JP2005271198A - ナノスケールフィーチャを備えたテンプレートが形成されている構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上にナノスケール物体が付着したナノスケール構造体において、ナノスケール物体の数、サイズ、形状、向き、パターンおよび位置が自在に製作可能なナノスケール構造体を提供する。
【解決手段】開口部９３０が形成されているレジスト層を備えたテンプレート５００を基板４２０上に配置し、ナノワイヤ、ナノ微粒子、ナノロッド、ナノチューブ、フラーレン、ウイルス微粒子、ポリ核酸、ポリペプチド、タンパク質、ＤＮＡなどのナノスケール物体９１０を開口部９３０に置く。そして化学結合、接着剤、熱処理などの手段で基板４２０に付着させる。その後、テンプレート５００を化学洗浄などで除去すると、基板４２０上にナノスケール物体９１０が残りナノスケール構造体が完成する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ナノスケール物体の数、サイズ、形状、方向、パターンなどを制御して製作されたナノスケール構造体に関する。

シリコン集積回路の回路設計者が意欲的に取り組んでいることの１つとして、回路部品に必要なチップスペースのサイズを削減することが挙げられる。利用するチップスペースを削減することによって、チップを動作させるのに必要な電力の量が減少し、回路の温度が低下し、回路がより高速に動作できるようになる。ナノメートルスケール（１×１０^-9メートル）、すなわちナノスケールのシリコン集積回路を作製するいくつかの解決手法が提案されているが、それぞれ制約がある。

ナノスケール物体について数多くの研究が熱心に行われており、ナノスケール物体を制御しながら形成するのに多くの試みがなされている。提案されている解決手法は、陽極処理アルミニウムテンプレートを用いること、方向性ブロックコポリマー、自己組織化(self-assembled)ジブロックコポリマー、およびナノスケール物体で満たされた層をパターニングすること等がある。しかし、これらの手法には大きな制約がある。

ナノスケール物体は陽極処理アルミニウムテンプレートを使って作製されてきた。この工程では、アルミニウム層が陽極処理され、その層を貫通する開口部が作製される。陽極処理アルミニウム内の開口部は格子状の複数の穴を設けるためのものである。これらの穴はアルミニウムテンプレートを貫通し、下側の基板まで突き抜ける。しかしながら、アルミニウムの陽極処理は、アルミニウム層内に予測不可能な開口部のパターンを作製するので、開口部およびそれに対応する穴が設けられる場所に関してはほとんど制御できない。すなわち、開口部のサイズ、形状あるいは配列がほとんど制御されない。

ナノスケール物体を作製する別の手法では、ジブロックコポリマーを利用する。ジブロックコポリマーを用いる場合、開口部のパターンの秩序は自然に制御される。しかしこの手法では、規則的なパターンや空間的に対称な開口部配列が提供できない。距離や向きに相関関係ができず、ナノスケール物体の配置がランダムになり、より高度な秩序を必要とする工業用の構造体に取り入れるのは難しい。自己組織化コポリマーを用いる際も同様な問題がある。ジブロックコポリマーあるいは自己組織化コポリマーを使うように作られたテンプレートは、規則的なパターンあるいは空間的に対称な開口部配列が提供できない。

別の手法はマイクロスフィア法であり、この方法では、基板の表面がナノスケール物体で占められる。高密度に詰め込むとき、これらの物体は互いに当接して、これらの物体が当接する場所に物体を入れる空間が形成される。その開口部の形状およびサイズは、これらの物体が接触する隙間に作られる空間によって決定される。したがって、生成される開口部の形状などの範囲が限定され、パターンの向きが制御できない。

基板上に、ナノスケール物体（又は構造体）の数、サイズ、形状、パターン、向きおよび位置を制御することができる、ナノスケール構造体を作製できる利用可能な方法は存在しない。それゆえ、基板上に数、サイズ、形状、パターン、向きおよび位置を制御したナノスケール構造体を作製する方法およびシステムが必要とされている。これが果たされるなら、ナノスケールの構造体、デバイスおよび回路を製造することができ、チップスペースを削減することができる。以下に説明されるように、本発明の実施形態では、ユニークで洗練された態様によってこれを達成している。

本発明は、基板上にナノスケール物体の数、サイズ、形状、向き、パターンおよび位置を制御して製作されたナノスケール構造体を提供することを目的としている。

本発明の１実施形態による構造体は、ナノスケールフィーチャ（nanoscale features、ナノスケール物体の特徴)のあるパターンが設けられているテンプレートを基板が有し、そのテンプレートは開口部の形成されたレジスト層を備え、その開口部でナノスケール物体を制御してアセンブリを構成させたものである。

たとえば、本発明の一実施形態は、ナノスケール物体の数、サイズ、形状、向き、パターンおよび位置が制御できる方法を使って製作したナノスケール構造体を対象にしている。ナノスケール物体の位置および向きを決定するのに役立つテンプレートを使って、所望のナノスケール物体を基板表面に近接させることができる。物体を、所望の場所に、周期的あるいは非周期的に、あるいは所定のパターンで制御可能に配置することができる。これらの構造体を使って、回路部品あるいは他の構造体を作製し、基板上にデバイスあるいは電子回路を製造することができる。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、ナノスケールフィーチャが有用な応用例に、色々な形態で実施できることが当業者に理解されよう。

一実施形態では、基板上あるいはその周囲にナノスケールフィーチャを有するパターンを形作ったテンプレートを使って、１つの構造体を形成する方法が開示される。そのテンプレートには開口部を有するレジスト層が形成され、テンプレートの周囲の基板表面にナノスケール物体を近接させるのを助け、ナノスケール物体を制御しながら組み立てるように構成されている。その結果、構造体は所定の数、サイズ、形状、向き、パターンおよび／または位置のナノスケールフィーチャを有するようになる。

図１を参照すると、基板１１０にナノスケール物体１２０が付着している構造体１００が示されている。基板１１０上のナノスケール物体１２０の数、サイズ、形状、パターン、向きおよび位置は、ナノスケール物体に対応する開口部を備えたテンプレート（以下に示される）を使って制御することができる。

テンプレートを作製する１つの方法は、パターンが形成されている型を利用する。その型を作製する１つの方法は、電子ビームあるいは他の装置あるいは工程を使って、ウェーハに材料を追加、または除去して、所定のパターンに対応する予測可能なナノスケールフィーチャを有する型を残すものである。

型で作製されたパターンは、たとえば、ウェーハ構造体の表面上にテンプレートを打ち抜くのに使われる。そのウェーハ構造体は、基板上にレジストの層、あるいはテンプレートパターンを収容する他の材料を含んでも良い。その後、型が取り出されて、基板上あるいは基板上方のレジスト層内にテンプレートパターンが残される。所望のテンプレートパターンから外れ、基板上に残ったレジスト材料は、化学洗浄あるいは他の工程を使って除去できる。こうして、パターンが形成されたレジスト層は、型によってナノスケールパターンを備えたテンプレートを形作る。そのテンプレートは、ナノスケール物体を収容する開口部あるいは他の構造を有しており、開口部内に物体を堆積させ、物体を基板表面の周囲あるいは近接して向きを決めて配置するガイドとして使われる。テンプレートは、ナノスケール物体が開口部を通して成長するように構成することができる。ナノスケール物体は、基板上にテンプレート設計によって決められた場所および向きで配置させることができる。その結果、所定の位置、向きおよび非周期性および周期性のパターンを備えたナノスケールパターンを作製することができる。一旦、ナノスケール物体がテンプレートの開口部内に収容されると、テンプレートは除去できる。テンプレートは、ナノスケール物体を除去することなく、基板から除去できるように構成できる。別な方法として、テンプレートを基板上に留めることもできる。

図２〜図１２は、本発明に従って、型、型に対応するテンプレートおよび結果として形成される構造体を如何に作製するかの一例を示す。図示された例は、方法および構造体の両方に関して、本発明の簡略化された実施形態を示している。他の実施形態も、添付の特許請求の範囲によって規定される範囲内で考えられる。

図２を参照すると、ナノスケールフィーチャを備えた、パターンが形成された型を作製するのに用いるウェーハ２００が示されている。一実施形態では、電子ビーム２２０で適当なレジスト層２３０から型を削り取るという、電子ビームリソグラフィを使って形成したパターンを有する型がウェーハ２００上に作製されている。その型はレジスト層を使って作製される。空間２１０は、型パターンの最初の開口エリアを示している。電子ビームによって型に作製されたパターンは、開口部および構造体の形がナノスケールフィーチャを有するパターンである。一実施形態では、型パターンは、ナノスケールフィーチャの規則的なパターンである。型は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）あるいは極紫外線（ＥＵＶ）技法のような代替の手段によっても作製できる。

本発明の一実施形態によれば、基板表面全体、あるいはその一部を覆うレジスト材料から「テンプレート」を作るのにその型が使われる。たとえば、「熱インプリントリソグラフィ」のような、当該技術分野において知られている工程を用いて、その型が高温および高圧で、レジスト材料に型押しされる。その後、型が取り出され、冷却されると、そのレジスト材料が固化する。さらに別の実施形態では、「ステップ・アンド・フラッシュ」リソグラフィ法として当該技術分野において知られている工程によって、型がレジストに型押しされ、紫外線硬化によってレジストが固化される。

型は、所望のテンプレートパターンに対して相補的な形状に作ることができる。一実施形態では、たとえば、ウェーハを逆、あるいは相補的なパターンに彫刻することにより型が作製できる。所望されたテンプレートパターンは、基板表面上にあるテンプレート層内に作製されたナノスケールフィーチャを有している。ウェーハの材料としては、テンプレートの材料にパターンを打ち抜くのに十分な剛性を有する任意の適当な材料を用いることができる。たとえば、型は、金属、シリコン、二酸化シリコン、プラスチック、ガラスあるいは石英で形成することができ、テンプレートは基板にフォトレジストとして一般的に用いられる、より可鍛性のある材料で形成することができる。その例として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、およびクラリエント社（Ｃｌａｒｉｅｎｔ）のＡＺ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（商標）およびＳｈｉｐｌｅｙ Ｎｏｖｌａｋ（商標）によって形成される樹脂系レジストがあろう。

数多くの「インプリンティング」方法を用いることができ、本発明は任意の特定の方法には限定されない。一実施形態では、熱インプリントは、高温および高圧で型を「レジスト」層に圧入させる。この応用形態の場合、レジストが感光性である必要はなく、ＰＭＭＡなどからなるレジスト層でもよい。別の手法「ステップ・アンド・フラッシュ」リソグラフィでは、感光性レジスト層を必要とする。この手法では、型を通す適当な波長および強度で光を照らしながら、透明な型（たとえば石英）がレジスト層に圧入される。従来のフォトリソグラフィと同様に、露光されたレジストは架橋し、現像剤化学薬品に溶けなくなる。ステップ・アンド・フラッシュ（ＳＦＩＬ）手法の利点は、インプリント圧が減少し、温度が大幅に下がることであり、それによりインプリント工程を繰り返し、垂直方向に構造体を積み重ねることができるようになる。ステップ・アンド・フラッシュのためのレジストは通常、低粘度で、光重合可能なオレガノシリコン溶液である。Molecular Imprints社は、ほとんどの応用形態でうまく機能するＭｏｎｏＭａｔ（商標）と呼ばれるレジストを市販している。

ここで図３Ａを参照すると、パターンのエリアを表す空所（open space）２１０、３１０、３２０および３３０を備えた完成した型３００が示されている。歯３４０のような、型内の歯を用いて、パターンの圧痕を型押しし、テンプレートを形成することができる。図３Ｂは型３００の平面図を示すもので、歯３４０が型３００の９つの歯のうちの１つとして示されている。

図４を参照すると、ウェーハ構造体４００のレジスト層４１０の上側表面４３０上にパターンを打ち抜く位置に、型３００が示されている。ウェーハ構造体４００は、基板４２０上にレジスト層４１０が形成されている。動作時に、型がレジスト層４１０に圧入され、テンプレートを形成することができる。この動作が繰り返され、多数のテンプレートを作ることができる。

図５を参照すると、ここではテンプレート５００に圧入されており、型３００と基板４２０との間に介在する図４のレジスト層４１０が示されている。型の歯３４０、５２０および５３０が示されているが、テンプレート５００の中に隠れており、破線で示されている。レジスト層４１０（図４に示される）は、図５では、型３００の歯の場所に対応するエリアで型押しされている。

図６を参照すると、テンプレート／基板構造体６００から取り出された型３００が示されている。テンプレート／基板構造体６００は、基板４２０上にあるテンプレート５００で構成されている。テンプレート５００は、レジスト層４１０（図４に示される）に型３００によって型押しされたナノスケールパターンを含んでいる。テンプレート内には空所６１０、６２０および６３０が隠れており、破線で示されている。空所が歯３４０、５２０および５３０（図５に示される）によって形成されている。レジスト層４１０内に６つの他の空所が形成されているが、この図には示されていない。

図７を参照すると、テンプレート／基板構造体６００の斜視図が示されており、９つ全ての開口部を見ることができる。また、テンプレート開口部内に残されたレジスト材料７１０も見ることができる。基板４２０上に残されたレジスト材料は、所望のテンプレート形状から外れており、テンプレート５００および基板４２０から化学洗浄７２０によって除去される。他の実施形態として、残されたレジスト材料を、酸素プラズマに短時間だけ曝露するなどの、他の代替の手段によって除去することができる。

図８を参照すると、残されたレジストがテンプレート開口部から除去された後の、基板４２０に取付けられたテンプレート５００で構成されるテンプレート／基板の組み合わせ８００が示されている。テンプレート５００は、基板４２０上にナノスケールパターンを提供している。一実施形態では、テンプレートを用いて、基板上にナノスケールフィーチャを有する規則的なパターンが作られる。一実施形態では、開口部のナノスケールパターンは、開口部８１０のような等間隔に配置された開口部によって形成されている。他の実施形態としては、そのパターンは、周期的なパターン、非周期的なパターンあるいは他のパターンを含んだ、任意の所望の構造に形成することができる。たとえば、テンプレート開口部の寸法は通常、２０×２０×２０ナノメートルの体積であるが、一般的には１〜１００ナノメートルにすることもできる。

図９を参照すると、テンプレート５００にナノスケール物体が導入される。図に示されるように、テンプレート５００は、開口部でナノスケール物体を受け入れるように構成されている。いくつかのナノスケール物体がテンプレート５００の開口部に入るであろう。たとえば、ナノスケール物体９１０がテンプレート開口部９３０に入る。他のナノスケール物体は、ナノスケール物体９２０のように、テンプレートの外側表面上に留まる場合がある。この実施形態では、ナノスケール物体のうちの少なくとも１つは開口部の外側に留まる。ナノスケール物体は、テンプレートの全ての開口部あるいは概ね全ての開口部が１つのナノスケール物体を受け入れるまで、供給し続ける。その後、テンプレート５００の表面上の開口部の外側に留まるナノスケール物体は、ブラシで、あるいは、たとえば化学洗浄のような他の適当な手段によって除去される。一実施形態では、ナノスケール物体は、基板表面に接触するか、あるいは近接するように、テンプレートの周囲に供給される。

図９に示される実施形態では、テンプレート５００を用いて個々のナノスケール物体が組み込まれる。これらのナノスケール物体は、たとえば、ナノワイヤ、ナノ微粒子、ナノロッド、ナノチューブ、フラーレン、ウイルス微粒子、ポリ核酸、ポリペプチド、タンパク質、ＤＮＡあるいは液体を含んでもよい。液体には、溶媒、あるいは上記のものの全ての混合物を用いることができる。たとえば、ナノ物体の供給（dispensing）は、気体中あるいは真空中ではなく、溶液中で行うことができる。また、小さな（ナノサイズの）液滴そのものが、穴内に配置されたナノ物体になることもできる。その例として、濡れていない表面上の水、液体金属、および分子の溶液あるいは懸濁液のような、液体内にあるか、あるいは液状の他の物体が含まれる。さらに別の実施形態では、インプリントリソグラフィによって作製されたテンプレート内に他の材料を堆積させることができる。たとえば、一実施形態では、テンプレート開口部内に薄膜を被着させることができる。その薄膜は、加熱すると融着し、それによりテンプレート開口部のサイズよりもかなり小さな直径のナノ微粒子を形成するように構成することができる。別の実施形態では、テンプレート開口部に堆積するナノスケール物体を、分子膜で構成することができる。ナノパターニングされた分子膜の使用というのは、ここではナノスケールで被着される分子膜のいずれのものを使用することをも含む。さらに別の実施形態では、テンプレート開口部内に堆積するナノスケール物体として、電気めっきされた薄膜を用いることができる。さらに別の実施形態では、ナノスケール物体は、元素、混合物、化合物あるいは他の物質を含む、有機あるいは無機化学物質の層で構成することができる。別の実施形態では、ナノスケール物体は、ターゲット分子に分子を付着させたものとすることができる。

図９の実施形態では、開口部９３０の開口部は立方形である。しかしながら、他の実施形態として、テンプレートの開口部は、細長、等軸、長方形、円柱形あるいは他の形状の開口部を含んだ、種々の形状に形成することができる。各テンプレート開口部のサイズおよび形状を予め決定し、他のテンプレート開口部とは異なるものにすることができる。各テンプレート開口部のサイズおよび形状は、テンプレート表面上の開口部の現われ方、および開口部がレジスト層を突き抜けて基板に達する達し方によって選択することができる。テンプレート開口部のサイズおよび形状は、ある特定のサイズおよび／または形状のナノスケール物体を収容するように、あるいは複数のナノスケール物体を収容するように選択することもできる。テンプレート開口部のサイズおよび形状は、たとえば、小さな微粒子は入るが、大きな粒子の入るのは防ぐように、ある特定のサイズ範囲のナノスケール物体を排除するように選択することもできる。

テンプレート開口部のサイズ、形状および位置はさらに、所定の向きに概ね整列させるとか、あるいは正方形に配列するまたは任意の他の所定の配列に概ね配置して、所定の数のナノスケール物体を収容するように選択することができる。さらに別の実施形態では、開口部のサイズおよび形状は、ナノスケール物体を所定範囲の向きに収容するよう選択することができる。たとえば、辺の長さがナノ微粒子の直径の約２倍になるように選択した正方形のテンプレート開口部を使って、正方形の配列で４つのナノ微粒子を収容することができる。同じようなサイズの物体は通常、三角形に配列された座標上に自然に並ぶことになるので、正方形の配列を他の手段によって達成するのは難しい。開口部のサイズおよび形状はさらに、多数の段を有し、異なる段に異なるサイズの開口部が存在するように選択することもできる。それらの例が以下に示される。開口部のサイズおよび形状は、１つの開口部内の種々の段および／または層に、ナノスケール物体が収容されるように選択することができる。

図８および図９に示される実施形態では、テンプレート５００内に９つの開口部が示されている。しかしながら、テンプレート内の開口部の数は設計パラメータであり、変更することができる。さらに、テンプレート内の各開口部の形状および位置も設計パラメータであり、個別に変更することができる。

他の実施形態では、テンプレート開口部のサイズおよび形状は、複数のナノスケール物体、あるいはある最大数以下、あるいは最小数以上のナノスケール物体を収容するように選択することができる。ナノスケール物体は、ラングミュア−ブロジェット、自己組織化、蒸着、電気めっき、無電解めっき、浸漬、噴霧、物理結合あるいは化学結合を含んだ、よく知られている方法を用いて、テンプレート上に置くことができる。

図１０を参照するとわかるように、一旦、テンプレート５００の開口部９３０が物体９１０で満たされると、テンプレート５００の表面に留まっている物体は、化学洗浄によって、あるいはスクラビング（擦り取り)によって、あるいはブラッシングに類似の工程によって除去できる。ブラシ９５０は、テンプレート開口部の外にあって、表面から物体を除去するとともに、物体がテンプレート５００の開口部内に入るのを助けるようにすることができる。

図１１は、テンプレート５００の開口部９３０が物体９１０で一旦満たされて、開口部の外側にある物体が除去されたテンプレート５００および基板４２０を示している。全ての開口部が満たされているように示されているが、実際には、開口部は全て満たされているとは限らない。満たされる精度は、実際の形態によるであろう。この実施形態では、ナノスケール物体は自然に基板に付着する。他の実施形態では、基板へのナノスケール物体の付着を、化学結合、接着剤あるいは熱処理を用いることにより高めることができる。

図１２を参照すると、一旦、ナノスケール物体がテンプレート５００の開口部に入れば、テンプレート５００を、たとえば化学洗浄によって除去することができる。ナノスケール物体９１０のようなナノスケール物体は、テンプレートの設計によって決定した場所および向きで基板４２０に残る。ナノスケール物体は、ナノスケール物体と基板４２０および／またはレジストとの間の相互作用によって適切な場所に残る。

図１３を参照すると、本発明の一実施形態による工程が流れ図１０００で示されている。この工程は、テンプレートを使って、基板上にナノスケールフィーチャの規則的なパターンを作る方法を提供している。この工程は図１３に示されるステップの順序に説明されるが、本発明の実施形態は必ずしもこの順序に限定されない。工程の開始である、ステップ１０１０においてレジスト材料の層が基板表面に被着される。そのレジスト層を用いて、基板上にテンプレートが作製される。レジスト層は、インプリントリソグラフィで使うのに適した任意のレジスト材料とすることができる。図４で先に説明された例は、基板４２０上にあるレジスト層４１０を含んだウェーハ構造体４００を提供している。本発明の実施形態は、テンプレートのためにレジスト材料を用いることに限定されるものではなく、ナノスケール物体を収容するように構成できる任意の材料であってもよい。

次に、ステップ１０２０で、型（たとえば型３００）をレジスト層上に型押しする。図２に関連して先に説明したように、ナノスケールフィーチャを有するパターンを形成した型を作製する際に、ウェーハ２００が用いられる。その型に、ナノスケールフィーチャのパターンが形成される。このパターンがレジスト層に転写されることになる。型押しは種々の方法によって、たとえばステップ・アンド・フラッシュリソグラフィ法などによって実行することができる。

ナノスケールフィーチャのパターンは予め決定しておくことができ、数多くの異なる形状にすることができる。一実施形態では、そのパターンは少なくとも１つの周期的なパターンあるいは少なくとも１つの非周期的なパターンを含む。さらに別の実施形態では、そのパターンは対称あるいは非対称にでき、また種々のパターンの組み合わせにすることができる。

次に、ステップ１０３０では、インプリント型が離型される。先に説明した図７は、インプリント型を離型した後のテンプレートを示している。図示したテンプレートは、工程の初期のステップで残った残留レジスト材料も示している。

ステップ１０４０では、残っているレジスト材料がテンプレート開口部から選択的に除去され、基板が露出する。その結果として、開口部が形成されていて、インプリントレジスト層内に形成されるテンプレート表面を備えたテンプレートが形成される。その開口部は、ナノスケールサイズを有し、サイズ、形状、向き、パターンおよび位置のうちの少なくとも１つが規則的なパターンで配列されている。図８に示されているように、テンプレート５００は、基板４２０の表面の選択された部分が露出している。レジスト層の残りの部分のみが基板表面から選択的に除去される。一実施形態では、開口部は、サイズ、形状、向き、経路および位置のうちの少なくとも１つが規則的なパターンで配列されるが、複数の所定のサイズあるいは複数の所定の形状を有するようにもできる。その開口部はさらに、１つあるいは複数の所定の向きに配置されるようにしてもよい。

ステップ１０５０では、１群のナノスケール物体が、開口部を通して基板表面に近接および／あるいは接触するように、テンプレート表面に供給される。先に説明したように、図９では、テンプレート５００に供給されるナノスケール物体が示されている。一実施形態では、ナノスケール物体は、基板表面に接触あるいは近接するように、テンプレートの周囲に供給される。ナノスケール物体のうちのいくつかは、テンプレート５００の開口部の中に入り、露出した基板表面に近接あるいは接触するであろう。

一旦、物体が堆積すると、基板表面上に、ナノスケール物体の直線的な成長が開始する。テンプレート開口部は、この成長のためのガイドとしての役割を果たす。分子を付着させるために、ナノスケール物体を使うことができる。一実施形態では、ナノスケール物体は、ＤＮＡ、ポリ核酸、ポリペプチド、あるいは化学物質の層で構成される。ＤＮＡ、ポリ核酸、ポリペプチド、あるいは化学物質の層はさらに、化学的センシングに用いるとか、あるいは複雑な生体分子構造体を構成する足場材料として用いることができる。一実施形態では、テンプレートの表面に第２の１群のナノスケール物体が堆積される。第１の１群のナノスケール物体は、第２の１群のナノスケール物体とは異なるサイズを有することもできる。一実施形態では、第２の１群のナノスケール物体は、第１の１群のナノスケール物体に接触あるいは近接するように、テンプレートの周囲に供給される。

工程１０００の結果として作製されたものは、図１１に示すように用いることができるし、あるいはテンプレートを図１２で示すように基板表面から除去することもできる。この工程は、テンプレートを使って、基板上にナノスケール物体を規則的なパターンで作る方法を提供している。この方法はさらに、先に説明したものに適用することもできる。工程１０００の結果作製された構造体を用いて、以下に説明するように、ナノスケールの回路部品を製造することができる。

上記の実施形態では、図１２のナノスケール物体（または構造体)は単純な物体である。しかしながら、他の実施形態では、作製されるナノスケール物体をさらに複雑にすることができる。したがって、本発明によれば、抵抗、トランジスタ、キャパシタおよび他の部品のようなナノスケール回路材料および部品を形成することができ、それらの数、サイズ、形状、パターン、向きおよび位置を制御することができる。

一実施形態では、基板へ簡単な電気的接続を提供するのに、ナノスケール物体を使った１つの構造体を形成することができる。さらに別の実施形態では、簡単な電気的接続ではなく、電気的機能を実現する構造体を形成することもできる。それらの例には、整流、クーロン遮断、スイッチング、増幅、メモリおよびインピーダンスを含む。ナノスケール物体が接続されるか、あるいは近接して配置される任意の素子と協力し、ナノスケール物体による電気的機能を実現することができる。

テンプレートで作製されるナノスケール物体の一例はナノスケールワイヤである。テンプレートを用いて、所定の場所に、シリコンの表面からナノスケールワイヤを成長させることができる。この過程では、種材料が基板表面から露出するように、シリコン表面にテンプレートを通して種材料が供給される。その後、真空工程で触媒を使って、ワイヤの成長を開始させる。この過程の場合、ワイヤはシリコン基板の表面から外に向かって、あるいはその基板表面に対して概ね垂直に成長する。ワイヤの処理中に、ドーパントを用いて、ｐ型およびｎ型にドープされたワイヤを形成することができる。

さらに別の実施形態では、テンプレートで作製されるナノスケール物体をナノチューブにすることができる。ナノチューブを成長させるための種材料は、テンプレートの開口部内にその種材料を置くことにより、基板上に植えることができる。その後、テンプレートを除去し、成長させるチューブの種材料を基板上の適所に残すことができる。ナノチューブは導電率が高いので、そのような構造体をナノ回路の部品として有効に使うことができる。テンプレートを使うとき、ナノチューブの成長を局部的に制御できるように、表面上の所定の位置にナノチューブを配置することができる。

ナノスケール部品に種々応用できるように、数多くのテンプレートを作製することができる。たとえば、ナノスケール開口部を有するテンプレートを、対称、非対称、周期的、非周期的あるいはいくつかの他の所定のパターンで作製することができる。ナノスケール開口部は、変更することもできる。たとえば、テンプレートのナノスケール開口部は１つあるいは複数の所定のサイズあるいは形状を有することができ、１つあるいは複数の所定の向きに配置させることができる。図１４を参照すると、ナノスケール開口部が種々のサイズおよびパターンを有するテンプレートの一例１４００が示されている。図１４の左側にある物体は規則的ではなく、本発明によって形成できる種々な形状、サイズ、向き、間隔および配列を有している。テンプレート１４００の右側には、直交する向きに設定されている２つのバーニアのような構造、および直交しない向きになっている２つの円のアレイ（線状のもの)のような、本発明で形成できる規則的な構造体がある。

図１５〜図２０は、１つのテンプレート上で種々のサイズのナノスケールフィーチャを組み合わせた工程を示している。図１５は、２つの異なるサイズの開口部によって形成された周期的なパターンを有するテンプレートを示している。構造体１５００は、基板１５２０上にテンプレート１５１０を含んでいる。テンプレート１５１０は、開口部が２つの異なるサイズからなり、周期的になっているパターンを提供している。開口部１５３０のような大きい方の開口部は、テンプレート１５１０内に大きな長方形の空間を与える。開口部１５４０のような小さい方の開口部は、テンプレート１５１０内に小さな長方形の空間を与える。

図１６を参照すると、それぞれ大きい方の開口部に対応するサイズを有した１組のナノスケール物体が、開口部１５３０のような大きい方の開口部を通して基板表面１５４５に接触あるいは近接するように、テンプレート１５１０に供給される。ナノスケール物体のうちのいくつかは、基板表面１５４５上のテンプレート１５１０の開口部に入るであろう。たとえば、大きい方の開口部である開口部１５３０内に１つの物体１５５０が示されている。物体１５６０のような他の物体は、テンプレート表面１５１５上に留まる場合がある。テンプレート１５１０の全てあるいは概ね全ての大きい方の開口部が満たされるまで、物体を供給し続ける。テンプレート表面１５１５上に留まった、物体１５６０のような大きな物体はその後、図１７に示されるように、ブラシ１５７０でテンプレート表面１５１５から除去できる。ブラッシングの行為は、テンプレート表面１５１５上の物体が、空いた開口部内に入るのを助けることにもなる。

図１８を参照すると、小さい方の１群のナノスケール物体が、開口部１５４０のような小さい方の開口部を通して基板表面１５４５に接触するように、テンプレート１５１０に供給される。ナノスケール物体のうちのいくつかは、基板表面１５４５上のテンプレート１５１０の小さい方の開口部に入るであろう。たとえば、小さい方の開口部である開口部１５４０内に１つの物体１５９０が示されている。物体１５８０のような他の物体が、テンプレート表面１５１５の上に留まる場合がある。テンプレート１５１０の全ての小さい方の開口部が満たされるまで、物体を供給し続けることができる。テンプレート表面１５１５上に留まった、物体１５８０のような小さな物体は、その後、図１９に示すように、ブラシ１５７０でテンプレート表面１５１５から除去することができる。大きな物体と同様に、ブラッシング工程は、小さな物体がテンプレート１５１０の小さい方の開口部に入るのを助ける場合がある。図２０を参照すると、開口部１５４０のような全ての小さな開口部、および開口部１５３０のような大きい方の開口部が物体で満たされたテンプレート１５１０が示されている。その後、テンプレート１５１０は除去することができる（図示せず）。別法では、図２０に示すように、テンプレート１５１０を適所に残すこともできる。

図２１を参照すると、図１に示された構造体を作製するテンプレートが示されている。テンプレート１６００は基板１１０の上に配置されている。テンプレート１６００は、概ね真直ぐな線状に６つのナノスケール物体１２０を収容する開口部を含んでいる。一実施形態として、その構造体を接続リンクとして用いることができる。

さらに別の実施形態として、図２２は、テンプレート２０００および基板２０１０を示している。テンプレート２０００は、３つの開口部２０２０、２０３０および２０４０を含んでいる。各開口部は、３つの概ね真直ぐで、かつ概ね平行な線状に１０個のナノスケール物体を収容することができる。１０個のナノスケール物体２０５０が開口部２０２０内に示されている。図２３は、適切に配置された物体２０５０を示しており、テンプレート２０００が基板２０１０（図２２に示される）から除去されている。ナノスケール物体は基板２０１０上に留まっている（図２３に示される）。図２３に示される構造体のナノスケール物体は接続部あるいはワイヤとして用いられることができるか、あるいは他の構造体と交差させて格子を形成させることができる。

図２４を参照すると、別のテンプレート２１００が示されている。テンプレート２１００は、３つの開口部２１２０、２１３０および２１４０を含んでいる。開口部２１２０は、概ね真直ぐな線状に１０個のナノスケール物体を収容することができる。開口部２１３０および２１４０は、２つの概ね真直ぐな線状に相対的な大きなサイズの４つのナノスケール物体を収容することができる。種々のサイズのナノスケール物体を仮定すると、そのような構造体は、図１５〜図２０に示される構造体と同じようにして製造することができる。

別の実施形態では、ナノスケールフィーチャを有するテンプレートが、２つの構造体を位置合わせさせるのに使われる。図２５は、２つのテンプレート２１６０および２１７０の側面図である。これらのテンプレートは、サイズおよび形状が等しくなっている。テンプレート２１６０および２１７０はいずれも、それぞれ開口部２１６５および２１７５を有する。ナノスケール開口部２１６５および２１７５はサイズが等しく、テンプレート２１６０および２１７０上で相対的に同じ位置に配置されている。他の実施形態では、ナノスケール開口部が異なるサイズを有している。互いに対面するナノスケール開口部２１６５および２１７５が示されている。ナノスケール物体２１８０が、テンプレート２１６０のナノスケール開口部２１６５内に配置されている。ナノスケール物体２１８０は、ボールベアリングの役割をして、２つのテンプレート２１６０および２１７０の位置合わせを容易にするであろう。

図２６は、テンプレート２１６０の上にテンプレート２１７０が配置されて、２つのナノスケールの開口部２１６５および２１７５（図２５に示される）が位置合わせされ、開口部２１８５を形成している状態を示している。テンプレート２１６０上にテンプレート２１７０を配置する際に、ナノスケール物体２１８０は、ボールベアリングの役割を果たす。テンプレート２１６０上でテンプレート２１７０を動かしている間に、ナノスケール物体２１８０は、双方のナノスケール開口部２１６５と２１７５（図２５に示される）とが位置合わせするのを容易にしている。結果として、２つのテンプレートは、その個々のナノスケール開口部の場所を適切に位置合わせすることができる。ナノスケール物体２１８０はテンプレート２１７０を保持し、テンプレート２１７０がテンプレート２１６０と位置合わせしている状態から外れるのを防いでいる。説明したようにナノスケール開口部でのボールベアリングの役割を使って、種々の構造体の位置合わせができる。したがって、ナノスケール物体は、１つのテンプレートが第２のテンプレートあるいは別のテンプレートに対して位置合わせする際に、ボールベアリングとしての役割を果たしている。テンプレート２１６０および２１７０が位置合わせされると、ナノスケール物体２１８０によって、２つのナノスケール開口部２１６５および２１７５が必然的に真直ぐに並べられることになる。さらに、ナノスケール物体２１８０が障害物としての役割を果たし、テンプレートが位置合わせした状態からずれるのを防ぐので、２つのナノスケール開口部は真直ぐに並んだままでとなる。この特徴は、ナノスケール開口部と物体を使った構造体で位置合わせするのに使うことができる。

本発明の実施形態としての別な有用な応用形態は、ナノスケール物体の層状化を実現することである。たとえば、テンプレート内のナノスケール開口部のサイズおよび形状は、異なる段に配置された層を含むように構成することができる。この特徴によって、１つのテンプレートでナノスケール物体あるいは材料を層状にするのが容易になるであろう。

図２７は、本発明の一実施形態として、それぞれ異なる段に２つの異なるサイズのナノスケール物体を収容できるナノスケール開口部を備えたテンプレートの断面図を提供している。テンプレート２２００はナノスケール開口部２２０５を備えている。ナノスケール開口部２２０５の下側の段はナノスケール物体２２１０を含んでいる。ナノスケール開口部２２０５の上側の段はナノスケール物体２２２０を含んでいる。ナノスケール開口部２２０５の上側の段は下側の段よりも大きく、それゆえ、ナノスケール開口部２２０５の下側の段よりも相対的に大きなナノスケール物体を収容している。この実施形態が有用である１つの理由は、この実施形態が、小さい方の物体を最初に収容し、大きい方の物体を後に収容するのが容易なことである。

多段のナノスケール開口部内の各段を満たすのに材料を変えることができる。ナノスケール開口部内のこの多段フィーチャは、たとえば、半導体製造のような種々の分野において適用できる。半導体製造では、基板内で種々の材料を層状にするのが有用である。１つのナノスケール開口部２２０５が図２７には示されているが、１つのテンプレート内に多数の開口部を配置することができる。ナノスケール開口部２２０５内に２つの段が示されているが、他の実施形態では、個々のナノスケール開口部内にさらに多くの段を設けることができる。

本発明の実施形態である別な有用な応用形態は、テンプレート内のナノスケール開口部を使って、電気回路の異なる段にある２つの層を橋絡することである。導電性のナノスケール物体で満たすと、ナノスケール開口部は、テンプレートを通り抜けて電気的接続させるためのバイアとしての役割を果たさせることができる。その際、ナノスケール物体は、テンプレートのナノスケール開口部によって作られたバイア内に配置されている。また、異なる段にあるワイヤを分離することもできる。

本発明の実施形態によれば、ナノスケール物体をうまく配置することにより、電子デバイスを接続することができる。一実施形態では、ナノスケールフィーチャを有するテンプレートは、種々の電子素子とデバイスとの間の電気的接続を作るのに使われる。図２８に示すように、ナノスケール開口部２３１０および２３２０を有するテンプレート２３００が示されている。テンプレート２３００は、第１の１群のワイヤ２３３０、２３４０上に配置されている。第１の１群のワイヤ２３３０、２３４０は、第１の１群の電子素子（図示せず）に接近して配置されている。第１の１群のワイヤ２３３０、２３４０は第１の１群の電子素子に接続されている。ナノスケール開口部２３１０、２３２０は、第１の１群のワイヤ２３３０、２３４０の上に配置されている。ナノスケール開口部２３１０、２３２０はそれぞれ導電性のナノスケール物体２３６０、２３５０を含んでいる。導電性のナノスケール物体２３５０、２３６０はそれぞれ第１の１群のワイヤ２３３０、２３４０と接触している。導電性のナノスケール物体２３５０、２３６０を、テンプレート２３００の上側表面から突出させることができ、テンプレートの第１の１群のワイヤ２３３０、２３４０とは反対側に位置するワイヤあるいは他の部品と電気的に接触するように露出している。

導電性のナノスケール物体２３５０、２３６０上には、第２の１群のワイヤ２３７０、２３８０が配置されている。第２の１群のワイヤは第２の１群の電子素子（図示せず）に近接して配置されている。この実施形態では、ナノスケールバイアを形成する手法が示される。基板表面がワイヤによって覆われ、その上に、スルーバイアにナノ微粒子を有するテンプレートが設けられ、最終的に、その上に第２の１群のワイヤが設けられて、スルーバイアを通して２つの群のワイヤの間を接触する構造体が示されている。構造体あるいは応用形態に応じて、下側の段（複数も可）、上側の段（複数も可）、両方の段に回路素子が存在する場合もあり、いずれの段にも存在しない場合もある。第１の１群の電子素子は、第２の１群の電子素子とは異なる段に配置されている。第２の１群のワイヤ２３７０、２３８０は導電性のナノスケール物体２３５０、２３６０と接触している。導電性のナノスケール物体２３５０、２３６０は第２の１群のワイヤ２３７０、２３８０と第１の１群のワイヤ２３３０、２３４０との間を電気的に接触させる。結果として、第１の１群の電子素子が第２の１群の電子素子とが電気的に接続される。したがって、本発明の実施形態によれば、ナノスケールフィーチャおよび構造を有するテンプレートを使って、電子素子およびデバイスを接続することができる。テンプレートのナノスケールフィーチャは、テンプレートを貫通するバイアを備えることができる。そのバイアを用いて、ワイヤを、あるいは電気デバイスを接続することができる。

別の実施形態では、テンプレート内に置かれる導電性のナノスケール物体は、その表面に絶縁性酸化物を有する。したがって、このように構成した各接続が、クーロン遮断の原理に基づいて作用する新規なデバイスとなる。材料を接触させる他の構成として、適切に、層状に配置したテンプレートを利用することもできる。そのようなデバイスは特定の外部電圧でのみ電流が流れ、極めて非線形性で、ステップ状の電流−電圧特性を有する。そのデバイスは、トランジスタあるいは閾値スイッチとして用いることができる。

色々な応用形態で、本発明が多数の用途に使われることを示している。上記のように、本発明は色々な電気的な技術分野に応用できる。ナノスケールフィーチャを有するテンプレートが応用される別な分野としては、バイオテクノロジーの分野がある。図２９は、本発明の一実施形態を示しており、複雑なＤＮＡ構造体を構成するのに、テンプレートが利用されたものである。テンプレート２４００を使って、基板２４５０上にナノスケール開口部のパターンが作製されている。テンプレート２４００が置かれている基板２４５０の表面は、種々の材料で構成することができる。基板２４５０の表面材料の一例はレジスト材料である。

テンプレート２４００上の開口部のサイズは、ナノスケールである。ナノスケール物体２４１０がテンプレートのナノスケール開口部２４０５、２４２５に挿入されている。特有なリンカー分子２４１５、２４３５がそれぞれ、ナノスケール物体２４１０、２４３０に付着している。ナノスケール物体２４１０、２４３０はそれぞれ特有なリンカー分子２４１５、２４３５と繋がれる。この実施形態は、分子を基板上に正確に配置することが望ましい、ＤＮＡの足場(scaffolding)への応用形態を示している。別の応用形態は、ナノスケール物体をセンサ受容器と結び付けることであろう。特有なリンカー分子２４１５、２４３５は種々の構造体がナノスケール物体２４１０、２４３０に付着するのを容易にさせる。一実施形態では、この付着は、特有なリンカー分子２４１５、２４３５をそれぞれナノスケール物体２４１０、２４３０に接触させることによって達成される。接触すると、ナノスケール物体２４１０、２４３０は特有なリンカー分子２４１５、２４３５に付着する。

ＤＮＡオリゴマー２４２０に付着している特有のリンカー分子２４１５が示されている。ＤＮＡオリゴマー２４２０と特有のリンカー分子２４１５が接触して付着することで、付着が作り出される。特有のリンカー分子２４１５に付着させたＤＮＡオリゴマー２４２０を使って、その構造体をさらに積み重ねることができる。

ナノスケール物体２４３０に付着した特有のリンカー分子２４３５が示されている。その図のさらに上の方では、ＤＮＡオリゴマー２４４０が特有のリンカー分子２４３５に付着している。ＤＮＡテンプレート（足場）２４４５が付着しているＤＮＡオリゴマー２４４０が示されている。ＤＮＡオリゴマー２４４０およびＤＮＡ足場２４４５を組み合わせることにより、ダイマーが形成される。ダイマーは、２つの類似の（必ずしも全く同じではない）サブユニットからなる分子である。この実施形態では、基板表面上にオリゴマーを正確に配置することが可能になる。このような構造体は、さらに複雑なＤＮＡ構造体を作り出すのに用いることができ、又生物学的なセンシングへ応用することもできる。

こうして、ナノスケール物体の線形あるいは非線形な成長を基板表面上で開始させることができる。ナノスケール物体は分子を付着させるのに用いることができる。一実施形態では、ナノスケール物体は、ＤＮＡ、ポリ核酸、ポリペプチド、あるいは有機物質の層で構成される。ＤＮＡ、ポリ核酸、ポリペプチド、あるいは化学物質の層は、さらに化学的なセンシングへの適用、あるいは複雑な生体分子構造体を構成する足場材料として、用いることができる。

これまで説明してきたように、ナノスケールの半導体および導体材料をうまく選択することにより、有用な電子部品を製作することができる。テンプレートは、ナノスケール物体を一次元のラインに並べるとか、ナノスケール物体にブランケット(被覆)を与えるように構成することができる。微粒子からなるこれらのラインあるいはブランケットは、微粒子の他のラインあるいはブランケットと重ね合わせるか、近接させて配置することにより、ナノスケール物体の他のラインあるいはブランケットと接触するように構成することができる。それらは、中間材料を使った橋絡接触を利用することによって接触するように構成することもできる。適切に配置され、必要であれば反復過程で層状に被着したテンプレートを使って、材料を接触させる他の構成にも利用することができる。

本発明の実施形態によっては、テンプレートを使って３次元の部品あるいはデバイスを作製することもできる。種々のテンプレートを使って、表面のある場所にナノスケール物体を正確に置くことにより、ナノスケール物体の異なる層をその表面上に被着することができる。また、微粒子あるいは他の材料でできた別な層を積み重ねて、３次元の部品あるいはデバイスを作製することができる。テンプレートを用いるとき、設計者は、各層を個別に調整して、電気回路あるいは他に応用される３次元の部品を作製することができる。

たとえば、異なる電気的特性を有する２つの材料を重ね合わせることにより、２端子デバイスを作製することができる。一実施形態では、テンプレート内のナノスケール開口部内に配置されるナノスケール物体あるいはナノワイヤを使って、電気回路内の２つの異なる段を橋絡するバイアを作ることができる。別の実施形態では、テンプレートによって堆積された半導体材料からなる第１の層と、その後に堆積される金属あるいは導電性材料からなる第２の層から、２端子デバイスを形成することができる。このような材料によって、トンネル接合あるいは量子ドットを作製することができる。２端子デバイスは、ショットキーダイオードのようなダイオード、材料の電荷密度の差が影響する整流を生じる金属半導体接触構造とすることができる。その一例は、アルミニウム／シリコンの界面を有するショットキーダイオードである。別の例としては、シリサイドのような、金属／半導体の界面を有する化合物である。別の実施形態では、異なる磁気特性を有する材料を使って、有用な電気的構造体を形成することができる。たとえば、ＦｅあるいはＣｏからなる磁性ナノワイヤを作製し、磁気記憶媒体に用いることができる。

前述の方法およびシステムでは、ナノインプリントリソグラフィが利用されている。ナノインプリントリソグラフィは、フォトレジストのような層の任意の所望の場所に、ナノスケール開口部をインプリントあるいは形成する能力がある。この能力によって、当業者は、複雑で対称なパターン、非対称なパターンあるいはその両方が共存するものを設計できるようになる。説明した方法およびシステムは、後の工程で用いることができるナノスケールフィーチャを備えた基板をパターニングできる方法を提供する。本発明は、ナノスケール物体の数、サイズ、形状、向き、パターンおよび位置を制御して、基板上にナノスケール物体を作製できる。

ナノスケール物体の数、サイズ、形状、パターン、向きおよび位置を制御して、基板上にナノスケール物体を作製する方法を参照しながら、本発明を説明してきた。本発明の範囲は、工程、ある工程から生まれる製造物、構造、装置、システム、デバイスあるいは方法に及ぶ。しかしながら、本発明がより広い有用性を有することは当業者には理解されよう。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施形態を実施することもできる。

本発明の一実施形態による構造体の図である。 本発明の一実施形態による、作製されたウェーハの図である。 本発明の一実施形態による型の側面図である。 本発明の一実施形態による型の平面図である。 本発明の一実施形態による、レジスト層上にパターンを打ち抜くために用いられる型の図である。 本発明の一実施形態による、型と基板との間に介在するテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、構造体から取り出された型の図である。 本発明の一実施形態による、テンプレートおよび基板から除去される、残されたレジスト材料の図である。 本発明の一実施形態による、基板に付着したテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、テンプレートの開口部内に堆積されるナノスケール物体の図である。 本発明の一実施形態による、ブラッシングされたテンプレートの表面の図である。 本発明の一実施形態による、テンプレートの開口部が物体で満たされた、基板およびテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、基板上のナノスケール物体の図である。 テンプレートを用いて、基板上にナノスケール物体の規則的なパターンを作る方法を達成するための工程を示す流れ図である。 本発明の一実施形態によるテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、基板上のテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、基板上のテンプレートに供給されるナノスケール物体の図である。 本発明の一実施形態による、ナノスケール物体がテンプレートからブラッシングされた、基板およびテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、基板上のテンプレートに供給されるナノスケール物体の図である。 本発明の一実施形態による、ナノスケール物体がテンプレートからブラッシングされた、基板およびテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、テンプレートの開口部が物体で満たされた、基板およびテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、テンプレートが１つの開口部を含む、基板およびテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、テンプレートが３つの開口部を含む、基板およびテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、基板上のナノスケール物体の図である。 本発明の一実施形態による、テンプレートが３つの開口部を含む、基板およびテンプレートの図である。 本発明の一実施形態による、２つの表面を位置合わせするために用いられる構造体の図である。 本発明の一実施形態による、２つの表面を位置合わせするために用いられる構造体の図である。 本発明の一実施形態による、それぞれ異なる段に２つの異なるサイズのナノスケール物体を収容することができるナノスケールの開口部を有する構造体の図である。 本発明の一実施形態による、電子素子の異なる段間の電気的接続を作り出すために用いられる構造体の図である。 本発明の一実施形態による、ＤＮＡ構造体を構成するために用いられるテンプレートの図である。

符号の説明

１００ 構造体
１１０、４２０、２０１０ 基板
１２０、９１０、９２０、２０５０、２３５０ ナノスケール物体
２００ ウェーハ
２２０ 電子ビーム
３００ 型
３４０ 歯
４００ ウェーハ構造体
４１０ レジスト層
５００、１５１０、１６００、２０００、２１００、２４００ テンプレート
８１０、９３０、１５３０、２０２０、２１２０、２３１０ 開口部
２３３０、２３４０、２３７０、２３８０ ワイヤ

Claims (32)

1. テンプレートが、開口部の形成されているレジスト層を備え、ナノスケール物体を制御してアセンブリを構成させることを特徴とする、基板に配置されるナノスケールフィーチャを備えたパターンを形作っているテンプレートが形成された構造体。
2. 前記ナノスケール物体が前記テンプレートの周囲で、前記基板の近くに配置されるのを、前記テンプレートが助けるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
3. 前記ナノスケール物体は除去しないで、前記テンプレートが前記基板から除去されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
4. 前記テンプレートは、前記開口部を通して前記ナノスケール物体を成長させるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
5. 前記テンプレートは、前記開口部を通して前記基板の表面から外に向かってナノスケールワイヤを成長させるように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の構造体。
6. 前記テンプレートは、前記テンプレートの前記開口部を通して前記基板の前記表面に対して所定の向きに前記ナノスケール物体を成長させるように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の構造体。
7. 前記テンプレートは、前記開口部で前記ナノスケール物体が堆積するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
8. 前記ナノスケール物体は、加熱されると融着するように構成されている薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
9. 前記ナノスケール物体は、ラングミュア−ブロジェット、自己組織化、蒸着、電気めっき、無電解めっき、浸漬、噴霧、物理結合あるいは化学結合のうちの少なくとも１つの方法によって前記テンプレート上に堆積されることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
10. 前記ナノスケール物体は、分子膜、電気めっきされた薄膜、ナノワイヤ、ナノ微粒子、ナノロッド、ナノチューブ、フラーレン、ウイルス微粒子、ポリ核酸、ポリペプチド、タンパク質、ＤＮＡ、多量のポリ核酸および液体のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
11. 前記開口部のうちの少なくとも１つのサイズおよび形状は、特定範囲のサイズのナノスケール物体を除外することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
12. 前記開口部のうちの少なくとも１つのサイズおよび形状は、１つの開口部に特定のサイズの複数のナノスケール物体を収容し、別の開口部に別のサイズのナノスケール物体を収容することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
13. 前記開口部のうちの少なくとも１つのサイズおよび形状は、所定の最大数のナノスケール物体を収容することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
14. 前記開口部のうちの少なくとも１つのサイズ、形状および位置は、概ね所定の向きに配列された複数のナノスケール物体を収容することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
15. 前記開口部のうちの少なくとも１つのサイズおよび形状は、前記ナノスケール物体を所定範囲の向きに収容することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
16. 前記開口部のうちの少なくとも１つのサイズおよび形状は、１つの開口部の個別の段に異なるサイズのナノスケール物体を収容することを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
17. 大きな開口部に小さな開口部を有し、異なるサイズの開口部に異なるサイズのナノスケール物体を収容する多段のナノスケール開口部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
18. 前記構造体は、部品の置かれている基板上に配置され、前記テンプレートは、開口部が形成されているレジスト層を備え、前記開口部は、前記ナノスケール物体を前記部品と接触させ、前記基板の反対側の前記テンプレート表面に前記部品を電気伝導可能に露出させるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
19. 前記構造体は、部品が配置されている基板上に配置され、前記テンプレートが、開口部の形成されたレジスト層を備え、前記開口部は、前記部品を前記基板と反対側にある前記テンプレートの表面上に位置する他の部品と接触させ、前記部品を電気伝導可能に露出させるように前記ナノスケール物体を配置させる構成であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
20. 前記構造体は、導電性ワイヤが配置されている基板上に配置され、前記テンプレートは、スルーバイアが形成されたレジスト層を備え、前記基板と反対側にある前記テンプレートの表面上に配置されている導電性ワイヤと接触させ、前記導電性ワイヤを電気伝導可能に露出させるように前記ナノスケール物体を配置させるのを助ける構成であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
21. 基板表面上にナノスケールフィーチャの規則的なパターンを備えたテンプレートと、
    前記ナノスケール物体が前記基板表面に接触するか、近接するように、前記テンプレートの周囲にナノスケール物体を供給する手段とを含むことを特徴とする、基板表面上にナノスケールフィーチャの規則的なパターンを備えた構造体を形成するシステム。
22. 型を使ってテンプレートを作製する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
23. 型を使ってテンプレートを作製する前記手段は、ウェーハを前記規則的なパターンと逆に彫刻することにより型を作製する手段を含むことを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
24. 型を使ってテンプレートを作製する前記手段は、ウェーハを前記規則的なパターンに対して相補的な形状に彫刻することにより型を作製する手段を含むことを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記ウェーハは、金属、シリコン、プラスチック、ガラスおよび石英のうちの１つで構成されることを特徴とする、請求項２３に記載のシステム。
26. 型を使ってテンプレートを作製する前記手段は、電子ビームを用いてウェーハから型を作製する手段を含むことを特徴とする、請求項２４に記載のシステム。
27. テンプレートを作製する前記手段は、熱インプリントリソグラフィを使ってテンプレートを作製する手段を含むことを特徴とする、請求項２４に記載のシステム。
28. 前記ナノスケールフィーチャは前記テンプレートを貫通するバイアを設けていることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
29. 前記基板上に置かれている伝導手段と、ナノスケール微粒子を収容して、前記テンプレートの反対側に前記伝導手段を電気伝導可能に露出させる、前記テンプレートのスルーバイアとをさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
30. 前記基板上に置かれている伝導手段と、ナノスケール微粒子を収容して、前記テンプレートの反対側に配置されている他の伝導手段に前記伝導手段を電気伝導させるように露出させる、前記テンプレート内のスルーバイアとをさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
31. 前記バイアは、ナノスケール微粒子が前記バイアに堆積されると、前記テンプレートの反対側に配置されているワイヤを接続することを特徴とする、請求項２８に記載のシステム。
32. 第２の１群のナノスケール物体が第１の１群のナノスケール物体に接触するか、近接するように、前記テンプレートの周囲に前記第２の１群のナノスケール物体を供給する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。

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