JP5086149B2 - Microstructure fabrication method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a microstructure by which a high resolution is achieved without deteriorating flexibility. <P>SOLUTION: Firstly, a negative type resist 102 is applied to a substrate 101 as shown in Fig. 1(b). Next, the negative type resist 102 is irradiated with an electron beam (corresponding to an energy beam) 103 with a first pattern as shown in Fig. 1(c) (first exposure step). Subsequently the negative type resist 102 is developed so as to form a block-shaped resist 102A (corresponding to a first structure) as shown in Fig. 1(d) (first development step). Subsequently the block-shaped resist 102A is irradiated with the electron beam 103 with a second pattern different from the first pattern as shown in Fig. 1(e) (second exposure step). Finally, the block-shaped resist 102A is developed so as to form a resist 102B with a shape of three orthogonally-crossed nanowires (corresponding to a second structure) as shown in Fig. 1(f) (second development step). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、微細構造の作製方法に関し、より詳細には、半導体製造分野で用いられているリソグラフィ技術を用いた微細構造の作製方法に関する。   The present invention relates to a fine structure manufacturing method, and more particularly to a fine structure manufacturing method using a lithography technique used in the field of semiconductor manufacturing.

従来、次のようなリソグラフィ技術を用いて、微細構造が作製されている。まず、エネルギービームに感光するレジストを基板上に塗布する。次に、所望のパターンでエネルギービームをレジストに照射する。ついで、現像液を用いて現像し、レジストの微細構造を得る。エネルギービームとしては、光、紫外線、X線、電子ビーム、イオンビームなど目的に応じて様々な種類が用いられる。半導体製造分野では、作製した微細構造を基板に転写するなどして半導体回路を作製している。詳細については、例えば非特許文献1を参照されたい。   Conventionally, a fine structure is produced using the following lithography technique. First, a resist sensitive to an energy beam is applied on the substrate. Next, the resist is irradiated with an energy beam in a desired pattern. Subsequently, it develops using a developing solution and obtains the fine structure of a resist. As the energy beam, various types such as light, ultraviolet ray, X-ray, electron beam, ion beam and the like are used. In the semiconductor manufacturing field, a semiconductor circuit is manufactured by transferring the manufactured microstructure to a substrate. For details, refer to Non-Patent Document 1, for example.

近年、ナノ電気機械システム(NEMS)を始めとした様々なナノテクノロジ分野への応用を目的として、上記リソグラフィ技術を利用した3次元的な極微細構造(以下「3次元ナノ構造」という。)の作製技術が注目されている。たとえば、非特許文献2及び3には、ポジ型レジストに対して複数の方向から電子ビームの照射(露光)を行い、ついで現像することで、3次元ナノ構造を作製する技術が開示されている。また、露光および現像を複数回繰り返すことで、深くて且つ微細な構造を作製できることが記載されている。   In recent years, for the purpose of application to various nanotechnology fields including a nanoelectromechanical system (NEMS), a three-dimensional ultrafine structure (hereinafter referred to as “three-dimensional nanostructure”) using the above-described lithography technology. Production technology is attracting attention. For example, Non-Patent Documents 2 and 3 disclose techniques for producing a three-dimensional nanostructure by performing electron beam irradiation (exposure) on a positive resist from a plurality of directions and then developing the positive resist. . Further, it is described that a deep and fine structure can be produced by repeating exposure and development a plurality of times.

図5を参照して、そのような3次元ナノ構造作製方法を説明する。まず、基板501上に、ポジ型レジスト502を塗布する((b))。ついで、電子ビーム503を用いてレジスト502に所望の第1のパターンを描画した後((c))、現像を行う((d))。次に、第1のパターンとは異なる第2のパターンを、現像によって得たレジスト502Aに描画し((e))、これを現像することで3次元ナノ構造のレジスト502Bが作製される。図6は、図5(f)のVI−VI線に沿った断面図である。第1のパターンと第2のパターンでは電子ビーム503の照射方向が異なるため、パターンの描画に当たり十分な位置精度が必要となるが、その方法については特許文献1に詳細に開示されており、当業者であれば適用できるものである。   With reference to FIG. 5, such a three-dimensional nanostructure fabrication method will be described. First, a positive resist 502 is applied on the substrate 501 ((b)). Next, a desired first pattern is drawn on the resist 502 using the electron beam 503 ((c)), and then development is performed ((d)). Next, a second pattern different from the first pattern is drawn on the resist 502A obtained by development ((e)) and developed to produce a resist 502B having a three-dimensional nanostructure. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. Since the irradiation direction of the electron beam 503 is different between the first pattern and the second pattern, sufficient positional accuracy is required for drawing the pattern. This method is disclosed in detail in Patent Document 1, If it is a contractor, it is applicable.

特開2005−85984号公報JP 2005-85984 A 鳳紘一郎編著、「半導体リソグラフィ技術」、産業図書、1984年Edited by Soichiro, “Semiconductor Lithography Technology”, Sangyo Tosho, 1984 Technical Digest of 17th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, IEEE, 2004, p. 609Technical Digest of 17th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, IEEE, 2004, p. 609 Japanese Journal of Applied Physics, 2004, Vol. 43, p. L1111Japanese Journal of Applied Physics, 2004, Vol. 43, p. L1111

しかしながら、上述したような従来の3次元ナノ構造作製方法では、解像度に問題があった。電子ビームリソグラフィ技術において近接効果として知られているように、電子ビーム描画の際にレジストや基板内で電子が散乱する。そのため、ポジ型レジストを用いた場合に露光および現像を繰り返すと、ある程度広い領域に渡ってポジ型レジストがうっすら感光してしまい、解像度が低下する。高解像度を維持するために描画回数を減らすことも考えられるが、それでは作製できる3次元ナノ構造の自由度が低くなる。ポジ型レジストを用いたリソグラフィにおいては、エネルギービーム未照射の部分を現像後に残す方法で作製した構造の最小寸法(「残しの解像度」)を、現像後に除去される空間の最小寸法(「抜きの解像度」)に比べて小さくすることが一般に非常に困難であるという問題もある。   However, the conventional three-dimensional nanostructure fabrication method as described above has a problem in resolution. As is known as a proximity effect in the electron beam lithography technique, electrons are scattered in the resist and the substrate during electron beam writing. Therefore, when exposure and development are repeated when a positive resist is used, the positive resist is slightly exposed over a certain wide area, and the resolution is lowered. Although it is conceivable to reduce the number of drawing operations in order to maintain high resolution, this reduces the degree of freedom of the three-dimensional nanostructure that can be fabricated. In lithography using a positive resist, the minimum size of the structure (“residual resolution”) produced by the method of leaving the part not irradiated with the energy beam after development is reduced to the minimum size of the space to be removed after development (“extracted”). There is also a problem that it is generally very difficult to reduce the resolution compared to “resolution”).

また、ネガ型レジストを用いたリソグラフィ技術では、微細構造を得るために露光および現像を繰り返すという方法が有効でない。1回目の露光および現像で残った部分は、ネガ型という性質上、その後の現像でも残ってしまうからである。したがって、ネガ型レジストを用いると作製できる3次元ナノ構造の自由度が低くなる。   Also, in lithography technology using a negative resist, a method of repeating exposure and development to obtain a fine structure is not effective. This is because the portion remaining in the first exposure and development remains in the subsequent development due to the nature of the negative type. Therefore, when a negative resist is used, the degree of freedom of a three-dimensional nanostructure that can be manufactured is reduced.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、自由度を損なうことなく高解像度を実現する微細構造の作製方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fine structure that realizes high resolution without impairing the degree of freedom.

このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ネガ型レジストを用いた微細構造の作製方法において、ネガ型レジストに、エネルギービームを第1のパターンで照射する第1の露光ステップと、前記ネガ型レジストを現像して、第1の構造のネガ型レジストを形成する第1の現像ステップと、前記第1の構造のネガ型レジストに、エネルギービームを前記第1のパターンとは異なる第2のパターンで照射する第2の露光ステップと、前記第1の構造のネガ型レジストを現像して、第2の構造のネガ型レジストを形成する第2の現像ステップとを含むことを特徴とする。   In order to achieve such an object, according to a first aspect of the present invention, in the fine structure manufacturing method using a negative resist, the negative resist is irradiated with an energy beam in a first pattern. An exposure step, a first developing step of developing the negative resist to form a negative resist of a first structure, and an energy beam applied to the first resist of the first structure A second exposure step of irradiating with a second pattern different from the above, and a second development step of developing the negative resist having the second structure by developing the negative resist having the first structure. It is characterized by that.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記第2の現像ステップの現像の現像性は、前記第1の現像ステップの現像の現像性よりも高くなるように調整することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the developing property of the development in the second developing step is adjusted to be higher than the developing property of the developing in the first developing step. Features.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2において、前記第1の露光ステップの照射による前記ネガ型レジストのエネルギー吸収量は、前記ネガ型レジストが、前記第2の現像ステップの現像において溶解するエネルギー吸収量であり、前記第2の露光ステップの照射による前記ネガ型レジストのエネルギー吸収量は、前記ネガ型レジストが、前記第2の現像ステップの現像において残留するエネルギー吸収量であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the energy absorption amount of the negative resist by irradiation of the first exposure step is the same as that of the second development step. The energy absorption amount that dissolves in development, and the energy absorption amount of the negative resist by irradiation in the second exposure step is the energy absorption amount that the negative resist remains in the development in the second development step. It is characterized by being.

また、請求項4に記載の発明は、請求項2または3において、前記第1および第2の現像ステップの現像性は、横軸に前記ネガ型レジストの総エネルギー吸収量、縦軸に規格化された残膜厚をとった前記ネガ型レジストの感度曲線が1及び0となる総エネルギー吸収量の領域が存在するものであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the developability of the first and second development steps is normalized by the total energy absorption amount of the negative resist on the horizontal axis and the vertical axis. The negative resist having the remaining film thickness has a total energy absorption region where the sensitivity curve is 1 and 0.

また、請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれかにおいて、前記第1の露光ステップの前に、ポジ型レジストに1または複数の組の露光および現像を行って、ポジ型レジストの鋳型を作製するステップと、前記ポジ型レジストの鋳型に、前記第1の露光ステップにおいて露光を行う前記ネガ型レジストを塗布するステップとをさらに含むことを特徴とする。請求項1から4のいずれかに記載の微細構造の作製方法。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, before the first exposure step, one or a plurality of sets of exposure and development are performed on the positive resist to form a positive type. The method further comprises the steps of: producing a resist mold; and applying the negative resist to be exposed in the first exposure step to the positive resist mold. The method for producing a microstructure according to any one of claims 1 to 4.

また、請求項6に記載の発明は、請求項5において、前記第2の現像ステップの前に、前記ポジ型レジストの鋳型を溶解させて、前記ポジ型レジストの鋳型を前記第1の構造のネガ型レジストから除去するステップをさらに含むことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the positive resist mold is dissolved in the first structure before the second development step. The method further includes a step of removing from the negative resist.

また、請求項7に記載の発明は、請求項2において、前記現像性は、現像液のレジストに対する溶解性の強弱、または現像時間の長短により調整することを特徴とする。   The invention described in claim 7 is characterized in that, in claim 2, the developability is adjusted by the strength of solubility of the developer in the resist or the length of the development time.

また、請求項8に記載の発明は、請求項7において、前記ネガ型レジストは、水素化シルセスキオキサンであり、前記現像性は、現像液のレジストに対する溶解性の強弱により調整し、前記第1の現像ステップの現像液は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液であり、前記第2の現像ステップの現像液は、水酸化カリウム水溶液であることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the negative resist is hydrogenated silsesquioxane, and the developability is adjusted by the solubility of the developer in the resist, The developer in the first development step is an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution, and the developer in the second development step is an aqueous potassium hydroxide solution.

本発明によれば、ネガ型レジストを用いることで、エネルギービーム照射した部分が構造として残るため、残った微細構造の最小寸法をポジ型レジストを用いる場合より小さくできる。加えて、ネガ型レジストを用いても複数回の露光および現像が可能であるため、従来の方法に比べて自由度を損なうことなく高解像度を実現することができる。   According to the present invention, by using the negative resist, the portion irradiated with the energy beam remains as a structure, so that the minimum dimension of the remaining fine structure can be made smaller than when the positive resist is used. In addition, since a plurality of exposures and developments are possible even using a negative resist, a high resolution can be realized without impairing the degree of freedom as compared with the conventional method.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
(用語の定義)
本明細書において用いる「レジスト」とは、高分子を主成分とする混合材料をいう。光、放射線等に対して感光性を有し、分解、架橋等の化学変化による物性変化を起こすものである。耐エッチング性を有し、デバイス等の超微細加工技術に利用される。具体的な材料組成は、露光源の線質(紫外線、X線、電子線、シンクロトロン放射光、イオンビーム、エキシマレーザなど)により異なる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Definition of terms)
As used herein, “resist” refers to a mixed material containing a polymer as a main component. It has photosensitivity to light, radiation, etc., and causes changes in physical properties due to chemical changes such as decomposition and crosslinking. It has etching resistance and is used for ultra-fine processing technology such as devices. The specific material composition differs depending on the radiation quality (ultraviolet ray, X-ray, electron beam, synchrotron radiation, ion beam, excimer laser, etc.) of the exposure source.

また、本明細書において用いる「ネガ型レジスト」とは、現像後に露光部分が残留する特性を有するレジストをいう。   The “negative resist” used in this specification refers to a resist having a characteristic that an exposed portion remains after development.

また、本明細書において用いる「ポジ型レジスト」とは、現像後に露光部分が溶解除去され、未露光部分が残留する特性を有するレジストをいう。   Further, the “positive resist” used in the present specification refers to a resist having a characteristic that an exposed portion is dissolved and removed after development and an unexposed portion remains.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る微細構造の作製方法を説明するための図である。まず、図1(b)のように、ネガ型レジスト102を基板101に塗布する。次に、図1(c)のように、ネガ型レジスト102に、電子ビーム(エネルギービームに対応)103を第1のパターンで照射する(第1の露光ステップ)。ついで、図1(d)のように、ネガ型レジスト102を現像して、ブロック状(第1の構造に対応)のレジスト102Aを形成する(第1の現像ステップ)。そして、図1(e)のように、ブロック状のレジスト102Aに、電子ビーム103を第1のパターンとは異なる第2のパターンで照射する(第2の露光ステップ)。最後に、図1(f)のように、ブロック状のレジスト102Aを現像して、3本の直交ナノワイヤ状(第2の構造に対応)のレジスト102Bを形成する(第2の現像ステップ)。第1のパターンと第2のパターンでは電子ビーム103の照射方向が異なるため、パターンの描画に当たり十分な位置精度が必要となるが、その方法については特許文献1に詳細に開示されており、当業者であれば適用できるものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a fine structure manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention. First, as shown in FIG. 1B, a negative resist 102 is applied to the substrate 101. Next, as shown in FIG. 1C, the negative resist 102 is irradiated with an electron beam (corresponding to an energy beam) 103 in a first pattern (first exposure step). Next, as shown in FIG. 1D, the negative resist 102 is developed to form a block-like (corresponding to the first structure) resist 102A (first development step). Then, as shown in FIG. 1E, the block-shaped resist 102A is irradiated with the electron beam 103 in a second pattern different from the first pattern (second exposure step). Finally, as shown in FIG. 1F, the block-like resist 102A is developed to form three orthogonal nanowire-like (corresponding to the second structure) resists 102B (second development step). Since the irradiation direction of the electron beam 103 is different between the first pattern and the second pattern, sufficient positional accuracy is required for drawing the pattern. However, this method is disclosed in detail in Patent Document 1, If it is a contractor, it is applicable.

ネガ型レジスト102には、水素化シルセスキオキサン(以下「HSQ」という。)レジスト等を用いることができる。   As the negative resist 102, a hydrogenated silsesquioxane (hereinafter referred to as “HSQ”) resist or the like can be used.

1回目の現像には、2.38%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(以下「TMAH水溶液」という。)等を用い、2回目の現像には、20%水酸化カリウム水溶液(以下「KOH水溶液」という。)等を用いることができる。1回目および2回目の現像の現像性は、現像液とレジストとの親和性(溶解性)の強弱、または現像時間の長短により調整することができる。   For the first development, a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (hereinafter referred to as “TMAH aqueous solution”) or the like was used, and for the second development, a 20% potassium hydroxide aqueous solution (hereinafter referred to as “KOH aqueous solution”). Etc.) can be used. The developability of the first and second developments can be adjusted by adjusting the affinity (solubility) between the developer and the resist, or by adjusting the development time.

図2は、ネガ型レジストの感度曲線を説明するための図である。シリコン基板上に塗布した厚さ100nmのHSQレジストをTMAH水溶液またはKOH水溶液で現像した際の、残膜の厚さを初期膜厚で規格化したもの(以下「残膜厚」という。)と照射した加速電圧70kVの電子ビームのドース量との関係を示したグラフであり、感度曲線と呼ばれる。横軸は、電子ビームのドース量および加速電圧から求まるネガ型レジストの総エネルギー吸収量としてもよい。   FIG. 2 is a diagram for explaining a sensitivity curve of a negative resist. When an HSQ resist having a thickness of 100 nm applied on a silicon substrate is developed with a TMAH aqueous solution or a KOH aqueous solution, the residual film thickness is normalized with the initial film thickness (hereinafter referred to as “residual film thickness”) and irradiation. It is a graph showing the relationship with the dose amount of an electron beam with an acceleration voltage of 70 kV, and is called a sensitivity curve. The horizontal axis may be the total energy absorption amount of the negative resist obtained from the dose amount of the electron beam and the acceleration voltage.

グラフから分かるように、2回目の現像で用いる現像液であるKOH水溶液の現像性は、1回目の現像で用いる現像液であるTMAH水溶液の同一ドース量における現像性よりも高い。ドース量が約1000から3000μC/cm2の範囲で、KOH水溶液による現像では完全に現像される(溶解する)が、TMAH水溶液による現像では、ほぼ完全に現像されない(溶解しない)ことが分かる。よって、1回目の露光では、1000から3000μC/cm2のドース量で描画を行い、2回目の露光ではより高いドース量(例えば10000μC/cm2)で描画を行うことにより、1回目の現像でブロック状のレジストが形成され、2回目の現像で、3本の直交ナノワイヤの部分が残る。すなわち、現像性およびドース量は、1回目の露光によるネガ型レジストのエネルギー吸収量が、ネガ型レジストが2回目の現像において溶解するエネルギー吸収量であり、2回目の露光によるネガ型レジストのエネルギー吸収量が、ネガ型レジストが2回目の現像において残留するエネルギー吸収量であるようにすればよい。 As can be seen from the graph, the developability of the aqueous KOH solution, which is the developer used in the second development, is higher than the developability at the same dose amount of the TMAH aqueous solution, which is the developer used in the first development. It can be seen that when the dose amount is in the range of about 1000 to 3000 μC / cm 2 , the development with the aqueous KOH solution is completely developed (dissolved), but the development with the aqueous TMAH solution is not completely developed (dissolved). Therefore, in the first exposure, drawing is performed with a dose amount of 1000 to 3000 μC / cm 2 , and in the second exposure, writing is performed with a higher dose amount (for example, 10,000 μC / cm 2 ). A block-shaped resist is formed, and three orthogonal nanowire portions remain in the second development. That is, the developability and the dose amount are the energy absorption amount of the negative resist by the first exposure, the energy absorption amount by which the negative resist dissolves in the second development, and the energy of the negative resist by the second exposure. The amount of absorption may be such that the negative resist remains the amount of energy absorbed in the second development.

特に、1回目および2回目の現像の現像性を、ネガ型レジストの感度曲線が0及び1となる総エネルギー吸収量の領域が存在するものとすることにより、1回目の現像により溶解するレジスト部分と2回目の現像により溶解するレジスト部分とを高精度に分けることができる。このような現像性の調整は、1回目の現像と2回目の現像で異なる現像液を用いることによってもできるし、同一の現像液を用いて現像時間を2回目の現像において長くすることによってもできる。   In particular, the developability of the first and second developments is such that there is a region of the total energy absorption amount where the sensitivity curve of the negative resist becomes 0 and 1, so that the resist portion that is dissolved by the first development is dissolved. And the resist portion dissolved by the second development can be separated with high accuracy. Such development can be adjusted by using different developers for the first development and the second development, or by using the same developer and increasing the development time in the second development. it can.

本実施形態に係る微細構造の作製方法は、ネガ型レジストを用いることで、エネルギービーム照射した部分が構造として残るため、残った微細構造の最小寸法をポジ型レジストを用いる場合より小さくできる。加えて、ネガ型レジストを用いても複数回の露光および現像が可能であるため、従来の方法に比べて自由度を損なうことなく高解像度を実現することができる。   In the fine structure manufacturing method according to this embodiment, since the portion irradiated with the energy beam remains as a structure by using a negative resist, the minimum size of the remaining fine structure can be made smaller than when a positive resist is used. In addition, since a plurality of exposures and developments are possible even using a negative resist, a high resolution can be realized without impairing the degree of freedom as compared with the conventional method.

なお、エネルギービームとして電子ビームを用いる場合を示したが、他の種類のエネルギービームでもよい。また、3次元的なナノ構造を作製する場合を示したが、2次元的な構造を作製してもよい。また、エネルギービームの照射方向が基板に対して直交する3つの方向(X、Y、Z方向)のみの場合を示したが、様々な別の方向でもよい。   Although an electron beam is used as the energy beam, other types of energy beams may be used. Moreover, although the case where a three-dimensional nanostructure was produced was shown, you may produce a two-dimensional structure. Moreover, although the case where the irradiation direction of the energy beam is only three directions (X, Y, Z directions) orthogonal to the substrate has been shown, various other directions may be used.

上述の説明はあくまで例示であり、レジストの種類、現像液等の溶液の種類を始めとしたリソグラフィ技術における様々な既存の方法、ならびにエネルギービームの照射および現像の繰返し回数等の選択によって、様々な実施態様により所望の微細構造を高精度に作製することができる。具体的な組み合わせは、目的とする構造の解像度、構造の形状、エネルギービームの種類等に応じて最適なものを選択すればよい。   The above description is merely an example, and various existing methods in lithography technology including the type of resist, the type of solution such as a developer, and the selection of the number of repetitions of energy beam irradiation and development, etc. According to the embodiment, a desired fine structure can be manufactured with high accuracy. A specific combination may be selected in accordance with the resolution of the target structure, the shape of the structure, the type of energy beam, and the like.

また、感度曲線の残膜厚が1又は0であるというような表現がされる場合、厳密に1又は0であることを意図しているのではなく、殆どの目的のためには5〜10%程度の誤差があっても問題がないため、この程度の精度であることを理解されたい。   Also, if the sensitivity curve is expressed such that the remaining film thickness is 1 or 0, it is not intended to be exactly 1 or 0, but for most purposes it is 5-10. It should be understood that there is no problem even if there is an error of about%, so that the accuracy is of this level.

(実施形態2)
実施形態2に係る微細構造の作製方法は、ネガ型レジストを塗布する前に、ポジ型レジストを用いて鋳型を作製する点で実施形態1と異なる。ポジ型レジストの鋳型にネガ型レジストを充填し、そのネガ型レジストに対して実施形態1で説明した露光および現像を複数回行うことにより、自由度を損なうことなく3次元ナノ構造の最小寸法を小さくする、つまり高解像度とすることができる。
(Embodiment 2)
The fine structure manufacturing method according to the second embodiment is different from the first embodiment in that a template is manufactured using a positive resist before applying a negative resist. A negative resist is filled in a positive resist mold, and the exposure and development described in the first embodiment are performed a plurality of times on the negative resist, thereby reducing the minimum dimension of the three-dimensional nanostructure without impairing the degree of freedom. The size can be reduced, that is, the resolution can be increased.

図3を参照してポジ型レジストの鋳型の作製方法を説明する。まず、図3(b)のように、ポジ型レジスト302を基板301に塗布する。次に、図3(c)のように、ポジ型レジスト302に、電子ビーム303を第1のパターンで照射する。ついで、図3(d)のように、ポジ型レジスト302を現像して、微細な穴が開いたブロック状のレジスト302Aを形成する。そして、図3(e)のように、ブロック状のレジスト302Aに、電子ビーム303を第1のパターンとは異なる第2のパターンで照射する。最後に、図3(f)のように、ブロック状のレジスト302Aを現像して、鋳型となる3次元的に穴が開いたレジスト302Bを形成する。   A method for producing a positive resist mold will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3B, a positive resist 302 is applied to the substrate 301. Next, as shown in FIG. 3C, the positive resist 302 is irradiated with an electron beam 303 in a first pattern. Next, as shown in FIG. 3D, the positive resist 302 is developed to form a block-like resist 302A having fine holes. Then, as shown in FIG. 3E, the block-shaped resist 302A is irradiated with an electron beam 303 in a second pattern different from the first pattern. Finally, as shown in FIG. 3F, the block-shaped resist 302A is developed to form a resist 302B having a three-dimensional hole as a template.

ポジ型レジスト302には、ポリメチルメタクリレート(以下「PMMA」という。)レジストを用いることができる。   As the positive resist 302, a polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as “PMMA”) resist can be used.

1回目および2回目の現像は、メチルイソブチルケトンをイソプロピルアルコールで希釈した現像液を用いて行うことができる。   The first and second developments can be performed using a developer obtained by diluting methyl isobutyl ketone with isopropyl alcohol.

次に図4を参照して、鋳型を用いた微細構造の作製方法を説明する。まず、図4(a)のように、ネガ型レジスト402を基板301に塗布して、鋳型302Bを充填する。次に、図4(c)のように、ネガ型レジスト402に、電子ビーム403を第1のパターンで照射する。第1のパターンは、鋳型302Bが存在する領域付近とすることが好ましい。ついで、図4(c)のように、ネガ型レジスト402を現像して、鋳型302Bの3次元的な穴に埋まった状態のレジスト402Aを形成する。そして、図4(d)のように、レジスト402Aに、電子ビーム403を第1のパターンとは異なる第2のパターンで照射する。ここで、第2のパターンは、鋳型302Bの穴の位置と合わせる必要はなく、所望の構造に応じて設計すればよい。次に、図4(e)のように、張合わせ基板404を張合わせた後、ポジ型レジストの現像液(メチルイソブチルケトンをイソプロピルアルコールで希釈した溶媒等)を用いて、鋳型302Bを溶解しながら、基板301をネガ型レジスト402Aから除去する。このようにして得られるのが、図4(f)に示す構造のネガ型レジスト402Aである。最後に、レジスト402Aに対して2回目の現像を行い不要な部分を溶解させて、3次元ナノ構造のネガ型レジスト402Bを形成する。これは、2回目の露光(図4(d)参照)を行った部分のみが残留した構造である。   Next, with reference to FIG. 4, a method for manufacturing a microstructure using a mold will be described. First, as shown in FIG. 4A, a negative resist 402 is applied to a substrate 301 and filled with a mold 302B. Next, as shown in FIG. 4C, the negative resist 402 is irradiated with an electron beam 403 in a first pattern. The first pattern is preferably in the vicinity of the region where the mold 302B exists. Next, as shown in FIG. 4C, the negative resist 402 is developed to form a resist 402A that is buried in a three-dimensional hole of the mold 302B. Then, as shown in FIG. 4D, the resist 402A is irradiated with an electron beam 403 in a second pattern different from the first pattern. Here, the second pattern does not need to match the position of the hole in the mold 302B, and may be designed according to a desired structure. Next, as shown in FIG. 4E, after the laminated substrate 404 is laminated, the mold 302B is dissolved using a positive resist developer (such as a solvent obtained by diluting methyl isobutyl ketone with isopropyl alcohol). However, the substrate 301 is removed from the negative resist 402A. The negative resist 402A having the structure shown in FIG. 4F is obtained in this way. Finally, the resist 402A is developed for the second time to dissolve unnecessary portions, thereby forming a negative resist 402B having a three-dimensional nanostructure. This is a structure in which only the portion subjected to the second exposure (see FIG. 4D) remains.

ネガ型レジスト402には、HSQレジスト等を用いることができる。HSQレジストを用いる場合、その溶媒には、メチルイソブチルケトンを用いるとよい。この溶媒は、PMMAレジスト等のポジ型レジストに対する濡れ性が優れているため、鋳型302Bの3次元的な穴に良く充填される。   As the negative resist 402, an HSQ resist or the like can be used. When an HSQ resist is used, methyl isobutyl ketone is preferably used as the solvent. Since this solvent has excellent wettability with respect to a positive resist such as a PMMA resist, it is well filled in the three-dimensional hole of the mold 302B.

ネガ型レジストの現像における現像性は、実施形態1で説明したように、現像液とレジストとの親和性(溶解性)の強弱、あるいは現像時間の長短により調整する。   As described in the first embodiment, the developability of the negative resist is adjusted by adjusting the affinity (solubility) between the developer and the resist or the length of the development time.

実施形態1に係る微細構造の作製方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a manufacturing method of a microstructure according to Embodiment 1. FIG. ネガ型レジストの感度曲線を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sensitivity curve of a negative resist. 実施形態2に係るポジ型レジストの鋳型の作製方法を説明するための図である。6 is a view for explaining a method for producing a positive resist mold according to Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る鋳型を用いた微細構造の作製方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a method for manufacturing a microstructure using a mold according to Embodiment 2. FIG. 従来の3次元ナノ構造作製方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional three-dimensional nanostructure preparation method. 従来の3次元ナノ構造作製方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional three-dimensional nanostructure preparation method.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
102 ネガ型レジスト
102A 第1の構造のネガ型レジスト
102B 第2の構造のネガ型レジスト
103 電子ビーム(エネルギービームに対応)
301 基板
302 ポジ型レジスト
302A 第1の構造のポジ型レジスト
302B 第2の構造のポジ型レジスト(鋳型に対応)
303 電子ビーム(エネルギービームに対応)
402 ネガ型レジスト
402A 第1の構造のネガ型レジスト
402B 第2の構造のネガ型レジスト
403 電子ビーム(エネルギービームに対応)
404 張合わせ基板
101 Substrate 102 Negative resist 102A First structure negative resist 102B Second structure negative resist 103 Electron beam (corresponding to energy beam)
301 Substrate 302 Positive resist 302A First structure positive resist 302B Second structure positive resist (corresponding to mold)
303 Electron beam (corresponding to energy beam)
402 Negative resist 402A First type negative resist 402B Second structure negative resist 403 Electron beam (corresponding to energy beam)
404 Bonded substrate

Claims (8)

ネガ型レジストを用いた微細構造の作製方法において、
ネガ型レジストに、エネルギービームを第1のパターンで照射する第1の露光ステップと、
前記ネガ型レジストを現像して、第1の構造のネガ型レジストを形成する第1の現像ステップと、
前記第1の構造のネガ型レジストに、エネルギービームを前記第1のパターンとは異なる第2のパターンで照射する第2の露光ステップと、
前記第1の構造のネガ型レジストを現像して、第2の構造のネガ型レジストを形成する第2の現像ステップと
を含むことを特徴とする微細構造の作製方法。
In a method for producing a fine structure using a negative resist,
A first exposure step of irradiating a negative resist with an energy beam in a first pattern;
A first developing step of developing the negative resist to form a negative resist of a first structure;
A second exposure step of irradiating the negative resist having the first structure with an energy beam in a second pattern different from the first pattern;
And a second developing step of developing the negative resist of the first structure to form a negative resist of the second structure.
前記第2の現像ステップの現像の現像性は、前記第1の現像ステップの現像の現像性よりも高くなるように調整することを特徴とする請求項1に記載の微細構造の作製方法。   The method for producing a microstructure according to claim 1, wherein the developability of the development in the second development step is adjusted to be higher than the developability of the development in the first development step. 前記第1の露光ステップの照射による前記ネガ型レジストのエネルギー吸収量は、前記ネガ型レジストが、前記第2の現像ステップの現像において溶解するエネルギー吸収量であり、
前記第2の露光ステップの照射による前記ネガ型レジストのエネルギー吸収量は、前記ネガ型レジストが、前記第2の現像ステップの現像において残留するエネルギー吸収量であることを特徴とする請求項1または2に記載の微細構造の作製方法。
The energy absorption amount of the negative resist due to the irradiation in the first exposure step is an energy absorption amount at which the negative resist is dissolved in the development of the second development step,
2. The energy absorption amount of the negative resist due to irradiation in the second exposure step is an energy absorption amount remaining in the development of the second development step. 3. A method for producing a microstructure according to 2.
前記第1および第2の現像ステップの現像性は、横軸に前記ネガ型レジストの総エネルギー吸収量、縦軸に規格化された残膜厚をとった前記ネガ型レジストの感度曲線が1及び0となる総エネルギー吸収量の領域が存在するものであることを特徴とする請求項2または3に記載の微細構造の作製方法。   The developability of the first and second development steps is such that the negative resist has a sensitivity curve of 1 and the horizontal axis represents the total energy absorption amount of the negative resist and the vertical axis represents the normalized residual film thickness. 4. The method for producing a fine structure according to claim 2, wherein a region having a total energy absorption amount of 0 exists. 前記第1の露光ステップの前に、
ポジ型レジストに1または複数の組の露光および現像を行って、ポジ型レジストの鋳型を作製するステップと、
前記ポジ型レジストの鋳型に、前記第1の露光ステップにおいて露光を行う前記ネガ型レジストを塗布するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の微細構造の作製方法。
Before the first exposure step,
Performing one or more sets of exposure and development on the positive resist to produce a positive resist mold;
5. The fabrication of a fine structure according to claim 1, further comprising: applying the negative resist that is exposed in the first exposure step to the positive resist mold. Method.
前記第2の現像ステップの前に、
前記ポジ型レジストの鋳型を溶解させて、前記ポジ型レジストの鋳型を前記第1の構造のネガ型レジストから除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の微細構造の作製方法。
Before the second development step,
6. The method for producing a microstructure according to claim 5, further comprising the step of dissolving the positive resist template to remove the positive resist template from the negative resist of the first structure. .
前記現像性は、現像液のレジストに対する溶解性の強弱、または現像時間の長短により調整することを特徴とする請求項2に記載の微細構造の作製方法。   The method for producing a microstructure according to claim 2, wherein the developability is adjusted by the strength of solubility of the developer in the resist or the length of the development time. 前記ネガ型レジストは、水素化シルセスキオキサンであり、
前記現像性は、現像液のレジストに対する溶解性の強弱により調整し、
前記第1の現像ステップの現像液は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液であり、
前記第2の現像ステップの現像液は、水酸化カリウム水溶液であることを特徴とする請求項7に記載の微細構造の作製方法。
The negative resist is silsesquioxane hydride,
The developability is adjusted by the strength of solubility of the developer in the resist,
The developer in the first development step is a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution,
The method for producing a microstructure according to claim 7, wherein the developer in the second development step is an aqueous potassium hydroxide solution.
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