JP5395023B2 - パターン形成方法、及び金属構造形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熱リソグラフィによってリング状のパターンを形成するパターン形成方法に関する。また本発明は、そのようなパターン形成方法で形成されたパターンを用いてリング状の金属構造(以下、金属リングという)を形成する金属構造形成方法に関する。
最近、光を含む電磁波に対して負の屈折率を持つなど自然界の物質には無い振る舞いをする、メタマテリアルと呼ばれる人工物質が注目されつつある。このメタマテリアルは、対象とする電磁波の波長より小さな金属リングを規則的に3次元的配置することによって作製することができる。
特許文献1には、ビーズを2枚の基板で挟んで押しつぶした状態で、その側面に金属コーティングを施すことで、メタマテリアルを構成する金属リングを形成する方法が提案されている。
ところで、可視光などの波長の短い電磁波に対して、上述したような特徴的な性質を示すメタマテリアルを作製するためには、数百nmオーダー以下の大きさの金属リングを形成することが求められる。
しかしながら、上記特許文献1に記載の金属リング形成方法では、数マイクロメートルあるいはそれ以上の大きさのビーズの側面に金属コーティングを施すことによって金属リングを形成しているので、その結果形成される金属リングの大きさの下限はせいぜい数マイクロメートルであり、この金属リングによって作製されるメタマテリアルは、マイクロ波あるいはそれより波長の長い電磁波に対しては、上述したようなメタマテリアルとしての特徴的な性質を示すが、より波長の短い可視光に対しては、メタマテリアルとしての性質を示さない。
本発明は、上記事情に鑑み、数百nmオーダー以下のリング状のパターンを形成することができるパターン形成方法、及びそのようなパターン形成方法で形成されたパターンを用いてリング状の金属構造を形成する金属構造形成方法を提供することを目的とするものである。
本発明のパターン形成方法は、熱リソグラフィによってリング状のパターンを形成するパターン形成方法であって、基板上に、オキソノール系色素からなり、波長580nmの光に対するOD値が1.0以上1.6以下であるレジスト層を形成し、形成されたレジスト層上に走査速度3m/s以上10m/s以下でレーザー光を走査し、レーザー光が走査されたレジスト層を、アルコールを主成分とする現像液で現像することを特徴とするものである。
ここで、主成分とは、含量50モル%以上の成分と定義する。また現像液を水などの溶媒で希釈しても構わない。
上記方法において、レジスト層上に厚さ10nm以下の保護層をさらに形成し、該保護層が形成されたレジスト層上にレーザー光の走査を行うようにしてもよい。
また、走査速度は、3.8m/s以上9.2m/s以下であってもよい。
また、アルコールは、メタノールであってもよいし、エタノールであってもよい。
本発明の金属構造形成方法は、リング状の金属構造を形成する金属構造形成方法であって、基板上に金属層を形成し、形成された金属層上に、オキソノール系色素からなり、波長580nmの光に対するOD値が1.0以上1.6以下であるレジスト層を形成し、形成されたレジスト層上に走査速度3m/s以上10m/s以下でレーザー光を走査し、該レーザー光が走査されたレジスト層を、アルコールを主成分とする現像液で現像することによって金属層上にリング状のパターンを形成し、形成されたリング状のパターンをマスクとして金属層をエッチングすることを特徴とするものである。
本発明のパターン形成方法によれば、基板上に、オキソノール系色素からなり、波長580nmの光に対するOD値が1.0以上1.6以下であるレジスト層を形成し、形成されたレジスト層上に走査速度3m/s以上10m/s以下でレーザー光を走査し、レーザー光が走査されたレジスト層を、アルコールを主成分とする現像液で現像することで、数百nmオーダー以下のリング状のパターンを形成することができる。
上記方法において、形成されたレジスト層上に厚さ10nm以下の保護層をさらに形成し、保護層が形成されたレジスト層上にレーザー光の走査を行うようにした場合には、リング状のパターンをより良好な形状に形成することができる。
本発明の金属構造形成方法によれは、基板上に金属層を形成し、該形成された金属層上に、オキソノール系色素からなり、波長580nmの光に対するOD値が1.0以上1.6以下であるレジスト層を形成し、該形成されたレジスト層上に走査速度3m/s以上10m/s以下でレーザー光を走査し、該レーザー光が走査されたレジスト層を、アルコールを主成分とする現像液で現像することによって前記金属層上にリング状のパターンを形成し、該形成されたリング状のパターンをマスクとして前記金属層をエッチングすることで、数百nmオーダー以下のリング状の金属構造を形成することができる。
以下、図面を参照して、本発明のパターン形成方法の実施の形態について説明する。図1は、本発明によるパターンの形成過程を示している。本発明のパターン形成方法は、熱リソグラフィによってリング状のパターンを形成するパターン形成方法であって、基板10上にレジスト層30を形成するレジスト層形成工程と、レジスト層30上に保護層40を形成する保護層形成工程と、レジスト層30上にレーザー光を走査するレーザー光走査工程と、レーザー光が走査されたレジスト層30を現像液で現像する現像工程とを備えている。以下、各工程について詳細に説明する。
[レジスト層形成工程]
まず、図1(a)および(b)に示すように、平坦な基板10を用意し、基板10上に、オキソノール系色素からなるレジスト層30を形成する。基板10には、例えばシリコン基板を用いる。
まず、図1(a)および(b)に示すように、平坦な基板10を用意し、基板10上に、オキソノール系色素からなるレジスト層30を形成する。基板10には、例えばシリコン基板を用いる。
レジスト層30は、オキソノール色素を溶剤に溶解させて塗布液を調製し、調整した塗布液を基板10表面に塗布して塗膜を形成した後、形成された塗膜を乾燥させることにより形成する。この際、レジスト層30の厚さは、その波長580nmの光に対する光学濃度(OD値)が1.0以上1.6以下となるように決定する。OD値が低すぎたり高すぎたりすると、最終的に形成されるリング状のパターンの形状にばらつきが生じるからである。ここで、OD値とは、光がレジスト層30を通過する際に吸収される度合を対数で表示したものである。
オキソノール色素としては、例えば特開2006−212790号公報に記載のものを用いることができる。たとえば、オキソノール色素の好ましい構造の一例として、下記一般式(1)で表される構造がある。
上記一般式(1)中、Za1及びZa2は各々独立に酸性核を形成する原子群を表わす。Ma1、Ma2、Ma3は各々独立に、置換または無置換のメチン基を表わす。kaは0から3までの整数を表わし、kaが2以上のとき、複数存在するMa1、Ma2は同じでも異なってもよい。また、Qは電荷を中和するイオンを表わし、yは電荷の中和に必要な数を表わす。
また、オキソノール色素の好ましい構造の一例としては、下記一般式(2)で表される構造がある。
一般式(2)中、R1、R2、R3、R4は、各々独立に、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のヘテロ環基を表す。R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30は、各々独立に、水素原子または、置換基を表わす。
なお、オキソノール色素として、他に、以下に説明するオキソノール系色素AおよびBを使用してもよい。オキソノール色素Aとしては、下記一般式(3)で表される化合物が好ましい。
一般式(3)中、R11、R12、R13、R14はそれぞれ独立に水素原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、および置換または無置換のヘテロ環基のいずれかを表し、R21、R22、R3は水素原子、置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアルコキシ基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアリールオキシ基、置換または無置換のヘテロ環基、ハロゲン原子、カルボキシル基、置換または無置換のアルコキシカルボニル基、シアノ基、置換または無置換のアシル基、置換または無置換のカルバモイル基、アミノ基、置換アミノ基、スルホ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、置換または無置換のアルキルスルホニルアミノ基、置換または無置換のアリールスルホニルアミノ基、置換または無置換のカルバモイルアミノ基、置換または無置換のアルキルスルホニル基、置換または無置換のアリールスホニル基、置換または無置換のアルキルスルフィニル基、置換または無置換のアリールスルフィニル基および置換または無置換のスルファモイル基のいずれかを表す。mは0以上の整数を表し、mが2以上の場合は複数のR3は同じでも異なってもよい。Zx+は陽イオンを表し、xは1以上の整数を表す。
オキソノール色素Bとしては、下記一般式(4)で表される化合物が好ましい。
一般式(4)中、Za25、Za26は、各々独立に、酸性核を形成する原子群であり、Ma27、Ma28、Ma29は、各々独立に、置換または無置換のメチン基である。Ka23は、0から3間での整数を表す。Qは、電荷を中和する陽イオンを表す。
塗布液の溶剤としては、酢酸ブチル、乳酸エチル、セロソルブアセテートなどのエステル;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン;ジクロルメタン、1,2−ジクロルエタン、クロロホルムなどの塩素化炭化水素;ジメチルホルムアミドなどのアミド;シクロヘキサンなどの炭化水素;テトラヒドロフラン、エチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル;エタノ−ル、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール;2,2,3,3−テトラフルオロプロパノールなどのフッ素系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレンングリコールモノエチルエーテル、プロピレンングリコールモノメチルエーテルなどのグリコールエーテル類などを挙げることができる。
塗布方法としては、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、スクリーン印刷法などを挙げることができる。
[保護層形成工程]
次に、図1(c)に示すように、レジスト層30上に保護層40を形成する。保護層40は、スパッタリングや蒸着、塗布等の成膜方法により、ZnO−Ga2O3、TaOx、NbOx、SiNなどの材料を成膜することにより形成する。成膜方法としては、スパッタ法などを挙げることができる。この際、保護層40は、その厚さが10nm以下となるように形成する。保護層40が厚すぎると、リング状のパターンが形成されないからである。また保護層は、使用するレーザー波長に対して透明であることが好ましい。また保護層の屈折率に応じて、後述するレーザー光走査時のレーザーパワーを調整することも出来る。
次に、図1(c)に示すように、レジスト層30上に保護層40を形成する。保護層40は、スパッタリングや蒸着、塗布等の成膜方法により、ZnO−Ga2O3、TaOx、NbOx、SiNなどの材料を成膜することにより形成する。成膜方法としては、スパッタ法などを挙げることができる。この際、保護層40は、その厚さが10nm以下となるように形成する。保護層40が厚すぎると、リング状のパターンが形成されないからである。また保護層は、使用するレーザー波長に対して透明であることが好ましい。また保護層の屈折率に応じて、後述するレーザー光走査時のレーザーパワーを調整することも出来る。
[レーザー光走査工程]
次に、図1(d)に示すように、レジスト層30上に、光学系40のレンズで集光したレーザー光を走査させる。たとえばレジスト層30および保護層40のついた円盤状の基板10を回転させながら、光学系50を半径方向に移動させることで、基板10全体に亘ってレーザー光を走査させる。
次に、図1(d)に示すように、レジスト層30上に、光学系40のレンズで集光したレーザー光を走査させる。たとえばレジスト層30および保護層40のついた円盤状の基板10を回転させながら、光学系50を半径方向に移動させることで、基板10全体に亘ってレーザー光を走査させる。
この際、レジスト層30上を走査するレーザー光の相対的な走査速度が3m/s以上10m/s以下となるように、基板10および光学系40のいずれか一方または両方の挙動を制御する。走査速度が低すぎたり高すぎたりすると、リング状のパターンを形成できないからである。また、この走査速度は、3.8m/s以上9.2m/s以下の範囲内であることがより好ましい。
レーザー光のパワーYは、レジスト層30のOD値を1.23とし、保護層は設けない場合に、レーザー光の走査速度Xに対し、下記式(1)の条件を満たすように設定される。パワーが低すぎたり高すぎたりすると、リング状のパターンが形成されないからである。
レーザー光のパワーYは、より好ましくは下記式(2)の条件をさらに満たすように、さらに好ましくは下記式(3)の条件を満たすように設定するとよい。レーザー光のパワーYが式(2)の条件を満たす場合には、高分解能のリング状のパターンをより安定して形成することができ、式(3)の条件を満たす場合には、高分解能のリング状のパターンを最も良好な形状に形成することができる。
また、レーザー光のパワーYは、保護層は設けないで、レーザー光の走査速度を9.2m/sとした場合には、レジスト層30のOD値Tに対し、下記式(4)の条件を満たすように設定することが好ましい。
また、レーザー光のパワーYは、レジスト層30のOD値を1.23とし、保護層の厚さを5nmとし、レーザー光の走査速度を9.2m/sとした場合には、保護層40の屈折率Rに対し、下記式(5)の条件を満たすように設定することが好ましい。
[現像工程]
最後に、図1(e)に示すように、上記レーザー光が走査されたレジスト層30を、アルコールを主成分とする現像液で現像する。すると、レーザー光が照射された部分にリング状のパターン30aが形成される。
最後に、図1(e)に示すように、上記レーザー光が走査されたレジスト層30を、アルコールを主成分とする現像液で現像する。すると、レーザー光が照射された部分にリング状のパターン30aが形成される。
ここで、アルコールとしては、メタノール(メチルアルコール)、エタノール(エチルアルコール)等が挙げられる。現像方法としては、現像槽に溜めた現像液中に、上記レーザー光が走査されたレジスト層30のついた基板10を所定時間浸漬させる方法がある。現像液がメタノールである場合、浸漬時間は5〜20分の範囲内であることが好ましい。浸漬時間が短すぎると、リング状のパターンが形成されず、長すぎると、リング状のパターンが溶解されてしまうからである。
下記表1は、上記本発明のパターン形成方法において、シリコン(Si)からなる基板10上に、下記化学式で表される「オキソノール色素A」2.00gを2,2,3,3−テトラフルオロプロパノール100mlに溶解させてなる塗布液をスピンコートすることにより、OD値が1.23であるレジスト層30を形成し、保護層40は形成せず、レーザー光の走査速度を3.8、9.2、15.4(m/s)でそれぞれ固定させた状態で、レーザー光のパワーを6.5、7.0、7.5、・・・、20(mW)に変化させてパターンを形成し、形成されたパターンを評価した結果を示すものである。
表1では、レーザー光が走査されたレジスト層部分に光学系40のスポット径以下のリング状のパターンが形成された場合を○とし、リング形状が形成されるが、その形状にばらつきが大きい場合を△とし、リング形状が形成されない場合を×(a)とし、光学系30のスポット径以上のリング状のパターンが形成された場合を×(b)とし、メタノールによる現像無しにレーザー光が走査されたレジスト層部分全体に穴部(凹部)が形成された場合を×(c)とした。
表1に示すように、レジスト層30のOD値を1.23とし、レーザー光の走査速度Xを3.8m/s以上9.2m/s以下とし、レーザー光のパワーYが上記式(1)の条件を満たすようにすることで、光学系30のスポット径以下のリング状のパターンを形成することができた。
なお、上記実施の形態では、レジスト層30がオキソノール色素からなるものである場合について説明したが、オキソノール色素以外の他の材料からなるものである場合にも、レジスト層30のOD値、レーザー光の走査条件等のパターン形成条件を適宜設定することによって、ネガ型の加工を行える可能性があると考えられる。ここで、他の材料としては、メチン色素(シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など)、大環状色素(フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポルフィリン色素など)、アゾ色素(アゾ金属キレート色素を含む)、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、1−アミノブタジエン誘導体、桂皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。
次に、本発明の効果を確認した実施例、及び比較例について説明する。
[実施例1]
・レジスト層の形成
シリコン(Si)からなる基板10上に、上述の「オキソノール色素A」2.00gを2,2,3,3−テトラフルオロプロパノール100mlに溶解させてなる塗布液をスピンコートすることにより、レジスト層30を形成した。このとき、レジスト層30は波長580nmの光に対する光学濃度(OD値)が1.20となるように形成した。なお、レジスト層30の屈折率は2.2である。
[実施例1]
・レジスト層の形成
シリコン(Si)からなる基板10上に、上述の「オキソノール色素A」2.00gを2,2,3,3−テトラフルオロプロパノール100mlに溶解させてなる塗布液をスピンコートすることにより、レジスト層30を形成した。このとき、レジスト層30は波長580nmの光に対する光学濃度(OD値)が1.20となるように形成した。なお、レジスト層30の屈折率は2.2である。
・保護層の形成
上記レジスト層30上に、ZnO−Ga2O3(ターゲット組成ZnO:Ga2O3=30wt%:70wt%)をスパッタして、膜厚5.6nmの保護層40を形成した。なお、保護層40の屈折率は1.8である。
上記レジスト層30上に、ZnO−Ga2O3(ターゲット組成ZnO:Ga2O3=30wt%:70wt%)をスパッタして、膜厚5.6nmの保護層40を形成した。なお、保護層40の屈折率は1.8である。
・レーザー光の走査
上記レジスト層30および保護層40が形成された基板10上に、レーザー露光装置(レーザー波長λ:660nm、対物レンズ開口数NA:0.60、レーザービームスポット径D:0.66um(=0.6λ/NA))を用いて、下記条件で、レーザー光を走査させた。
走査速度 9.2m/s、
パワー 15.6mW、
レーザーパルス 10.43MHz(Duty比26%)
上記レジスト層30および保護層40が形成された基板10上に、レーザー露光装置(レーザー波長λ:660nm、対物レンズ開口数NA:0.60、レーザービームスポット径D:0.66um(=0.6λ/NA))を用いて、下記条件で、レーザー光を走査させた。
走査速度 9.2m/s、
パワー 15.6mW、
レーザーパルス 10.43MHz(Duty比26%)
・現像
メタノール中に、レーザー光が走査されたレジスト層30のついた基板10を10分間浸漬した。
メタノール中に、レーザー光が走査されたレジスト層30のついた基板10を10分間浸漬した。
・評価
現像後の基板10の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図2に示すような、レーザー走査方向の幅が0.51um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.46um、線幅が0.08umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
現像後の基板10の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図2に示すような、レーザー走査方向の幅が0.51um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.46um、線幅が0.08umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
[実施例2]
保護層40として、TaOx(屈折率:2.0)をスパッタして、膜厚2.8nmの薄膜を形成し、レーザー光の走査時のパワーを18mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図3に示すような、レーザー走査方向の幅が0.50um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.46um、線幅が0.06umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
保護層40として、TaOx(屈折率:2.0)をスパッタして、膜厚2.8nmの薄膜を形成し、レーザー光の走査時のパワーを18mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図3に示すような、レーザー走査方向の幅が0.50um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.46um、線幅が0.06umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
[実施例3]
保護層40として、NbOx(屈折率:2.1)をスパッタして、膜厚10.0nmの薄膜を形成し、レーザー光の走査時のパワーを20.7mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図4に示すような、レーザー走査方向の幅が0.51um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.46um、線幅が0.05umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
保護層40として、NbOx(屈折率:2.1)をスパッタして、膜厚10.0nmの薄膜を形成し、レーザー光の走査時のパワーを20.7mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図4に示すような、レーザー走査方向の幅が0.51um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.46um、線幅が0.05umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
[実施例4]
保護層40を形成することなく(保護層形成工程を省略)、レーザー光の走査時のパワーを17.6mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図5に示すような、レーザー走査方向の幅が0.46um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.38um、線幅が0.05umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
保護層40を形成することなく(保護層形成工程を省略)、レーザー光の走査時のパワーを17.6mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、図5に示すような、レーザー走査方向の幅が0.46um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.38um、線幅が0.05umであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
[実施例5]
レジスト層30をOD値が1.10となるように形成した以外は、実施例4と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、レーザー走査方向の幅が0.45um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.39um、線幅が0.06mであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
レジスト層30をOD値が1.10となるように形成した以外は、実施例4と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、レーザー走査方向の幅が0.45um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.39um、線幅が0.06mであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
[実施例6]
レジスト層30をOD値が1.40となるように形成した以外は、実施例4と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、レーザー走査方向の幅が0.47um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.41um、線幅が0.07mであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
レジスト層30をOD値が1.40となるように形成した以外は、実施例4と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、レーザー走査方向の幅が0.47um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.41um、線幅が0.07mであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
[実施例7]
レジスト層30をOD値が1.50となるように形成した以外は、実施例4と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、レーザー走査方向の幅が0.46um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.40um、線幅が0.06mであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
レジスト層30をOD値が1.50となるように形成した以外は、実施例4と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、レーザー走査方向の幅が0.46um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.40um、線幅が0.06mであるリング状のパターン30aが形成されていることが確認された。
[比較例1]
保護層40を膜厚が16.7nmとなるように形成し、レーザー光の走査時のパワーを16.3mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、図6に示すように、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
保護層40を膜厚が16.7nmとなるように形成し、レーザー光の走査時のパワーを16.3mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、図6に示すように、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
[比較例2]
保護層40を膜厚が33.0nmとなるように形成し、レーザー光の走査時のパワーを15.8mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
保護層40を膜厚が33.0nmとなるように形成し、レーザー光の走査時のパワーを15.8mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
[比較例3]
保護層40として、SiN(屈折率:1.6)をスパッタして、膜厚48nmの薄膜を形成し、レーザー光の走査時のパワーを19.6mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
保護層40として、SiN(屈折率:1.6)をスパッタして、膜厚48nmの薄膜を形成し、レーザー光の走査時のパワーを19.6mWにした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
[比較例4]
レーザー光の走査を下記条件で行った以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。
走査速度 15.4m/s、
パワー 18.7mW、
レーザーパルス 17.47MHz(Duty比33%)
その結果、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
レーザー光の走査を下記条件で行った以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。
走査速度 15.4m/s、
パワー 18.7mW、
レーザーパルス 17.47MHz(Duty比33%)
その結果、レーザー光が走査された箇所に、リング状のパターンは観察されなかった。
本発明者は、以上の実施例及び比較例の評価結果から、基板10上に、オキソノール系色素からなり、波長580nmの光に対するOD値が1.0以上1.6以下であるレジスト層30を形成し、形成されたレジスト層30上に走査速度3m/s以上10m/s以下でレーザー光を走査し、レーザー光が走査されたレジスト層30を、アルコールを主成分とする現像液で現像することで、数百nmオーダー以下のリング状のパターン30aを形成できることを見出した。上記条件を満たす場合になぜリング状のパターンが形成できるかについて、その理由はよくわかっていない。しかしながら、現実に、少なくとも実施例で評価を行った範囲において、上記条件を満たすようにすることで、基板10表面に数百nmオーダー以下のリング状のパターン30aを形成することができた。
以下、図7を参照して、本発明の金属構造形成方法の実施の形態について説明する。本発明の金属構造形成方法は、リング状の金属構造を形成する金属構造形成方法であって、レジスト層形成工程の前に、基板10上に金属層20を形成する金属層形成工程を備えている点と、現像工程に後続して、形成されたリング状のパターンをマスクとして金属層20をエッチングするエッチング工程を備えている点で、上記パターン形成方法と異なる。以下、パターン形成方法との相違点を中心に説明し、パターン形成方法と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
まず、金属層形成工程において、図7(a)および(b)に示すように、基板10上に金属層20を形成する。金属層20は、スパッタリングや蒸着、塗布等の成膜方法により、Ag、Au、Cuなどの材料を成膜することにより形成する。この金属層形成工程に後続して、図7(c)〜(f)に示すように、上述のレジスト層形成工程、保護層形成工程、レーザー光走査工程、及び現像工程を順次行う。すると、金属層20上のレーザー光が照射されたレジスト部分にリング状のレジストパターンが形成される。
次に、現像工程に後続して、図7(g)に示すように、形成されたリング状のレジストパターンをマスクとして金属層20をエッチングするエッチング工程を行うことによって、リング状の金属構造20aを形成する。ここで、エッチング量は、金属層20上に形成されたレジストパターンの全ての穴部において基板10が露出するように、金属層20の厚みに応じて決定する。
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
[実施例]
レジスト層30の形成の前に、Agをスパッタして、基板10上に膜厚20nmのAgの金属層20形成し、現像後に、形成されたリング状のパターン30aをマスクとしてArイオンミリングで金属層20をエッチングした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー走査方向の幅が0.53um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.48um、線幅が0.09umであるAgからなる金属リングが形成されていることが確認された。
[実施例]
レジスト層30の形成の前に、Agをスパッタして、基板10上に膜厚20nmのAgの金属層20形成し、現像後に、形成されたリング状のパターン30aをマスクとしてArイオンミリングで金属層20をエッチングした以外は、実施例1と同条件で加工・評価を行なった。その結果、レーザー走査方向の幅が0.53um、レーザー走査方向と直交する方向の幅が0.48um、線幅が0.09umであるAgからなる金属リングが形成されていることが確認された。
10 基板
20 金属層
30 レジスト層
40 保護層
50 光学系
20a リング状の金属構造
30a リング状のパターン
20 金属層
30 レジスト層
40 保護層
50 光学系
20a リング状の金属構造
30a リング状のパターン
Claims (5)
- 熱リソグラフィによってリング状のパターンを形成するパターン形成方法であって、
基板上に、オキソノール系色素からなり、波長580nmの光に対するOD値が1.0以上1.6以下であるレジスト層を形成し、
該形成されたレジスト層上に走査速度3m/s以上10m/s以下でレーザー光を走査し、
該レーザー光が走査されたレジスト層を、アルコールを主成分とする現像液で現像することを特徴とするパターン形成方法。 - 前記形成されたレジスト層上に厚さ10nm以下の保護層をさらに形成し、
該保護層が形成されたレジスト層上に前記レーザー光の走査を行うことを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。 - 前記走査速度が、3.8m/s以上9.2m/s以下であることを特徴とする請求項1または2記載のパターン形成方法。
- 前記アルコールが、メタノールまたはエタノールであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のパターン形成方法。
- リング状の金属構造を形成する金属構造形成方法であって、
基板上に金属層を形成し、
該形成された金属層上に、オキソノール系色素からなり、波長580nmの光に対するOD値が1.0以上1.6以下であるレジスト層を形成し、
該形成されたレジスト層上に走査速度3m/s以上10m/s以下でレーザー光を走査し、
該レーザー光が走査されたレジスト層を、アルコールを主成分とする現像液で現像することによって前記金属層上にリング状のパターンを形成し、
該形成されたリング状のパターンをマスクとして前記金属層をエッチングすることを特徴とする金属構造形成方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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