JP2024508155A - 基板上でのナノワイヤのガルバニック成長 - Google Patents

Abstract

複数のナノワイヤ（２）を基板（３）上にガルバニック成長させる装置（１）である。装置（１）は、基板ホルダ（４）と、基板ホルダ（４）用の収容部（５）とを備える。装置（１）は、基板ホルダ（４）が基板（３）と共に収容部（５）に収容されているときに、複数のナノワイヤ（２）を基板（３）上に成長させるように構成されている。基板ホルダ（４）は、ナノワイヤ（２）の成長に影響を及ぼすように構成されている電子部品（６）を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のナノワイヤを基板上にガルバニック成長させるための装置及び方法に関する。

ナノワイヤを生成することが可能な装置及び方法が知られている。例えば、ガルバニックプロセスにより、又は、薄膜技術から知られている方法にを用いて、ナノワイヤを得ることができる。公知の方法の多くは、複雑な機械を必要とするのが一般的であり、特に、実験室及びクリーンルーム内でしか使用されない（使用できない）。特に、公知の方法のほとんどは工業用には適さない。

また、公知の装置及び方法の多くは、得られる各ナノワイヤが特性の点でばらつきが大きく、特に品質に関してばらつきが大きいという欠点を有する。一般的に、異なる成長プロセスから得られたナノワイヤは、同一又は同じ機械や出発材料や作り方を用いたとしても、部分的に非常に異なっている。しばしばナノワイヤの品質は、特に対応する装置のユーザ又は対応する方法のユーザの技能や、環境的な影響や、単なる偶然に依存する。これらは全て、ナノワイヤが光学顕微鏡でも可視化できないことがある構造体であるということから、さらに悪化する。そのため、前述の特性（及び特にそのばらつき）をそもそも検出できるようにするために、手間のかかる試験が必要となることがある。

上記に基づき、本発明の目的は、特に一定の品質で、複数のナノワイヤを製造するための装置及び方法を提供することである。

前記の目的は、独立請求項に記載の装置及び方法によって達成される。従属請求項はそれぞれ、さらに有利な構成を示している。特許請求の範囲及び明細書に詳述する特徴は、技術的に有意な任意の態様で互いに組み合わせ可能である。

本発明によれば、複数のナノワイヤを基板上にガルバニック成長させる装置を提供する。本装置は、基板ホルダと、基板ホルダ用の収容部とを備え、装置は、基板ホルダが基板と共に収容部に収容されているときに、複数のナノワイヤを基板上に成長させるように構成されており、基板ホルダは、ナノワイヤの成長に影響を及ぼすように構成されている電子部品を有する。

本装置により、ナノワイヤを生成できる。本明細書におけるナノワイヤとは、数ナノメートルから数マイクロメートルの範囲のサイズをワイヤ状の任意の材料体を意味するものと理解されるべきである。ナノワイヤは、例えば円形状、楕円形状、多角形状の底面を有してもよい。特に、ナノワイヤは六角形状の底面を有してもよい。

ナノワイヤは、１００ｎｍ［ナノメートル］～１００μｍ［マイクロメートル］の範囲の長さ、特に５００ｎｍ～６０μｍの範囲の長さを有することが好ましい。さらに、ナノワイヤは、１０ｎｍ～１０μｍの範囲の直径、特に３０ｎｍ～２μｍの範囲の直径を有することが好ましい。本明細書における「直径」という表現は円形の底面に関するものであり、これから逸脱する底面の場合には、同様の直径の定義を用いるものとする。使用される全てのナノワイヤが同じ長さ及び同じ直径を有することが特に好ましい。

本装置は、様々な種類のナノワイヤ材料に使用可能である。ナノワイヤの材料としては、導電性材料が好ましく、特に、銅、銀、金、ニッケル、スズ、白金等の金属が好ましい。しかし、金属酸化物等の非導電性材料も好ましい。全てのナノワイヤは、同じ材料から形成されていることが好ましい。

ナノワイヤは、本装置の基板の表面上で成長させてもよい。表面は、導電性に構成されていることが好ましい。そうではなくて基板の表面が非導電性の基板の一部である場合は、金属被覆等によって導電性を実現してもよい。例えば、非導電性の基板を金属の薄膜で被覆することが可能である。金属被覆によって、特に電極層を生成することが可能である。基板の表面又は電極層又はその両方の材料によっては、好適には、基板の表面と電極層との間に接着層を提供してもよく、この接着層は表面と電極層との接着を促進する。

基板の表面は導電性であるため、ナノワイヤのガルバニック成長用の電極として使用できる。この基板は、特に、シリコン基板を使用することができる。この基板は、特に、導電性の構造体を備えた本体とすることができる。この本体には、特に、シリコンチップ又はいわゆるプリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）使用することができる。

前述の装置によって、基板の表面上のホイルの孔の中にナノワイヤをガルバニック成長させることができる。このために、電解液が使用される。ナノワイヤの成長中、基板の当該表面にホイルが密接し且つこのホイル全体に電解液が均一に広がっていると、ナノワイヤを特に一定品質で設けることができる。これは、スポンジ等の、電解液に対して透過性を有する弾性要素を、ホイル上に載置することで実現することができる。この弾性要素を通して電解液をホイルの上に供給でき、ホイルは、基板の表面の上に保持されることができる。

ホイルは、ナノワイヤの成長を開始する前に、基板の成長させる表面に載置されることが好ましい。ホイルは、好ましくは、プラスチック材料で形成されており、特にポリマー材料で形成されている。特に、ホイルは、滑らないように表面に接続されていることが好ましい。これは、成長させたナノワイヤの品質を低下させる可能性がある。

ホイルは、複数の貫通孔を有し、その孔でナノワイヤを成長させることができる。孔がホイルの中を通って延在していることにより、ホイルの上側からホイルの下側に続く流路が孔によって形成される態様が実現することが好ましい。特に、孔が円筒形状であることが好ましい。しかし、孔が湾曲した輪郭を有する流路として形成されていてもよい。孔は、例えば円形状、楕円形状、多角形状の底面を有してもよい。特に、孔は六角形状の底面を有してもよい。孔は、均一に構成されていることが好ましい（つまり、孔は、サイズ、形状、配置、及び間隔の少なくとも１つに関して隣接する孔と異なっていないことが好ましい）。ナノワイヤが成長しているとき、孔にはガルバニック堆積した材料が（特に完全に）充填されていることが好ましい。このようにして、ナノワイヤは、孔のサイズ、形状、及び配置のものとなる。このようにホイル又はその中の孔を選択することによって、成長させるナノワイヤの特性が決まる、又は、成長させるナノワイヤの特性に影響を与えることができる。したがって、ホイルは「テンプレート」、「テンプレートホイル」、又は「パターン」とも呼ばれることがある。

本装置は、基板ホルダと、この基板ホルダ用の収容部とを備える。基板は、基板ホルダによって保持可能であり、基板ホルダと共に収容部内に収容可能である。基板ホルダが基板と共に収容部に収容されると、この基板上にナノワイヤを成長させることができる。このようにするために、基板の成長させる表面に電解液を接触させられるように、基板ホルダが形成されていることが好ましい。このために、基板ホルダは、例えば、基板をその中に載置できる凹部を有してもよい。基板の成長させる表面が電解液によって完全に覆われるように、この凹部に電解液を導入することができる。

本装置は、好ましくは、ハウジングを有し、このハウジング内に収容部が形成されている。この点に関して、本装置は、コンパクトな機械とみなすことができる。ハウジングは、好ましくは、チャンバを備えており、このチャンバ内に収容部が配置されている。この場合、基板ホルダを収容部へ挿入することによって、基板ホルダをチャンバへ導入してもよい。チャンバは、閉鎖可能であることが好ましい。例えば、チャンバは、ハウジング壁に設けられた開口部を介してアクセス可能であってもよく、それにより、この開口部を通して、基板ホルダをチャンバへ挿入したり、収容部へ挿入したりすることができる。開口部は、例えばフラップによって、閉鎖可能であってもよい。閉鎖された状態において、チャンバは、液密且つ気密であることが好ましい。そうすれば、ナノワイヤの成長に望ましい雰囲気をチャンバ内に生じさせることができる。さらに、チャンバからの化学物質の漏出を防止することができる。チャンバはロック可能であることが好ましい。そうすれば、開口部は、例えばフラップによって閉じることができ、フラップは、ロック機構によってその位置に保持されることができる。その結果、成長プロセス中にチャンバが不意に開放されてしまうことを防止できる。チャンバは、ナノワイヤを成長させるときに使用される化学物質に耐えられる材料、例えば鋼鉄製又はプラスチック製の、境界囲壁の中に形成されていることが好ましい。

チャンバは、少なくとも１つの化学物質用の個別の供給口を有することが好ましい。例えば、これにより、ナノワイヤを成長させるために使用される電解液を供給してもよい。この電解液は、対応する供給口から基板ホルダの凹部に導入されてもよく、これにより、例えば、基板ホルダの凹部に配置された基板に電解液が接触する。さらに、水用の供給口、特に脱イオン水（ＤＩ水）用の供給口が設けられてもよい。これは、ナノワイヤの成長が完了した後に、基板を濯ぐために使用することができる。これにより、電解液の残留分が基板と共に本装置から出でしまうことを防止することができる。さらに、チャンバは、少なくとも１つの出口を有することが好ましい。このように、例えば、ナノワイヤの成長が完了した後に電解液をチャンバから出すことができる出口を設けることができる。濯ぎに使用される水用の出口も設けることができる。電解液及び水は、同じ出口を介して又はそれぞれ異なる出口を介して、チャンバから出すことができる。

さらに、チャンバは、通気口を有することが好ましい。これにより、チャンバ内のガスをチャンバから出すことができる。したがって、チャンバを開いたときチャンバから漏出する有害ガスからユーザを保護することができる。これらのガスは、通気口を介してチャンバから吸い出すことができ、新鮮な空気又は不活性雰囲気等と置換することができる。吸い出されたガスを、例えば洗浄してもよい。さらに、ナノワイヤの成長用に構成された電極がチャンバ内に配置されていることが好ましい。したがって、ナノワイヤを成長させるために、基板の成長させる表面と電極との間に、電圧が印加され得る。電極は、ラムに接して保持されていることが好ましい。ラムは、自動的に移動可能であることが好ましい。したがって、ナノワイヤを成長させるために、ラムを使用して電極を電解液に接触させることができる。これは、ホイルの上に載置されたスポンジ等の弾性要素を、ラムによってホイルに押し当ててもよい。このように、ホイルをその位置に保持することができる。ラムは、電解液分配部をさらに有してもよい。したがって、基板の成長させる表面に、ラムを介して電解液を供給できる。電解液分配部は、出口側に、複数の出口を有してもよく、これにより、基板の成長させる表面に電解液分配部を介して均一に電解液を供給することができる。電極は、電解液分配部の出口側に形成されてもよい。したがって、これら出口は、電極内の対応する貫通開口部に繋げることができ、これにより、電解液が各貫通開口部を介して電極を通過することができる。

基板ホルダは、引き出しとして構成されていることが好ましい。このことは、基板ホルダを収容部に押し込むことができることを意味し、例えば、収容部内の側方に配置された複数のガイドレールに載せて押し込むことができる。この引き出しは、装置の残余の部分から完全に分離可能であることが好ましい。あるいは、最大延伸長を超えて引き出しを引き出せないように、引き出しを引き出せる量を最大延伸長に限定してもよい。

本装置は、基板ホルダを移動させるための駆動部を有することが好ましい。例えば、基板ホルダを手動で装填位置に移動させることができ、その位置から、駆動部によって自動的に収容部に引き込まれることができる。ナノワイヤの成長が完了した後、基板ホルダは収容部から自動的に移動可能であり、特に除去位置に移動可能である。この除去位置は、装填位置と同じであることが好ましい。この除去位置から、基板ホルダを手動で取り出すことができる。あるいは、本装置は、基板ホルダを完全に手動で収容部から且つ収容部に移動させるように構成されていてもよい。自動的に移動する基板ホルダであるか又は手動で移動させる基板ホルダであるかの選択に応じて、基板ホルダ用の駆動部を有する本装置を作動させることも考えられる。

本装置は、基板ホルダを収容部内に拘束するための拘束機構を有することが好ましい。拘束機構は、動作状態と停止状態とを有するように構成されていることが好ましい。したがって、拘束機構は、オンオフを切り換えることが可能である。このようにするために、例えば、オンに切り換えられている状態で基板ホルダを収容部内に保持する電磁石が設けられていてもよい。このように、ナノワイヤを成長させる間、基板ホルダを収容部内に拘束機構によって固定することができる。ナノワイヤの成長が完了した後、拘束機構を停止することができ、基板ホルダを収容部から取り出すことができる。

本装置は、クリーンルーム要件に準拠して構成されていることが好ましい。本装置がクリーンルーム内で使用される場合は、本装置によって成長させたナノワイヤを、チャンバから基板ホルダを取り出した後も保護することができる。

基板ホルダは、ナノワイヤの成長に影響を及ぼすように構成された電子部品を有する。このために、電子部品によって以下のようなパラメータが監視してもよく、例えば、基板の成長させる表面の温度、この温度の分布、電解液の充填レベル、ナノワイヤの成長に使用される電流の電流強度などが挙げられる。さらに、電子部品は、電解液を識別するように構成されていてもよい。したがって、例えば、目当ての電解液以外の電解液が検出されたら応答があるようにしてもよい。電解液の組成も電子部品によって判定することができる。また、電子部品は、プロセスシーケンスの監視又は制御又はその両方に寄与するように構成されていてもよい。

本装置は、指定された１つ又は複数の前提条件が満たされたことが電子部品によって検出されたときにのみ、ナノワイヤの成長が開始するように、構成されていることが好ましい。したがって、例えば、電子部品は、正しい基板ホルダが収容部に挿入されたかどうかをチェックするために使用できる識別情報を有してもよい。また、保守作業が必要とされる時期を電子部品に記憶しておいてもよい。この場合、指定された前提条件のうちの１つは、保守作業が現時点で何も予定されていないことであってもよい。

基板ホルダは、ヒータを有することが好ましい。ナノワイヤが成長しているときの温度に影響を及ぼすために、ヒータを使用することができる。したがって、ヒータは、電解液又は基板の成長させる表面又はその両方を加熱するように構成されていてもよい。ヒータは、電気ヒータであることが好ましい。ヒータは、基板ホルダの電子部品によって又は外部から又はその両方で、制御されてもよい。

本装置の好適な実施形態においては、基板ホルダはインタフェースを有し、基板ホルダが収容部に収容されているとき、電子部品は、このインタフェースを介して、装置の制御ユニットに接続されている。

インタフェースは、例えば、１つ又は複数のプラグイン接続部を備えてもよい。プラグイン接続部は、基板ホルダが収容部に挿入されたときに基板ホルダの電子部品が制御ユニットに接続されるように形成されていることが好ましい。この場合、オペレータによる別個の操作、例えばケーブルの接続が不要となる。

制御ユニットは、基板ホルダの電子部品によって出力された信号の処理、又は、基板ホルダの電子部品への制御信号の出力、又はその両方を行うように構成されていることが好ましい。制御ユニットは、データベースを有することが好ましい。この場合、基板ホルダの電子部品から制御ユニットに送出された各パラメータを、対応する期待値と比較することができる。一致しなかった場合は、警告信号の発出や、プロセスの中断や、修正等を、対応する制御信号を介して自動的に行うことができる。対応する制御信号を介して、基板ホルダの加熱を、制御ユニットによって制御することができる。

制御ユニットは、ハウジング内に配置されていることが好ましい。さらに、本装置は、表示手段又は操作手段又はその両方を有することが好ましく、これらの手段は特に制御ユニットに接続されている。表示手段又は操作手段又はその両方は、ユーザがアクセスできるように、ハウジング内又はハウジング上に保持されていることが好ましい。表示手段によって、成長プロセスに関する情報をユーザに表示することができ、操作手段によって、ユーザはプロセスを制御することができる。表示手段及び操作手段は、例えばタッチスクリーン等の表示及び操作手段として構成されてもよい。

本装置が基板ホルダを収容部内に拘束するための拘束機構を有する場合は、制御ユニットは、拘束機構の監視又は制御又はその両方を行うように構成されていることが好ましい。本装置が基板ホルダを移動させるための駆動部を有する場合は、制御ユニットは、駆動部の監視又は制御又はその両方を行うように構成されていることが好ましい。本装置が、ロック機構によってロック可能なフラップによって閉鎖可能なチャンバを有する場合は、制御ユニットは、ロック機構の又は制御又はその両方を行うように構成されていることが好ましい。例えば、制御ユニットは、基板ホルダが装填位置に載置されたことを検出することができ、且つ、これに応じて、制御ユニットは、対応する制御信号を介して、基板ホルダを収容部に自動的に引き込み、拘束機構によってそこに拘束し、チャンバの開口部をフラップによって閉じ、フラップをロックすることを開始させることができる。ナノワイヤを成長させている際に、制御ユニットは、拘束機構及びロック機構が変化しないままであることを監視することができる。ナノワイヤの成長が完了した後、制御ユニットは、対応する制御信号を介して、フラップのロック機構を解除させてフラップを開放し、拘束機構を解除させて基板ホルダを除去位置へ自動的に移動させることを開始させることができる。

本装置のさらに好適な実施形態においては、基板ホルダの電子部品はデジタル化ユニットを備えており、このデジタル化ユニットは、デジタル通信のために制御ユニットに接続されている。

この実施形態において、電子部品が制御ユニットに送出する信号はデジタル信号である。その結果、電子部品と制御ユニットとの間で特に低干渉の通信を実現することができる。

本装置のさらに好適な実施形態においては、基板ホルダの電子部品は、感知部を備える。

感知部は、少なくとも１つの成長パラメータを記録するように構成されていることが好ましい。特に成長パラメータとして考慮されるのは、基板の成長させる表面の温度、この温度の分布、電解液の充填レベル、ナノワイヤの成長に使用される電流の電流強度である。感知部は、各パラメータの測定用の個々のセンサを備えることが好ましい。感知部は、電解液を識別するように構成されたセンサをさらに備えてもよい。感知部は、電解液の組成を判定するように構成されたセンサをさらに備えてもよい。

さらに好適な実施形態においては、本装置は、基準電極をさらに備え、基準電極は、基板ホルダが基板と共に収容部に収容されているとき、基板に接続されている。

基準電極によって、ナノワイヤの成長を監視することができる。このために、電極と基準電極との間の電圧を基準電極によって測定できる。本装置は、１つ又は複数の基準電極を備えてもよい。

電極は、第１のケーブルを介して、電圧源に接続されていることが好ましい。基板の成長させる表面は、第２のケーブルを介して、電圧源に接続されていることが好ましい。基準電極は、第３のケーブルを介して、電圧計に接続されていることが好ましい。基板の当該表面は、第４のケーブルによって、電圧計に接続されていることが好ましい。第２のケーブル及び第４のケーブルはそれぞれ、表面に直接接続されていることが好ましい。このために、基板の当該表面は、対応する接触パッドを有ししてもよく、この接触パッドを介して、第２のケーブル及び第４のケーブルは、例えば対応する導電テープによって、基板の表面に接続されている。したがって、基準電極は、第２のケーブルの分岐により基準電極を接続することによって基板の当該表面に接続されているだけではない。基板の当該表面に基準電極を直接接続させることでより正確な結果が得られることが、比較から分かっている。

第１のケーブル、第２のケーブル、第３のケーブル、及び第４のケーブルはそれぞれ、いくつかの部分に分割されてもよく、これらの部分は、プラグイン接続部等を介して、互いに接続されている。第２のケーブル、第３のケーブル、及び第４のケーブルのうちの少なくとも１つは、それぞれ複数の部分に分割されてもよく、これにより、対応するケーブルの隣接し合う２つの部分の間の境目は、引き出しの端縁に配置されるようになっている
この引き出しは、これら３本の各ケーブル用の対応するコネクタを有してもよい。したがって、引き出しが収容部に押し込まれたとき、３つのプラグイン接続部が形成されることによって、基板の当該表面と基準電極との間が電気的に接触することができる。電圧計及び電圧源は、ハウジング内で且つ引き出し用の収容部の外側に、配置されていることが好ましい。

本装置のさらに好適な実施形態においては、装置の電極であって、ナノワイヤのガルバニック成長のために構成された電極が、独立に制御可能な複数のセグメントを有するか、又は、基板ホルダは、独立に制御可能な複数のセグメントを有するヒータを有するか、又は、その両方である。これは、「両方」が行われることが好ましい。

ナノワイヤをガルバニック成長させるために、電極と基板の成長させる表面との間に電圧が印加される。電極が独立に制御可能な複数のセグメントを有する場合、本装置は、サイズがそれぞれ異なる複数の基板の上にナノワイヤを成長させるのに特に適している。したがって、基板のサイズ及び形状に応じて、電極のさまざまなセグメントを使用してもよい。したがって、基板が電極に対向している場合は、局所的に限定した態様で、電圧を電極に印加できる。電極のさまざまなセグメントによって、それぞれ異なる電圧を印加することも考えられる。したがって、ナノワイヤの成長を局所的に選択的に制御できる。基板ホルダが基板と共に収容部に収容されているときに電極の各セグメントが基板の成長させる表面の対応部分に対向するように、電極は複数のセグメントに分割されている。

基板ホルダのヒータが独立に制御可能な複数のセグメントを有する場合、基板の温度を局所的に選択的に制御できる。基板ホルダが収容できる基板の最大サイズより小さい基板の場合は、当該基板が存在する場所でのみヒータを作動させることによって、エネルギーを節約できる。基板ホルダが基板と共に収容部に収容されているときにヒータの各セグメントが基板の対応部分に対向するように、ヒータは複数のセグメントに分割されている。

電極又はヒータ又はその両方の各セグメントの制御は、制御ユニットによって行われることが好ましい。例えば、装填された基板のサイズ及び形状を基板ホルダの感知部によって検出することができ、対応する信号によって制御ユニットに伝達することができる。そして、制御ユニットは、対応する制御信号によって、電極又はヒータ又はその両方を制御する。

本装置のさらに好適な実施形態においては、基板ホルダの電子部品は、ナノワイヤを成長させるための電圧又は電流を制御するように構成されている。

この実施形態において、制御ユニットは、設定する電圧又は設定する電流を指定でき、それらを基板ホルダの電子部品に、例えば対応する制御信号によって、伝達することができる。このようにするために、基板ホルダの電子部品は、所望の電圧又は所望の電流を設定するように構成されている。このようにするために、電子部品は電圧又は電流を測定して、それを所望の設定値に制御することができる。この構成は、制御ユニットを使用して行う制御より融通が利く。これにより、本装置は、それぞれ固有の制御特性を有する複数の異なる基板ホルダとの併用が特に容易となる。制御ユニットは、制御特性を知る必要がない。代わりに、制御特性は、各基板ホルダにおいて個々に考慮されることができる。

本発明のさらなる態様として、複数のナノワイヤを基板の上にガルバニック成長させる方法を提供する。本方法は、
ａ）基板を基板ホルダに載置するステップと、
ｂ）基板ホルダを、基板ホルダ用の収容部に挿入するステップと、
ｃ）ナノワイヤを基板の上にガルバニック成長させるステップとを含み、
基板ホルダは、ナノワイヤの成長に影響を及ぼす電子部品を有する。

本装置の前述の利点及び特徴は、本方法に適用可能且つ転用可能であり、その逆も同様である。本装置は、本方法に従って動作させるように構成されていることが好ましい。本方法は、前述の装置によって実施されることが好ましい。

ステップａ）～ｃ）は、記載した順序で実施されることが好ましい。

ステップａ）において、基板は基板ホルダ内に載置される。基板が基板ホルダ内に載置されているとき、ホイルが基板に載置されていることが好ましい。あるいは、基板が基板ホルダ内に載置された後に、ホイルが基板に載置されてもよい。基板が基板ホルダ内に載置されているとき、電解液を透過させる弾性要素がホイルに載置されていることも好適である。あるいは、基板が基板ホルダ内に載置された後に、弾性要素が基板に載置されてもよい。ステップａ）において、基板の詳細、例えば、基板の成長させる表面の大きさ、形状、及び材料、を記録するために、基板ホルダの電子部品が使用されることが好ましい。

ステップｂ）において、基板ホルダは基板と共に、基板ホルダ用の収容部に挿入される。これは、基板ホルダを手動で装填位置に移動し、そこから自動的に収容部に引き込むことによって行うことができ、特に基板ホルダを移動させるための駆動部によって収容部に引き込むことによって行うことができる。

ステップｃ）において、ナノワイヤをガルバニック成長させる。このために、基板の成長させる表面と電極とに電解液を接触させて、基板の当該表面と電極との間に電圧を印加することができる。このプロセスは、制御ユニットによって制御されることが好ましい。基板に載置されたホイルの各孔の中にナノワイヤを成長させることができる。

本方法は、
ｄ）基板ホルダを収容部から取り出すステップ、
をさらに含むことが好ましい。

ステップｄ）は、ステップｃ）におけるナノワイヤの成長が完了した後に行われることが好ましい。このために、基板ホルダは、例えば、特に基板ホルダを移動させるための駆動部によって、自動的に除去位置に移動されてもよい。この除去位置から、基板ホルダを手動で取り出すことができる。その後、基板を基板ホルダから取り出すことができる。基板ホルダは、その後、新たな成長プロセスに使用されることができる。

本方法の好適な実施形態においては、ステップａ）の前に、ステップｃ）において考慮される成長パラメータを、基板ホルダの電子部品に記憶させる。

この実施形態においては、基板ホルダが装填位置に手動で載置されると直ちにナノワイヤの成長が完全に自動的に進められる程度まで、基板ホルダは準備されてもよい。したがって、制御ユニットは、基板ホルダが装填位置に載置されたことを検出することができ、且つ、基板ホルダを収容部に引き込むことを自動的に開始させることができる。基板ホルダの電子部品と制御ユニットとの間の接続が形成されると直ちに、制御ユニットは、基板ホルダの電子部品から、例えば、ナノワイヤを成長させるために用意されている成長パラメータを読み出すことができる。これらのパラメータによって、ナノワイヤを成長させることができる。その後、基板ホルダは、除去位置に自動的に移動されて、そこから取り出されてもよい。この場合、オペレータは、本装置に対して如何なる設定も行う必要がない。基板ホルダを準備する際に、オペレータは、成長パラメータを基板ホルダの電子部品に記憶させるだけで十分である。このようにするために、基板ホルダは、入力デバイスを有してもよく、又は、入力デバイスに接続されていてもよい。

成長パラメータとして特に考慮されるのは、成長時間、電圧又は電流、当該基板のために設定される温度である。

本方法のさらに好適な実施形態においては、基板の温度は、ステップｃ）において、１５℃と１００℃の間であり、好ましくは、３０℃と９０℃の間である。詳細は、特に、基板の成長させる表面の温度に関係する。

本発明は、図面に基づいて以下により詳細に説明する。図面には、特に好ましい例示的実施形態を示す。しかし、本発明はそれに制限されない。特に、図面、特に図示されるサイズ比は、模式的なものにすぎない。

本発明における装置であって、複数のナノワイヤを基板上にガルバニック成長させる装置を示している。 図１の装置の一部の概略図を示している。 図１及び図２に対して、本装置用の基準電極の接続を示している。 図１及び図２に対して、本装置用の電極の構成を示している。 図１及び図２に対して、本装置用のヒータの構成を示している。

図１は、複数のナノワイヤ２（図２に図示）を基板３の表面２７にガルバニック成長させる装置１を示す。装置１は、引き出しとして形成された基板ホルダ４と、チャンバ１８の中に形成された、基板ホルダ４用の収容部５とを備える。収容部５はガイドレール２５を複数有し、このガイドレール２５に基板ホルダ４を載せて、収容部５に押し込んだり、収容部５から引き出したりすることができる。拘束機構２６によって、基板ホルダ４を収容部５の中に拘束できる。

図１に示されている状況において、基板ホルダ４は、収容部５に収容されている。装置１は、図に示したように、基板ホルダ４が基板３と共に収容部５に収容されているときに、複数のナノワイヤ２を基板３の上に成長させるように、構成されている。基板ホルダ４は電子部品６を有し、この電子部品６は、ナノワイヤ２の成長に影響を及ぼすように構成されている。基板ホルダ４は、インタフェース７を有し、このインタフェース７はプラグイン接続部として形成されている。基板ホルダ４が図に示したように収容部５に収容されているとき、この接続部を介して、電子部品６は装置１の制御ユニット８に接続されている。制御ユニット８は、表示及び操作手段２３であるタッチスクリーンにも接続されている。制御ユニット８は、特に、電解液の流量又は圧力又はその両方を判定するように構成されている。

装置１によって、基板３の上に複数のナノワイヤ２をガルバニック成長させる方法を実施することができる。本方法は、
ａ）基板３を基板ホルダ４に載置するステップと、
ｂ）基板ホルダ４を、基板ホルダ４用の収容部５に挿入するステップと、
ｃ）基板３の上にナノワイヤ２をガルバニック成長させるステップであって、基板３の温度が１５℃と１００℃の間であるステップと
を含む。

複数の貫通孔２９（図２に図示）を有するホイル２８が基板３の上に載っている（図１では詳細は不図示）。ホイル２８の上に、弾性要素１９としてスポンジが載っている。この弾性要素１９を介して、電解液をホイル２８に供給することができる。弾性要素１９の上に電極１２が載っている。基板３の表面２７と電極１２との間に電圧を印加することによって、ナノワイヤ２を成長させることができる。電極１２はラム２０によって保持されているので、このラム２０を介して、駆動部２１は電極１２を移動することができる。

基板ホルダ４の電子部品６は、ステップｃ）におけるナノワイヤ２の成長に影響を及ぼす。基板ホルダ４の電子部品６は、デジタル化ユニット９を備えており、このデジタル化ユニット９は、デジタル通信のために制御ユニット８に接続されている。さらに、基板ホルダ４の電子部品６は、感知部１０を備えており、この感知部１０は、図示された実施形態においては２つのセンサから構成されている。さらに、基板ホルダ４の電子部品６は、メモリ２４を備える。メモリ２４には、例えば、複数の成長パラメータを記憶することができ、この成長パラメータは、ナノワイヤ２の成長時に考慮されるものである。加えて、基板ホルダ４の電子部品６は、ナノワイヤ２を成長させるための電圧又は電流を制御するように構成されている。電子部品６は、ヒータ１４にも接続されており、このヒータ１４によって、基板３を加熱することができる。

装置１は、ハウジング３を有し、このハウジング３の中にチャンバ１８が形成されている。チャンバ１８の内面４２は、耐電解液性材料から形成されている。基板ホルダ４用の収容部５は、チャンバ１８の中に形成されているので、基板ホルダ４をチャンバ１８に収容することができる。チャンバ１８は、開口部１７を有し、この開口部１７を通して、基板ホルダ４をチャンバ１８に挿入したり、チャンバ１８から取り出したりすることができる。開口部１７は、フラップ１６によって閉じることができる。フラップ１６は、ロック機構２２によってロックすることができる。装置１は、基板ホルダ４が基板３と共に収容部５に収容されているときに、複数のナノワイヤ２を電解液から基板３の上に成長させるように構成されている。

ハウジング３４の中には、各電解液用の３つの貯蔵タンク３５も配置されている。貯蔵タンク３５のうちの１つは、接続部３６とポンプ３８とを介して、電解液流路３７に接続されている。電解液流路３７を通して、電解液を基板ホルダ４に導くことができ、ナノワイヤ２を成長させるのに使用することができる。ポンプ３８は、電解液を貯蔵タンク２５からチャンバ１８に汲み出すように構成されている。ポンプ３８は、ダンパ４０によって制動される態様で支持体４２上に保持されており、この支持体３９は、別のダンパ４０によって制動される態様でハウジング３４内に保持されている。接続部３６は、センサ（詳細は不図示）を有し、このセンサによって、制御ユニット８は貯蔵タンク３５を識別でき、貯蔵タンク３５に割り当てられた少なくとも１つのパラメータを判定できる。また、ハウジング２４内には、電解液用のフィルタ４１と電解液処理装置４２が配置されている。図示された実施形態において、フィルタ４１と電解液処理装置４２とは、電解液流路３７に組み込まれている。全体を明瞭にするために、電解液処理装置４２の詳細は図示していない。したがって、電解液処理装置４２は、例えば、ラ流路を介してタンクに接続してもよく、この流路を介して、電解液の処理に使用可能な物質が電解液処理装置４２に供給される。

図２は、図１の装置１の一部を概略図で示している。基板３がその表面２７と共に示されており、表面２７にナノワイヤ２を成長させる。基板３の表面２７上にホイル２８が載置されており、このホイル２８は、複数の貫通孔２９を有し、これら貫通孔２９の中でナノワイヤ２を電解液から成長させることができる。基板３の表面２７は、隙間３２のある構造化層３１を有する。隙間３２の中でのみ、ナノワイヤ２を成長させることができる。したがって、ナノワイヤ２の成長を局所的に選択的に行うことができる。さらに、電解液に対して透過性である弾性要素１９がホイル２８の上に載置されている。弾性要素１９を介して、電解液をホイル２８に接触させることができる。図２には、電圧源３０（全体を明瞭にするために図１には不図示）も示されており、この電圧源３０は、ナノワイヤ２を成長させるための電圧を印加するために、電極１２と、基板３の表面２７とに接続されている。ラム２０によって、電極１２を弾性要素１９に押し当てることができる。

図３は、図１及び図２に対して、装置１の、全体を明瞭にするために図１及び図２には示されていないさらなる要素を示している。したがって、電圧源３０に加えて、電極１２と、表面２７を有する基板３と、基準電極１１が示されている。基準電極１１は、電圧計３３を介して、基板３の表面２７に接続されている。電圧源３０及び基準電極１１は、互いに独立に基板３の表面２７に接続されている。

図４は、図１及び図２に基づく装置１用の電極１２の構成を示している。電極１２は、独立に制御可能な複数のセグメント１３を有する。電極１２は、平面図で示されている。基板３の成長させる表面２７は、図面の平面に平行になるだろう。

図５は、図１及び図２に基づく装置１用のヒータ１４の構成を示している。ヒータ１４は、独立に制御可能な複数のセグメント１５を有する。ヒータ１４は、平面図で示されている。基板３の成長させる表面２７は、図面の平面に平行になるだろう。図１に示されている簡易なヒータ１４の代わりに、図５に示されているヒータ１４が使用されてもよい。

１ 装置
２ ナノワイヤ
３ 基板
４ 基板ホルダ
５ 収容部
６ 電子部品
７ インタフェース
８ 制御ユニット
９ デジタル化ユニット
１０ 感知部
１１ 基準電極
１２ 電極
１３
１４ ヒータ
１５
１６ フラップ
１７ 開口部
１８ チャンバ
１９ 弾性要素
２０ ラム
２１ 駆動部
２２ ロック機構
２３ 表示及び操作手段
２４ メモリ
２５ ガイドレール
２６ 拘束機構
２７ 表面
２８ ホイル
２９ 孔
３０ 電圧源
３１ 構造化層
３２ 隙間
３３ 電圧計
３４ ハウジング
３５ 貯蔵タンク
３６ 接続部
３７ 電解液流路
３８ ポンプ
３９ 支持体
４０ ダンパ
４１ フィルタ
４２ 内面
４３ 電解液処理装置

Claims (10)

1. 複数のナノワイヤ（２）を基板（３）上にガルバニック成長させる装置（１）であって、
   基板ホルダ（４）と、前記基板ホルダ（４）用の収容部（５）とを備え、
   前記装置（１）は、前記基板ホルダ（４）が前記基板（３）と共に前記収容部（５）に収容されているときに、前記複数のナノワイヤ（２）を前記基板（３）上に成長させるように構成されており、
   前記基板ホルダ（４）は、前記ナノワイヤ（２）の成長に影響を及ぼすように構成されている電子部品（６）を有する、
   装置（１）。
2. 請求項１に記載の装置（１）であって、
   前記基板ホルダ（４）は、インタフェース（７）を有し、
   前記基板ホルダ（４）が前記収容部（５）に収容されているとき、前記電子部品（６）は、前記インタフェース（７）を介して、前記装置（１）の制御ユニット（８）に接続されている、
   装置（１）。
3. 請求項２に記載の装置（１）であって、
   前記基板ホルダ（４）の前記電子部品（６）は、デジタル化ユニット（９）を備えており、
   前記デジタル化ユニット（９）は、デジタル通信のために前記制御ユニット（８）に接続されている、
   装置（１）。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載の装置（１）であって、
   前記基板ホルダ（４）の前記電子部品（６）は、感知部（１０）を備える、
   装置（１）。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載の装置（１）であって、
   基準電極（１１）をさらに備え、
   前記基準電極（１１）は、前記基板ホルダ（４）が前記基板（３）と共に前記収容部（５）に収容されているとき、前記基板（３）に接続されている、
   装置（１）。
6. 請求項１～５の何れか１項に記載の装置（１）であって、
   前記装置（１）の電極（１２）であって、前記ナノワイヤ（２）のガルバニック成長のために構成された電極（１２）が、独立に制御可能な複数のセグメント（１３）を有するか、又は、
   前記基板ホルダ（４）は、独立に制御可能な複数のセグメント（１５）を有するヒータ（１４）を有するか、又は、
   その両方である、
   装置（１）。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載の装置（１）であって、
   前記基板ホルダ（４）の前記電子部品（６）は、前記ナノワイヤ（２）を成長させるための電圧又は電流を制御するように構成されている、
   装置（１）。
8. 複数のナノワイヤ（２）を基板（３）の上にガルバニック成長させる方法であって、
   ａ）前記基板（３）を基板ホルダ（４）に載置するステップと、
   ｂ）前記基板ホルダ（４）を前記基板ホルダ（４）用の収容部（５）に挿入するステップと、
   ｃ）前記ナノワイヤ（２）を前記基板（３）の上にガルバニック成長させるステップと、
   を含み、
   前記基板ホルダ（４）は、前記ナノワイヤ（２）の成長に影響を及ぼす電子部品（６）を有する、
   方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   ステップａ）の前に、ステップｃ）において考慮される成長パラメータを、前記基板ホルダ（４）の前記電子部品（６）に記憶させる、
   方法。
10. 請求項８又は９に記載の方法であって、
    前記基板（３）の温度は、ステップｃ）において、１５℃と１００℃の間である、
    方法。

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