JP2004345071A

JP2004345071A - 描画装置及び描画方法

Info

Publication number: JP2004345071A
Application number: JP2003148071A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Oda; 一彦織田; Yuichiro Seki; 裕一郎関; Tomomasa Miyanaga; 倫正宮永
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】描画時間を短縮化することができる描画装置及び描画方法を提供する。
【解決手段】描画装置１は、被処理物９９に電流を照射することにより所望のパターンで描画を行うものであり、複数のプローブ１２、制御部２２、及び移動機構２４を備えている。各プローブ１２は、円錐状の突起部１２ａを有しており、突起部１２ａの先端部１２ｂから電子を放出する。制御部２２は、プローブ１２と被処理物９９との間に印加する電圧を、各プローブ１２について個別に制御している。移動機構２４は、被処理物９９が載置されているステージ１６を移動させることにより、プローブ１２を被処理物９９に対して相対的に移動させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物に電流を照射することにより所望のパターンで描画を行う描画装置及び描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の描画装置としては、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）等の走査型顕微鏡を応用したものがある（例えば、特許文献１，２参照）。この装置は、被処理物の表面に沿ってプローブを走査させつつ、プローブから放出される電子等と被処理物との相互作用により、被処理物の表面に所定パターンの描画を行うものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１１３６３４号公報
【特許文献２】
特開２０００−１００７９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の描画装置は、描画領域が広い場合、或いは描画パターンが複雑な場合等において、描画に莫大な時間を要してしまう。すなわち、被処理物上に所望のパターンが描かれるように、プローブで被処理物の描画領域全体を走査しなければならないからである。それゆえ、上記の描画装置においては、描画速度の向上が望まれてきた。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、描画時間を短縮化することができる描画装置及び描画方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による描画装置は、突起部を有し、被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、突起部の先端から電子を放出する複数のプローブと、各プローブにおける電子の放出量を、それぞれ独立に制御する制御部と、複数のプローブを被処理物に対して相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この描画装置においては、プローブが複数設けられている。また、これら複数のプローブから放出される電子の量は、制御部によって、各プローブ毎に制御される。これにより、被処理物に照射する電流の電流値及びビーム径が、各プローブ毎に制御される。したがって、この描画装置によれば、複数のプローブで同時に描画を行うので、１つのプローブで描画する場合に比して描画速度を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明による描画装置は、突起部を有し、被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、突起部の先端から電子を放出する複数のプローブと、各プローブと被処理物との間隔を、各プローブについてそれぞれ独立に制御する制御部と、複数のプローブを被処理物に対して相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴としてもよい。
【０００９】
この描画装置においては、プローブが複数設けられている。また、これらのプローブと被処理物との距離は、制御部によって、各プローブ毎に制御される。これにより、被処理物に照射する電流の電流値及びビーム径が、各プローブ毎に制御される。したがって、この描画装置によれば、複数のプローブで同時に描画を行うので、１つのプローブで描画する場合に比して描画速度を向上させることができる。
【００１０】
本発明による描画方法は、被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、突起部を有する複数のプローブに対し、各プローブの突起部の先端から電子を放出させる電子放出工程と、各プローブにおける電子の放出量を、それぞれ独立に制御する制御工程と、複数のプローブを被処理物に対して相対的に移動させる移動工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この描画方法では、電子放出工程において、複数のプローブのそれぞれから電子を放出させている。また、これら複数のプローブから放出される電子の量は、制御工程において、各プローブ毎に制御される。これにより、被処理物に照射する電流の電流値及びビーム径が、各プローブ毎に制御される。したがって、この描画方法によれば、複数のプローブで同時に描画を行うので、１つのプローブで描画する場合に比して描画速度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明による描画方法は、被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、突起部を有する複数のプローブに対し、各プローブの突起部の先端から電子を放出させる電子放出工程と、各プローブと被処理物との間隔を、各プローブについてそれぞれ独立に制御する制御工程と、複数のプローブを被処理物に対して相対的に移動させる移動工程と、を備えることを特徴としてもよい。
【００１３】
この描画方法では、電子放出工程において、複数のプローブのそれぞれから電子を放出させている。また、これらのプローブと被処理物との距離は、制御工程において、各プローブ毎に制御される。これにより、被処理物に照射する電流の電流値及びビーム径が、各プローブ毎に制御される。したがって、この描画方法によれば、複数のプローブで同時に描画を行うので、１つのプローブで描画する場合に比して描画速度を向上させることができる。
【００１４】
制御部は、各プローブと被処理物との間に印加する電圧を変化させることにより、制御を行うことができる。また、制御部は、各プローブに対してそれぞれ設けられ、各プローブにおける電子の放出量を調節するゲート電極を有することが好適である。この場合、ゲート電極に印加する電圧を変化させることにより、各プローブからの電子の放出量を精度良く制御することができる。
【００１５】
複数のプローブは、１枚のプローブ固定板上に固定されており、各プローブは、隣り合う他のプローブとの中心間距離が１ｍｍ以下であることが好適である。この場合、狭い領域に多数のプローブを設けることが可能である。また、プロ−ブの数を増やすことにより、その数に略比例して描画速度を上げることができる。
【００１６】
プローブにおける突起部の先端は、結晶質ダイヤモンド、非晶質炭素、又はＬａＢ_６からなることが好適である。この場合、これらの材料は電子を放出し易いので、高い電流密度を得ることができ、それゆえ描画速度がより向上する。或いは、プローブにおける突起部の先端は、タングステン（Ｗ）、又はモリブデン（Ｍｏ）からなることが好適である。この場合、これらの材料は融点が高いため、温度耐性の強いプローブが実現される。
【００１７】
複数のプローブのうち少なくとも１つは、突起部を２つ以上有していることが好適である。この場合、複数の突起部から放出される電子によって被処理物に照射する電流を形成することができるので、描画に充分な電流値を保ちつつ、ビーム径を任意に大きくすることが可能である。
【００１８】
複数のプローブは、一次元的に配列されていてもよいし、二次元的に配列されていてもよい。
【００１９】
描画中において、各プローブと被処理物との間隔は、０．５ｎｍ以上１ｍｍ以下に設定されることが好適である。上記の間隔を１ｍｍ以下とすることにより、プローブと被処理物との間に印加する電圧を小さくしても充分な電流値を得ることができる。また、上記の間隔０．５ｎｍ以上とすることにより、振動等によりプローブと被処理物とが接触するのを防ぐことができる。
【００２０】
被処理物に照射される電流は、被処理物表面において０．５ｅＶ以上１ｋｅＶ以下のエネルギーをもつ電子線であることが好適である。被処理物に照射される電子線のエネルギーが１ｋｅＶ以下であることにより、電子の拡がりを充分に抑えることができ、ナノメートルレベルの微細な描画を好適に行うことができる。一方で、被処理物に照射される電子線のエネルギーが０．５ｅＶ以上であることにより、被処理物に対する改質や反応等の描画効果を充分に得ることができる。
【００２１】
被処理物に照射される電流は、被処理物表面において０．５ｎｍ以上１００μｍ以下のビーム径をもつ電子線であることが好適である。被処理物に照射される電子線のビーム径が１００μｍ以下であることにより、被処理物に対して微細な描画を好適に行うことができる。一方で、被処理物に照射される電子線のビーム径が０．５ｎｍ以上であることにより、描画に充分な電流密度を確保することができる。
【００２２】
本発明による描画装置は、電流が照射される被処理物の表面近傍に気体又は液体を供給するノズルを備え、ノズルの噴出口とプローブ固定板の中心との水平距離は１０ｍｍ以下であることが好適である。この場合、ノズルから気体を供給することにより、被処理物の表面に局所的に圧力の高い領域を容易に形成することができる。
【００２３】
本発明による描画装置は、複数のプローブと、被処理物の表面のうち少なくとも電流が照射される領域とを覆うカバーを備えることが好適である。この場合、描画領域の圧力を均一に維持することが可能となる。
【００２４】
また、本発明による描画方法は、電流が照射される被処理物の表面近傍に気体又は液体を供給する供給工程を備えることを特徴としてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による描画装置及び描画方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２６】
図１は、本発明による描画装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。描画装置１は、被処理物に電流を照射することにより所望のパターンで描画を行うものである。描画装置１は、複数のプローブ１２、プローブ固定板１４、ステージ１６、制御部２２、及び移動機構２４を備えている。なお、制御部２２及び移動機構２４は、中央制御部（図示せず）によって一括して管理されている。
【００２７】
各プローブ１２は、円錐状の突起部１２ａを有している。また、突起部１２ａの先端部１２ｂは尖鋭な形状をしており、この先端部１２ｂから電子が放出される。突起部１２ａの材料としては、結晶質ダイヤモンド、非晶質炭素、カーボンナノチューブ、ＬａＢ_６、Ｗ、又はＭｏ等を用いることができる。
【００２８】
プローブ固定板１４は、その一面（プローブ固定面）１４ａ上に複数のプローブ１２を固定している。ここで、図２は、プローブ１２が固定されたプローブ固定板１４を示す平面図である。複数のプローブ１２は、図２に示すように、プローブ固定面１４ａ上において二次元的に配列されている。具体的には、これらのプローブ１２は、二次元格子状に等間隔で配列されている。ここで、隣り合う２つのプローブ１２どうしの中心間距離ｄ２は１ｍｍ以下とすることが望ましい。「中心間距離」とは、２つのプローブ１２の中心軸間の距離をいう。
【００２９】
図１に戻って、プローブ固定板１４のプローブ固定面１４ａに対向する位置に、ステージ１６が設けられている。このステージ１６は、描画装置１の描画対象となる被処理物９９を載置するものである。また、ステージ１６は、可動に設けられている。
【００３０】
制御部２２は、プローブ１２と被処理物９９との間に印加する電圧を、各プローブ１２について個別に制御している。これにより、制御部２２は、各プローブ１２における電子の放出量を、それぞれ独立に制御することができる。
【００３１】
移動機構２４は、ステージ１６に接続されている。この移動機構２４は、被処理物９９が載置されているステージ１６を移動させることにより、プローブ１２を被処理物９９に対して相対的に移動させる。この移動は、ステージ１６の面内方向（Ｘ，Ｙ方向）及び面に垂直な方向（Ｚ方向）の何れにも行うことが可能である。
【００３２】
また、描画装置１は、ノズル３２、及びカバー３４を備えている。ノズル３２は、プローブ固定板１４に隣接して設けられている。このノズル３２は、被処理物９９の表面に外部から所定の気体又は液体を供給するためのものである。ここで、気体又は液体を噴出するノズル３２の噴出口３２ａとプローブ固定板１４の中心との水平距離ｄ１は、１０ｍｍ以下であることが望ましい。ここで「水平距離」とは、プローブ固定板１４のプローブ固定面１４ａ方向に沿った距離をいう。
【００３３】
カバー３４は、一面が開口した箱状をしており、その開口側を被処理物９９側に向けて設けられている。そして、このカバー３４は、プローブ１２、プローブ固定板１４、及び被処理物９９表面の一部を覆っている。これにより、被処理物９９の表面のうちプローブ１２が放出する電子によって生じる電流が照射される領域は、カバー３４によって覆われることとなる。また、カバー３４にはノズル挿通孔３４ａが形成されており、このノズル挿通孔３４ａによりノズル３２がカバーの外側から内側へと挿通されている。
【００３４】
描画装置１の動作を説明し、併せて本発明による描画方法の一実施形態についても説明する。
【００３５】
描画装置１においては、まずステージ１６上に被処理物９９を載置する。次に、各プローブ１２と被処理物９９との間に電圧を印加することにより、各プローブ１２における突起部１２ａの先端部１２ｂから電子を放出させる。これにより、各プローブ１２と被処理物９９とで挟まれる空間に電流が生じる。被処理物９９表面のうち電流の照射を受けた部分に、例えばエッチング等の描画が施される（電子放出工程）。
【００３６】
また、制御部２２によって、プローブ毎に印加する電圧をオン／オフしたり、或いは印加する電圧の大きさを変化させることにより、各プローブ１２が放出する電子によって生じる電流の大きさを制御することができる。これにより、被処理物９９上に描画のコントラストが形成される（制御工程）。
【００３７】
また、制御部２２による制御と併せて、移動機構２４によって、ステージ１６をその面内方向について移動させることにより、プローブ１２を被処理物９９に対して相対的に移動させる。これにより、被処理物９９表面において描画領域を次々と変えて行くことができる（移動工程）。
【００３８】
以上の工程により、被処理物９９に対して、所望のパターンで描画を行うことができる。なお、電子放出工程、制御工程、及び移動工程を実行する順序については、特に限定されない。例えば、これらの工程を同時に実行してもよい。また、描画装置１においては、必要に応じて、ノズル３２により被処理物９９の表面に気体又は液体を供給してもよい（供給工程）。例えば、上述のエッチング反応のためのエッチャントを供給することができる。
【００３９】
本実施形態による描画装置１及び描画方法の効果を説明する。
【００４０】
描画装置１においては、プローブ１２が複数設けられている。このため、各プローブ１２が同時に描画を行うことにより、１つのプローブ１２で描画する場合に比して描画速度を向上させることができる。また、これらのプローブ１２を、隣接するプローブ１２との中心間距離ｄ２が１ｍｍ以下となるように配置した場合、狭い領域に多数のプローブを設けることが可能である。また、プロ−ブの数を増やすことにより、その数に略比例して描画速度を上げることができる。なお、中心間距離ｄ２は、１００ｎｍ以上であることが好適である。この場合、制御部２２による各プローブ１２の個別制御を比較的容易に行うことができるからである。
【００４１】
また、プローブ１２の突起部１２ａの材料として結晶質ダイヤモンド、非晶質炭素、カーボンナノチューブ、又はＬａＢ_６を用いた場合、これらの材料は電子を放出し易いので、高い電流密度を得ることができ、それゆえ描画速度がより向上する。一方、Ｗ、又はＭｏを用いた場合には、これらの材料は融点が高いため、温度耐性の強いプローブ１２が実現される。
【００４２】
また、プローブ１２の先端部１２ｂは尖鋭な形状をしているため、プローブ１２に電圧を印加したとき、その先端部１２ｂに電場が集中する。このため、電界放出によりプローブ１２から電子を放出させること、或いはプローブ１２に正や負の電流を流すことが容易である。さらに、プローブ１２から微弱なトンネル電流のみを放出させる可能である。
【００４３】
このような描画装置１によれば、被処理物９９に対して、ナノメートルオーダーの微細な描画を好適に行うことができる。また、量子ドット、量子細線等の描画も実現することができる。また、被処理物９９に対して三次元の描画を行うことも可能となる。例えば、この描画装置１を半導体露光に用いれば、マスクを作製することなく、パソコンで編集した描画パターンを半導体に直接描画することができる。このため、描画装置１は、少量多品種の半導体製品の生産に特に有用である。例えば、半導体メーカーは、描画装置１を用いることにより、ユーザからの注文に応じ、短期間で半導体製品を生産・納品することが可能となる。
【００４４】
さらに、描画装置１においては、ノズル３２が設けられている。ここで、ノズル３２の噴出口３２ａとプローブ固定板１４の中心との水平距離ｄ１を１０ｍｍ以下とした場合、ノズル３２から気体を供給することにより、被処理物９９の表面に局所的に圧力の高い領域を容易に形成することができる。これにより、供給された気体と被処理物９９との反応速度が上がるため、描画速度をより向上させることができる。また、カバー３４により被処理物９９表面の電流が照射される領域が覆われているため、描画領域の圧力を均一に維持することが可能となる。
【００４５】
なお、描画中において、各プローブ１２と被処理物９９との間隔は、１ｍｍ以下に設定されることが好適である。ここで各プローブ１２と被処理物９９との間隔とは、各プローブ１２の先端部１２ｂから被処理物９９表面までの最短距離をいう。これらの場合、プローブ１２と被処理物９９との間に印加する電圧を小さくしても、充分な電流値を得ることができる。また、被処理物９９表面における電流の拡がりの半値幅をナノメートルオーダーまで抑えることができ、それゆえナノメートルオーダーの微細な描画を好適に行うことができる。
【００４６】
一方で、各プローブ１２と被処理物９９との間隔は、好ましくは０．５ｎｍ以上、より好ましくは１ｎｍ以上に設定されるとよい。これらの場合、振動等によりプローブ１２の先端部１２ｂと被処理物９９とが接触するのを防ぐことができる。
【００４７】
また、移動機構２４による最小の移動単位は、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好適である。これにより、プローブ１２と被処理物９９とが高精度で互いに位置合わせされる。なお、粗い描画を行う場合には、最小の移動単位を大きくすることにより、ステージ１６の移動速度を上げることができる。
【００４８】
ところで、真空雰囲気中で描画を行う場合、プローブ１２から被処理物９９に流れる電流は電子線として流れる。ここで、この電子線のエネルギーは、被処理物９９の表面上において１ｋｅＶ以下であることが好適である。電子線のエネルギーが１ｋｅＶよりも大きい場合、被処理物９９の表面及び内部における電子の拡がりが大きくなる。一般に、固体表面に数ｋｅＶ以上のエネルギーをもつ電子線を照射すると、電子の拡がりはサブミクロンからミクロンのレベルとなる。これでは、ナノメートルレベルの微細な描画を行う上で問題である。これに対して、被処理物９９に照射される電子線のエネルギーが１ｋｅＶ以下であれば、電子の拡がりを充分に抑えることができ、ナノメートルレベルの微細な描画を好適に行うことができる。一方で、電子線のエネルギーは、被処理物９９の表面上において０．５ｅＶ以上であることが好適である。この場合、被処理物９９に対する改質や反応等の描画効果を充分に得ることができる。
【００４９】
特に、励起やイオン化を伴う反応を必要とする場合には、電子線のエネルギーは、励起やイオン化に要するエネルギーを超えるエネルギーであることが好ましく、数ｅＶ〜２０ｅＶ、或いはそれ以上であることが好ましい。
【００５０】
また、被処理物９９の表面における電子線のビーム径は、１００μｍ以下であることが好適である。この場合、被処理物９９に対して微細な描画を好適に行うことができる。ここで、ビーム径の大きさは、プローブ１２の先端部１２ｂの形状、プローブ１２と被処理物９９との間隔、及び被処理物９９に照射される電流の電流密度により決まる。先端部１２ｂをより尖鋭にし、プローブ１２と被処理物９９との間隔を小さくし、また電流密度を小さくすることにより、被処理物９９の表面におけるビーム径を０．１ｎｍ以下とすることも可能である。一方で、被処理物９９の表面における電子線のビーム径は、０．５ｎｍ以上であることが好適である。この場合、描画に充分な電流密度を確保することができる。
【００５１】
また、各プローブ１２から流れる電流の電流密度は、１ｍＡ／ｃｍ^２以上３０Ａ／ｃｍ^２以下であることが好適である。
【００５２】
本実施形態による描画方法では、電子放出工程において、複数のプローブ１２のそれぞれから電子を放出させている。このため、各プローブ１２が同時に描画を行うことにより、１つのプローブ１２で描画する場合に比して描画速度を向上させることができる。
【００５３】
図３は、描画装置１の一変形例の概略構成を示す模式図である。描画装置２は、描画装置１と同様に、複数のプローブ１２、プローブ固定板１４、ステージ１６、及び移動機構２４を備えている。一方で、描画装置２は、描画装置１の制御部２２とは異なる制御部４０を備えている。
【００５４】
制御部４０は、圧電素子４２、及び電圧制御部４４を有している。圧電素子４２は、各プローブ１２とプローブ固定板１４との間にそれぞれ設けられている。すなわち、各プローブ１２は、プローブ固定板１４に対して圧電素子４２を介して固定されている。この圧電素子４２は、電圧を印加されることにより伸縮する。伸長するか収縮するかは電圧の向きによって制御され、伸縮の大きさは電圧の大きさによって制御される。また、圧電素子４２は、その伸縮方向がプローブ１２の中心軸方向と一致するように設けられている。
【００５５】
電圧制御部４４は、各圧電素子４２に印加する電圧を個別に制御するものである。これにより、制御部４０は、電圧制御部４４により各圧電素子４２の伸縮量を変化させ、各プローブ１２と被処理物９９との間隔をそれぞれ独立に制御することができる。この間隔が小さければ、被処理物９９に照射される電流ＣＲの電流値は大きくなり、一方で電流ＣＲのビーム径は小さくなる。逆に、この間隔が大きければ、電流ＣＲの電流値は小さくなり、一方で電流ＣＲのビーム径は大きくなる。
【００５６】
上記の制御部４０を備える描画装置２によれば、被処理物９９に照射する電流ＣＲのビーム径を高精度に制御することが可能である。なお、描画装置２においては、図１の描画装置１における制御部２２を併せて設けることが好適である。この場合、各プローブ１２と被処理物９９との間隔の制御、及び各プローブ１２に印加する電圧の制御を同時に行うことができる。これにより、電流ＣＲのビーム径と電流値とを独立に制御することが可能となる。
【００５７】
図４は、描画装置１の他の変形例の概略構成を示す模式図である。描画装置３は、描画装置１と同様に、複数のプローブ１２、プローブ固定板１４、ステージ１６、及び移動機構２４を備えている。一方で、描画装置３は、描画装置１の制御部２２とは異なる制御部５０を備えている。
【００５８】
制御部５０は、ゲート電極５２、及び電圧制御部５４を有している。ゲート電極５２は、各プローブ１２の先端部１２ｂを包囲するように設けられている。ゲート電極５２は、各プローブ１２から放出される電子の放出量を調節するためのものである。電圧制御部５４は、各ゲート電極５２と各プローブ１２との間に印加する電圧を制御する。制御部５０は、電圧制御部５４により各ゲート電極５２に印加する電圧を変化させることにより、被処理物９９に照射される電流ＣＲの電流値を制御することができる。
【００５９】
上記の制御部５０を備える描画装置３によれば、被処理物９９に照射する電流ＣＲの電流値を高精度に制御することが可能である。なお、描画装置３においては、図１の描画装置１における制御部２２、及び図３の描画装置２における制御部４０を併せて設けることが好適である。制御部２２を設けた場合、制御部２２により電流値の粗い調整を行い、制御部５０により微調整を行うことができる。また、制御部４０を設けた場合、電流ＣＲの電流値とビーム径とを独立に制御することが可能となる。
【００６０】
図５は、描画装置１における複数のプロ−ブ１２の配列パターンを示す平面図である。図５においては、図２と同様に、プローブ固定板１４のプローブ固定面１４ａ上に固定された複数のプローブ１２が示されている。複数のプローブ１２は、図２と同様に、二次元的に配列されている。一方で、図中上下方向に並ぶ複数（ここでは４つ）のプローブ１２から構成される列を「プローブ列」と呼ぶことにすると、各プローブ１２が、隣りのプローブ列に属するプローブ１２と中心がずれて配置されている点で、図２のものとは相違する。すなわち、これらのプローブ１２は、千鳥格子状に配列されている。
【００６１】
図６は、描画装置１における複数のプロ−ブ１２の他の配列パターンを示す平面図である。図５においては、図２と同様に、プローブ固定板１４のプローブ固定面１４ａ上に固定された複数のプローブ１２が示されている。複数のプローブ１２は、一次元的に配列されている。すなわち、各プローブ１２の先端部１２ｂが一直線上に乗るような配列となっている。
【００６２】
図７は、図１の描画装置１におけるプローブ１２の一変形例を示す斜視図である。プローブ１３は、突起部１３ａを複数有している点で、プローブ１２と相違する。すなわち、プローブ１３は、基台部１３ｃを有しており、基台部１３ｃ上には、複数の突起部１３ａが一体的に立設されている。各突起部１３ａの先端部１３ｂは、プローブ１２におけるものと同様に、尖鋭な形状をしている。このように、１つのプローブ１３に複数の突起部１３ａを設けることにより、複数の突起部１３ａから放出される電子によって被処理物に照射する電流を形成することができ、描画に充分な電流値を保ちつつ、ビーム径を任意に大きくすることが可能である。このため、一度に広い領域の描画が可能となる。
【００６３】
図８は、図７のプローブ１３を図１の描画装置１に適用して描画を行う様子を示す模式図である。図８においては、描画装置１の構成のうち、プローブ１３及びプローブ固定板１４のみを示している。この図に示すように、プローブ１３は、その基台部１３ｃがプローブ固定板１４に固定されている。描画の際には、各プローブ１３が有する複数の突起部１３ａから電子が放出され、その電子により形成される電流ＣＲが被処理物９９へと照射される。このとき、制御部２２（図１参照）によって、各プローブ１３毎に電子の放出量が制御される。
【００６４】
図９は、描画装置１の一使用例を示す模式図である。ここでは、描画装置１は、気相雰囲気中で使用される。描画装置１は、チャンバ６２内に収容されている。チャンバ６２には、チャンバ６２内の圧力を制御する圧力制御装置６４が取り付けられている。また、チャンバ６２内に気体又は液体を供給する供給装置６６が設けられている。供給装置６６からの気体又は液体は、描画装置１のノズル３２（図１参照）を通って、被処理物の表面に供給される。
【００６５】
圧力制御装置６４により、チャンバ６２内の圧力を例えば１Ｐａ以上２×１０^５Ｐａ（２気圧）以下とした場合を考える。この範囲は、大気圧を中心とする減圧下から加圧下の範囲である。この範囲では、平均自由工程が短く、電子は雰囲気中のガスと衝突を繰り返すため電子線にはならず、微小な放電状態を形成する。よって、上記の圧力範囲においては、この放電により描画が行われる。
【００６６】
また、チャンバ６２内の圧力を１×１０^−１０Ｐａ以上１Ｐａ未満とした場合を考える。この範囲では、平均自由工程が長く、電子は雰囲気中のガスとほとんど衝突しないか、衝突してもその回数は少ない。よって、この圧力範囲では、電子線により描画が行われる。なお、１×１０^−２Ｐａ以上１Ｐａ未満の範囲では、条件次第では放電が発生することもある。
【００６７】
図１０は、描画装置１の他の使用例を示す模式図である。ここでは、描画装置１は、液相雰囲気中で使用される。描画装置１は、水槽７２内に収容されている。水槽７２には、水槽７２に対して所定の溶液を供給する溶液供給装置７４が取り付けられている。液相雰囲気においては、液相中のイオンを通じて電流が流れる。従って、この電流により描画が行われる。また、液相雰囲気で描画装置１を使用する場合、プローブに印加する電位は、被処理物に対して正負何れであってもよい。
【００６８】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、描画装置１による描画の一例を示す模式図である。図１１（ａ）においては、プローブ１２からの電流ＣＲが被処理物９９表面の一部に照射されている。これにより、図１１（ｂ）に示すように、電流が照射された部分９９ａがエッチング除去される。例えば、反応性ガスが存在しない加圧雰囲気から真空雰囲気中において、プローブ１２と被処理物９９との間に電流を流すことにより、放電によるスパッタ蒸発、又は放電若しくは電子線の加熱効果による蒸発を起こすことができる。或いは、液相雰囲気中において電流を流せば、プローブ１２近傍の被処理物９９表面のみが選択的にイオン化される。このイオン化された部分は液相中に溶出し、それゆえ被処理物９９表面がエッチングされる。
【００６９】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、描画装置１による描画の他の例を示す模式図である。図１２（ａ）においては、プローブ１２からの電流ＣＲが被処理物９９表面の一部に照射されている。これにより、図１２（ｂ）に示すように、電流が照射された部分９９ｂに対し、結晶化、非晶質化、結晶欠陥の制御、応力緩和、又はレジストの描画等の改質を施すことができる。これらは、主に熱的な効果を利用するものである。
【００７０】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、描画装置１による描画の他の例を示す模式図である。図１３（ａ）においては、プローブ１２からの電流ＣＲが被処理物９９表面の一部に照射されている。すると、図１３（ｃ）に示すように、電流が照射された部分９９ｃにおいては、雰囲気に供給された気体又は液体が被処理物９９と反応することにより、或いは被処理物９９の内部へと拡散することにより、ホウ化、炭化、窒化、酸化、又はドーピングが施される。このとき、被処理物９９の表面は、比較的高めの圧力に設定されることが好ましい。
【００７１】
なお、ホウ化の場合には、ジボランガス雰囲気中等のホウ素を含むガス雰囲気中において描画処理を行うことが望ましい。炭化の場合には、炭化水素ガスやＣＯ_２ガス雰囲気中での処理が可能である。窒化の場合には、窒素ガス雰囲気の他、液体窒素やアンモニア溶液中での処理が可能である。酸化の場合には、酸素ガス雰囲気の他、水中においても処理が可能である。ドーピングの場合には、ドーピングする元素を含むガス雰囲気中、或いはそのガスを水素や希ガスで希釈した雰囲気中で処理することが好ましい。
【００７２】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、図１の描画装置１による描画の他の例を示す模式図である。図１４（ａ）においては、プローブ１２からの電流ＣＲが被処理物９９表面の一部に照射されている。すると、図１４（ｂ）に示すように、電流が照射された部分９９ｄにおいて、雰囲気に供給された気体又は液体が反応し堆積する。雰囲気が気相の場合はＣＶＤのような反応、液相の場合はメッキに順ずる反応となる。例えば、炭化水素ガス雰囲気中で処理を行えば炭素膜が、シランガス雰囲気中であればシリコンが、またＷＦ_６ガスを含む雰囲気中であればタングステンが析出できる。また、各種有機金属ガスを適用することもできる。メッキ液を使用することによりＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ等の析出を、液体の有機金属を直接液相で適用することにより各種金属の析出をすることができる。
【００７３】
本発明による描画装置及び描画方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図１の描画装置１において移動機構２４は、ステージ１６を移動させることにより、プローブ１２を被処理物９９に対して相対的に移動させているが、移動機構は、プローブ固定板１４を移動させることにより、プローブ１２を被処理物９９に対して相対的に移動させる構成としてもよい。或いは、移動機構は、ステージ１６及びプローブ固定板１４の両方を移動させてもよい。また、図３において制御部４０は、圧電素子４２を用いることにより、プローブ１２と被処理物９９との間隔を変化させているが、制御部は、静電的な方法により、その間隔を変化させる構成としてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明による描画装置及び描画方法によれば、描画時間を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による描画装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】プローブ１２が固定されたプローブ固定板１４を示す平面図である。
【図３】描画装置１の一変形例の概略構成を示す模式図である。
【図４】描画装置１の他の変形例の概略構成を示す模式図である。
【図５】描画装置１における複数のプロ−ブ１２の配列パターンを示す平面図である。
【図６】描画装置１における複数のプロ−ブ１２の他の配列パターンを示す平面図である。
【図７】描画装置１におけるプローブ１２の一変形例を示す斜視図である。
【図８】図７のプローブ１３を図１の描画装置１に適用して描画を行う様子を示す模式図である。
【図９】描画装置１の一使用例を示す模式図である。
【図１０】描画装置１の他の使用例を示す模式図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、描画装置１による描画の一例を示す模式図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、描画装置１による描画の他の例を示す模式図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、描画装置１による描画の他の例を示す模式図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は、描画装置１による描画の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１，２，３…描画装置、１２，１３…プローブ、１２ａ，１３ａ…突起部、１２ｂ，１３ｂ…先端部、１３ｃ…基台部、１４…プローブ固定板、１４ａ…プローブ固定面、１６…ステージ、２２，４０，５０…制御部、２４…移動機構、３２…ノズル、３２ａ…噴出口、３４…カバー、３４ａ…ノズル挿通孔、４２…圧電素子、４４，５４…電圧制御部、５２…ゲート電極、６２…チャンバ、６４…圧力制御装置、６６…供給装置、７２…水槽、７４…溶液供給装置、９９…被処理物、ＣＲ…電流。

Claims

突起部を有し、被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、前記突起部の先端から電子を放出する複数のプローブと、
前記各プローブにおける前記電子の放出量を、それぞれ独立に制御する制御部と、
前記複数のプローブを前記被処理物に対して相対的に移動させる移動機構と、
を備えることを特徴とする描画装置。
突起部を有し、被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、前記突起部の先端から電子を放出する複数のプローブと、
前記各プローブと前記被処理物との間隔を、前記各プローブについてそれぞれ独立に制御する制御部と、
前記複数のプローブを前記被処理物に対して相対的に移動させる移動機構と、
を備えることを特徴とする描画装置。
前記制御部は、前記各プローブと前記被処理物との間に印加する電圧を変化させることにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
前記制御部は、前記各プローブに対してそれぞれ設けられ、前記各プローブにおける前記電子の放出量を調節するゲート電極を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の描画装置。
前記複数のプローブは、１枚のプローブ固定板上に固定されており、
前記各プローブは、隣り合う他の前記プローブとの中心間距離が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の描画装置。
前記プローブにおける前記突起部の先端は、結晶質ダイヤモンド、非晶質炭素、又はＬａＢ_６からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の描画装置。
前記プローブにおける前記突起部の先端は、タングステン、又はモリブデンからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の描画装置。
前記複数のプローブのうち少なくとも１つは、前記突起部を２つ以上有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の描画装置。
前記複数のプローブは、一次元的に配列されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の描画装置。
前記複数のプローブは、二次元的に配列されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の描画装置。
描画中において、前記各プローブと前記被処理物との間隔は、０．５ｎｍ以上１ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の描画装置。
前記被処理物に照射される前記電流は、前記被処理物表面において０．５ｅＶ以上１ｋｅＶ以下のエネルギーをもつ電子線であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の描画装置。
前記被処理物に照射される前記電流は、前記被処理物表面において０．５ｎｍ以上１００μｍ以下のビーム径をもつ電子線であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の描画装置。
前記複数のプローブは、１枚のプローブ固定板上に固定されており、
前記電流が照射される前記被処理物の表面近傍に気体又は液体を供給するノズルを備え、
前記ノズルの噴出口と前記プローブ固定板の中心との水平距離は１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の描画装置。
前記複数のプローブと、前記被処理物の表面のうち少なくとも前記電流が照射される領域とを覆うカバーを備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の描画装置。
被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、突起部を有する複数のプローブに対し、前記各プローブの前記突起部の先端から電子を放出させる電子放出工程と、
前記各プローブにおける前記電子の放出量を、それぞれ独立に制御する制御工程と、
前記複数のプローブを前記被処理物に対して相対的に移動させる移動工程と、
を備えることを特徴とする描画方法。
被処理物に照射する電流を生ぜしめるように、突起部を有する複数のプローブに対し、前記各プローブの前記突起部の先端から電子を放出させる電子放出工程と、
前記各プローブと前記被処理物との間隔を、前記各プローブについてそれぞれ独立に制御する制御工程と、
前記複数のプローブを前記被処理物に対して相対的に移動させる移動工程と、
を備えることを特徴とする描画方法。
前記制御工程においては、前記各プローブと前記被処理物との間に印加する電圧を変化させることにより、前記制御を行うことを特徴とする請求項１６に記載の描画方法。
描画中において、前記各プローブと前記被処理物との間隔は、０．５ｎｍ以上１ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の描画方法。
前記被処理物に照射される前記電流は、前記被処理物表面において０．５ｅＶ以上１ｋｅＶ以下のエネルギーをもつ電子線であることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の描画方法。
前記被処理物に照射される前記電流は、前記被処理物表面において０．５ｎｍ以上１００μｍ以下のビーム径をもつ電子線であることを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の描画方法。
前記電流が照射される前記被処理物の表面近傍に気体又は液体を供給する供給工程を備えることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の描画方法。