(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスに対し非共鳴波長の光を近接場プローブに入射し、上記近接場プローブの先端から上記原料ガスの解離エネルギーよりも大きなエネルギーの近接場光を発生させ、
上記近接場プローブの先端から発生する上記近接場光を上記原料ガスに照射することにより、上記原料ガスを光化学反応により分解し、その分解生成物を基材上に堆積させて所定のパターンを形成することを特徴とするパターニング方法。
【請求項２】
上記近接場プローブは、光ファイバープローブであり、
上記光ファイバープローブは、先端側に近接場光を発生させる上記光ファイバープローブに入射される光の波長より小さい径の光の出射口が設けられ、
上記光ファイバープローブの上記出射口が設けられた先端と、上記原料ガスの分解生成物が堆積される上記基材との間の間隔が、上記出射光から発生する上記近接場光が届く範囲に制御されることを特徴とする請求項１記載のパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光化学反応を利用して微細なパターンを形成するパターニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の情報を高速に伝送し処理する各種のシステムを形成するために不可欠とされる集積回路部品には、その集積度を向上させるために配線等のパターンをより微細化することが求められている。
【０００３】
微細なパターンを形成するために開発されている種々のプロセス技術は、いずれも材料を任意の平面形状に堆積する技術と、同様に除去する技術とを組み合わされて実現されるものである。具体的には、リソグラフィ技術によりマスクパターンを作成した後に、リフトオフ法により材料を選択的に成長または除去させる２段階からなるプロセスである。
【０００４】
ところが、上記のプロセス技術には、加工損傷、寸法精度の低下、プロセスの複雑化などの問題があった。そこで、これらの問題を生じることなく微細なパターンを形成できるプロセス技術として、光を利用する気相成長法（光ＣＶＤ法）が検討されている。
【０００５】
この光ＣＶＤ法は、有機金属などの蒸気中に設置したＳｉ又はサファイア基板上に有機金属の吸収波長帯域に共鳴する伝播光を照射し、光化学反応により有機金属等を分解し金属や半導体などを堆積させる技術である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光ＣＶＤ法では、用いる原料ガスの種類によっては、光化学反応を起こさせるために真空紫外領域の光が必要であったり、また、光の吸収帯域をできるだけ長波長側にシフトさせるため、分子量の大きな反応ガスや、周囲に与える影響が大きいため取り扱いに注意を要するような反応ガスを用いる必要が生じる。
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、反応ガスの選択性を広めたパターニング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るパターニング方法は、原料ガスに対し非共鳴波長の光を近接場プローブに入射し、上記近接場プローブの先端から上記原料ガスの解離エネルギーよりも大きなエネルギーの近接場光を発生させ、上記近接場プローブの先端から発生する上記近接場光を上記原料ガスに照射することにより、上記原料ガスを光化学反応により分解し、その分解生成物を基材上に堆積させて所定のパターンを形成することを特徴とする。
【０００９】
上述したような本発明に係るパターニング方法では、原料ガスの解離エネルギーよりも大きいエネルギーの近接場光を照射しているので、従来では光化学反応を起こさせるのが困難だったために使用することができなかったガスについても光化学反応を起こさせることができ、原料ガスの選択の幅が広がる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したパターニング方法について、実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明は、光ＣＶＤ法により基材上に所定のパターンを形成するに際して、原料ガスに、当該原料ガスの解離エネルギーよりも大きいエネルギーの近接場光を照射することにより、当該原料ガスを光化学反応により分解させ、その分解生成物を基材上に堆積させて所定のパターンを形成するものである。
【００１２】
伝播光のままではエネルギーが低いために、本来、反応を起こさないような波長の光であっても、近接場光とすることで、高いエネルギーを有するものとなり、原料ガスに光化学反応を起こさせることが可能になる。
【００１３】
そして、近接場光を照射することで、これまで取り扱いが容易だが反応性に乏しいためにＣＶＤに用いることができなかったような原料ガスを用いることができるようになり、原料ガスの選択の幅が広がることになる。また、近接場光を照射することで、紫外領域にしか吸収をもたないような分子量の小さい原料ガスを用いることができるようになり、原料ガスの選択の幅が広がるほか、これにより堆積されるナノ構造物に含まれる不純物を減少することが可能になる。
【００１４】
本発明を適用したパターニング方法について、以下に具体的に説明する。
【００１５】
まず、図１に示すように、原料ガスを閉じこめた真空チャンバ１内に、所定のパターンを形成しようとする基板２を設置する。
【００１６】
この真空チャンバ１は、図示しないが、真空チャンバの内部を任意の圧力にするための排気系と、真空チャンバ内に原料ガスを供給するための原料供給手段と、原料ガスに対して近接場光を照射する近接場光照射手段とを備える。この近接場光照射手段によって原料ガスに近接場光を照射することにより、当該原料ガスを光化学反応により分解させ、その分解生成物を基板２上に堆積させることで、基板２上に所定のパターンを形成する。ここでは、上記近接場光照射手段として、例えば図１に示すような光ファイバープローブ３を用いる。
【００１７】
光ファイバープローブ３は、その中心軸に沿って伸びるコア部４と、コア部４の外周面を覆うクラッド部５と、クラッド部５の表面部分を覆う金属被膜６とから構成され、その先端部分が略円錐状に尖鋭化されて突起部７とされている。
【００１８】
コア部４は、光ファイバープローブ３に入射した光が伝播する部分である。このコア部４は、例えば純粋石英（ＳｉＯ２）からなる第１のコア部と、その中心部に例えば二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）がドープされてなる第２のコア部とからなる２重コア構造となっている。また、コア部４を伝播する光が外部へと漏れるのを防止するために、コア部４の外周面はクラッド部５によって覆われている。
【００１９】
そして、コア部４は、光ファイバプローブ３の一端においてクラッド部５の端面から突出して突起部７を構成している。この突起部７と、その近傍に位置するクラッド部５の表面は、アルミニウム等からなる金属被膜６で覆われている。ただし、突起部７の頂点部分は、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）等の適宜手段により金属被膜が除去されて開口部８が形成されており、コア部４が露出している。この開口部８は、直径が可視領域の波長（０．５μｍ程度）より小さくされ、光ファイバープローブ３における光の出射口となる。
【００２０】
この光ファイバープローブ３の後端から光を入射すると、先端部からは、通常の波としての光は出射しないが、近接場光９と呼ばれる光の場がしみ出る。近接場光９は、プローブの先端から光波長以下の距離にある極めて近い領域（近接場領域）に存在する光のうちの非伝搬成分である。この近接場光９のパワーは、プローブの先端から遠ざかるにつれて減少するが、その減少の度合いを表す「しみ出しの厚み」は、プローブの先端部の寸法と同程度であり、光波長には依存しない。また、近接場光は、その単位断面積あたりのパワー密度が１００Ｗ／ｃｍ２にも達するため、プローブの先端を基板表面に近づけることにより光化学反応を誘起することができる。
【００２１】
次に、光ファイバープローブ３と基板２の間隔を、近接場光９が届く程度の距離に位置制御する。なお、光ファイバープローブ３と基板２との間隔は、シェアフォースを検出することにより制御される。
【００２２】
そして、反応ガスの吸収エネルギーよりも低エネルギーの光を光ファイバープローブ３の一端に入射し、基板２の表面でパターンを形成させたい部分に光ファイバープローブ３の先端から光を照射する。ここで照射される光は、前述したように近接場光９である。この光の波長は、光（光子）エネルギが原料ガスの分子を光分解するための解離エネルギ以上に相当するように選択される。
【００２３】
そして、光ファイバープローブ３を、近接場光９を基板２の表面に照射しながらスキャンさせることによって、基板２の表面近傍に存在する原料ガスを光化学反応により分解させ、その分解生成物を基板２上に堆積させることにより、基板２上に所定のパターン１０が形成される。
【００２４】
図２に、光化学反応に関するポテンシャル関係を配位座標で表した図を示す。通常の光化学反応による分子の解離は分子の光吸収による解離によっておこる。しかしながら、近接場光を用いた場合の分子の解離は、いくつかの異なるメカニズムによる光解離が可能となる。
（１）プローブ先端から発せられる近接場光の強い光強度の為に起こる２光子過程。（２）近接場プローブが近接することで分子に誘導される誘導遷移による光解離。（３）振動エネルギー保存の法則から、近接場が分子の解離振動モードを直接に励起することによる解離などである。
【００２５】
そして、以上の現象により生じた原子を基板上に堆積させることにより、目的とする薄膜を得ることができる。これにより、近接場光を用いた光ＣＶＤ法において非共鳴波長によるナノメートルサイズ構造の堆積を可能にする。
【００２６】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００２７】
まず原料ガスとしてジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）を用い、非共鳴光として４８８ｎｍの光を用いて直径５０ｎｍの亜鉛ナノ構造を作製した。その結果を図３に示す。ジエチル亜鉛は波長３００ｎｍ以下の範囲に吸収を持つため、伝播光を用いる場合には、通常、３００ｎｍ以下の波長の光でしか、光ＣＶＤ法による堆積は行われない。本発明のように、近接場光とすることで、非共鳴光を用いた場合であっても、図３に示されるように堆積ができていることがわかる。
【００２８】
このように、本発明では、近接場光特有の光解離反応を採用することで、反応ガスの吸収帯に届かないエネルギーの光、いわゆる非共鳴光によるＣＶＤを可能にする。すなわち、これまで共鳴エネルギーが高すぎるため光ＣＶＤ法に使われていなかった原料ガスを使用可能にし、原料ガスの選択の幅を広げることができる。
【００２９】
ここで使用した光ファイバープローブには、その外面に金属被膜が形成されていないが、先端部から出射する以外の光、すなわちクラッド部から漏れ出る光は伝播光であるため、この光によっては原料ガスは解離を起こさない。
【００３０】
また、本発明の近接場光を用いた堆積は、近接場光が影響する範囲にその効果が限定される。近接場光の支配的な領域とは大体１０ｎｍ程度の領域であり、ナノ構造体を作製するのに適していると考えられる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態では、近接場光プローブとして、光ファイバープローブを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば基板上に突起部が形成されてなるようなプローブなど、一般に近接場光プローブとして用いられているものに対しても広く適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明では、原料ガスの解離エネルギーよりも大きいエネルギーの近接場光を用いているので、従来では光化学反応を起こさせるのが困難だったために使用することができなかったガスについても光化学反応を起こさせることができる。これにより、本発明では、使用できる原料ガスの選択の幅を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用することにより基板上にパターンが形成される様子を模式的に示す図である。
【図２】光化学反応に関するポテンシャル関係を配位座標で表した図である。
【図３】本発明を適用することにより形成された亜鉛ナノ構造の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  真空チャンバ、  ２  基板  ３  光ファイバープローブ、  ４  コア部、
５  クラッド部、  ６  金属被膜、  ７  突起部、  ８  開口部
【図１】
0003979799.tif 000002
【図２】
0003979799.tif 000003
【図３】
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