JP2003013236A - Pattering method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光化学反応を利用
して微細なパターンを形成するパターニング方法に関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a patterning method for forming a fine pattern by utilizing a photochemical reaction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】大容量の情報を高速に伝送し処理する各
種のシステムを形成するために不可欠とされる集積回路
部品には、その集積度を向上させるために配線等のパタ
ーンをより微細化することが求められている。2. Description of the Related Art Integrated circuit parts, which are indispensable for forming various systems for transmitting and processing a large amount of information at high speed, have a finer pattern such as wiring in order to improve the degree of integration. Is required to do.
【０００３】微細なパターンを形成するために開発され
ている種々のプロセス技術は、いずれも材料を任意の平
面形状に堆積する技術と、同様に除去する技術とを組み
合わされて実現されるものである。具体的には、リソグ
ラフィ技術によりマスクパターンを作成した後に、リフ
トオフ法により材料を選択的に成長または除去させる２
段階からなるプロセスである。Various process technologies developed for forming a fine pattern are realized by combining a technique for depositing a material in an arbitrary planar shape and a technique for removing it in the same manner. is there. Specifically, after a mask pattern is created by a lithography technique, a material is selectively grown or removed by a lift-off method. 2
It is a process consisting of stages.
【０００４】ところが、上記のプロセス技術には、加工
損傷、寸法精度の低下、プロセスの複雑化などの問題が
あった。そこで、これらの問題を生じることなく微細な
パターンを形成できるプロセス技術として、光を利用す
る気相成長法（光ＣＶＤ法）が検討されている。However, the above-mentioned process technology has problems such as processing damage, deterioration of dimensional accuracy, and process complexity. Therefore, as a process technique capable of forming a fine pattern without causing these problems, a vapor phase growth method (optical CVD method) utilizing light has been studied.
【０００５】この光ＣＶＤ法は、有機金属などの蒸気中
に設置したＳｉ又はサファイア基板上に有機金属の吸収
波長帯域に共鳴する伝播光を照射し、光化学反応により
有機金属等を分解し金属や半導体などを堆積させる技術
である。In this photo-CVD method, a Si or sapphire substrate placed in a vapor of an organic metal or the like is irradiated with propagating light that resonates in the absorption wavelength band of the organic metal, and the metal or the like is decomposed by photochemical reaction to decompose the metal or the like. This is a technique for depositing semiconductors and the like.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光ＣＶＤ法では、用いる原料ガスの種類によって
は、光化学反応を起こさせるために真空紫外領域の光が
必要であったり、また、光の吸収帯域をできるだけ長波
長側にシフトさせるため、分子量の大きな反応ガスや、
周囲に与える影響が大きいため取り扱いに注意を要する
ような反応ガスを用いる必要が生じる。However, in such a photo-CVD method, depending on the type of raw material gas used, light in the vacuum ultraviolet region is required to cause a photochemical reaction, and the absorption of light is required. In order to shift the band to the long wavelength side as much as possible, reaction gas with a large molecular weight,
It is necessary to use a reaction gas that requires careful handling because it greatly affects the surroundings.
【０００７】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、反応ガスの選択性を広めたパタ
ーニング方法を提供することを目的とする。The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and an object thereof is to provide a patterning method in which the selectivity of a reaction gas is widened.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のパターニング方
法は、原料ガスに、当該原料ガスの解離エネルギーより
も大きいエネルギーの近接場光を照射することにより、
当該原料ガスを光化学反応により分解させ、その分解生
成物を基材上に堆積させて所定のパターンを形成するこ
とを特徴とする。According to the patterning method of the present invention, a source gas is irradiated with near-field light having an energy larger than the dissociation energy of the source gas.
The raw material gas is decomposed by a photochemical reaction, and the decomposition product is deposited on the substrate to form a predetermined pattern.
【０００９】上述したような本発明に係るパターニング
方法では、原料ガスの解離エネルギーよりも大きいエネ
ルギーの近接場光を照射しているので、従来では光化学
反応を起こさせるのが困難だったために使用することが
できなかったガスについても光化学反応を起こさせるこ
とができ、原料ガスの選択の幅が広がる。In the above-described patterning method according to the present invention, since near-field light having an energy larger than the dissociation energy of the source gas is irradiated, it is difficult to cause a photochemical reaction in the conventional method, and therefore, it is used. It is possible to cause a photochemical reaction with respect to a gas that could not be obtained, and the range of selection of the raw material gas is expanded.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したパターニ
ング方法について、実施の形態について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a patterning method to which the present invention is applied will be described below.
【００１１】本発明は、光ＣＶＤ法により基材上に所定
のパターンを形成するに際して、原料ガスに、当該原料
ガスの解離エネルギーよりも大きいエネルギーの近接場
光を照射することにより、当該原料ガスを光化学反応に
より分解させ、その分解生成物を基材上に堆積させて所
定のパターンを形成するものである。According to the present invention, when a predetermined pattern is formed on a substrate by the photo-CVD method, the source gas is irradiated with near-field light having an energy larger than the dissociation energy of the source gas, so that the source gas is exposed. Is decomposed by a photochemical reaction, and the decomposition product is deposited on the substrate to form a predetermined pattern.
【００１２】伝播光のままではエネルギーが低いため
に、本来、反応を起こさないような波長の光であって
も、近接場光とすることで、高いエネルギーを有するも
のとなり、原料ガスに光化学反応を起こさせることが可
能になる。Since the energy of propagating light is low as it is, light having a wavelength that does not cause a reaction originally has high energy by being converted into near-field light, and photochemical reaction occurs in the source gas. It is possible to wake up.
【００１３】そして、近接場光を照射することで、これ
まで取り扱いが容易だが反応性に乏しいためにＣＶＤに
用いることができなかったような原料ガスを用いること
ができるようになり、原料ガスの選択の幅が広がること
になる。また、近接場光を照射することで、紫外領域に
しか吸収をもたないような分子量の小さい原料ガスを用
いることができるようになり、原料ガスの選択の幅が広
がるほか、これにより堆積されるナノ構造物に含まれる
不純物を減少することが可能になる。By irradiating with near-field light, it becomes possible to use a raw material gas which could not be used for CVD because of its easy handling but poor reactivity so far. The range of choices will be expanded. In addition, by irradiating near-field light, it becomes possible to use a raw material gas with a small molecular weight that has absorption only in the ultraviolet region, which widens the selection range of the raw material gas, and thereby allows the deposition. It is possible to reduce impurities contained in the nanostructure.
【００１４】本発明を適用したパターニング方法につい
て、以下に具体的に説明する。The patterning method to which the present invention is applied will be specifically described below.
【００１５】まず、図１に示すように、原料ガスを閉じ
こめた真空チャンバ１内に、所定のパターンを形成しよ
うとする基板２を設置する。First, as shown in FIG. 1, a substrate 2 on which a predetermined pattern is to be formed is placed in a vacuum chamber 1 in which a raw material gas is enclosed.
【００１６】この真空チャンバ１は、図示しないが、真
空チャンバの内部を任意の圧力にするための排気系と、
真空チャンバ内に原料ガスを供給するための原料供給手
段と、原料ガスに対して近接場光を照射する近接場光照
射手段とを備える。この近接場光照射手段によって原料
ガスに近接場光を照射することにより、当該原料ガスを
光化学反応により分解させ、その分解生成物を基板２上
に堆積させることで、基板２上に所定のパターンを形成
する。ここでは、上記近接場光照射手段として、例えば
図１に示すような光ファイバープローブ３を用いる。Although not shown, the vacuum chamber 1 includes an exhaust system for adjusting the pressure inside the vacuum chamber to an arbitrary pressure,
A raw material supply means for supplying the raw material gas into the vacuum chamber and a near-field light irradiation means for irradiating the raw material gas with near-field light are provided. By irradiating the source gas with the near-field light by the near-field light irradiation means, the source gas is decomposed by a photochemical reaction, and the decomposition product is deposited on the substrate 2 to form a predetermined pattern on the substrate 2. To form. Here, as the near-field light irradiation means, for example, an optical fiber probe 3 as shown in FIG. 1 is used.
【００１７】光ファイバープローブ３は、その中心軸に
沿って伸びるコア部４と、コア部４の外周面を覆うクラ
ッド部５と、クラッド部５の表面部分を覆う金属被膜６
とから構成され、その先端部分が略円錐状に尖鋭化され
て突起部７とされている。The optical fiber probe 3 has a core portion 4 extending along its central axis, a clad portion 5 covering the outer peripheral surface of the core portion 4, and a metal coating 6 covering the surface portion of the clad portion 5.
And a tip portion thereof is sharpened into a substantially conical shape to form a protrusion 7.
【００１８】コア部４は、光ファイバープローブ３に入
射した光が伝播する部分である。このコア部４は、例え
ば純粋石英（ＳｉＯ２）からなる第１のコア部と、その
中心部に例えば二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）がドー
プされてなる第２のコア部とからなる２重コア構造とな
っている。また、コア部４を伝播する光が外部へと漏れ
るのを防止するために、コア部４の外周面はクラッド部
５によって覆われている。The core portion 4 is a portion where the light incident on the optical fiber probe 3 propagates. The core portion 4 has a double core structure including a first core portion made of, for example, pure quartz (SiO 2 ), and a second core portion made by doping germanium dioxide (GeO 2 ) in the central portion thereof. Has become. Further, in order to prevent the light propagating through the core portion 4 from leaking to the outside, the outer peripheral surface of the core portion 4 is covered with the cladding portion 5.
【００１９】そして、コア部４は、光ファイバプローブ
３の一端においてクラッド部５の端面から突出して突起
部７となされている。この突起部７と、その近傍に位置
するクラッド部６の表面は、アルミニウム等からなる金
属被膜６で覆われている。ただし、突起部７の頂点部分
は、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）等の適宜手段に
より金属被膜が除去されて開口部８が形成されており、
コア部４が露出している。この開口部８は、直径が可視
領域の波長（０．５μｍ程度）より小さく、光ファイバ
ープローブ３における光の出射口となる。The core portion 4 is formed as a protruding portion 7 protruding from the end face of the cladding portion 5 at one end of the optical fiber probe 3. The surface of the projection 7 and the surface of the clad 6 located in the vicinity of the projection 7 are covered with a metal coating 6 made of aluminum or the like. However, the apex portion of the protrusion 7 has an opening 8 formed by removing the metal coating by an appropriate means such as a focused ion beam (FIB),
The core part 4 is exposed. The opening 8 has a diameter smaller than the wavelength in the visible region (about 0.5 μm) and serves as a light emission port of the optical fiber probe 3.
【００２０】この光ファイバープローブ３の後端から光
を入射すると、先端部からは、通常の波としての光は出
射しないが、近接場光９と呼ばれる光の場がしみ出る。
近接場光９は、プローブの先端から光波長以下の距離に
ある極めて近い領域（近接場領域）に存在する光のうち
の非伝搬成分である。この近接場光９のパワーは、プロ
ーブの先端から遠ざかるにつれて減少するが、その減少
の度合いを表す「しみ出しの厚み」は、プローブの先端
部の寸法と同程度であり、光波長には依存しない。ま
た、近接場光は、その単位断面積あたりのパワー密度が
１００Ｗ／ｃｍ２にも達するため、プローブの先端を基
板表面に近づけることにより光化学反応を誘起すること
ができる。When light is incident from the rear end of the optical fiber probe 3, light as a normal wave is not emitted from the front end, but a light field called near-field light 9 seeps out.
The near-field light 9 is a non-propagating component of light existing in an extremely close region (near-field region) at a distance equal to or less than the light wavelength from the tip of the probe. The power of the near-field light 9 decreases as the distance from the tip of the probe increases, but the “thickness of exudation” representing the degree of the decrease is approximately the same as the size of the tip of the probe and depends on the light wavelength. do not do. Further, near-field light has a power density of 100 W / cm 2 per unit cross-sectional area, so that a photochemical reaction can be induced by bringing the tip of the probe close to the substrate surface.
【００２１】次に、光ファイバープローブ３と基板２の
間隔を、近接場光９が届く程度の距離に位置制御する。
なお、光ファイバープローブ３と基板２との間隔は、シ
ェアフォースを検出することにより制御される。Next, the distance between the optical fiber probe 3 and the substrate 2 is controlled so that the near-field light 9 can reach it.
The distance between the optical fiber probe 3 and the substrate 2 is controlled by detecting the shear force.
【００２２】そして、反応ガスの吸収エネルギーよりも
低エネルギーの光を光ファイバープローブ３の一端に入
射し、基板２の表面でパターンを形成させたい部分に光
ファイバープローブ３の先端から光を照射する。ここで
照射される光は、前述したように近接場光９である。こ
の光の波長は、光（光子）エネルギが原料ガスの分子を
光分解するための解離エネルギ以上に相当するように選
択される。Then, light having a lower energy than the absorption energy of the reaction gas is made incident on one end of the optical fiber probe 3, and the portion of the surface of the substrate 2 where the pattern is to be formed is irradiated with the light from the tip of the optical fiber probe 3. The light emitted here is the near-field light 9 as described above. The wavelength of this light is selected so that the light (photon) energy is equal to or greater than the dissociation energy for photolyzing the molecules of the source gas.
【００２３】そして、光ファイバープローブ３を、近接
場光９を基板２の表面に照射しながらスキャンさせるこ
とによって、基板２の表面近傍に存在する原料ガスを光
化学反応により分解させ、その分解生成物を基板２上に
堆積させることにより、基板２上に所定のパターン１０
が形成される。Then, by scanning the optical fiber probe 3 while irradiating the surface of the substrate 2 with the near-field light 9, the source gas existing in the vicinity of the surface of the substrate 2 is decomposed by a photochemical reaction, and the decomposition product is decomposed. By depositing on the substrate 2, a predetermined pattern 10 is formed on the substrate 2.
Is formed.
【００２４】図２に、光化学反応に関するポテンシャル
関係を配位座標で表した図を示す。通常の光化学反応に
よる分子の解離は分子の光吸収による解離によっておこ
る。しかしながら、近接場光を用いた場合の分子の解離
は、いくつかの異なるメカニズムによる光解離が可能と
なる。
（１）プローブ先端から発せられる近接場光の強い光強
度の為に起こる２光子過程。（２）近接場プローブが近
接することで分子に誘導される誘導遷移による光解離。
（３）振動エネルギー保存の法則から、近接場が分子の
解離振動モードを直接に励起することによる解離などで
ある。FIG. 2 is a diagram showing the potential relationship regarding the photochemical reaction in the form of coordination coordinates. Molecules dissociated by ordinary photochemical reactions occur by light absorption of molecules. However, dissociation of molecules when using near-field light enables photodissociation by several different mechanisms. (1) Two-photon process that occurs due to the strong light intensity of the near-field light emitted from the probe tip. (2) Photodissociation due to induced transition induced in the molecule by the proximity of the near-field probe.
(3) From the law of conservation of vibrational energy, there is a dissociation in which a near field directly excites a dissociation vibrational mode of a molecule.
【００２５】そして、以上の現象により生じた原子を基
板上に堆積させることにより、目的とする薄膜を得るこ
とができる。これにより、近接場光を用いた光ＣＶＤ法
において非共鳴波長によるナノメートルサイズ構造の堆
積を可能にする。Then, the target thin film can be obtained by depositing the atoms generated by the above phenomenon on the substrate. This allows deposition of nanometer-sized structures with non-resonant wavelengths in near-field photo-CVD processes.
【００２６】以下、本発明の効果を確認するために行っ
た実験について説明する。Experiments conducted to confirm the effects of the present invention will be described below.
【００２７】まず原料ガスとしてジエチル亜鉛（Ｚｎ
（Ｃ２Ｈ５）２）を用い、非共鳴光として４８８ｎｍの
光を用いて直径５０ｎｍの亜鉛ナノ構造を作製した。そ
の結果を図３に示す。ジエチル亜鉛は波長３００ｎｍ以
下の範囲に吸収を持つため、伝播光を用いる場合には、
通常、３００ｎｍ以下の波長の光でしか、光ＣＶＤ法に
よる堆積は行われない。本発明のように、近接場光とす
ることで、非共鳴光を用いた場合であっても、図３に示
されるように堆積ができていることがわかる。First, as a source gas, diethyl zinc (Zn
(C 2 H 5 ) 2 ) was used to produce a zinc nanostructure having a diameter of 50 nm by using 488 nm light as non-resonant light. The result is shown in FIG. Since diethyl zinc has absorption in the wavelength range of 300 nm or less, when propagating light is used,
Usually, the deposition by the photo CVD method is performed only with light having a wavelength of 300 nm or less. It can be seen that by using near-field light as in the present invention, even when non-resonant light is used, deposition can be performed as shown in FIG.
【００２８】このように、本発明では、近接場光特有の
光解離反応を採用することで、反応ガスの吸収帯に届か
ないエネルギーの光、いわゆる非共鳴光によるＣＶＤを
可能にする。すなわち、これまで共鳴エネルギーが高す
ぎるため光ＣＶＤ法に使われていなかった原料ガスを使
用可能にし、原料ガスの選択の幅を広げることができ
る。As described above, in the present invention, by adopting the photodissociation reaction peculiar to the near-field light, it is possible to perform the CVD by the light of the energy not reaching the absorption band of the reaction gas, that is, the non-resonant light. That is, it is possible to use a raw material gas which has not been used in the photo-CVD method because the resonance energy is too high, and it is possible to broaden the range of selection of the raw material gas.
【００２９】ここで使用した光ファイバープローブに
は、その外面に金属被膜が形成されていないが、先端部
から出射する以外の光、すなわちクラッド部から漏れ出
る光は伝播光であるため、この光によっては原料ガスは
解離を起こさない。The optical fiber probe used here does not have a metal coating formed on its outer surface, but the light other than that emitted from the tip portion, that is, the light leaking from the clad portion, is a propagating light. Does not cause dissociation of the source gas.
【００３０】また、本発明の近接場光を用いた堆積は、
近接場光が影響する範囲にその効果が限定される。近接
場光の支配的な領域とは大体１０ｎｍ程度の領域であ
り、ナノ構造体を作製するのに適していると考えられ
る。Further, the deposition using the near-field light of the present invention is
The effect is limited to the range in which the near-field light influences. The dominant region of near-field light is a region of about 10 nm and is considered to be suitable for producing a nanostructure.
【００３１】なお、上述した実施の形態では、近接場光
プローブとして、光ファイバープローブを例に挙げて説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例
えば基板上に突起部が形成されてなるようなプローブな
ど、一般に近接場光プローブとして用いられているもの
に対しても広く適用可能である。Although the optical fiber probe has been described as an example of the near-field optical probe in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this, and a protrusion is formed on a substrate, for example. It is also widely applicable to the probe generally used as the near-field optical probe such as the probe described below.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明では、原料ガスの解離エネルギー
よりも大きいエネルギーの近接場光を用いているので、
従来では光化学反応を起こさせるのが困難だったために
使用することができなかったガスについても光化学反応
を起こさせることができる。これにより、本発明では、
使用できる原料ガスの選択の幅を広げることが可能とな
る。In the present invention, since near-field light having an energy larger than the dissociation energy of the source gas is used,
It is possible to cause a photochemical reaction even for a gas that could not be used in the past because it was difficult to cause a photochemical reaction. Therefore, in the present invention,
It is possible to broaden the range of selection of usable raw material gas.
【図１】本発明を適用することにより基板上にパターン
が形成される様子を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing how a pattern is formed on a substrate by applying the present invention.
【図２】光化学反応に関するポテンシャル関係を配位座
標で表した図である。FIG. 2 is a diagram showing a potential relationship related to a photochemical reaction in coordinate coordinates.
【図３】本発明を適用することにより形成された亜鉛ナ
ノ構造の電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is an electron micrograph of zinc nanostructures formed by applying the present invention.
１ 真空チャンバ、 ２ 基板 ３ 光ファイバープロ
ーブ、 ４ コア部、５ クラッド部、 ６ 金属被
膜、 ７ 突起部、 ８ 開口部1 vacuum chamber, 2 substrate 3, optical fiber probe, 4 core part, 5 clad part, 6 metal coating, 7 protrusion part, 8 opening part
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H050 AC03 AC87 4K030 AA11 BA21 BB14 CA04 CA05 FA06 KA36 LA15 4M104 BB04 DD44 DD45 DD46 DD48 HH14 5F045 AA11 CB10 DB09 Continued front page F-term (reference) 2H050 AC03 AC87 4K030 AA11 BA21 BB14 CA04 CA05 FA06 KA36 LA15 4M104 BB04 DD44 DD45 DD46 DD48 HH14 5F045 AA11 CB10 DB09
Claims (2)
ギーよりも大きいエネルギーの近接場光を照射すること
により、当該原料ガスを光化学反応により分解させ、そ
の分解生成物を基材上に堆積させて所定のパターンを形
成することを特徴とするパターニング方法。1. A source gas is irradiated with near-field light having an energy higher than the dissociation energy of the source gas, whereby the source gas is decomposed by a photochemical reaction, and the decomposition product is deposited on a substrate. Forming a predetermined pattern by a patterning method.
料ガスに近接場光を照射することを特徴とする請求項１
記載のパターニング方法。2. The near-field light is irradiated to the raw material gas by an optical fiber probe.
The patterning method described.
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