JP2003007599A - Method and device for forming pattern with proximity field light - Google Patents

Method and device for forming pattern with proximity field light

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JP2003007599A
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聡 河田
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for forming a pattern with proximity field light arranged as a proximity field light lithography developed from a proximity field microscope employing a probe in which highly accurate control can be ensured while reducing the size. SOLUTION: The system for forming a pattern with proximity field light by irradiating a plane coated with photosensitive resist 8 with proximity field light from an exposure light source comprises a probe (cantilever) 9 having a extremely thin forward end generating proximity field light disposed on the surface of the photosensitive resist 8, and a unit for irradiating blue semiconductor laser light, while converging, from the rear side of the photosensitive resist 8 disposed at the forward end of the probe (cantilever) 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光を用いて
超微細加工を行う近接場光によるパターン形成方法およ
びその装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a near-field pattern forming method and apparatus for performing ultra-fine processing using near-field light.

【0002】[0002]

【従来の技術】光リソグラフィー技術は、半導体プロセ
スにおいては必要不可欠の要素技術である。
2. Description of the Related Art Photolithography technology is an essential elemental technology in semiconductor processes.

【0003】光を用いるリソグラフィーでは、光の回折
限界が分解能や精度の限界となると言われている。そこ
で、半導体の微細化を進めるため、露光に用いる光の波
長を短くすることが採られ、波長はg線(436n
m)、i線(365nm)から、そしてエキシマレーザ
(248nm,193nm)へと短波長化されてきた
が、回折限界は波長の半分程度と言われ、エキシマを用
いても分解能は、高々100nmにしかならなかった。
In lithography using light, the diffraction limit of light is said to be the limit of resolution and accuracy. Therefore, in order to miniaturize the semiconductor, it is adopted to shorten the wavelength of light used for exposure, and the wavelength is g-line (436n).
m), i-line (365 nm), and excimer lasers (248 nm, 193 nm) have been shortened, but the diffraction limit is said to be about half of the wavelength, and even if excimers are used, the resolution is 100 nm at most. It only happened.

【0004】また、光以外の電子線、X線を用いるリソ
グラフィーは、設備が大がかりであり、スループット
に、またマスクやレジスト材の開発を要する等の問題が
ある。
Lithography using an electron beam or X-ray other than light requires a large amount of equipment, has problems in throughput, development of a mask and a resist material, and the like.

【0005】一方、微小孔を有する、または微細探針
(プローブ)を用いる近接場顕微鏡、特に、ニアフィー
ルド走査顕微鏡(NSOM)の発展が近年めざましく、
分子スケールの像が観察されるようになった。ここで用
いられる探針は4種類ある。すなわち、(a)微小開
口、(b)微小プローブ、(c)微細光導波路、(d)
金属コートされた微細光導波路であり、これらを用いた
近接場光による微細加工が検討されている。
On the other hand, in recent years, the development of a near-field microscope having micropores or using a fine probe (probe), particularly a near-field scanning microscope (NSOM), has been remarkable,
A molecular scale image became visible. There are four types of probes used here. That is, (a) micro aperture, (b) micro probe, (c) micro optical waveguide, (d)
This is a fine optical waveguide coated with metal, and fine processing using near-field light using these is being studied.

【0006】なお、先行参照文献としては、以下のよう
なものが挙げられる。
The following are cited as prior art references.

【0007】(1)井上 河田 応用物理 第67巻
第12号 pp1376−1382(1998) (2)河田、計測と制御、第38巻、第12号、pp7
37−741(1999) (3)河田 東レリサーチセンター刊 THE TRC
NEWS No.73(2000) (4)特開平4−291310号公報「金属コートファ
イバ型」 (5)特開平7−106229号公報「ファイバ型」 (6)特開平8−179493号公報「マスクを用いる
微小開口」 (7)特開平10−326742号公報「ファイバ型」 (8)特開平11−145051号公報「マスク」 (9)特開平11−233427号公報「微小開口」 (10)特開2000−321756号公報「マスク」 更に、本願発明者によって金属探針を用いた近接場顕微
鏡に関する提案が、既に、文献:Optics Com
munications 183,pp333−336
(2000)、Optics Letters,19,
pp159−161(1994)及び特開2000−8
1383号として示されている。
(1) Kawada Inoue Applied Physics Vol. 67
No. 12 pp1376-1382 (1998) (2) Kawada, Measurement and Control, Volume 38, No. 12, pp7
37-741 (1999) (3) Kawada Toray Research Center THE TRC
NEWS No. 73 (2000) (4) JP-A-4-291310 "Metal-coated fiber type" (5) JP-A-7-106229 "Fiber type" (6) JP-A-8-179493 "Micro opening using a mask" (7) Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-326742 "Fiber type" (8) Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145051 "Mask" (9) Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-233427 "Micro opening" (10) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-321756 Further, a proposal regarding a near-field microscope using a metal probe has already been proposed by the inventor of the present application in the literature: Optics Com.
communications 183, pp 333-336
(2000), Optics Letters, 19,
pp159-161 (1994) and JP 2000-8.
It is shown as No. 1383.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たファイバ型では、微細加工のためには先端の孔部分を
細くする必要があるため、入射光の半波長以下では光の
利用効率が大幅に低下してしまい、極めて微弱な光しか
得られず、加工に長い時間を要するという問題がある。
これは、マスクを用いた方式でも同様である。そのため
金属探針を用いた方式のみが可能性がある。
However, in the above-mentioned fiber type, since the hole portion at the tip needs to be thinned for fine processing, the light utilization efficiency is significantly reduced at a half wavelength or less of the incident light. However, there is a problem in that only extremely weak light is obtained, and it takes a long time for processing.
This also applies to the method using the mask. Therefore, only the method using a metal probe is possible.

【0009】また、上記した金属探針を用いた近接場顕
微鏡においては、小型で、高い解像度を有し、サイズお
よび位置の正確な制御ができるものが要望されている。
Further, in the near-field microscope using the above-mentioned metal probe, there is a demand for a compact one having a high resolution and capable of accurately controlling the size and position.

【0010】本発明は、上記情況に鑑みて、小型で高精
度な制御ができる、探針を用いた近接場顕微鏡を発展さ
せた近接場光リソグラフィーとして構成した、近接場光
によるパターン形成方法およびその装置を提供すること
を目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention provides a method for forming a pattern by near-field light, which is configured as near-field light lithography which is a development of a near-field microscope using a probe, which is compact and can be controlled with high accuracy. The purpose is to provide the device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕光感光性レジストを塗布した面に近接場光を露光
光源として照射しパターンを形成する近接場光によるパ
ターン形成方法において、光感光性レジストを塗布した
面に近接場光を露光光源として照射しパターンを形成す
る近接場光によるパターン形成方法において、前記近接
場光を発生させる先端を極細にした探針を、前記光感光
性レジストの表面に配置し、前記探針の先端にレーザ光
を、前記光感光性レジストに照射・収束させることによ
り、電場増強された近接場光を用いることを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the present invention uses [1] near-field light for irradiating a surface coated with a photosensitive resist with near-field light as an exposure light source to form a pattern. In the pattern forming method, the probe coated with a photosensitive resist is irradiated with near-field light as an exposure light source to form a pattern. Is disposed on the surface of the photo-sensitive resist, and the near-field light whose electric field is enhanced by irradiating and converging a laser beam on the tip of the probe to the photo-sensitive resist is used. .

【0012】〔2〕上記〔1〕記載の近接場光によるパ
ターン形成方法において、前記レーザ光は青色半導体レ
ーザ光とし、前記光感光性レジストに裏面又は側面から
照射・収束させることを特徴とする。
[2] In the pattern forming method using near-field light according to the above [1], the laser light is blue semiconductor laser light, and the photo-sensitive resist is irradiated and converged from the back surface or the side surface. .

【0013】〔3〕上記〔1〕記載の近接場光によるパ
ターン形成方法において、前記近接場光を発生させる先
端を極細にした探針を、前記光感光性レジストの表面に
配置し、前記探針の先端に青色半導体レーザ光を、前記
光感光性レジストの裏面側から照射・収束させることに
より、電場増強された近接場光を用いることを特徴とす
る。
[3] In the pattern forming method using near-field light according to the above [1], a probe having an extremely thin tip for generating the near-field light is arranged on the surface of the photosensitive resist, and the probe is A near-field light whose electric field is enhanced by irradiating and converging a blue semiconductor laser light on the tip of the needle from the back surface side of the photosensitive resist is used.

【0014】〔4〕上記〔1〕記載の近接場光によるパ
ターン形成方法において、前記探針は、先端曲率が50
nm以下のカンチレバーであることを特徴とする。
[4] In the pattern forming method using near-field light described in [1] above, the probe has a tip curvature of 50.
It is characterized in that it is a cantilever of nm or less.

【0015】〔5〕上記〔3〕記載の近接場光によるパ
ターン形成方法において、前記探針は、金属または誘電
体あるいは半導体からなることを特徴とする。
[5] In the pattern forming method using near-field light as described in [3] above, the probe is made of a metal, a dielectric or a semiconductor.

【0016】〔6〕上記〔4〕記載の近接場光によるパ
ターン形成方法において、シリコンのカンチレバーで、
前記光感光性レジストがg線用のレジストを厚さ100
nm塗布し、405nmの青色半導体レーザ光で描画す
ることを特徴とする。
[6] In the pattern forming method using near-field light according to the above [4], a silicon cantilever is used,
The photo-sensitive resist is a g-ray resist having a thickness of 100.
nm coating and drawing with a blue semiconductor laser beam of 405 nm.

【0017】〔7〕上記〔6〕記載の近接場光によるパ
ターン形成方法において、毎秒約100μmの描画速度
で5〜10mJ/cm2 の低パワーで幅100nm、深
さ10nmの複数の線を描くことを特徴とする。
[7] In the pattern forming method using near-field light according to the above [6], a plurality of lines having a width of 100 nm and a depth of 10 nm are drawn with a low power of 5 to 10 mJ / cm 2 at a drawing speed of about 100 μm per second. It is characterized by

【0018】〔8〕光感光性レジストを塗布した面に近
接場光を露光光源として照射しパターンを形成する近接
場光によるパターン形成装置において、前記光感光性レ
ジストの表面に配置され、前記近接場光を発生させる先
端が極細の探針と、この探針の先端に前記光感光性レジ
ストに照射・収束させるレーザ光の照射装置とを具備す
ることを特徴とする。
[8] In a pattern forming apparatus using near-field light for irradiating a surface coated with a photo-sensitive resist with near-field light as an exposure light source to form a pattern, the pattern forming device is arranged on the surface of the photo-sensitive resist and The probe is characterized by comprising a probe having an extremely thin tip for generating field light, and a laser beam irradiation device for irradiating and converging the photo-sensitive resist on the tip of the probe.

【0019】[0019]

〔9〕上記〔8〕記載の近接場光によるパ
ターン形成装置において、前記探針は、先端曲率が50
nm以下のカンチレバーであることを特徴とする。
[9] In the pattern forming apparatus using near-field light according to the above [8], the probe has a tip curvature of 50.
It is characterized in that it is a cantilever of nm or less.

【0020】〔10〕上記[10] Above

〔9〕記載の近接場光による
パターン形成装置において、前記探針は、金属または誘
電体あるいは半導体からなることを特徴とする。
In the pattern forming apparatus using near-field light described in [9], the probe is made of a metal, a dielectric, or a semiconductor.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0022】図1は本発明の実施例を示す近接場リソグ
ラフィー装置の要部模式図、図2は本発明の実施例を示
す近接場リソグラフィー装置の全体模式図である。
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a near-field lithography apparatus showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an overall schematic view of a near-field lithography apparatus showing an embodiment of the present invention.

【0023】これらの図において、1はレーザ(405
nm)、2はマスク、3はミラー、4は対物レンズ(開
口度1.4)、5はオイル、6はPZTステージ、7は
スライドガラス、8はそのスライドガラス7上に形成さ
れた光感光性レジスト、9は探針(カンチレバー)、1
0はPZTスキャナー、11は制御器、12はPC(パ
ーソナルコンピュータ)、13は集光レンズ、14は光
検出器、15は観察装置である。
In these figures, 1 is a laser (405
2) mask, 3 mirror, 4 objective lens (aperture 1.4), 5 oil, 6 PZT stage, 7 slide glass, 8 photosensitivity formed on the slide glass 7. Resist, 9 is a probe (cantilever), 1
Reference numeral 0 is a PZT scanner, 11 is a controller, 12 is a PC (personal computer), 13 is a condenser lens, 14 is a photodetector, and 15 is an observation device.

【0024】このように、光感光性レジスト8を塗布し
た面に近接場光を露光光源として照射し、面にパターン
を形成する方法において、近接場光を発生する探針9は
先端が50nm以下であって、中実の金属探針または誘
電体探針あるいは半導体探針である。なお、先端の曲率
は50nm以下でよい。例えば、探針9はシリコンまた
はシリコンに金属をコーティングしたカンチレバーであ
る。
As described above, in the method of forming a pattern on the surface by irradiating the surface coated with the photosensitive resist 8 with the near-field light as an exposure light source, the probe 9 for generating the near-field light has a tip of 50 nm or less. And a solid metal probe, a dielectric probe, or a semiconductor probe. The curvature of the tip may be 50 nm or less. For example, the probe 9 is a cantilever in which silicon or silicon is coated with metal.

【0025】ここで、探針9先端に照射する光の波長は
450nm以下の青色半導体レーザが望ましい。
Here, it is desirable that the wavelength of the light irradiating the tip of the probe 9 is 450 nm or less and a blue semiconductor laser.

【0026】また、探針9の先端に照射する光の波長は
800nmで、二光子吸収を用いて、光感光性レジスト
8の吸収帯である400nm近辺に相当させることもで
きる。 〔具体例〕レジスト膜は、g線(436nm)対応のポ
ジ型(シップレイ社製マイクロポジットS1800)ガ
ラス基板上にスピンコートで膜厚110nm、プリベー
ク100℃,25分で成膜する。
The wavelength of the light radiated to the tip of the probe 9 is 800 nm, and it is possible to use two-photon absorption to make it correspond to the absorption band of the photosensitive resist 8 near 400 nm. [Specific Example] A resist film is formed by spin coating on a positive type (Microposit S1800 manufactured by Shipley Co., Ltd.) glass substrate corresponding to g-line (436 nm) by a film thickness of 110 nm and prebaking at 100 ° C. for 25 minutes.

【0027】探針先端とレジスト膜間の距離は0−10
nm(実際には0−数nm)に制御する。
The distance between the tip of the probe and the resist film is 0-10.
nm (actually 0-several nm).

【0028】探針はシリコン製で、先端曲率は20nm
のものを用いる。市販品は10nm以下があるので、極
細を用いればより微細な加工が出来る。
The probe is made of silicon and has a tip curvature of 20 nm.
Use the one. Since commercially available products have a thickness of 10 nm or less, finer processing can be performed by using ultrafine.

【0029】レーザパワーは5〜20mJ/cm2 で変
化させ、405nm半導体レーザを用いる。
The laser power is varied from 5 to 20 mJ / cm 2 , and a 405 nm semiconductor laser is used.

【0030】なお、二光子吸収のときは800nmレー
ザを、三光子吸収のときは1200nmのレーザを用い
るようにしてもよい。
An 800 nm laser may be used for two-photon absorption, and a 1200 nm laser may be used for three-photon absorption.

【0031】探針走査は、25μm角の範囲で2.5μ
mピッチで線を描画する。このとき、走査速度は、25
μmを143ms(175μm/s)、220ms(1
14μm/s)である。
The probe scanning is 2.5 μm in the range of 25 μm square.
Draw lines with m pitch. At this time, the scanning speed is 25
μm is 143 ms (175 μm / s), 220 ms (1
14 μm / s).

【0032】その詳細な説明は後述するが、図3に示す
ように、僅か5〜10mJ/cm2のエネルギーで10
0nm幅であり、そのプロファイルが図4に示され、そ
れらの複数本の線の写真が図5に示されている。
Although a detailed description will be given later, as shown in FIG. 3, the energy of 10 to 10 mJ / cm 2 is sufficient.
It is 0 nm wide, its profile is shown in FIG. 4, and a photograph of those multiple lines is shown in FIG.

【0033】比較例として、図6に示すように、近接場
光を用いない場合は、35.7mJ/cm2 以上のパワ
ーを必要とし、線幅の最小は312nmである。
As a comparative example, as shown in FIG. 6, when the near-field light is not used, a power of 35.7 mJ / cm 2 or more is required and the minimum line width is 312 nm.

【0034】応用例としては、以下のようなものを挙げ
ることができる。
The following may be mentioned as application examples.

【0035】(1)半導体プロセスでのレジスト描画 (2)低パワー青色レーザ照射による光メモリーに高密
度記録を行うことができ、その場合波長400nm近辺
で光を吸収するポリシランを利用することができる。
(1) Resist drawing in a semiconductor process (2) High-density recording can be performed in an optical memory by irradiation with a low-power blue laser, and in that case, polysilane that absorbs light at a wavelength near 400 nm can be used. .

【0036】(3)光CVD 上記したように、本発明は、原子間力顕微鏡(AFM)
を用いた、無開口型光近接場ファブリケーションを示す
ものである。この技術により、ガラス基板にスピンコー
ティングしたポジティブフォトレジスト上に、100n
mのラインを直接パターン化する。ナノ構造ファブリケ
ーションは、405nmのレーザ光で照射した無開口型
探針のチップ先端で発生する電場増強(FE)を利用し
て行う。その結果、エネルギー線量が増加するにつれ
て、作製したラインのライン幅の増大が観察された。
(3) Photo-CVD As described above, the present invention is an atomic force microscope (AFM).
FIG. 3 shows a non-aperture type optical near-field fabrication using. By this technique, 100n is formed on the positive photoresist spin-coated on the glass substrate.
Directly pattern m lines. The nanostructure fabrication is performed using electric field enhancement (FE) generated at the tip end of the apertureless probe irradiated with laser light of 405 nm. As a result, it was observed that the line width of the produced line increased as the energy dose increased.

【0037】このように、本発明では、原子間力顕微鏡
(AFM)上に載置した、レーザ照射をした無開口型探
針(カンチレバー)の近傍にナノメートルのフォトレジ
ストラインを作製する。この技術により、従来の走査型
探針顕微鏡の限界を克服でき、AFMやSTMの無開口
型探針を容易に作製できる。AFMを用いると、チップ
先端に発生する電場増強(FE)を利用するために、走
査速度が早く、正確なサイズや位置の制御が可能とな
る。さらに、安価であることに加えて、他の研究者らが
実証したような、直接観察やレジストパターンの修正が
可能となる。STMとは異なりAFMは、望ましくない
露光もなく、どんなタイプの材料でも用いることができ
る。
As described above, in the present invention, a nanometer photoresist line is formed in the vicinity of the laser-irradiated non-opening probe (cantilever) mounted on the atomic force microscope (AFM). With this technique, the limitation of the conventional scanning probe microscope can be overcome, and an apertureless probe of AFM or STM can be easily manufactured. When the AFM is used, since the electric field enhancement (FE) generated at the tip of the chip is used, the scanning speed is fast and the size and position can be accurately controlled. Furthermore, in addition to being inexpensive, it enables direct observation and correction of the resist pattern as demonstrated by other researchers. Unlike STM, AFM can be used with any type of material without unwanted exposure.

【0038】本発明にかかる装置は、図1に示したよう
に、405nmのレーザダイオード1と組み合わせたA
FMと、無開口型探針(カンチレバー)9に光を当てる
ための集光光学システムとで構成されている。ここで、
用いている無開口型探針9は、数十ナノメートル(〜2
0nm)のシリコンで作られており、イメージングとパ
ターニングの両方に用いる。スライドガラス7上に光感
光性レジスト8をスピンコーティングし、100℃で2
5分間余熱することにより、フィルム厚さ110nmの
ポジティブなフォトレジスト(シップレイ社製マイクロ
ポジットS1800)を形成した。数ナノメートルの距
離にある集光点をフォトレジストに接近させるために、
AFMをタッピングモードで動作させた。これにより、
FEにより、ファーフィールドでの研究から得た閾値線
量を局所的に超えられるので、作製を開始することがで
きる。25μm×25μm、ライン間の距離2.5μm
のラスター走査によりレジストを露光した。露光線量
は、PC12によりPZTステージ6の走査速度を変え
ることにより制御した。この方法により、単にパターン
プログラムを変えるだけで、異なる微小パターンを描く
ことができる。露光した試料は、マイクロポジット現像
液と17MΩの水のそれぞれに、1分間現像した。
The device according to the invention, as shown in FIG. 1, is combined with a laser diode 1 of 405 nm A
It is composed of an FM and a focusing optical system for applying light to the apertureless probe (cantilever) 9. here,
The apertureless probe 9 used is several tens of nanometers (~ 2
It is made of 0 nm silicon and is used for both imaging and patterning. Spin-coat the photo-sensitive resist 8 on the slide glass 7 and apply 2 at 100 ° C
By heating for 5 minutes, a positive photoresist (Microposit S1800 manufactured by Shipley Co., Ltd.) having a film thickness of 110 nm was formed. In order to bring the focal point at a distance of several nanometers close to the photoresist,
The AFM was operated in tapping mode. This allows
The FE allows the threshold dose obtained from far field studies to be locally exceeded so that fabrication can begin. 25μm × 25μm, distance between lines 2.5μm
The resist was exposed by a raster scan of. The exposure dose was controlled by changing the scanning speed of the PZT stage 6 by the PC 12. By this method, different minute patterns can be drawn by simply changing the pattern program. The exposed sample was developed for 1 minute in each of the microposit developer and 17 MΩ of water.

【0039】図6は近接場を用いない露光で得たフォト
レジストの露光特性の典型例を示す図である。
FIG. 6 is a view showing a typical example of exposure characteristics of a photoresist obtained by exposure without using a near field.

【0040】この図から明らかなように、レジストの幅
と深さは、露光エネルギーの増加とともに増加してい
る。このエネルギーの増加は、走査速度を遅くすること
により行う。閾値エネルギー線量は35.7mJ/cm
2 である。そして、このエネルギーにおける線幅は31
2nmであり、回折理論から算出した近接場を用いない
スポットサイズである352nmよりわずかに狭い。近
接場を用いない35.7mJ/cm2 での光重合に対す
る閾値線量より低い線量で露光した試料では、パターン
は見られなかった。
As is clear from this figure, the width and depth of the resist increase as the exposure energy increases. This increase in energy is performed by slowing the scanning speed. Threshold energy dose is 35.7 mJ / cm
Is 2 . And the line width at this energy is 31
It is 2 nm, which is slightly narrower than 352 nm, which is a spot size calculated from the theory of diffraction and does not use a near field. No pattern was seen in samples exposed at doses below the threshold dose for photopolymerization at 35.7 mJ / cm 2 without near field.

【0041】本発明の近接場における実験の場合、試料
を閾値線量より低い線量で露光した。チップ先端の局所
FE効果のために、露光に必要な閾値線量を高めること
ができ、それゆえにレジストの光重合が可能である。
For the near field experiments of the present invention, the sample was exposed at a dose below the threshold dose. Due to the local FE effect at the tip of the chip, the threshold dose required for exposure can be increased and therefore photopolymerization of the resist is possible.

【0042】図3は近接場での露光に基づく、試料のレ
ジストの厚さおよび深さの依存関係を、エネルギーを関
数として示したものである。ここでは、実験を通してチ
ップ先端のFEは一定であると仮定する。
FIG. 3 shows the dependence of the sample resist thickness and depth on near-field exposure as a function of energy. Here, it is assumed that the FE at the tip of the tip is constant throughout the experiment.

【0043】この図から明らかなように、エネルギーが
増加すると、線幅の増加が観察された。
As is clear from this figure, an increase in line width was observed as the energy increased.

【0044】さらに、望ましくない露光や、近接場での
露光後の試料の変化は見られなかった。これらの結果か
ら、単に走査速度(露光時間)またはレーザパワーを変
更するか、もしくは走査ステージを移動させるかのいず
れかの方法を用いるだけで、線幅およびパターン位置を
正確に制御することができることがわかった。
Furthermore, no undesired exposures or changes in the samples after near-field exposure were observed. From these results, it is possible to accurately control the line width and the pattern position by simply changing the scanning speed (exposure time) or the laser power or moving the scanning stage. I understood.

【0045】図4は現像後の異なる露光時間において無
開口型NSOMを用いて描いた線パターンのAFM画像
(2.5μm×2.5μm)である。
FIG. 4 is an AFM image (2.5 μm × 2.5 μm) of a line pattern drawn using a non-aperture NSOM at different exposure times after development.

【0046】挿入した横断面図はパターンの線幅と深さ
をはっきりと示している。また、露光領域は、2.5μ
mの間隔をおいて、10本の平行な線で構成されてお
り、各線の線幅はおよそ10nmの差で変化しているこ
とがわかる。
The inserted cross-sectional view clearly shows the line width and depth of the pattern. The exposure area is 2.5μ
It can be seen that it is composed of 10 parallel lines with a space of m, and the line width of each line changes by a difference of about 10 nm.

【0047】また、走査率(25μm/143mse
c)を計算すると、およそ175μm/sである。この
ように、露光時間の減少を補償するためにレーザパワー
を増大させながら、走査速度を速くすることにより、走
査率を増加させることができる。
Further, the scanning rate (25 μm / 143 mse
When c) is calculated, it is approximately 175 μm / s. As described above, the scanning rate can be increased by increasing the scanning speed while increasing the laser power to compensate for the decrease in the exposure time.

【0048】このような結果に基づき、描かれたパター
ンの表面の線幅(〜100nm)は、無開口型探針の径
の5〜10倍広いが、計算した近接場を用いないスポッ
トサイズより狭いことがわかった。このことは、作製し
たパターンが、局所的に増強した電場によるものである
ことを明確に示している。
Based on these results, the line width (~ 100 nm) of the surface of the drawn pattern is 5 to 10 times wider than the diameter of the apertureless probe, but is smaller than the calculated spot size without the near field. I found it narrow. This clearly shows that the produced pattern is due to the locally enhanced electric field.

【0049】結論として、無開口型NSOMを用いて初
めて、ポジティブフォトレジストにおけるナノ構造ファ
ブリケーションの研究がなされ、100nmという小さ
い寸法のパターンを作製するための新しい方法が示され
た。近接場実験では、作製した線の線幅の増加も観察さ
れた。
In conclusion, the use of apertureless NSOMs for the first time investigated nanostructured fabrication in positive photoresists and showed a new method for producing patterns as small as 100 nm. In the near field experiment, an increase in the line width of the produced line was also observed.

【0050】以上のように、本発明は、いくつかの期待
できる特徴を有している。すなわち、(1)開口型探針
を用いたどの走査探針顕微鏡技術よりも安価で速い。
(2)望ましくない露光がない。(3)高い解像度を有
し、サイズおよび位置の正確な制御ができる。(4)直
接観察および修正が可能である。(5)生産性と高い解
像度を達成するために、コントラストの濃い平行な光線
(dense parallel ray)での小型化
が可能である。
As described above, the present invention has some promising features. That is, (1) it is cheaper and faster than any scanning probe microscope technique using an aperture probe.
(2) There is no unwanted exposure. (3) It has a high resolution and can accurately control size and position. (4) Direct observation and correction are possible. (5) In order to achieve high productivity and high resolution, it is possible to reduce the size of a parallel parallel ray having a high contrast (dense parallel ray).

【0051】さらにこの技術は、照射した無開口型金属
チップの近接場におけるナノメートルサイズの光源の概
念を詳細に研究し、明らかにするためにも利用すること
ができる。
Furthermore, this technique can also be used to study and clarify in detail the concept of a nanometer-sized light source in the near field of an illuminated apertureless metal tip.

【0052】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
As described in detail above, according to the present invention, the following effects can be achieved.

【0054】小型で高精度な制御ができる、探針を用い
た近接場顕微鏡を発展させた近接場光リソグラフィとし
て構成することができる。
It is possible to configure the near-field optical lithography which is a development of a near-field microscope using a probe, which is small in size and can be controlled with high precision.

【0055】特に、(a)開口型探針を用いたどの走査
探針顕微鏡技術よりも安価で速い。(b)望ましくない
露光がない。(c)高い解像度を有し、サイズおよび位
置の正確な制御ができる。(d)直接観察および修正が
可能である。(e)生産性と高い解像度を達成するため
に、カンチレバーアレーによる同時描画を行うことが可
能である。
In particular, (a) it is cheaper and faster than any scanning probe microscope technique using an aperture type probe. (B) No unwanted exposure. (C) It has a high resolution and can accurately control size and position. (D) Direct observation and correction are possible. (E) Simultaneous drawing with a cantilever array is possible to achieve productivity and high resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す近接場リソグラフィー装
置の要部模式図である。
FIG. 1 is a schematic view of essential parts of a near-field lithography apparatus showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例を示す近接場リソグラフィー装
置の全体模式図である。
FIG. 2 is an overall schematic diagram of a near-field lithography apparatus showing an embodiment of the present invention.

【図3】近接場での露光に基づく、試料のレジストの厚
さおよび深さの依存関係を、エネルギーを関数として示
す図である。
FIG. 3 shows the dependence of sample resist thickness and depth on near-field exposure as a function of energy.

【図4】図3のプロファイルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the profile of FIG. 3;

【図5】図3のそれらの複数本の線の写真を示す図であ
る。
FIG. 5 shows a photograph of those multiple lines of FIG.

【図6】近接場を用いない露光に基づく、試料のレジス
トの厚さおよび深さの依存関係を、エネルギーを関数と
して示す図である。
FIG. 6 shows the dependence of the sample resist thickness and depth on exposure as a function of energy, without near-field exposure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ(405nm) 2 マスク 3 ミラー 4 対物レンズ(開口度1.4) 5 オイル 6 PZTステージ 7 スライドガラス 8 光感光性レジスト 9 探針(カンチレバー) 10 PZTスキャナー 11 制御器 12 PC(パーソナルコンピュータ) 13 集光レンズ 14 光検出器 15 観察装置 1 laser (405 nm) 2 mask 3 mirror 4 Objective lens (aperture 1.4) 5 oil 6 PZT stage 7 Slide glass 8 Photosensitive resist 9 probe (cantilever) 10 PZT scanner 11 controller 12 PC (personal computer) 13 Condensing lens 14 Photodetector 15 Observation device

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 101:40 H01L 21/30 502D Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) B23K 101: 40 H01L 21/30 502D

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光感光性レジストを塗布した面に近接場
光を露光光源として照射しパターンを形成する近接場光
によるパターン形成方法において、 前記近接場光を発生させる先端を極細にした探針を、前
記光感光性レジストの表面に配置し、前記探針の先端に
レーザ光を、前記光感光性レジストに照射・収束させる
ことにより、電場増強された近接場光を用いることを特
徴とする近接場光によるパターン形成方法。
1. A pattern forming method using near-field light, wherein a surface coated with a photo-sensitive resist is irradiated with near-field light as an exposure light source to form a pattern, wherein the tip for generating the near-field light has an extremely fine tip. Is disposed on the surface of the photo-sensitive resist, and the near-field light whose electric field is enhanced by irradiating and converging a laser beam on the tip of the probe to the photo-sensitive resist is used. Pattern formation method using near-field light.
【請求項2】 請求項1記載の近接場光によるパターン
形成方法において、前記レーザ光は青色半導体レーザ光
とし、前記光感光性レジストに裏面又は側面から照射・
収束させることを特徴とする近接場光によるパターン形
成方法。
2. The pattern forming method using near-field light according to claim 1, wherein the laser light is blue semiconductor laser light, and the photo-sensitive resist is irradiated from the back surface or the side surface.
A pattern forming method using near-field light, which is characterized by converging.
【請求項3】 請求項1記載の近接場光によるパターン
形成方法において、前記近接場光を発生させる先端を極
細にした探針を、前記光感光性レジストの表面に配置
し、前記探針の先端に青色半導体レーザ光を、前記光感
光性レジストの裏面側から照射・収束させることによ
り、電場増強された近接場光を用いることを特徴とする
近接場光によるパターン形成方法。
3. The method for forming a pattern by near-field light according to claim 1, wherein a probe having an extremely thin tip for generating the near-field light is arranged on the surface of the photosensitive resist, A near-field light pattern forming method, characterized in that near-field light whose electric field is enhanced by irradiating and converging a blue semiconductor laser light on the tip from the back side of the photosensitive resist.
【請求項4】 請求項1記載の近接場光によるパターン
形成方法において、前記探針は、先端曲率が50nm以
下のカンチレバーであることを特徴とする近接場光によ
るパターン形成方法。
4. The pattern forming method using near-field light according to claim 1, wherein the probe is a cantilever having a tip curvature of 50 nm or less.
【請求項5】 請求項3記載の近接場光によるパターン
形成方法において、前記探針は、金属または誘電体ある
いは半導体からなることを特徴とする近接場光によるパ
ターン形成方法。
5. The near-field pattern forming method according to claim 3, wherein the probe is made of a metal, a dielectric or a semiconductor.
【請求項6】 請求項4記載の近接場光によるパターン
形成方法において、シリコンのカンチレバーで、前記光
感光性レジストがg線用のレジストを厚さ100nm塗
布し、405nmの青色半導体レーザ光で描画すること
を特徴とする近接場光によるパターン形成方法。
6. The method for forming a pattern by near-field light according to claim 4, wherein a silicon cantilever is used to apply a g-line resist having a thickness of 100 nm as the photosensitive resist, and a 405 nm blue semiconductor laser light is used for drawing. A method of forming a pattern by near-field light, comprising:
【請求項7】 請求項6記載の近接場光によるパターン
形成方法において、毎秒約100μmの描画速度で5〜
10mJ/cm2 の低パワーで幅100nm、深さ10
nmの複数の線を描くことを特徴とする近接場光による
パターン形成方法。
7. The method for forming a pattern using near-field light according to claim 6, wherein the patterning speed is 5 to 5 μm per second.
Low power of 10 mJ / cm 2 , width 100 nm, depth 10
A method for forming a pattern by near-field light, which comprises drawing a plurality of nm lines.
【請求項8】 光感光性レジストを塗布した面に近接場
光を露光光源として照射しパターンを形成する近接場光
によるパターン形成装置において、(a)前記光感光性
レジストの表面に配置され、前記近接場光を発生させる
先端が極細の探針と、(b)該探針の先端に前記光感光
性レジストに照射・収束させるレーザ光の照射装置とを
具備することを特徴とする近接場光によるパターン形成
装置。
8. A near-field light pattern forming apparatus for forming a pattern by irradiating a surface coated with a photo-sensitive resist with near-field light as an exposure light source, comprising: (a) being arranged on the surface of the photo-sensitive resist; A near-field device comprising: a probe having an extremely thin tip for generating the near-field light; and (b) a laser beam irradiation device for irradiating and converging the photo-sensitive resist on the tip of the probe. Light patterning device.
【請求項9】 請求項8記載の近接場光によるパターン
形成装置において、前記探針は、先端曲率が50nm以
下のカンチレバーであることを特徴とする近接場光によ
るパターン形成装置。
9. The near-field light pattern forming apparatus according to claim 8, wherein the probe is a cantilever having a tip curvature of 50 nm or less.
【請求項10】 請求項9記載の近接場光によるパター
ン形成装置において、前記探針は、金属または誘電体あ
るいは半導体からなることを特徴とする近接場光による
パターン形成装置。
10. The pattern forming apparatus using near-field light according to claim 9, wherein the probe is made of a metal, a dielectric, or a semiconductor.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004096698A1 (en) 2003-04-25 2004-11-11 National Institute Of Information And Communications Technology Method of bonding molecule and molecule bonding apparatus
JP2006269936A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Japan Science & Technology Agency Circuit pattern transferring device and method therefor
JP2007510810A (en) * 2003-11-12 2007-04-26 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Apparatus and method for patterning a structure on a substrate
KR100859819B1 (en) 2007-04-02 2008-09-23 한국기계연구원 Processing apparatus using ultrashort pulse laser
JP2014240994A (en) * 2014-10-01 2014-12-25 株式会社東芝 Mask for near-field exposure, method for forming resist pattern, method for manufacturing device, near-field exposure method, pattern forming method, near-field photolithographic member, and near-field nano-imprint method
US9550322B2 (en) 2011-03-09 2017-01-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Near-field exposure mask, resist pattern forming method, device manufacturing method, near-field exposure method, pattern forming method, near-field optical lithography member, and near-field nanoimprint method
US9887271B2 (en) 2013-07-31 2018-02-06 Empire Technology Development Llc Metal-insulator-metal diodes and methods of fabrication

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0688724A (en) * 1992-09-08 1994-03-29 Canon Inc Scanning-type probe microscope, memory device and lithography apparatus
JPH06137847A (en) * 1992-10-23 1994-05-20 Senri Oyo Keisoku Kenkyusho:Kk Scanning optical microscope device
JPH0820072A (en) * 1994-07-06 1996-01-23 Nikon Corp Minute area photosensitizing method, optical shaping method using the same and photosensitive substance-processing apparatus
JPH08179493A (en) * 1994-12-22 1996-07-12 Hitachi Ltd Light exposure, device and method for transferring, or mask for the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0688724A (en) * 1992-09-08 1994-03-29 Canon Inc Scanning-type probe microscope, memory device and lithography apparatus
JPH06137847A (en) * 1992-10-23 1994-05-20 Senri Oyo Keisoku Kenkyusho:Kk Scanning optical microscope device
JPH0820072A (en) * 1994-07-06 1996-01-23 Nikon Corp Minute area photosensitizing method, optical shaping method using the same and photosensitive substance-processing apparatus
JPH08179493A (en) * 1994-12-22 1996-07-12 Hitachi Ltd Light exposure, device and method for transferring, or mask for the same

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004096698A1 (en) 2003-04-25 2004-11-11 National Institute Of Information And Communications Technology Method of bonding molecule and molecule bonding apparatus
JPWO2004096698A1 (en) * 2003-04-25 2006-07-13 独立行政法人情報通信研究機構 Molecular binding method and molecular binding device
JP4524370B2 (en) * 2003-04-25 2010-08-18 独立行政法人情報通信研究機構 Molecular binding method and molecular binding device
JP2007510810A (en) * 2003-11-12 2007-04-26 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Apparatus and method for patterning a structure on a substrate
JP2006269936A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Japan Science & Technology Agency Circuit pattern transferring device and method therefor
JP4674105B2 (en) * 2005-03-25 2011-04-20 独立行政法人科学技術振興機構 Circuit pattern transfer apparatus and method
KR100859819B1 (en) 2007-04-02 2008-09-23 한국기계연구원 Processing apparatus using ultrashort pulse laser
US9550322B2 (en) 2011-03-09 2017-01-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Near-field exposure mask, resist pattern forming method, device manufacturing method, near-field exposure method, pattern forming method, near-field optical lithography member, and near-field nanoimprint method
US9887271B2 (en) 2013-07-31 2018-02-06 Empire Technology Development Llc Metal-insulator-metal diodes and methods of fabrication
JP2014240994A (en) * 2014-10-01 2014-12-25 株式会社東芝 Mask for near-field exposure, method for forming resist pattern, method for manufacturing device, near-field exposure method, pattern forming method, near-field photolithographic member, and near-field nano-imprint method

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