JP2005309245A - Pattern forming method and pattern forming apparatus - Google Patents
Pattern forming method and pattern forming apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005309245A JP2005309245A JP2004128750A JP2004128750A JP2005309245A JP 2005309245 A JP2005309245 A JP 2005309245A JP 2004128750 A JP2004128750 A JP 2004128750A JP 2004128750 A JP2004128750 A JP 2004128750A JP 2005309245 A JP2005309245 A JP 2005309245A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pattern
- mask
- material layer
- organic material
- pattern forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電気化学リソグラフィーを用いたパターン形成方法及びパターン形成装置に関する。 The present invention relates to a pattern forming method and a pattern forming apparatus using electrochemical lithography.
ナノメートルオーダーからサブミクロンオーダーのパターン構造体を、表面に非破壊で形成する方法として、原子間力顕微鏡などにおける微細探針を利用し、これに通電することによって、有機ないしは非有機物のナノメートル程度のスケールのパターンを基板上に形成する方法が種々提案されている。
この方法は、電気化学リソグラフィーの技術を利用するもので、基本的に導電性の基板上に有機シラン等の材料層を被着して、電圧が印加されたチップいわゆる探針を一定の環境下において表面をスキャンすることにより、所定のパターンに対応して例えば有機シラン層の一部を酸化させてパターニングを行うものである。
As a method of non-destructively forming a pattern structure of nanometer order to submicron order on the surface, a nanometer of organic or non-organic matter can be obtained by using a fine probe such as an atomic force microscope and energizing it. Various methods have been proposed for forming a pattern having a scale on the substrate.
This method uses the technique of electrochemical lithography. Basically, a material layer such as organosilane is deposited on a conductive substrate, and a so-called probe to which a voltage is applied is placed in a certain environment. The surface is scanned to perform patterning by oxidizing a part of the organosilane layer, for example, corresponding to a predetermined pattern.
この酸化反応としては、化学電池の陽極で発生する反応と同様の陽極酸化と呼ばれる反応を利用することができ、例えば有機シラン材料の分子端を局部的に陽極酸化させることによって、所定のパターンを生じさせることができる。
図３に、上述したようないわゆる探針を利用して陽極酸化を行うことによってパターンを形成する方法の一例の概略構成を示す。
この場合図３に示すように、例えば導電性材料のＳｉ等より成る基板４１の上に、有機シラン層４２を被着して、その表面に電圧印加手段３０に接続される電極針４３すなわちいわゆる探針を走査させる構成とする。電極針４３と有機シラン層４２の表面は、雰囲気中に存在する水分３４によって導通されて、所定のパターン信号に対応したバイアス電圧を印加することにより、例えば陽極酸化及び／又は酸素発生により有機シラン層４２の表面を局部的に変質させてパターンを形成することができる。
図示の例においては、有機シラン層４２の表面において、局部的にその分子端のＣＨ3 をＣＯＯＨに陽極酸化する例を示している。
As this oxidation reaction, a reaction called anodization similar to the reaction occurring at the anode of a chemical battery can be used. For example, a predetermined pattern can be obtained by locally anodizing the molecular ends of the organosilane material. Can be generated.
FIG. 3 shows a schematic configuration of an example of a method for forming a pattern by performing anodization using a so-called probe as described above.
In this case, as shown in FIG. 3, for example, an organic silane layer 42 is deposited on a substrate 41 made of a conductive material such as Si, and an electrode needle 43 connected to the voltage applying means 30 on the surface thereof, that is, a so-called electrode needle 43. The probe is scanned. The surfaces of the electrode needle 43 and the organic silane layer 42 are electrically connected by moisture 34 present in the atmosphere, and by applying a bias voltage corresponding to a predetermined pattern signal, for example, anodic oxidation and / or oxygen generation generates organosilane. The surface of the layer 42 can be locally altered to form a pattern.
In the example shown in the figure, an example is shown in which CH 3 at the molecular end is locally anodized to COOH on the surface of the organosilane layer 42.
このような電極針いわゆる探針に引き起こされる陽極酸化プロセスは、印加電圧と周囲の湿度とに強く依存する。一般的には、印加電圧を高くすると、低い湿度で反応を実現できる。
一方、所定の湿度下において、バイアス電圧を変化させることによって有機シラン層に形成するパターンのサイズを調整することも可能である。更に、一定の条件下で所定のバイアス電圧を印加する時間を制御してパターンのサイズを変化させることもできる。印加電圧を高くする程、また印加時間を長くするほどパターンサイズは大きくなる。
このような電極針による酸化を発生し得る印加電圧及び印加時間の臨界値が存在し、有機シラン層の特性と雰囲気中の湿度に依存することが知られている（例えば非特許文献１及び２参照。）。
The anodic oxidation process caused by such electrode needles or so-called probes strongly depends on the applied voltage and the ambient humidity. Generally, when the applied voltage is increased, the reaction can be realized at a low humidity.
On the other hand, it is also possible to adjust the size of the pattern formed on the organosilane layer by changing the bias voltage under a predetermined humidity. Furthermore, the pattern size can be changed by controlling the time for applying a predetermined bias voltage under a certain condition. The pattern size increases as the applied voltage is increased and the applied time is increased.
It is known that there are critical values of applied voltage and application time that can cause oxidation by such electrode needles, and they depend on the characteristics of the organosilane layer and the humidity in the atmosphere (for example, Non-Patent Documents 1 and 2). reference.).
上述した電気化学リソグラフィーの手法において、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）、すなわち例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などの探針を用いることによって、各種パターンの形成が可能となる。
例えばドット状パターンは、交流バイアス電圧を探針に印加して形成することが可能である。すなわち、交流バイアス電圧を探針に印加して線状に走査することによって、臨界値を超えるバイアス電圧を印加した部分がドット状にパターニングされ、臨界値未満のバイアス電圧を印加した表面は元の状態に維持されて、ドット列による線状パターンを形成することができる。
また、連続的な線状パターンや２次元的なパターンを形成する場合は、直流バイアス電圧を探針に印加して走査することによって、表面に所望のパターンを形成することができる。
In the method of electrochemical lithography described above, various patterns can be formed by using a scanning probe microscope (SPM), that is, a probe such as an atomic force microscope (AFM) or a scanning tunneling microscope (STM). Become.
For example, the dot pattern can be formed by applying an AC bias voltage to the probe. That is, by applying an AC bias voltage to the probe and scanning linearly, the portion where the bias voltage exceeding the critical value is applied is patterned into dots, and the surface where the bias voltage less than the critical value is applied is the original surface. It is maintained in a state, and a linear pattern by dot rows can be formed.
When a continuous linear pattern or a two-dimensional pattern is formed, a desired pattern can be formed on the surface by applying a DC bias voltage to the probe for scanning.
ところが、このような各種顕微鏡における探針は、その大きさが略１０ｎｍ程度と極めて微細であり、走査速度はドット状パターンで２μｍ／ｓ、線状パターンで１．２μｍ／ｓ、２次元パターンで５μｍ／ｓ程度と極めて遅い。
一方、このような電気化学リソグラフィーによるパターニングを適用して印刷物や記録媒体などに応用しようとすると、パターンとして形成すべき面積は数百〜数千平方ミクロン、望ましくは平方ミリメートルから平方センチメートルのオーダーの範囲が望ましい。
However, the probe in such various microscopes is extremely fine with a size of about 10 nm, and the scanning speed is 2 μm / s for a dot pattern, 1.2 μm / s for a linear pattern, and a two-dimensional pattern. Very slow, about 5 μm / s.
On the other hand, when applying patterning by electrochemical lithography to printed matter or recording media, the area to be formed as a pattern is in the range of several hundred to several thousand square microns, preferably in the order of square millimeters to square centimeters. Is desirable.
例えば１ｃｍ2 程度の領域にパターンを形成する場合、上述の探針による電気化学リソグラフィーの手法では、ドット状パターンで５×１０7 秒（〜５８０日）、線状パターンで８×１０7 秒（〜９６０日）、２次元パターンで２×１０7 秒（〜２３０日）の時間を要することとなり、実用的な生産性は得られない。 For example, when a pattern is formed in an area of about 1 cm 2 , the above-described electrochemical lithography technique using a probe has a dot pattern of 5 × 10 7 seconds (˜580 days) and a linear pattern of 8 × 10 7 seconds ( ˜960 days) It takes 2 × 10 7 seconds (˜230 days) for a two-dimensional pattern, and practical productivity cannot be obtained.
更に、上述したように走査顕微鏡の探針を用いる場合は、以下のような問題が挙げられる。１つは、殆どの走査型顕微鏡において探針が１回に走査できる長さのスケールが、ｃｍオーダー未満、ｍｍオーダーの長さにも及ばないことである。この場合、パターンを形成する基板を物理的に移動させる必要が生じ、探針を目的とするパターン形状に対応して走査させるためには、新たな走査開始位置にその都度何回も（例えば数百〜数千回）探針を移動させることが必要となってしまう。
更に２つ目の問題として、この探針の移動にあたり、パターン形状の位置精度を確保するために移動距離の正確さも広範囲で要求されるという不都合が挙げられる。また、このような探針の繰り返し移動時間も必要となるため、生産性は益々劣ることとなる。
Furthermore, when using the probe of a scanning microscope as mentioned above, the following problems are mentioned. One is that in most scanning microscopes, the length scale that the probe can scan at one time does not reach the length of less than cm order and less than mm order. In this case, it is necessary to physically move the substrate on which the pattern is to be formed. In order to scan the probe in accordance with the target pattern shape, a new scanning start position is required several times (for example, several times). It will be necessary to move the probe a hundred to several thousand times.
Further, as a second problem, there is a disadvantage that the accuracy of the moving distance is required in a wide range in order to ensure the positional accuracy of the pattern shape when the probe is moved. In addition, since the time for repeatedly moving the probe is required, the productivity is inferior.
本発明は、上述したような電気化学リソグラフィーによるパターン形成方法において、実用的に困難とされる比較的広い範囲、すなわち平方ミリメートル以上の領域に渡るパターン形成を、実用的な短い時間で行うことを可能とするとともに、上述したような、高価でかつ利便性の低いＡＦＭ、ＳＴＭなどの走査型プローブ顕微鏡を用いることなくパターン形成が可能となるパターン形成方法及びパターン形成装置を提供することを目的とする。 In the pattern forming method by electrochemical lithography as described above, the present invention is intended to perform pattern formation over a relatively wide range, which is practically difficult, that is, in a region of square millimeters or more, in a practical short time. An object of the present invention is to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus capable of forming a pattern without using an expensive and less convenient scanning probe microscope such as AFM or STM as described above. To do.
上記課題を解決するため、本発明によるパターン形成方法は、導電性を有する基体上に、有機材料層を被着した後、この有機材料層上に、導電性材料より成りかつ所定のパターンを有するマスクを載置して、水分含有雰囲気下において、基体及びマスクの間に電圧を印加することにより、有機材料層にマスクに対応するパターンを形成することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the pattern forming method according to the present invention has an organic material layer deposited on a conductive substrate, and then has a predetermined pattern made of a conductive material on the organic material layer. A pattern corresponding to the mask is formed on the organic material layer by placing a mask and applying a voltage between the substrate and the mask in a moisture-containing atmosphere.
また、本発明によるパターン形成方法は、上述の方法において、電圧の印加を、少なくとも湿度５０％以上の雰囲気中で行うことを特徴とする。
更に、本発明によるパターン形成方法は、上述の各方法において、マスク上にカバー部を配置して、このカバー部を押圧することにより、マスクを有機材料層に押圧した状態で電圧を印加することを特徴とする。
The pattern forming method according to the present invention is characterized in that, in the above method, voltage is applied in an atmosphere of at least 50% humidity.
Furthermore, in the pattern forming method according to the present invention, in each of the above-described methods, a cover portion is disposed on the mask, and the cover portion is pressed to apply a voltage with the mask pressed against the organic material layer. It is characterized by.
また、本発明によるパターン形成方法は、上述の各方法において、電極部を導電性薄膜とすることを特徴とする。 The pattern forming method according to the present invention is characterized in that, in each of the above-described methods, the electrode portion is a conductive thin film.
また、本発明によるパターン形成装置は、少なくとも相対向する電極部と、この電極部を所定の間隔をもって保持する絶縁支持部を設け、一方の電極部に、表面に有機材料層を被着した基体を載置して、この有機材料層上に、導電性材料より成るマスクを介して他方の電極部が密着される状態で、電極部に電圧が印加される構成とすることを特徴とする。
更に、本発明は、上述のパターン形成装置において、少なくとも一方の電極部が導電性薄膜を含む構成とすることを特徴とする。
In addition, the pattern forming apparatus according to the present invention includes at least an opposing electrode portion and an insulating support portion that holds the electrode portion at a predetermined interval, and a substrate on which an organic material layer is deposited on one electrode portion. And a voltage is applied to the electrode part while the other electrode part is in close contact with the organic material layer through a mask made of a conductive material.
Furthermore, the present invention is characterized in that in the above-described pattern forming apparatus, at least one of the electrode portions includes a conductive thin film.
上述の本発明によるパターン形成方法においては、基体上の有機材料層に、所望のパターンを有するマスクを密着させて電圧を印加することによって、電気化学リソグラフィーの手法を適用して有機材料層上に所望のパターンを形成するものである。このような本発明によれば、マスクのパターンに対応するパターンを１回の電圧印加工程により、短時間で形成することができ、また走査型プローブ顕微鏡などの高価な装置を用いることなくパターンを形成することが可能であり、有機材料層に対するパターニングを低コストでかつ容易に行うことができる。 In the above-described pattern forming method according to the present invention, a mask having a desired pattern is brought into close contact with the organic material layer on the substrate, and a voltage is applied to apply an electrochemical lithography technique on the organic material layer. A desired pattern is formed. According to the present invention, a pattern corresponding to a mask pattern can be formed in a short time by a single voltage application step, and the pattern can be formed without using an expensive apparatus such as a scanning probe microscope. The organic material layer can be easily patterned at a low cost.
また、少なくとも湿度５０％以上の雰囲気下において、マスクを通じた有機材料層に対する電圧印加を行うことによって、良好にかつ確実にパターンを有機材料層上に形成することができる。
更に、マスクの上にカバー部を配置して、カバー部上から押圧して、すなわち所定の機械的力を加えた状態で電圧を印加することによって、よりマスクと有機材料層との密着性を高め、また均質な電圧印加を行うことができて、良好にかつ確実にパターンを形成することができる。
In addition, by applying a voltage to the organic material layer through a mask in an atmosphere of at least 50% humidity, a pattern can be formed on the organic material layer satisfactorily and reliably.
Furthermore, by placing a cover part on the mask and pressing from the cover part, that is, by applying a voltage with a predetermined mechanical force applied, the adhesion between the mask and the organic material layer is further improved. In addition, a uniform voltage can be applied, and a pattern can be formed satisfactorily and reliably.
また、有機材料層に電圧を印加するにあたって、一対の電極部を設けて、この電極部に導電性薄膜を設ける構成とすることによって、電極部表面をより平滑な面とでき、電極部表面をマスクに密着させて電圧を印加する際に、有機材料層上に均質な電圧印加が可能となり、マスクパターンを有機材料層上に精度良く転写してパターンを形成することができる。 In addition, when a voltage is applied to the organic material layer, by providing a pair of electrode portions and providing a conductive thin film on the electrode portions, the surface of the electrode portions can be made smoother. When applying a voltage in close contact with the mask, a uniform voltage can be applied on the organic material layer, and the pattern can be formed by accurately transferring the mask pattern onto the organic material layer.
また、本発明によるパターン形成装置によれば、前述のＳＴＭやＡＦＭなどの高価で複雑な装置を用いることなく、極めて安価かつ簡易な装置構成によって、良好に有機材料層上にマスクに対応するパターンを形成することができる。
更に、少なくとも一方の電極部が導電性薄膜を含む構成とすることにより、この導電性薄膜を有する電極部の表面をより平滑な表面とし、均質な電圧印加を行うことによりマスクパターンを良好に有機材料層に転写して形成することができる。
Further, according to the pattern forming apparatus of the present invention, the pattern corresponding to the mask on the organic material layer can be satisfactorily formed by an extremely inexpensive and simple apparatus configuration without using an expensive and complicated apparatus such as the above-described STM and AFM. Can be formed.
Furthermore, when at least one of the electrode parts includes a conductive thin film, the surface of the electrode part having the conductive thin film is made smoother, and a uniform voltage is applied to improve the mask pattern. It can be formed by transferring to a material layer.
以下本発明によるパターン形成方法及びパターン形成装置を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１Ａ〜Ｃは、本発明によるパターン形成方法の一例の工程図を示す。
先ず、図１Ａに示すように、基体１上に、有機材料層２を被着する。有機材料層の材料としては、有機シランなどの各種の材料を用いることができ、例えばＯＴＳ（ｎ−octadecyltrichlorosilane）を用いることができる。
基体１としては、Ｓｉ基板の他、Ａｌ、Ｔｉなどの各種の導電性材料より成る基板を用いることができる。なおこの基体１としては、有機シラン等の有機材料を良好に被着するために、表面に酸化膜を生じる材料であることが望ましい。また、他の材料より成る基板とＳｉ基板とが積層されて成る基体を用いることも可能である。
Hereinafter, examples of the best mode for carrying out the pattern forming method and the pattern forming apparatus according to the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
1A to 1C show process diagrams of an example of a pattern forming method according to the present invention.
First, as shown in FIG. 1A, an organic material layer 2 is deposited on a substrate 1. As a material of the organic material layer, various materials such as organic silane can be used, and for example, OTS (n-octadecyltrichlorosilane) can be used.
As the substrate 1, in addition to the Si substrate, a substrate made of various conductive materials such as Al and Ti can be used. The substrate 1 is preferably a material that generates an oxide film on the surface in order to satisfactorily deposit an organic material such as organosilane. It is also possible to use a substrate formed by laminating a substrate made of another material and a Si substrate.
図１Ｂは、この有機材料層２を被着した基体１を、本発明構成によるパターン形成装置に載置した状態を示す。本発明によるパターン形成装置は、上述したように、少なくとも相対向する電極部３１及び３２と、この電極部３１及び３２を所定の間隔をもって保持する絶縁支持部１３を設け、一方の電極部３１に、表面に有機材料層２を被着した基体1を載置する。 FIG. 1B shows a state in which the substrate 1 to which the organic material layer 2 is applied is placed on the pattern forming apparatus according to the configuration of the present invention. As described above, the pattern forming apparatus according to the present invention includes at least the opposing electrode portions 31 and 32 and the insulating support portion 13 that holds the electrode portions 31 and 32 at a predetermined interval. Then, the substrate 1 having the organic material layer 2 deposited on the surface is placed.
そして、この基体１上の有機材料層２の上に、導電性材料の例えばＣｕ又はその合金より成り、所望のパターンが形成されたマスク１４を載置する。このマスクのパターン形成方法としては、例えば半導体プロセスの一般的なリソグラフィー技術、すなわちフォトリソグラフィー、電子線リソグラフィーなどを適用して微細な開口等によるパターンを形成し得る。
そして、図１Ｃに示すように、このマスク１４を介して他方の電極部３２を有機材料層上に密着させた状態で、電極部３１、３２に電圧が印加される。図示の例では電極部３２に外部の電圧印加手段３０を接続して、所定の電圧を電極部３１、３２の間に印加する構成とした場合を示す。
Then, on the organic material layer 2 on the substrate 1, a mask 14 made of a conductive material such as Cu or an alloy thereof and having a desired pattern is placed. As a pattern formation method of this mask, for example, a general lithography technique of a semiconductor process, that is, photolithography, electron beam lithography, or the like can be applied to form a pattern with fine openings.
Then, as shown in FIG. 1C, a voltage is applied to the electrode portions 31 and 32 with the other electrode portion 32 in close contact with the organic material layer through the mask 14. In the example shown in the figure, an external voltage applying means 30 is connected to the electrode portion 32 and a predetermined voltage is applied between the electrode portions 31 and 32.
この例においては、電極部３１及び３２をそれぞれ基台１１及びカバー部２１上に導電性薄膜より成る導電部１２及び２２を被着して構成した例を示す。この導電部１２は、例えばＩＴＯ（インジウム−錫複合酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）などの光透過性の導電性薄膜、または他の金属、化合物などの導電性薄膜より構成することができる。
特に有機材料層２の上に配置する導電部２２を光透過性導電性薄膜より構成し、カバー部２１も光透過性材料より構成する場合は、目視によるパターン形成の確認を行い易いという利点がある。
In this example, the electrode parts 31 and 32 are shown as examples in which conductive parts 12 and 22 made of a conductive thin film are deposited on the base 11 and the
In particular, when the conductive portion 22 disposed on the organic material layer 2 is formed of a light-transmitting conductive thin film and the
また、カバー部２１がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの可撓性材料より成り、この上に被着する導電部２２を上述のＩＴＯ、ＦＴＯ等より構成する場合は、図１Ｃに示すように、マスク１４、その下部の有機材料層２への密着性を高めることができる。
カバー部２１を非可撓性材料より構成しても、ＩＴＯ等の導電性薄膜より成る導電部２２を設けることによって、良好にマスク１４との密着性を高め、確実にパターンを形成することが可能である。
When the
Even if the
更に、マスク１４の材料も上述のＣｕ、Ｃｕ合金の他例えば、Ａｇ、Ａｕ又はこれらの合金などの比較的硬度の低い金属材料等により構成することが、有機材料層２への密着性を高め、均質な電圧印加を行って、良好なパターンを形成するために望ましい。 Further, the material of the mask 14 is made of a metal material having a relatively low hardness such as Ag, Au, or an alloy thereof other than the above-described Cu and Cu alloys, so that the adhesion to the organic material layer 2 is improved. It is desirable to form a good pattern by applying a uniform voltage.
そして、更にカバー部２１を矢印ｆで示すように、機械的圧力をもって押圧することによって、これら電極部２２及びマスク１４、マスク１４と有機材料層２との密着性を高め、より均質な電圧印加を行うことができ、パターン形成を精度良く行うことができる。
Further, by pressing the
なお、このパターン形成工程を行う前に、マスク１４の表面を、アルコールやアセトン等を用いた超音波洗浄などによって油分を除去しておくことが望ましい。 In addition, before performing this pattern formation process, it is desirable to remove oil from the surface of the mask 14 by ultrasonic cleaning using alcohol, acetone, or the like.
また、電圧印加工程において、湿度５０％以上の雰囲気とすることによって、十分な水分をマスク１４と有機材料層２との間に付着させて、マスクパターンと対応する良好なパターンを形成することができる。この場合の湿度としては、５０％以上１００％以下、場合により６０％以下程度で良好な結果を得ることができる。 Also, in the voltage application step, by setting the atmosphere to a humidity of 50% or more, sufficient moisture can be adhered between the mask 14 and the organic material layer 2 to form a good pattern corresponding to the mask pattern. it can. As the humidity in this case, good results can be obtained when the humidity is 50% or more and 100% or less, and in some cases about 60% or less.
この水分は、所望のパターンの例えば開口が形成されたマスク１４の非開口部の例えば金属部と有機材料層２の間の導通ブリッジとして作用し、マスク１４のパターンと対応して局部的に有機材料層２表面に電圧を印加することができる。これにより、上述したように良好なパターンを形成することができる。
また、前述したマスク１４の洗浄後、電圧印加工程前において、約３０秒程度飽和湿度の水蒸気にさらしておくことによっても、十分な水分をマスク１４の表面に付着させることができる。
This moisture acts as a conduction bridge between, for example, the metal part of the non-opening part of the mask 14 in which an opening is formed in a desired pattern, for example, and the organic material layer 2, and is locally organic corresponding to the pattern of the mask 14. A voltage can be applied to the surface of the material layer 2. Thereby, a favorable pattern can be formed as described above.
Further, sufficient moisture can be attached to the surface of the mask 14 by exposing it to water vapor of saturation humidity for about 30 seconds after the cleaning of the mask 14 and before the voltage application step.
すなわちこの場合、マスク１４は従来の電気化学リソグラフィー技術における電極針と同様の機能をもつ。この結果、例えば図４に形成されたパターンを模式的に示すように、基体１上の有機材料層２の表面には、分子端のＣＨ3 がマスク１４のパターンに対応して、すなわちマスク１４の金属部の下部において局部的に電気化学的に酸化され、ＣＯＯＨに変換される。
このようにして、１回の電圧印加工程によって、所望のパターンが形成されたマスク１４に対応したパターンを有機材料層２の上に形成することができる。従来方法による場合のように、μｍ2 程度の領域に数十ｎｍ程度のサイズの探針を走査させるよりも極めて短い時間で、また探針の走査位置を何回も位置合わせする必要がなく、一回の位置合わせ作業により、所望のパターンを形成することが可能であることがわかる。
That is, in this case, the mask 14 has the same function as an electrode needle in the conventional electrochemical lithography technique. As a result, for example, as schematically shown in FIG. 4, CH 3 at the molecular end corresponds to the pattern of the mask 14 on the surface of the organic material layer 2 on the substrate 1, that is, the mask 14. In the lower part of the metal part, it is locally electrochemically oxidized and converted to COOH.
In this way, a pattern corresponding to the mask 14 on which a desired pattern is formed can be formed on the organic material layer 2 by a single voltage application step. As in the case of the conventional method, it is much shorter than scanning a probe with a size of about several tens of nanometers in an area of about μm 2 , and it is not necessary to align the scanning position of the probe many times. It can be seen that a desired pattern can be formed by a single alignment operation.
上述のパターン形成方法において、電極部に印加する電圧としては、５Ｖ以上１００Ｖ以下程度の電圧、望ましくは約１０Ｖ〜１００Ｖ程度の電圧を印加することによって、電極部間において略１０2 〜１０3 μＡ程度の電流が流れ、表面を破壊することなく、良好なパターンを形成することができた。
電圧を印加する時間としては、略１０秒以上１００秒以下程度で良好なパターンを形成できた。１０秒未満ではパターン形成が十分でなかった。
In the pattern forming method described above, as a voltage applied to the electrode portions, a voltage of about 5 V to 100 V, preferably about 10 V to 100 V is applied, so that a voltage of about 10 2 to 10 3 μA is applied between the electrode portions. A good current flowed and a good pattern could be formed without destroying the surface.
As the time for applying the voltage, a good pattern could be formed in about 10 seconds to 100 seconds. In less than 10 seconds, pattern formation was not sufficient.
以上説明したように、本発明によるパターン形成方法及びパターン形成装置によれば、１回の電圧印加工程によって、電気化学リソグラフィー技術を用いて比較的広い領域において、有機シラン材料などの有機材料層上にパターンを形成することができる。
従来のＡＦＭやＳＴＭなどにおける探針を用いたパターン形成方法と比較して、数百μｍ2 以上、ｍｍ2〜ｃｍ2 オーダーの広い領域に、１回のパターン形成工程によって、１００秒以内程度の比較的短時間において形成することができ、また位置合わせ作業も１回のみであることから、精度良くパターンを形成することができ、更に、簡易な装置構成とし、したがって安価な装置により、容易に生産性良くパターンを形成することができる。
As described above, according to the pattern forming method and the pattern forming apparatus of the present invention, an organic material layer such as an organic silane material can be formed on a relatively wide area using an electrochemical lithography technique by a single voltage application step. A pattern can be formed.
Compared with the pattern formation method using the probe in the conventional AFM, STM, etc., within a few hundred μm 2 or more and a wide region of the order of mm 2 to cm 2 , within about 100 seconds by one pattern formation process. Since it can be formed in a relatively short time and the alignment operation is performed only once, it is possible to form a pattern with high accuracy, and further, a simple apparatus configuration, and therefore an inexpensive apparatus can be easily used. A pattern can be formed with high productivity.
そしてこのようにして形成された有機材料層上のＣＯＯＨパターンを利用することによって、例えばＣＯＯＨに自己組織的に付着する金属粒子によるパターン構造体を得ることによって、各種の記録再生媒体や印刷物を形成することができる。更に、例えばＦｅＰｔ粒子を付着させて、ＦｅＰｔのＤＮＡ（デオキシリボ核酸）選択性を利用して例えばＤＮＡ検知器を構成するなど、種々のパターン構造体の形成方法、形成装置に本発明を適用することができる。 By using the COOH pattern on the organic material layer formed in this way, for example, by obtaining a pattern structure with metal particles that adhere to COOH in a self-organized manner, various recording / reproducing media and printed materials are formed. can do. Furthermore, the present invention is applied to various pattern structure forming methods and forming apparatuses, for example, by attaching FePt particles and using, for example, a DNA detector utilizing the DNA (deoxyribonucleic acid) selectivity of FePt. Can do.
なお、本発明は以上説明した実施の形態の例に限定されることなく、その他マスクを電極部の例えば導電性薄膜より成る導通部と一体とするとか、導電性基板上に微細パターンを作成したマスクを電極部として用いるなど、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and other masks are integrated with a conductive portion made of, for example, a conductive thin film of an electrode portion, or a fine pattern is formed on a conductive substrate. Needless to say, various modifications and changes can be made without departing from the configuration of the present invention, such as using a mask as an electrode portion.
１ 基体
２ 有機材料層
１１ 基台
１２ 電極部
１３ 絶縁支持部
１４ マスク
２１ カバー部
２２ 電極部
３０ 電圧印加手段
３１ 電極部
３２ 電極部
４１ 基板
４２ 有機シラン層
４３ 電極針
４４ 水分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base | substrate 2 Organic material layer 11 Base 12 Electrode part 13 Insulation support part 14
Claims (10)
上記有機材料層上に、導電性材料より成りかつ所定のパターンを有するマスクを載置して、
水分含有雰囲気下において、少なくとも上記基体及び上記マスクの間に電圧を印加することにより、上記有機材料層に上記マスクに対応するパターンを形成する
ことを特徴とするパターン形成方法。 After depositing an organic material layer on a conductive substrate,
A mask made of a conductive material and having a predetermined pattern is placed on the organic material layer,
A pattern forming method, wherein a pattern corresponding to the mask is formed on the organic material layer by applying a voltage between at least the substrate and the mask in a moisture-containing atmosphere.
ことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。 2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the voltage is applied in an atmosphere having a humidity of at least 50%.
ことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。 2. The pattern forming method according to claim 1, wherein a pair of electrode portions are provided as means for conducting the substrate and the mask, and at least one of the electrode portions is a conductive thin film.
ことを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。 3. The pattern forming method according to claim 2, wherein a pair of electrode portions are provided as means for conducting the substrate and the mask, and at least one of the electrode portions is a conductive thin film.
ことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 1, wherein the voltage is applied in a state where the mask is pressed against the organic material layer by applying pressure from at least the mask.
ことを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。 3. The pattern forming method according to claim 2, wherein the voltage is applied in a state where the mask is pressed against the organic material layer by applying pressure from at least the mask.
ことを特徴とする請求項３記載のパターン形成方法。 4. The pattern forming method according to claim 3, wherein the voltage is applied in a state where the mask is pressed against the organic material layer by applying pressure from at least the mask.
ことを特徴とする請求項４記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 4, wherein the voltage is applied in a state where the mask is pressed against the organic material layer by applying pressure from at least the mask.
一方の上記電極部に、表面に有機材料層を被着した基体を載置して、上記有機材料層上に、導電性材料より成るマスクを介して他方の電極部が密着される状態で、上記電極部に電圧が印加される構成とされた
ことを特徴とするパターン形成装置。 At least an opposing electrode part and an insulating support part for holding the electrode part at a predetermined interval are provided,
A substrate having an organic material layer applied to the surface is placed on one of the electrode parts, and the other electrode part is in close contact with the organic material layer through a mask made of a conductive material. A pattern forming apparatus characterized in that a voltage is applied to the electrode section.
ことを特徴とする請求項９記載のパターン形成装置。 The pattern forming apparatus according to claim 9, wherein at least one of the electrode portions includes a conductive thin film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004128750A JP2005309245A (en) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Pattern forming method and pattern forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004128750A JP2005309245A (en) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Pattern forming method and pattern forming apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005309245A true JP2005309245A (en) | 2005-11-04 |
Family
ID=35438078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004128750A Pending JP2005309245A (en) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Pattern forming method and pattern forming apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005309245A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9957630B2 (en) | 2013-07-19 | 2018-05-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Pattern transfer mold and pattern formation method |
-
2004
- 2004-04-23 JP JP2004128750A patent/JP2005309245A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9957630B2 (en) | 2013-07-19 | 2018-05-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Pattern transfer mold and pattern formation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hoeppener et al. | Constructive microlithography: electrochemical printing of monolayer template patterns extends constructive nanolithography to the micrometer− millimeter dimension range | |
| Ryu et al. | Advanced oxidation scanning probe lithography | |
| Garcia et al. | Nano-chemistry and scanning probe nanolithographies | |
| Tseng | Advancements and challenges in development of atomic force microscopy for nanofabrication | |
| Xie et al. | Nanoscale materials patterning and engineering by atomic force microscopy nanolithography | |
| Tseng et al. | Nanofabrication by scanning probe microscope lithography: A review | |
| Wouters et al. | Nanolithography and nanochemistry: probe‐related patterning techniques and chemical modification for nanometer‐sized devices | |
| Tang et al. | Nanofabrication with atomic force microscopy | |
| Smith et al. | Patterning self-assembled monolayers | |
| Krämer et al. | Scanning probe lithography using self-assembled monolayers | |
| Simeone et al. | Progress in micro-and nanopatterning via electrochemical lithography | |
| Schoer et al. | Scanning probe lithography. 4. Characterization of scanning tunneling microscope-induced patterns in n-alkanethiol self-assembled monolayers | |
| Tseng et al. | Recent developments in tip-based nanofabrication and its roadmap | |
| Liu et al. | Nanoscale materials patterning by local electrochemical lithography | |
| JP2005309245A (en) | Pattern forming method and pattern forming apparatus | |
| Ryu et al. | Scanning Probe Lithography: Fundamentals, Materials, and Applications | |
| Losilla et al. | Patterning pentacene surfaces by local oxidation nanolithography | |
| Wouters et al. | Large-scale local probe oxidation of OTS monolayers | |
| SADEGH et al. | STUDYING OF VARIOUS NANOLITHOGRAPHY METHODS BYUSING SCANNING PROBE MICROSCOPE | |
| Maoz et al. | Interfacial Electron Beam Lithography: Chemical Monolayer Nanopatterning via Electron-Beam-Induced Interfacial Solid-Phase Oxidation | |
| US20070212808A1 (en) | Method of selective removal of organophosphonic acid molecules from their self-assembled monolayer on Si substrates | |
| US7611619B2 (en) | Electrochemical miniaturization of organic micro-and nanostructures | |
| Sugimura | Nanoscopic surface architecture based on molecular self-assembly and scanning probe lithography | |
| Garcia | Scanning probe lithography | |
| JP4012943B2 (en) | Method for producing organic thin film pattern |