(57)【要約】【課題】ナノ構造において、ナノ粒子の大きさ及びその配置位置の制御を高精度に行う。【解決手段】ナノ構造及びそれを作成する方法が開示される。１つの態様では、ペイロード部分を有するベクタポリマ(16)を含む薄膜(10)が基板(12)上に形成される。薄膜(10)はパターン形成される。パターン形成された薄膜(10)の有機成分が除去されて、ペイロードを含むナノ粒子(34)が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ構造製造方法であって、
ペイロード部分を含むベクタポリマ（１６）を含むフィルム（１０）を基板（１２）上に形成するステップと、
前記フィルム（１０）をパターン形成するステップと、
ペイロード含有ナノ粒子（３４）を形成するために、前記パターン形成されたフィルム（１０）の有機成分を除去するステップ
とを含む方法。
【請求項２】
前記ペイロード部分は半導体原子と金属原子のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ベクタポリマ（１６）は、ポリ（ビニルフェロセン）、ポリ（鉄ＩＩＩアクリラート）、鉄含有ジブロックポリマのうち１つであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ベクタポリマ（１６）はポリビニルフェロセンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記フィルム（１０）はベクタポリマ（１６）とポリマ結合剤（１８）を含み、前記ポリマ結合剤（１８）は、ポリ（ジメチルグルタルイミド）（ＰＭＧＩ）、ポリ（エチレンイミン）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（エチレン／アクリル酸）、ポリ（アクリル酸）およびそのナトリウム塩、ポリ（マレイン酸）、ポリ（ジメチルグルタルイミド）、ポリアミン酸、ポリ（メチルメタクリル酸）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（ポリピレングリコール）、ポリ（ジアルキルシロキサン：dialkylsiloxane）、ポリシラン（polysilane）、シルセスキオキサン（silsesquioxane）、アルミニウム含有ゲルのうち１つを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フィルム（１０）は、ポリスチレン−ｂ−鉄複合ポリ（ビニルピリジン）ベクタポリマ（１６）と、ポリスチレンポリマ結合剤（１８）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記フィルム（１０）は、ポリメチルメタクリレート−ｂ−ポリ（鉄ＩＩＩアクリラート）ベクタポリマ（１６）と、ポリメチルメタクリレートポリマ結合剤（１８）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ベクタポリマ（１６）はジブロックポリマＡ−Ｂであり、Ａは、各々がペイロード部分を含む複数の反復単位を含み、Ｂは各々がＣ、Ｈ、Ｎ、Ｏの各原子を含む複数の反復単位を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｂの反復単位の各々はさらに、シリコン部分とアルミニウム部分のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ナノ構造製造方法であって、
１つまたは複数のタイプの反復単位を有するベクタポリマ（１６）を含むフィルム（１０）を基板（１２）上に形成するステップであって、前記反復単位のタイプのうちの少なくとも１つのタイプはペイロード部分を含むことからなる、ステップと、
前記フィルム（１０）をパターン形成するステップと、
前記ベクタポリマ（１６）内のペイロード部分含有反復単位の数に実質的に等しい、平均数のペイロード部分含有成分を含むそれぞれのナノ粒子（３４）を形成するために、前記パターン形成されたフィルム（１０）の有機成分を除去するステップ
とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子からなる構造、及びその作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ構造とは、約０．５ナノメートル（ｎｍ）から約１マイクロメートル（μｍ）の範囲の大きさを有する構造である。ナノ構造は、ナノ粒子やナノチューブを含む多様な異なる形態で存在する。本明細書では「ナノ粒子」という用語は、大きさ（たとえば直径）が約０．５ｎｍから約１００ｎｍの範囲であるという特徴を有する物質の物理構成を指す。「ナノチューブ」という用語は、１μｍ未満の断面または直径を有する長い中空または固体性の構造を指す。たとえばカーボンナノチューブは典型的には中空のグラファイトの細管であり、典型的には約１ｎｍから５０ｎｍのオーダーの範囲の直径を有する。カーボンナノチューブは典型的には、大きな表面積、低いバルク密度、高い粉砕強さを有する剛性の三次元のカーボン構造を有する。
【０００３】
１ｎｍから５０ｎｍの範囲の大きさのナノ粒子は種々の目的のために基板に接着される。この中には、所定のナノ粒子の触媒性を利用する多くの用途が含まれる。多くの技術により、ランダムに分布したナノ粒子でコーティングされた表面が生成される。たとえば、非特許文献１は、プロパノールに溶解したＦｅ（ＮＯ３）３を浸漬し、または回転成形し、ついで熱処理して小さなＦｅ２Ｏ３ナノ粒子を形成することによって形成される薄膜を記述している。非特許文献２は、フェリチンなどの中空性のタンパク質を使用してＦｅ化学種を捕捉および保存し、ついでホストタンパク質（宿主たんぱく質）を除去することによって酸化鉄ナノ粒子を形成する方法を記述している。非特許文献３は、Ｆｅ（ＮＯ３）３溶液とＡｌ２Ｏ３ナノ粒子を混合し、Ａｌ２Ｏ３基質の上に酸化鉄ナノ粒子を形成する方法を記述している。これらのどの方法でも、鉄含有ナノ粒子の配置はランダムである。
【０００４】
表面上のナノ粒子の場所をリソグラフィの精度で制御する、その他のナノ粒子生成技術も提案されている。たとえば、特許文献１は、島状の触媒の上にカーボンナノチューブを形成する方法を記述している。島状の触媒は、下の基板を、フォトレジスト層にエッチングされた穴を介して露出させることによって形成される。穴は約３μｍから５μｍの大きさで、約１０μｍの距離だけ間隔を空けて配置される。約１５ｎｍから３０ｎｍの大きさのアルミナナノ粒子を混合したＦｅ（ＮＯ３）３のメタノール溶液をフォトレジスト上に付着させ、基板の表面領域を穴によって露出させる。リフトオフプロセスを行うと、フォトレジストの穴によって露出された基板の領域に接着した、Ｆｅ（ＮＯ３）３コーティングされたアルミナナノ粒子の分離された島状部が残る。ついで基板を加熱し、Ｆｅ（ＮＯ３）３をＦｅ２Ｏ３に分解する。単層ナノチューブは、基板を加熱し、島状の触媒を約８５０℃から１０００℃の温度で純粋メタンにさらすことによって形成される。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，３４６，１８９号
【非特許文献１】Klinke他,「Thermodynamic calculations on the catalytic growth of carbon nanotubes」, AIP Conf. Proc. 685(1) 447,２００３年１０月２０日
【非特許文献２】Zhang他,「Imaging as-grown single-walled carbon nanotubes originated from isolated catalytic nanoparticles」, Appl.Phys.A, Vol. 74,325-328(2002)
【非特許文献３】Kong他「Synthesis of individual single-walled carbon nanotubes on patterned silicon wafers」, NATURE, Vol. 395, １９９８年１０月２９日、pp 878 ff.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ナノ構造装置と、このナノ構造装置を作成する方法を特徴とする。本発明では、ナノ粒子の大きさを精密に制御し、リソグラフィの精度で制御された位置にそのナノ粒子形成することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１態様では、ペイロード部分を含むベクタポリマ（vector polymer）を含むフィルム（または、薄膜。以下同じ）を基板上に形成する。フィルムはパターン形成される。パターン形成されたフィルムの有機成分を除去して、ペイロード含有ナノ粒子を形成する。
【０００８】
本発明の別の態様では、１つまたは複数の種類の反復単位（または単量体）を含む、ベクタポリマを含むフィルムを形成する。反復単位の種類のうち少なくとも１つの種類は、ペイロード部分を含む。フィルムはパターン形成される。パターン形成されたフィルムの有機成分を除去し、ベクタポリマ内でペイロード部分含有反復単位の数に実質的に等しい平均数のペイロード部分含有成分を含むそれぞれのナノ粒子を形成する。
【０００９】
別の態様では、本発明は、実質的に同一の基板のセットを含む装置を特徴とする。この装置では、少なくとも１つの基準構造部が各基板上に配置され、少なくとも１つのナノ粒子が各基板上に配置される。ナノ粒子は最大で１０ｎｍの平均の大きさを有し、最大で０．１μｍの標準偏差で分布する距離範囲内で対応する基板上のそれぞれの基準構造部に対して配置される。
【００１０】
本発明の他の特徴および利点は、図面及び特許請求の範囲とともに以下の記述から明らかになるであろう。
【実施例】
【００１１】
以下の説明では、同じ参照番号は同様の要素を示す。さらに、図面は、例示的な実施形態の主な特徴を図式的に示すことを目的としている。図面は、実際の実施形態のすべての特徴を描くことを目的とするものではなく、また、図示した要素の相対的な大きさを描くことやスケールどおりに図示することを目的とするものでもない。
【００１２】
図１は、ペイロード部分を有するベクタポリマを含むフィルムをパターン形成することと、パターン形成されたフィルムの有機成分を除去してペイロード含有ナノ粒子を形成することとを含む、ナノ構造製造方法の１実施形態を示す。この方法により、精密に制御された大きさを有するナノ粒子を、リソグラフィの精度で制御することのできる場所に形成することができる。
【００１３】
図１と図２を参照すると、フィルム１０が基板１２上に形成される（プロセス１４）。基板１２は、後述のリソグラフィプロセスと有機成分除去プロセスに適合する任意のタイプの基板であってよい。例示的な基板の材料は、シリコン（珪素）、アルミナ、石英、酸化珪素（酸化シリコン）、窒化珪素などを含む。
【００１４】
フィルム１０は、ポリマ結合剤（または高分子バインダ。以下同じ）１８に分散するベクタポリマ１６を含む。フィルム１０は、成形液体の中に融解または分散しているベクタポリマ１６とポリマ結合剤１８との混合物を回転成形することで基板１２上に形成することができる。これによって、フィルム１０を基板１２全体で均一な厚さで形成できる。「混合」という用語は、溶液の形態（すなわち溶質が、対応する溶媒内に混合したもの）、または懸濁液（すなわち粒子が液体と混合されているが液体に溶解していない場合）の形態であってもよい、２つ以上の成分の組み合わせを指す。場合によっては、所与の混合物は最初は溶液の形であって、時間の経過に伴うかまたは所与の処理により混合物を懸濁液にしてもよい。基板上にフォトレジストの層を形成するために半導体業界で使用される標準の回転成形装置を使用してフィルム１０を形成することができる。次に詳細に説明するように、いくつかの実施例では、フィルム１０の厚さ（ｔ）と、ベクタポリマ１６とポリマ結合剤１８の相対的な比率を選択し、基板１２の表面全体にベクタポリマ分子を分布させて、各ナノ粒子を形成するために使用するベクタポリマ分子の数の比を指定された統計的な精度で制御することが可能である。
【００１５】
ベクタポリマ１６は、基板１２の表面上にペイロード部分を提供するように処理可能なポリマ（または重合体。以下同じ）である。本明細書では「ポリマ」という用語は、重合によって形成され、本質的に反復する構造単位からなる化合物（化学物質）または化合物の混合物を指す。ポリマは多くの数の反復構造単位（または単量体。以下同じ）を有していてもよいし、または、比較的少数の反復構造単位を有していてもよい。後者の場合、ポリマはしばしば「オリゴマー（oligomer）」と呼ばれる。いくつかの実施例では、ベクタポリマ１６は、少なくとも１つのタイプがペイロード部分を含む複数のタイプの反復単位を含み、ベクタポリマ１６内のペイロード部分の総数は、ペイロード含有反復単位の数と等しい。ペイロード部分は、基板面に不揮発性ナノ粒子を形成するために使用できる任意の原子種または分子種である。不揮発性のナノ粒子は、ペイロード部分の集合体であってもよいし、または、ペイロード部分の集合体から得られる物質の組成を有していてもよい。ペイロード部分は、独立した原子種または分子種の形態、または、ラジカルグループなどの原子団の一部として、ベクタポリマ１６の反復単位に接着、または他の方法で複合化されることができる。例示的なペイロード部分は、金属種（たとえば鉄、モリブデン、亜鉛などの遷移金属種、または、金などのほかの金属種。これは、基板１２の表面上に形成されるナノ粒子の所望の性質に依存する）、および半導体種（たとえば、シリコンとゲルマニウムなどの元素（または単体）半導体種、および、ＩＩＩ−ＶおよびＩＩ−ＶＩ半導体化合物などの化合物半導体種）を含む。
【００１６】
ポリマ結合剤１８は、フィルム形成とリソグラフィパターン形成プロセスの間、ベクタポリマ１６の相分離を実質的に抑制する。いくつかの実施例では、ポリマ結合剤１８は、ベクタポリマ１６の少なくとも一部にひきつけられ実質的に相分離を抑制するリガンド（配位子）を含む。
【００１７】
いくつかの例示的な実施例では、ベクタポリマ１６のペイロード部分は、酸化鉄を含むナノ粒子を形成するために使用される鉄原子を含む。例示的な鉄含有ベクタポリマは、基板１２上に形成されるナノ粒子において好ましい平均数の鉄原子に対応する多くの反復単位を含むポリビニルフェロセン（polyvinyl ferrocene）である。鉄含有ベクタポリマは、多様な異なるポリマ結合剤のうち任意の１つの中に分散させることができ、その中には、ポリ（ジメチルグルタルイミド:dimethylglutarimide）（ＰＭＧＩ）、ポリ（エチレンイミン：ethylenimine）、ポリ（ビニルピリジン：vinyl pyridine）、ポリ（ビニルアルコール：vinyl alcohol）、ポリ（エチレン／アクリル酸：ethylene/acrylic acid）、ポリ（アクリル酸：acrylic acid）およびそのナトリウム塩、ポリ（マレイン酸：maleic acid）、ポリ（ジメチルグルタルイミド：dimethylglutarimide）、ポリアミック酸（polyamic acid）、ポリ（メチルメタクリル酸：methyl methacrylic acid）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（プロピレングリコール：propylene glycol）を含む。ポリビニルフェロセンベクタポリマ（polyvinyl ferrocene vector polymer）とポリマ結合剤を、シクロヘキサノンなどの相互溶媒（または共溶媒：mutual solvent）に溶解または分散させ、フィルム１０を形成するために使用する混合物を形成することができる。
【００１８】
他の鉄含有ベクタポリマは、ポリマ結合剤１８と同一の反復単位を有する鎖に接合された鉄含有ポリマの鎖からなるポリ（鉄ＩＩＩアクリラート）およびジブロックポリマ（diblock polymer）を含む。このタイプの、例示的なベクタポリマ／ポリマ結合剤の組み合わせは、ポリスチレンポリマ結合剤の中に分散したポリスチレン−ｂ−鉄複合ポリ（polystyrene-b-iron-complexed poly(vinyl pyridine：ビニルピリジン)）ベクタポリマ、ポリメチルメタクリル酸（polymethyl methacrylate）ポリマ結合剤の中に分散したポリメチルメタクリル酸−ｂ−ポリ（polymethyl methacrylate-b-poly(鉄ＩＩＩアクリラート）)ベクタポリマを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ベクタポリマはジブロックポリマＡ−Ｂであり、Ａはペイロード含有反復単位からなり、Ｂは非ペイロード含有反復単位からなる。いくつかの実施例では、Ｂ反復単位は、Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｏの各原子を含み、これらは後述する有機成分除去プロセス中に除去される。これらの実施例のうちいくつかでは、Ｂ剤はまた、シリコン（珪素）部分またはアルミニウム部分などの原子を含む。有機成分除去プロセスの間、これらの後者のグループ（原子団）は酸化珪素（酸化シリコン）や、窒化珪素や、酸化アルミニウムや、窒化アルミニウムに合体する。これらの実施例の中のペイロード単位が鉄からなる場合、最終的な結果は、酸化アルミニウム（窒化アルミニウム）または酸化珪素（または窒化珪素）の基質の中に引き込まれた酸化鉄ナノ粒子を生成する。このタイプの系は、酸化鉄ナノ粒子の優れた接着を提供し、凝集を防ぐ。このタイプの無機ポリマはまた、ポリマ結合剤またはその一部として使用することができる。
【００２０】
図１、図３Ａ、図３Ｂ、図４を参照すると、フィルム１０を基板１２上に形成した後（プロセス１４）、フィルム１０をパターン形成する（プロセス２０）。図示された実施形態では、フィルム１０は、上側のフォトレジスト層２２にリソグラフィを用いて形成されたパターンを下側のフィルム１０に転写することによってパターン形成される。いくつかの実施例では、図３Ａに示すように、フォトレジスト層２２はフィルム１０上に直接形成される。他の実施例では、バリア層（障壁層）２４（たとえば低温プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）酸化層）を、フォトレジスト層２２とフィルム１０の間に形成し、フィルム１０をパターン形成の間劣化から保護する。これを図３Ｂに示す（プロセス２６）。フォトレジスト層２２は、標準の半導体フォトリソグラフィパターン形成技術（たとえば標準の光および電子ビームリソグラフィ技術）を使用してパターン形成することができる。いくつかの実施形態では、図４の断面図に示すように、フォトレジスト層２２は円筒形のドット２８のアレイをなすようにパターン形成される。ドットパターンの大きさは、少なくとも部分的には、最終的に形成されるナノ粒子の大きさと、ベクタポリマ分子の特性（たとえば長さ）に依存する。２００の鉄原子含有反復単位を有するフェロセンベクタポリマから、１ｎｍから１０ｎｍの大きさのナノ粒子を製造する１つの例示的な実施例では、円筒形のドットは直径（ｄ）が５００ｎｍである。
【００２１】
図５に示すように、フォトレジストパターンは下側のフィルム層１０に転写され、パターン形成プロセス（プロセス２０）が完了する。パターンは標準の有機エッチングプロセスを使用して転写されることができる。たとえば、いくつかの実施例では、プラズマエッチングプロセス（たとえば反応性イオンエッチングプロセス）などのドライエッチングプロセスを使用してフォトレジストパターンをフィルム１０に転写する。いくつかの実施例では、パターン形成されたフィルムの場所の間から残余の汚染物を除去するために、追加のエッチングまたは洗浄プロセスが必要となる場合もある。たとえば、鉄ベースの汚染物は、塩酸と水の希釈混合液などのウェットエッチング液で除去することができる。
【００２２】
図６を参照すると、フォトレジストパターンをフィルム１０に転写した後、パターン形成されたフォトレジスト層２２の残りは、フォトレジスト溶媒内でフォトレジストをすすぐなどの標準のフォトレジスト除去技術を使用して除去される。フォトレジストを除去した後、パターン形成されたフィルムを前駆体ナノ粒子３０の形態で基板１２の表面に配置する。図示された実施形態では、ベクタポリマ１６とポリマ結合剤１８の実質的な相分離は、パターン形成プロセス（プロセス２６）の間回避される。これは、ベクタポリマがポリマ結合体と複合体を作ることが理由である場合もあるが、ベクタポリマがジブロックポリマＡ−Ｂである場合は、ポリマ結合体が、ブロックＢに対応する反復単位を有するためジブロックベクタポリマの強力な分散剤として作用することが理由である場合もある。ベクタポリマとポリマ結合剤の間の相分離を回避することにより、ベクタポリマ分子がクラスタ化することを防ぎ、これにより、フィルム１０内で、一部の領域は高濃度のベクタポリマを有し、別の領域は低濃度のベクタポリマを有するというベクタポリマ分子の不均一な分布が生成されるのを防止する。このようにして、ベクタポリマ分子の均一な分布が維持され、各前駆体ナノ粒子３０が、目的とする数のベクタポリマ分子を含有する同じ可能性を有する、閉じた系としての挙動を示すことが可能になる。
【００２３】
ジブロックベクタポリマを使用する実施例においては、相分離はパターン形成プロセスの間実質的に回避される。パターン形成プロセスの間の熱処理により、ジブロックベクタポリマ分子がコイル状になる可能性があるが、ベクタポリマとポリマ結合剤は、相分離を起こさず、フィルム１０内にベクタポリマ分子の不均一な分布を生じない。たとえば、ポリスチレン−ｂ−鉄複合ポリ（ビニルピリジン）では、鎖の鉄複合ポリ（ビニルピリジン）端はコイルを形成するが、鎖のポリスチレン端はポリスチレンポリマ結合剤に似た挙動を示し、ベクタポリマ分子のクラスタ化を防ぐ。
【００２４】
いくつかの実施例では、フィルムパターン形成プロセスによって形成される前駆体ナノ粒子３０の各々に、平均して単一のベクタポリマ１６が含まれるように、種々の物理パラメータおよび化学パラメータを選択する。この結果は、フィルム１０の厚さ（ｔ）、フォトレジストパターンの大きさ（たとえば直径ｄ）、フィルム１０におけるベクタポリマ１６の濃度とポリマ結合剤１８の濃度の比を適切に選択することによって達成される。回転成形フィルムの厚さをｔ、フォトレジストパターンドットの直径をｄとすると、各パターン形成された前駆体ナノ粒子３０の体積はπｔｄ２／４であり、これは、ｔが１００ｎｍでｄが５００ｎｍの実施例の場合、約２×１０７ｎｍ３である。ベクタポリマが（ビニルフェロセン）２００である例示的な実施形態では、ベクタポリマの分子量は４２４００であり、単一の２００マー（ｍｅｒ）の重さは約７．０４×１０−２０グラムであり、ＰＭＧＩの濃度を１立方センチメートルあたり１．００グラムと仮定した場合、ＰＭＧＩポリマ結合剤の中のポリビニルフェロセンの重量濃度は３．５ｐｐｍ（ｐｐｍ：１００万分の１の単位）である。このパラメータセットにより、基板１２上に（ビニルフェロセン）２００の実質的に均一な分布が形成され、これによって、各前駆体ナノ粒子３０に平均で単一の（ビニルフェロセン）２００が含まれるようになる。
【００２５】
場合によっては、前駆体ナノ粒子３０は、ベクタポリマ１６の切頭部分（truncated portion）を含む。ベクタポリマ分子が、ベクタポリマ内の反復単位の数に比例する特性長（または代表長さ）Ｌで基板１２の表面に対して実質的に平行に伸びると仮定すると、ベクタポリマ切頭確率（truncation probability：例えば、ベクタポリマが切頭される確率）（Ｐ）は式（１）によって概算することができる。
【００２６】
【数１】
2005212093.tif 000003
【００２７】
上式でθ＝２Ａｒｃｏｓ（Ｌ／ｄ）である。Ｌ＜＜ｄでは、前駆体ナノ粒子３０の中で切頭されたベクタポリマ分子とフルサイズベクタポリマ分子の比は約１．２７Ｌ／ｄである。（ビニルフェロセン）２００の場合、Ｌは最大でも７６ｎｍと見積もられ、ｄが５００ｎｍと仮定すると切頭確率は約２０％である。鉄含有ブロックがコイル状になっているジブロックベクタポリマフィルム公式の場合、上記の式（１）で切頭確率を計算するために使用する長さＬは、ベクタポリマの長さではなくコイル直径とすべきであり、その場合、切捨て確率は大きく低減する。
【００２８】
切頭を考慮することに加えて、各前駆体ナノ粒子３０の中のベクタポリマの統計分布は、最終的なナノ粒子の構造を決定する。この分布はポアソン統計で決定される。前駆体ナノ粒子毎にＮ個のベクタポリマ分子があると仮定すると、前駆体ナノ粒子ごとにＮ０．５分子の標準偏差がある。１つの例示的な例では、Ｎを１に設定すると、１００の前駆体ナノ粒子アレイの中では平均で、ベクタポリマ分子を含まない前駆体ナノ粒子の数は３７、ベクタポリマ分子を１つだけ含む前駆体ナノ粒子は３７、ベクタポリマ分子を２つ以上含む前駆体ナノ粒子は２６である。いくつかの用途では２つ以上のベクタポリマ分子を含む前駆体ナノ粒子から形成されたナノ粒子（またはこのようなナノ粒子から形成されたナノ構造）は、１つだけのベクタポリマを含む前駆体ナノ粒子から形成されたナノ粒子（またはこのようなナノ粒子から形成されたナノ構造）が示す性質とは異なる性質を示すことがある。これによって、１つだけのベクタポリマを含む前駆体ナノ粒子から作成されたナノ粒子の均一な集団を、適合しないナノ粒子から識別、分離し、所望の用途に使用することが可能になる。
【００２９】
図１、図７、図８を参照すると、パターン形成された島状のフィルムに対応する前駆体ナノ粒子３０の有機成分を除去して、それぞれのペイロード含有ナノ粒子を形成する（プロセス３２）。このプロセスの間、前駆体ナノ粒子３０のそれぞれの体積を低減する（たとえばベクタポリマとポリマ結合剤の望ましくない成分または部分を除去し、所望の最終的なペイロード部分を含むナノ粒子組成をより高濃度で残すか、または、無機ポリマ成分を酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの無機基質に変換することにより）。（あるいは、そのプロセスの間、前駆体ナノ粒子３０のそれぞれの体積を低減して、所望の最終的なペイロード部分を含むナノ粒子組成をより高濃度で残す（たとえばベクタポリマとポリマ結合剤の望ましくない成分または部分を除去するか、または、無機ポリマ成分を酸化珪素（酸化シリコン）、窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの無機基質（inorganic matrix）に変換することにより）。
【００３０】
いくつかの実施例では、前駆体ナノ粒子３０はまず、前駆体ナノ粒子３０をパターン形成されたフィルムの成分のガラス転移温度より高い温度に加熱することによってリフローする。各前駆体ナノ粒子３０の主要な成分は典型的にはポリマ結合体であり、この場合、前駆体ナノ粒子３０のガラス転移温度は、ほぼ、ポリマ結合体のガラス転移温度に相当する。たとえば、ポリマ結合剤がＰＭＧＩである実施例では、前駆体ナノ粒子３０をＰＭＧＩのガラス転移温度（すなわち１９０℃）以上の温度に熱し、前駆体ナノ粒子３０をリフローする。リフロープロセスの間、前駆体ナノ粒子３０は各々、基板１２の表面に対する前駆体ナノ粒子３０の表面（界面）エネルギと濡れ角によって決定される大きさと形状にリフローする。
【００３１】
リフロープロセス（リフローイングプロセス）の後、前駆体ナノ粒子３０の中の有機部分を除去する。一般に、有機部分は前駆体ナノ粒子３０の有機成分を選択的に分解し、基板１２の表面上に、それぞれ不揮発性のペイロード含有ナノ粒子を残す任意のプロセスによって除去することができる。いくつかの実施例では、有機部分は酸化切除（oxidative ablation）によって除去される。このような実施例の１つでは、有機部分は、前駆体ナノ粒子３０をＵＶ光とオゾンにさらすことによって除去する。有機部分除去プロセスの間、前駆体ナノ粒子３０はそれぞれの質量中心に向かって実質的に等方的に縮小する。これを図８に示す。別の実施例では、この低減乃至除去は、ポリマ結合剤またはポリマベクタの一部を、ペイロード含有粒子を囲む無機基質に変換することを含む。
【００３２】
有機部分除去プロセスでは、前駆体ナノ粒子３０の実質的に全部ではなくてもほとんどの有機成分を除去し、基板１２の表面全体に分布したそれぞれのペイロード含有ナノ粒子３４の組を残す。これを図９に示す。上記のように、ペイロード含有ナノ粒子は、ペイロード部分の集合体に正確に対応するか、または、ペイロード部分の集合体に由来する物質の組成から形成されるか、または、ベクタポリマのペイロード部分またはペイロード部分の集合体由来の物質組成から形成されるものとすることができる。たとえば、ベクタポリマがビニルフェロセンである実施例では、ペイロード部分は鉄原子である。これらの実施例のいくつかでは、ナノ粒子３４は酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）で形成され、前駆体ナノ粒子３０におけるビニルフェロセンポリマの酸化切除によって生成される（たとえば、ＵＶ光とオゾンにさらしたり、焼成（か焼）や熱分解による）。これらの実施例のうち他の実施例では、ナノ粒子３４は、Ｆｅ（ＳＯ４）などの異なる鉄塩で形成されることができる。他の例示的な実施例では、ベクタポリマは金部分を含む金属ポリマであってもよく、この場合、ナノ粒子は金で形成される。
【００３３】
上に詳述した実施形態により、前駆体ナノ粒子３０をリソグラフィによって配置する機能の結果、基板１２の表面上に正確に制御された場所でナノ粒子３４が形成できる。このようなリソグラフィを用いた配置制御により、半導体製造環境における典型的なリソグラフィアライメント能力である最大で０．１μｍの標準偏差で分布した距離の範囲内で、対応する基板上でそれぞれの基準構造に対して、基板表面上に少なくとも１つのナノ粒子が配置された実質的に同一の（複数の）基板を一括して形成することができる。基準構造はたとえば、基板上に形成された、または基板上に形成されつつあるデバイスまたは集積回路の構造的な特徴部に対応付けることができる。さらに、これらの実施形態により、最初のベクタポリマ含有フィルム１０の化学的性質、厚さ、リソグラフィパターン形成に対する制御の結果として、０．５ｎｍから約５０ｎｍの範囲で大きさが正確に制御されたナノ粒子３４を形成することができる。ナノ粒子３４の大きさは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、より大きな粒子の場合は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定することができる。
【００３４】
この結果得られるナノ粒子３４は、幅広い種々の用途に使用することができる。たとえばいくつかの実施例では、ナノ粒子３４はカーボンナノチューブ形成において触媒として作用する材料（たとえば酸化鉄、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化鉄と酸化モリブデンと酸化ルテニウムの混合物、所定の元素金属）から形成される。図１０に示すように、触媒的ナノ粒子３４の大きさ（たとえば直径）が典型的に０．５ｎｍから１０ｎｍの範囲、より典型的には１ｎｍから３ｎｍの範囲の実施例においては、各ナノ粒子において実質的に単層のカーボンナノチューブ３６を形成することができる。単層カーボンナノチューブ３６は、ナノ粒子３４の上から伸び、約１ｎｍから５ｎｍの範囲の直径を有する。いくつかの例示的な実施例では、カーボンナノチューブ３６は、基板１２を触媒的ナノ粒子と共に約８５０℃から１０００℃の温度の炉の中で加熱し、１秒に約２センチから２０センチの速度で触媒的ナノ粒子３４上に９９．９９％純粋メタンを流すことによって形成することができる。
【００３５】
他の実施形態も特許請求の範囲内に含まれる。本出願では、ナノ構造及びそれを作成する方法が開示される。１つの態様では、ペイロード部分を有するベクタポリマ(16)を含む薄膜(10)が基板(12)上に形成される。薄膜(10)はパターン形成される。パターン形成された薄膜(10)の有機成分が除去されて、ペイロードを含むナノ粒子(34)が形成される。また、本発明の１実施形態による薄膜（１０）はベクタポリマ（１６）とポリマ結合剤（１８）を含み、前記ポリマ結合剤（１８）は、ポリ（ジメチルグルタルイミド）（ＰＭＧＩ）、ポリ（エチレンイミン）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（エチレン／アクリル酸）、ポリ（アクリル酸）およびそのナトリウム塩、ポリ（マレイン酸）、ポリ（ジメチルグルタルイミド）、ポリアミン酸、ポリ（メチルメタクリル酸）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（ポリピレングリコール）、ポリ（ジアルキルシロキサン：dialkylsiloxane）、ポリシラン（polysilane）、シルセスキオキサン（silsesquioxane）、及びアルミニウム含有ゲルのうち１つを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ナノ構造製造法のフロー図である。
【図２】基板上に形成された、ベクタポリマ含有フィルムの側断面図である。
【図３Ａ】図２に示されたベクタポリマ含有フィルム上に形成されたフォトレジスト層の側断面図である。
【図３Ｂ】図２に示された上側にあるフォトレジスト層とベクタポリマ含有フィルムの間に配置されたオプションとしてのバリア層の側断面図である。
【図４】図２に示されたベクタポリマ含有フィルム上に形成された、パターン形成されたフォトレジスト層の側断面図である。
【図５】図４に示されたフォトレジスト層とベクタポリマ含有フィルムの、ベクタポリマ含有フィルムにフォトレジストパターンを転写した後の側断面図である。
【図６】図５に示されたパターン形成されたベクタポリマ含有フィルムの、上側にあるパターン形成されたフォトレジスト層を除去した後の側断面図である。
【図７】図６に示されたパターン形成されたベクタポリマ含有フィルムのリフローされたバージョンに対応する前駆体ナノ粒子の側断面図である。
【図８】図７に示された前駆体ナノ粒子から、実質的にすべての有機部分を除去した後に基板上に形成されたナノ粒子の側断面図である。
【図９】図８に示されたナノ粒子から伸びるカーボンナノチューブの側断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  フィルム
１２  基板
１６  ベクタポリマ
１８  ポリマ結合剤
２２  フォトレジスト層
２４  バリア層
３０  前駆体ナノ粒子
３４  ナノ粒子
３６  単層カーボンナノチューブ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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