(57)【要約】      （修正有）【課題】超微粒子によって構成される連続的な超微細パターンが効果的に形成されてなるマイクロ・ナノパターン構造体と、その有利な製造方法とを提供する。【解決手段】基板１０上に、細隙乃至は細孔２６を有するマスク２４を、所定の空間３４を隔てて積層配置した状態下で、かかるマスク２４に対して、高エネルギービーム３０を斜め照射することにより、マスクから離脱した超微粒子３６によって、マスク２４の裏面に対応する基板１０上に形成された膜状の接続部２０と、マスク２４の細隙乃至は細孔２６に対応する基板１０部分が高エネルギービーム３０によって穿孔されて形成された微細な孔部１４とからなる超微細パターン１２を設けて、構成した。【選択図】図５
2005161465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に超微粒子によって構成される超微細パターンを形成して得られるマイクロ・ナノパターン構造体にして、かかる超微細パターンが、前記基板上に所定の空間を隔てて積層配置された、細隙乃至は細孔を有するターゲット材からなるマスクへの高エネルギービームの斜め照射によって離脱した、該マスクの構成原子又は構成分子からなる超微粒子によって、該マスクの裏面に対応する前記基板上に形成された膜状の接続部と、該マスクの細隙乃至は細孔に対応する該基板部分が前記高エネルギービームによって穿孔されて形成された微細な孔部とから構成されていることを特徴とするマイクロ・ナノパターン構造体。
【請求項２】
前記超微細パターンが、前記超微粒子の相互に連結された形態において、又は該超微粒子からなるマイクロ・ナノメートル膜の形態において形成されている請求項１に記載のマイクロ・ナノパターン構造体。
【請求項３】
所定の超微細パターンを与えるように配設された細隙乃至は細孔を有する、ターゲット材からなるマスクを、所定の空間を隔てて基板上に積層配置せしめた状態において、該マスクに対して高エネルギービームを斜め方向から照射することにより、該マスクの構成原子又は構成分子を離脱させ、そしてその離脱させた該マスクの構成原子又は構成分子を、該マスクと前記基板との間の空間に入り込ませて、該マスクの裏面に対応する該基板に付着させ、該マスクの裏面に対応したパターンの膜状の接続部を前記構成原子又は構成分子からなる超微粒子にて形成する一方、該マスクの前記細隙乃至は細孔に対応する前記基板部分においては、該マスクの前記細隙乃至は細孔に対応する前記基板部分を前記高エネルギービームによって穿孔せしめて、微細な孔部を形成することを特徴とするマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記超微細パターンが、前記超微粒子の相互に連結された形態において、又は該超微粒子からなるマイクロ・ナノメートル膜の形態において形成されている請求項３に記載のマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法。
【請求項５】
前記マスクと前記基板とが、１０ｎｍ〜２μｍの距離を隔てて、積層配置される請求項３又は請求項４に記載のマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法。
【請求項６】
前記基板が、金属基板、非金属基板、半導体基板、化合物基板又は有機材料基板である請求項３乃至請求項５の何れかに記載のマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法。
【請求項７】
前記高エネルギービームが、イオンビームである請求項３乃至請求項６の何れかに記載のマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ・ナノパターン構造体及びその製造方法に係り、特に、超微粒子によって構成される連続的な超微細パターンを効果的に形成してなるマイクロ・ナノパターン構造体と、それを有利に製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、超微粒子の如きマイクロスケール物質やナノスケール物質（以下、マイクロ・ナノ物質という）、或いは微細な文字、図形、回路等のマイクロパターンやナノパターン（以下、マイクロ・ナノパターンという）を形成することが、マイクロマシンの部品の製造や半導体回路のミニチュア化にとって重要であることが認識されてきている。そして、そのようなマイクロ・ナノ物質やマイクロ・ナノパターンの創製には、大きく分けてトップダウン法とボトムアップ法の二つが知られている。前者は、バルクの物質を壊したり或いは加工して、微細化していく方法であって、例えば、スパッタリング、エッチング、リソグラフィー等の手法によって実現されるものであり、また、後者は、原子や分子を物理的或いは化学的な方法で積み上げて、大きくしていく方法であって、原子や分子の堆積や自己組織化等の手法によって、実現されている。
【０００３】
ところで、それら従来の超微粒子に対する研究や開発は、主として、超微粒子の集合体に関するものであって、超微粒子単体としての性質や応用に関する研究は充分に為されているとは言えない。これは、上述した従来の超微粒子の製造方法にも起因しており、従来の製造方法では、超微粒子を粒子単体として得ることが困難であったためである。
【０００４】
また、超微粒子をデバイスや各種機能材料等に応用することが、一部で進められているが、従来の製造方法では、超微粒子を粒子単体として得ることが出来ても、その形成位置までは充分に制御することが出来ず、ましてやパターン化することは困難であって、これが、超微粒子の応用展開を妨げている。
【０００５】
このため、超微粒子の単体としての物性研究や応用等を容易とするために、超微粒子を単体として作製することを可能にすると共に、超微粒子の形成位置の制御等を実現することが求められている、そこで、それに応えるべく、本発明者等は、先に、下記特許文献１において、基板上に細孔を有するターゲット材を配置し、このターゲット材の細孔内壁に対して高エネルギービームを斜め方向から照射して、かかるターゲット材の構成原子又は構成分子を離脱させ、そして、この離脱させたターゲット材の構成原子又は構成分子を前記基板に付着させて、かかる基板上の前記ターゲット材の細孔に対応した位置に、超微粒子を形成することからなる超微粒子の製造方法を提案した。このような方法により、目的とする超微粒子を、その形成位置等を制御した上で、単体として得ることが出来、また各種操作、制御、応用展開が可能となったのである。
【０００６】
しかしながら、この本発明者等が先に提案せる方法にあっても、文字、図形、回路等のマイクロ・ナノパターン（超微細パターン）の形成には、未だ充分ではなく、そのため、超微粒子を利用した超微細配線、超微細デバイス、超微細機能材料等の超微細構造体を得ることは、著しく困難であった。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３１２２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決すべき課題とするところは、超微粒子によって構成される連続的な超微細パターンが効果的に形成されてなるマイクロ・ナノパターン構造体と、それを有利に製造し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために、基板上に超微粒子によって構成される超微細パターンを形成して得られるマイクロ・ナノパターン構造体にして、かかる超微細パターンが、前記基板上に所定の空間を隔てて積層配置された、細隙乃至は細孔を有するターゲット材からなるマスクへの高エネルギービームの斜め照射によって離脱した、該マスクの構成原子又は構成分子からなる超微粒子によって、該マスクの裏面に対応する前記基板上に形成された膜状の接続部と、該マスクの細隙乃至は細孔に対応する該基板部分が前記高エネルギービームによって穿孔されて形成された微細な孔部とから構成されていることを特徴とするマイクロ・ナノパターン構造体を、その要旨としているのである。
【００１０】
なお、このような本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体の望ましい態様においては、前記超微細パターンは、好ましくは、前記超微粒子の相互に連結された形態において、又は該超微粒子からなるマイクロ・ナノメートル膜の形態において、形成される。
【００１１】
また、本発明にあっては、上記の本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体を有利に得るべく、所定の超微細パターンを与えるように配設された細隙乃至は細孔を有する、ターゲット材からなるマスクを、所定の空間を隔てて基板上に積層配置せしめた状態において、該マスクに対して高エネルギービームを斜め方向から照射することにより、該マスクの構成原子又は構成分子を離脱させ、そしてその離脱させた該マスクの構成原子又は構成分子を、該マスクと前記基板との間の空間に入り込ませて、該マスクの裏面に対応する該基板に付着させ、該マスクの裏面に対応したパターンの膜状の接続部を前記構成原子又は構成分子からなる超微粒子にて形成する一方、該マスクの前記細隙乃至は細孔に対応する前記基板部分においては、該マスクの前記細隙乃至は細孔に対応する前記基板部分を前記高エネルギービームによって穿孔せしめて、微細な孔部を形成することを特徴とするマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法をも、その要旨としている。
【００１２】
そして、このような本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法においては、前記超微細パターンは、有利には、前記超微粒子の相互に連結された形態において、又は該超微粒子からなるマイクロ・ナノメートル膜の形態において、形成されることとなる。
【００１３】
また、この本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法の望ましい態様によれば、前記マスクと前記基板とが、１０ｎｍ〜２μｍの距離を隔てて、積層配置され、これによって、マスクの裏面に対応する基板上に、マスクへの高エネルギービームの斜め照射により離脱した、マスクの構成原子又は構成分子からなる超微粒子による膜状の接続部を備えた超微細パターンが、超微粒子の相互に連結された形態において、又は超微粒子からなるマイクロ・ナノメートル膜の形態において、極めて安定的に且つ確実に形成される。
【００１４】
なお、本発明において、基板としては、一般に、金属基板、非金属基板、半導体基板、化合物基板又は有機材料基板が用いられ、そのような基板の上に、目的とする超微細パターンが、マスク内壁面に対する高エネルギービームの斜め照射によって生じた超微粒子によって、効果的に形成されるのである。
【００１５】
また、本発明において、ターゲット材であるマスクに対して照射せしめられる高エネルギービームは、イオンビームであることが望ましく、このようなイオンビームの照射によって、超微粒子がマスクから効果的に発生せしめられて、目的とする超微細パターンが、有利に形成されることとなる。
【発明の効果】
【００１６】
要するに、本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体においては、マスクの細隙乃至は細孔に対応する微細な孔部が設けられた基板上に、マスクの細隙乃至は細孔に対応した微細な孔部と、マスクから生じた超微粒子によって形成された、マスクの裏面に対応した接続部とを有する超微細パターンとが設けられることにより得られるものであって、また、そのような超微細パターンが、結晶粒が連続した多結晶フィルムの形態において有利に形成されているのである。
【００１７】
従って、このような本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体にあっては、マスクが有する細隙や細孔に対応した、基板をも貫通する微細な貫通孔を備えた連続的な超微細パターンが、超微粒子により、マスクの形状等に応じた所望の形状において、効果的に形成されて、構成されており、以て、例えば分子、原子、細菌等のふるいや光フィルタ、電磁波フィルタ、光シャッタ等、微細な貫通孔を備えた連続的な超微細パターンを利用する超微細デバイスや超微細機能材料、超微細配線等として、極めて効果的に用いられ得ることとなるのである。
【００１８】
そして、本発明に従う製造方法においては、マスクから離脱せしめられたマスクの構成原子又は構成分子からなる超微粒子が、マスクと基板との間の空間内に入り込んで、マスクの裏面に対応する基板上に付着せしめられる一方で、マスクの細隙乃至は細孔に対応する基板部分が高エネルギービームの照射によって穿孔されることにより、マスクの裏面に対応する部分に超微粒子にて形成された膜状の接続部と、マスクの細隙乃至は細孔に対応する部分に形成された微細な孔部とからなり、しかも、結晶粒が連続した多結晶フィルムの形態とされた超微細パターンを有するマイクロ・ナノパターン構造体が、製造されるようになっている。
【００１９】
従って、かくの如き本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体の製造方法によれば、マスクが有する細隙や細孔に対応した、基板をも貫通する微細な貫通孔を備えた連続的な超微細パターンが、超微粒子により、マスクの形状等に応じた所望の形状において容易に形成され、以て、例えば分子、原子、細菌等のふるいや光フィルタ、電磁波フィルタ、或いは光シャッタ等、微細な貫通孔を備えた連続的な超微細パターンを利用する超微細デバイスや超微細機能材料、超微細配線等として有利に使用可能なマイクロ・ナノパターン構造体が、極めて確実に且つ安定的に製造され得ることとなるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明することとする。
【００２１】
先ず、図１及び図２には、本発明に従う構造を有するマイクロ・ナノパターン構造体の一例が、その正面形態と縦断面形態とにおいて、それぞれ概略的に示されている。それら図１及び図２から明らかなように、本実施形態のマイクロ・ナノパターン構造体は、基板１０と、マイクロ・ナノパターンとしての超微細パターン１２とを有し、それらが一体的に積層されてなる複層構造を有している。
【００２２】
より具体的には、基板１０は、全体として円形状を呈する、一定厚さのフィルム等からなっている。そして、この基板１０にあっては、その内側部分の円形領域内に、略矩形状を呈する微細な孔部１４が、縦横に並んで位置するように多数設けられており、また、それら多数の孔部１４の間に位置する基板１０部分が、縦横に延び出す細長い帯状体１６とされ、以て、かかる内側部分が、全体として格子状を呈するように、多数の帯状体１６が互いに直交せしめられてなる格子部１８とされている。
【００２３】
一方、超微細パターン１２は、基板１０の内側部分に設けられた格子部１８に対応した格子形状を有している。即ち、この超微細パターン１２にあっては、基板１０の格子部１８における多数の帯状体１６のそれぞれに対応した幅と長さとを有する帯体が、格子状に組み合わされ、相互に接合されてなる接続部２０と、基板１０に設けられた多数の微細な孔部１４に対応した形状の微細な孔部２２とからなり、各孔部２２が、基板１０の各孔部１４に対応位置せしめられ、且つ接続部２０が、格子部１８上に一体的に積層された状態で、形成されている。また、ここでは、特に、かかる超微細パターン１２の接続部２０が、図示しないマスクから生じた超微粒子の相互の連結により形成されたマイクロ・ナノメートル膜（マイクロメートル膜やナノメートル膜）の形態において、構成されている。
【００２４】
かくして、本実施形態のマイクロ・ナノパターン構造体にあっては、内側部分が多数の微細な孔部１４を有する格子部１８とされた基板１０上に、かかる基板１０の孔部１４に対応した微細な孔部２２と、格子部１８に対応した格子状の接続部２０とからなる超微細パターン１２が一体的に積層形成されてなる構造を有し、また、そのような超微細パターン１２が、結晶粒が連続した多結晶フィルムの形態をもって、構成されているのである。
【００２５】
ところで、このような構造を有するマイクロ・ナノパターン構造体は、例えば、以下のようにして、製造されることとなる。
【００２６】
すなわち、先ず、図３に示されるように、基板１０上に、目的とするマイクロ・ナノパターン構造体の超微細パターン１２を与えるマスク２４が配置されるのであるが、ここで用いられる基板１０には、各種の固体材料を用いることが出来る。具体的には、結晶基板や非晶質基板を問わず、種々の固体材料からなる基板１０を用いることが出来、例えば、金属基板、非金属基板、半導体基板、化合物基板、有機材料基板等を、円形のフィルム形態において、使用することが出来る。
【００２７】
一方、マスク２４は、超微細パターン１２の接続部２０を与える超微粒子の形成原料となるターゲット材にて、構成されている。このマスク２４を構成するターゲット材の材質としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の各種単体金属や合金、Ｓｉ等の半導体、金属酸化物、金属塩化物、金属フッ化物、金属ほう化物等の化合物、高分子材料など、種々の固体材料を用いることが出来るが、それからの構成原子又は構成分子の離脱性等を考慮して、目的とするマイクロ・ナノパターン構造体の超微細パターン１２を与え得る固体材料が、適宜に選択される。
【００２８】
また、そのようなターゲット材からなるマスク２４は、図３及び図４に示されるように、全体として、基板１０に対応した円形の薄板乃至はフィルム等からなっている。そして、その内側部分には、基板１０を部分的に貫通する細孔２６が多数設けられており、更に、それら各細孔２６は、略矩形状を呈し、マスク２４の内側部分において、縦横に並んで位置するように配置されている。これによって、マスク２４の内側部分が、多数の細孔２６と、それら多数の細孔２６同士の間の部分からなる格子状形態を呈するパターン形成部２７とにて、構成されている。
【００２９】
また、かかるマスク２４にあっては、多数の細孔２６のそれぞれにおける内壁２８、換言すれば、パターン形成部２７の側壁に対して、そこから、その構成原子又は構成分子からなる超微粒子を離脱させるための高エネルギービーム（３０）が、基板１０の板面と平行な水平面に対して所定の入射角：θをもって、上方斜め方向から照射せしめられるようになっている（図５参照）。つまり、このマスク２４においては、各細孔２６の内壁２８が、超微細パターン１２の接続部１６を与える超微粒子の形成材料、換言すれば、ターゲット材料の構成原子や構成分子の供給面とされているのである。
【００３０】
なお、このように、マスク２４においては、内側部分に設けられる各細孔２６の内壁２８が、高エネルギービーム（３０）の照射により、ターゲット材料の構成原子や構成分子からなる超微粒子を供給する供給面とされており、また、後述する如く、マスク２４の細孔２６を透過した高エネルギービーム（３０）の基板１０への照射によって、基板１０に対して、上述の如きマスク２４に設けられた細孔２６に対応した微細な孔部１４が形成される（図５参照）。それ故、ここで用いられるマスク２４の厚さや、各細孔２６の形状や形成位置等は、各細孔２６の内壁２８から供給された超微粒子によって基板１０上に形成される超微細パターン１２の形状や形成位置、高エネルギービーム（３０）の入射角：θ、或いは基板１０に形成される微細な孔部１４の形状や形成位置等を考慮して、適宜に設定されることとなる。因みに、このマスク２４に対する細孔２６の形成に際しては、例えば、マスク２４を与える目的材料からなる薄板乃至はフィルム等に対して、電子ビーム加工、エッチング等の化学的加工方法や電気化学的加工方法が適用されたり、或いはレーザービーム加工等が施されたりされる。
【００３１】
そして、ここでは、特に、マスク２４の外周側部分に、下方に突出する突部３２が、一体的に設けられている。この突部３２は、マスク２４の厚さよりも十分に小さな、極めて低い高さを有している。
【００３２】
かくして、本操作では、図３に示されるように、マスク２４の外周側部分に設けられた突部３２が、基板１０の外周側部分の上面上に接触させられて、位置せしめられることにより、マスク２４のパターン形成部２７の裏面（下面）と、基板１０の内側部分の表面（上面）との間に、突部３２の高さに応じた、極めて小さな高さを有する微細な空間３４が形成された状態で、マスク２４が、基板１０上に積層配置せしめられることとなるのである。
【００３３】
そして、マスク１４が、基板１０上に、微細な空間３４を隔てて配置されたら、図５の（ａ）に示されるように、マスク２４における細孔２６の内壁２８に対して、高エネルギービーム３０が斜め上方の方向から照射される。これによって、マスク２４を構成するターゲット材の構成原子又は構成分子からなる超微粒子３６が、細孔２６の内壁２８から離脱し、マスク２４のパターン形成部２７の裏面と基板１０の表面との間の微細な空間３４に入り込んで、マスク２４のパターン形成部２７の裏面に対応した基板１０部分上に付着せしめられる。
【００３４】
引き続き、かかる高エネルギービーム３０の照射が一定時間継続され、マスク（ターゲット材）２４から連続して、構成原子や構成分子からなる超微粒子３６が離脱せしめられることにより、図５の（ｂ）に示されるように、マスク２４のパターン形成部２７の裏面に対応した基板１０部分上に、目的とする超微細パターン１２の接続部２０が、超微粒子３６が相互に連結された配列形態において、パターン形成部２７に対応した格子形状を有するマイクロ・ナノパターンとして、形成される。
【００３５】
そして、このとき、高エネルギービーム３０が、マスク２４の各細孔２６を通じて、それら各細孔２６に対応する基板１０部分に直接に照射されることによって、そのような各細孔２６に対応する基板１０部分が、高エネルギービーム３０にて、各細孔２６に対応した形状をもって効果的に穿孔される。そして、その結果、基板１０の内側部分に、各細孔２６に対応した略矩形状を呈する微細な孔部１４が、縦横に並んで位置するように多数設けられ、また、それら多数の孔部１４の間に位置する基板１０部分、つまり、マスク２４のパターン形成部２７の裏面に対応した基板１０部分が、パターン形成部２７に対応した格子形状を呈する格子部１８（帯状体１６）とされる。
【００３６】
なお、本操作で、マスク２４や基板１０に照射される高エネルギービーム３０の照射角度（入射角）：θは、高エネルギービーム３０が、マスク２４における細孔２６の内壁２８や、マスク２４の各細孔２６に対応する基板１０部分に直接に照射可能で、且つかかる基板１０部分を穿孔し得るエネルギーを確保可能な角度であれば、特に限定されるものではなく、マスク２４の細孔２６の大きさや、該細孔２６の内壁２８の高さ（マスク２４の厚さ）に応じて、適宜に決定されるところである。つまり、高エネルギービーム３０の照射角度（入射角）：θは、望ましくは０°を越え、且つ９０°未満とされるのであり、具体的には、例えば、マスク２４の矩形状の細孔２６の一辺の大きさが７．５μｍ程度である場合には、高エネルギービーム３０の照射角度：θが、好ましくは２３〜４０°程度とされるのである。
【００３７】
そして、このようにして、高エネルギービーム３０が、マスク２４における細孔２６の内壁２８や、マスク２４の各細孔２６に対応する基板１０部分に対して直接に照射されることよって、超微粒子３６が相互に連結された配列形態と所望の形状とを有する接合部２０が、基板１０上に確実に形成され得ると共に、マスク２４の各細孔２６に対応する基板１０部分が確実に穿孔されて、目的とする形状を備えた微細な孔部２２が、安定的に形成され得ることとなる。また、例えば、マスク２４と基板１０とが、適当な治具にて、傾斜せしめられた状態で配置される場合には、高エネルギービーム３０の照射角度（入射角）：θの好適な上限値（９０°未満）と下限値（０°超）に対して、それらマスク２４と基板１０の水平面に対する傾斜角度が、適宜に増減せしめられて、好適範囲が設定されることは、勿論である。
【００３８】
かくして、本操作において、基板１０における微細な孔部１４の形成位置に、マスク２４の細孔２６に対応した微細な孔部２２が設けられると共に、基板１０における格子部１８上に、マスク２４のパターン形成部２７に対応した接続部２０が、結晶粒が連続した多結晶フィルムの形態において形成される。即ち、かかる基板１０上に、マスク２４が有する細孔２６に対応した微細な孔部２２と、マスク２４から生じた超微粒子３６によって形成された接合部２０とからなる連続的な超微細パターン１２が、マスク２４のパターン形成部２７に対応した格子形状をもって形成される。そして、その後、マスク２４が超微細パターン１２上から取り除かれて、目的とするマイクロ・ナノパターン構造体が得られることとなるのである。
【００３９】
なお、ここで形成される超微細パターン１２の接続部２０の高さ（厚さ）を決定する一因として、例えば、マスク２４のパターン形成部２７の裏面と、基板１０の内側部分の表面との間に形成される前記微細な空間３４の高さ、つまり、それらマスク２４のパターン形成部２７の裏面と基板１０の内側部分の表面との間の距離が挙げられるが、かかる距離は１０ｎｍ〜２μｍ程度とされていることが望ましく、より望ましくは５０〜５００ｎｍである。
【００４０】
何故なら、マスク２４のパターン形成部２７の裏面と基板１０の内側部分の表面との間の距離が１０ｎｍを下回る場合には、マスク２４のパターン形成部２７の裏面と、基板１０の内側部分の表面との間に形成される微細な空間３４の高さが小さ過ぎるため、マスク２４から離脱した超微粒子（ナノ粒子）の微細な空間３４への侵入が困難となって、マスク２４のパターン形成部２７の裏面に対応した基板１０部分上に、目的とする超微細パターン１２の接続部２０が形成され難くなるからである。また、かかる距離が２μｍを越える場合には、今度は前記微細な空間３４の高さが大き過ぎるため、マスク２４の各細孔２６に対応した基板１０部分に対する高エネルギービーム３０の直接照射が困難となって、そのような高エネルギービーム３０の直接照射により、該基板１０部分を穿孔することが難しくなり、その結果、微細な孔部２２を有する超微細パターン１２の形成が困難となってしまうからである。
【００４１】
このように、マスク２４のパターン形成部２７の裏面と基板１０の内側部分の表面との間の距離を、上述の如き好適範囲内の値とすることにより、マスク２４から連続的に供給されて、マスク２４のパターン形成部２７の裏面に対応した基板１０部分上に付着せしめられる超微粒子３６同士が連結されてなる接合部２０と微細な孔部２２とからなる超微細パターン１２が、かかる距離に応じた厚さのマイクロ・ナノメートル膜の形態において、より確実に形成されることとなる。そして、そのような超微細パターン１２をより確実に得るために、マスク２４のパターン形成部２７の裏面と基板１０の内側部分の表面との間の距離が、５０〜５００ｎｍとされていることが、より望ましいのである。
【００４２】
また、超微細パターン１２の接続部２０の厚さの他、その幅、或いは超微細パターン１２のそれそれの孔部２２における各辺の長さ等は、マスク２４のパターン形成部２７における細孔２６同士の間の部分の幅、或いはマスク２４の細孔２６の各辺の長さ等に応じて、それぞれ決定されるところである。即ち、マスク２４のパターン形成部２７や各細孔２６の各種のサイズを適宜に変更することによって、超微細パターン１２の接続部２０や孔部２２のサイズが、例えば数ｎｍから数百μｍ程度の大きさにおいて、比較的に自由に設計され得るのである。
【００４３】
ところで、本操作でマスク２４に照射せしめられる高エネルギービーム３０は、特に限定されるものではなく、マスク（ターゲット材）２４から構成原子や構成分子を離脱させ得るエネルギーを有しておればよく、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームのようなイオンビームの他、このイオンビームと同等の衝撃とスパッタ効率をマスク２４に与えることの出来る電子線、レーザービーム、Ｘ線、γ線、中性子線、粒子ビーム等を挙げることが出来る。
【００４４】
また、かかる高エネルギービーム３０として、Ａｒイオンビームの如きイオンビームを用いる場合にあっては、加速電圧としては、３〜１０ｋＶ程度、ビーム電流としては、０．５〜１．５ｍＡ程度が採用され、更に、照射時間としては、少なくとも１秒以上が、採用されることとなる。中でも、イオンビームの照射時間が長くなればなる程、超微細パターン１２の粒子の大きさは大きくなるのであり、また、高さ（膜厚）も高く（厚く）なるのであって、それ故に、本発明にあっては、有利には３００秒以上、特に４００秒以上の時間の間、イオンビームが照射せしめられ、これにより、マスク２４のパターン形成部２７の裏面に対応する基板１０の格子部１８（帯状体１６）上に、結晶粒の大きな粒子にて構成される超微細パターン１２が、マスク２４のパターン形成部２７と基板１０の格子部１８との間の距離に対応する高さを限度として、効果的に形成されることとなる。また、好ましくは、そのようなイオンビームの照射時間の調整によって、超微細パターン１２が、基板１０の格子部１８における各帯状体１６と同一の幅において形成される。
【００４５】
なお、この高エネルギービーム３０として、イオンビームを用いる場合において、加速電圧やビーム電流が小さ過ぎると、マスク２４から構成原子や構成分子を効率よく離脱させることが出来ず、一方、加速電圧やビーム電流が大き過ぎると、マスク２４の損傷のみが増大して、構成原子や構成分子の離脱状態を制御することが困難となる。また、高エネルギービーム３０として、電子線、レーザービーム、Ｘ線、γ線、中性子線、粒子ビーム等を用いる場合においても同様である。更に、高エネルギービーム３０の照射雰囲気は、使用ビームに応じて設定すればよく、例えば、真空雰囲気、アルゴン雰囲気のような不活性雰囲気等が挙げられ、また、化合物からなる超微粒子を形成する場合には、酸素含有雰囲気や窒素含有雰囲気等を用いることも可能である。
【００４６】
また、本発明にあっては、かかる超微細パターン１２の形成に際して、その配設形態は、高エネルギービーム３０の加速電圧、照射時間、照射角度によって制御され、具体的には加速電圧を変えることにより、パターンの線幅と位置が制御され、また、照射時間によって粒子の大きさや高さが制御され、更に、照射角度によってパターンの線の位置と幅が制御されることとなる。特に、超微細パターン１２における結晶粒径は、ＩＣ等の配線パターンがマイクロ・ナノメーター化することにより、大きな影響をもたらし、その一つとして、粒界が多いとエレクトロマイグレーションが起こり易くなって、断線の原因ともなるところから、粗粒であることが望まれているのであり、また、他の影響とするところは、機械的強度であって、微細結晶粒ほど、強度が上昇するとされているのである。従って、結晶粒径は電気的・機械的性質に大きく影響するところから、本発明に従って、結晶粒径を作り分けることは有効である。
【００４７】
なお、上述の如き高エネルギービーム３０の照射時の基板１０は、室温に保持された状態であってもよく、また、それが加熱された状態であっても、何等差し支えない。この基板１０の温度は、得られる超微粒子３６、ひいては超微細パターン１２の結晶状態に影響を及ぼし、基板１０を室温状態とした場合には、結晶性の低い或いは非晶質状態の超微粒子３６が得られ易くなる。また、基板１０を加熱した場合には、その温度により、超微粒子３６の結晶状態を制御することが出来る。また、この超微粒子３６の結晶状態は、超微粒子形成後の基板加熱や電子線照射等によっても制御することが出来る。更に、そのような加熱や電子線照射によって、形成された超微粒子３６同士を融合させ、連続体とすることも可能である。
【００４８】
そして、前記した高エネルギービーム３０を照射する際に、基板１０は、一般に、回転させることなく、位置固定に保持されることとなるが、また必要に応じて、回転させることも可能である。これによって、マスク２４の各細孔２６の全ての内壁２８に対して、高エネルギービーム３０が十分に照射され、以て、かかる内壁２８から超微粒子３６が、より十分に離脱せしめられて、そのような超微粒子３６からなる超微細パターン１２の接合部１６が、更に効率的に形成されることとなる。
【００４９】
また、かかる高エネルギービーム３０の照射に際しては、目的とする超微細パターン１２を得るべく、マスク２４に設けた細孔２６の内壁２８に沿って、高エネルギービーム３０を、順次、照射するように操作することも可能である。
【００５０】
ところで、本発明にあっては、上述の如き超微細パターン１２の形成操作を、マスク２４を取り変えて、繰り返し行なうことによって、３次元構造のマイクロ・ナノパターン膜を有利に形成することが可能である。具体的には、一つのマスクを用いて、高エネルギービームの斜め照射を行ない、第一の超微細パターンを基板上に形成した後、かかる第一の超微細パターンの上に、第二のマスクを重ねて、更に、高エネルギービームの斜め照射を行ない、第二の超微細パターンを、基板上に形成された第一の超微細パターンの上に形成せしめることにより、二つのパターンが重畳されてなる超微細複合パターンが形成され得るのであり、更に、第三、第四のマスクを用いて、高エネルギービームの斜め照射を繰り返すことにより、更に複雑な超微細複合パターンが形成され得るのである。
【００５１】
また、図１及び図２に例示の具体例とは異なり、基板１０とマスク２４とを相対的に移動可能と為して、高エネルギービーム３０の照射時において、それらの少なくとも何れか一方を移動させるようにすれば、基板１０の表面に、任意のパターニングにて、超微細パターン１２を形成することが出来るのであり、更に、基板１０を円柱形状や円筒形状の如き３次元形状の物体として、それを軸心周りに回転せしめるようにしても、超微細パターン１２を、任意のパターニングにおいて、それら３次元形状の物体表面に形成することも可能である。
【００５２】
そして、このようにして得られた本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体は、前述せる如く、マスク２４が有する細孔２６に対応した、基板１０をも貫通する微細な貫通孔を備えた連続的な超微細パターン１２が、マスク２４のパターン形成部２７に対応した格子形状をもって形成されてなる構造を有しており、従って、例えばふ分子、原子、細菌等のふるいや光フィルタ、電磁波フィルタ、或いは光シャッタ等、微細な貫通孔を備えた連続的な超微細パターンを利用する超微細デバイスや超微細機能材料、超微細配線等に用いられて、その実現や高精細化に大いに寄与せしめ得るのである。
【００５３】
なお、前記実施形態では、マイクロ・ナノパターン構造体が、基板１０上に、超微細パターン１２が一体的に積層されてなる複層構造をもって構成されていたが、例えば、超微細パターン１２から基板１０を取り除いて、この超微細パターン１２の単体のみにて、マイクロ・ナノパターン構造体を構成することも出来る。これによって、基板１０と超微細パターン１２とからなるものでは利用され得なかった超微細デバイスや超微細機能材料、超微細配線等に対して、有利に使用され得ることとなる。
【００５４】
また、前記実施形態で用いられるマスク２４には、その内側部分に、格子形状を呈するパターン形成部２７が設けられていたが、このパターン形成部２７の形状や形成位置等は、目的とするマイクロ・ナノパターン構造体における超微細パターン１２の形状や形成位置等に応じて、適宜に変更され得るものであることは、勿論である。
【００５５】
また、マスク２４にパターン形成部２７を与える細孔２６は、マスク２４を貫通する孔形態を呈するものであればよく、例えば、スリット等のような細隙形態を呈するものであっても、何等差し支えないのである。即ち、マスク２４に形成される細孔２６の形状や形成位置、形成個数等は、前記実施形態に例示されるものに、決して限定されるものではないのである。
【実施例】
【００５６】
以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが理解されるべきである。
【００５７】
＜実施例１＞
先ず、基板として、アモルファス炭素フィルム（厚さ：１５ｎｍ）を準備する一方、ターゲット材となるマスクとして、銅製ディスク（直径：３ｍｍ、厚さ：３．２μｍ）を準備した。また、ここで準備されたマスクには、図４に示される如き構造を有するもの、即ち、一辺が７．５μｍの正矩形状を呈する多数の貫通孔が、細孔として、縦横に並ぶように、電子ビーム加工で形成されると共に、それらの細孔同士の間に位置する部分にて、幅が５μｍの帯体が形成されて、それらの帯体にて、格子状のパターン形成部が設けられてなり、更に、一方の面に、高さが２００ｎｍの突部が一体形成されてなるものを使用した。
【００５８】
そして、図３及び図５に示されるマイクロ・ナノパターン構造体の製造工程に従い、準備された基板上に、同じく準備されたマスクを載置した。このとき、マスクの一方の面に一体形成された突部の先端を、基板の表面に接触させることで、基板とマスクとの間に、突部の高さに応じた２００ｎｍ程度の微細な空間が形成されるようにした。その後、この基板とマスクとを所定の支持部材上に配置した状態で、イオンミリング装置（gatan DuoMill）の照射室内の室温ステージ上に、セットした。
【００５９】
次いで、かかる基板とマスクとを位置固定に保持しつつ、Ａｒイオンビームを、マスクにおける細孔の内壁に対して、加速電圧：５ｋＶ、照射時間：３００秒、Ａｒイオンビームの水平方向に対する照射角度：θを３０°として、Ａｒイオンビーム照射を行なった。その結果、基板上に、超微細パターンが形成せしめられたマイクロ・ナノパターン構造体（実施例１）を得た。なお、イオンミリング装置の照射室内は、Ａｒガスにて７．３×１０-3Ｐａの圧力下に満たされた。また、そこでは、Ａｒガスの流速は、２．７×１０-8ｍ3／秒であった。
【００６０】
その後、かくして得られた実施例１のマイクロ・ナノパターン構造体をイオンミリング装置から取り出して、マスクを除去した後、かかるマイクロ・ナノパターン構造体を観察のためのＴＥＭ（透過型電子顕微鏡：ＪＥＯＬ社製ＪＥＭ−２０１０）装置に移し、このＴＥＭ装置にて、基板上に形成された超微細パターンのマイクロ・ナノ構造を観察した。この観察の際に撮影した、互いに異なる拡大率の顕微鏡写真を図６及び図７に示した。
【００６１】
図６及び図７から明らかなように、本発明手法に従って得られた実施例１のマイクロ・ナノパターン構造体にあっては、マスクの格子状のパターン形成部に対応した格子形状をもって、超微粒子が相互に連結されてなるマイクロ・ナノメートル膜の形態において形成された接合部と、マスクの細孔に対応する基板部分が穿孔されて形成された微細な孔部とからなる超微細パターンが、基板上に形成されて、構成されていることが認められた。なお、かかる実施例１のマイクロ・ナノパターン構造体では、超微細パターンの各孔部における、Ａｒイオンビームの照射方向に延びる辺部の長さが９．５μｍで、それと隣り合う辺部の長さが８．５μｍとなっていた。また、接続部における、Ａｒイオンビームの照射方向に隣り合う孔部同士の間の部分の幅が３μｍで、Ａｒイオンビームの照射方向に直角な方向に隣り合う孔部同士の間の部分の幅が４μｍとなっており、更に、かかる接続部の厚さは２０〜１００ｎｍであった。
【００６２】
＜実施例２＞
先ず、基板として、実施例１で用いられたものと同じアモルファス炭素フィルムを準備する一方、ターゲット材となるマスクとして、銅製ディスク（直径：３ｍｍ、厚さ：０．５μｍ）を準備した。また、ここで準備されたマスクには、直径が３００ｎｍの円形状を呈する多数の貫通孔からなる細孔が、互いに５０ｎｍの間隔を隔てて縦横に並ぶように、電子ビーム加工で形成されて、それらの細孔同士の間に位置する部分にてパターン形成部が設けられてなり、更に、一方の面に、高さが５０ｎｍの突部が一体形成されてなるものを使用した。
【００６３】
そして、実施例１と同様にして、基板上に、マスクを、突部の高さに応じた５０ｎｍ程度の微細な空間が形成されるように載置した後、それら基板とマスクとを所定の支持部材上に配置した状態で、イオンミリング装置（gatan DuoMill）の照射室内の室温ステージ上に、セットし、その後、Ａｒイオンビームを、マスクにおける細孔の内壁に対して、Ａｒイオンビームの水平方向に対する照射角度：θを７０°とした以外は実施例１と同様な条件で照射した。
【００６４】
かくして、基板上に、超微細パターンが形成せしめられたマイクロ・ナノパターン構造体（実施例２）を得た。その後、この得られた実施例２のマイクロ・ナノパターン構造体をイオンミリング装置から取り出して、マスクを除去した後、かかるマイクロ・ナノパターン構造体を観察のためのＴＥＭ（透過型電子顕微鏡：ＪＥＯＬ社製ＪＥＭ−２０１０）装置に移し、このＴＥＭ装置にて、基板上に形成された超微細パターンのマイクロ・ナノ構造を観察した。
【００６５】
その結果、本発明手法に従って得られた実施例２のマイクロ・ナノパターン構造体にあっては、図示されてはいないものの、マスクのパターン形成部に対応した形状をもって、超微粒子が相互に連結されてなるマイクロ・ナノメートル膜の形態において形成された接合部と、マスクの細孔に対応する基板部分が穿孔されて形成された微細な円形の孔部とからなる超微細パターンが、基板上に形成されて、構成されていることが認められた。なお、かかる実施例２のマイクロ・ナノパターン構造体では、超微細パターンの各孔部の直径が３１０ｎｍで、超微細パターン１２における隣り合う孔部同士の間に位置する接合部の幅が４０ｎｍとなっていた。また、かかる接続部の厚さは４０〜１００ｎｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に従うマイクロ・ナノパターン構造体の一例を示す正面説明図である。
【図２】図１におけるII−II断面説明図である。
【図３】本発明手法に従ってマイクロ・ナノパターン構造体を製造する工程の一例を説明するための図であって、基板上に、マスクを載置した状態を示している。
【図４】本発明手法に従ってマイクロ・ナノパターン構造体を製造する際に用いられるマスクの横断面説明図であって、図３のIV−IV断面に相当する図である。
【図５】本発明手法に従ってマイクロ・ナノパターン構造体を製造する工程の図３に続く工程を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明手法に従って製造されたマイクロ・ナノパターン構造体における基板上の超微細パターンの表面を撮影した顕微鏡写真である。
【図７】図６に示されたマイクロ・ナノパターン構造体における基板上の超微細パターンの表面を、更に拡大して撮影した顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  基板                            １２  超微細パターン
１４  孔部                            １８  格子部
２０  接続部                          ２２  孔部
２４  マスク                          ２６  細孔
２７  パターン形成部                  ３０  高エネルギービーム
３４  空間                            ３６  超微粒子
【図１】
2005161465.tif 000003
【図２】
2005161465.tif 000004
【図３】
2005161465.tif 000005
【図４】
2005161465.tif 000006
【図５】
2005161465.tif 000007
【図６】
2005161465.tif 000008
【図７】
2005161465.tif 000009