JP5701340B2 - ナノパターンライター - Google Patents

Description

近年のナノテクノロジの発展は、ナノ構造のナノパターンにより実現可能な優れた特性によってナノ構造の応用分野を広げてきた。プレートに形成したナノパターン（例えば、大きさ、形状）が、このプレートの特性（例えば、防汚性、反射防止性、反射性、付着性、非付着性、生体適合性など）を決定し得る。そのようなナノパターンは、例えば、ナノパターン導電線を内部に有するナノスケール装置の実装を容易にすることもできる。ナノパターンを形成する従来の技法は、光リソグラフィ、プラズマエッチング、電子ビームリソグラフィ等などの複雑なプロセスを伴うが、十分に微細なナノ構造パターンを達成することができない。

ナノパターンライティング装置の例示的な一実施形態の概略図である。 ナノパターンライターの第１の層の例示的な一実施形態の斜視図である。 図２に示す第１の層の断面図である。 膜を第１の層と第２の層の間に介在させた層状構造を形成するように第２の層が上に配置された図２に示す第１の層の斜視図である。 ４つの断片に切断した図４に示す層状構造の斜視図である。 図５に示す４つの断片のうちの１つの斜視図である。 第１の層及び第２の層の上部を除去した図６に示す層状構造の一断片の斜視図である。 三層構造の例示的な一実施形態の斜視図である。 三層の上部を除去することによって２列のナノニードルを有するナノパターンライターを製造した、図８に示す三層構造の断片の斜視図である。 図７に示すナノパターンライターを用いてプレートにナノパターンを形成するプロセスを例示する斜視図である。 図７に示すナノパターンライターを用いてプレートにナノパターンを形成するプロセスを例示する斜視図である。 ナノパターンライターを製造する方法の例示的な一実施形態の流れ図である。 図１１に示す方法のオペレーションを制御するためのコンピュータ／コントローラの例示的な一実施形態の構成図である。

＜概要＞
ナノパターンライターについての装置、方法、技法を提供する。一実施形態では、ナノパターンライターを製造する方法は、第１の層に１つ又は複数の溝を形成し、この第１の層上に物質を堆積して第１の層上に膜を形成し、第１の層上の膜を研磨することによって第１の層の１つ又は複数の溝を埋めるパターン状の膜を形成し、このパターン状の膜の上に第２の層を配置することによって第１の層と第２の層の間にパターン状の膜を介在させた層状構造を形成し、第１の層及び第２の層の一部を除去することによってパターン状の膜の一部を露出させることを含む。

前述の概要は、例示に過ぎず、決して限定をするものではない。上記の例示の態様、実施形態及び特徴に加えて、さらなる態様、実施形態及び特徴が、図面及び以下の詳細な説明を参照することによって明らかになろう。

以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付図面の参照がなされる。添付図面では、文脈上別段の定めがない限り、典型的には、同様の符号は、同様の構成要素を特定する。詳細な説明、図面及び特許請求の範囲に記載した例示的な実施形態は、限定するものではない。本明細書に提示した対象の精神及び範囲を逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更がなされてもよい。本明細書に全体的に記載するように、図に示した本開示の各態様は、幅広い種類の構成にアレンジ、置換、組み合わせ、分離及び設計されてもよく、それらの全ては、本明細書において明確に検討されていることは容易に理解されよう。

図１は、ナノパターンライティング装置１００の例示的な一実施形態の概略図を示す。図示の通り、ナノパターンライティング装置１００は、ナノパターンライター１２０と、ダイ１４０と、機械加工部１６０と、プロセッサ１８０とを備えることができる。機械加工部１６０は、パターン付けされるプレート（図示せず）を移動及び位置決めするように構成され得る。機械加工部１６０は、ナノパターンライター１２０を移動及び位置決めするように構成することもできる。利用する処理手法（例えば、エッチング、スクラッチングなど）に応じて、機械加工部１６０は、プレート、ナノパターンライター１２０、又はプレート及びナノパターンライター１２０を移動又は位置決めすることができる。例えば、機械加工部１６０は、ダイ１４０の表面上へプレート（例えば、半導体基板）を位置決めするように構成されるロボットアーム（図示せず）を含んでもよい。このロボットアームは、ダイ１４０に載っているプレートの表面上へナノパターンライター１２０を押圧及び／又はその表面上で移動することによってナノパターンを形成する（例えば、プレートの表面を引っかく）ことができる。代替として、機械加工部１６０は、ナノパターンライター１２０及びプレートをどの方向（例えば、垂直方向）にも動かさずに、パターン付けされるプレートの表面にナノパターンライター１２０を押圧するように操作することによって、プレートの表面にナノパターン（例えば、点の列）を形成することができる。機械加工部１６０は、例えば、プレートが延びる方向に対して垂直方向又は水平方向にナノパターンライター１２０を移動させることによって、ナノパターンライター１２０を用いてプレートの表面にナノパターン（例えば、線の列）を形成するようにさらに構成されてもよい。機械加工部１６０は、限定するものではないが、ロボットアーム、モータ、コンベヤベルト、又はそれらの組み合わせなどの１つ又は複数の移動装置を含んでもよい。

プロセッサ１８０は、ナノパターンライティング装置１００の動作全体を制御するように構成することができる。例えば、プロセッサ１８０は、使用者（例えば、オペレータ）から入力を受け取って、機械加工部１６０を動作させ、使用者による目視のためにナノパターンライティング装置１００の動作状態を表示するように構成されてもよい。プロセッサ１８０は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラなどを含み得る。プロセッサ１８０が実行するためのオペレーティングシステム、少なくとも１つのアプリケーションプログラム、又は他のプログラムモジュールなどのソフトウェアアプリケーションを記憶するために、少なくとも１つのシステムメモリが、プロセッサ１８０に組み込まれ、又はプロセッサ１８０に結合されてもよい。

ダイ１４０は、パターン付けされるプレートを載せるために設けられ得る。ダイ１４０は、ナノパターンライター１２０をダイ１４０上のプレートの表面と接触させるときに、プレートを保持するように構成することができる。ダイ１４０は、プレートを取り付けて、取り付けたプレート上でのナノパターンライター１２０を用いたナノパターン形成プロセスの実施を容易にするようにさらに構成されてもよい。ダイ１４０は、ナノパターンライター１２０をプレートの表面と接触させるときにプレートを固定するように、プレートの大きさに少なくともある程度基づいて設計され得る。このプレートは、例えば、機械加工部１６０を用いて、ダイ１４０上で位置決めできる。プレートが、ダイ１４０上で位置決めされると、ナノパターンライター１２０は、所定量の圧力をプレートに加えることができる。所定の圧力の量は、例えば、ナノパターンライター１２０の重量に比例してもよい。ナノパターンライター１２０は、ナノパターンライティング装置１００の単一動作コンポーネントとしてダイ１４０と一体化していてもよい。

図２〜図７は、ナノパターンライター製造時のナノパターンライター１２０などのナノパターンライターの段階例を示す。このナノパターンライターは、パターン付けされるプレートの表面を引っかくためのナノニードルの列を有し得る。いくつかの実施形態では、ナノパターンライターは、櫛状のナノパターンスクラッチャであり得る。図２は、ナノパターンライター（例えば、図１のナノパターンライター１２０）の第１の層２１０の例示的な一実施形態の斜視図を示す。図示の通り、第１の層２１０は、互いにほぼ平行である１つ又は複数の溝２３０を備える。第１の層２１０は、約１５ｎｍ（ナノメートル）〜約３０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約７０ｎｍ、又は約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの所定の深さ「Ｄ」を有することができる。第１の層２１０は、第１の層２１０の長さに沿って延びる１つ又は複数の溝２３０を備えることができる。一実施形態では、半導体加工、ＭＥＭＳ加工、又はナノテクノロジの分野における当業者に一般的によく知られている様々なエッチング技法のいずれかを用いて、第１の層２１０又は一部の第１の層２１０を部分的に除去して１つ又は複数の溝２３０を形成することができる。例えば、異方性湿式化学エッチング技法を用いて、次の通りの反応式で与えられるメカニズムによってリン酸過酸化水素水溶液中でＧａＡｓ製の第１の層２１０をエッチングしてもよい：ＧａＡｓ＋Ｈ３ＰＯ４＋４Ｈ２Ｏ２→ＧａＰＯ４＋Ｈ３ＡｓＯ４＋４Ｈ２Ｏ。

一実施形態では、第１の層２１０は、所定のパターン（例えば、複数の平行な線パターン）を有するように配列した１つ又は複数の溝２３０を有することができる。よく知られている様々なフォトリソグラフィ技法（又は他の同等な方法）のいずれかを用いて１つ又は複数の溝２３０のパターンを定めることができる。一実施形態では、フォトレジスト層（図示せず）が、第１の層２１０に形成され得る。次いで、フォトレジスト層を前述のフォトリソグラフィ技法のいずれか１つを用いて処理することによって第１の層２１０上のフォトレジスト層の一部を選択的に除去することができる。次いで、第１の層２１０の露出部分を（例えば、異方性湿式化学エッチングを用いて）エッチングすることによって１つ又は複数の溝２３０を形成することができる。フォトレジスト層は、例えば、酸素を含有するプラズマを用いて除去することができる。このようにして、１つ又は複数の溝２３０が、図２に示すように、第１の層２１０に形成され得る。一実施形態では、第１の層２１０に形成した１つ又は複数の溝２３０は、隣接した溝の間に所定の中心間距離「ｓ」を有するほぼ均一な様式で配置され得る。この中心間距離「ｓ」は、形成される所望のナノパターンに基づいて決定することができる。いくつかの実施形態では、中心間距離「ｓ」は、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍであり得る。ナノパターンライター１２０の所定の中心間距離「ｓ」が広くなるにつれて、ナノパターンライター１２０によって形成されるナノパターンの線の間隔は大きくなってもよい。図２は、２つの隣接した溝の間にほぼ均一な中心間距離を有して直線的に延びる１つ又は複数の溝２３０を示すが、設計仕様に応じて、１つ又は複数の溝２３０は、異なるパターンを有するいろいろな方向に、及び／又はいろいろな中心間距離「ｓ」で配置されてもよい（例えば、あるペアの２つの隣接した溝は、別のペアの２つの隣接した溝よりも互いにより近く間隔をおいて配置されてもよい）ことを理解されたい。

１つ又は複数の溝２３０は、ナノパターンライティング装置１００に用いられるナノパターンライター１２０の設計要件／仕様に基づいて変わり得る断面形状を有することができる。例えば、１つ又は複数の溝２３０は、ほぼ三角形の断面を有することができる。図２に示すように、１つ又は複数の溝２３０の断面は、ナノパターンライター１２０を用いて製造されるナノパターンの寸法／スケールに基づいて定めることができる所定の幅「ｗ」及び所定の深さ「ｄ」を有する底が尖った三角形の形状であってもよい。例えば、溝２３０の幅「ｗ」及び深さ「ｄ」は、ナノパターンライター１２０を用いて形成されるナノパターンの線の幅に基づいて決定される値を有し得る。ナノパターンライター１２０における溝２３０の幅「ｗ」及び深さ「ｄ」が大きくなるにつれて、ナノパターンライター１２０によって形成されるナノパターンの線の幅も大きくなり得る。いくつかの実施形態では、幅「ｗ」は、約５ｎｍ〜約１０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１５ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍであり得る。他の実施形態では、幅「ｗ」は、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約５０ｎｍ、又は約１００ｎｍであり得る。いくつかの実施形態では、深さ「ｄ」は、約５ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍであり得る。他の実施形態では、深さ「ｄ」は、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約５０ｎｍ、又は約１００ｎｍであり得る。

図３は、硬質物質製の膜が溝２３０を埋めている図２の第１の層２１０の断面図を示す。一実施形態では、硬質物質が、ナノニードル３１０の列を形成するようにパターン化した溝２３０を埋める。ナノニードル３１０は、ナノパターンライター１２０を用いてパターン付けされるプレートの表面を引っかくのに十分な所定の硬度を有する任意の種類の硬質物質で作製され、この硬質物質を含むことができる。例えば、ナノニードル３１０は、モース硬度に関して約７以上の硬度を有する様々な材料のいずれかで作製することができる。ナノニードル３１０は、石英、タングステン、炭化タングステン、炭化タンタル、又はダイヤモンドを含む硬質材料で作製することができるが、これらに限定するものではない。別の実施形態では、ナノニードル３１０は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−５Ｚｒ−０．５Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−５．５Ａｌ−３．５Ｓｎ−３Ｚｒ−０．３Ｍｏ−１Ｎｂ−０．３Ｓｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ等などのチタン合金で作製され得る。

１つ又は複数の溝２３０を埋めるために、硬質物質が、第１の層２１０の表面に堆積されてもよい。硬質物質の膜は、スパッタ堆積、プラズマ溶射、熱溶射、真空蒸着などを含むよく知られている様々な塗布技法のいずれかを用いて第１の層２１０の表面に堆積されてもよいが、それらに限定されない。一実施形態では、堆積した膜をよく知られている様々な研磨技法のいずれかを用いて研磨して、１つ又は複数の溝２３０を埋めるパターン状の膜を形成することができる。研磨技法には、化学機械研磨（ＣＭＰ）、蒸気研磨（ｖａｐｏｒ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、火炎研磨（ｆｌａｍｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などが含まれ得るが、これらに限定されない。研磨プロセス中に、膜が、第１の層２１０の表面に形成される。次いで、この膜を擦って、１つ又は複数の溝２３０の間（例えば、溝２３０同士の間の第１の層２１０の平面上）に形成される膜の一部を除去する。いくつかの実施形態におけるこの擦りプロセス（ｒｕｂｂｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）は、１つ又は複数の溝２３０内に配置した膜の一部を残す。１つ又は複数の溝２３０を埋める膜の一部は、１つ又は複数の溝２３０の深さ「ｄ」とほぼ同じ又はそれ未満の高さを有し得る。このようにして、第１の層２１０の１つ又は複数の溝２３０を膜が埋める。硬質物質の膜は、第１の層２１０の長さに沿って延びるナノニードルの列３１０を形成することができる。他の実施形態では、ナノニードル３１０は、ほぼ均一な高さをやはり有し得る。

図４は、第２の層４１０が上に位置する第１の層２１０の斜視図である。図示の通り、第２の層４１０を、膜で埋められた１つ又は複数の溝２３０を有する第１の層２１０の上面に配置することによって層状構造４００を形成することができる。層状構造４００は、ナノニードルの列３１０を備えた第１の層２１０及び第２の層４１０を含む。いくつかの実施形態では、ナノニードル３１０は、第１の層２１０と第２の層４１０の間に介在した膜によって形成される。第２の層４１０は、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）などを含むよく知られている様々な堆積技法のいずれかを用いて第１の層２１０上に堆積することができるが、それらに限定されない。堆積プロセス中、層状構造４００は、第１の層２１０と、第２の層４１０と、の間の良好な付着を確かなものとするために加熱されつつ押圧されてもよい。一実施形態では、第１の層２１０及び第２の層４１０は、ケイ素（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ／ＳｉＧａＡｓ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／Ｓｉなどを含む様々な半導体材料で作製することができるが、これらに限定されない。代替として、第１の層２１０及び第２の層４１０は、非半導体材料で作製されてもよい。いくつかの実施形態では、材料は、可撓性、寸法、コスト、耐久性等などの材料のある特定の特徴又は特性に基づいて選択することができる。第２の層４１０は、第１の層２１０の材料と同じ又は異なる材料で作製されてもよい。

図５は、複数の断片に切断されている図４の層状構造４００の斜視図を示す。図示の通り、第１の層２１０及び第２の層４１０で構成される層状構造４００は、４つの断片５１０、５２０、５３０、５４０に分割され得る。図５は、単に説明の便宜のために４つの断片に切断した層状構造４００を示しており、当業者は、層状構造４００が、様々な個数の断片に切断されてもよいことを理解するであろう。かみそりの刃又は他の適切な切断器具を用いて層状構造４００を断片５１０、５２０、５３０、５４０に分けることができる。図５に示すように、層状構造４００は、「ｌ」軸に沿って垂直に切断されてもよく、この「ｌ」軸は、「ｎ」軸によって示すように層状構造４００の基部にほぼ垂直である（すなわち、「ｌ」軸と「ｎ」軸とによって形成される切断角αは、約９０度である）。あるいは、層状構造４００は、「ｌ」軸と「ｎ」軸とによって形成される切断角が鋭角を形成するように「ｌ」軸に沿って切断されてもよい。すなわち、ナノニードル３１０が並べられる「ｌ」軸と「ｎ」軸の間の切断角αは、９０度未満であってもよい。

図６は、直立位置に配置した層状構造４００の４つの断片のうちの１つ（例えば、断片５１０）の斜視図を示す。断片５１０は、第１の層２１０と、第２の層４１０と、の間にナノニードル３１０の列を有する。機械加工部（例えば、ロボットアーム）を使用して、直立位置に配置されるように断片５１０を（約９０度）回転させることができる。図７は、第１の層及び第２の層の上部を除去した層状構造４００の断片５１０の斜視図を示す。第１の層２１０の上部及び第２の層４１０の上部を除去してその中のナノニードル３１０を露出させる。第１の層２１０及び第２の層４１０の残りの部分（第１の層２１０及び第２の層２４０の残りの底部）が、本体部７１０を形成し、この本体部にナノニードル３１０が、固着され、又は取り付けられている。断片５１０の第１の層２１０及び第２の層４１０の上部を、よく知られている様々なエッチング技法のいずれかを用いて選択的に除去することによってナノニードル３１０の一部を露出することができる。例えば、異方性湿式化学エッチング技法を使用して断片５１０の第１の層２１０及び第２の層４１０の上部をエッチング及び除去することができる。このエッチングプロセス中、第１の層２１０及び第２の層４１０の上部又は一部を除去する間、断片５１０の底部をホルダ（図示せず）に取り付けて断片５１０をそこに固定していてもよい。このように、層状構造４００の断片５１０を加工して、本体部７１０と本体部７１０に取り付けたナノニードルの列３１０とを有するナノパターンライター（例えば、図１のナノパターンライター１２０）を製造することができる。図７は、１段のナノニードル３１０を有するナノパターンライターを製造する例を示すが、２段以上のナノニードル３１０を有するナノパターンライターを製造することも可能であることを理解されたい。例えば、ナノニードル３１０を並べて２段のナノニードル（すなわち、断片５１０からなるある段、及び断片５２０からなる他の段）を有する一体化構造を形成できるように、層状構造４００の一断片（例えば、図５の断片５１０）を、層状構造４００の別の断片（例えば、図５の断片５２０）に固定してもよい。２段のナノニードルを有する一体化構造の上部を除去して断片５１０及び断片５２０中のナノニードルの列を露出させることによって、２段以上のナノニードルを有するナノパターンライターを製造することができる。

図８は、第３の層８１０を第２の層４１０上に配置した三層構造８００の例示的な一実施形態の斜視図を示す。第２の層４１０の長さに沿って延びる１つ又は複数のさらなる溝８３０が、第２の層４１０に形成され得る。さらなる溝８３０は、図２を参照して上述した溝２３０と同様の方法で形成することができる。第２の層４１０に形成される１つ又は複数のさらなる溝８３０のスケール／寸法／形状（例えば、各溝の幅及び深さ、各溝の断面形状、２つの隣接した溝の間の中心間距離など）は、第１の層２１０に形成される溝２３０のものとほぼ同じとすることができる。図示の通り、第２の層４１０の１つ又は複数のさらなる溝８３０は、第１の層２１０の溝２３０とほぼ平行に延び得る。いくつかの実施形態では、第２の層４１０の１つ又は複数のさらなる溝８３０は、第１の層２１０の１つ又は複数の溝２３０のパターンとほぼ同じパターンを有することができる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のさらなる溝８３０は、１つ又は複数の溝２３０の線状パターンと互い違いになっている線状パターンを有することもできる。例えば、１つ又は複数のさらなる溝８３０は、例えば、１つ又は複数の溝２３０が形成されている位置から右側に所定の距離又は寸法（例えば、２つの隣接した溝の間の中心間距離の半分）だけ水平方向にずらされた位置に形成することができる。図８は、２つの隣接したさらなる溝の間にほぼ均一な中心間距離を有して直線的に延びる１つ又は複数のさらなる溝８３０を示すが、設計仕様に応じて、１つ又は複数のさらなる溝８３０は、異なるパターンを有するいろいろな方向に、及び／又は２つの隣接したさらなる溝の間の中心間距離で配置されてもよいことを理解されたい。さらに、１つ又は複数のさらなる溝８３０のパターンは、図８に示すものから変更できる（例えば、あるペアの２つの隣接したさらなる溝は、別のペアの２つの隣接したさらなる溝よりも互いにより近く間隔をおいて配置されてもよい）。

図３を参照して上述した１つ又は複数の溝２３０を埋める膜を形成するのと同様の方法で、膜を１つ又は複数のさらなる溝８３０内に堆積させて、第２の層４１０の１つ又は複数のさらなる溝８３０にさらなるナノニードルの列８５０を形成することができる。ナノニードル８５０は、所定の硬度を有する任意の種類の硬質材料で作製することができる。例えば、ナノニードル８５０は、ナノニードル３１０の硬度と同じ硬度（例えば、同じ物質）を有する物質で作製することができる。この硬質物質を第２の層４１０に堆積させて第２の層４１０の表面に膜を形成する。この硬質物質の膜をよく知られている様々な研磨技法のいずれかを用いて研磨することによって溝８３０内にパターン状の膜形成することができる。このようにして、膜が溝８３０を埋めることによって、第２の層４１０の長さに沿って延びるさらなるナノニードルの列８５０を形成することができる。

図９は、三層の上部を除去することによって２列のナノニードルを有するナノパターンライターを製造した、図８に示す三層構造８００の断片９００の斜視図を示す。２列のナノニードルは、ナノニードルの列３１０及びさらなるナノニードルの列８５０によって形成することができる。第１の層２１０及び第２の層４１０を有する層状構造４００を複数の断片に切断する（図５）のと同様の方法で、第１の層２１０、第２の層４１０、及び第３の層８１０を備える三層構造８００は、よく知られている様々な切断技法のいずれかを用いて（例えば、かみそりの刃を用いて）断片９００を含む複数の断片に切断又は分割することができる。断片９００は、直立位置になるように９０度だけ回転され得る。第１の層２１０、第２の層４１０、及び第３の層８１０の上部を、よく知られている様々なエッチング技法のいずれかを用いて選択的に除去することによってナノニードル３１０及びナノニードル８５０の上部を露出することができる。このようにして、２段のナノニードル（すなわち、ナノニードル３１０からなるある段、及びナノニードル８５０からなる他の段）を有するナノパターンライターを、三層構造８００の断片９００を用いて製造することができる。２段のナノニードルを有するナノパターンライターが、図９に示されているが、他の異なるパターンのナノニードル（例えば、３段のナノニードル）が、異なる設計仕様に応じて形成されてもよいことを理解されたい。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、ナノパターンライター（例えば、図７のナノパターンライター）を用いてプレートにナノパターンを形成するプロセスを例示する斜視図を示す。図示の通り、本体部７１０と、本体部７１０に取り付けたナノニードルの列３１０と、を有するナノパターンライター１２０は、方向「ｍ」に移動され得る。ナノパターンライター１２０は、ナノニードルの列３１０が、プレートの表面１０１０を引っかくことを可能にするいずれかの種類の機械加工部（例えば、ロボットアーム）を用いて移動することができる。ナノパターンライター１２０を移動することによって、プレート１０１０の表面内にナノパターン１０７０、及びナノパターン１０９０を形成する（それぞれ、図１０Ａ及び図１０Ｂ）。プレート１０１０は、ガラス、半導体基板、フォトレジストなどを含み得るが、それらに限定されない。一実施形態では、ナノパターンライター１２０は、ナノパターンライター１２０が延びる方向「ｈ」にほぼ垂直な方向「ｍ」にプレート１０１０の表面上で移動させられ得る。この移動によって、プレート１０１０（図１０Ａ）の長さに沿って並ぶ複数の線を有するナノパターン１０７０を形成する。ナノニードル３１０の２つの隣接したニードルは、約５ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１５ｎｍ〜約７０ｎｍ、又は約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの中心間距離を有することができる。ナノニードルの中心間距離により、ナノパターン１０７０における線の間隔を決定することができる。ナノパターンライター１２０の中心間距離が広くなるにつれて、ナノパターンライター１２０によって形成されるナノパターン１０７０における線の間隔は大きくなり得る。

代替として、ナノパターンライター１２０は、ナノパターンライター１２０が延びる方向「ｈ」に対して鋭角（例えば、約４５度）を形成する方向「ｍ」にプレート１０１０の表面上で移動させられることによって、プレート１０１０上で斜めに並ぶ複数の線を有するナノパターン１０９０を形成することができる（図１０Ｂ）。本実施形態では、ナノパターンライター１２０を、ナノパターンライター１２０が延びる方向「ｈ」に対して鋭角に（例えば、プレート１０１０の表面上で右上方向に向かって）移動させることによって、ナノパターン１０７０の線間隔よりも微細な線間隔を有するナノパターン１０９０を生成又は形成する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、ナノニードルの列３１０を有するナノパターンライター１２０を所定の方向に移動させることによってプレート１０１０にナノパターンを形成する方法を例示するが、様々なナノパターンのいずれかを、ナノパターンライターにおいて異なる配置（例えば、長方形パターン）のナノニードルを用い、及び／又はそのようなナノパターンライターを種々の方向に（例えば、ジグザグ経路で）移動させることによって形成することができることを理解されたい。長方形状に構成された複数段のナノニードルを有するナノパターンライターを、プレート１０１０の表面に向けて押圧することによって、ナノパターンライターの複数段のナノニードルの位置に対応する複数の点を有するナノパターンを形成することができる。

図１１は、ナノパターンライター（例えば、図７のナノパターンライター）を製造する方法の例示的な一実施形態の流れ図である。ブロック１１１０では、第１の層２１０が、ナノパターンライターのナノニードルの列を含むための１つ又は複数の溝を形成するために用意される。ブロック１１２０では、１つ又は複数の溝２３０が、第１の層２１０に形成される。よく知られている様々なエッチング技法のいずれかを用いて、第１の層２１０を加工して、第１の層２１０の長さに沿って延びる１つ又は複数の溝２３０を画定することができる。上記の通り、第１の層２１０に形成される１つ又は複数の溝２３０は、隣接した溝の間に所定の中心間距離「ｓ」を有するほぼ均一な様式で配置され得る（図２）。中心間距離「ｓ」は、ナノパターンライター１２０を用いて形成されるナノパターンにおける隣接した線の間の間隔を決定することができる。１つ又は複数の溝２３０の断面形状は、ナノパターンライティング装置１００に用いられるナノパターンライターの設計要件／仕様に基づいて変わり得る。

ブロック１１３０では、硬質物質を第１の層２１０上に堆積させて第１の層２１０の表面に膜を形成する。この膜は、第１の層２１０上へ堆積され、１つ又は複数の溝２３０を埋めてナノニードル３１０を形成する。ナノニードル３１０は、パターン付けされるプレートの表面を引っかくのに十分な所定の硬度以上の硬度を有する様々な材料のいずれかで作製することができる。ブロック１１４０では、この膜をよく知られている様々な研磨技法のいずれかを用いて研磨することによって、第１の層２１０における１つ又は複数の溝２３０を埋めるパターン状の膜を形成する。研磨プロセス中に、溝２３０の間の第１の層２１０の平面に形成される膜の一部を除去し、それによって溝２３０内に配置した膜の一部を残す。このようにして、第１の層２１０の溝２３０を膜が埋めることによってナノニードル３１０を形成することができる。ブロック１１５０では、第２の層４１０を、第１の層２１０の上面に配置又は堆積させて層状構造４００を形成することができる。堆積中、層状構造４００は、第１の層２１０と、第２の層４１０と、の間の良好な付着を確かなものとするために加熱されつつ押圧され得る。

ブロック１１６０では、層状構造４００は、複数の断片（例えば、図５の断片５１０、５２０、５３０、５４０）に分割され得る。層状構造４００は、溝２３０が延びる方向にほぼ垂直な方向（すなわち、ここでは図５中の切断角αは約９０度である）に切断され得る。代替として、層状構造４００は、溝２３０が延びる方向に対して鋭い切断角（すなわち、ここでは切断角ａは、９０度未満である）で斜めに切断されてもよい。ブロック１１７０では、断片５１０に含まれる第１の層２１０及び第２の層４１０の一部が、よく知られている様々なエッチング技法のいずれかを用いて選択的に除去することができる。第１の層２１０及び第２の層４１０の一部をエッチングすることによって、第１の層２１０と第２の層４１０の間に配置されるナノニードル３１０の一部を露出する。このようにして、第１の断片５１０を加工してナノニードル３１０を有するナノパターンライター１２０を製造することができる。

本明細書に開示した本プロセス及び方法ならびに他のプロセス及び方法については、それらプロセス及び方法において実行される機能は、異なる順序で実行されてもよいことを当業者は理解されよう。さらに、概説したステップ及び動作は、例として与えられたものに過ぎず、これらステップ及び動作の一部は任意であり、開示した実施形態の本質から逸れることなく、より少ないステップ及び動作に組み合わされてもよく、又は追加のステップ及び動作に拡張されてもよい。

図１２は、図１１に示すプロセスの実施を制御できるコンピュータ又はコントローラの例示的な一実施形態の構成図を示す。図示の通り、コンピュータ／コントローラ１２００が、プロセス構成部（「ｆａｂ」）１２１０に結合している。プロセス構成部１２１０は、ウェハを移動させるためのロボット機構１２１２を用いて基板又はプレートを処理する様々なプロセスチャンバ１２１１のいずれかを含む。この処理は、堆積される材料の深さ／幅に基づいて変わる。次いで、プロセス構成部１２１０内の特定の材料を堆積及び／又はエッチングすることで知られている化学蒸着、物理蒸着、電気化学堆積、及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて、パターンをエッチング及びインプリントすることができる。コンピュータ／コントローラ１２００は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２０２と、メモリ１２０８と、サポート回路１２０６と、入出力（Ｉ／Ｏ）回路１２０４とを備える。ＣＰＵ１２０２は、メモリ１２０８に格納されているソフトウェアを実行するようにプログラムされると、プロセス構成部１２１０のハードウェア及び／又はコンポーネントを制御するように構成される専用コンピュータになる汎用コンピュータであり得る。メモリ１２０８には、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リムーバブル記憶装置、ハードディスクドライブ、又は他の任意のデジタルメモリ装置が含まれ得る。Ｉ／Ｏ回路１２０４は、情報を表示又は出力するのに適したよく知られている表示装置を含み得るとともに、キーボード、マウス、トラックボール又は他の入力装置が、（プロセス構成部１２１０内に含まれるロボット１２１２によって実行される関連したアクションを含めて）プロセス構成部１２１０によって実行されるプロセス（すなわち、制御）を決定するためのコンピュータ／コントローラ１２００の適切なプログラミングを可能にし得る。サポート回路１２０６は、当技術分野でよく知られており、キャッシュ、クロック、電源等などの回路を含む。メモリ１２０８は、ＣＰＵ１２０２によって実行されると、コンピュータ／コントローラ１２００によるプロセス構成部１２１０の種々のコンポーネントのデジタル制御を可能にする制御ソフトウェアを格納する。別の実施形態では、コンピュータ／コントローラ１２００は、アナログであり得る。例えば、特定用途向け集積回路が、プロセス構成部１２１０内で起こるプロセスなどのプロセスを制御することができる。

本開示は、本出願に記載した特定の実施形態の用語に限定されるものではなく、種々の態様を例示するものと意図される。当業者に明らかであるような多くの修正形態及び変更形態が、本開示の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得る。本開示の範囲内の機能的に均等な方法及び装置が、本明細書に列挙されたものに加えて、前述の記載から当業者に明らかであろう。そのような修正形態及び変更形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。本開示は、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるべきであり、均等の全範囲とともに、それらに対してそうした特許請求の範囲は権利付与される。本開示は、特定の方法、反応物、化合物、組成物又は生体系に限定されるものではなく、当然ながら変更可能であることを理解されたい。本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、限定するものではないことも理解されたい。

本明細書中の実質的にあらゆる複数形及び／又は単数形の用語の使用に関しては、当業者は、文脈及び／又は用途に合うように、複数形から単数形へ及び／又は単数形から複数形へ変換することができる。種々の単数／複数の置換が、理解しやすいように本明細書に明示的に記載され得る。

一般に、本明細書中、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）で使用する用語は、一般に、「オープン（ｏｐｅｎ）」な用語として意図される（例えば、用語「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「を含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも〜を有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「を含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであるなど）ことが当業者によって理解されよう。さらに、クレームの記載の導入が特定の個数を意図する場合、そうした意図は、当該クレームにおいて明示的に記載され、そのような記載がない場合、そうした意図も存在しないことが当業者によって理解されよう。例えば、理解を助けるものとして、後述の添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」及び「１つ又は複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」の使用を含んでクレームの記載を導入する場合がある。しかし、そうした句の使用は、同一のクレームが、導入句「１つ又は複数の」又は「少なくとも１つの」、及び「ａ」又は「ａｎ」などの不定冠詞を含むときでも、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」によるクレームの記載を導入が、そのようなクレームの記載の導入を含む任意の特定のクレームを、そのような記載事項をただ１つ含む実施形態に限定することを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は、「少なくとも１つの」又は「１つ又は複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、定冠詞を使用してクレームの記載を導入する場合にも当てはまる。加えて、クレームの記載の導入においてある特定の数が明示的に記載されている場合でも、そうした記載は、少なくとも記載した数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語を用いずに「２つの記載事項」をただ記載するときは、少なくとも２つの記載事項、又は２つ以上の記載事項を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ及びＣなどのうち少なくとも１つ」に類する表記が使用されている場合には、一般に、そのような構成は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図される（例えば、「Ａ、Ｂ及びＣのうち少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣとを全て、などを有するシステムを含むが、これらに限定されるものではない）。「Ａ、Ｂ及びＣなどのうち少なくとも１つ」に類する表記が使用されている場合には、一般に、そのような構成は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図される（例えば、「Ａ、Ｂ及びＣのうち少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣとを全て、などを有するシステムを含むが、これらに限定されるものではない）。さらに、２つ以上の択一的用語を表す実質的にあらゆる離接語及び／又は離接句は、詳細な説明、特許請求の範囲、図面のどこにあっても、これら用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、これら用語のどちらか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、又は両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を意図すると理解されるべきであることが、当業者には理解されよう。例えば、「Ａ」又は「Ｂ」という句は、「Ａ」又は「Ｂ」、あるいは「ＡかつＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

当業者に理解されるように、記述を行う観点など、いずれか及び全ての目的のため、本明細書に開示した全ての範囲は、任意の及び全部の可能性がある部分的範囲及びその部分的範囲の組み合わせも包含する。任意の挙げた範囲は、同一の範囲が、少なくとも二等分、三等分、四等分、五等分、十等分などに分解されることを十分に説明し、それらを十分に可能にするものとして容易に認識できよう。限定されない例として、本明細書に開示した各範囲は、３分の１の下側、３分の１の中央、及び３分の１の上側などに容易に分解することができる。また、当業者に理解されるように、「まで」、「少なくとも」等などの全ての文言は、記載した数を含むと共に、上記の部分的範囲に続いて分解できる範囲を指している。

前述より、本開示の種々の実施形態を例示の目的で本明細書に記載してきたが、種々の修正形態が本開示の範囲及び精神から逸脱することなくなされてもよいことが理解されよう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は、限定するものではなく、その実際の範囲及び精神は、添付の特許請求の範囲によって示されている。

Claims (10)

1. 表面に溝を備える第１の層と、
   前記第１の層の前記表面上に配置された第２の層と、
   前記第１の層と前記第２の層ではさまれたナノニードルの列であって、当該ナノニードルの列のそれぞれのナノニードルが、前記第１の層の溝を埋める第１の部分と、前記溝から突き出て、前記第１の層の表面と平行な方向に延びている第２の部分と、を有する、ナノニードルの列と、
   を備えるナノパターンライターであって、
   前記溝の断面形状と、前記ナノニードルの列の断面形状が同じであり、
   前記第１の層及び第２の層が、半導体材料からなる、
   ナノパターンライター。
2. 前記第１の層及び第２の層が、前記ナノニードルに対して選択的にエッチング可能な材料からなる、請求項１に記載のナノパターンライター。
3. 前記溝及び前記ナノニードルの断面形状が三角形である、請求項１又は２に記載のナノパターンライター。
4. 前記ナノニードルの列が、モース硬度に関して７以上の硬度を有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のナノパターンライター。
5. 前記ナノニードルの列が、石英、タングステン、炭化タングステン、炭化タンタル、ダイヤモンド、又はチタン合金の少なくとも１つを備える、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のナノパターンライター。
6. 前記ナノニードルの列が、１段のナノニードルを有するほぼ線状パターンを有する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のナノパターンライター。
7. 前記ナノニードルの列が、２段以上のナノニードルを有するほぼ長方形パターンを有する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のナノパターンライター。
8. 前記ナノニードルの列が、均一な中心間距離を有する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のナノパターンライター。
9. 前記ナノニードルの列が、１０ｎｍから１００ｎｍの中心間距離を有する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のナノパターンライター。
10. 前記ナノニードルの列が、１００ｎｍから１０００ｎｍの中心間距離を有する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のナノパターンライター。

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