(57)【要約】【課題】選択成長させたカーボンナノチューブ電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置及びそのリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法を提供する。【解決手段】  チャンバの内部に配置される電子放出源と、この電子放出源から所定距離、離隔して試料１４を載置させるステージとを含む電子放出リソグラフィ装置であり、前記電子放出源を電子放出能を有するカーボンナノチューブ１１で構成し、リソグラフィ工程の電子放出源としてカーボンナノチューブ１１を使用する。その結果、非常に微細な線幅を極めて高い精度で具現できるリソグラフィ工程が可能になる。また、カーボンナノチューブ１１から放出される電子が１：１で対応する部位の電子ビームレジスト１５、１５’を露光するので基板１２の中心部と端部との間で生じ得る露光状態の偏差が低く抑えられる。本発明はこのようなリソグラフィを生産性よく行うことができる。【選択図】図１
2008160139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバの内部に配置され、電子放出能を有する電子放出源と、前記電子放出源から所定距離、離隔されて、試料が載置されるステージとを含む選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置であって、
前記電子放出源は、多孔質基板にカーボンナノチューブが形成されて構成され、
電子の放出を妨げるために、前記カーボンナノチューブの上を覆うパターニングされた絶縁膜を、更に含むことを特徴とする選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置。
【請求項２】
前記基板は、ＳｉまたはＡｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項１に記載の選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブから放出される電子に対して磁場を印加する磁場発生部を、更に含むことを特徴とする請求項１に記載の選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置。
【請求項４】
リソグラフィで用いられる電子放出エミッタの製造方法であって、
（ａ）基板に対して陽極酸化処理を施してカーボンナノチューブ成長用のナノテンプレート（枠）を形成する段階と、
（ｂ）前記基板の上にカーボンナノチューブを成長させるためのカーボンナノチューブ成長ガスを注入して前記ナノテンプレート（枠）にカーボンナノチューブを成長させる段階と、
（ｃ）電子の放出を妨げるために、前記カーボンナノチューブの所定部位を覆う非導電層を形成する段階と、
を含むことを特徴とするリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法。
【請求項５】
前記（ａ）段階は、
前記基板に対して第１次陽極酸化処理を施すことによりカーボンナノチューブを成長させる位置に孔部を設ける段階と、
前記基板に対して第２次陽極酸化処理を施すことにより前記孔部に前記ナノテンプレート（枠）を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法。
【請求項６】
前記（ｂ）段階は、
希釈ガスとしてアルゴンまたは窒素が注入されることを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択成長させたカーボンナノチューブで構成される電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置、及びリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法に係り、詳しくは、ナノメートルサイズのパターニングを行うために選択的に成長させたカーボンナノチューブを電子放出源として用い、この電子放出源から放出された電子が進行する経路を、磁場を用いて精密に制御することが可能な電子放出リソグラフィ装置及びリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィとは、所定のパターンを有するマスクを介して、半導体ウェーハ等の基板表面に形成された薄膜状の感光性材料に、光や電子ビーム等を照射して露光し、前記マスクのパターンを前記基板表面にそのまま転写する技術である。このようなリソグラフィは、一般に、フォトリソグラフィと、放射線リソグラフィとに大別される。前記フォトリソグラフィは紫外線リソグラフィを意味し、前記放射線リソグラフィはＸ線リソグラフィ、電子ビームリソグラフィまたはイオンビームリソグラフィ等を意味する。
【０００３】
現在、通常に用いられているフォトリソグラフィでは、７０ｎｍ以下の微細な線幅で所望の精度を有する線幅の露光を行うことが極めて困難となっている。一方、電子ビームリソグラフィは比較的微細な線幅の露光を行うために有利な手段であるが、この電子ビームリソグラフィの場合、電子ビーム自体の特性により、基板の中心部と、基板の端部との間で、露光状態に偏差が生じ得る。このため、従来の電子ビームリソグラフィでは、このような基板の位置に依存する露光状態の偏差を低減化するために１枚の基板に対して電子ビームリソグラフィを多数回行うことが必要であった。このことから、従来のリソグラフィ装置ではスループット（処理能力）が顕著に減少してしまうという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記問題点を解決するために創作されたものであって、選択的に成長させたカーボンナノチューブをリソグラフィの電子放出源として用いることにより、リソグラフィの対象物たる試料の全面にわたって露光状態の偏差が生じることなく極めて高精度に制御された線幅を形成することができ、しかも、そのスループット（処理能力）がより向上された電子放出リソグラフィ装置及びリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明に係る選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置は、チャンバの内部に配置される電子放出源と、前記電子放出源から所定距離、離隔されて、試料が載置されるステージとを含む電子放出リソグラフィ装置であって、前記電子放出源は、多孔質基板に電子放出能を有するカーボンナノチューブとして構成され、更に電子の放出を妨げるために、カーボンナノチューブの上を覆うパターニングされた絶縁膜（非導電層）が形成される（請求項１）。
【０００６】
更に、本発明の前記基板はＳｉまたはＡｌ２Ｏ３を含んで構成されることが望ましい（請求項２）。
【０００７】
また、本発明では前記カーボンナノチューブから放出される電子に対して磁場を印加する磁場発生部を更に含むことが望ましい（請求項３）。
【０００８】
また、前記課題を解決するために、本発明に係るリソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法は、リソグラフィ用電子放出エミッタの製造方法であって、（ａ）基板に対して陽極酸化処理を施してカーボンナノチューブ形成用のナノテンプレート（枠）を形成する段階と、（ｂ）前記基板の上にカーボンナノチューブを成長させるためのカーボンナノチューブ成長ガスを注入して前記ナノテンプレート（枠）にカーボンナノチューブを成長させる段階と、（ｃ）電子の放出を妨げるために、前記カーボンナノチューブの所定部位を覆う非導電層（絶縁膜）を形成する段階とを含んで構成される（請求項４）。
【０００９】
本発明では、前記（ａ）段階が、前記基板に対して第１次陽極酸化処理を施すことによりカーボンナノチューブを成長させる位置に孔部を設ける段階と、前記基板に対して第２次陽極酸化処理を施すことにより前記孔部に前記ナノテンプレート（枠）を形成する段階とを含むことが望ましい（請求項５）。
【００１０】
また、本発明では、前記（ｂ）段階で、希釈ガスとしてアルゴンまたは窒素が注入されることが望ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リソグラフィ工程において、電子放出源としてカーボンナノチューブを用いるので、極めて微細な線幅をより高い精度で具現するリソグラフィ工程を行うことが可能となる。また、このカーボンナノチューブから放出される電子が、１：１で対応する部位の電子ビームレジストを露光させるので、基板の中心部と、基板の端部との間で生じ得る露光状態の偏差を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明に係る選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置は以下のような構造を有している。
【００１３】
すなわち、本発明に係る選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置は、チャンバの内部に電子放出源として動作するカーボンナノチューブ１１が形成された基板１２の上方に、所定距離、離隔されて、電子ビームレジスト１５が被覆されてパターニングが行われるための試料１４が配置されている。そして、カーボンナノチューブ１１から放出された電子１７は、進行経路が制御されて試料１４の所定位置に到達するように、磁場発生部１３、１３’の内部に基板１２及び試料１４が配置されている。ここで、カーボンナノチューブ１１から電子１７を発生させるために、電圧を印加するための電圧印加部１６が、基板１２及び試料１４に対して独立に設けられている。
【００１４】
磁場発生部１３、１３’は、カーボンナノチューブ１１から発生した電子１７が試料１４の対応する位置に精度よく到達するように、カーボンナノチューブ１１とパターニングが行われる試料１４との間の距離に応じて磁場の強度を適宜制御することができるようになっている。
【００１５】
このように構成される本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィの方法について説明すると、以下の通りである。まず、図１に示すように、電圧印加部１６によってカーボンナノチューブ１１に電圧が印加されると、カーボンナノチューブ１１の端部から電子１７が放出される。このとき、放出された電子１７を、電子ビームレジスト１５が被覆された試料１４の所望の位置に到達させることが必要である。ここで、例えば、磁場発生部１３、１３’で精密に調整された磁場によりカーボンナノチューブ１１から発生した電子１７が進行する経路が制御される。電子１７は渦巻き状に回転しながら電子ビームレジスト１５が被覆された試料１４の表面の所定位置に到達する。
【００１６】
すなわち、カーボンナノチューブ１１から発生した電子１７は、磁場により電子ビームレジスト１５が被覆された試料１４の対応する位置に到達し、その結果、基板１２の上に形成されたカーボンナノチューブ１１の形状が試料１４にそのまま投影される。このようにして、リソグラフィ工程では試料１４に対して所望の形状が転写される。そして、その後引き続き行われる現像処理の工程では、電子ビームレジスト１５がネガティブ型の場合には、電子ビームで露光された部位が残存し、電子ビームレジスト１５がポジティブ型の場合には、前記ネガティブ型の場合とは逆に電子ビームで露光されていない部位が残存する。
【００１７】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置で、カーボンナノチューブ１１をナノテンプレート（枠）の内部に選択的に成長させることにより、所望の形状にパターニングされて形成されたカーボンナノチューブ１１から構成される電子放出エミッタの主要部を模式的に示す図である。図２（Ａ）は多孔質基板１２の上で所望の部位にカーボンナノチューブ１１を選択的に成長させた本発明に係る一実施形態を示し、図２（Ｂ）は基板１２の上に成長させたカーボンナノチューブ１１から所望のパターンで電子放出を行わせることができるように、このカーボンナノチューブ１１の上に、更に絶縁膜（非導電層）１８が形成された本発明に係る他の一実施形態を示す。
【００１８】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィの工程を示す図である。図３（Ａ）はマスク（図示省略）を介して電子ビーム（図示省略）が照射されることにより露光された電子ビームレジスト１５、１５’の状態（電子ビームが照射されていない部位を１５、照射された部位を１５’で示す）の断面構造、図３（Ｂ）は、この露光の後に行われる現像工程でパターニングされた状態の断面構造を、各々模式的に示す図である。
ここでは、電子ビームレジスト１５、１５’としてネガティブ型のものを用いた場合について示す。電子ビームレジスト１５、１５’としてポジティブ型のものを用いる場合には、前記したように、このようなネガティブ型とは逆に、露光された部位のみが除去される。
【００１９】
以下、図４（Ａ）から図４（Ｅ）を参照しながら、本発明に係る選択成長させたカーボンナノチューブから構成される電子放出源を用いた電子放出リソグラフィアレイの製造方法について説明する。図４（Ａ）から図４（Ｅ）は、本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィアレイの製造工程の様子を、工程順に模式的に示す図である。
【００２０】
まず、図４（Ａ）に示すように、基板１２にカーボンナノチューブ１１（図４（Ｄ）、（Ｅ））を成長させようとする位置に孔部１９を形成する。本発明にあっては、この孔部１９は従来公知の陽極酸化処理によって形成することができる。すなわち、基板１２が、例えばＡｌから構成される場合には、このＡｌの基板１２に対して第１次陽極酸化処理を施す。このような第１次陽極酸化処理により基板１２の表面にカーボンナノチューブ１１を成長させるための孔部１９が形成される。
【００２１】
次に、図４（Ｂ）に示すように第２次陽極酸化処理を施してナノテンプレート（枠）２０を形成する。この第２次陽極酸化処理によって、前記第１次陽極酸化処理で形成された孔部１９は、所望の深さにまで深められて形成される。このような第１次陽極酸化処理及び第２次陽極酸化処理が施されて形成されたナノテンプレート（枠）２０は、カーボンナノチューブ１１を成長させるべき位置に配置され、本発明ではこの孔部の直径を１０００ｎｍ程度以下とすることが望ましい。そして、本発明では、前記第１次陽極酸化処理及び第２次陽極酸化処理の過程を経て、Ａｌ基板の孔部１９、ナノテンプレート（枠）２０の内部の表面層は酸化されてＡｌ２Ｏ３となる。
【００２２】
次に、図４（Ｃ）に示すように、基板１２でナノテンプレート（枠）２０が形成された部位にカーボンナノチューブ１１を成長させるように、基板１２、ひいてはナノテンプレート（枠）２０（図４（Ｂ））の内部にカーボンナノチューブを成長させるためのカーボンナノチューブ成長ガス２１を注入する。このとき、カーボンナノチューブ成長ガス２１としては、当該分野で従来公知のメタン等を用いることができ、その希釈ガスとしてアルゴンまたは窒素を用いることができる。
【００２３】
ここで、本発明では、図４（Ｄ）に示すように、カーボンナノチューブ１１を所望の形状に成長させて、このカーボンナノチューブ１１をそのまま電子放出源として用いることができる。あるいは、本発明では、図４（Ｅ）に示すように、カーボンナノチューブ１１を成長させた基板１２の上に、必要に応じてＳｉＯ２等の非導電層（絶縁膜）１８を形成し、更に、この非導電層（絶縁膜）１８を、電子ビーム等を用いて所望の形状にパターニングを施してもよい。
【００２４】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、図４（Ａ）から図４（Ｅ）に示すような本発明に係る選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィの製造方法を用いて製造された、本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真である。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置では、電子放出源たるカーボンナノチューブ１１の電子放出アレイが、基板１２に対してほぼ垂直に形成されていることがわかる。本発明では、図４（Ａ）から図４（Ｅ）に示すような工程により、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すような極めて精密なカーボンナノチューブの電子放出アレイを意図して製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置でカーボンナノチューブをナノテンプレート（枠）により選択的に成長させて所望の形状にパターニングさせた電子放出エミッタを模式的に示す図であり、図２（Ａ）は、基板上にカーボンナノチューブ１１を選択的に成長させた本発明に係る一実施形態を示し、図２（Ｂ）は基板上に成長させたカーボンナノチューブの上に更に非導電層（絶縁膜）が形成された本発明に係る他の一実施形態を示す。
【図３】本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ工程の状態を模式的に示す図であり、図３（Ａ）は電子ビームにより露光された電子ビームレジストの断面構造を模式的に示し、図３（Ｂ）はこの露光後の現像工程でパターニングされた状態の断面構造を模式的に示す図である。
【図４】図４（Ａ）から図４（Ｅ）は、本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィアレイの製造工程における状態を工程順に、模式的に示す図面であり、（Ａ）は基板にカーボンナノチューブを成長させようとする位置に孔部を形成する工程であり、（Ｂ）は基板にカーボンナノチューブを成長させようとする位置にナノテンプレート（枠）を形成する工程であり、（Ｃ）はナノテンプレート（枠）の内部にカーボンナノチューブを成長させるためのガスを注入する工程であり、（Ｄ）はカーボンナノチューブを所望の形状に成長させる工程であり、（Ｅ）はカーボンナノチューブ上にＳｉＯ２等の非導電層（絶縁膜）を形成して所望の形状にパターニングする工程を示す図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明に係る選択成長させたカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィの製造方法を用いて製造された、本発明に係るカーボンナノチューブの電子放出源を用いた電子放出リソグラフィ装置のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真である。
【符号の説明】
【００２６】
１１  カーボンナノチューブ
１２  基板
１３、１３’  磁場発生部
１４  試料
１５、１５’  電子ビームレジスト
１６  電圧印加部
１７  電子
１８  非導電層（絶縁膜）
１９  孔部
２０  ナノテンプレート（枠）
２１  カーボンナノチューブ成長ガス
【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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