JP7050412B2 - 新しい種類の電子ビーム誘起表面処理技法を使用したナノファブリケーション - Google Patents
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Description
図5は、タングステンの限局されたCVD成長を実行する一実施形態によるプロセス結果を示す、順を追った一連のSEM画像である。この例示的なプロセスは、水素終端Si基板(H-t Si基板)の電子ビーム誘起酸化を用いる本明細書のSCDEBL処理スキームを使用する。第1の表面修飾は、フッ化水素(hydrofluoric:HF)酸を用いたSi基板のエッチングである。このHF処理は、Si表面から自然酸化物(SiOx)層を除去し、Si表面を、水素原子層で終端された状態にする。H-t Si表面はSiOx表面よりも反応性が低く、したがって、このHF処理は、広域的表面不活性化処理であると考えることができる。
図7は、薄いEBID a-C(無定形炭素)層の選択的EBIEを利用するSCDEBL機構を用いてタングステンの限局されたCVDを実行する一実施形態によるプロセス結果を示すSEM画像である。a-C層の広がりは、黒い破線の長方形によって示されている。左側のはめ込み画像は、EBIE領域に堆積したタングステンの微細構造およびa-C層の外側のSiOx上のCVD成長の高倍率画像である。非反応性のa-C表面ではCVD成長が起こらない。EBIEによって不十分な時間、エッチングされた線が示されており、それらの線は、その下の基板を露出させなかった。
SCDEBLプロセスの別の例は、EBIDによって堆積させたシード層の使用を含む。典型的な有機金属CVD前駆体を使用したEBIDによって堆積させた材料は一般に、a-C基質中に分散したターゲット金属のナノ結晶子からなる。これらの材料は、高い材料純度を必要とする用途には適さない。しかしながら、新たに堆積させたEBID表面は、後続の材料堆積プロセスを触媒することができる高エネルギー表面を提供することができる。
現在、本明細書の実施形態の中で最も汎用性が高いと理解されているSCDEBLプロセスは、「擬似レジスト」層としての自己集合単分子層(SAM)の使用である。擬似レジストという用語を使用するのは、SAMが、単分子層の厚さだけを有し除去ステップを必要としないレジスト層の働きをすることができるためである。第1の加工物表面修飾ステップとして、基板のある範囲上にSAMを、さまざまな分子を使用して形成することができる。それらのSAMは、基板に対する広域的表面化学の画定を可能にすることができる。それらのSAMは、特定の官能基による広域的不活性化または広域的活性化を達成することができる。次いで、第2の加工物表面修飾ステップにおいて、これらのSAMを、前駆体分子を媒介とした直接の電子ビーム誘起表面反応(EBIE)によって局所的に改変することができる。
加工物表面の限局されていない広い領域を活性化または不活性化する第1の加工物表面修飾を実行することと、
電子ビーム・システムの試料室内に加工物を装填することと、
前駆体ガスを試料室に導入することと、
加工物表面の限局された特定の領域を活性化または不活性化する第2の加工物表面修飾を、前駆体ガスの存在下で電子ビームを使用して実行することと
を含み、
第1の加工物表面修飾と第2の加工物表面修飾のうちの一方の加工物表面修飾が表面活性化であり、一方が表面不活性化であり、
この方法がさらに、
加工物表面の活性化された領域に材料を固着させること
を含む方法である。
試料ステージを備える試料室と、
加工物に向かって1つまたは複数の荷電粒子ビームを導く1つまたは複数の荷電粒子ビーム・カラムと、
ビーム誘起表面修飾に使用する前駆体ガスを試料室に導入する前駆体ガス源と、
加工物の表面の活性化された領域に材料を固着させるシステムと、
荷電粒子ビーム・システムの動作および加工物表面の活性化された領域に材料を固着させるシステムの動作を制御するコントローラであり、コンピュータ命令を実行する1つまたは複数のプロセッサ、および非一時的コンピュータ・メモリを備えるコントローラと
を備え、この非一時的コンピュータ・メモリが、
第1の加工物表面修飾が実行された後の加工物を受け取る命令と、
前駆体ガスを試料室に導入する命令と、
加工物試料表面の限局された特定の領域に適用する第2の加工物表面修飾を、前駆体ガスの存在下で電子ビームを使用して実行する命令と
を記憶し、
第1の加工物表面修飾と第2の加工物表面修飾のうちの一方の加工物表面修飾が表面活性化であり、一方が表面不活性化であり、
この非一時的コンピュータ・メモリがさらに、
加工物表面の活性化された領域に材料を固着させる命令
を記憶した
装置である。
304 電子ビーム・カラム
306 集束イオン・ビーム(FIB)カラム
308 試験体室
318 加工物
318 試料ホルダ
330 ガス注入システム(GIS)
336 2次電子検出器
Claims (19)
- 表面の選択的領域を荷電粒子ビーム処理する方法であって、
加工物表面の限局されていない広い領域で第1の加工物表面修飾を実行することであって、第1の加工物表面修飾は、前記加工物表面の限局されていない広い領域を活性化する、ことであり、アミン、チオール、ブロモまたはクロル終端SAM形成分子によって、特定の反応性を有する表面を画定することである、ことと、
電子ビーム・システムの試料室内に前記加工物を装填することと、
前駆体ガスを前記試料室に導入することと、
前記前駆体ガスの存在下で電子ビームを使用して第2の加工物表面修飾を実行することであって、前記第2の加工物表面修飾は、前記加工物表面の限局された特定の領域を不活性化する、ことと
を含み、
前記方法がさらに、
前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させること
を含む方法。 - 第1および第2の加工物表面修飾を実行することと、
前記加工物表面の活性化された領域に材料を固着させることと
の各動作を循環的に繰り返すこと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記加工物表面の活性化動作が、前記第1の加工物表面修飾であるのかまたは前記第2の加工物表面修飾であるのかを、後続の加工物表面処理サイクルに関して変更することをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- 前記第1の加工物表面修飾を原位置プロセスで実行することをさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の加工物表面修飾を外位置プロセスで実行することをさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させることが、前記加工物表面の前記活性化された領域上で堆積物を成長させることを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記活性化された領域上で堆積物を成長させることが、化学気相堆積によって、前記加工物表面の前記活性化された領域上で堆積物を成長させることを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記活性化された領域上で堆積物を成長させることが、前記加工物表面上の前記活性化された領域上でのみ堆積核生成が起こる湿式プロセスによって、前記加工物表面の前記活性化された領域上で堆積物を成長させることを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させることが、前記加工物表面にナノ粒子を付着させることを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記第2の加工物表面修飾が、前記電子ビームの半値全幅(FWHM)サイズよりも小さな分解能で前記表面を改変することをさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の加工物表面修飾と前記第2の加工物表面修飾のうちの一方または両方の加工物表面修飾が、表面終端特性の修飾を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 加工物の選択的領域を荷電粒子ビーム処理する装置であって、
試料ステージを備える試料室と、
前記加工物に向かって1つまたは複数の荷電粒子ビームを導く1つまたは複数の荷電粒子ビーム・カラムと、
ビーム誘起表面修飾に使用する前駆体ガスを前記試料室に導入する前駆体ガス源と、
前記加工物表面の活性化された領域に材料を固着させるシステムと、
荷電粒子ビーム・システムの動作および前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させる前記システムの動作を制御するコントローラであり、コンピュータ命令を実行する1つまたは複数のプロセッサ、および非一時的コンピュータ・メモリを備えるコントローラと
を備え、前記非一時的コンピュータ・メモリが、
第1の加工物表面修飾が実行された後の加工物を受け取る命令と、
前駆体ガスを前記試料室に導入する命令と、
前記加工物表面の限局された特定の領域に適用する第2の加工物表面修飾を、前記前駆体ガスの存在下で電子ビームを使用して実行する命令と
を記憶し、
前記第1の加工物表面修飾が表面活性化であり、前記第2の加工物表面修飾が表面不活性化であり、
前記第1の加工物表面修飾は、アミン、チオール、ブロモまたはクロル終端SAM形成分子によって、特定の反応性を有する表面を画定し、前記加工物表面の限局されていない広い領域を活性化し、
前記第2の加工物表面修飾は、前記加工物表面の限局された特定の領域を不活性化し、
前記非一時的コンピュータ・メモリがさらに、
前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させる命令
を記憶した
装置。 - 前記非一時的コンピュータ・メモリが、第1および第2の加工物表面修飾を実行することであって前記第1の加工物表面修飾と前記第2の加工物表面修飾のうちの一方の加工物表面修飾が表面活性化であること、および、前記加工物表面の活性化された領域に材料を固着させることの各動作を循環的に繰り返す追加の命令を記憶した、請求項12に記載の装置。
- 後続の加工物表面処理サイクルに関して、前記第1の加工物表面修飾、前記第2の加工物表面修飾、および前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させることのうちの1つまたは複数に対して異なるプロセスを使用する追加の命令を、前記非一時的コンピュータ・メモリが記憶した、請求項13に記載の装置。
- 前記非一時的コンピュータ・メモリが、前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させる追加の命令を記憶しており、前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させることが、
前記加工物表面の前記活性化された領域上で堆積物を成長させること
を含む、請求項12から14のいずれか一項に記載の装置。 - 前記非一時的コンピュータ・メモリが、前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させる追加の命令を記憶しており、前記加工物表面の前記活性化された領域に材料を固着させることが、
前記加工物表面にナノ粒子を付着させること
を含む、請求項12から14のいずれか一項に記載の装置。 - 前記第2の加工物表面修飾は、不活性化される前記加工物表面の限局された特定の領域において前記前駆体ガスを分解するために電子ビームを使用することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記前駆体ガスを分解するために電子ビームを使用することは、前記電子ビームの照射量がしきい値を超える場合に前記前駆体ガスを分解することを含む、
請求項17に記載の方法。 - 前記加工物表面に入射する前記電子ビームの第1部分は、しきい値を超える第1ビーム照射量を有し、前記加工物表面に入射する前記電子ビームの第2部分は、しきい値を超えない第2ビーム照射量を有し、前記電子ビームの前記第2部分が入射する前記加工物表面は不活性化されない、
請求項1に記載の方法。
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