(57)【要約】  本発明は、先端状に形成された金属パターンを有するナノプリントされたデバイスに関する。それぞれの金属パターンは、先端のベースを有する下の層（３０）と先端自身を有する上の層（３１）とを備え、硬度および化学的特性を制御された二層構造を持つ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端状に形成された金属パターンを有するナノプリントされたデバイスであって、それぞれの金属パターンは、先端のベースを有する下の層（３０）と先端自身を有する上の層（３１）とを備え、硬度および化学的特性を制御された二層構造を持つことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
下の層の材料は、Ｔ２が上の層の融解温度であるとき、Ｔ２＋２００℃より高い融解温度Ｔ１を有する材料であり、１０ＧＰａより高い硬度であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
上の層の材料は、プリントの温度Ｔｐｒｉｎｔに類似した融解温度Ｔ２を有する金属であることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
２／３×Ｔ２＜Ｔｐｒｉｎｔ＜２／３×Ｔ１
の関係を持っていることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
上の層（３１）の材料は、下の層（３０）の材料を攻撃しない生成物によって化学的に攻撃されうることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
基板（３２）の表面上に金属パターンをナノプリントする方法であって、
前記基板（３２）上の金属（３０）に下の層を堆積する段階と、
金属（３１）に上の層を堆積する段階と、
前記上の層をモールドする段階と、
前記上の層（３１）をエッチングして前記下の層（３０）上で停止する段階と、
前記下の層（３０）をエッチングする段階と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
前記モールドする段階は指標付けモールドの段階であることを特徴とする請求項６に記載の方法
【請求項８】
前記モールドする段階は全体的なモールドの段階であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記モールドする段階の時に、
ＡｕＳｎの上の層に対して１８６℃＜Tｐｒｉｎｔ＜１１１２℃となるような温度に基板（３２）とモールド（３５）を加熱し、
プリントされる表面にモールド（３５）を付着し、
モールド（３５）を除去する
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記上の層の堆積の段階の後に、エッチングの段階をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，金属パターンを有するナノプリントされたデバイス、および金属パターンをナノプリントする方法に関する。
【０００２】
本発明が関わる技術分野はマイクロエレクトロニクスの分野であり、さらに詳細には
金属または合金におけるナノ構造を製造することである。
【０００３】
本発明は、非常に小さなピッチの金属パターン、例えばいくつかの縮小されたピッチの電子部品を相互配線することを可能にするナノ先端(nanopoint)の中間層の製造を必要とするあらゆる種類のデバイスに適用することができる。
【背景技術】
【０００４】
ナノプリンティングは非常に縮小されたピッチのパターンを製造することを可能にする技術であり、換言すれば、数ナノメートルピッチでの数ナノメートルの繰り返しのパターンである。
【０００５】
ポリマー（重合体）によるパターンの上にナノプリンティングすることは、マスクの形成を可能にする。［特許文献］の欄にある特許文献１は、例えば、基板上に堆積した薄膜における極薄パターン（２５ｎｍ未満）を作るためのリソグラフィ法について記載しており、そこでは、少なくとも１つの突出特徴を有したモールドがそのフィルムにプレスされる。しかしながら、その時、特許文献２に記載されたような酸化物層を貫通するのに必要であるような、シャープな、または複雑な形状のナノ金属パターンを形成することは難しい。この特許文献２は、例えば、硬い導電性のマイクロ先端(micro-point)が備わった第１の部分と、可塑性かつ導電性のマイクロバンプが乗るパッドが備わった第２の部分との間への挿入によって接続する方法を記載している。ここでは、それぞれのマイクロ先端は、マイクロバンプの表面上の元の酸化物外皮を貫通しなくてはならない。実際に、エッチングおよび「リフトオフ」の技術は、樹脂のナノプリントをした後に使用されるフォトリソグラフィ技術の特性によって平らなパターンを再現する。
【０００６】
もし樹脂をナノプリントするこの段階を排除するならば、先端状に、あるいは硬いモールドを使って他の複雑な形状に形成されたパターンの金属に、直接プリントを次に実行することができる。金属におけるこのタイプの直接プリント技術は非特許文献３に記載されている。この非特許文献３は、例えば、ＳｉＣの硬いモールドを使うことにより、アルミニウムの基板におけるパターンをナノプリントすることを記載している。
【特許文献１】米国特許第５，７７２，９０５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１７９，１９８号明細書
【非特許文献１】S. W. Pang, T. Tamamura, M. Nakao, A. Ozawa および H. Masuda著、論文「Direct nano-printing on Al substrate using a SiC mold」（J. Vac. Sci. Technol, B 16(3), ５月／６月（１９９８年）, １１４５および１１４６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような金属パターンを形成したい場合には、目標とする用途に応じて２つの問題が生じうる。
【０００８】
１）  極端なナノプリント圧力が必要である。つまり、非特許文献３で提案されたこの方法は非常に高いモールド圧力：２．３８Ｔ／ｃｍ２の適用を必要とする。従って、前記方法は、壊れやすい材料、例えば半導体の上に堆積された薄い金属層に対して、破壊を招く危険なしに使うことができない。
【０００９】
２）  ワイヤーボンディングパッドは清浄にされなければならない。つまり、シリコンファウンドリ（工場）からの半導体ウェーハに前記方法を適用する場合、図２Ｂに示すような一連の先端２０とワイヤボンディッグパッド２３を有するチップの周りの領域を、金属なしで清浄にする必要がある。
【００１０】
さらに、必要とする表面上にパターンをナノプリントした後、プリントされた材料の残渣のエッチングを行って、望まない領域からそれを除去する必要がある。
【００１１】
挿入による接続方法の場合、それは先端をプリントすることを含み、ワイヤーボンディングのワイヤーによってこれらのパッドにアクセス可能となるように、残りの金属の層がワイヤボンディッグパッド領域の薄膜に粉砕されることを避ける。しかし、これらのパッドは、通常アルミニウムからなり、そのためやはり攻撃される危険がある。
【００１２】
図１Ａは、上記のようにして高い圧力Ｐの下での金属をモールドすることを示している。これにより、モールド１１は、基板１２の表面上に、一連の先端１４を形成しモールドされた金属層１３を得ることを可能にするが、余剰の金属層１５がこの基板の表面上に残る。
【００１３】
図１Ｂは余剰の金属をエッチング１７することを示す。これにより、この攻撃は、アルミニウムからなるワイヤーボンディングパッド１６を攻撃するという問題をもたらす。
【００１４】
図２Ａおよび図２Ｂは一つの実施の態様を示し、ここでは、ＣＭＯＳ回路の大きなウェーハをカバーするチップの中央領域２１に、アルミニウムからなる金属の先端２０をプリントすることを意図しており、続くワイヤボンディッグを可能とするアルミニウム２３からなる金属パッドを備える外側領域２２には何らのプリントをも行なわない。
【００１５】
直接プリントした後で先端２０の間のアルミニウムの残渣をエッチングすることは、外側領域２２に位置するアルミニウムにおけるワイヤーボンディングパッド２３をも攻撃して、引き続く利用を妨げる。
【００１６】
本発明は、ナノ金属パターンを形成することに関するこれらの問題の解決策を提供するという趣旨を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、先端状に形成された金属パターンを有するナノプリントされたデバイスであって、それぞれの金属パターンは、先端のベースを有する下の層と先端自身を有する上の層とを備え、硬度および化学的特性を制御された二層構造を持つことを特徴とするデバイスに関する。
【００１８】
好都合に、下の層の材料は、Ｔ２が上の層の融解温度であるとき、Ｔ２＋２００℃より高い融解温度Ｔ１を有する材料であり、１０ＧＰａより高い硬度である。上の層の材料は、プリントの温度Ｔｐｒｉｎｔに類似した融解温度Ｔ２を有する金属である。従って、以下の関係を持つことができる。
【００１９】
２／３×Ｔ２＜Ｔｐｒｉｎｔ＜２／３×Ｔ１
【００２０】
好都合に、上の層の材料は、下の層の材料を攻撃しない生成物によって化学的に攻撃されうる。
【００２１】
本発明は、基板の表面上に金属パターンをナノプリントする方法であって、
・前記基板上の金属に下の層を堆積（蒸着）する段階と、
・金属に上の層を堆積（蒸着）する段階と、
・前記上の層をモールドする段階と、
・前記上の層をエッチングして前記下の層上で停止する段階と、
・前記下の層をエッチングする段階と、
を有することを特徴とする方法に、さらに関係する。
【００２２】
モールドする段階は指標付けモールド、または全体的なモールドの段階でありうる。いずれの場合も、モールドする段階の時に、
ＡｕＳｎの上の層に対して１８６℃＜Tｐｒｉｎｔ＜１１１２℃となるような温度に基板とモールドを加熱し、
プリントされる表面にモールドを付着し、
モールドを除去する。
【００２３】
好都合に、前記方法は、金属からなる上の層の堆積（蒸着）の段階の後に、エッチングの段階をさらに有する。
【００２４】
本発明により、
・低いプリント圧力の適用と、
・余剰の金属をエッチングすることの容易な適用と
によって、ナノパターンを、金属への直接プリントによりプリントすることが可能となる。
【００２５】
本発明により、アセンプリ（組み込み）技術と結び付ける場合、ハイブリッド電子部品の製造が可能となる。
【００２６】
本発明は、特に、
・低温ハイブリッド材料からなる、大きなサイズの赤外線検出マトリックスの製造において、
・すべてのタイプの低温ハイブリッド部品の製造において（光学、Ｘ線、可動支持（flexible support：フレキシブルサポート）上、セラミック上、またはマルチチップモールド（ＭＣＭ）上のハイブリッド化）、
・非常に大きなサイズの部品をフォトリソグラフィすることなくプリントすることによる、ハイブリッド化の準備のための処理（例えば、３００ｍｍのＣＭＯＳウェーハの先端を装備するため、回路を平らなスクリーンに移すためのガラス基板を準備するため、硬い下層の上にガラスからなる導波部をプリントするため）において、
利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図３に示すように、本発明のナノプリントされたデバイスの金属パターン構造は、先端のベースを構成する下の層３０と先端自身を構成する上の層３１とを備え、硬度および化学的特性を制御され、先端状に形成された金属の二層構造である。
【００２８】
下の層３０の材料は、Ｔ２が上の層の融解温度であるとき、Ｔ２＋２００℃より高い融解温度Ｔ１を有する材料であり、１０ＧＰａより高い硬度である。
【００２９】
上の層３１の材料は、プリントの温度Ｔｐｒｉｎｔに類似した融解温度Ｔ２を有する金属である。
【００３０】
これらの層３０および３１の２つの材料は、それらに特徴的な攻撃的化学反応に関連した第２の条件を満足する。上の層３１の材料は、下の層３０の材料を攻撃しない生成物によって化学的に攻撃されうる。
【００３１】
好都合に、融解温度Ｔ２の２／３より高いプリント温度Ｔｐｒｉｎｔを使うことによって、ナノプリントの圧力を減らすことができる。金属の硬度はこれにより減少し、必要な圧力も同様である。これによって、２／３×Ｔ２＜Ｔｐｒｉｎｔ＜２／３×Ｔ１の関係を有することができる。
【００３２】
ナノプリントの時、プリントの圧力に対し大きい方の硬度であるところの下の層３０の金属は、プレス機と基板との間にあるほこり、凹凸などに起因するいかなる局所的な圧力からも、下にある壊れやすい層を守る。
【００３３】
ナノプリントの後、下の層と比較して上の層に選択的な攻撃化学反応が存在するという方法で１対の金属を選択することによって、残渣の攻撃の問題を排除する。従って、まず、上の層３１を攻撃して下の層３０の上で停止し、基板３２の表面上に存在するパッド３６が下の層によって守られる。続くエッチング段階の際に下の層３０の金属を攻撃することにより、下の層をプリントされない領域でのみ排除することができる。
【００３４】
［本発明の方法の適用例］
図４Ａから図４Ｃに示したこの例は、図２Ａおよび図２Ｂに示すようなシリコンファウンドリからのＣＭＯＳウェーハに適用される。これは以下の段階を有する。
【００３５】
［１）  下の層３０の堆積］
Ｔｉ（Ｔ１＝１６６７℃）の堆積を、先端が装備される基板３２、例えば３００ｍｍファウンドリからのＣＭＯＳ基板上で標準的なスパッタリングマシンにより実行する。
【００３６】
［２）  上の層３１の堆積］
Ａｕ８０Ｓｎ２０の堆積（４μｍ）を、標準的な堆積マシン（蒸発スパッタリング、電解など）で実行する。この共晶の融解温度は２８０℃である。
【００３７】
［３）  上の層３１の定義］
この段階は任意選択的である。これにより、余剰の層の除去物を分離可能にする。
【００３８】
この段階の時、プリントの前の埋設パッド上の、またプリントの後にナノプリントされたワイヤボンディッグパッド間の除去が実行される。この段階は方法全体を大いに容易にする。実際に、先端を形成する材料が有用である領域に均一に形成されるならば、領域２２でそれをプレスすることはもはや必要ではない。それにより圧力は、領域２１のみに働くので、実質的に減少する。
【００３９】
このエッチングを実行するためにＫＩマスキングを行なうか、あるいは「リフトオフ」法（材料の堆積以前に樹脂の選択的な堆積）によって材料３１を堆積することができる。マスキングを低コストで行い（大面積上において要求される解像度ではない）、図２Ｂに示す領域２２において上の層３１をエッチングし、下の層３０上で停止する。いずれのケースでも、材料３０は、その保護の役割を確実にするためのウェーハ上の連続したベースとして堆積される。
【００４０】
［４）  上の層３１のモールディング］
この層３１をモールドする動作は以下のいずれかによって実行される。
・「指標付け」によってモールドする技術（写真構成領域の大きさからなるモールド３５をそれぞれの領域に適用して、その領域のピッチで指標を付ける（「段付けと繰り返し」））。
・あるいは、「全体的な」モールドの技術であって、そこでは、モールド３５はウェーハ（３００ｍｍ）と同じ大きさであり、モールディングは一つの動作で行なわれる。
【００４１】
いずれの場合でも、
・基板３２とモールドを、２／３×Ｔ２＜Ｔｐｒｉｎｔ＜２／３×Ｔ１を満たす温度、すなわちＡｕＳｎの上の層に対しては１８６℃＜Tｐｒｉｎｔ＜１１１２℃となるような温度に加熱する。
・プリントされる表面に圧力Ｐでモールド３５を付ける。先端は伝統的な方法でプリントされる。下の層３０は基板３２の表面を保護し、しかも変形されない。
・モールド３５を除去する。
【００４２】
［５）  余剰の上の層のエッチング］
前の段階の終わりには、先端の間で、不変の下の層３０に余剰の上の層３１が残留する。プリントされたパターンが、例えば６μｍの最終高さを持ち、余剰の層が０．２μｍ厚さを持つならば、その全体表面を覆う上の層の例えば０．３μｍ除去と同一のエッチングを化学的な手段によって実行する。使われる化学反応は選択的なものであって、下の層で自動的に停止する。
【００４３】
従って、余剰の上の層は先端３１の間から清浄化される。この段階は、下の層３０が次にバリヤ層を形成するという事実のために、重要ではない。
【００４４】
領域２２はこのエッチングにさらされ、そしてワイヤーボンディングパッド３６は下の層３０によって保護される。この全体的なエッチングに起因して、先端はその外側包絡面全体上で０．３μｍの厚さを、均一に失う。従って、モールド３５の寸法はこの損失分を考慮に入れる。
【００４５】
［６）  下の層３０のエッチング］
下の層３０の金属は、特定の選択的な化学反応によってエッチングされる。例えばＨ２０２（チタンからなる下の層）、またはフッ素化プラズマに基づいた化学反応。
【００４６】
下の層は領域２１と２２で同時にエッチングされる。
【００４７】
最終的な先端３４は、例えば６μｍ高さの先端で、ベース部分で１μｍの直径で、２μｍのピッチで繰り返すようにできる。上の層３１に対しては、一般に低い融解点の２成分のものを使うが、純粋な金属も適するし、また３成分のもの、さらには合金も可能である。ガラスのナノプリントも想定できる。
【００４８】
これに関しては、以下の表がある。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
上の層と下の層の関係では、１０対１の厚さの比が興味深い。プリントのピッチは厚さにより減少する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】従来技術の方法を示す。
【図１Ｂ】従来技術の方法を示す。
【図２Ａ】従来技術の方法を使うことによって、ＣＭＯＳウェーハ上にマイクロ先端を製造することを示す。
【図２Ｂ】従来技術の方法を使うことによって、ＣＭＯＳウェーハ上にマイクロ先端を製造することを示す。
【図３】本発明のデバイスの金属パターンを示す。
【図４Ａ】本発明の方法における段階を示す。
【図４Ｂ】本発明の方法における段階を示す。
【図４Ｃ】本発明の方法における段階を示す。
【符号の説明】
【００５２】
３０  下の層
３１  上の層
３２  基板
３４  先端
３５  モールド
３６  ワイヤーボンディングパッド
【図１Ａ】
2008516423.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2008516423.tif 000006
【図２Ｂ】
2008516423.tif 000007
【図３】
2008516423.tif 000008
【図４Ａ】
2008516423.tif 000009
【図４Ｂ】
2008516423.tif 000010
【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
2008516423.tif 000012
2008516423.tif 000013
2008516423.tif 000014
2008516423.tif 000015
2008516423.tif 000016
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