JP3316513B2 - 微細パターンの形成方法 - Google Patents
微細パターンの形成方法Info
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- JP3316513B2 JP3316513B2 JP2000256315A JP2000256315A JP3316513B2 JP 3316513 B2 JP3316513 B2 JP 3316513B2 JP 2000256315 A JP2000256315 A JP 2000256315A JP 2000256315 A JP2000256315 A JP 2000256315A JP 3316513 B2 JP3316513 B2 JP 3316513B2
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- JP
- Japan
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- fine pattern
- procedure
- electromagnetic wave
- evanescent wave
- forming
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
- C23C14/048—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using irradiation by energy or particles
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- Organic Chemistry (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、基板上にパター
ンを形成する微細パターンの形成方法に関し、特に原子
あるいは分子の運動をレーザー光によって制御し基板上
へ堆積させることにより微小な構造物を作成する技術
（原子リソグラフィー）において、所望の微細パターン
を基板上に自由に描く原子リソグラフィーに関するもの
である。
ンを形成する微細パターンの形成方法に関し、特に原子
あるいは分子の運動をレーザー光によって制御し基板上
へ堆積させることにより微小な構造物を作成する技術
（原子リソグラフィー）において、所望の微細パターン
を基板上に自由に描く原子リソグラフィーに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】縮小光学系を用いて、サブミクロン領域
のパターンを形成することは、半導体集積回路の製造に
広く用いられている。この方法では、微細パターンを形
成する物体の表面に感光性レジスト剤を塗布し、縮小光
学系を用いて微細パターンを焼き付けた後、上記の感光
性レジスト膜をエッチングマスクとして、上記の物体の
表面をエッチングし、必要で無くなった感光性レジスト
膜を除去して、望みの微細パターンを形成する、という
プロセスが用いられている。この方法では、感光性レジ
スト膜を用いることから、これに含まれる微量の不純物
が、上記の微細パターンを形成する物体の表面に拡散
し、その電気特性に影響を与えるという欠点があった。
また、微細パターンを描く方法として、縮小光学系を用
いて一括露光する他に、細く絞った電子線を用いて描画
する事も行われている。しかし、この方法は，逐次露光
であるうえに、やはり一般に感光性レジスト剤が用いら
れるため、上記の場合と同じ問題があった。
のパターンを形成することは、半導体集積回路の製造に
広く用いられている。この方法では、微細パターンを形
成する物体の表面に感光性レジスト剤を塗布し、縮小光
学系を用いて微細パターンを焼き付けた後、上記の感光
性レジスト膜をエッチングマスクとして、上記の物体の
表面をエッチングし、必要で無くなった感光性レジスト
膜を除去して、望みの微細パターンを形成する、という
プロセスが用いられている。この方法では、感光性レジ
スト膜を用いることから、これに含まれる微量の不純物
が、上記の微細パターンを形成する物体の表面に拡散
し、その電気特性に影響を与えるという欠点があった。
また、微細パターンを描く方法として、縮小光学系を用
いて一括露光する他に、細く絞った電子線を用いて描画
する事も行われている。しかし、この方法は，逐次露光
であるうえに、やはり一般に感光性レジスト剤が用いら
れるため、上記の場合と同じ問題があった。
【０００３】また、最近では、光の定在波と電気的に中
性な原子との相互作用を用いた方法が注目されている。
例えば文献１（G.Timp,et al.,“Using Light as a Len
s for Submicron, Neutral-Atom Lithography”,Phys.
Rev. Let., 69,1636-1639,1992）には、特にそのＦｉ
ｇ．１に示される構成で、波長589nmのレーザー光を用
いて、直径３００μｍ程度の定在波を形成し、その光線
の方向と直角の方向に、平均速度が７４０m/sと低速な
原子線を通すことにより、縞状の紋様で線幅を10nm程度
にできる見通しが記載されている。また、文献２（A.S.
Bell,et al.,“Atomic Lithography”, Microelectroni
c Engineering 41/42, 587-590,1998）には、特に文献
２のＦｉｇ．１（ａ）に示される構成で、２枚の反射板
と425nmのレーザー光を用いて格子状の紋様を持った定
在波を発生させることにより、用いた光の波長の2/3の
周期（283.7nm）の格子点群を生成した旨報告されてい
る。この際、クロム原子線を発生させ、レーザー冷却法
を用いて運動方向が平行化された原子線とし、クロム原
子の共鳴遷移を引き起こす波長に近い波長のレーザー光
を用いていることも特徴のひとつである。
性な原子との相互作用を用いた方法が注目されている。
例えば文献１（G.Timp,et al.,“Using Light as a Len
s for Submicron, Neutral-Atom Lithography”,Phys.
Rev. Let., 69,1636-1639,1992）には、特にそのＦｉ
ｇ．１に示される構成で、波長589nmのレーザー光を用
いて、直径３００μｍ程度の定在波を形成し、その光線
の方向と直角の方向に、平均速度が７４０m/sと低速な
原子線を通すことにより、縞状の紋様で線幅を10nm程度
にできる見通しが記載されている。また、文献２（A.S.
Bell,et al.,“Atomic Lithography”, Microelectroni
c Engineering 41/42, 587-590,1998）には、特に文献
２のＦｉｇ．１（ａ）に示される構成で、２枚の反射板
と425nmのレーザー光を用いて格子状の紋様を持った定
在波を発生させることにより、用いた光の波長の2/3の
周期（283.7nm）の格子点群を生成した旨報告されてい
る。この際、クロム原子線を発生させ、レーザー冷却法
を用いて運動方向が平行化された原子線とし、クロム原
子の共鳴遷移を引き起こす波長に近い波長のレーザー光
を用いていることも特徴のひとつである。
【０００４】良く知られている様に、原子の共鳴遷移波
長よりも長い波長のレーザー光を使用した場合、原子は
その光の場の中で光強度の大きい領域に向かう力を受け
る。逆に共鳴遷移波長よりも短い波長のレーザー光の場
合は、原子はレーザー光強度の小さい領域へ向かう力を
受ける。上記の文献２においては、この特性を用いて、
シリコン基板上に、上記のパターンを形成しており、感
光性レジスト剤が用いられていないため、汚染されずら
いという特徴が有る。
長よりも長い波長のレーザー光を使用した場合、原子は
その光の場の中で光強度の大きい領域に向かう力を受け
る。逆に共鳴遷移波長よりも短い波長のレーザー光の場
合は、原子はレーザー光強度の小さい領域へ向かう力を
受ける。上記の文献２においては、この特性を用いて、
シリコン基板上に、上記のパターンを形成しており、感
光性レジスト剤が用いられていないため、汚染されずら
いという特徴が有る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の微細パ
ターンの形成方法では、上記の文献１、２に示されてい
るように縞状や格子状の紋様は実現されているが、定在
波を用いているため、今後改善されるにしても、多角形
程度の簡単な図形を描画することが限界である。
ターンの形成方法では、上記の文献１、２に示されてい
るように縞状や格子状の紋様は実現されているが、定在
波を用いているため、今後改善されるにしても、多角形
程度の簡単な図形を描画することが限界である。
【０００６】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
上記の従来の方法と同様に、光と原子の相互作用を用い
ているが、自由なパターンを一括して描画することがで
きる微細パターンの形成方法を提供することを目的とす
る。
上記の従来の方法と同様に、光と原子の相互作用を用い
ているが、自由なパターンを一括して描画することがで
きる微細パターンの形成方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、光と原子の相互作用を用
いて自由なパターンを描画することができる微細パター
ンの形成方法であり、電磁波の伝搬できる物体の、少な
くともその一部の表面が平坦である部分を含む第一の表
面に、該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を入
射する手続と、上記の全反射の起こる位置にある第二の
表面から出射するエバネッセント波に、該第二の表面の
位置に応じた強弱をつける手続と、該第二の表面に、エ
バネッセント波とガス体の構成要素との相互作用エネル
ギーが、該ガス体の構成要素の運動エネルギーより大き
いガス体を照射する手続と、該ガス体の構成要素の一部
を該第二の表面に吸着させる手続と、を含むことを特徴
としている。
に、請求項１に記載の発明は、光と原子の相互作用を用
いて自由なパターンを描画することができる微細パター
ンの形成方法であり、電磁波の伝搬できる物体の、少な
くともその一部の表面が平坦である部分を含む第一の表
面に、該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を入
射する手続と、上記の全反射の起こる位置にある第二の
表面から出射するエバネッセント波に、該第二の表面の
位置に応じた強弱をつける手続と、該第二の表面に、エ
バネッセント波とガス体の構成要素との相互作用エネル
ギーが、該ガス体の構成要素の運動エネルギーより大き
いガス体を照射する手続と、該ガス体の構成要素の一部
を該第二の表面に吸着させる手続と、を含むことを特徴
としている。
【０００８】また、請求項２に記載の発明は、光と原子
の相互作用を用いて自由なパタンを描画することができ
る微細パターンの形成方法で、吸着のマスク材を形成す
るためのものであり、電磁波の伝搬できる物体の、少な
くともその一部の表面が平坦である部分を含む第一の表
面に、該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を入
射する手続と、上記の全反射の起こる位置にある第二の
表面から出射するエバネッセント波に、該第二の表面の
位置に応じた強弱をつける手続と、該第二の表面に、エ
バネッセント波とガス体の構成要素との相互作用エネル
ギーが該ガス体の構成要素の運動エネルギーより大きい
ガス体を照射する手続と、該ガス体の構成要素の一部を
該第二の表面に第一の吸着物を吸着させる手続と、該吸
着物の有無により選択的に第二の吸着物を吸着させる手
続と、を含むことを特徴としている。
の相互作用を用いて自由なパタンを描画することができ
る微細パターンの形成方法で、吸着のマスク材を形成す
るためのものであり、電磁波の伝搬できる物体の、少な
くともその一部の表面が平坦である部分を含む第一の表
面に、該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を入
射する手続と、上記の全反射の起こる位置にある第二の
表面から出射するエバネッセント波に、該第二の表面の
位置に応じた強弱をつける手続と、該第二の表面に、エ
バネッセント波とガス体の構成要素との相互作用エネル
ギーが該ガス体の構成要素の運動エネルギーより大きい
ガス体を照射する手続と、該ガス体の構成要素の一部を
該第二の表面に第一の吸着物を吸着させる手続と、該吸
着物の有無により選択的に第二の吸着物を吸着させる手
続と、を含むことを特徴としている。
【０００９】また、請求項３に記載の発明は、入射する
電磁波の強弱によりパターンを形成させるためのもので
あり、上記した請求項１あるいは２に記載の微細パター
ンの形成方法において、上記の第二の表面から出射する
エバネッセント波に第二の表面の位置に応じた強弱をつ
ける手続は、上記の第一の表面の位置に応じた電磁波の
強弱をつける手続を含む手続であることを特徴としてい
る。
電磁波の強弱によりパターンを形成させるためのもので
あり、上記した請求項１あるいは２に記載の微細パター
ンの形成方法において、上記の第二の表面から出射する
エバネッセント波に第二の表面の位置に応じた強弱をつ
ける手続は、上記の第一の表面の位置に応じた電磁波の
強弱をつける手続を含む手続であることを特徴としてい
る。
【００１０】また、請求項４に記載の発明は、単色光の
特徴を活用して描画するためのものであり、上記した請
求項１あるいは２に記載の微細パターンの形成方法にお
いて、上記の第二の表面から出射するエバネッセント波
に、上記の第二の表面の位置に応じた強弱をつける手続
は、上記の第一の表面の位置にレーザー光によるホログ
ラム像を投影して電磁波の強弱をつける手続を含む手続
であることを特徴としている。
特徴を活用して描画するためのものであり、上記した請
求項１あるいは２に記載の微細パターンの形成方法にお
いて、上記の第二の表面から出射するエバネッセント波
に、上記の第二の表面の位置に応じた強弱をつける手続
は、上記の第一の表面の位置にレーザー光によるホログ
ラム像を投影して電磁波の強弱をつける手続を含む手続
であることを特徴としている。
【００１１】また、請求項５に記載の発明は、特に大き
なパターンを形成するときに便利な方法であり、上記し
た請求項１あるいは２に記載の微細パターンの形成方法
において、上記の第二の表面から出射するエバネッセン
ト波に、上記の第二の表面の位置に応じた強弱をつける
手続は、上記の第一の表面の位置に電磁波の透過に関す
るマスク像を投影して電磁波の強弱をつける手続を含む
手続であることを特徴としている。
なパターンを形成するときに便利な方法であり、上記し
た請求項１あるいは２に記載の微細パターンの形成方法
において、上記の第二の表面から出射するエバネッセン
ト波に、上記の第二の表面の位置に応じた強弱をつける
手続は、上記の第一の表面の位置に電磁波の透過に関す
るマスク像を投影して電磁波の強弱をつける手続を含む
手続であることを特徴としている。
【００１２】また、請求項６に記載の発明は、その表面
にパターンを形成する平板の構造を用いて、その表面の
パターンを形成するために、上記した請求項１あるいは
２に記載の微細パターンの形成方法において、上記の第
二の表面から出射するエバネッセント波に、上記の第二
の表面の位置に応じた強弱をつける手続は、上記の物体
の厚さの位置的な変化、上記の物体の電磁波の透過率の
位置的な変化、上記の第一の表面反射率の位置的変化、
あるいは上記の第一の表面の光吸収率の位置的変化のい
ずれかにより電磁波の強弱をつける手続を含む手続であ
ることを特徴としている。
にパターンを形成する平板の構造を用いて、その表面の
パターンを形成するために、上記した請求項１あるいは
２に記載の微細パターンの形成方法において、上記の第
二の表面から出射するエバネッセント波に、上記の第二
の表面の位置に応じた強弱をつける手続は、上記の物体
の厚さの位置的な変化、上記の物体の電磁波の透過率の
位置的な変化、上記の第一の表面反射率の位置的変化、
あるいは上記の第一の表面の光吸収率の位置的変化のい
ずれかにより電磁波の強弱をつける手続を含む手続であ
ることを特徴としている。
【００１３】また、請求項７に記載の発明は、吸着工程
とパターニング工程とを独立して行なうために、電磁波
の伝搬できる物体の、少なくともその一部の表面が平坦
である部分を含む第一の表面に、ガス体を吸着させる手
続きと、該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を
入射する手続と、上記の全反射の起こる位置にある第二
の表面から出射するエバネッセント波について、エバネ
ッセント波とガス体の構成要素との相互作用により生じ
る力が該ガス体の構成要素と該物体との吸着力よりも大
きく、該吸着したガス体が飛散する条件で該第二の表面
の位置に応じた強弱をつける手続と、を含むことを特徴
としている。
とパターニング工程とを独立して行なうために、電磁波
の伝搬できる物体の、少なくともその一部の表面が平坦
である部分を含む第一の表面に、ガス体を吸着させる手
続きと、該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を
入射する手続と、上記の全反射の起こる位置にある第二
の表面から出射するエバネッセント波について、エバネ
ッセント波とガス体の構成要素との相互作用により生じ
る力が該ガス体の構成要素と該物体との吸着力よりも大
きく、該吸着したガス体が飛散する条件で該第二の表面
の位置に応じた強弱をつける手続と、を含むことを特徴
としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。先ず第１の実施形態を図
１を用いて説明する。
面に基づいて詳細に説明する。先ず第１の実施形態を図
１を用いて説明する。
【００１５】図１は、高真空度（1.0×10-8 Pa 以下に
しておくことが望ましい）の真空チャンバー１００内で
行なう本発明の原子リソグラフィーの概略を示す模式図
である。まず、リソグラフィーにおいて使用するＩｎ、
Ｃｒ、Ａｌ、あるいはＳｉ等の物質をオーブン１０中に
入れ、その物質の蒸気圧がオーブン１０中で10 Pa 以上
になるまで加熱することによってこの物質を蒸発させ
る。この蒸発気体を、蒸発した原子の飛散する方向と同
軸上に並べた２個のピンホール（第1のピンホールはオ
ーブンに，第2のピンホールはコリメータ２に与えられ
ている）を用いてコリメートし、こうしてできた原子群
により、熱原子ビームを発生させる。熱原子ビームの広
がり角は10mrad程度以下になるように、2個のピンホー
ルの直径とそれらの間隔を設定する。また、この時得ら
れる熱原子ビームの原子密度が第2のピンホールの直後
において108個/cm3以上となるまでオーブンの温度を上
昇させ、保つことが望ましい。
しておくことが望ましい）の真空チャンバー１００内で
行なう本発明の原子リソグラフィーの概略を示す模式図
である。まず、リソグラフィーにおいて使用するＩｎ、
Ｃｒ、Ａｌ、あるいはＳｉ等の物質をオーブン１０中に
入れ、その物質の蒸気圧がオーブン１０中で10 Pa 以上
になるまで加熱することによってこの物質を蒸発させ
る。この蒸発気体を、蒸発した原子の飛散する方向と同
軸上に並べた２個のピンホール（第1のピンホールはオ
ーブンに，第2のピンホールはコリメータ２に与えられ
ている）を用いてコリメートし、こうしてできた原子群
により、熱原子ビームを発生させる。熱原子ビームの広
がり角は10mrad程度以下になるように、2個のピンホー
ルの直径とそれらの間隔を設定する。また、この時得ら
れる熱原子ビームの原子密度が第2のピンホールの直後
において108個/cm3以上となるまでオーブンの温度を上
昇させ、保つことが望ましい。
【００１６】この熱原子ビームの原子のもつ速度は広い
分布を持っているため、良く知られた光の散乱力で原子
を減速するか、速度選別することによって、低速な原子
ビームを生成する。原子減速に関しては、例えば、ゼー
マン同調法、周波数チャ−ピング法または広帯域スペク
トル光源を用いた減速法などを使用して原子ビーム中の
原子の速度が５ｍ/ｓ以下になるまで減速する。この
際、入射熱原子ビームの原子密度に対して約５０％以上
に相当する原子密度の原子が、速度５ｍ/ｓ以下になる
まで減速することが望ましい。ゼーマン同調法における
ゼーマンコイルも真空槽外に配置することが望ましい。
速度選別に関しては、例えば、文献３（F.Shimizu, et
al., Chem. Phys., 145 (1990), pp.327-331）に記述さ
れた良く知られた手法を用いて、速度選別された原子ビ
ームを空間的に分けて取り出す。これらのいずれの方法
も、必要なレーザー光は真空槽外からビューポートを通
して照射することが望ましい。
分布を持っているため、良く知られた光の散乱力で原子
を減速するか、速度選別することによって、低速な原子
ビームを生成する。原子減速に関しては、例えば、ゼー
マン同調法、周波数チャ−ピング法または広帯域スペク
トル光源を用いた減速法などを使用して原子ビーム中の
原子の速度が５ｍ/ｓ以下になるまで減速する。この
際、入射熱原子ビームの原子密度に対して約５０％以上
に相当する原子密度の原子が、速度５ｍ/ｓ以下になる
まで減速することが望ましい。ゼーマン同調法における
ゼーマンコイルも真空槽外に配置することが望ましい。
速度選別に関しては、例えば、文献３（F.Shimizu, et
al., Chem. Phys., 145 (1990), pp.327-331）に記述さ
れた良く知られた手法を用いて、速度選別された原子ビ
ームを空間的に分けて取り出す。これらのいずれの方法
も、必要なレーザー光は真空槽外からビューポートを通
して照射することが望ましい。
【００１７】こうして得られた速度５ｍ/ｓ以下の減速
原子ビームを原子源として、例えば文献４（E.L. Raab,
et al., Phys. Rev. Let., 59. (1987), 2631）に記載
され、良く知られた磁気光学トラップ（ＭＯＴ）に原子
を捕獲すると同時にレーザー冷却操作を施して、運動エ
ネルギーを温度１ｍＫ相当以下にまで冷却する。ＭＯＴ
はアンチヘルムホルツ型コイル５とレーザー光６によっ
て構成する。コイル５は真空槽の内側あるいは外側のど
ちらに配置してもよいが、これによって生じる磁場勾配
は１ｍＴ/cm程度となるようコイルに電流を流す。MOT用
レーザー光は真空槽外からビューポートを通じて6方向
（±x、±y、±z）から入射させる。この時のレーザー
光の周波数は、通常の方法にしたがって、レーザー冷却
の対象となる原子の電子遷移のうち最も効率的に冷却で
きる遷移を選択し、その遷移周波数から、凡そその遷移
の自然幅分だけ負に離調しておき、また，このときのレ
ーザー光強度は当該原子遷移の飽和強度程度としておく
ことが望ましい。さらに、６本のレーザー光の偏光状態
は右回り円偏向または左回り円偏向のいずれかになるよ
うに設定するが、それぞれをどちらの偏光状態に設定す
るかは文献４に記載の内容に従って決定する。また、上
記の減速法による原子の最終減速速度、ＭＯＴで使用す
るアンチヘルムホルツ型コイルに流す電流値、レーザー
周波数離調量、あるいはレーザー光強度については、実
際にＭＯＴで捕獲・冷却される原子の総数が最大となる
よう、さらに微調整することが望ましい。
原子ビームを原子源として、例えば文献４（E.L. Raab,
et al., Phys. Rev. Let., 59. (1987), 2631）に記載
され、良く知られた磁気光学トラップ（ＭＯＴ）に原子
を捕獲すると同時にレーザー冷却操作を施して、運動エ
ネルギーを温度１ｍＫ相当以下にまで冷却する。ＭＯＴ
はアンチヘルムホルツ型コイル５とレーザー光６によっ
て構成する。コイル５は真空槽の内側あるいは外側のど
ちらに配置してもよいが、これによって生じる磁場勾配
は１ｍＴ/cm程度となるようコイルに電流を流す。MOT用
レーザー光は真空槽外からビューポートを通じて6方向
（±x、±y、±z）から入射させる。この時のレーザー
光の周波数は、通常の方法にしたがって、レーザー冷却
の対象となる原子の電子遷移のうち最も効率的に冷却で
きる遷移を選択し、その遷移周波数から、凡そその遷移
の自然幅分だけ負に離調しておき、また，このときのレ
ーザー光強度は当該原子遷移の飽和強度程度としておく
ことが望ましい。さらに、６本のレーザー光の偏光状態
は右回り円偏向または左回り円偏向のいずれかになるよ
うに設定するが、それぞれをどちらの偏光状態に設定す
るかは文献４に記載の内容に従って決定する。また、上
記の減速法による原子の最終減速速度、ＭＯＴで使用す
るアンチヘルムホルツ型コイルに流す電流値、レーザー
周波数離調量、あるいはレーザー光強度については、実
際にＭＯＴで捕獲・冷却される原子の総数が最大となる
よう、さらに微調整することが望ましい。
【００１８】108個／cm3以上の原子密度を持つ原子集団
がＭＯＴに捕獲され、その運動エネルギーが温度1mK相
当以下にまで十分に冷却されると、ＭＯＴに使用するレ
ーザー光の照射を中断し、冷却原子群３を重力に従って
約10ｃｍ自然落下させる。この距離を調整して、原子の
運動エネルギーを調整する。この際、冷却原子は重力方
向に沿って垂直に落下する様に配置する。また、原子集
団が空間的に散逸せず、直径1mm以下の領域にまで集束
されて落下するに足る程度の長さまで四重極磁場を用意
してその中に冷却原子群を通すことが望ましい。
がＭＯＴに捕獲され、その運動エネルギーが温度1mK相
当以下にまで十分に冷却されると、ＭＯＴに使用するレ
ーザー光の照射を中断し、冷却原子群３を重力に従って
約10ｃｍ自然落下させる。この距離を調整して、原子の
運動エネルギーを調整する。この際、冷却原子は重力方
向に沿って垂直に落下する様に配置する。また、原子集
団が空間的に散逸せず、直径1mm以下の領域にまで集束
されて落下するに足る程度の長さまで四重極磁場を用意
してその中に冷却原子群を通すことが望ましい。
【００１９】このときの四重極磁場は、４本の銅ロッド
（長さｌ０ｃｍ）を等間隔（１０ｍｍ）に図１の様に配
置し、互いに逆向き電流を流して最大磁場＝１５ｍＴ
（磁場勾配 ３０ｍＴ/ｃｍ）程度磁場を発生させ、落
下する冷却原子が横方向（落下する方向と垂直な面内の
方向）への散逸を防ぎ、原子の高密度化を図るための磁
気トラップとする。この磁気トラップ領域の中で、原子
は次式で与えられるような力を受ける。
（長さｌ０ｃｍ）を等間隔（１０ｍｍ）に図１の様に配
置し、互いに逆向き電流を流して最大磁場＝１５ｍＴ
（磁場勾配 ３０ｍＴ/ｃｍ）程度磁場を発生させ、落
下する冷却原子が横方向（落下する方向と垂直な面内の
方向）への散逸を防ぎ、原子の高密度化を図るための磁
気トラップとする。この磁気トラップ領域の中で、原子
は次式で与えられるような力を受ける。
【数１】 これによって、MOTから解放された冷却原子群は磁気ト
ラップ中を落下する間に、4本のロッドから等距離にあ
る軸(B=0)上にガイドされる。図１に示したように、４
本の銅ロッドからちょうど等距離に有る軸上にＭＯＴで
冷却された原子群が位置し、又、その軸上の反対側に原
子描画領域が位置する様に配置を構成する。磁気トラッ
プとして使用するこの四重極磁場の磁場勾配は、ガイド
領域の終端（銅ロッドの最も基板に近い端）において上
記冷却原子のガイド効率が最も高くなるよう（最も多く
の原子をガイドでき、最も原子の高密度化が達成される
よう）に、銅ロッドに流す電流値を通じて微調整するこ
とが望ましい。
ラップ中を落下する間に、4本のロッドから等距離にあ
る軸(B=0)上にガイドされる。図１に示したように、４
本の銅ロッドからちょうど等距離に有る軸上にＭＯＴで
冷却された原子群が位置し、又、その軸上の反対側に原
子描画領域が位置する様に配置を構成する。磁気トラッ
プとして使用するこの四重極磁場の磁場勾配は、ガイド
領域の終端（銅ロッドの最も基板に近い端）において上
記冷却原子のガイド効率が最も高くなるよう（最も多く
の原子をガイドでき、最も原子の高密度化が達成される
よう）に、銅ロッドに流す電流値を通じて微調整するこ
とが望ましい。
【００２０】原子描画の際にエバネッセント波発生のた
めに使用するレーザー光の周波数は、冷却された原子に
対して、同じ光強度、同じ離調周波数（正に離調し、そ
の値は数GHz）の条件下で、光による双極子力を最も大
きく原子に対して及ぼし得る原子の遷移の共鳴周波数を
基準とし、それよりも数GHzだけ正に離調する。例え
ば、ナトリウム原子の場合は、アルゴンイオンレーザー
と色素レーザーを組み合わせた構成から波長589nmのレ
ーザー光を発生させ、その発振周波数は、ナトリウム原
子の（3S1/2F=2）→（3P3/2F=3）の遷移に対して数GHz
高周波数側へ離調する。また、クロム原子の場合は、同
様にアルゴンイオンレーザー励起の色素レーザーの出力
光から425nm光（クロム原子の7S3→7P4 遷移に相当）を
発生させ、その周波数を前述の遷移周波数に対して数GH
z正に離調したものを使用する。また、これらで使用す
るレーザー光の発振周波数は、例えば文献５（W.Z. Zha
o, et al., Rev. Sci. Instrum., 69 (1998), pp. 3737
-3740 ）等に掲載されている手法を用いて安定化させる
ことが望ましい。
めに使用するレーザー光の周波数は、冷却された原子に
対して、同じ光強度、同じ離調周波数（正に離調し、そ
の値は数GHz）の条件下で、光による双極子力を最も大
きく原子に対して及ぼし得る原子の遷移の共鳴周波数を
基準とし、それよりも数GHzだけ正に離調する。例え
ば、ナトリウム原子の場合は、アルゴンイオンレーザー
と色素レーザーを組み合わせた構成から波長589nmのレ
ーザー光を発生させ、その発振周波数は、ナトリウム原
子の（3S1/2F=2）→（3P3/2F=3）の遷移に対して数GHz
高周波数側へ離調する。また、クロム原子の場合は、同
様にアルゴンイオンレーザー励起の色素レーザーの出力
光から425nm光（クロム原子の7S3→7P4 遷移に相当）を
発生させ、その周波数を前述の遷移周波数に対して数GH
z正に離調したものを使用する。また、これらで使用す
るレーザー光の発振周波数は、例えば文献５（W.Z. Zha
o, et al., Rev. Sci. Instrum., 69 (1998), pp. 3737
-3740 ）等に掲載されている手法を用いて安定化させる
ことが望ましい。
【００２１】基板１上で描画を行ないたい２次元的空間
パターンから計算によってホログラム（透過性）を作成
する。この方法は、既に良く知られており、例えば、文
献６（谷田貝、斉藤著、「計算機ホログラムとその応
用」、精密機械、４７巻１２号、１９８１年１２月、15
41-1545）に記載されている方法に従ってフーリエ変換
型計算機ホログラムを作成する。
パターンから計算によってホログラム（透過性）を作成
する。この方法は、既に良く知られており、例えば、文
献６（谷田貝、斉藤著、「計算機ホログラムとその応
用」、精密機械、４７巻１２号、１９８１年１２月、15
41-1545）に記載されている方法に従ってフーリエ変換
型計算機ホログラムを作成する。
【００２２】このホログラムに上記のレーザー光を図３
のレンズ４１で絞り、描画点において所望のスポットサ
イズになる様に調整する。この光学系全体の模式図を図
３に示す。図３は、エバネッセント波生成用レーザー光
源４０ 、 レンズ ４１、ミラー４２ 、 ピンホール４
３、 計算機ホログラム４４、エバネッセント波生成点
（全反射点） ４５からなる光学系を示している。図３
のレンズ４１からエバネッセント波生成点（全反射点）
４５に至る光線が図１における入射レーザー光２１で
あり、この光線は、図１のビューポート９を通過し、基
板１にあるエバネッセント波生成点（全反射点）４５に
照射される。
のレンズ４１で絞り、描画点において所望のスポットサ
イズになる様に調整する。この光学系全体の模式図を図
３に示す。図３は、エバネッセント波生成用レーザー光
源４０ 、 レンズ ４１、ミラー４２ 、 ピンホール４
３、 計算機ホログラム４４、エバネッセント波生成点
（全反射点） ４５からなる光学系を示している。図３
のレンズ４１からエバネッセント波生成点（全反射点）
４５に至る光線が図１における入射レーザー光２１で
あり、この光線は、図１のビューポート９を通過し、基
板１にあるエバネッセント波生成点（全反射点）４５に
照射される。
【００２３】上記のレーザー光（空間強度分布をホログ
ラムによって制御されたもの）を基板１の下面から入射
させて、描画面で全反射させる。この際、計算機ホログ
ラムによるホログラム像の場合、通常のホログラフィの
ように物体光と参照光という2種類の光は必要なく、再
生光のみで光強度分布（光パターニング）を実現でき
る。描画面のうち、上側（レーザー光が照射される側と
は逆側）には、エバネッセント波が発生する。このエバ
ネッセント波の描画面における強度分布は、全反射面内
におけるホログラフィックに生成された入射レーザー光
の空間強度分布を反映する。描画面内のある点(x、y)に
おけるエバネッセント波の強度分布は、描画面と垂直方
向（z方向）には、下記の式で表わされる強度減衰を示
す。
ラムによって制御されたもの）を基板１の下面から入射
させて、描画面で全反射させる。この際、計算機ホログ
ラムによるホログラム像の場合、通常のホログラフィの
ように物体光と参照光という2種類の光は必要なく、再
生光のみで光強度分布（光パターニング）を実現でき
る。描画面のうち、上側（レーザー光が照射される側と
は逆側）には、エバネッセント波が発生する。このエバ
ネッセント波の描画面における強度分布は、全反射面内
におけるホログラフィックに生成された入射レーザー光
の空間強度分布を反映する。描画面内のある点(x、y)に
おけるエバネッセント波の強度分布は、描画面と垂直方
向（z方向）には、下記の式で表わされる強度減衰を示
す。
【００２４】
【数２】 ここに、ｚは、基板からの距離であり、ｑ、ｚ0は、
【００２５】
【数３】
【００２６】であり、Ｉ0は、描画面内の点(x、y)上のz
＝0における（ホログラフィックに生成された）レーザ
ー光強度、ｎは基板材料の屈折率、θはレーザー光の入
射角、ｚは基板表面からの距離を示す。これらの式が示
す様に、エバネッセント波は、光の波長程度の距離で強
度が減衰するため、原子に対して双極子力を及ぼす。力
の向き(基板に向かって入射してくる原子に対して斥力
となるか、引力となるか)は、レーザー光の周波数離調
の符号（正か負か）により決まる。その符号が正のとき
斥力となり、負のとき引力となる。いま、正離調にとっ
ているので、エバネッセント波は斥力により原子を反射
する鏡のような働きをする。
＝0における（ホログラフィックに生成された）レーザ
ー光強度、ｎは基板材料の屈折率、θはレーザー光の入
射角、ｚは基板表面からの距離を示す。これらの式が示
す様に、エバネッセント波は、光の波長程度の距離で強
度が減衰するため、原子に対して双極子力を及ぼす。力
の向き(基板に向かって入射してくる原子に対して斥力
となるか、引力となるか)は、レーザー光の周波数離調
の符号（正か負か）により決まる。その符号が正のとき
斥力となり、負のとき引力となる。いま、正離調にとっ
ているので、エバネッセント波は斥力により原子を反射
する鏡のような働きをする。
【００２７】このようなエバネッセント波の作る双極子
ポテンシャルは次式で与えられる。
ポテンシャルは次式で与えられる。
【数４】 ここに、δはレーザーの離調量、２γは原子の当該遷移
の自然幅、Ｉｓは原子の当該遷移についての飽和強度を
示す。
の自然幅、Ｉｓは原子の当該遷移についての飽和強度を
示す。
【００２８】エバネッセント波の生成に使用するレーザ
ー光強度は、kBをボルツマン定数、ｍを対象原子の質
量、ＴをＭＯＴで冷却された原子の温度とするとき、次
の数５、
ー光強度は、kBをボルツマン定数、ｍを対象原子の質
量、ＴをＭＯＴで冷却された原子の温度とするとき、次
の数５、
【００２９】
【数５】
【００３０】を満たす< v2 >を用いて、次の数６の条件
を基板上の原子描画位置でみたすように設定する。
を基板上の原子描画位置でみたすように設定する。
【００３１】
【数６】
【００３２】ただし、ｌ（エル）は原子の自然落下距離
（四重極磁場によるガイド距離）、ｇは重力加速度、ｍ
は原子の質量である。ここで、Ｒは、冷却原子集団中の
速度分布のうちどの速度までをエバネッセント波で反射
させるかを示す係数である。数6は冷却原子集団の温度
Ｔに対して、その集団の中のＲ×Ｔに相当する運動エネ
ルギーを持つ原子までをもエバネッセント波で基板上に
て反射させることのできる条件を示している。描画面の
仕上がり具合や、レーザー光の強度などの装置条件を考
慮してＲの値を最適化することが望ましい。
（四重極磁場によるガイド距離）、ｇは重力加速度、ｍ
は原子の質量である。ここで、Ｒは、冷却原子集団中の
速度分布のうちどの速度までをエバネッセント波で反射
させるかを示す係数である。数6は冷却原子集団の温度
Ｔに対して、その集団の中のＲ×Ｔに相当する運動エネ
ルギーを持つ原子までをもエバネッセント波で基板上に
て反射させることのできる条件を示している。描画面の
仕上がり具合や、レーザー光の強度などの装置条件を考
慮してＲの値を最適化することが望ましい。
【００３３】また、以上のことから、レーザー光の強度
を変えることによって、描画面の細線の幅を変えられる
ことは、容易に理解できる。
を変えることによって、描画面の細線の幅を変えられる
ことは、容易に理解できる。
【００３４】自然落下してきた冷却原子３はエバネッセ
ント波領域に入射するが、数４が満たされているので、
描画領域で光が存在する部分では原子が反射される。逆
に、光が存在しないところでは、原子はそのまま基板１
上に到達し堆積する。そのためホログラフィックに空間
強度分布を持つレーザー光でエバネッセント波を生成し
た場合、そのホログラフィックに生成された空間パター
ンに応じて原子が基板面上で反射または堆積される。い
ったん反射された原子は、描画面中のエバネッセント波
が存在しない位置または描画面外に移動するまで反射さ
れ続ける。その結果、基板面では計算機ホログラムで再
生した空間パターンを反映した形状で原子が堆積する。
ント波領域に入射するが、数４が満たされているので、
描画領域で光が存在する部分では原子が反射される。逆
に、光が存在しないところでは、原子はそのまま基板１
上に到達し堆積する。そのためホログラフィックに空間
強度分布を持つレーザー光でエバネッセント波を生成し
た場合、そのホログラフィックに生成された空間パター
ンに応じて原子が基板面上で反射または堆積される。い
ったん反射された原子は、描画面中のエバネッセント波
が存在しない位置または描画面外に移動するまで反射さ
れ続ける。その結果、基板面では計算機ホログラムで再
生した空間パターンを反映した形状で原子が堆積する。
【００３５】この実施形態において、４本の銅ロッドを
使用して冷却原子のガイドを実施しているが、４本の銅
ロッドに流す電流値を独立に調整し、四重極磁場の空間
的プロファイルを変化させることで、冷却原子の基板上
への落下位置を制御できる。即ち、原子描画領域を２次
元的に制御・拡張することができることは明かである。
使用して冷却原子のガイドを実施しているが、４本の銅
ロッドに流す電流値を独立に調整し、四重極磁場の空間
的プロファイルを変化させることで、冷却原子の基板上
への落下位置を制御できる。即ち、原子描画領域を２次
元的に制御・拡張することができることは明かである。
【００３６】また、描画は必ずしもホログラムによる像
を用いる必要はなく、従来のフォトリソグラフィーで良
く知られているフォトマスクを用いて光の強弱パターン
を与えることもできる。
を用いる必要はなく、従来のフォトリソグラフィーで良
く知られているフォトマスクを用いて光の強弱パターン
を与えることもできる。
【００３７】ここで、照射したレーザー光の空間的な変
調を行なうために、基板の裏面にパターンを設けて、あ
るいは、基板中に吸収率の違いで構成されたパターンを
設けて、描画面でのエバネッセント波の強度の強弱によ
るパターンを設けることによっても、原子リソグラフィ
ーを行なうことは可能である。
調を行なうために、基板の裏面にパターンを設けて、あ
るいは、基板中に吸収率の違いで構成されたパターンを
設けて、描画面でのエバネッセント波の強度の強弱によ
るパターンを設けることによっても、原子リソグラフィ
ーを行なうことは可能である。
【００３８】あるいは、照射したレーザー光の空間的な
変調を行なうために、基板の全反射面近傍における屈折
率の空間変化を設けることによっても実現可能である。
図４は、基板の裏面近傍でn1、n2の屈折率（たとえば、
基板に他の物質がドープされた場合で、基板（物質１）
の屈折率がn1、ドープされた物質（物質２）のそれがn2
でｎ１＜ｎ２のとき）がある場合を示す。図４（ｂ）で
は、光の入射角がθ１で、真空と物質２の界面では全反
射がおこって基板表面上にエバネッセント波が発生する
場合を示し、図４（ｃ）では、物質１と物質２の界面で
全反射するが、光の入射角がθ２で、全反射がおこって
基板表面上にエバネッセント波が発生する場合を示して
いる。一方、図４（ａ）では、θ１、θ２のどの角度に
たいしても真空と物質１の界面で全反射が起こり、エバ
ネッセント波が発生することを示している。
変調を行なうために、基板の全反射面近傍における屈折
率の空間変化を設けることによっても実現可能である。
図４は、基板の裏面近傍でn1、n2の屈折率（たとえば、
基板に他の物質がドープされた場合で、基板（物質１）
の屈折率がn1、ドープされた物質（物質２）のそれがn2
でｎ１＜ｎ２のとき）がある場合を示す。図４（ｂ）で
は、光の入射角がθ１で、真空と物質２の界面では全反
射がおこって基板表面上にエバネッセント波が発生する
場合を示し、図４（ｃ）では、物質１と物質２の界面で
全反射するが、光の入射角がθ２で、全反射がおこって
基板表面上にエバネッセント波が発生する場合を示して
いる。一方、図４（ａ）では、θ１、θ２のどの角度に
たいしても真空と物質１の界面で全反射が起こり、エバ
ネッセント波が発生することを示している。
【００３９】従って、物質１と物質２の界面での全反射
の臨界角より大きい入射角で光を入射することにより、
物質２のある位置では、基板内部でエバネッセント波が
発生しするため、表面での強度は、その深さに応じて減
衰する。また、物質２のない位置では、θ１、θ２のど
の角度にたいしても、エバネッセント波は基板表面で発
生しする。この様に、物質２のある、なし、によって、
基板表面のエバネッセント波強度を制御できる。例え
ば、基板としてのＢＫ7（光学ガラス）にサファイア(Al
2O3)をドープすることにより、屈折率を1.5→1.76に変
化させることができ、エバネッセント波生成のためのレ
ーザー光入射面におけるレーザー光入射角が５９°以上
になるように装置構成をとることにより，上記の方法を
用いることができる。
の臨界角より大きい入射角で光を入射することにより、
物質２のある位置では、基板内部でエバネッセント波が
発生しするため、表面での強度は、その深さに応じて減
衰する。また、物質２のない位置では、θ１、θ２のど
の角度にたいしても、エバネッセント波は基板表面で発
生しする。この様に、物質２のある、なし、によって、
基板表面のエバネッセント波強度を制御できる。例え
ば、基板としてのＢＫ7（光学ガラス）にサファイア(Al
2O3)をドープすることにより、屈折率を1.5→1.76に変
化させることができ、エバネッセント波生成のためのレ
ーザー光入射面におけるレーザー光入射角が５９°以上
になるように装置構成をとることにより，上記の方法を
用いることができる。
【００４０】以上の例では、基板１にＭＯＴによって冷
却された原子集団３が、四重極磁場中をガイドされて基
板に垂直な方向にそって堆積する場合を示したが、図２
に示したように、基板面に対して角度θをなす角の方向
から原子（分子）ビームを照射し、原子（分子）描画を
行うことも可能である。この場合、入射原子ビーム中の
原子の最高速度をv1として、原子描画位置では、ｍを対
象原子の質量とするとき、
却された原子集団３が、四重極磁場中をガイドされて基
板に垂直な方向にそって堆積する場合を示したが、図２
に示したように、基板面に対して角度θをなす角の方向
から原子（分子）ビームを照射し、原子（分子）描画を
行うことも可能である。この場合、入射原子ビーム中の
原子の最高速度をv1として、原子描画位置では、ｍを対
象原子の質量とするとき、
【００４１】
【数７】
【００４２】を満たすように、原子の速度を制御する
か、速度選別するか、入射角度を選択するか、エバネッ
セント波生成用の光強度および離調周波数を調節する
か、あるいはそれらを相互に調節する。
か、速度選別するか、入射角度を選択するか、エバネッ
セント波生成用の光強度および離調周波数を調節する
か、あるいはそれらを相互に調節する。
【００４３】上記の説明においては、単一の原子線につ
いて述べたが、上述の実施内容を複数種の原子を対象に
行うこともできる。このためには、減速された複数の原
子源を用いて、MOTで捕獲・冷却したあと、基板上へ落
下させて所望の描画パターンを基板上へ作製する。ただ
し、使用する原子種に応じて、それぞれに必要な波長の
レーザー光を用意するものとする。この際、例えば異な
るホログラム像を用いることにより、原子種によって異
なる描画パターンを基板上へ描くこともできる。
いて述べたが、上述の実施内容を複数種の原子を対象に
行うこともできる。このためには、減速された複数の原
子源を用いて、MOTで捕獲・冷却したあと、基板上へ落
下させて所望の描画パターンを基板上へ作製する。ただ
し、使用する原子種に応じて、それぞれに必要な波長の
レーザー光を用意するものとする。この際、例えば異な
るホログラム像を用いることにより、原子種によって異
なる描画パターンを基板上へ描くこともできる。
【００４４】以上の実施の形態では、基板に原子ビーム
とレーザー光とを同時に照射する例について説明した。
上記の説明において用いたレーザー光よりも十分に強力
な光を用いることができる場合は、先に基板に原子ビー
ムの吸着を行なって原子層を形成し、これに、上記と同
様に正離調の単色光を照射することにより発生するエバ
ネッセント波により、十分に強度のある光が照射された
部分では、上記の原子層の原子が飛散し、光の当たらな
かった部分では吸着されたまま原子層が残ることにな
る。
とレーザー光とを同時に照射する例について説明した。
上記の説明において用いたレーザー光よりも十分に強力
な光を用いることができる場合は、先に基板に原子ビー
ムの吸着を行なって原子層を形成し、これに、上記と同
様に正離調の単色光を照射することにより発生するエバ
ネッセント波により、十分に強度のある光が照射された
部分では、上記の原子層の原子が飛散し、光の当たらな
かった部分では吸着されたまま原子層が残ることにな
る。
【００４５】ここで、吸着された原子層が、吸着された
ことにより、その吸収スペクトル線が周波数シフトを示
したり，線幅の増加を示す場合があるが、その場合は、
照射するレーザー光の周波数に関して、所望の効果を発
揮するために最適な値を探ってその値に同調することに
よって、また，吸収スペクトル線幅が増加した場合で
も、十分に強度のある光を照射することによって、上記
の様に、吸着した原子を飛散せしめることが可能であ
る。
ことにより、その吸収スペクトル線が周波数シフトを示
したり，線幅の増加を示す場合があるが、その場合は、
照射するレーザー光の周波数に関して、所望の効果を発
揮するために最適な値を探ってその値に同調することに
よって、また，吸収スペクトル線幅が増加した場合で
も、十分に強度のある光を照射することによって、上記
の様に、吸着した原子を飛散せしめることが可能であ
る。
【００４６】この方法による利点は、原子ビームの速度
を減速する必要のないことである。従って、装置が簡略
化され、製造コストが低減する。
を減速する必要のないことである。従って、装置が簡略
化され、製造コストが低減する。
【００４７】また、この方法の利点は、今まで述べてき
た計算機ホログラムなどを用いた手法のほかに、レーザ
ー光を空間掃引することによっても、基板上で所望の描
画を行うことができる点である。これにより、光の回折
限界まで集束されたレーザー光の使用も可能であり、基
板上でそのレーザービーム径に応じた微細な線幅を持つ
パターンの逐次描画を行うこともできる。
た計算機ホログラムなどを用いた手法のほかに、レーザ
ー光を空間掃引することによっても、基板上で所望の描
画を行うことができる点である。これにより、光の回折
限界まで集束されたレーザー光の使用も可能であり、基
板上でそのレーザービーム径に応じた微細な線幅を持つ
パターンの逐次描画を行うこともできる。
【００４８】以上の説明では、電磁波として、特にレー
ザー光を用いたが、容易に理解できるように単色光であ
れば他の光源による光を用いることができる。例えば、
素粒子加速器による自由電子レーザーや放射光を単色化
した光でも、上記と同様な効果が期待できるのは、明か
である。
ザー光を用いたが、容易に理解できるように単色光であ
れば他の光源による光を用いることができる。例えば、
素粒子加速器による自由電子レーザーや放射光を単色化
した光でも、上記と同様な効果が期待できるのは、明か
である。
【００４９】
【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。
以下に説明するような効果を奏することができる。
【００５０】請求項１に記載の発明では、エバネッセン
ト波とガス体の構成要素との相互作用を用いるため、従
来の方法の様に反射板を用いた定在波を用いなくても、
描画面に、原子を所望のパターンで定着できるようにな
った。
ト波とガス体の構成要素との相互作用を用いるため、従
来の方法の様に反射板を用いた定在波を用いなくても、
描画面に、原子を所望のパターンで定着できるようにな
った。
【００５１】また、請求項２に記載の発明では、エバネ
ッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用いて、
描画面に、原子、分子あるいは微粒子を定着した表面
を、引き続く次の工程に適切な物質に置きかえることが
できるようになった。
ッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用いて、
描画面に、原子、分子あるいは微粒子を定着した表面
を、引き続く次の工程に適切な物質に置きかえることが
できるようになった。
【００５２】さらに、請求項３に記載の発明では、エバ
ネッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用い
て、光の強弱パターンを、描画面に、原子の有無として
定着できるようになった。
ネッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用い
て、光の強弱パターンを、描画面に、原子の有無として
定着できるようになった。
【００５３】さらに、請求項４に記載の発明では、エバ
ネッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用い
て、ホログラム像による光の強弱パターンを、描画面
に、原子の有無として定着できるようになり、基板での
レーザービーム径に応じたサイズで所望の原子描画パタ
ーンを作成できるというホログラム像の利点を用いるこ
とができるようになった。
ネッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用い
て、ホログラム像による光の強弱パターンを、描画面
に、原子の有無として定着できるようになり、基板での
レーザービーム径に応じたサイズで所望の原子描画パタ
ーンを作成できるというホログラム像の利点を用いるこ
とができるようになった。
【００５４】さらに、請求項５に記載の発明では、エバ
ネッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用い
て、フォトマスクによる光の強弱パターンを、描画面
に、原子の有無として定着できるようになり、光の強弱
パターンの発生が簡便になった。
ネッセント波とガス体の構成要素との相互作用を用い
て、フォトマスクによる光の強弱パターンを、描画面
に、原子の有無として定着できるようになり、光の強弱
パターンの発生が簡便になった。
【００５５】さらに、請求項６に記載の発明では、予め
パターンを持った物体を付けた基板を用いて微細パター
ンの形成方法を適用することができるようになり、微細
な構造物の構造を定着できるようになった。
パターンを持った物体を付けた基板を用いて微細パター
ンの形成方法を適用することができるようになり、微細
な構造物の構造を定着できるようになった。
【００５６】さらに、請求項７に記載の発明では、先に
原子層を吸着してしまうため、原子冷却が必要なくな
り、装置の簡単化を図ることができた。
原子層を吸着してしまうため、原子冷却が必要なくな
り、装置の簡単化を図ることができた。
【図１】本発明の原子リソグラフィーの概略を示す模式
図である。
図である。
【図２】エバネッセント波と原子ビームとの原子描画面
での相互作用を示すための図である。
での相互作用を示すための図である。
【図３】計算機ホログラムを用いたエバネッセント波生
成用の空間強度分布を持つレーザー光源の配置を示す図
である。
成用の空間強度分布を持つレーザー光源の配置を示す図
である。
【図４】基板に、異なる屈折率の領域を形成することに
より、表面でのエバネッセント波の強度を空間的に変調
する原理を説明するための概念図である。
より、表面でのエバネッセント波の強度を空間的に変調
する原理を説明するための概念図である。
１ 基板 ２ コリメーター用ピンホール ３ 冷却原子 ４ 冷却原子ガイド用四重極磁場（磁気トラップ） ５ アンチヘルムホルツ型コイル ６ 磁気光学トラップ用レーザー光 ７ ゼーマン同調減速用ソレノイドコイル ８ ゼーマン同調減速用レーザー光 ９ ビューポート １０ 原子オーブン（ピンホール付き） ２０ 出射レーザー光 ２１ 入射レーザー光 ３０ 減速原子ビーム ３１ 反射原子ビーム ４０ エバネッセント波生成用レーザー光源 ４１ レンズ ４２ ミラー ４３ ピンホール ４４ 計算機ホログラム ４５ エバネッセント波生成点（全反射点） １００ 真空チャンバー
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03H 1/08 G03H 1/16 G03H 1/22
Claims (7)
- 【請求項１】 電磁波の伝搬できる物体の、少なくとも
その一部の表面が平坦である部分を含む第一の表面に、
該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を入射する
手続と、上記の全反射の起こる位置にある第二の表面か
ら出射するエバネッセント波に、該第二の表面の位置に
応じた強弱をつける手続と、 該第二の表面に、エバネ
ッセント波とガス体の構成要素との相互作用エネルギー
が該ガス体の構成要素の運動エネルギーより大きいガス
体を照射する手続と、該ガス体の構成要素の一部を該第
二の表面に吸着させる手続と、を含むことを特徴とする
微細パターンの形成方法。 - 【請求項２】 電磁波の伝搬できる物体の、少なくとも
その一部の表面が平坦である部分を含む第一の表面に、
該物体内で電磁波が全反射する条件で電磁波を入射する
手続と、該表面が平坦な平板である部分の他方の表面で
ある第二の表面から出射するエバネッセント波に、該第
二の表面の位置に応じた強弱をつける手続と、該第二の
表面に、エバネッセント波とガス体の構成要素との相互
作用エネルギーが該ガス体の構成要素の運動エネルギー
より大きいガス体を照射する手続と、該ガス体の構成要
素の一部を該第二の表面に第一の吸着物を吸着させる手
続と、該吸着物の有無により選択的に第二の吸着物を吸
着させる手続と、を含むことを特徴とする微細パターン
の形成方法。 - 【請求項３】 請求項１あるいは２に記載の微細パター
ンの形成方法において、上記の第二の表面から出射する
エバネッセント波に第二の表面の位置に応じた強弱をつ
ける手続は、上記の第一の表面の位置に応じた電磁波の
強弱をつける手続を含む手続であることを特徴とする微
細パターンの形成方法。 - 【請求項４】 請求項１あるいは２に記載の微細パター
ンの形成方法において、上記の第二の表面から出射する
エバネッセント波に、上記の第二の表面の位置に応じた
強弱をつける手続は、上記の第一の表面の位置にレーザ
ー光によるホログラム像を投影して電磁波の強弱をつけ
る手続を含む手続であることを特徴とする微細パターン
の形成方法。 - 【請求項５】 請求項１あるいは２に記載の微細パター
ンの形成方法において、上記の第二の表面から出射する
エバネッセント波に、上記の第二の表面の位置に応じた
強弱をつける手続は、上記の第一の表面の位置に電磁波
の透過に関するマスク像を投影して電磁波の強弱をつけ
る手続を含む手続であることを特徴とする微細パターン
の形成方法。 - 【請求項６】 請求項１あるいは２に記載の微細パター
ンの形成方法において、上記の第二の表面から出射する
エバネッセント波に、上記の第二の表面の位置に応じた
強弱をつける手続は、上記の物体の厚さの位置的な変
化、上記の物体の電磁波の透過率の位置的な変化、上記
の第一の表面反射率の位置的変化、あるいは上記の第一
の表面の光吸収率の位置的変化のいずれかにより電磁波
の強弱をつける手続を含む手続であることを特徴とする
微細パターンの形成方法。 - 【請求項７】 電磁波の伝搬できる物体の、少なくとも
その一部の表面が平坦である部分を含む第一の表面に、
ガス体を吸着させる手続きと、該物体内で電磁波が全反
射する条件で電磁波を入射する手続と、上記の全反射の
起こる位置にある第二の表面から出射するエバネッセン
ト波について、エバネッセント波とガス体の構成要素と
の相互作用により生じる力が該ガス体の構成要素と該物
体との吸着力よりも大きく、該吸着したガス体が飛散す
る条件で該第二の表面の位置に応じた強弱をつける手続
と、を含むことを特徴とする微細パターンの形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000256315A JP3316513B2 (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 微細パターンの形成方法 |
| US09/938,499 US6686290B2 (en) | 2000-08-25 | 2001-08-27 | Method of forming a fine pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000256315A JP3316513B2 (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 微細パターンの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002075825A JP2002075825A (ja) | 2002-03-15 |
| JP3316513B2 true JP3316513B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=18744943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000256315A Expired - Lifetime JP3316513B2 (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 微細パターンの形成方法 |
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| Country | Link |
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| US (1) | US6686290B2 (ja) |
| JP (1) | JP3316513B2 (ja) |
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| JP5106747B2 (ja) * | 2004-10-27 | 2012-12-26 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | パターン形成方法、半導体装置の製造方法及び露光用マスクセット |
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- 2001-08-27 US US09/938,499 patent/US6686290B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2002075825A (ja) | 2002-03-15 |
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