及びワイヤの数の正確な制御を挙げることができる。開示するシステム及び方法を用いることで、概ね任意のパターンを有するナノ幅のワイヤから成るアレイを形成することができるため、それらのアレイを用いるデバイスは、より良好に、より迅速に機能できると共に、より小さなスケールで構成できる見込みがある。
【００１２】
超格子を形成し、使用するための種々の方法を述べる前に、これらの方法における動作を実施し得るシステムについて記載する。
例示的なプラットフォーム
図１は、後述する超格子を形成し使用する方法を実施するのに用い得るプラットフォーム１００の一実施形態を示している。当該プラットフォーム１００は、コンピュータ／コントローラ１０２及び処理部１０４を備える。
【００１３】
コンピュータ／コントローラ１０２は、中央演算装置（ＣＰＵ）１０６、メモリ１０８、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路１１０、及びサポート回路１１２を備える。ＣＰＵ１０６は汎用コンピュータであり、メモリ１０８に収容されるソフトウェア（図示せず）を実行することによりプログラムされると、処理部１０４のハードウェア構成要素を制御するための特定用途向きのコンピュータとなる。メモリ１０８には、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、取外し可能記憶装置、ハードディスクドライブ又は任意の形態のデジタルメモリデバイスが含まれ得る。Ｉ／Ｏ回路１１０は、情報出力用として既知のディスプレイと、キーボード、マウス、トラックボール、又はコンピュータ／コントローラ１０２をプログラムできるようにし得る他の入力デバイスとを備える。ディスプレイは、ユーザが処理部１０４の実行処理（処理部１０４に含まれる関連ロボット動作を含む）を決定できるようにすることができる。サポート回路１１２は、当該技術分野において既知であり、それには、キャッシュ、クロック、電源等の回路が含まれる。
【００１４】
メモリ１０８は制御ソフトウェアを格納しており、ＣＰＵ１０６が当該ソフトウェアを実行することによって、コンピュータ／コントローラ１０２は、処理部１０４の種々の構成要素をデジタル制御できるようになる。該制御ソフトウェアによって実行される処理の詳細な説明は、図２及び図１２に関して以下に説明する。
【００１５】
他の実施形態では、コンピュータ／コントローラ１０２には、アナログコンピュータ／コントローラを用いることができる。例えば、処理部１０４において実行されるような処理を制御し得る特定用途向け集積回路を用いることができる。
【００１６】
処理部１０４は、種々の処理チャンバ１１４を備えることができ、多くの場合、ロボット機構１１６によって、処理チャンバ間で種々の基材及び／又は超格子を移送することができる。その処理の詳細は、以下に記載する種々の方法に応じて異なる。
隆起部を形成するための例示的な方法
図２は、基材上に１つ又は複数の隆起部を形成するための１つの例示的な方法に関するフロー図２００を示す。後にさらに詳細に説明するように、これらの隆起部及び基材を用いて、超格子を形成するのを助けることができる。この図及び次の図は、プラットフォーム１００によって実行される作業又は動作を表す一連のブロックとして示されている。しかしながら、これらの図を通して示される方法は、任意の適切なロボティックス、人、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア又はそれらの組み合わせによって実行することができる。ソフトウエア及びファームウエアの場合、それらの方法は、メモリに格納され、１つ又は複数のプロセッサによって実行することができるコンピュータ実行可能命令として実施される一連の動作を表す。
【００１７】
ブロック２０２において、プラットフォーム１００は、基材上に表面層を適用する。この表面層を成形して、隆起部を形成することができ、その隆起部を用いて、超格子を形成するのを助けることができる。プラットフォーム１００は、表面層として、種々の異なる材料を、様々な厚みで適用することができる。
【００１８】
図３は、基材３０２及び表面層３０４の一例の断面図を示している。基材３０２は、ナノメートルスケール程度に小さくすることも、差し渡しで何センチメートルもの大きさにすることもできる。基材３０２の断面図は、基材３０２及び表面層３０４の幅及び厚さの次元を示している。
【００１９】
一実施形態では、表面層３０４は、エッチングすることができる。他の実施形態では、表面層は、可鍛性である。表面層３０４は、例えば、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）酸化物のような酸化物、窒化物、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）又は低応力ＴＥＯＳを含むことができる。適切なエッチング速度を選択すると、以下に説明するように、表面層３０４をエッチングして種々の形状の隆起部を形成することができる。
【００２０】
ブロック２０２の他の実施形態では、プラットフォーム１００は、表面層３０４を、約０．５〜５マイクロメートル（ミクロン）の厚さにて適用することができる。表面層３０４の厚さは、以下に説明するように、表面層３０４から隆起部がいかに形成されるかに影響を及ぼし得る。表面層３０４の厚さが薄い実施形態では、隆起部を除く、表面層３０４の全てを除去することができる。
【００２１】
ブロック２０４において、プラットフォーム１００は、基材３０２の表面層３０４上に１つの層を適用する。以下に説明するように、この層をパターニングすることで、そのパターンに沿った隆起部を形成するのを助けることができる。
【００２２】
図４は、基材３０２、表面層３０４及びパターニング可能層４０２の一例の断面図を示す。パターニング可能層４０２は、区別し得る種々の種類の材料から成ることができる。パターニング可能層４０２の厚さは、パターニング可能層４０２のエッチング速度、表面層３０４のエッチング速度、隆起部の所望の寸法に基づいて選択することができる。一実施形態では、パターニング可能層４０２の厚さは、約０．５〜５ミクロンである。
【００２３】
パターニング可能層４０２がフォトレジストから形成されている少なくとも１つの実施形態では、ブロック２０６において、プラットフォーム１００は、パターニング可能層４０２の一部を放射線に曝す。そうすることによって、プラットフォーム１００は、パターニング可能層４０２内にパターンを形成する。
【００２４】
ブロック２０６の一実施形態では、パターニング可能層４０２は流体であり、プラットフォーム１００は、流体から成るパターニング可能層４０２のパターンを曝露して、曝露されたパターンを固化する。そうすることにより、その後、プラットフォームは、曝露されたパターンを、パターニング可能層４０２の曝露されていない部分と区別することができる。
【００２５】
ブロック２０６の第２の実施形態では、パターニング可能層４０２は固体であり、プラットフォーム１００は固体から成るパターニング可能層４０２の一部を曝露して、特定のパターンを除く全ての部分を流体にする。これにより、固体から成るパターニング可能層４０２内にパターンが残される。またプラットフォーム１００は、例えば、パターニング可能層４０２の曝露された部分のエッチング速度又は気化速度を変更し、その後、曝露された部分、又は曝露されていない部分を優先的に除去することにより、他の方法でパターニング可能層４０２の曝露された部分と曝露されていない部分とを区別することができる。
【００２６】
ブロック２０６のこれらの実施形態のいずれにおいても、プラットフォーム１００は、リソグラフィマスクを用いて、パターニング可能層４０２の一部を優先的に曝露し、パターンを形成することができる。またプラットフォーム１００は、レーザを用いて、又は材料を放射線に曝露する当分野で既知の他の方法を用いて、特定のパターンを形成することもできる。
【００２７】
図５は、基材３０２、表面層３０４、パターニング可能層４０２、リソグラフィマスク５０２及び放射線５０４の断面図を示している。上記ブロック２０６の第２の実施形態の一例では、プラットフォーム１００は、マスク５０２を用いてパターニング可能層４０２の一部を曝露し、曝露されていない部分の中にパターンを残す。ここでは、マスクが、パターニング可能層４０２の一部が曝露されるのを防ぐ。これらの部分は、パターニング可能層４０２において望まれるパターンとすることができる。曝露後に、プラットフォーム１００はマスクを除去する。
【００２８】
第２の実施形態の他の例では、パターニング可能層４０２は、紫外（ＵＶ）線に反応して流体化するフォトレジスト、一例として、ＳＰＲ３６２５（Shipley Positive Resist 3625）を含み、放射線５０４はＵＶ線を含み、マスク５０２はＵＶ線を透過しない。またこの例では、表面層３０４は低応力ＴＥＯＳを含む。
【００２９】
ブロック２０８において、プラットフォーム１００は、パターニング可能層４０２のパターニングされていない部分を除去する。それによって、プラットフォーム１００は、パターニング可能層４０２のパターニングされた部分とパターニングされていない部分とを区別し、表面層３０４上にパターニング可能層４０２のパターニングされた部分を残す。先述したように、プラットフォーム１００は、ブロック２０６において実行する曝露のタイプ及びブロック２０４において適用する材料のタイプに応じて、種々の方法でパターニングされていない部分を除去することができる。プラットフォーム１００は、エッチング、気化、重力（例えば、パターニング可能層４０２の流体化した部分を流し出すこと）等を用いることができる。
【００３０】
図６は、基材３０２、表面層３０４、及びパターニング可能層４０２内のパターン６０２の断面図を示している。図６は、プラットフォーム１００がパターニング可能層４０２のパターニングされていない部分を除去し、パターン６０２が残された後のパターニング可能層４０２を示している。
【００３１】
上記のパターン６０２を形成するための技法は例示的なものであり、例として提示したものである。パターン６０２を形成するために他の方法を用いることもできる。パターン６０２は、例えば、インプリントリソグラフィ及び電子ビーム形成法を用いて形成することもできる。
【００３２】
説明している例では、プラットフォーム１００は、フォトレジストＳＰＲ３６２５から形成される（又は予め形成されている）パターニング可能層４０２の一部をＵＶ線に曝露し、それらの部分を除去して、パターン６０２を残している。
【００３３】
ブロック２１０において、プラットフォーム１００は、パターニング可能層４０２のパターン６０２の側壁の傾きを変更する。
【００３４】
一実施形態では、パターン６０２の側壁６０４の角度は、パターン６０２の下にある表面層３０４に対して、約１０〜９０°の角度を有するように変更される。他の実施形態では、側壁６０４の角度は、約３０〜９０°を有するように変更される。後に説明するように、３０°より大きい適度な角度が、超格子を構成するために用いられる薄い材料層の後処理に有用である。非常に大きな（９０°よりも大きな）角度は、これらの薄い材料層を構造的に不安定にする恐れがある。非常に小さな（１０°より小さい）角度では、超格子上に結果として構成されるワイヤの幅が広くなり、そのピッチも広くなる恐れがあり、場合によっては望ましくない。
【００３５】
説明している例では、パターン６０２はフォトレジストＳＰＲ３６２５を含み、それを加熱して、断面形状を変更することができる。こうして、フォトレジストをより高い温度でベーキングすること（「ハードベーキング」とも呼ばれる）によって、パターン６０２の側壁６０４の鋭角をより急角度に変更することができる。図６に示すように、この例示的なパターン６０２は、表面層３０４に対して約９０°の角度を有する（未変更の）側壁６０４を有する。ベーキングを通して、パターン６０２はドーム形に近くなり、それにより側壁６０４の角度が変更される。この場合、角度は、ベーキングの時間及び温度によって選択することができ、３０°以上の角度が含まれる。
【００３６】
図７は、基材３０２、表面層３０４、及び変更された側壁７０２を有するパターン６０２の一例の断面図を示している。図７は、側壁６０４がプラットフォーム１００によって変更された後のパターン６０２を示している。
【００３７】
説明している例では、パターン６０２は、パターン６０２の断面形状が所望の角度の側壁を有するようになるまでベーキングされる。この例では、変更された側壁７０２の角度は、図７に示すように、約４５°である。
【００３８】
ブロック２１２において、プラットフォーム１００は、パターニング可能層４０２のパターン６０２及び表面層３０４をエッチングして、隆起部を形成する。その隆起部は、パターン６０２及び表面層３０４をエッチングして除去するエッチング剤によって、表面層３０４から構成することができるが、その際に、パターン６０２は、表面層３０４の一部をエッチング剤から保護し、それにより、表面層３０４の材料から成る隆起部が残される。
【００３９】
図８は、基材３０２、表面層３０４の部分的にエッチングされた例、パターン６０２及び変更された側壁７０２の部分的にエッチングされた例、処理中の表面層側壁８０２、並びにエッチング剤８０４の一例の断面図を示している。図８は、進行中にあるブロック２１２のエッチングの一例を示している。この例に示すように、処理中の表面層側壁８０２は、図７の変更された側壁７０２に幾何学的に類似である。
【００４０】
一実施形態では、パターン６０２及び表面層３０４の材料は異なるエッチング速度を有する。エッチング速度を制御することにより（パターン６０２、表面層３０４、エッチング剤の組成、又はエッチングの条件を注意深く選択することによる）、エッチングの結果生じる隆起部を、パターン６０２及び変更された側壁７０２と幾何学的に同じ形状とすることができる。例えば、ドライエッチングを用いて、表面層３０４内にパターン６０２の形状を再現することができる。このドライエッチングによって、パターン６０２及び表面層３０４の材料を均一にエッチングできるようになる。
【００４１】
これらのエッチング速度差は大きくすることができ、例えば、特定のエッチング剤が用いられる場合に、パターン６０２が、表面層３０４のエッチング速度よりも５０〜１５０パーセント速いエッチング速度を有する。パターン６０２のエッチング速度を速くして、変更された側壁７０２に類似の角度を成す、傾きのある側壁を有する隆起部を構成するのを助けることができる。他のエッチング速度差を選択することもでき、そのうちのいくつかでは、隆起部は、変更された側壁７０２の角度より大きい角度、又はその角度より小さい角度を有する側壁を有することができるようになり、凹形の形状を有することもできる。
【００４２】
また説明している例では、パターン６０２の材料は、表面層３０４のエッチング速度よりも約５０パーセント速いエッチング速度を有する。パターン６０２が概ねなくなり、表面層３０４が、残される隆起部を除いて概ねなくなるまで、パターン６０２は、表面層３０４と同じようにエッチングして除去される。
【００４３】
図９は、基材３０２、並びに隆起部側壁９０４及び隆起部上端９０６を有する（表面層３０４の）隆起部９０２の一例の断面図を示している。この例に示すように、隆起部側壁９０４は、図７の変更された側壁７０２と幾何学的に類似している。
【００４４】
説明している例では、エッチング剤８０４は、図９に示すように、隆起部９０２が残るまで加えられる。この例では、隆起部側壁９０４の角度は、図９に示すように、約４５°である。
【００４５】
図１０は、基材３０２、並びに隆起部側壁９０４及び隆起部上端９０６を有する隆起部９０２の一例の立体図を示している。この例では、隆起部９０２を短く切り取ったものが示されている。また図１０は厚さ、幅及び長さの次元も示している。
【００４６】
図１１は、基材３０２、隆起部９０２、円形の隆起部１１０２及びｚ字形の隆起部１１０４の一例の平面図を示している。この図は、概ね任意の長さ及び曲率を有する隆起部をいかに形成できるかを示している。この例では、隆起部９０２は楕円形の曲率を有し、隆起部１１０２は円形の曲率を有し、隆起部１１０４はｚ字の形状を有する。また、基材３０２は、ダイ１１０６に成形される。ダイ１１０６は、直径数センチメートルまで非常に小さくすることができる。これらの隆起部は例として提示するものである。工程２００を用いて、他の形状及び曲がりを生成することもできる。
【００４７】
上記の隆起部９０２を形成するための技法は例示であり、隆起部９０２を形成する方法の例として提示したものである。隆起部９０２を形成するために他の方法を用いることもできる。隆起部９０２は、例えば、インプリントリソグラフィ及び電子ビーム形成法を用いて形成することもできる。一実施形態では、隆起部９０２は、隆起部側壁９０４が表面層３０４に対して概ね垂直になるように形成される。
【００４８】
後にさらに詳細に説明するように、隆起部９０２を用いて、超格子を形成するのを助けることができる。
隆起した基材上での超格子の製造
図１２は、隆起した基材上に超格子を製造するための１つの例示的な方法の工程１２００に関するフロー図を示している。この例示的な工程に従うことによって、プラットフォーム１００は、概ね任意の長さ及び曲率の露出縁部を有する層を有する超格子を形成することができる。これらの縁部を用いて、曲線を成し且つ非直線的であり、狭い間隔で配置されたナノワイヤのアレイを製造することができる。この説明の後に、これらの超格子を用いたナノワイヤアレイの形成についても説明することとする。
【００４９】
ブロック１２０２において、プラットフォーム１００は、隆起部を有する基材を設ける。設けられる、隆起部を有する基材は、数多くの異なる種類から構成することができる。
【００５０】
その基材は大きくすることも、小さくすることもでき、厚くすることも、薄くすることもできる。その基材は、回路基材又はダイのサイズに一致するように作成することができ、その回路基材又はダイの上には、後に、基材上に構成されるナノワイヤのアレイが適用されることになる。この工程１２００によって、数多くの異なるサイズの超格子及びナノワイヤのアレイを形成できるようになる。それによって、アレイは、望ましいサイズ及び形状に厳密に一致するように作成することができる。このように形状及びサイズに自由度があることによって、ナノワイヤのアレイをその用途に適合させることができ、或る用途の場合に、作成後に接続する必要のある多数のアレイではなく、たった１つのアレイでも製造できるようになる。
【００５１】
基材上の隆起部も、数多くの異なる種類から構成することができる。これらの隆起部は非常に薄くすることができ（図１０において厚さ次元によって示される）、それにより、隆起部の両側にある材料層の露出縁部が互いに極めて近接できるようになる。これらの隆起部は厚くすることができ、それによって、露出した平行な縁部の組が遠く離れることができるようになる。これらの隆起部も、概ね任意の形状及び長さとすることができる。後に示すように、隆起部の形状は、露出した材料縁部の形状に反映させることができ、それを用いて、ナノワイヤを形成することができる。さらに、これらの隆起部は、その側壁に対して種々の傾きを有することができ、超格子の露出した縁部の厚さを変更するための１つの方法を可能にする。
【００５２】
工程１２００に関する以下の説明では、例として基材３０２及び隆起部９０２を用いることとする。これらの例は、工程１２００の適用可能性を限定する意はない。他の基材や隆起部の形状及び種類を用いることで、工程１２００によって、概ね任意の形状の露出した縁部を有する超格子を形成することができる。
【００５３】
ブロック１２０４において、プラットフォーム１００は、例えば物理気相成長（ＰＶＤ）を用いて、隆起部９０２上に交互材料層を適用する。それらの層の縁部が後に露出したときに、露出した層が隣接する層と異なる特性を有することができるように、それらの層内の材料を交互に入れ替えている。
【００５４】
図１３は、基材３０２、隆起部側壁９０４及び隆起部上端９０６を有する隆起部９０２、並びに２つの交互材料層、即ち、第１の材料層１３０２及び第２の材料層１３０４の例の断面図を示している。この例に示すように、第１の材料層１３０２は３層、第２の材料層１３０４は３層、適用されている。
【００５５】
層１３０２及び１３０４はそれぞれ、ナノメートルスケールから、マイクロメートル以上の厚さのスケールまでを含む、種々の厚さとすることができるが、それらの層のうちの少なくとも１つはナノメートルの厚さ（約１〜１００ナノメートル）であり、その層が露出する際に、その幅が概ねナノメートルスケールになるようにする。層１３０２及び１３０４はそれぞれ、例えば１０ナノメートル未満、１０〜１５ナノメートル、１５〜２０ナノメートル、及び２０〜５０ナノメートル以上の厚さ、又はそれらの組み合わせで形成することができる。最も薄い層厚を用いることで、最も密度の高いワイヤアレイ、及び量子効果のような極めてサイズ依存性の特性を示すワイヤを製造することができる。層厚を厚くすると、古典的な非量子特性が与えられ、製造しやすくなり、電気伝導度が大きくなり、表面積が大きくなり、アレイの密度が小さくなる。この例では、層１３０２及び１３０４は、約３０ナノメートルの厚さで適用される。
【００５６】
さらに、層１３０２及び１３０４のうちのいくつかの層の厚さは、ワイヤ間の間隔（又は「ピッチ」）を形成する工程に影響を及ぼす可能性がある。ワイヤのピッチ／間隔は重要であり、超格子を用いて製造されるワイヤ及びアレイの特性に影響を及ぼす。
【００５７】
層１３０２及び１３０４は種々の方法で適用することができる。それらの層は、化学気相成長、スパッタリング、及び物理気相成長、原子層堆積、電気めっき、ラングミュア‐ブロジェット法等の他の方法で適用することができる。
【００５８】
一実施形態では、特に方向に関して敏感でないタイプの物理気相成長、化学気相成長又は原子層堆積を用いて、隆起部９０２上に均一に層材料を適用することができる。この実施形態（図示せず）では、隆起部側壁９０４は概ね９０°の角度を有することができ、層１３０２及び１３０４を均一に積み重ねられる。
【００５９】
層１３０２及び１３０４は、数多くの異なる種類の材料を含むこともできる。それらの層は、導電性材料及び非導電性材料から形成することができる。導電性材料から成る層１３０２及び１３０４は、例えば、プラチナ、ベリリウム、アルミニウム、パラジウム、タンタル、ニッケル、金のような１つ又は複数の金属；合金；酸化インジウムスズ、酸化バナジウム又は酸化イットリウムバリウム銅のようなセラミック；シリコン、ダイヤモンド、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、酸化亜鉛、炭化シリコン、酸化スズ、酸化インジウムスズのような半導電性材料；及び／又は他の元素、二元材料及び多成分材料を含むことができる。非導電性材料から成る層１３０２及び１３０４は、酸化アルミニウム、種々の他の酸化物、及び厚みの薄い層として堆積することができる他の絶縁性材料を含むことができる。材料の組み合わせの選択は用途に特有であり、その工程は、ポリマーのような「軟質の」材料を含む、厚さの薄い層として堆積し得るほとんどの固体材料に関し良好に機能し得る。また、層１３０２及び１３０４は単結晶にすることができ、且つ／又はエピタキシャルの関係にすることができる。エピタキシャルとは、或る材料の格子と、その材料が堆積される別の材料の格子とが完全に、又は概ね完全に重ね合わせられることを意味する。
【００６０】
層１３０２及び１３０４はいずれも導電性、半導電性、絶縁性にすることができるか、又はそれらの層のうちの一方を導電性にし、他方を絶縁性にすることができる。両方が導電性である場合、それらの露出した縁部の１つ（後に説明される）を、非導電性になるように処理又は除去することができる。そうするのを助けるために、プラットフォーム１００は、異なる窒化速度、酸化速度又はエッチング速度を有する材料を適用することができる。
【００６１】
層１３０２及び層１３０４はいずれも２つ以上の材料を含むことができる。例えば、第１の材料層１３０２は、金を含むいくつかの層、タンタルを含むいくつかの層、ニッケルを含むいくつかの層等を含むことができる。
【００６２】
ブロック１２０４の一実施形態では、プラットフォーム１００は、プラットフォーム１００が層１３０２及び１３０４の一部を除去するのを助けるために、付加的な層を適用する。これらの付加層には停止層及び充填層を含むことができ、それらの層の各々は、或る特定のタイプの除去工程を助けることを意図している。
【００６３】
図１４は、基材３０２、隆起部側壁９０４及び隆起部上端９０６を有する隆起部９０２、第１の材料層１３０２及び第２の材料層１３０４、並びに停止層１４０２及び充填層１４０４の例の断面図を示している。
【００６４】
ブロック１２０６において、プラットフォーム１００は、隆起部９０２の隆起部上端９０６から層１３０２及び１３０４を除去する。隆起部上端９０６上に露出した層１３０２及び１３０４の部分を除去することにより、層１３０２及び１３０４の縁部が露出する。
【００６５】
一実施形態では、プラットフォーム１００は、隆起部上端９０６から層１３０２及び１３０４を平坦化する。これは、機械的に、化学的に、又は両方の組み合わせで実行することができる。
【００６６】
関連する一実施形態では、プラットフォーム１００は、化学的且つ機械的に、隆起部上端９０６から層１３０２及び１３０４を平坦化し、且つ隆起部９０２の一部を（隆起部上端９０６において）平坦化する。その際に、プラットフォーム１００は、充填層１４０４を除去し、停止層１４０２が全て除去されるまで、充填層１４０４（及び他の層）から平面を除去し続ける。停止層１４０２が除去されると、第２の材料層１３０４の上側（隆起していない部分）、並びに各層１３０２及び１３０４の露出した縁部が残される。
【００６７】
図１５は、基材３０２、隆起部側壁９０４を有する隆起部９０２、第１の材料層１３０２及び第２の材料層１３０４、並びに露出した第１の材料層縁部１５０４及び第２の材料層縁部１５０６の例の断面図を示している。
【００６８】
図１５に示すように、層１３０２及び１３０４の厚さ、並びに隆起部側壁９０４の角度は、これらの露出した縁部１５０４及び１５０６の幅に影響を及ぼす。層１３０２及び１３０４が薄い厚さで適用されるとき、又は隆起部側壁９０４の傾きが大きな角度を成すとき、縁部１５０４及び１５０６の厚さは薄くなり、その逆も成り立つ。
【００６９】
例えば、層１３０２が約３０ナノメートルの厚さで適用され、層１３０４が約６０ナノメートルの厚さで適用され、隆起部側壁９０４が約４５°の角度を有する場合には、露出した縁部１５０４及び１５０６の厚さはそれぞれ、約４２及び８４ナノメートルになるであろう。ワイヤが、層１３０２上で形成され、層１３０４上で形成されない場合には、結果として形成されるアレイは、約１２８ナノメートルのピッチにて、約４２ナノメートルの太さのワイヤを有することができる。
【００７０】
この例を続けると、隆起部９０２がその長さに沿って曲げられる場合には、露出した縁部１５０４及び１５０６は、その長さに沿って同じ曲線に沿うことができ、ともに平行にすることができ、それぞれ約４２及び８４ナノメートルの厚さにすることができる。
【００７１】
ブロック１２０２〜１２０６が完了すると、ナノワイヤアレイを形成するために用いることができる超格子を完成することができる。この時点で、超格子は、第１の材料層１３０２及び第２の材料層１３０４の露出した縁部１５０４及び１５０６を有する。その超格子はさらに処理することができるか、ワイヤのアレイを形成するのを助けるために用いることができるか、又はさらに処理することなく、露出した縁部１５０４又は１５０６上にワイヤを形成できる状態となる。
【００７２】
図１６は、基材３０２（第２の材料層１３０４の１つの層の下に隠れている）、隆起部９０２、円形の隆起部１１０２、ｚ字形の隆起部１１０４、並びに第１の露出した縁部１５０４及び第２の露出した縁部１５０６の一例の平面図を示す。この図は、露出した縁部１５０４及び１５０６が概ね任意の長さ及び曲率を隆起部によっていかに有することができるかを示す。この例では、縁部１５０４及び１５０６が、隆起部１１０２及び１１０４を用いて形成されるようにも示されているが、これらの隆起部及び縁部は任意選択である。
【００７３】
説明している例を続けると、隆起部９０２に沿う露出した縁部１５０４及び１５０６は曲線を成し、互いに平行である。円形の隆起部１１０２に従う露出した縁部１５０４及び１５０６も曲線を成し、ともに平行である。ｚ字形の隆起部１１０４の露出した縁部１５０４及び１５０６は鋸歯のようである。それらの縁部は、ｚ字形の隆起部１１０４のｚ字形の長さに従うが、同様に、ともに平行である。図１６に示す例では、異なる隆起部のそれぞれの露出縁部は、同じ隆起部の他の露出縁部と平行であるが、他の隆起部の露出縁部とは平行ではない。これは、露出縁部１５０４及び１５０６を形成することができる概ね任意の、自由度のある方法の一例を示している。
超格子を用いてナノワイヤアレイを形成するための例示的な方法
ブロック１２０８において、プラットフォーム１００は、超格子１６００を用いて、ナノ幅のワイヤアレイを形成する。このアレイのワイヤは、曲線を成すか、非直線的であるか、又は概ね任意の形状及び曲率を有することができる。一実施形態では、プラットフォーム１００は、露出縁部１５０４又は１５０６をさらに処理して、第１の縁部１５０４又は第２の縁部１５０６のいずれかをオフセットし、それらの縁部を波形にする。その後、プラットフォーム１００は、オフセットされた縁部を用いて、例えば、ナノサイズの物体を収集するか、ワイヤを形成するか、又は可鍛性の表面に型押しすることができる。その後、このようにして型押しされた表面は、他の目的のために用いることができる。一実施形態では、型押しされた表面は、ナノインプリント型枠製造のために用いることができる。他の実施形態では、型押しされた表面を隆起部及び溝部として用いて、別の超格子を形成するか、又はナノワイヤのアレイを形成することができる。型押しされた表面そのものをナノワイヤのアレイにする、即ち、ナノワイヤのアレイに成形することができる。さらに他の実施形態では、プラットフォーム１００は、第１の露出縁部１５０４又は第２の露出縁部１５０６のいずれかの上で直にナノワイヤを形成する。
【００７４】
図１７は、露出縁部１５０４が露出縁部１５０６とオフセットされている、超格子１６００の小片の一例の立体図を示している。この小片は、ナノ幅のワイヤから成るアレイを製造するための以下の実施形態を説明するのを支援するために示している。超格子１６００の小片は、図１７に示す厚さ、幅及び長さの次元によって示されるように配向される。超格子１６００は、隆起部９０２、及び隆起部９０２の隆起部側壁９０４を含む。この実施形態では、隆起部側壁９０４は、隆起部９０２の下にある基材３０２（図示せず）に対して約４５°の角度を有する。
【００７５】
一実施形態では、プラットフォーム１００は第１の縁部１５０４を帯電させる。プラットフォーム１００は、電源を用いて、第１の縁部１５０４を帯電させることができる。この例の場合、第１の縁部１５０４及び第１の材料層１３０２は導電性であり、第２の縁部１５０６は非導電性である。また、この実施形態では、プラットフォーム１００は、第１の縁部１５０４を、帯電したナノオブジェクト１７０２及び電力源１７０４を有する電荷浴１７００内に置く。
【００７６】
第１の縁部１５０４が帯電すると、帯電した物体１７０２に対する電圧差によって、帯電した物体を第１の縁部１５０４に電気化学的に輸送するのが容易となる（電気化学堆積、電気泳動堆積又は電解析出による）。そうすることにより、プラットフォーム１００は、超格子１６００上で、ナノオブジェクトのアレイを製造することができる。
【００７７】
これらの帯電した物体１７０２を、オフセットされた第１の縁部１５０４から構成される溝部内に収集し、第２の縁部１５０６によって仕切ることができる。
【００７８】
これらの帯電した物体１７０２としては、無機分子、有機分子、生物学的分子、金属、半導体或いは絶縁性ナノ微粒子のような数多くの種々の種類の材料から構成することができるナノオブジェクトを挙げることができる。またそれらは、種々の種類の形状及び構造を有し得る。それらには、例えば、種々のキラリティ（chirality）から成る単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブ；窒化ホウ素ナノチューブ；ナノチューブの束及びロープ；金属、半導体、導電性酸化物、導電性ポリマー又は他の導電性材料から形成される中実又は中空のナノワイヤ；絶縁性ナノロッド；並びに導電性ナノニードル又は絶縁性ナノニードルが含まれ得る。
【００７９】
帯電した物体１７０２は、これらの帯電した物体１７０２から構成されるナノワイヤのアレイを形成できるほど十分に収集される。
【００８０】
図１８は、超格子１６００の小片の一例の立体図を示しており、露出縁部１５０４がアレイ１８００内に帯電したナノオブジェクト１７０２を収集している。図１７に示すような超格子１６００のこの例示的な小片は、小さすぎて、第１の縁部１５０４及び第２の縁部１５０６の長さに沿った曲がりを示すことはできないが、超格子１６００は、先に説明したように、そのような曲がりを含むことができる。
【００８１】
他の実施形態では、特定の１つ又は複数の材料（図示せず）の小さな帯電したイオンが、縁部１５０４又は１５０６のいずれかにおいて、電気化学堆積、電気泳動堆積又は電解析出によって収集される。これらのイオンは、金、銀、タンタル、ニッケル等を含むことができる。この実施形態では、プラットフォーム１００は、超格子１６００の導電性で、帯電した縁部にイオンを引き寄せることによって、帯電したイオンを電気化学的に収集し、アレイを形成する。プラットフォーム１００は、所望の幅及び／又は断面のワイヤが製造されるまで、第１の縁部１５０４若しくは第２の縁部１５０６上に、又は第１の縁部１５０４若しくは第２の縁部１５０６において、イオンを収集し続けることができる。
【００８２】
また、この実施形態では、これらのワイヤの幅は、帯電している第１の縁部１５０４又は第２の縁部１５０６の幅によって決定することができる。例えば、第１の縁部１５０４が帯電しており、幅が３０ナノメートルである場合には、これらの縁部１５０４上に形成されるワイヤは、約３０ナノメートル幅にすることができる。同様に、これらの第１の材料縁部１５０４の長さが曲がっており、ともに平行であり、且つ１０センチメートルの長さである場合には、それらの上に形成されるワイヤは、曲がっており、ともに平行であり、１０センチメートルの長さにすることができる。これは、超格子１６００上の露出した縁部の概ね任意の長さ、曲率及び幅によって、概ね任意の長さ、曲率及び幅のワイヤをいかに製造できるようになるかの一例である。
【００８３】
図１９は、ナノ幅のワイヤ１９００から成るアレイの一部を有する超格子１６００の小片の一例の立体図を示している。第１の縁部１５０４上に製造された、当該アレイ１９００のワイヤ１９０２の短い部分が示される。この例における第１の縁部１５０４はオフセットされていない。この例では、ワイヤ１９０２は約１５ナノメートル幅であり、その間のピッチも約１５ナノメートルである。ワイヤ１９０２のうちの３本は、隆起部９０２の幅、ここでは約８０ナノメートルだけ、ワイヤ１９０２の他の３本から離隔される。
【００８４】
工程１２００に従って形成することができるナノワイヤアレイのさらに完全な例を以下に説明する。
【００８５】
図２０は、ダイ２００２上のナノワイヤアレイ２０００の一例の平面図を示している。そのアレイ２０００は、数多くの異なるワイヤ（又はワイヤのサブアレイ）を含む。これらのワイヤは長く、且つ細く、例えば長さ１センチメートル及び太さ１０ナノメートルである。これらのワイヤは６本の楕円形で、曲線を成し、且つともに平行なワイヤ２００４を含む。これらのワイヤは、その間に、楕円ピッチ２００６で示されるピッチを有する。ワイヤ２００４のうちのいくつかは、距離２００８だけ離隔される。図１１及び図１５〜図１９に示すように、この距離２００８は、隆起部９０２の幅に依存し得る。
【００８６】
同様に、６本のｚ字形のワイヤ２０１０が示されており、２０１２の符号を付したｚ字形のピッチで離隔されている。これらのワイヤ２０１０は互いにともに平行であり、いくつかが距離２０１４だけ離隔されている。図１１及び図１６に示すように、この距離２０１４は、ｚ字形の隆起部１１０４の幅に依存し得る。円形のピッチ２０１８を有する円形のワイヤ２０１６も示している。
【００８７】
ナノワイヤアレイ２０００は、上記のように、数多くの異なる材料から形成されるワイヤを有することができる。このアレイ２０００を他のアレイに追加して、さらに複雑なワイヤアレイを形成したり、又はこのアレイを分割して、より単純なワイヤアレイを形成することができる（例えば、ｚ字形のワイヤ２０１０を別のダイ又は基材に転写することによる）。アレイ２０００は、全体として、又は部分的に別の基材に転写することができる。
アレイを転写するための例示的な方法
ワイヤ２００４から成るアレイ２０００は、ワイヤ２００４を別の基材の接着層に接触させることによるワイヤ２００４の物理的な転写を用いたりする等の種々の方法によって、別の基材に転写することができる。
【００８８】
図２１は、超格子１６００、ワイヤ２００４から成るアレイ２０００の一部、接着層２１０２、及びアレイ基材２１０４の例を示している。接着層２１０２は、超格子１６００からアレイ基材２１０４へのワイヤ２００４の転写を容易にする。接着層２１０２は、ワイヤ２００４と超格子１６００との間の接着力よりも大きな接着力で作用する。プラットフォーム１００は、ワイヤ２００４と接着層２１０２とを接触させて、その後、超格子１６００を除去し、ワイヤ２００４を転写する。
【００８９】
他の実施形態では、ワイヤ２００４は、コロナ放電を用いて、基材２１０４に転写される。この実施形態では、均一な電荷を保持する（コロナ放電によって帯電した）誘電体表面が、ワイヤ２００４から或る距離に配置される。絶縁性基材（例えば、アレイ基材２１０４の絶縁性の例）がワイヤ２００４と誘電体表面との間にある。誘電体表面及びワイヤ２００４が互いに対して十分に近いとき（ただし、基材２１０４によって離隔される）、誘電体表面上の電荷によって引き起こされる、ワイヤ２００４への静電引力が、ワイヤ２００４を基材２１０４に引き寄せる。
【００９０】
図２２は、ワイヤ２００４が転写された後の、アレイ基材２１０４及びワイヤ２００４の一例を示している。ここでは、アレイ基材２１０４は、ワイヤ２００４から成る例示的なアレイ２２００を含む。
【００９１】
構造的特徴及び方法ステップに特有の用語を用いて本発明を説明しているが、添付の特許請求の範囲に規定される本発明は、必ずしも記載した特定の特徴部或いはステップには限定されないことを理解されたい。開示した特定の特徴部或いはステップは、特許請求する本発明の好ましい実施形態を表しているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】超格子を形成し、使用するための方法を実施し得る１つの例示的なシステムのブロック図
【図２】基材上に１つ又は複数の隆起部を形成するための１つの例示的な方法のフロー図
【図３】１つの例示的な基材及び表面層、並びに厚さ及び幅の次元を示す断面図
【図４】１つの例示的な基材、表面層及びパターニング可能層の断面図
【図５】１つの例示的な基材、表面層、パターニング可能層、リソグラフィマスク及び放射線の断面図
【図６】１つの例示的な基材、表面層及びパターニング可能層内のパターンの断面図
【図７】１つの例示的な基材、表面層、及び、変更された側壁を有するパターニング可能層内のパターンの断面図
【図８】１つの例示的な基材、エッチング剤、部分的にエッチングされた表面層、及び変更された側壁を有するパターニング可能層内のパターンの断面図
【図９】１つの例示的な基材、並びに側壁及び上端を有する隆起部の断面図
【図１０】１つの例示的な基材、並びに側壁及び上端を有する隆起部の立体図
【図１１】１つの例示的な基材、隆起部、円形の隆起部、及びｚ字形の隆起部の平面図
【図１２】隆起した基材上に超格子を製造するための１つの例示的な方法のフロー図
【図１３】１つの例示的な基材、側壁及び上端を有する隆起部、並びに２つの交互材料層の断面図
【図１４】１つの例示的な基材、側壁及び上端を有する隆起部、２つの交互材料層、充填層並びに停止層の断面図
【図１５】１つの例示的な基材、側壁を有する隆起部、２つの交互材料層、及び交互材料層の露出した縁部の断面図
【図１６】１つの例示的な基材、隆起部、円形の隆起部、ｚ字形の隆起部及び交互材料層の露出された縁部の平面図
【図１７】露出した縁部がオフセットされている超格子の１つの例示的な小片、及び帯電した物体を有する１つの例示的な電荷浴の立体図
【図１８】露出した縁部がオフセットされている超格子の１つの例示的な小片、及びオフセットされた露出した縁部内に収集されるワイヤのアレイの１つの例示的な部分の立体図
【図１９】縁部がオフセットされていない超格子の１つの例示的な小片、及び露出した縁部のいくつかから突き出しているワイヤのアレイの１つの例示的な部分の立体図
【図２０】ダイ上にある、曲線を成している、又は非直線的なナノワイヤの１つの例示的なアレイの平面図
【図２１】超格子上にあるワイヤの１つの例示的なアレイ及びアレイ基材を示す図
【図２２】アレイ基材上にあるワイヤの１つの例示的なアレイを示す図
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
2007531998.tif 000025
2007531998.tif 000026