JP2001502013A

JP2001502013A - キャップ付き多孔性薄膜

Info

Publication number: JP2001502013A
Application number: JP10506415A
Authority: JP
Inventors: ジョンロビィ，ケヴィン; ジュリアンブレット，マイケル
Original assignee: ザガバナーズオブザユニヴァーシティオブアルバータ; アルバータマイクロエレクトロニックコーポレイション
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2001-02-13
Also published as: CA2591651A1; CA2591651C; AU3616297A; ATE281544T1; DE69731471D1; EP0914494B1; EP0914494A1; WO1998003695A1

Abstract

(57)【要約】斜めに入射する蒸気束の存在下で基板を回転することにより蒸着された薄膜を製造する方法。基板は相互に直交する軸に設けられた２つのモーターにより基板の表面に対する法線方向の軸及び／又は基板の表面に平行な軸に関して回転される。キャップが例えば堆積される材料の拡散距離を増加することにより、又は基板に平行な面に関して基板を回転する（蒸気束の入射角を変化することと等価である）ことにより薄膜上に形成される。堆積速度モニタからのフィードバックは決定されたパターンで成長させるよう両方のモーターの回転速度を制御することを許容する。

Description

【発明の詳細な説明】キャップ付き多孔性薄膜本発明の分野本発明は基板上に薄膜を堆積し、キャッピングすることに関する。著作権の帰属この特許文献の開示の一部分は著作権保護の対象となる部分を含む。著作権者は特許文献が特許庁のファイル又は記録に現れる場合のファクシミリ再生に対しては許容するが、それ以外は全ての権利を保有する。本発明の背景薄膜を成長させる技術に於いて基板を限定された吸着原子の拡散の条件で斜めの入射蒸気束に露出し、それにより基板上に円柱状微細構造を成長させることは知られている。得られた微細構造の光学的特性は使用される材料、微細構造の多孔性、薄膜の円柱の方向に部分的に依存する。Ｈａｍａｇｕｃｈｉ等による米国特許第４８７４６６４号は異なる層で異なる方向の円柱を有する均一な膜の成長及び膜の層を形成するために蒸気束（フラックス）に関して基板の位置の側方へのシフト又は回転を開示する。Ｈａｍａｇｕｃｈｉ等の特許では基板の全体は基板の蒸気束に対する露出期間の間に回転され、又は基板は蒸気束への露出の間に側方にシフトされる。従来技術の入射蒸気束の角度は０°から７０°付近の範囲にある傾向にあり、この角度は蒸気の到達ラインと基板の法線との間で測定され、これは極角（ｐｏｌａｒａｎｇｌｅ）と称される。静止した基板に対して極角が９０°近くに達する文献が知られている。円柱の成長の角度は蒸気束の入射の角度に対してうまく理解されないような方法で関係するが、基板の法線から測定された場合に入射角より常に小さく観察される。ＡｚｚａｍによるＡｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１（２６）２８１９９２年１２月の論文、”Ｃｈｉｒａｌｔｈｉｎｓｏｌｉｄｆｉｌｍｓ”は螺旋状の二異方性（ｂｉａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）的特性を有する螺旋微細構造を形成するよう基板が斜めに入射する蒸気束に露出される間に基板を回転することを提案している。基板の提案された回転は基板の表面に垂直な軸に関し、これはこの特許文献ではアジマスに関する回転又はアジマス角の変化と称される。特定の極角は特定されておらず、図には６０°より小さな角度が示されている。発明者はまたＫｅｖｉｎＲｏｂｂｉｅ，ＭｉｃｈａｅｌＪ．Ｂｒｅｔｔ，ＡｌｈｌｅｓｈＬａｋｈｔａｋｉａによるＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１８（６）、１９９５年１１／１２月、２９９１から２９９３ページ、 ”Ｆｉｒｓｔｔｈｉｎｆｉｌｍｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｈｅｌｉｃｏｉｄａｌｂｉａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍｅｄｉｕｍ”に記載されるような改良をＡｚｚａｍとＨａｍａｇｕｃｈｉの方法に適用している。この文献で発明者は螺旋薄膜の成長を実現している。本発明の要約本発明は従来技術の制限を克服し、キャップされた複合微細構造の成長を許容する膜形成システム方法及び装置を提供する。本発明の方法は稠密な膜に多孔性円柱状微細構造のキャッピングを提供する。故に本発明の一特性によれば蒸着された薄膜を蝕刻する方法が提供され、この方法はまず円柱状薄膜を成長するよう基板の表面を斜めの入射角で蒸気束に露出し、それから該円柱状薄膜にキャップを形成する各段階からなる。キャップは表面を蒸気束に露出する間に基板をその面に平行な軸に関して回転することにより形成される。このようなキャッピング中に基板は基板の面に垂直な軸に関して回転される。キャップはまた稠密で均一なマスが得られ、蒸気束を形成する材料の融点近くに基板を加熱することにより大きな拡散距離（ｈｉｇｈｄｉｆｆｕｓｉｏｎｌｅｎｇｔｈ）の条件で蒸気束に基板を露出することによりまた形成される。本発明の更なる特徴によればまず基板を蒸気束に露出し、基板を例えば螺旋状の膜の成長をなすように基板の表面への法線に関して基板を回転することにより円柱の成長の方向を変えるように動かす各段階を含む。本発明の更なる特徴によれば薄膜微細構造は蒸着材料が基板から離れた円柱に延在するように設けられる。円柱はキャップされ、例えば遅延線又は可変波長光学フィルタを形成するために電極を設けられる。本発明のまた更なる特徴によれば基板は成長がマウンド上に限定され、それらの間にはないように相互に充分近接して離間された小さなマウンドを設けられる。このようにして螺旋状の成長の離間は堆積の進捗で決定されうる。本発明のこれらの及び他の特徴は以下の発明の詳細な説明及び請求項に記載される。図の説明類似の符号は類似の要素を示す、例示のための図面を参照して以下に本発明の好ましい実施例が記載される。図１は陰影蝕刻（ｓｈａｄｏｗｓｃｕｌｐｔｉｎｇ）が如何に円柱状膜微細構造を形成するかを理解するための従来技術を示す。図２は側面図で示される例示的な基板と共に蒸気束を用いた基板上に薄膜を堆積する本発明の一特徴による装置を示し、それにより極角の変化が蒸気束の入射を変えることを示す概略図である。図３は平面図の基板と共に図２の装置をを示し、それにより基板の面への法線について基板の回転を示す。図４は図２、３の装置で使用される制御要素を示す。図４Ａはアジマス及び極角制御モーターの配置を示す。図５Ａ，５Ｂ，５Ｃ．５Ｄは極角（図５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）及びアジマス角（図５Ｄ）変動を示すグラフである。図６はＭｇＦ₂の螺旋状円柱を示す走査電子顕微鏡写真である。図７Ａは基板上の螺旋状成長を有する薄膜の側面図である。図７Ｂは電極の概略を示したキャップを有する図７Ａでの薄膜の側面図である（電極はそれぞれ数千の螺旋にわたる故に縮尺の必要はない）。図７Ｃは構造を結合する電極を有する図７Ｂの薄膜の側面図である。図７Ｄはキャップと電極を有する膜の側面図である。図８は螺旋状の成長の配置を予め決定するマウンドを有する基板の側面図である。図９はマウンドの特定のパターンを示すマウンドを有する基板の平面図である。好適実施例の説明図１は従来技術で知られている傾けられた円柱状膜微細構造の成長の基となる物理的な処理を示す。例えばシリコンウエーハである基板１０は法線Ｎを有する表面１２を有し、法線Ｎに関して決定される入射の角度がθである斜めの入射蒸気束１４に露出される。蒸気束１４内の原子が基板１０上に堆積される故に隣接領域で蒸気の堆積を妨げるために膜成長領域の原子は隣接領域１６を影にする。蒸気束１４の原子は影にされない領域で堆積し続け、故に円柱１８を形成する。原子は１９に示されるように円柱の頂点を横切って吸着原子のように拡散する。角度θが陰影効果が形成されるために充分に大きく、吸着原子の拡散１９が制限されており、カラム間のギャップに満たされるように拡散しない場合には傾斜した円柱微細構造が成長する。実際に例えば高温又は低融点の材料により膜が大きな拡散距離を有するような条件下では理解することが困難であるが、角度θは適切に画成された円柱が形成されるよう０°より若干必要であるのみであり、カラム構造は多くの基質でθ＝０で形成される。基板の法線Ｎへの円柱１８の軸の角度βは理解が難しいが、従来技術ではその関係の近似方法が知られている。この特許明細書で用いられる角度に関する「斜め」という用語は原子陰影化が円柱状の微細構造の成長に影響を有する０°から充分離れることを意味する。基板は蒸気が堆積するいかなる固体材料でも良く、応用に依存する。シリコン基板が一般に用いられる。堆積される材料は蒸気発生を維持可能な条件にあり、基板上に蒸発した材料の堆積が可能なものならばなんでも良い。ある場合にはこれは基板を冷却又は加熱することが必要となる。一の蒸発した材料を他に結合するのを助けるために介在層が例えば金をアモルファス二酸化珪素（ガラス）に結合するためにクロムの中間層を用いるようにまず堆積される。ここの示される処理は蒸気竿句が直線的に基体に到達する条件で実施される前提で記載されている。このためにプロセスは少なくとも１０^-3トール、例えば１０^-6トールである真空に近い条件の下で実施されることが好ましい。より高い圧力でガス分子からの散乱は成長の良好な構造を妨げる傾向にある。加えて使用される材料は個別の構造の形成を可能にするよう少なくとも約０．９の粘着係数を有しなければならない。図２、３、４を参照するに本発明による膜をキャッピングする装置が表面１２を有する基板１０上に薄膜を形成するのが示される。従来の蒸気源２２は真空室２０内に配置される。蒸気源２０上に配置された従来技術のシャッター（図示せず）は基板１０が蒸気に露出されるか否かを制御するために用いられる。蒸気源２２に蒸気束１４を出射させるための種々の従来技術の方法（別には示されない）が用いられる。基板１０は蒸気源２２上に真空室２０内に配置されるモーター２４（図４）上の真空室２０に支持される。モーター２４は基板１０の表面１２に平行で、それにより画成される面内に好ましくはある軸Ａに関して基板を回転する。軸Ａに関する基板１０の回転は極角、即ち蒸気束１４の入射角θを変化する。モーター２６はまた蒸気源２２上の真空室２０内に配置され、基板１０の法線Ｎに一致する回転の軸を有し、故にアジマス角を変える。極角及びアジマス角の両方は基板表面の入射束に対する向きを測定する。図４Ａに示されるように基板１０は好ましくはディスク１１上に設けられ、これはモーター２６に取り付けられる。モーター２４とモーター２６の種々の取付配置が用いられ得る。例えばモーター２６はフレーム２５上に設けられ、フレーム２５はモーター２４の駆動軸２７と共に回転するよう設けられる。モーター２４はそれ自体支持体２９のような真空室内のモーターを取り付ける種々の従来技術の方法のいずれによっても取り付けられ得る。図４を参照するにモーター２４、２６は好ましくはステッパーモーター駆動電子機器２８により駆動され、コンピュータ制御器３０により制御される従来技術のステッパーモーターである。コンピュータ制御器３０はデータ収集ボード３２とＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから市販されているＬａｂＶＩＥＷ（商標）のようなソフトウエアに基づくインターフェイス３４を含む。データ収集ボード３２は堆積速度モニタ３６が基板１０上の膜成長を表す場所で真空室２０内に配置された従来技術の構成の堆積速度モニタ３６から出力される基板上の薄膜の成長を示す信号を受ける。堆積速度モニタ３６の出力信号の需要に応答して、コンピュータ制御器３０は駆動器２８がモーター２４、２６が所望のパターンにより回転するよう命令する。ここに記載されるようにコンピュータは自動的に所望のパターンに応じて薄膜を成長させるよう出力制御信号に応答して表面の向きの変化の速度を制御する。ＬａｂＶＩＥＷを用いてコンピュータ制御器３０をプログラムする例示的なソフトウエアプログラムは付録Ａに含まれる。蒸着の開始及び停止信号はシャッターが蒸着を開始する駆動に対してコンピュータにより送られ、又はシャッターが手動で開く。通常はモーターが蒸着を開始するためにシャッターが開く前に始動する。ソフトウエアは堆積速度モニタから堆積速度を受ける。表面上に成長する膜の実際の厚さ（Ｔ２）は加工係数（ｔｏｏｌｉｎｇｆａｃｔｏｒ）として知られている経験的に決定された尺度係数（スケールファクター）により堆積速度モニタ上での厚さに関係する。ソフトウエアはまた最終時点（モーター２４に対してＸｆｉ，モーター２６に対してＸｃｉ）でのモーター位置を知り、オペレーターからの入力としてモーター２６によりなされた回転の数（Ｎ）、加工係数（測定された堆積速度に対する垂直膜成長の比）、初期堆積速度の推定、蝕刻された膜の成長中の蒸気束に対する初期入射角、モーター回転方向、膜の成長の所望のパターンを決定する種々のパラメータを受ける。コンピュータに対する入力は膜成長の所望のパターンを確立する。螺旋膜成長の形成の場合には螺旋のピッチｗは特定されなければならない。フィルム成長に対するキャッピング層の場合にはキャップ厚さ（Ｔｃ）とモーター２４の回転数（Ｎｃ）の両方がオペレーターにより特定されなければならない。円柱状の薄膜に対するキャップは基板から離れたカラムの端の間のブリッジを形成する連続な層である。その連続的な性質から、キャップは典型的には円柱状薄膜より稠密であると考えられるが、制限された多孔性の度合いを有する。本発明の実施例ではモーター２４、２６は各時点ｔｉ，ｔｉ＋１，ｔｉ＋２等々で円の何分の一かづつ回転するステップモーターである。与えられた時間ｔｉでコンピュータは堆積速度モニタ３６から膜の厚さが更新され、ｔｉ＋１でモーター２４、２６は所望のパターンにより所望の位置に概略ある。時点ｔｉとｔｉ＋１との間でソフトウエアは膜成長の厚さはｔｉ＋２でどのくらいかを計算し、ｔｉ＋２で所望の厚さを達成するためにモーターがどのくらいの速度で回転しなければならないかを計算する。ｔｉ＋２でコンピュータはモーターのステッピング速度と同様に堆積速度モニタから新たな厚さを読み、ｔｉ＋３で膜の成長パターンが概略所望の通りであるようにモーターステッピング速度を調節する。ソフトウエアはこのようにして、例えば膜が所望の厚さに達するような停止信号を受けるまで動作し続ける。キャップを有する螺旋状の膜の場合にモーター２４、２６の制御用のアルゴリズムは付録Ａに含まれ、図５Ａから５Ｄに示されている。モーター２６に対して螺旋状の膜成長が所望の厚さに到達しない、即ちＴ２がｗ＊Ｎより小さい（この明細書を通して＊は乗算を示す）場合にはＸｃ２は３６０°／ｗ＊Ｔ２であり、即ち基板１０は３６０°にＴ２のｗに対する比を掛けたものに等しい位置に回転される。Ｔ２がｗ＊Ｎ以上である場合には、即ち螺旋膜の厚さが達成された場合にはキャッピング処理中にＸｃ２は３６０＊Ｎ＋３６０＊Ｎｃ／Ｔｃ＊（Ｔ２− ｗ＊Ｎ）であり、即ちＸｃ２はキャッピング層の厚さ（Ｔ２−ｗ＊Ｎ）に比例して３６０＊Ｎから３６０＊（Ｎ＋Ｎｃ）に徐々に増加する。この回転速度は典型的には螺旋膜成長中の回転速度より速く、係数Ｎｃ／Ｔｃの選択に依存する。モーター２４に対して螺旋膜成長が所望の厚さに到達しない場合にはモーター２４は位置を変えず、故に極又は束の角度は同じままである。Ｔ２がｗ＊Ｎ以上の場合には新たなモーター位置Ｘｆ２が最後の時点（Ｘｆｉ）プラス（９０−Ｘｆｉ）掛けるｗ＊Ｎからキャップの厚さまでのＴ２の差の比と等しい（即ちＸｆｉ＝Ｘｆｉ＋（９０−Ｘｆｉ）／Ｔｃ＊（Ｔ２−ｗ＊Ｎ））。最後の式は図５Ａのグラフに示される。極角（法線から測定された入射の角度）は初期期間４０にわたり一定に保たれ、その間に基板の表面は斜めの入射蒸気束に露出され、それから一定の角速度でゼロまで回転され、その間に表面は連続的に蒸気束に露出される。ゼロに向かう極角の変化は蝕刻された膜の成長に対してキャップを形成する。極角ゼロでは束は法線方向に入射する。アジマス角を制御するためのアルゴリズムは厚さＴ２＝ｗ＊Ｎを達成するために基板のＮ回回転を得る。キャッピング処理中に基板は典型的にはアジマスに関して回転し続けるが、螺旋状膜成長中より速い必要はない。期間４０中に基板１０は（ａ）螺旋状微細構造を形成するためにその表面に対する法線に関し回転され、（ｂ）ジグザグを形成するために１８０°シフトされ、（ｃ）並進され、（ｄ）蒸気源に対して一定の向きに保たれ、（ｅ）さもなければキャップの下の所望の成長パターンを得るために回転され、又は並進される。或いは膜成長に対するキャップは図５Ｂに示されるような極角の指数関数的減少により形成される。極角を制御するアルゴリズムは螺旋状膜成長中にはリニアキャップに対するのと同じであり：角度は一定に保たれる。キャッピング中にはＸｆ２はＸｆｉの値プラス（９０−Ｘｆｉ）掛けるｅの（（Ｔ２−ｗ＊Ｎ−Ｔｃ）／ｋ）乗（ここでｋは指数の尺度係数又は時定数（例えば８００）である）に割り当てられる。故に極角はＴ２がｗ＊Ｎ（円柱状の層の所望の厚さ）及びＴｃ（キャップの厚さ）の和に近づくと、９０°近くからゼロまで単調に低下する。図５Ｂに示されるように極角は螺旋状膜成長（領域４４）中に一定であり、領域４６で指数的にゼロに減少する。その法線に関する基板の回転速度は堆積速度に一部分依存する。ＭｇＦ₂に対して８５度の入射角、約５０ｎｍのピッチで速度は約２ｒｐｍである。プロセスで用いられた典型的な回転速度は約０．２から３ｒｐｍである。より高い堆積速度に対してはより高い速度が可能であるが、速度は本発明により形成される個別の円柱状構造を破壊するほど高くしてはならない。時間と共にリニアに極角を減少することはまたキャップ層の密度を増加するが、減少速度が時間と共に増加する指数関数の減少を用いることが望ましい。何故ならばそれは破壊を導くキャップ内の高い応力の可能性を減少することが明らかとなったからである。図７Ａは基板に対する法線に関して基板の回転を伴う上記の処理により製造された薄膜微細構造を示す。蒸気堆積材料は基板１０から個別の（相互に分離された）螺旋状円柱７０に延在する。図７Ｂは螺旋状の円柱に対してキャップ７４を形成するより稠密な材料の領域で基板１０から遠くで終端する個別の螺旋状円柱７０と同じ薄膜を示す。キャップ７４は上記のように（基板表面に平行な軸に関する回転に対応して）束の入射角θを９０°近くからゼロに変化する（図２に示されるように）ことにより製造され、又は螺旋状の円柱の堆積は例えばより高い基板の温度又はより低い融点の材料に変えることによる大きな拡散距離を生ずる条件の下で終了することが確かであると信じられ得る。基板温度は石英ランプからの光に基板を露出することにより上昇する。堆積される材料の融点より約１００℃から２００℃高い温度は大きな拡散距離の条件を作るために必要とされる。これらの場合には基板１０は平坦である。基板１０が平坦でない場合には基板１０をマスクのスリットを通してのみ蒸気に曝すためにマスクが用いられ、斯くして蒸気の入射角を制御する。マスクは基板の異なる部分の順次の露出により所望の薄膜を製造するために基板にわたり動かされる。膜成長の望ましいパターンはまた更に調整可能である。例えば膜は迅速なアジマス回転（図５Ｄ）で基板を指数関数的に極角を増加する（ゼロから９０°付近へ図５Ｃの領域４８を参照）よう回転することにより低い多孔性の平坦な膜から開始し、それから円柱を回転して、又は回転せずに基板１０上に成長させる。調整された成長パターンの一実施例では基板１０は一定の極角（図５Ｃの領域５０）で維持され、他方で基板は（ａ）例えば９０°の多数の角度の組でアジマス的に回転され、（ｂ）膜が斜めであるがリニアに成長する間に一定のアジマス位置で保持する段階を繰り返す。結果はこの時点で直角の隅を有する螺旋を得る。一般に螺旋の側面の数は３６０／γであり、ここでγは基板が堆積期間中に回転された回数である。更なる変形例ではモーター２６の回転は一部分が右回りのねじれを有しその他の部分が左回りのねじれを有するような異なる回りの（左右像の）部分を有する螺旋を形成するよう堆積中に逆転されうる。堆積速度は一定のピッチで螺旋状に成長させるために堆積中に顕著に変化する傾向にある故に回転速度は堆積中に増加及び／又は減少する必要がある。加えて回転を堆積速度に関して増加／減少することにより減少／増加されたピッチを有する螺旋又は段階づけられたピッチを有する螺旋が得られる。一般に螺旋状微細構造が形成される初期堆積期間中の極角は約８０度より大きくなければならない。以下の表は基板の表面への法線に関して回転する基板上へ斜めに入射する蒸気束として堆積された基質の密度を示す。与えられた密度はゼロ極角（法線方向入射）で堆積された平面膜の密度のパーセントとして螺旋膜の測定された密度である。７５度の極角でＣａＦ₂の多孔性は高い一方でＣａＦ₂は７５度で明らかに貧弱な構造特性を示す。高い多孔性はＣａＦ₂分子が極度に低い表面移動度を有し、故にＣａＦ₂分子が既に堆積された材料に衝突したときに分子は遠くに動かず、それらは非常に微細な微小構造を形成するという事実から説明される。対照的に極角７０度でのＳｉＯは良く決定された螺旋のない層構造を形成する。図６はガラス基板上のＭｇＦ₂の螺旋状の成長の顕微鏡写真である。蒸気原材料は１ｘ１０^-6トールの圧力で真空容器内でタンタル箔のボートを電熱的に加熱して蒸発させられた。極角は８５度であった。ここに示された成長は一定のピッチ（ｗ）での膜成長を確実にするために堆積速度モニタからのフィードバックが用いられた。類似の形の螺旋が５０から９０００ｎｍの範囲のピッチで成長した。膜はＭｇＦ₂，ＳｉＯ，ＣａＦ₂，Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｓｉ，Ｃｏ，ＺｒＯ₂，Ｔｉ，Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ（商標）（８５％ニッケル、１５％鉄の合金），Ｃｕで形成された。プロセスはいかなる円柱形成堆積可能材料によってもなされるという合理的な見知から説明可能である。堆積材料はそれが制限された吸着原子の拡散を示し形成されないマスではなく構造が形成される充分高い粘着（ｓｔｉｃｋｉｎｇ）係数を有するときに円柱を形成する。テストにより斯くして形成されたＭｇＦ₂螺旋膜成長はλ_vac＞ｎ_avgｗである時に光学的回転分散を示すことが見いだされ、ここでλ_vacは真空での光の波長であり、ｎ_avgはＭｇＦ₂膜の屈折率である。ＭｇＦ₂膜は１７．３回転、ｗ＝３６０ｎｍの膜で概略３４０度／ｍｍの光学的回転を示すことがわかった。ＭｇＦ₂に対する光学的回転は右回り螺旋に対しては反時計回りであり、左回り螺旋に対しては時計回りである。図８に示されるように、小さなマウンド８０は螺旋状の成長の導入部分の好ましい場所を形成するために微細機械加工され、又は基板１０上に形成される。マウンド８０は陰影効果がマウンド間で蒸気の堆積を妨げるよう充分近接していなければならない。１ミクロンのオーダーの高さを有するマウンド８０の場合には８０度より大きな蒸気の入射角の場合にはマウンドは数ミクロンよりも離れてはならない。マウンド８０の望ましい分離はマウンドの高さ、蒸気の入射角、蒸気の拡散距離に依存する。分離Ｌの推定はＬ＝ｈｔａｎθで与えられ、ここでｈはマウンドの高さである。マウンドはいかなる形でも良いが直径は好ましくは一の円柱のみが各マウンド上で成長するように選択される。マウンド８０は螺旋の成長をマウンド８０に限定し、故にその成長は特定の場所で成長するように制限されうる。螺旋状円柱を成長するためのマウンドの種々のパターンが図９に示される一例のように作られる。マウンドは傾斜した円柱を成長させるよう用い（基板の回転なしで）、螺旋を成長させるように用いられる（基板を回転させて）。円柱状の成長の分離の制御は遅延線として薄膜微細構造の動作を応用することが好ましく、ここで音響波特性は螺旋円柱の間隔に依存し、又は生物学的フィルターとして薄膜微細構造が使用される。上記の蝕刻された（ｓｃｕｌｐｔｅｄ）薄膜螺旋状成長に対する応用は螺旋状の二異方性媒体としての使用に含まれ、それらは例えば隔離器、円偏光器、１／４波長、二分の一波長版、周波数変換器、ノッチフィルタのような幅広い応用で有用である。螺旋状の二異方性媒体として用いられるときに蒸気堆積材料は問題の電磁気的放射の波長で少なくとも部分的に透明でなければならない。基板１０上に堆積され、基板の表面に対する法線に関して基板の回転と共に成長した図７Ａに示される螺旋状の成長は図７Ｃに示されるような２つの透明な帯電した電極７２の間にサンドイッチされる。電極７２は概略的に示され、実際にはより厚い。電極７２はインジウム錫酸化物又は他の透明導伝性材料で作られ、板の形であり、又は特に上部電極はパターン化されうる。キャップ７４は好ましくは螺旋状の成長と同じ材料から作られうるがそうである必要はない。図７Ｃに示されるような接続電極を用いるときにキャップ７４及び基板１０は絶縁体として作用する。応用上絶縁体が必要とされない場合には基板１０は導伝性であり、キャップは上部電極を形成しうる。図７Ｄに示されるように複数の上部電極７７がキャッブ層７４の上端にわたり平行な細片状に延在する。この実施例では下部電極７２は基板１０上に形成され、円柱は電極７２から直接成長される。図７Ｃに示される構造は円偏光された光に対する光学的なフィルターとして用いられる。電極７２に電荷を印加することにより、電極７２は互いに引き合い、又は押し合い、斯くして螺旋７０のピッチを変える。これは薄膜により形成されたフィルターをチューニングする効果を有する。更なる応用では図７Ｂに示されるようなキャップ７４を有する螺旋状の成長７０が特に挙げられ、一対の電極７６、７８は相互に離間された構造の反対の端に配置される。変動する電圧が構造を順次圧縮し、拡張するように一の電極７６に印加され、それにより、螺旋状の円柱は変動する電圧により螺旋７０に平行な方向に微小なバネとして機能する。一連の圧縮及び伸張は他端に音響波として構造に沿って伝搬し、ここで電極７８は容量性の音響波センサとして動作し、音響波を電気信号に変換する。そのような装置は例えば非常に短い構造で長い遅延を有する電気的遅延線として動作する。電極７２、７６、７７、７８が検知デバイスとして用いられるときにこれらは薄膜構造に結合した電極の相対的な動きを検知し、薄膜構造は例えば音響波を検出するマイクロフォン、圧力センサー又は力センサーとして使用される。圧電的な材料が円柱を形成する材料として用いられる。図７Ｃ，７Ｄに示されるようなキャップされた構造はポンプ又はフィルターとしても用いられる。薄膜構造がフィルターとして用いられるときには電極は必要とされない。ポンプとして用いられるときには図７Ｄの実施例は円柱７０を順次圧縮するように荷電され、流体を構造に沿って流すよう薄膜構造内に流体の圧力波を形成する。図７Ｃ，７Ｄに示されるようなキャッブされた構造は電極を有し、又は有さず、それぞれ能動又は受動的空気力学的コーティングとして用いられる。図７Ｂから７Ｄの構造はまた電極に電荷を印加し、非常に微細な尺度で基板に関してキャップを動かすことによりメカニカルアクチュエータとして用いられる。円柱状の堆積の後に、極角を変化する技術は傾斜され、湾曲され、垂直な、又は他の可変的な形状の円柱を有するキャップ膜に対して用いられる。多孔性微細構造用のキャップはまた多孔性微細構造を蒸気束内の原子が基板温度を変えることにより、又は蒸気束の材料を低融点材料に変えることにより多孔性微細構造の形成中よりも大きな拡散距離を有する条件に曝すことにより形成される。ここに記載されている発明の段階を実施する場合に膜の組成は蒸気束の材料を変化することにより堆積中に変更することが可能である。これは層化された複合構造を形成するために多孔性微細構造の形成中、キャッピングの直前、又はキャッピング中にも生じうる。多層化された陰影蝕刻された薄膜は更なる円柱を成長することにより形成され、それは図７Ｂに示されるキャップ７４のようなキャップ上に、更なる円柱をキャッピングし、更にまた円柱を成長する螺旋状の円柱を含む。このようにして薄膜はキャップ又は平坦な層を散在させた円柱状の層と共に成長される。キャップされた薄膜に対する他の使用は高速デバイス用の非常に低い誘電性絶縁体のような半導体集積回路、エレクトロルミネセンスデバイス、吸着種の検知を含む光検知システム、触媒支持体、微小ふるい、組織培養用の生体適合構造、ジェットタービンブレードのような高温回転体の熱障壁コーティング、平面パネル表示器、熱電子冷却パネル、太陽光吸収体、接着面、電子出射体、高性能表皮用の触覚検知、磁気デバイス、反射防止／低誘電性恒常性コーティング、湿度検知、微小流体ポンプシステムでの応用を含む。材料のスパッタリングはまた蒸気源として有用である。当業者は請求項の範囲によりカバーされるよう意図された本発明の要点から離れることなく本明細書に記載された発明を変更しうることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ロビィ，ケヴィンジョンカナダ国，アルバータ州ティー６ジー２アール４，エドモントン，アヴェニュ 11104―84，422号 (72)発明者ブレット，マイケルジュリアンカナダ国，アルバータ州ティー６エイチ１シー４，エドモントン，アヴェニュ 11236―58

Claims

【特許請求の範囲】１．ます円柱状薄膜を成長するよう基板の表面を斜めの入射角で蒸気束に露出し、該円柱状薄膜にキャップ層を形成する各段階からなる蒸着された薄膜を蝕刻する方法。２．表面を蒸気束に露出する間に基板をその面に平行な軸に関して回転する段階を含む請求項１記載の方法。３．基板を蒸気束に露出する間に円柱の成長の方向を変えるために基板を動かす段階を含む請求項２記載の方法。４．成長の方向を変えるために基板を動かすことは螺旋形の薄膜を成長させるために基板の表面の法線に関して基板を回転することを含む請求項３記載の方法。５．基板は第二の堆積期間中に法線軸に関して回転される請求項４記載の方法。６．円柱状の薄膜の形成後に大きな拡散距離の条件の下で堆積材料により円柱状薄膜の上にキャップが形成される段階を更に含む請求項１記載の方法。７．大きな拡散距離の条件は基板の表面を加熱することにより発生される請求項６記載の方法。８．基板と；基板から離れた円柱に延在する蒸着材料と；円柱に対してキャップを形成する材料の領域で基板から離れて終端する個別の円柱とからなる薄膜微細構造。９．円柱は電磁気的放射に対して透過性の材料で作られる請求項８記載の薄膜微細構造。１０．キャップと基板はそれぞれ第一と第二の電極に接続される請求項８記載の薄膜構造。１１．各電極はキャップと基板のそれぞれ一つを横切って延在する板である請求項１０記載の薄膜微細構造。１２．第一と第二の電極は薄膜微細構造の一部分に接続され、音響波センサーが電極から音響波センサーへの薄膜微細構造を通して音響波の伝搬を許容するために電極から離間されるように取り付けられる請求項１０記載の薄膜微細構造。１３．円柱は螺旋円柱である請求項８記載の薄膜微細構造。１４．蒸気がマウンド間に堆積しない充分な距離により分離されたマウンドを基板上に形成し；マウンド上に円柱状の薄膜を成長させるために斜めの入射角で蒸気束に基板の表面を露出する各段階からなる斜めの入射角で蒸気束に露出された基板上に薄膜微細構造を成長させる方法。１５．螺旋状に成長させるために堆積中に基板に対する法線に関して基板を回転する更なる段階を含む請求項１４記載の方法。