JPH1179900A - 微細構造物の形成方法 - Google Patents
微細構造物の形成方法Info
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- JPH1179900A JPH1179900A JP24769697A JP24769697A JPH1179900A JP H1179900 A JPH1179900 A JP H1179900A JP 24769697 A JP24769697 A JP 24769697A JP 24769697 A JP24769697 A JP 24769697A JP H1179900 A JPH1179900 A JP H1179900A
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- Japan
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- wire
- electron beam
- substrate
- base
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 線径数１０ｎｍの線材を得る。
【解決手段】 電子ビーム１６を基材１２の端部に照射
し、基材１２を溶解させた後、ビームを基材１２から離
れる方向に移動させる。これによって、基材１２からの
原子が電子ビーム１６により引き出される。これによっ
て、基材１２と電子ビーム１６間の空間にワイヤ２０が
形成される。
し、基材１２を溶解させた後、ビームを基材１２から離
れる方向に移動させる。これによって、基材１２からの
原子が電子ビーム１６により引き出される。これによっ
て、基材１２と電子ビーム１６間の空間にワイヤ２０が
形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを利用
した微細構造物の形成方法に関する。
した微細構造物の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体微細加工技術の進歩などに
より、各種の微細構造物が実現され、その用途もますま
す広がっている。例えば、走査トンネル顕微鏡用のナノ
ティップ、原子間力顕微鏡用のＳｉＮティップ、その他
走査プローブ顕微鏡用のティップ等には、非常に微細な
線材が要求されている。また、電界放射顕微鏡や電界イ
オン顕微鏡用のティップ、ブラウン管に代わる次世代フ
ィールドエミッションアレイ（ＦＥＡ）、ナノワイヤリ
ング、ナノスプリング、マルチナノティップの製造、電
子線ホログラフィー用のプリズム及びバイプリズムなど
において直径がナノメーター（ｎｍ）レベルの線材など
が要求される。
より、各種の微細構造物が実現され、その用途もますま
す広がっている。例えば、走査トンネル顕微鏡用のナノ
ティップ、原子間力顕微鏡用のＳｉＮティップ、その他
走査プローブ顕微鏡用のティップ等には、非常に微細な
線材が要求されている。また、電界放射顕微鏡や電界イ
オン顕微鏡用のティップ、ブラウン管に代わる次世代フ
ィールドエミッションアレイ（ＦＥＡ）、ナノワイヤリ
ング、ナノスプリング、マルチナノティップの製造、電
子線ホログラフィー用のプリズム及びバイプリズムなど
において直径がナノメーター（ｎｍ）レベルの線材など
が要求される。
【０００３】ここで、従来より、微細構造の作製には、
フォトリソグラフィー技術が利用されてきた。すなわ
ち、マスクを用いた感光、エッチングなどのパターニン
グを繰り返し、微細構造を実現していた。さらに、フォ
トリソグラフィーでは、０．１μｍレベルの微細構造が
限界であるため、電子ビームリソグラフィーや、Ｘ線リ
ソグラフィー等も提案されている。
フォトリソグラフィー技術が利用されてきた。すなわ
ち、マスクを用いた感光、エッチングなどのパターニン
グを繰り返し、微細構造を実現していた。さらに、フォ
トリソグラフィーでは、０．１μｍレベルの微細構造が
限界であるため、電子ビームリソグラフィーや、Ｘ線リ
ソグラフィー等も提案されている。
【０００４】また、電子ビームを利用して、直接的に微
細構造を実現する技術も知られている。すなわち、原料
ガス雰囲気中で基板に吸着した原料ガスを電子ビームの
エネルギーで分解することで、基板上に微視的なワイヤ
の結晶成長を行うこと手法が提案されている。さらに、
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996)pp.L1089-L1091には、原
料ガスを用いないで、電子ビームを照射することで、線
材を堆積生成することが示されている。このような手法
により、比較的簡単なプロセスで、微細な線材を得るこ
とができる。
細構造を実現する技術も知られている。すなわち、原料
ガス雰囲気中で基板に吸着した原料ガスを電子ビームの
エネルギーで分解することで、基板上に微視的なワイヤ
の結晶成長を行うこと手法が提案されている。さらに、
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996)pp.L1089-L1091には、原
料ガスを用いないで、電子ビームを照射することで、線
材を堆積生成することが示されている。このような手法
により、比較的簡単なプロセスで、微細な線材を得るこ
とができる。
【０００５】さらに、微細な線材を空間に形成する技術
として、ウィスカーの成長がある。これは適当な条件下
で起こる溶液からの析出や化合物の分解などの際に線状
の結晶が成長するものである。このウィスカーの成長に
よれば、各種物質の三次元的な線材を得ることができ
る。
として、ウィスカーの成長がある。これは適当な条件下
で起こる溶液からの析出や化合物の分解などの際に線状
の結晶が成長するものである。このウィスカーの成長に
よれば、各種物質の三次元的な線材を得ることができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のリソグ
ラフィーでは、複数のプロセスを組み合わせなければな
らず、複雑なプロセスが必要である。さらに、立体的な
構造を実現するためには、多くの二次元構造の作製を繰
り返さなければならない。また、エッチング等化学的な
プロセスが必要であり、材料が限定されたり目的物に対
する化学的汚染などの問題もある。
ラフィーでは、複数のプロセスを組み合わせなければな
らず、複雑なプロセスが必要である。さらに、立体的な
構造を実現するためには、多くの二次元構造の作製を繰
り返さなければならない。また、エッチング等化学的な
プロセスが必要であり、材料が限定されたり目的物に対
する化学的汚染などの問題もある。
【０００７】また、電子ビームの照射に起因して生じる
堆積を利用する方法では、線材は基板上に堆積形成され
るため、その形状は基本的に二次元的なものである。さ
らに、必ず基板上に形成されるため、線材を独立して利
用したい場合には、基板から分離しなければならない。
また、上記文献に記載のものは、真空に排気するための
油拡散ポンプの油が雰囲気に残留しており、その残留ガ
スが分解してカーボンが堆積するものであり、原料ガス
を利用するものと基本的に同一である。
堆積を利用する方法では、線材は基板上に堆積形成され
るため、その形状は基本的に二次元的なものである。さ
らに、必ず基板上に形成されるため、線材を独立して利
用したい場合には、基板から分離しなければならない。
また、上記文献に記載のものは、真空に排気するための
油拡散ポンプの油が雰囲気に残留しており、その残留ガ
スが分解してカーボンが堆積するものであり、原料ガス
を利用するものと基本的に同一である。
【０００８】さらに、ウィスカーの成長は、その成長速
度が０．００６μｍ／ｍｉｎ程度と非常に遅い。また、
その形状も様々で制御することが難しく、さらに直径は
１μｍを超えるものも多い。
度が０．００６μｍ／ｍｉｎ程度と非常に遅い。また、
その形状も様々で制御することが難しく、さらに直径は
１μｍを超えるものも多い。
【０００９】本発明は、比較的簡単なプロセスで、各種
材料の任意形状微細な線材を空間に形成できる微細構造
物の形成方法を提供することを目的とする。
材料の任意形状微細な線材を空間に形成できる微細構造
物の形成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、電子ビームが
基材表面を照射または近傍を通過している状態で、基材
または電子ビームを移動させて基材と電子ビームの相対
的距離を徐々に増大させ、基材と電子ビームの間に基材
の材質からなる線材を成長させることを特徴とする。
基材表面を照射または近傍を通過している状態で、基材
または電子ビームを移動させて基材と電子ビームの相対
的距離を徐々に増大させ、基材と電子ビームの間に基材
の材質からなる線材を成長させることを特徴とする。
【００１１】このように、本発明では、電子ビームが基
材の極く近傍を通過している（少なくとも一部は基材に
照射されている）状態で、両者の相対距離を増大させ、
基材から電子ビームに向けて線材を成長させる。従っ
て、基材から空間に向けて線材を成長させることができ
る。従って、線材の形状についての制限がなく、三次元
的な形状も容易に作製することができる。また、材質に
もよるが、この方法による線材の成長速度は、１μｍ／
ｍｉｎ程度であり、ウイスカーの成長などと比べると１
００倍以上のスピードである。さらに、線材の径とし
て、２０ｎｍ程度のものが容易に得られる。この線径
は、ウイスカーなどと比べ、１００分の１程度であり、
十分細いものである。さらに、アスペクト比として１０
０以上のものが容易に得られ、十分長い線材を得ること
ができる。また、基材を変更することで各種の材質の線
材が容易に形成できる。従って、走査トンネル顕微鏡用
のナノティップなど各種用途に好適に利用できる。さら
に、原料ガスなどを使用しないため、雰囲気を高真空と
することができ、線材の材質を純度の高いものにでき
る。そして、製造プロセスが、単純であるため、一般の
走査型電子顕微鏡などを用いて線材を容易に得ることが
できる。
材の極く近傍を通過している（少なくとも一部は基材に
照射されている）状態で、両者の相対距離を増大させ、
基材から電子ビームに向けて線材を成長させる。従っ
て、基材から空間に向けて線材を成長させることができ
る。従って、線材の形状についての制限がなく、三次元
的な形状も容易に作製することができる。また、材質に
もよるが、この方法による線材の成長速度は、１μｍ／
ｍｉｎ程度であり、ウイスカーの成長などと比べると１
００倍以上のスピードである。さらに、線材の径とし
て、２０ｎｍ程度のものが容易に得られる。この線径
は、ウイスカーなどと比べ、１００分の１程度であり、
十分細いものである。さらに、アスペクト比として１０
０以上のものが容易に得られ、十分長い線材を得ること
ができる。また、基材を変更することで各種の材質の線
材が容易に形成できる。従って、走査トンネル顕微鏡用
のナノティップなど各種用途に好適に利用できる。さら
に、原料ガスなどを使用しないため、雰囲気を高真空と
することができ、線材の材質を純度の高いものにでき
る。そして、製造プロセスが、単純であるため、一般の
走査型電子顕微鏡などを用いて線材を容易に得ることが
できる。
【００１２】また、電子ビームを基材の端部に照射し、
照射部分の基材を溶解した後、基材または電子ビームを
移動させ、電子ビームを基材極く近傍に通過させること
を特徴とする。このようにして、最初に電子ビームを基
材に照射して、ここを溶解することで、線材の引き出し
がより容易になる。
照射部分の基材を溶解した後、基材または電子ビームを
移動させ、電子ビームを基材極く近傍に通過させること
を特徴とする。このようにして、最初に電子ビームを基
材に照射して、ここを溶解することで、線材の引き出し
がより容易になる。
【００１３】また、電子ビームを照射する基材の端部
は、端部に向けてその厚みが薄くなっていることを特徴
とする。厚みが薄くなっていることで、その部分の溶解
が容易であり、線材の引き出しが容易になる。
は、端部に向けてその厚みが薄くなっていることを特徴
とする。厚みが薄くなっていることで、その部分の溶解
が容易であり、線材の引き出しが容易になる。
【００１４】また、電子ビームは、基材の表面に対し所
定の角度をもって交わる方向、好ましくは直交する方向
に射出することを特徴とする。基材近くへの照射及びそ
こへのフォーカッシングが容易となり、また基材の複数
の部分に対し同様のフォーカッシングでよいため、複数
の線材も容易に引き出せる。
定の角度をもって交わる方向、好ましくは直交する方向
に射出することを特徴とする。基材近くへの照射及びそ
こへのフォーカッシングが容易となり、また基材の複数
の部分に対し同様のフォーカッシングでよいため、複数
の線材も容易に引き出せる。
【００１５】また、電子ビームは、その電流密度がほぼ
１０Ａ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。電流密度
を十分なものとすることで、各種金属を容易に溶解し
て、線材の引き出しを確実に行うことができる。
１０Ａ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。電流密度
を十分なものとすることで、各種金属を容易に溶解し
て、線材の引き出しを確実に行うことができる。
【００１６】また、本発明は、上述の方法において成長
させた複数の微細線材の間に電子ビームを移動させ微細
線材からなる構造物を製造することを特徴とする。成長
させた線材からさらに線材を成長させ、複数の線材を接
続することにより、格子状の部材など各種の形状の構造
物を得ることができ、用途に応じた構造物を形成するこ
とができる。
させた複数の微細線材の間に電子ビームを移動させ微細
線材からなる構造物を製造することを特徴とする。成長
させた線材からさらに線材を成長させ、複数の線材を接
続することにより、格子状の部材など各種の形状の構造
物を得ることができ、用途に応じた構造物を形成するこ
とができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１８】図１は、本発明の微細構造物を形成するた
めの装置の概略構成を示す図である。試料室１０の内部
には、基材１２が載置される。試料室１０の上部には、
電子源１４が設けられており、ここから電子ビーム１６
が射出される。この電子ビーム１６は、フォーカッシン
グ機構により、基材１２の端部（エッジ）にフォーカッ
シングされる。また、この電子ビーム１６は走査可能に
なっている。さらに、基材１２は、三次元的に移動可能
とすることが好適である。
めの装置の概略構成を示す図である。試料室１０の内部
には、基材１２が載置される。試料室１０の上部には、
電子源１４が設けられており、ここから電子ビーム１６
が射出される。この電子ビーム１６は、フォーカッシン
グ機構により、基材１２の端部（エッジ）にフォーカッ
シングされる。また、この電子ビーム１６は走査可能に
なっている。さらに、基材１２は、三次元的に移動可能
とすることが好適である。
【００１９】また、電子ビーム１６の行く先には、ファ
ラデーカップ１８が配置されており、電子ビーム１６は
このファラデーカップ１８内に吸収され、電子ビーム電
流が測定される。なお、試料室１０内は、真空ポンプに
よって排気され高真空状態に維持される。このような装
置は、基本的に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によっ
て、実現が可能である。
ラデーカップ１８が配置されており、電子ビーム１６は
このファラデーカップ１８内に吸収され、電子ビーム電
流が測定される。なお、試料室１０内は、真空ポンプに
よって排気され高真空状態に維持される。このような装
置は、基本的に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によっ
て、実現が可能である。
【００２０】このような装置において微細構造物を作製
する場合には、電子ビーム１６が照射される面積を小さ
くすることができる基材１２を用意する。例えば、図２
に示すように、エッジの断面積が徐々に薄くなっていく
ものや、輪郭が円形になっているものなどが利用され
る。また、基材１２の材料としては、各種の金属または
半導体が採用可能である。
する場合には、電子ビーム１６が照射される面積を小さ
くすることができる基材１２を用意する。例えば、図２
に示すように、エッジの断面積が徐々に薄くなっていく
ものや、輪郭が円形になっているものなどが利用され
る。また、基材１２の材料としては、各種の金属または
半導体が採用可能である。
【００２１】そして、このような基材１２を試料室１０
内にセットする。基材１２は、アースに接続する。次
に、電子ビーム１６を基材１２のエッジ部分にフォーカ
ッシングし照射する。エッジ部分はその体積が比較的小
さく、また電子ビーム１６はフォーカッシングされてい
るため、照射された部分における電流密度は非常に高く
なる。例えば、４０ｐＡの電子ビームの直径を５ｎｍに
まで絞れば、ほぼ２００Ａ／ｃｍ2の電流密度になる。
これによって、電子ビーム１６が照射されている基材１
２のエッジ部分は、局所的に７００〜９００℃にまで加
熱される。この加熱により、局所的な体積膨張が起こ
り、基材材料が表面から飛び出して突起が形成される。
また、この局所的な体積膨張により、突起の部分には構
造的な欠陥が発生する。基材１２の材質にもよるが、電
流密度として１００Ａ／ｃｍ2程度以上にすることによ
って、ワイヤ２０の引き出しが容易になる。
内にセットする。基材１２は、アースに接続する。次
に、電子ビーム１６を基材１２のエッジ部分にフォーカ
ッシングし照射する。エッジ部分はその体積が比較的小
さく、また電子ビーム１６はフォーカッシングされてい
るため、照射された部分における電流密度は非常に高く
なる。例えば、４０ｐＡの電子ビームの直径を５ｎｍに
まで絞れば、ほぼ２００Ａ／ｃｍ2の電流密度になる。
これによって、電子ビーム１６が照射されている基材１
２のエッジ部分は、局所的に７００〜９００℃にまで加
熱される。この加熱により、局所的な体積膨張が起こ
り、基材材料が表面から飛び出して突起が形成される。
また、この局所的な体積膨張により、突起の部分には構
造的な欠陥が発生する。基材１２の材質にもよるが、電
流密度として１００Ａ／ｃｍ2程度以上にすることによ
って、ワイヤ２０の引き出しが容易になる。
【００２２】そして、次の瞬間に、電子ビーム１６を基
材１２から離れる方向に移動する。すると、電子ビーム
１６と基材１２との間に生じる電界によって、基材１２
の材料が線状に電子ビーム１６の方向に引き出される。
基材１２が金属であれば、欠陥があるため、正電荷をも
つ金属イオンが電流の方向に引き出され表面拡散を伴っ
て成長し、微細な線状物であるワイヤ２０が生成され
る。引き続き電子ビーム１６を基材１２から離れる方向
に移動することにより、基材１２から材料が順次引き出
され、ワイヤ２０が延びていく。ここで、ワイヤ２０の
先端には電子ビーム１６が常に当たっているため、ワイ
ヤ２０には常に試料電流が流れる。従って、ワイヤ２０
においてジュール熱が発生する。ワイヤ２０の径は非常
に小さいため、ワイヤ２０は常に高温に維持される。ま
た、基材１２の材質にもよるが、高温ほど電気抵抗が大
きくなる金属が多く、一定の試料電流を流せばそれだけ
ジュール熱も大きくできる。
材１２から離れる方向に移動する。すると、電子ビーム
１６と基材１２との間に生じる電界によって、基材１２
の材料が線状に電子ビーム１６の方向に引き出される。
基材１２が金属であれば、欠陥があるため、正電荷をも
つ金属イオンが電流の方向に引き出され表面拡散を伴っ
て成長し、微細な線状物であるワイヤ２０が生成され
る。引き続き電子ビーム１６を基材１２から離れる方向
に移動することにより、基材１２から材料が順次引き出
され、ワイヤ２０が延びていく。ここで、ワイヤ２０の
先端には電子ビーム１６が常に当たっているため、ワイ
ヤ２０には常に試料電流が流れる。従って、ワイヤ２０
においてジュール熱が発生する。ワイヤ２０の径は非常
に小さいため、ワイヤ２０は常に高温に維持される。ま
た、基材１２の材質にもよるが、高温ほど電気抵抗が大
きくなる金属が多く、一定の試料電流を流せばそれだけ
ジュール熱も大きくできる。
【００２３】このように、ワイヤ２０は、ジュール熱に
よって、全体として高温に維持される。そして、電子ビ
ーム１６の移動を継続することによって、基材１２から
原子が供給され、ワイヤ２０が引き出される。これによ
って、２０ｎｍ程度の直径のワイヤ２０が引き出され
る。その長さは２μｍ以上にも及び、アスペクト比とし
て、１００以上のワイヤ２０を得ることができる。
よって、全体として高温に維持される。そして、電子ビ
ーム１６の移動を継続することによって、基材１２から
原子が供給され、ワイヤ２０が引き出される。これによ
って、２０ｎｍ程度の直径のワイヤ２０が引き出され
る。その長さは２μｍ以上にも及び、アスペクト比とし
て、１００以上のワイヤ２０を得ることができる。
【００２４】ここで、電子ビーム１６を基材１２から順
次離していきワイヤ２０を長くしていく際には、基材１
２の原子は基材１２から継続してワイヤ２０に供給され
なければならない。このような原子の供給が継続される
のは、次のような理由と考えられる。
次離していきワイヤ２０を長くしていく際には、基材１
２の原子は基材１２から継続してワイヤ２０に供給され
なければならない。このような原子の供給が継続される
のは、次のような理由と考えられる。
【００２５】（ｉ）温度が高いため、電子ビームによる
エレクトロマイグレーションが生じて物質移動を助け
る。このような現象については、安永均；表面物理９
（１９８８）１９０、固体物理２３（１９８８）８４
７、日本物理学会誌４５（１９９０）４７６などに報告
がある。
エレクトロマイグレーションが生じて物質移動を助け
る。このような現象については、安永均；表面物理９
（１９８８）１９０、固体物理２３（１９８８）８４
７、日本物理学会誌４５（１９９０）４７６などに報告
がある。
【００２６】（ｉｉ）物質の温度が６００〜９００℃に
加熱されていると、電界に向かって結晶が成長する。こ
のような現象については、A.J.Melmed and R.Gomer:J.C
hem.Phys.34(1961)1802等に報告がある。
加熱されていると、電界に向かって結晶が成長する。こ
のような現象については、A.J.Melmed and R.Gomer:J.C
hem.Phys.34(1961)1802等に報告がある。
【００２７】（ｉｉｉ）ワイヤ２０を構成する針状結晶
にはらせん転移ができており、物質が高速に輸送され
る。このような現象については、S.Amenlincks,W.Bonti
nck,W.Dekeyser and F.Seitz;Phyl.Mag.Ser.8 vol.2(19
57)355等に報告がある。
にはらせん転移ができており、物質が高速に輸送され
る。このような現象については、S.Amenlincks,W.Bonti
nck,W.Dekeyser and F.Seitz;Phyl.Mag.Ser.8 vol.2(19
57)355等に報告がある。
【００２８】ここで、ワイヤ２０において、らせん転移
ができるのは、次のような理由によると考えられる。す
なわち、電子ビーム１６は、強い磁界中を通過すること
によってそのビーム径が絞られる。従って、電子は、ロ
ーレンツ力で強い回転を受けている。この回転したビー
ムが高いエネルギーをもって基材１２の原子に当たると
き、運動量変換を回転成分をもったまま与えるので、融
解する局所場の針状結晶にらせん転移を誘起する。
ができるのは、次のような理由によると考えられる。す
なわち、電子ビーム１６は、強い磁界中を通過すること
によってそのビーム径が絞られる。従って、電子は、ロ
ーレンツ力で強い回転を受けている。この回転したビー
ムが高いエネルギーをもって基材１２の原子に当たると
き、運動量変換を回転成分をもったまま与えるので、融
解する局所場の針状結晶にらせん転移を誘起する。
【００２９】以上の３つの理由などにより、基材１２か
らワイヤ２０に対し、原子の供給が継続され、長いワイ
ヤ２０の形成が可能になっているものと考えられる。
らワイヤ２０に対し、原子の供給が継続され、長いワイ
ヤ２０の形成が可能になっているものと考えられる。
【００３０】
【実施例】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、実際
に行った実験結果について、説明する。走査型電子顕微
鏡として、ＨＩＴＡＣＨＩ ＳＥＭ Ｓ−４５００（商
品名）を用いた。電子源１４は、曲率半径３０ｎｍのＷ
ティップからトンネル現象を利用して電子を引き出すコ
ールドフィールドエミッション（Ｃｏｌｄ Ｆｉｅｌｄ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）形のものを採用した。Ｗティップ
の印加電圧は−５ｋＶであり、加速電圧は５００Ｖ〜３
０ｋＶまで可変である。また、最高分解能は、１５ｋＶ
の加速電圧の時、１．５ｎｍである。ビーム電流は、フ
ァラデーカップ１８による測定で、５０ｋＶのとき４０
ｐＡを標準として用いた。また、通常の状態で、試料室
１０の真空度は、２×１０-4Ｐａとし、油拡散ポンプで
排気した。
に行った実験結果について、説明する。走査型電子顕微
鏡として、ＨＩＴＡＣＨＩ ＳＥＭ Ｓ−４５００（商
品名）を用いた。電子源１４は、曲率半径３０ｎｍのＷ
ティップからトンネル現象を利用して電子を引き出すコ
ールドフィールドエミッション（Ｃｏｌｄ Ｆｉｅｌｄ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）形のものを採用した。Ｗティップ
の印加電圧は−５ｋＶであり、加速電圧は５００Ｖ〜３
０ｋＶまで可変である。また、最高分解能は、１５ｋＶ
の加速電圧の時、１．５ｎｍである。ビーム電流は、フ
ァラデーカップ１８による測定で、５０ｋＶのとき４０
ｐＡを標準として用いた。また、通常の状態で、試料室
１０の真空度は、２×１０-4Ｐａとし、油拡散ポンプで
排気した。
【００３１】試料台は、直径１５ｍｍのアルミニューム
製のものを使用し、基材１２には、直径０．１ｍｍの線
材を使用した。また、線材は、ビス止めして使用した。
二次電子の影響を軽減するためにビーム照射点の下に
は、１ｍｍの穴を開け、その下方にファラデーカップ１
８を配置し、電流を測定した。
製のものを使用し、基材１２には、直径０．１ｍｍの線
材を使用した。また、線材は、ビス止めして使用した。
二次電子の影響を軽減するためにビーム照射点の下に
は、１ｍｍの穴を開け、その下方にファラデーカップ１
８を配置し、電流を測定した。
【００３２】このような装置により、ワイヤ２０を形成
した。基材１２としては、チタン（Ｔｉ）を使用した。
図３に、加速電圧とワイヤ２０の成長速度の関係を示
す。このように、５〜３０ｋＶにおいて（電子の初期エ
ネルギーとして５〜３０ｋｅＶ）、１μｍ／ｍｉｎ以上
の成長速度が得られている。また、この範囲では、成長
速度はあまり加速電圧によらないことがわかる。
した。基材１２としては、チタン（Ｔｉ）を使用した。
図３に、加速電圧とワイヤ２０の成長速度の関係を示
す。このように、５〜３０ｋＶにおいて（電子の初期エ
ネルギーとして５〜３０ｋｅＶ）、１μｍ／ｍｉｎ以上
の成長速度が得られている。また、この範囲では、成長
速度はあまり加速電圧によらないことがわかる。
【００３３】また、図４に、加速電圧とビーム電流の関
係を示す。このように、加速電圧が上昇するに従いビー
ム電流量が増加している。従って、ワイヤ２０の成長は
電子ビームの移動速度に律速されて、ビーム電流、加速
電圧に強く依存していない。さらに、各種の基材１２に
よるワイヤ２０の成長実験の結果を表１に示す。
係を示す。このように、加速電圧が上昇するに従いビー
ム電流量が増加している。従って、ワイヤ２０の成長は
電子ビームの移動速度に律速されて、ビーム電流、加速
電圧に強く依存していない。さらに、各種の基材１２に
よるワイヤ２０の成長実験の結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】 このように、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金
（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、チタ
ン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガニン（銅、マ
ンガン、ニッケルの合金であり、温度による抵抗値が変
化しない）について、十分なワイヤ２０の成長が得られ
ることがわかる。
（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、チタ
ン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガニン（銅、マ
ンガン、ニッケルの合金であり、温度による抵抗値が変
化しない）について、十分なワイヤ２０の成長が得られ
ることがわかる。
【００３５】図５は、基材１２としてプラチナを用い、
加速電圧１５ｋＶにより、ワイヤ２０を成長させ、電子
ビーム１６の移動方向を制御して、文字及び格子を形成
した場合の写真である。図６は、基材１２として金を用
い、加速電圧１５ｋＶにより、ワイヤ２０を成長させ、
格子を形成した場合の写真である。図７は、基材１２と
してタングステンを用い、加速電圧５ｋＶにより、ワイ
ヤ２０を成長させた場合の写真である。図８は、基材１
２としてタングステンを用い、加速電圧５ｋＶにより、
ワイヤ２０を成長させ、線材及びコイル材を形成した場
合の写真である。図９、１０は、基材１２としてタング
ステンを用い、加速電圧２．５ｋＶにより、ワイヤ２０
を成長させた写真である。
加速電圧１５ｋＶにより、ワイヤ２０を成長させ、電子
ビーム１６の移動方向を制御して、文字及び格子を形成
した場合の写真である。図６は、基材１２として金を用
い、加速電圧１５ｋＶにより、ワイヤ２０を成長させ、
格子を形成した場合の写真である。図７は、基材１２と
してタングステンを用い、加速電圧５ｋＶにより、ワイ
ヤ２０を成長させた場合の写真である。図８は、基材１
２としてタングステンを用い、加速電圧５ｋＶにより、
ワイヤ２０を成長させ、線材及びコイル材を形成した場
合の写真である。図９、１０は、基材１２としてタング
ステンを用い、加速電圧２．５ｋＶにより、ワイヤ２０
を成長させた写真である。
【００３６】これらの結果より、１０〜５０ｎｍ程度の
径のワイヤ２０が成長することがわかる。また、ワイヤ
２０の先端に対する電子ビーム１６の移動方向を制御す
ることにより、各種の形状のワイヤを形成することがで
きる。基材１２を三次元的に移動させたり、電子ビーム
１６と基材１２の両方の移動を制御することにより、ら
せん状のスプリング等も形成可能である。
径のワイヤ２０が成長することがわかる。また、ワイヤ
２０の先端に対する電子ビーム１６の移動方向を制御す
ることにより、各種の形状のワイヤを形成することがで
きる。基材１２を三次元的に移動させたり、電子ビーム
１６と基材１２の両方の移動を制御することにより、ら
せん状のスプリング等も形成可能である。
【００３７】また、線材を形成した後、電子ビームの照
射を継続することで、線材の径が大きくなる。そこで、
このような制御によって、線材の径を自由に制御するこ
ともできる。
射を継続することで、線材の径が大きくなる。そこで、
このような制御によって、線材の径を自由に制御するこ
ともできる。
【００３８】また、電子ビーム１６は、１０ｎｍ程度以
下に絞ることが好ましく、これによって十分なエネルギ
ーによる線材の成長を確保することができる。
下に絞ることが好ましく、これによって十分なエネルギ
ーによる線材の成長を確保することができる。
【００３９】このようにして得た線材や線材からなる構
造物は、各種用途に利用できる。上述したように、電界
放射顕微鏡や電界イオン顕微鏡用のティップ、ブラウン
管に代わる次世代フィールドエミッションアレイ（ＦＥ
Ａ）、ナノワイヤリング、ナノスプリング、マルチナノ
ティップの製造、電子線ホログラフィー用のプリズム及
びバイプリズムなどに利用したり、格子形状のものはウ
イルス用のフィルタなどとしても利用できる。さらに、
銀で格子形状のフィルタを形成することで、各種微細物
除去用の抗菌フィルタとしても機能する。さらに、本発
明により、非常に小さな文字や記号を作製できる。例え
ば、金などの安定な物質で文字などを形成し、各種の製
品や生物等に埋め込んでおけば、それらのＩＤとして機
能させることも容易である。
造物は、各種用途に利用できる。上述したように、電界
放射顕微鏡や電界イオン顕微鏡用のティップ、ブラウン
管に代わる次世代フィールドエミッションアレイ（ＦＥ
Ａ）、ナノワイヤリング、ナノスプリング、マルチナノ
ティップの製造、電子線ホログラフィー用のプリズム及
びバイプリズムなどに利用したり、格子形状のものはウ
イルス用のフィルタなどとしても利用できる。さらに、
銀で格子形状のフィルタを形成することで、各種微細物
除去用の抗菌フィルタとしても機能する。さらに、本発
明により、非常に小さな文字や記号を作製できる。例え
ば、金などの安定な物質で文字などを形成し、各種の製
品や生物等に埋め込んでおけば、それらのＩＤとして機
能させることも容易である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的簡単な装置により、直径数１０ｎｍワイヤを作製
できる。成長速度が従来のものに比べ、非常に早い。ま
た、アスペクト比も１００と十分長いものが形成でき
る。さらに、空間に向けてワイヤを形成できるため、形
状についての自由度が高いなど各種の効果が得られる。
比較的簡単な装置により、直径数１０ｎｍワイヤを作製
できる。成長速度が従来のものに比べ、非常に早い。ま
た、アスペクト比も１００と十分長いものが形成でき
る。さらに、空間に向けてワイヤを形成できるため、形
状についての自由度が高いなど各種の効果が得られる。
【図１】 本発明の微細構造物を形成するための装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】 本発明の作用を説明する図である。
【図３】 加速電圧と成長速度の関係を示す図である。
【図４】 加速電圧とビーム電流の関係を示す図であ
る。
る。
【図５】 プラチナで形成した微細構造物の形状を示す
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図６】 金で形成した微細構造物の形状を示す走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図７】 タングステンで形成した微細構造物の形状を
示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図８】 タングステンで形成した微細構造物の形状を
示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図９】 タングステンで形成した微細構造物の形状を
示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１０】 タングステンで形成した微細構造物の形状
を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
１０ 試料室、１２ 基材、１４ 電子源、１６ 電子
ビーム、１８ ファラデーカップ。
ビーム、１８ ファラデーカップ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年４月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】（ｉｉｉ）ワイヤ２０を構成する針状結晶
にはらせん転位ができており、物質が高速に輸送され
る。このような現象については、S.Amenlincks,W.Bonti
nck,W.Dekeyser and F.Seitz;Phyl.Mag.Ser.8 vol.2(19
57)355等に報告がある。
にはらせん転位ができており、物質が高速に輸送され
る。このような現象については、S.Amenlincks,W.Bonti
nck,W.Dekeyser and F.Seitz;Phyl.Mag.Ser.8 vol.2(19
57)355等に報告がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】以上の理由などにより、基材１２からワイ
ヤ２０に対し、原子の供給が継続され、長いワイヤ２０
の形成が可能になっているものと考えられる。
ヤ２０に対し、原子の供給が継続され、長いワイヤ２０
の形成が可能になっているものと考えられる。
Claims (6)
- 【請求項１】 電子ビームで基材表面を照射している状
態で、基材または電子ビームを移動させて基材と電子ビ
ームの相対的距離を徐々に増大させ、基材と電子ビーム
の間に基材の材質からなる線材を成長させることを特徴
とする微細構造物の形成方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 電子ビームを基材の端部に照射し、照射部分の基材を溶
解した後、基材または電子ビームを移動させ、基材物質
を用いて線材を成長させることを特徴とする微細構造物
の形成方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の方法において、 電子ビームを照射する基材の端部は、端部に向けてその
厚みが薄くなっていることを特徴とする微細構造物の形
成方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の方
法において、 電子ビームは、基材の表面に対し所定の角度をもって交
わる方向に射出することを特徴とする微細構造物の形成
方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１つに記載の方
法において、 電子ビームは、その電流密度がほぼ１０Ａ／ｃｍ2以上
であることを特徴とする微細構造物の形成方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１つに記載の方
法において成長させた複数の微細線材の間に電子ビーム
を移動させ微細線材からなる構造物を形成することを特
徴とする微細線材を利用した微細構造物の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24769697A JPH1179900A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 微細構造物の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24769697A JPH1179900A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 微細構造物の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1179900A true JPH1179900A (ja) | 1999-03-23 |
Family
ID=17167298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24769697A Pending JPH1179900A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 微細構造物の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1179900A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220258243A1 (en) * | 2020-06-15 | 2022-08-18 | Henan University | Construction method for 3d micro/nanostructure |
-
1997
- 1997-08-27 JP JP24769697A patent/JPH1179900A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220258243A1 (en) * | 2020-06-15 | 2022-08-18 | Henan University | Construction method for 3d micro/nanostructure |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20060714 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060725 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20061212 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |