JP2920318B2 - 表面加工方法 - Google Patents

表面加工方法

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  • Manufacturing Optical Record Carriers (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は大容量情報記録および超微小情報処理デバイ
ス形成に必要とされる超微細パタンを形成する表面加工
方法に関するものである。
(従来の技術及び発明が解決しようとする課題) 現在、微小パタン形成技術は、半導体集積回路製作技
術の根幹をなす他にコンパクトディスクに代表される情
報記録等、高度技術産業を支える基本技術となってい
る。両者ともパタン寸法がミクロンオーダのものが高精
度で形成されている段階にある。さらに微小のナノメー
タオーダのパタン形成が、量子デバイス等超微小デバイ
スの形成、分子エレクトロニクス、あるいは高画質画像
のための大容量情報記録実現等、将来技術開発の上から
不可欠となっている。
従来、最も微細化技術の進んだパタン描画技術は基板
上に形成した有機感光性材料膜やハライド化物表面に、
加速電圧が数kVから数十kVで加速されたイオンや電子の
高速荷電粒子を電子レンズでビーム化して前記膜に衝突
させ、構成元素の分解、蒸発あるいは生じた化学変化で
の対薬品溶解速度変化等、により任意パタンを形成し
た。現在、この技術で数百ナノメータの寸法のパタン描
画がなされているが、ビーム径が数ナノメータ〜数十ナ
ノメータというビーム細径の形成と安定制御は非常に困
難であること、前記膜あるいは前記表面にビーム電荷蓄
積による描画パタンボケがあることから数ナノメータか
ら数十ナノメータの細径のパタン形成はできない。さら
に、描画装置が真空装置であるため描画の煩わしさ、電
子レンズという非常に高価な装置を必要とするといった
問題を抱えている。
走査型トンネル顕微鏡は、本来の顕微鏡機能の他に、
従来の描画機構原理が異なる極微細パタン描画、形成能
力を与えるものとして期待された。そこでは極微小針先
端を膜表面に数Åの距離に近接させて、針先最先端部か
らトンネル電流を流して膜表面の化学変化を生ぜしめ、
針先位置を電歪素子で駆動させて、変化領域を特定して
パタンを描くものである。その原理から反応領域、従っ
て数Å径の精度でのパタン描画領域の制御が期待でき、
しかも上記の高速粒子線描画で生ずる電子レンズ装置使
用の問題もない。従来、走査型トンネル顕微鏡を用い、
真空内残留ガスによる水素化炭素膜の堆積、有機金属ガ
スを用いて金属膜を基板に堆積する、非晶質金属膜を用
いて局所的な結晶化を惹起する、あるいはグラファイト
結晶表面を部分エッチングする等の技術があり、数十ナ
ノメータの大きさのパタン形成がなされた。しかしなが
ら、これら従来技術での形成パタンは、形成パタンの凹
凸膜厚が構成元素の一層分程度、即ち、0.1ナノメータ
程度(グラファイト結晶表面のエッチング,水素化炭素
膜の堆積技術)と微妙なもので、形成パタンの観測に雑
音が入りやすい。またトンネル電流は原則的に真空不用
にも関わらず上記の膜堆積技術例では真空を必要とし、
結果として高価なパタン描画技術となっている。従来半
導体リソグラフィー,コンパクトディスク製造工程で重
用される前記有機高分子膜は電気的絶縁性膜であり、こ
こにトンネル電流を流し、またトンネル電流制御モード
で針を安定駆動することはできない。
したがって、従来技術では寸法が数十ナノメータで膜
厚方向に数十ナノメータ以上形状変化した任意パタンを
容易に、安価に基板上に描画できないものであった。
本発明は上記の実情に鑑みて提案されたもので、その
目的は、従来技術では不可能であった寸法が数十nm〜数
百nmで膜厚方向に数ナノメータ以上形状変化した凹凸任
意微細パタンの形成を大気中で、安価に達成する表面加
工方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため本発明は、基板上に非晶質
カルコゲナイド膜を形成する工程と、前記非晶質カルコ
ゲナイド膜上に銀と銅の両方あるいは少なくとも一方を
含むカルコゲナイド化合物膜を形成することにより複合
膜を形成する工程と、前記複合膜表面に金属細針を近接
させて複合膜−金属細針間に針側を正極として電圧印加
を行う工程を含むことを特徴とする表面加工方法を発明
の要旨とするものである。
換言すれば、本発明の特徴とする点は、非晶質カルコ
ゲナイド膜と銀と銅の両方あるいは少なくとも一方を含
む2層構造膜表面と微小針間にトンネル電流を流すこと
と、微小針を電歪素子で膜表面上を任意パタンで走査す
ることにある。従来の技術とはパタン描画技術、パタン
形成膜構成材料、膜処理技術が異なる。
(作用) 本発明は非晶質カルコゲナイド膜と銀と銅の両方ある
いは少なくとも一方を含む化合物膜からなる2層構造膜
表面にトンネル電流制御による微小針安定駆動ができる
程度の電流を流せること、前記微小針と膜表面間の印加
電圧が一定以下であると、前記構造膜表面に何等の変化
をももたらさないが、この電圧が一定以上になると、構
造膜の針直下の表面層のエッチングが生じることなどの
本発明者の発見に基づくものである。本発明者が研究し
たところでは、この現象の有無は印加電圧の極性に依存
する。またその閾値電圧は3V程度と低電圧で、従来電子
ビーム描画技術での必要電圧と3桁も異なる。3Vの値は
通常の走査型トンネル顕微鏡が具備する電圧範囲であ
る。この現象は大気中で生じ、真空容器を必要としな
い。従って、高倍率レンズを具備した光学顕微鏡とトン
ネル電流装置を簡単に一体化でき、本発明でなされる描
画パタンの位置の特定、すなわち他のパタンとの位置関
係が容易に判定できるという多大の効果をもつ。
(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例
は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲
で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言うまで
もない。
(実施例1) 第1図は本発明の第1の実施例を説明する図を示す。
図において、1はガラス基板あるいはシリコンウエハー
基板、2はGeおよびSeを主な成分とする非晶質カルコゲ
ナイド膜、3は銀化合物膜である。この構造物はGe(20
原子パーセント)−Se(80原子パーセント)のガラス状
ターゲットを高周波スパッタリングして前記基板上に形
成した非晶質Ge−Se膜(膜厚:80nm)に無電解銀鍍金処
理(pH:12のシアン系メッキ液への60秒間浸漬)を施し
て銀化合物膜を積層して得られた。この銀化合物膜は組
成がAg1.9Seで約15nmの膜厚であることがオージェ分析
で判った。次に、第1図の構造体をトンネル顕微鏡内に
挿填し、大気雰囲気中で白金製微小針を近接させた。前
記針−前記構造体表面間に1V印加(針:正極側)し、ト
ンネル電流を0.1nAとしてトンネル電流制御モードでこ
の構造体表面の80×80nm2領域を走査させたところ、平
坦な表面構造を示し、トンネル電流は極めて安定して流
れることが判った。この時の制御回路の電流揺らぎは0.
005nA以下であった。
(実施例2) 実施例1に続き、大気雰囲気中で前記針(正極側)−
膜表面(負極側)間に電圧:3.5ボルトを印加し、トンネ
ル電流を0.1ナノアンペアーとする一定電流制御モード
で、白金針を80×80nm2領域を走査させた。この走査モ
ードは10秒/ラインの速度で横方向に80nm長だけ走査し
た後、これを縦方向に0.31nmずらして同条件で走査し、
これを256回繰り返した。この動作中、0.1ナノアンペア
ーの設定電流の揺らぎは0.005ナノアンペアー以下であ
った。次にこの走査領域を中心部に含んだ240×240nm2
領域の表面形状をトンネル電流観察モードで観察した。
ここでのトンネル電流観察モードとは走査速度:10秒/
ライン、ライン数:256本、印加電圧:1ボルト、制御電
流:0.1ナノアンペアーであった。その結果、中心部が80
×80nm2の領域にわたって凹状に変形しており、印加電
圧が3.5ボルト、0.1ナノアンペアーのトンネル電流で微
細パタン描画されていることが判った。この凹部の深さ
は10〜15nmであった。
(実施例3) 実施例2で示した微細パタン描画、形成において、白
金針80×80nm2領域について走査する時、印加電圧が1
ボルトで2ナノアンペアーの電流を流し続けた。他の条
件は実施例2と同一にし、次に実施例2と同一の観測条
件で表面形状を観察したところ、なんら表面凹凸は認め
られなかった。
(実施例4) 実施例2に示した微細パタン形成手順に於て、80×80
nm2領域を走査する時、前記針を負極、前記膜表面を正
極の電圧条件にし、他条件を同一にして前記白金針を走
査した後、実施例2と同一条件で表面形状を観察した
時、実施例2と結果とは異なり、80×80nm2の領域に何
等の表面形状も認められなかった。
(実施例5) 実施例2に示した微細パタン形成手順に於て、大気中
での80×80nm2領域の走査に替え、真空中で80×80nm2
域の走査を行った後、実施例2と同一条件で表面形状を
観察した時、実施例2と異なり、80×80nm2の領域に何
等の表面形状も認められなかった。
(実施例6) 実施例2において、複合膜が非晶質Ge(20原子パーセ
ント)−Se(80原子パーセント)膜と銅化合物膜からな
る2層構造膜を形成した。この銅化合物膜はGe−Se膜の
ph:12のシアン系銅メッキ液への2分間の浸漬で得た。
オージェ分析によればこの銅化合物膜はCu1.9Seのセレ
ン化銅の組成物であった。次に実施例2と同一条件のト
ンネル電流でのパタン描画、パタン観測を行ったとこ
ろ、中心部が80×80nm2の領域にわたって凹状に変形し
ていることがわかった。その深さは10〜15nmであった。
(実施例7) 第1図に示した銀化合物膜を高周波スパッタリング法
で形成した。実施例2に示した条件で形成したGe−Se膜
上にAg2Se化合物体をターゲットにアルゴン雰囲気中、
ガス圧:2×10-2Torr、パワー:1W/cm2、時間:15分間の条
件で高周波(13.56MHz)スパッタリングして銀化合物膜
を得た。次に実施例2に示した印加電圧:3.5Vでトンネ
ル電流値:0.1ナノアンペアーを一定にしたトンネル電流
制御での80×80nm2角領域走査の後、240×240nm2角領域
での表面形状観察を行ったところ、実施例2と同じく、
領域:80×80nm2部に深さ:5〜10nmの凹状の表面形状変化
を認めた。
(実施例8) 実施例2における2層構造膜に関して、非晶質Ge−Se
膜に代えて膜厚が100ナノメータの非晶質As−S膜に実
施例1の無電解銀メッキ処理を施した。このカルコゲナ
イド膜はひ素(40原子パーセント)と硫黄(60原子パー
セント)のガラス状ターゲットをアルゴン雰囲気中高周
波スパッタリングして形成した。その後、80×80nm2
域にトンネル電流を流した。このトンネル電流の電圧,
極性,電流,走査条件は実施例2と同一である。次に実
施例2と同一のSTM観察モードで表面形状を観察したと
ころ、中心部の80×80nm2の領域のみが約10nmの深さで
凹状に変形していた。
(実施例9) 長さ:2μm角の正方形溝(深さ:50nm)パタンが表面
上に市松模様状にあるシリコンウエハー上に、実施例1
に示した条件で複合膜を形成した後、大気中で観測トン
ネル電流モードで表面形状を調べた。ここでの観測モー
ドは走査速度:10秒/ライン、ライン数:64本、印加電
圧:1ボルト、制御電流:0.1ナノアンペアー、走査領域:1
0×10μmであった。次に微小針位置を観測した基板表
面の2μm角凸部中心に移し、ここを中心に面積:1×1
μm2の正方形パタン領域について実施例2に記したと同
じ電圧:3.5ボルトを印加し、トンネル電流:0.1ナノアン
ペアーの一定電流を流しながら微小針を走査した。この
走査モードは10秒/ラインの走査速度で横方向に1μm
長だけ走査した後、これを縦方向に3.92nmずらして同条
件で走査し、これを256回繰り返した。前述の観測条件
で表面観察を行ったところ、1領域が2μm×2μmの
正方形が並んだ市松模様の中で正方形パタンの一つの中
心位置に、大きさが1μm×1μmの凹状正方形パタン
ができていることを認めた。
(実施例10) 実施例2に示した微細パタン描画において、パタン描
画を一文字が50nm×50nmの大きさの文字例:NTTを構成す
る幅:10ナノメータの線領域に対応する膜表面上に対
し、前記針を正極にして3.0Vの電圧を針−膜表面間に印
加して0.1nAのトンネル電流制御モードで針を走査した
後、実施例2と同一の観測条件で表面観察したところ、
NTTの文字が描かれているのを認めた。観察像の断面像
から文字を構成する線領域は幅が約10ナノメータで、深
さが3ナノメータとエッチングされているのが分かっ
た。
(発明の効果) 本発明は叙上のように、基板上に非晶質カルコゲナイ
ド膜を形成する工程と、前記非晶質カルコゲナイド膜上
に銀と銅の両方あるいは少なくとも一方を含むカルコゲ
ナイド化合物膜を形成することにより複合膜を形成する
工程と、前記複合膜表面に金属細針を近接させて複合膜
−金属細針間に針側を正極として電圧印加を行う工程を
含むことにより、従来技術では不可能であった。大気中
で、大きさが10ナノメータオーダでの微細パタンをナノ
メータオーダの深さで薄膜表面上に刻印、形成すること
ができる。基板への非晶質カルコゲナイド膜と銀化合物
膜の形成工程はスパッタリング法,メッキ法が使えるた
め、微細パタン形成に必須の超薄膜が均一に、無欠陥で
形成できるという効果も生まれる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す。 1……基板 2……非晶質カルコゲナイド膜 3……銀化合物膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G03C 5/58 G03C 5/58 G11B 7/26 G11B 7/26 H01L 21/027 H01L 21/30 562

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に非晶質カルコゲナイド膜を形成す
    る工程と、前記非晶質カルコゲナイド膜上に銀と銅の両
    方あるいは少なくとも一方を含むカルコゲナイド化合物
    膜を形成することにより複合膜を形成する工程と、前記
    複合膜表面に金属細針を近接させて複合膜−金属細針間
    に針側を正極として電圧印加を行う工程を含むことを特
    徴とする表面加工方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の表面加工方法において、複
    合膜−金属細針間にトンネル電流が流れるまで近接さ
    せ、トンネル電流が一定になるよう電気制御しながら、
    前記金属細針を複合膜表面上の所定領域を走査する工程
    を含むことを特徴とする表面加工方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載の表面加工方法において、非
    晶質カルコゲナイド膜を銀と銅の両方あるいは少なくと
    も一方を含むメッキ液に浸漬することを特徴とする表面
    加工方法。
  4. 【請求項4】請求項2記載の表面加工方法において、非
    晶質カルコゲナイド膜上に、高周波スパッタリング法で
    銀と銅の両方あるいは少なくとも一方を含むカルコゲナ
    イド化合物膜を堆積することを特徴とする表面加工方
    法。
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