特許 7527588 ナノマテリアル構造体を製造する方法およびデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】ナノマテリアル構造体を製造する方法およびデバイス

(51)【国際特許分類】

   B82B 3/00 20060101AFI20240729BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20240729BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

B82B3/00

G01N21/64 Z

B82Y40/00

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021204059

(22)【出願日】2021-12-16

(65)【公開番号】P2022115801

(43)【公開日】2022-08-09

【審査請求日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】102294

(32)【優先日】2020-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】LU

(73)【特許権者】

【識別番号】518014874

【氏名又は名称】フィジカルニ ウースタヴ アーヴェー チェーエル ヴェーヴェーイー

【氏名又は名称原語表記】ＦＹＺＩＫＡＬＮＩ ＵＳＴＡＶ ＡＶ ＣＲ， Ｖ．Ｖ．Ｉ．

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100175042

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 秀明

(72)【発明者】

【氏名】ネイサン グッドフレンド

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンデル ヴェー ブルガーコフ

【審査官】田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１５６６３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５２１０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５６５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１４２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】Jian Xu, et al.，Laser-assisted forward transfer of multi-spectral nanocrystal quantum dot emitters，Nanotechnology ，2007年01月17日，Vol. 18, No. 2，025403

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ８２Ｂ １／００－３／００

Ｂ８２Ｙ ４０／００

Ｇ０１Ｎ ２１／６４

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レシーバー基板（１４）上にナノ粒子層を製造する方法であって、
透過層（１０）、前記透過層（１０）上の犠牲層（１１）、前記犠牲層（１１）上に堆積されたドナー膜（１２）を含むプレート（１）を提供する工程と、
前記犠牲層（１１）に、前記透過層（１０）を介して、照射ビーム（２）を照射する工程であり、前記ドナー膜（１２）の一部分（１５）が前記プレート（１）から前記レシーバー基板（１４）に転写されて受け取られるようにし、該レシーバー基板（１４）および／または該プレート（１）が移動して、該レシーバー基板（１４）が該ドナー膜（１２）の少なくとも前記一部分（１５）を事前に設定されたスポットで受け取り、該プレート（１）と前記レシーバー基板（１４）が相対的に移動する、または該ドナー膜（１２）が前記照射ビーム（２）に対して相対的に移動する、前記照射する工程と、
前記犠牲層（１１）への前記照射ビーム（２）による照射に同期させたイメージングビーム（３）により、前記レシーバー基板（１４）と前記ドナー膜（１２）を同時に走査する工程と
を含むナノ粒子層を製造する方法。

【請求項2】

前記イメージングビーム（３）が前記ナノ粒子層の内部に高調波を発生させて、前記ナノマテリアル構造体（１３）から受け取る高調波が検出され、該レシーバー基板は、該イメージングビーム（３）の波長について透過的である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記イメージングビーム（３）による前記レシーバー基板（１４）の照射は、偏光レーザ光による照射である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記同時に走査する前記工程は、広帯域光（４２，５２）による前記プレート（１）および／または前記レシーバー基板（１４）のイメージングであり、該プレート（１）および／または該レシーバー基板（１４）は、前記広帯域光（４２，５２）のそれぞれの波長について透過的である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記レシーバー基板（１４）から反射された前記広帯域光（５２）は、イメージング検出器（７）により検出される前に、広帯域カラーフィルタ（８）を通過する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ドナー膜（１２）から前記レシーバー基板（１４）へ転写されるナノ粒子の集合体は、レーザ誘起前方転写、より好ましくはブリスターを利用するレーザ誘起前方転写により提供される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

レシーバー基板（１４）上にナノ粒子層を形成し、それを同時に検出するデバイスであって、
透過層（１０）、前記透過層（１０）上の犠牲層（１１）、前記犠牲層（１１）上に堆積されたドナー膜（１２）を含む、プレート（１）と、
照射ビーム（２）を前記プレート（１）に集光させることが可能である前記照射ビーム（２）の光源（２１）であり、前記照射ビーム（２）により前記ドナー膜（１２）の少なくとも一部分（１５）が前記照射ビーム（２）により放出されるように構成される、前記光源（２１）と、
前記プレート（１）が前記光源（２１）により照射されている間に該プレート（１）および／または前記レシーバー基板（１４）を移動させる手段と、
前記レシーバー基板（１４）と前記ドナー膜（１２）を同時に走査する手段と
を含み、
前記レシーバー基板（１４）と前記ドナー膜（１２）を同時に走査する前記手段は、前記犠牲層（１１）への前記照射ビーム（２）による照射に同期させたイメージングレーザである、デバイス。

【請求項8】

前記レシーバー基板（１４）と前記ドナー膜（１２）を同時に走査する前記手段は、前記ナノ粒子層を形成するマテリアルの内部に高調波を発生させることが可能であるイメージングレーザであり、前記デバイスは、ナノマテリアル構造体（１３）から到達する高調波を検出することが可能である検出器を含み、前記プレート（１）および／または該レシーバー基板（１４）は、それぞれの波長ついて透過的である、請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記イメージングレーザは、偏光を放射するように構成されている、請求項８に記載のデバイス。

【請求項10】

前記プレート（１）および／または前記レシーバー基板（１４）を照射することが可能である広帯域光（５２）の少なくとも１つの光源（５）をさらに備える、請求項７から９のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項11】

広帯域光（４２、５２）の少なくとも２つの光源（４、５）を含み、前記広帯域光（４２）の第１の光源（４）は、前記ドナー膜（１２）を照射するように構成され、前記広帯域光（５２）の第２の光源（５）は、前記レシーバー基板（１４）を照射するように構成される、請求項７から１０のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項12】

前記レシーバー基板（１４）からの反射ビーム（５２）、または前記ドナー膜（１２）または前記レシーバー基板（１４）から放射される放射光を検出するように構成される検出器（７）を含む、請求項７から１１のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項13】

前記検出器（７）の前に配置される広帯域カラーフィルタ（８）をさらに含み、前記レシーバー基板（１４）上の前記ドナー膜（１２）の前記一部分（１５）の位置、前記ナノマテリアル構造体（１３）の材料組成、および／または前記ナノ粒子層の厚さに関する情報を提供することが可能である特定の波長を前記カラーフィルタが通過させる、請求項１２に記載のデバイス。

【請求項14】

前記照射ビーム（２）は、ブリスターを利用するレーザ誘起前方転写により、前記ドナー膜（１２）の前記一部分（１５）に作用するように構成される、請求項７から１３のいずれか一項に記載のデバイス。

【請求項15】

前記レシーバー基板（１４）および／または前記ドナー膜（１２）を同時に走査する前記手段は、該レシーバー基板（１４）および／または該ドナー膜（１２）から放射される蛍光またはフォトルミネセンス発光を検出するように構成される、請求項７から１４のいずれか一項に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、原子スケール層の構造体を製造するためのデバイスおよび方法に関する。特に、本開示は、ナノマテリアルを堆積または転写する方法およびデバイスに関し、好ましくはブリスターを利用するレーザ誘起前方転写プロセスを用いる。好ましい実施形態において、本開示は、レーザ誘起前方転写プロセスを用いるマテリアルの転写に関し、ナノマテリアルをレシーバー基板上に堆積することで２次元パターンのマテリアルを形成する。

【背景技術】

【0002】

ドナー膜からレシーバー層へのナノマテリアルの転写については、様々な刊行物に記載されている。非特許文献１は、ナノマテリアルのパターンを製造するための方法およびデバイスを開示している。この方法は：
ガラス層であり得る透過性基板を含み、透過性基板上に金属の不透明層が堆積されているサンプルを提供する工程と；
透過層上に堆積された不透明層から転写される２次元（以下、２Ｄと称する）ナノマテリアルを受け取るように構成されるレシーバー層を提供する工程と；
ガラス層から金属ブリスターを生成し、堆積された２Ｄナノマテリアルを放出し、それをレシーバー層に転写するためのパルスレーザを提供する工程とを含む。

【0003】

この技術には、ターゲッティングまたは配向の測定と制御が組み込まれていない。ドナー膜とレシーバー層間の移動が互いにロックされているため、スタック層の製造は不可能である。実験は真空下で行われ、この技術は、外部雰囲気または制御雰囲気（希ガスまたは低圧）について設計されている。

【0004】

また、レーザ誘起前方転写プロセスを用いてドナー膜からレシーバー層へナノ粒子を転写することを開示している特許文献もある。特許文献１には、活性層がナノ粒子から構成されるドナーシートを用いて薄膜トランジスタを製造する方法が開示されている。ナノ粒子は、ドナーシートから基板に転写することができる。ドナーシートは、ベースフィルムと、ベースフィルムの一方の面に配置される、基板のような他の物体に転写可能である転写層とを含み、転写層では、ナノ粒子が互いに平行に形成されている。基板は、ガラスで形成されてもよい。ナノ粒子のマテリアルは、チタンであり得る。Ｎ型Ｓｉナノワイヤは、レーザ支援触媒成長（ＬＣＧ）法によって製造される。簡潔にまとめると、Ｎ型Ｓｉナノワイヤは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５３２ｎｍ：パルス幅８ｎｓ、３００ｍＪ／パルス、１０Ｈｚ）のレーザビームを用いてターゲットの金をアブレーションすることによって製造される。

【0005】

特許文献２は、レーザ誘起前方転写プロセスを用いるナノマテリアルの堆積または転写に関する。より詳細には、特許文献２の開示は、レーザ誘起前方転写プロセスを用いるナノマテリアルの転写に関し、転写プロセスは、１つ以上のナノマテリアルによって促進される。エネルギー源は、典型的には、転写されるナノマテリアルへの適切なエネルギー供給を生成するレーザまたは他の照射光源である。前述のように、エネルギー源は、転写されるマテリアルに適切なエネルギーを供給するパルスレーザ、連続波レーザ、その他の光源、または電磁波照射源であってもよい。よって、レーザビームは、ドナー基板の第１の表面の上に向けられ、著しくエネルギー量を失うことなくドナー基板を通過する、すなわち、十分なレーザ光エネルギーをイメ－ジング面へ供給し、所望のマテリアルの転写をイメ－ジング面で実行することが可能である。典型的には、レーザ光は、ドナー基板のイメ－ジング面上または近傍において、転写されるマテリアル（または「対象マテリアル」）上または近傍において吸収される。アクセプター基板は、典型的には、転写が所望されるアクセプター基板の面（「第１の表面」）がドナー基板に近接して配置され、ドナー基板のイメ－ジング面に対向しつつ、近傍に配置される。

【0006】

特許文献２は、レーザ誘起前方転写プロセスを用いるナノマテリアルの堆積または転写に関する。より詳細には、特許文献２の開示は、レーザ誘起前方転写プロセスを用いるナノマテリアルの転写に関し、転写プロセスは、１つ以上のナノマテリアルによって促進される。エネルギー源は、典型的には、転写されるナノマテリアルへの適切なエネルギー供給を生成するレーザまたは他の照射光源である。前述のように、エネルギー源は、転写されるマテリアルに適切なエネルギーを供給するパルスレーザ、連続波レーザ、他の光源、または電磁波照射源であってもよい。よって、レーザビームは、ドナー基板の第１の表面の上に向けられ、著しくエネルギー量を失うことなくドナー基板を通過する、すなわち、十分なレーザ光エネルギーを第２の表面へ供給し、所望のマテリアルの転写を第２の表面で実行することが可能である。典型的には、レーザ光は、ドナー基板の第２の表面上または近傍において、転写されるマテリアル（または「対象マテリアル」）上または近傍において吸収される。アクセプター基板は、典型的には、転写が所望されるアクセプター基板の面（「第１の表面」）がドナー基板に近接して配置され、ドナー基板の第２の表面に対向しつつ、近傍に配置される。

【0007】

特許文献３は、電子部品を印刷する技術の分野に関し、より具体的には、レーザを使用する印刷方法に関する。印刷方法は：
レシーバー基板を提供する工程と；
固体金属膜で構成されるコーティングが一つの面にある透過性基板を含むターゲット基板を提供する工程と；
透過性基板を介して、第１のレーザの手段により固体金属膜を局所的に照射し、固体金属膜のターゲットゾーンを液状形態の金属の溶融温度まで上げる工程と；
透過性基板を介してイメージングレーザでターゲットゾーン上の液状形態の膜を照射し、ターゲットゾーンで液体ジェットを形成し、溶融金属の形態で基板から液体ジェットを放出させる工程と；
画定されたレシーバーゾーンで溶融金属滴をレシーバー基板上に堆積させ、冷却によりその滴を固化させる工程とを含む。特許文献３に係る発明では、ブリスターを利用するレーザ誘導前方転写を提供することが不可能である。

【0008】

光学スキャナは、２つのレーザビームの移動を制御するために使用される。しかしながら、レシーバー層の品質は明らかではない。

【0009】

いくつかの産業用途において、前述の発明は、特許文献４に開示されているように、特定のアドレスで指定可能な位置におけるサブマイクロ特徴サイズを正確に直接書き込むために用いられる。直接書き込みを行うための光媒体を提供するために、媒体は；
溝が形成された基板層と；
基板層上に設けられた反射層と；
ドナー基板とを含み、
ドナー基板は、基板層と、基板層上に設けられたアブレーション層と、転写層とを含み、
光媒体は、媒体上での読取り／書込みレーザの位置を光ドライブが決定することが可能なように構成されるトラッキングおよびアドレス指定手段を含み、光学媒体は、アブレーション層がレーザ光ビームによってアブレーションされる際に、転写層の一部分がドナー基板からアクセプター基板に転写されるように配置され、光ビームの位置は、トラッキングおよびアドレス指定手段を用いて決定することが可能である。特許文献４における解決策の主な欠点は、基板上に反射層が使用されることである。

【0010】

このようなトラッキングおよびアドレス指定手段は、バイナリ情報をトラッキングするものであり、光媒体内に形成された溝、およびそこでの空または満たされたギャップに基づく。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】米国特許出願公開第２００５／１９１４４８Ａ１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００９／１３０４２７号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１８／１１０１２７号明細書

【文献】国際公開第２０１２／０６６３３８号

【非特許文献】

【0012】

【文献】Goodfriend NT, Heng SY, Nerushev OA, et al. Blister-based-laser-induced-forward-transfer: a non-contact, dry laser-based transfer method for nanomaterials. Nanotechnology. 2018;29(38):385301. doi:10.1088/1361-6528/aaceda

【文献】A. Logotheti, et al., Appl. Surf. Sci. 512 (2020) 145730 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.14573

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

従来技術に鑑みて、本開示により解決される技術的な課題は、少なくともナノマテリアルの２次元構造体を製造することが可能であり、ナノマテリアルを特定のスポット上で配向し、および配置することが可能とする方法に関する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本開示の第１の形態において、ナノマテリアル構造体を製造する方法が開示される。ある形態において、ナノマテリアル構造体は、金属ナノ粒子、液滴、ナノ粒子を含有するインク、または生物学的材料からなる層を形成することが可能である。ナノマテリアル構造体は、その幾何学的な形状の観点から、孤立ドット、矩形パターン、線、ピラミッド、またはシングルドットのパターンであるアレイなどの任意のパターンを形成することが可能である。さらに、レシーバー基板および／またはドナー膜を含むプレートの位置を可変的に決めることで、レシーバー基板上の複数のナノ粒子を同じスポットに転写する手段により３Ｄ構造体を形成することが可能である。

【0015】

ナノマテリアル構造体を製造する方法は：
透過層と、透過層上の犠牲層と、犠牲層上に堆積されたドナー膜とを含むプレートを提供する工程と；
犠牲層に透過層を介して照射ビームを照射する工程であり、ドナー膜の一部分がプレートからレシーバー基板に転写されて受け取られるようにし、レシーバー基板がドナー膜の少なくとも一部分を事前に設定されたスポットで受け取るようにレシーバー基板および／またはプレートが移動する、工程と；
レシーバー基板とドナー膜を同時に走査する工程とを含む。

【0016】

前述のように構成される方法により、レシーバー基板上に形成されるナノマテリアル構造体の製造が行われる。レシーバー基板またはプレートが移動することにより、ナノマテリアルの一部分をドナー膜から転写し、それを所望の位置に配置することが可能となる。同時走査は、ドナー膜を照射するプロセスの最中に、ナノ粒子の配向の位置を決めること、および調整することに役立つ。プレートがｘｙｚ移動、回転、または傾斜可能なステージ上に搭載されている間に、ドナー膜および／またはレシーバー基板を走査することが可能である。ステージは、ドナー膜のナノマテリアルを目的の対象物の焦点に向かって移動させる。位置合わせが適切に行われた場合、焦点の中心は、照射される照射光（例えば、レーザパルス）が中心に来るスポットに向けられる。照射ビームは、マテリアルの適切な放出プロファイルのために選択された任意の形状および／または時間的および特別なプロファイルを取り得る。よって、転写されるナノマテリアルを検出するためにステージを使用してドナー膜の走査を行うことで、ナノマテリアルの放出ターゲットが設定される。（膜厚の検出に役立つ）イメージングレーザの偏光を調整すること、および要求条件の特定の角度でターゲットを再配置することが可能となる。また、ＸＹＺおよび／または回転ステージを用いてレシーバー基板を走査することで、マテリアルの転写を意図する位置を検出し、要求条件に応じてその配向を調整することも可能となる。ステージによる移動は、さらに、ターゲットマテリアルとターゲット位置を整列させて、照射パルスの照射に役立つ。可動ステージを用いてレシーバー基板を走査することで、マテリアルを転写する位置を検出し、要求条件に応じてその配向を調整するのに役立つ。ターゲットマテリアル、ターゲット位置、および照射パルスの照射は、整列される。

【0017】

以下、ナノマテリアルとは、ナノ粒子の集合体で構成されるマテリアルであり、薄膜は、厚さ約１μｍ未満、より好ましくは厚さ１００ｎｍ未満で構成され、約１μｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満の寸法が少なくともある一方向に存在するものとする。より好ましい実施形態では、ナノ粒子の寸法は０．３ｎｍ未満であり、原子スケールに対応する。

【0018】

いくつかの実施形態では、ドナー膜からのマテリアルの転写は、レーザ誘起前方転写（ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＬＩＦＴ）により行われ、より好ましくは、ブリスターを利用するレーザ誘起前方転写（ｂｌｉｓｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＢＢ－ＬＩＦＴ）により行われる。ドナー膜は、透過性材料（透過層とも称される）上にある犠牲層の１つの表面上にコーティングされ、これらの層はプレートを一体的に形成し、レシーバー基板と近接して配置される。適切な強度のレーザパルスが透過層を介して犠牲層とドナー膜の界面に集光されると、ドナー膜のナノマテリアルが、ドナー膜からレシーバー基板上の特定のスポットに転写される。犠牲金属層におけるレーザーエネルギーの吸収、およびドナー膜の少なくとも一部分の前方転写は、典型的には、犠牲層とドナー膜の界面でのアブレーションがナノマテリアルの確実な転写を提供する場合に起こる。好ましい実施形態では、ブリスターを利用する（ＢＢ）ＬＩＦＴの形態は、犠牲層および透過層の界面のみに相互作用するのに十分である低エネルギーでのフェムト秒パルスを利用する。特に、（ＢＢ）ＬＩＦＴで用いる照射ビームの強度プロファイルは、トップハット、ガウスまたはドーナツ型の強度プロファイルを含むものからいくつか選択することが可能である。照射パルスにより表面が変形し、犠牲層と透過層でブリスター状の変形が引き起こされ、転写されるマテリアルが最小拡散方向で物理的に放出される。本実施形態のような犠牲層からのナノ粒子の放出メカニズムは、動的放出層として知られている。ブリスターを利用するレーザ誘起前方転写において、表面マテリアルが放出される一方で、動的放出層はその状態を保つ。可動プレートまたはレシーバー基板を一緒に用いることで、本実施形態による方法は、レシーバー基板上にナノマテリアル構造体を製造することを可能とする。この方法は、人工的に選択された気体または真空状態を含む周囲雰囲気、または通常の大気条件下で、提供することが可能である。プレートまたはレシーバー基板を同時に走査することにより、レシーバー基板に転写され堆積されるナノ粒子の配向の調整が改善される。

【0019】

別の実施形態では、マテリアルの転写は、レーザ誘起後方プロセスによって提供可能である。レーザ誘起後方転写は、当業者には公知であり、例えば非特許文献２がある。

【0020】

別の実施形態では、照射パルスは、時間的な関係性を有し、空間的に重複している２つのパルスから構成することが可能である。この実施形態では、連続からフェムト秒まで可変する持続時間を有する初期パルスは、転写されるマテリアルに物理的な変化を誘発する。一方で、可変的な時間プロファイルまたは空間プロファイルを有する第２のパルスは、現時点でレーザ改質されたマテリアルを転写するために用いられる。一つの実施形態では、これら２つのパルスは空間的に重複し、このような２つのパルスの時間的プロファイルは、第２のパルスが第１のパルスの持続時間内に生成される、または時間的に別個に離された時間で生成される時に重複可能であり、ここで、マテリアルはある有限時間で非照射のままである。

【0021】

例えば、シリコンを原料とするレシーバー基板の場合、ナノ回路を用いてあらかじめパターン化することが可能である。このようなデバイス製造の手順では、多くの場合、数千のグリッド構造の位置が決められる。ドナー膜がステージ上で移動される際には、ナノマテリアルの初期配向および位置決めを達成しておく必要がある。次いで、必要に応じて、配向および位置決めのためのドナー膜のイメージングを可能とするために、レシーバー基板を所定の距離で移動してもよい。

【0022】

ある形態において、同時検出は、ラマン分光法、動的光散乱、蛍光、フォトルミネセンスイメージングによって、または好ましくは高調波発生（ｈｉｇｈ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＨＨＧ）によって提供することが可能である。イメージングレーザは、多くの２Ｄマテリアル内で高調波発生を誘発する。これは、非常に精度の高い測定に用いることが可能である。グラフェンなどのマテリアルでは、後続のデータ分析が行われるとの条件で、当業者が、高調波発生を特定し、ナノマテリアルの堆積層の数に関する情報を提供し、層数が奇数または偶数であるかの情報を提供することさえ可能である。他のほとんどのマテリアルでは、マテリアルがバルク（２０～３０層）に向かって連続的に厚くなるにつれて、ＨＨＧは５桁のオーダーで減少する。さらに、このＨＨＧの強度は、偏光に対する結晶の配向によって変化する。

【0023】

さらなる形態において、当業者は、レーザ誘導前方転写（ＬＩＦＴ）またはブリスターを利用するＬＩＦＴに基づく転写技術に適したマテリアルを選択することが可能である。このような適切なマテリアルの例としては、金属（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｗ、Ｓｉ、およびＡｌ、その他を含む）、合金、金属化合物（例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、インジウムスズ酸化物、ＭｎＴｉＯ_３、ＣｏＡｌ_２Ｏ_４、およびＣｕＯ、その他を含む）、無機誘電体マテリアル（例えば、ＳｉＯ_２およびＳｉ_３Ｎ_４、その他を含む）、グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド、六方晶窒化ホウ素、有機誘電体マテリアル、無機半導体マテリアル、有機半導体マテリアル、ポリマー（例えば、ポリスチレン、メラミン樹脂、およびＰＭＭＡ－ポリメチルメタクリレート、その他を含む）、ガラス、およびセラミックが挙げられるが、これらに限定されない。

【0024】

好ましい実施形態では、方法は、イメージングビームによりレシーバー基板をイメージングする工程を含む。イメージングビームは、照射されるプレート上での選択されたマテリアルの同時イメージングを可能とし、転写される前にその場での調整を可能にする。一つの実施形態では、イメージングは、照射ビームとは対照的である広帯域光の光源によって達成される。別の実施形態では、イメージングビームは、ナノマテリアル構造体を形成するナノマテリアルの内部に高調波を発生させることが可能である。ナノマテリアルから到達する高調波は、検出器によって検出される。より好ましくは、ＨＨＧを引き起こすイメージングレーザビームは、偏光レーザビームである。イメージングレーザビームの偏光を調整することは、堆積されるナノマテリアル膜の厚さおよび配向を検出し、ターゲットを要求条件の特定の角度に再配向するのに役立つ。より好ましい実施形態では、デバイスのドナー膜側のイメージングシステムは、レシーバー基板上の堆積の位置を画定するためには使用されない。位置の選択は、並進ステージを用いて記録された位置決めにより行われる。

【0025】

好ましい実施形態において、レシーバー基板は、レシーバー基板およびドナー膜を同時に走査することが可能であるイメージングレーザビームに関して透過性がある。レシーバー基板に透過性がある場合、レシーバー基板を通してドナーを走査することが可能であり、よって、ナノマテリアル構造体を適切に走査するためのステージのさらなる機械的な操作を行うことなく、その場での測定が可能となる。よって、レシーバー基板とドナー膜の同時イメージングでは、表面上の特定のナノマテリアルを識別するためにレシーバー基板を干渉しないところに移動させる必要性がなく、本実施形態は、製造方法を高速化する。

【0026】

好ましい実施形態では、同時走査の工程は、広帯域光によるプレートおよび／またはレシーバー基板のイメージングによって提供される。より好ましくは、広帯域光は偏光を利用する。広帯域光の光源は、一般的な識別に利用される。狭帯域フィルタの追加により、２Ｄマテリアルの異なる特性を観測することが可能である。偏光およびその向きは、これらのような原子的に薄いマテリアルの検出を改善することが可能である。ある実施形態では、プレートおよび／またはレシーバー基板への照射は、別のイメージング、特にイメージングレーザビームによるＨＨＧイメージングと並行して提供することが可能である。

【0027】

一つの実施形態において、広帯域光がドナー膜またはレシーバー基板から反射されると、イメージング検出器により検出されるよりも前に、広帯域カラーフィルタを通過する。カラーフィルタが特定の波長の光および／または偏光を選択的に通過させることで、ナノマテリアル構造体の材料組成、ナノマテリアル構造体の厚さに関する情報が得られる。

【0028】

本開示の別の形態において、本開示による方法を実施するのに適したデバイスが開示される。そのデバイスは：
照射ビームをプレートに集光させることが可能である照射ビームの光源であり、プレートは、透過層、透過層上の犠牲層、犠牲層上に堆積されたドナー膜を含み、照射ビームは、ドナー膜の少なくとも一部分を放出するように構成される、光源と；
プレートが第１の光源によって照射されている間にプレートおよび／またはレシーバー基板を移動させる手段と；
レシーバー基板および／またはドナー膜を同時に走査する手段とを含む。

【0029】

好ましい実施形態では、レシーバー基板および／またはドナー膜を同時に走査する手段は、ナノマテリアル構造体を形成するマテリアルの内部に高調波を発生させることが可能であるイメージングレーザであり、デバイスは、ナノマテリアル構造体から到達する高調波を検出することが可能である検出器を含む。より好ましくは、イメージングレーザは、偏光を放射するように構成される。

【0030】

好ましい実施形態では、デバイスは、プレートおよび／またはレシーバー基板を照射することが可能である広帯域光の少なくとも１つの光源をさらに含む。より好ましくは、広帯域光は、偏光を放射するように構成される。

【0031】

好ましい実施形態では、デバイスは、少なくとも２つの広帯域光の光源を備え、広帯域光の第１の光源は、ドナー膜を照射するように構成され、広帯域光の第２の光源は、レシーバー基板を照射するように構成される。

【0032】

さらに別の実施形態では、デバイスは、ドナー膜からの反射ビームを検出するように構成される第１の検出器をさらに含む。本実施形態に代えて、または本実施形態とともに、デバイスは、さらに、レシーバー基板からの反射ビームを検出する、またはレシーバー基板から放射される放射光を検出するように構成される第２の検出器を含んでもよい。

【0033】

さらに別の実施形態では、デバイスは、第２の検出器の前に配置されたカラーフィルタを含み、カラーフィルタは、特定の波長の光を通過させることが可能であるので、レシーバー基板上のドナー膜の一部分の位置、ナノマテリアル構造体の材料組成、および／またはナノマテリアル構造体の厚さに関する情報を提供することが可能である。

【0034】

別の実施形態では、照射ビームは、ブリスターを利用するレーザ誘起前方転写において、ドナー膜の一部分に作用するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本開示における第１の実施形態を示す図

【図2】本開示における第２の実施形態を示す図

【図3】本開示における第３の実施形態を示す図

【図4】本開示における第４の実施形態を示す図

【図5】ＡＦＭから得られた実験結果を示す図

【図6】ＡＦＭから得られた実験結果を示す図

【図7】ＡＦＭから得られた実験結果を示す図

【発明を実施するための形態】

【0036】

本明細書において開示される詳細な実施形態は、照射ビーム２の光源２１を用いる転写プロセスによるナノマテリアルの転写に関し、好ましくはレーザ誘起前方転写（ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＬＩＦＴ）、より好ましくはブリスターを利用するレーザ誘起前方転写（ｂｌｉｓｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＢＢ－ＬＩＦＴ）に関する。ある態様において、照射ビーム２の光源２１は、例えばパルスレーザビーム、好ましくはフェムト秒パルスレーザビームである照射レーザビーム２であり、照射レーザビーム２が透過層１０を通過して伝搬し、そのエネルギーが犠牲層１１に蓄積されることによりドナー膜１２の一部分１５が放出され、レシーバー基板１４に転写されるように構成される。ある形態において、転写は、前述のレーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）のような前方転写、またはブリスターを利用するＬＩＦＴ、またはレーザ誘起後方転写であり得る。

【0037】

ある態様において、本開示は、マイクロおよびナノマテリアル構造体１３の製造、回折光学素子の製造、導波路の製造、表面テクスチャリング、マイクロ流体メタライゼーションのための電極や電子部品の修復および調整などの様々な用途における導電体の堆積に用いられる。

【0038】

本開示の第１の実施形態を、図１を参照してさらに説明する。図１は、ナノマテリアル構造体１３をレシーバー基板１４上に製造する方法において使用されるデバイスの概略図を示す。デバイスには、プレート１が含まれる。プレート１は、透過層１０と、透過層１０の上の犠牲層１１を含む。犠牲層１１の上には、ドナー膜１２が設けられている。このデバイスおよび方法では、犠牲層１１に照射ビーム２が照射されると、犠牲層１１と透過層１０との界面にエネルギーが蓄積され、加熱される。その結果として生成された溶融フロントは、自由表面に到達するまでドナー膜１２を通過すように伝搬し、プレート１の反対側に、すなわちレーザ照射に対して前方に、ドナー膜１２が放出される。ドナー膜１２のナノマテリアルは、その沸点を超えて過熱され、その結果生じた界面での蒸気誘起圧力により溶融したドナー膜１２がレシーバー基板１４に向けて放出される。このようにして、ドナー膜１２の一部分１５がレーザ誘起前方転写（ＬＩＦＴ）により放出され、レシーバー基板１４上に堆積されると、構造体１３が形成される。構造体１３の複数の部位は、その位置の違いにより、あるパターンを形成することが可能であり、例えばピラミッド状パターン、線、またはアレイ状に配置された個々の点などがある。この位置は、可動ステージのようなｘｙｚ方向への並進移動および／または回転および／または傾斜を行える移動手段によって調整することが可能である。移動手段は、プレート１、レシーバー基板１４、またはプレート１とレシーバー基板１４の双方に設けることが可能である。ドナー膜１２に近接しているレシーバー基板１４は、一部分１５の支持体として配置される。図１はさらに、ナノマテリアルの内部に高調波を発生させるように構成されるイメージングレーザビーム３により走査されるレシーバー基板１４を概略的に示す。ある実施形態では、イメージングレーザビーム３は、好ましくは、照射ビーム２を発生させるレーザーシステムとは異なる、別個のレーザーシステムによって発生させることが可能である。別の実施形態では、イメージングレーザビーム３と照射ビーム２は両方とも、同一のレーザーシステムによって発生させることが可能である。本実施形態では、同一のレーザーシステムによって発生させたレーザビームを少なくとも２つに分岐するように分割し、さらに照射ビーム２およびイメージングビーム３を要求条件に基づいて調整する。イメージングレーザビーム３を使用する場合には、関連する非線形的な光学特性を測定する測定手段、例えば、最初のポンプ波長をブロックするフィルタを用いることで、ユーザの裁量で、２次または３次のＨＨＧの発生を検出することが可能であり、よって、解明可能なナノマテリアル構造体に関するより多くの情報を得ることが可能である。これにより、層の数、結晶粒界、および配向をより明確に識別することが可能となる。別の実施形態では、偏光制御を備えるイメージングレーザ３を用いることで、ナノマテリアル構造体に非線形的な効果を発生させることが可能であり、よって、ナノマテリアル構造体の配向および層の数に関する情報を提供可能である。ステージにより提供される回転制御と偏光レーザビームを組み合わせた実施形態では、当業者が、ナノマテリアル構造体を選択された配向に、より容易に効果的に調整することを可能にする。フィルタおよび偏光制御の光学系が照射レーザの前に配置される場合、このような実施形態は、転写される前のレシーバー基板の特性の点検および確認のために用いることも可能である。当業者は、任意選択的に、レシーバー基板１４およびドナー膜１２を同時に走査することで、より多くの情報を得ることが可能である。このような実施形態は、イメージングビーム３および照射ビーム２の偏光を１つの光学的構成により調整することを可能にし、よって、余分なコストをかけることなく解決策を提供可能である、光学的レイアウトにおいて特に望ましい。

【0039】

別の実施形態では、レシーバー基板１４またはドナー膜１２がラマン分光法により走査される、または励起光源２１によって照射されることにより、マテリアルにおいてフォトルミネセンスまたは動的光子散乱を発生させることが可能である。図１に示される実施形態では、イメージングビーム３は、イメージングビームスプリッタ３３およびイメージング集光手段３２を通過することが可能である。ＬＩＦＴが行われると同時に、ドナー膜１２および／またはレシーバー基板１４に前述の同時走査が行われる技術が提供される。ラマン分光法、フォトルミネセンス、蛍光、または動的光子散乱によるドナー膜１２の同時走査は、ｘｙ（ｚ）ステージであり得る可動手段を用いて特定のスポットにマテリアルがターゲット化されることを支援する。ｘｙ（ｚ）ステージが備えられたレシーバー基板１４を横断するように行われる走査は、要求条件に応じて、ナノマテリアルをレシーバー基板１４に転写させ、その位置を決定し、その配向を調整したいと望む当業者にとって、役立つ。さらに、この構造は、ナノマテリアルをターゲット位置に整列させ、レシーバー基板１４上のターゲット領域にドナー膜１２を放出させる照射ビーム２のパルスを集光させるのに役立つ。この方法は、真空チャンバを必要とすること無く、大気条件下で有利に適用することが可能である。

【0040】

本開示の実施形態では、転写されるナノマテリアルからなるドナー膜１２は犠牲層１１の上に堆積される。犠牲層１１としては、チタン、銅、金、アルミニウム、バナジウム、クロム、タングステン、またはＧｅ／Ｓｅ合金が挙げられる。犠牲層１１は、例えばガラス、Ａｌ_２Ｏ_３およびＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７高温超伝導体などの酸化物からなる基板である透過層１０の上に堆積される。

【0041】

本開示の別の実施形態では、照射ビーム２は、パルス幅１５ｎｓを備える波長１９３ｎｍの照射光を照射するＵＶエキシマであってもよい。照射ビーム２は、第１の集光手段２２、例えばレンズによって、プレート１、特に、犠牲層／ドナー膜１２の界面に集光され、溶融シリカからなる透過層１０上の厚さ１μｍ程度のＣｕおよびＡｇのナノ粒子層が、シリコンを原料とするレシーバー基板１４に転写されるように構成されている。照射ビーム２は、第１のビームスプリッタ２３を介して伝搬することが可能である。ドナー膜１２とレシーバー基板１４との間の距離は、１０μｍである。各パルスのエネルギー密度は、約５Ｊ／ｃｍ^２である。このレーザビームは、ドナー膜１２を矩形パターンで転写するように構成されていた。照射中、レシーバー基板１４は、イメージングレーザビーム３によって同時に走査された。走査は、例えば、レシーバー基板１４上に堆積されるナノマテリアル中のＨＨＧによって提供され得る。イメージングレーザの焦点は、レシーバー基板１４上に合わせ、特に、ＡｇまたはＣｕが堆積されるべきスポットに合わせる。当業者は、特に、例えばイメージングレーザビーム３のような走査手段を、ステージシステムの角度を調整する手段と組み合わせて使用することで、ドナー膜とレシーバー基板の平行度を制御可能である。カメラの焦点がドナー膜１２またはレシーバー基板１４のいずれかの表面に合わされる場合、位置ｘおよび位置ｙの調整により、ドナー膜１２およびレシーバー基板１４が移動する。ステージの傾斜制御システムを用いて、焦点およびｘとｙの調整を繰り返すことが可能である。これにより、ドナー膜とレシーバー基板の平行度を制御することが可能となり、よって、ドナー膜とレシーバー基板の間の転写が容易になる。これにより、ドナー膜とレシーバー基板が互いに衝突するリスクを低減しつつ、ｘおよびｙの独立した移動を可能にする。また、これにより、ドナー膜１２とレシーバー基板１４を互いに非常に近い位置に近接させる調整が可能となり、高精度での位置決め、および転写の方法の変更が可能になり、特に後述するようにスタンピングが可能となる。

【0042】

当業者は、照射レーザビーム２のパルス持続時間を調整可能であり、特に、１００フェムト秒パルスの照射レーザビーム２のようなフェムト秒パルスビームに調整して、形成メカニズムを、２Ｄマテリアルの転写に好適に用いられるブリスターを利用するレーザ誘起前方転写（ＢＢ－ＬＩＦＴ）に変更することが可能である。より長いパルス持続時間を利用してブリスターを形成するために犠牲層が局所的に加熱される場合、ブリスターは、転写後に、その初期位置に復帰する。ドナー膜１２とレシーバー基板１４が非常に近接している場合、ＢＢ－ＬＩＦＴは、大気を介する転写時間なしで、マテリアルをレシーバー基板１４に直接スタンピングすることを可能にする。当業者は、さらに、照射パルスビーム２の空間プロファイルを調整して、より特定された照射領域を選択することが可能である。ガウス分布の場合、中央領域での転写の可能性が高い円形の堆積が形成される。一方、トップハット状のパルスの場合、照射領域全体での均等な堆積が可能となる。トップハット状の強度プロファイルが円形の場合、堆積は円形に一致する。強度プロファイルが長方形の場合、堆積は長方形の形状に一致する。この堆積形状は、当業者により選択可能である、その他の選択されたビームプロファイルに一致する。

【0043】

さらに別の実施形態では、エネルギー１００ｍＪを提供する５００フェムト秒（ｆｓ）パルスレーザの照射ビーム２を、Ｃｕナノ層からなるドナー膜１２を含むプレート１に向けることが可能である。幅４０μｍを有するレーザパターン線をレシーバー基板１４に転写することが可能である。ドナー膜１２とレシーバー基板１４との間の距離は、好ましくは、５０μｍ未満である。レシーバー基板１４は、ＨＨＧを引き起こす偏光レーザビームにより走査することが可能である。イメージングビーム３の偏光により、ナノ粒子系におけるフォノンのモード、特に振動モード、回転モード、およびその他の低周波モードを決定することが可能であり、よって、層の数を決定することが可能である。イメージングビーム３とドナー膜１２への照射ビーム２を同期させることにより、事前に設定した層の数および形状でナノ粒子の構造体１３を形成することが可能である。

【0044】

さらに別の実施形態では、チタンが構成される犠牲層と、チタン上に堆積されるドナー膜１２として使用されるＣＶＤ成長ＭｏＳ_２を含む透過性基板が用いられる。ドナー膜１２の一部分１５は、透過性のあるレシーバー基板１４上に堆積されることが意図されている。

【0045】

均質性が高く、ランダムに配向された成長ＭｏＳ_２を得るためには、成長ＭｏＳ_２をレシーバー基板１４上で特異的に配向する方法で転写することが必要である。イメージングビーム３を用いてＭｏＳ_２の内部にＨＨＧを発生させることにより、様々な強度により配向が画定されるイメージが生成され、ドナー膜１２はそれに応じて回転され、同時にイメージングされる。必要な配向が達成されると、ＭｏＳ_２は特定の位置に堆積され得る。これは、ＭｏＳ_２がコーティングされ配向が整列され、レーザ媒体として使用される半飽和吸収体のサイズおよびスケールに対して反復される。

【0046】

ある実施形態においては、ドナー膜１２またはレシーバー基板１４の同時走査は、ラマン分光法により行うことが可能である。ラマン技術は、ドナー膜１２の一部分１５、またはレシーバー基板１４上に堆積されたドナー膜１２の一部分１５についての結晶配向、ドーピングレベル、応力を検査するために用いられる。別の実施形態においては、ドナー膜１２および／またはレシーバー基板１４は、動的光散乱、フォトルミネセンス、または蛍光分光法により走査することが可能である。さらに別の実施形態においては、暗視野（Ｄａｒｋ ｆｉｅｌｄ）、明視野（Ｂｒｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ）、微分干渉（ＤＩＣ）、または偏光を利用する光学部材のアレイなどによる同時イメージングが適切である。ＨＨＧまたはラマンの使用は、レーザを用いる同時イメージングの非網羅的なリストである。当業者はまた、共焦点レーザ顕微鏡法を実施することが可能である。

【0047】

別の実施形態では、イメージングレーザビーム３は、レシーバー基板１４の表面上に堆積され得るナノマテリアルに対応するパターンを形成するのに役立つ。このイメージングレーザビーム３は、マテリアルに高調波を発生させるレーザビーム３であり得る。特に、イメージングレーザは、基本周波数で短パルスの高強度レーザビーム３を、レシーバー基板１４におけるナノマテリアル構造体の最上部で堆積される小さなスポットに集光させる。小さなスポットは、ドナー膜１２の一部分１５が転写された場所である。転写された一部分１５の内部では、特異的な周波数で高調波信号ＨＨＧ（ｈｉｇｈ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｉｇｎａｌ）が発生する。例えば、グラフェン、遷移金属ダイカルコゲナイド（ＭｏＳｅ_２、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ＷＳｅ_２など）は、高調波信号を発生させることが可能であり、その特異的な周波数は当業者に知られている。高調波信号は、その後、集められて、検出される。レシーバー基板１４を、ｘおよび／またはｙおよび／またはｚ方向のいずれかに（すなわち、１次元において、および／または２次元において、および／または３次元において）移動させながら走査する、またはレシーバー基板１４を回転させたり、傾斜させたりしてもよく、その一方、イメージングレーザビーム３によりその表面が走査されている。走査されたすべての点から高調波信号が集められ、電子的に処理されてイメージが生成される。

【0048】

好ましい実施形態では、イメージングレーザビーム３は偏光であり、より好ましくは楕円偏光である。入射光が偏光であることにより、マテリアルの結晶構造に特異的な方法でマテリアルと相互作用する。これにより、より高いコントラストが提供され、または電子的に検出可能な形態で入射光が調節される。別の実施形態では、前述のＬＩＦＴプロセスを用いて、生物学的材料の試料がプレート１からレシーバー基板１４に転写される。レシーバー基板１４は、走査レーザが堆積層に高調波の発生を誘起することが可能であるように配置される。より具体的には、ガラス系のレシーバー基板１４上の生物学的試料である。走査レーザビームが集光されて、レーザビームがガラス系のレシーバー基板１４を通過して生物学的試料に到達する。レーザビームにより試料に対して２次元で走査処理が行われることにより、試料のイメージ区画が形成される。代替的には、走査デバイスは、試料を移動させる手段を含み、２次元または３次元での走査処理を行う。図示の実施形態では、イメージングレーザビーム３の光源３１は、励起後に、イメージング高調波（λ／２）および第３高調波（λ／３）を誘起するレーザビームを発生させるレーザデバイスを備える。走査レーザビームの光源３１の例としては、パルス波長の範囲が１２００～１３５０ｎｍ内であるレーザが挙げられる。この範囲内において、前述のレーザによって発生させたレーザビームの励起スペクトルは、可視光の範囲内で、明確で個別的なイメージング高調波と第３高調波を示すことになる。レーザビームは、この波長の範囲内では、試料に自家蛍光を引き起こさないこと、または万一あったとしても、自家蛍光をほとんど引き起こさないことに留意されたい。

【0049】

図２は、本開示の好ましい実施形態を概略的に示し、図１に示すデバイスを援用し、さらなる特徴を備えている。特に、図２には、広帯域光の第１の光源４がさらに開示されている。光源４は、フラッシュランプであってもよい。広帯域光４２は、第３のビームスプリッタ４１を通過して伝搬し、最初は、第３の集光手段４４によって有利に集光される。ある時点で、広帯域光４２と照射ビーム２は共伝搬し、第１の共伝搬ビーム４３を形成する。第１のビームスプリッタ４１の後方に狭帯域フィルタが配置されることにより、望ましくない波長の外光が除去される。ナノマテリアル構造体は非常に薄いので、簡単に観測することが困難である。よって、例えば厚さ２７０ｎｍの透過性の酸化物層を有する反射型シリコン基板が実装される。透過層の上にある２Ｄマテリアルは、ＳｉＯ_２と比較して、屈折率が異なり、光が移動する距離をさらに長くする。光の一部分は２Ｄマテリアル層の最上部で反射し、光の一部分は通過してバルクに到達し、そこで、シリコン上で反射する。シリコン上からの反射光は観測者に戻り、光が移動した距離が異なるので、干渉効果が引き起こされる。好ましい実施形態では、狭帯域フィルタまたは広帯域フィルタは、反射ビームを検出して干渉パターンを観測する検出器とドナー膜１２との間に実装することが可能である。狭帯域フィルタは、干渉効果によるコントラストを増加させるように構成することが可能である。

【0050】

図２は、さらに、広帯域光５２の光源５を含む、代替的な実施形態を示す。前述の段落に関連して、光５２は、第４のビームスプリッタ５１を通過し、第４の集光手段５４によって集光される。ある時点で、広帯域光５２はイメージングビーム３と共伝搬し、イメージング共伝搬ビーム５３を形成する。広帯域光は、レシーバー基板１４を照射するために用いられる。ただし、レシーバー基板１４が透過性である場合、光５２がプレート１を照射して、ドナー膜１２の一部分１５がレシーバー基板１４上の特定のスポットに堆積されてナノマテリアル構造１３が形成されるようにステージを構成することが可能である。レーザは、平行度を高レベルで達成するためにステージの傾斜を調整するのに有用である。

【0051】

好適な実施形態において、走査のためにＨＨＧを用いる実施形態は、図２に記載される実施形態で実施することが可能である。図２は、デバイスの概略図をさらに示し、集光レンズによって集められた高調波信号は、フィルタ８（図２には示さず）に達し、そこで基本周波数のすべての背景光がフィルタリングされる。フィルタは、検出器、例えば光電子増倍管によって受け取られる純粋な高調波信号のみを通過させる。電子的に生成されたイメージは、コンピュータのスクリーン上に表示することが可能である。好適な実施形態において、高調波信号は、位置決めの手段を制御することが可能であるコンピュータユニットを用いてさらに処理することが可能であり、その結果、位置決めの手段は正確な配向で位置決めされる。

【0052】

図３は、図２に概略的に示される実施形態が含まれる好ましい実施形態の概略図を示す。図３の実施形態は、さらに、レシーバー基板１４またはプレート１から反射された光を検出するように構成される第１の検出器６を含む。代替的な実施形態では、イメージング検出器７が提供され、レシーバー基板１４またはプレート１から反射された光を検出するように構成することが可能である。好適な実施形態では、検出器６および７の双方が含まれる。

【0053】

図４は、ドナー膜１２を照射した光がそこから反射され、第１のコリメータ６１によって検出器６に集光される実施形態を示す。これにより、光の分布が均一でより鮮明な画像が得られる。図４には、さらに、イメージングコリメータ７１およびイメージング検出器７が示される。右側、すなわちイメージングビーム３には、背景光から、例えばＨＨＧ信号を分離するための広帯域カラーフィルタ８がさらに設けられている。フィルタ８は、照射ビーム２またはイメージングレーザ３を遮断しつつ、ＨＨＧ発生信号が検出されるように構成され得る。よって、広帯域の光源と組み合わせて、厚さ測定を正確に行うことが可能である。

【実施例】

【0054】

以下の実施例は、図４に示される実施形態に関する説明ではあるが、当業者は、前述のその他の実施形態に対しても、以下の教示を援用してもよい。

【0055】

亀裂のないブリスターを利用するＬＩＦＴを実施するために、典型的には、フェムト秒レーザパルスである照射ビーム２を、アパーチャを用いて直径２．５ｍｍに絞った後、焦点距離７５ｍｍのレンズ２２を通過させて集光させた。ドナー膜１２およびレシーバー基板１４はｘｙ並進ステージ上に搭載され、ドナー膜１２はレンズ２２から約５５ｍｍに配置された。

【0056】

別の実施例では、ナノ秒の照射レーザパルスは、２．５ｍｍのアパーチャを通過した後に、１００ｍｍのレンズ２２を通して集光され、ドナー膜１２は、レンズ２２から約１１５ｍｍ離して配置された。ナノ秒のレーザパルスを使用すると、照射領域が拡大され、より均質なＢＢ－ＬＩＦＴを確保することが可能である。このアプローチでは、より広い領域に渡ってエネルギーが拡散され、パルス間のエネルギー変動による変化の影響が低減される。ドナー膜１２とレシーバー基板１４が、それぞれ搭載され、既知の距離である約１０μｍから約２００μｍで互いに離された。これらは、傾斜調整が可能なｘｙｚ並進ステージに搭載された。パルスエネルギーは、ＢＢ－ＬＩＦＴが生成されることが知られている範囲内で変化させた。ナノ秒（ｎｓ）で生成されるＢＢ－ＬＩＦＴについては、パルスエネルギーは、滑らかでひび割れのないブリスターを形成する１００μＪ／パルスから、ブリスターがひび割れたり、ときどき破裂したりする２００μＪ／パルスまで変化させた。このエネルギー値は、厚さ約３００ｎｍであるチタンの犠牲層に特に適している。フェムト秒（ｆｓ）で生成されるブリスターの場合、パルスエネルギーは、９５μＪ／パルスから１５０μＪ／パルスまで変化させた。

【0057】

フェムト秒（ｆｓ）およびナノ秒（ｎｓ）を利用した実施形態について、幾何学的に非自明なパターンの堆積が達成された。堆積方法では、前述のいずれかのイメージング技術を用いて、同時検出が行われた。ドナー膜１２がパルスレーザビーム２で照射される際に、ＨＨＧ信号を引き起こすレーザビームによる同時イメージングが行われた。よって、特定のスポットまで並進ステージを移動させて、ドナー膜１２の一部分１５がレシーバー基板１４上のスポットで受け取られるようにした。

【0058】

ＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：原子間力顕微鏡）により得られた図５、図６、および図７に示す結果は、酸化物層が２７０ｎｍであったＳｉＯ_２／Ｓｉのレシーバー基板１４上に０．３ｎｍの厚さで転写されたｈＢＮ（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）のフレーク画像である。さらに、ＡＦＭ画像は、最初に堆積され転写されたｈＢＮの厚さの範囲を示す。ＡＦＭ、ラマン、および光学イメージングを組み合わせることで、ＢＢーＬＩＦＴプロセスが行われても、転写されたナノマテリアルの大きな集合体には、明らかな劣化がないことが読み取れる。

【0059】

ＡＦＭ画像は、フェムト秒（ｆｓ）レーザパルスにより、レシーバー基板と近接した状態で、ｈＢＮのフレークが転写されたことを示唆している。2次元マテリアルのマスクをＧｗｙｄｄｉｏｎで描くと、この区画の高さは、シリコンの表面上から０．３３ｎｍであり、これは、フレークの厚さが１層のみであることを示している。また、マテリアルのＲＭＳ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）粗さは、２３５ｐｍからシリコンの２３０ｐｍであり、ＬＩＦＴによって放出された他の柔軟なマテリアルと同様に、転写された表面でマテリアルが平滑になっていることを示唆している。チタン表面の薄層のｈＢＮの初期粗さは、下地のチタンよりもわずかに滑らかであり、ＲＭＳ粗さは、約５ｎｍである。

【0060】

別の実施例では、レシーバー基板１４および／またはドナー膜１２は、広帯域光を用いて走査された。レシーバー基板１４またはドナー膜１２からの反射ビームに含まれる望ましくない信号をフィルタリングするためにフィルタ８が使用された。一つの実施例では、グラフェン層は、１～４層で構成され、広帯域光により走査可能であり、グラフェン層から来る信号は、緑色フィルタ（５２０～５９０ｎｍ）を通過して伝搬した。グラフェンの１層分の厚さは、青色フィルタ（４３５～５２０ｎｍ）を通過した場合の０．０１１４に対して、０．０７７のコントラスト値を示した。このような高い値の場合、イメージングが容易となる。緑色フィルタを用いた場合の初期の高いコントラスト値により、１～４層のコントラスト値は、それぞれ、０．０７７、０．１４９、０．２１６、および０．２７８となり得る。

【0061】

ガルバノミラーと称されるＸ軸およびＹ軸に対して自動的に軸を傾けるミラーが光学部品の前でイメージングレーザのビーム経路に配置されている。このミラーにより、イメージングレーザ経路を精緻に調整することが可能であり、レーザが移動することにより、ドナー膜またはレシーバー基板のいずれかの表面を横断するような走査が可能となる。

【0062】

透過光の偏光を再配向することが可能である波長板と称される光学部品は、焦点の前でイメージングレーザのビーム経路内に配置される。波長板を用いると、ナノマテリアルのＨＨＧを増加または減少させるイメージングビームの偏光を回転させることが可能であり、ナノマテリアルを物理的に回転させるという条件無しで、その結晶配向または厚さを決定可能である。

【符号の説明】

【0063】

１ プレート
１０ 透過層
１１ 犠牲層
１２ ドナー膜
１３ ナノマテリアル構造体
１４ レシーバー基板
１５ ドナー膜の一部分
２ 照射ビーム
２１ 照射ビームの光源
２２ 第１の集光手段
２３ 第１のビームスプリッタ
３ イメージングビーム
３１ イメージングレーザの光源
３２ イメージング集光手段
３３ イメージングビームスプリッタ
４ 広帯域光の第１の光源
４１ 第３のビームスプリッタ
４２ 広帯域光
４３ 第１の共伝搬ビーム
４４ 第３の集光手段
５ 広帯域光のイメージング光源
５１ 第４のビームスプリッタ
５２ 広帯域光
５３ イメージング共伝搬ビーム
５４ 第４の集光手段
６ 第１の検出器
６１ 第１のコリメータ
７ イメージング検出器
７１ イメージングコリメータ
７２ ガルバノミラー
７３ 波長板
８ 広帯域カラーフィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】