JPH10223609A - Method of forming pattern - Google Patents

Method of forming pattern

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JPH10223609A
JPH10223609A JP2347897A JP2347897A JPH10223609A JP H10223609 A JPH10223609 A JP H10223609A JP 2347897 A JP2347897 A JP 2347897A JP 2347897 A JP2347897 A JP 2347897A JP H10223609 A JPH10223609 A JP H10223609A
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JP
Japan
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layer
pattern
pattern forming
forming method
probe
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JP2347897A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayoshi Ishibashi
雅義 石橋
Yasuo Wada
恭雄 和田
Tomihiro Hashizume
富博 橋詰
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To finely machine a work difficult to machine by the present by the present photolithography. SOLUTION: On a working surface of a substrate 1 a laminate structure composed of a plagiarizing layer 20, conductive layer 3 and sensitive layer 4, is manufactured a probe 5 of a scan probe machine is scanned over the sensitive layer surface with a voltage applied to the conductive layer 3 through the probe 5 to draw this layer 4. After drawing, it is developed to form a pattern on the layer 4, the formed pattern on the layer 4 is etched to transfer it to the conductive layer 3 and the transferred pattern on the conductive layer 3 is etched to transfer it to the planarizing layer 2, thereby forming the pattern on the working surface of the substrate 1, using such a formed pattern as a mask.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
に関し、特に、走査プローブ顕微鏡を用いて微細加工を
行う際、加工表面の形状によらず高速かつ微細にパター
ンを形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a pattern, and more particularly to a method for forming a pattern at high speed and finely regardless of the shape of a processed surface when performing fine processing using a scanning probe microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイナミックランダムアクセスメモリー
(DRAM: Dynamic Random AccessMemory)などの集
積化に伴い、半導体リソグラフィーにはさらなる微細加
工技術が必要とされている。しかし、現在の光リソグラ
フィーでは最小加工寸法が100nm以下の加工は難し
い。そのため、光リソグラフィーに替わる技術が必要と
されている。
2. Description of the Related Art With the integration of dynamic random access memories (DRAMs) and the like, semiconductor lithography requires further fine processing techniques. However, with current optical lithography, processing with a minimum processing dimension of 100 nm or less is difficult. Therefore, a technology that replaces optical lithography is needed.

【0003】光リソグラフィーに替わる新しい技術の有
力な候補の一つに、走査プローブ顕微鏡を用いたナノメ
ータサイズの微細加工技術(以下、「SPリソグラフィ
ー(Scanning Probe Lithography)」という )があ
り、例えば、エス・シー・マイン等、アプライド・フィ
ジックス・レター、第66巻(1995年)703頁か
ら705頁、(S. C. Minne, et al., Appl. Phys. Let
t., 66 (1995),PP703-705)に記載がある。これは一般
に探針と基板間に電圧を印加して加工を行う方法で、そ
の解像度は高く原理的には原子レベルの加工も可能であ
る。
One of the promising candidates for a new technology to replace optical lithography is a nanometer-sized fine processing technology using a scanning probe microscope (hereinafter, referred to as “SP lithography (Scanning Probe Lithography)”). See Mine et al., Applied Physics Letter, Vol. 66 (1995), pp. 703-705, (SC Minne, et al., Appl. Phys. Let.
t., 66 (1995), PP703-705). This is a method in which a voltage is generally applied between a probe and a substrate to perform processing, and the resolution is high, and processing at an atomic level is also possible in principle.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】半導体リソグラフィー
技術では、高解像度だけではなく高スループット、高加
工精度、も必要とされる。SPリソグラフィーで高スル
ープットを達成するためには高速で探針を走査すること
が必要である。また、加工精度を上げるには探針先端の
形状制御が重要である。しかし、半導体素子の集積化に
伴い素子構造は微細かつ複雑化しており、リソグラフィ
ーの際の加工表面には凹凸が大きい。SPリソグラフィ
ーでは加工表面近傍を加工表面にそって探針を走査して
加工するため、加工表面に大きな凹凸があると垂直方向
の探針の距離制御が追いつかず探針がぶつかってしま
い、高速走査できないだけでなく探針先端の形状も変化
するため、加工精度も悪化する点に問題がある。
In the semiconductor lithography technology, not only high resolution but also high throughput and high processing accuracy are required. To achieve high throughput in SP lithography, it is necessary to scan the probe at high speed. In addition, in order to increase the processing accuracy, it is important to control the shape of the tip of the probe. However, with the integration of semiconductor elements, the element structure is becoming finer and more complicated, and the processed surface during lithography has large irregularities. In SP lithography, processing is performed by scanning the probe along the processing surface in the vicinity of the processing surface. If there is a large unevenness on the processing surface, the distance control of the vertical probe cannot catch up and the probe hits, resulting in high-speed scanning. Not only is it impossible, but also the shape of the tip of the probe is changed, so that there is a problem in that the processing accuracy is deteriorated.

【0005】本発明の目的は、走査プローブ顕微鏡を用
いた微細加工を行う際、加工表面の形状によらず高解像
度、高速度、高精度で微細加工する方法を提供すること
である。
An object of the present invention is to provide a method for performing fine processing with high resolution, high speed, and high accuracy regardless of the shape of the processed surface when performing fine processing using a scanning probe microscope.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、少なくとも平坦化層と感応層とを有する
レジスト層を用いて、感応層にパターン形成手段により
電圧を印加することによりパターンを形成することを特
徴とする。レジスト層の平坦化層は、基板上に形成され
ており、パターン形成手段は、走査プローブ顕微鏡の探
針である。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a pattern is formed by applying a voltage to a sensitive layer by a pattern forming means using a resist layer having at least a planarizing layer and a sensitive layer. Is formed. The flattening layer of the resist layer is formed on the substrate, and the pattern forming means is a probe of a scanning probe microscope.

【0007】また、基板上に形成された平坦化層と、平
坦化層の上に形成された導電層と、導電層の上に形成さ
れた感応層と、を有する3層構造のレジスト層を用い
て、導電層にパターン形成手段により電圧を印加するこ
とにより感応層に第一のパターンを形成し、第一のパタ
ーンに基づいて導電層に第二のパターンを形成し、第二
のパターンに基づいて平坦化層に第三のパターンを形成
し、第三のパターンに基づいて基板に第四のパターンを
形成することを特徴とする。パターン形成手段は、走査
プローブ顕微鏡の探針である。平坦化層は、高解像度で
異方性エッチングができる材料であってもよく、有機塗
布ガラス、ポリイミド、有機フォトレジスト、または酸
化シリコンであってもよい。導電層は、厚さの均一性の
高い薄膜が作成でき、高解像度で異方性エッチングがで
きる材料であってもよく、アルミニウム、チタン、タン
グステン、銅、白金、金、チタンシリカ、ポリピロー
ル、またはポリチオフェンであってもよい。感応層は、
厚さの均一性の高い薄膜が容易に作成できるレジスト材
料であってもよく、ポリアクリル酸メチル、ポリグリシ
ジルメタクリレートまたはヨウ素化ポリスチレンであっ
てもよい。
Further, a resist layer having a three-layer structure including a flattening layer formed on a substrate, a conductive layer formed on the flattening layer, and a sensitive layer formed on the conductive layer is provided. Using, by applying a voltage to the conductive layer by the pattern forming means to form a first pattern in the sensitive layer, form a second pattern in the conductive layer based on the first pattern, in the second pattern Forming a third pattern on the flattening layer based on the third pattern, and forming a fourth pattern on the substrate based on the third pattern. The pattern forming means is a probe of a scanning probe microscope. The flattening layer may be a material capable of performing anisotropic etching with high resolution, and may be an organic coated glass, polyimide, an organic photoresist, or silicon oxide. The conductive layer may be a material capable of forming a thin film having a high uniformity in thickness and capable of performing anisotropic etching at high resolution, and may be formed of aluminum, titanium, tungsten, copper, platinum, gold, titanium silica, polypyrrole, or It may be polythiophene. The sensitive layer
It may be a resist material from which a thin film having high uniformity of thickness can be easily formed, or may be polymethyl acrylate, polyglycidyl methacrylate or iodinated polystyrene.

【0008】さらにまた、基板上に形成された平坦化層
と、平坦化層の上に形成された感応層と、を有する2層
構造のレジスト層を用いて、感応層にパターン形成手段
により電圧を印加することにより感応層に第一のパター
ンを形成し、第一のパターンに基づいて平坦化層に第二
のパターンを形成し、第二のパターンに基づいて基板に
第三のパターンを形成することを特徴とする。パターン
形成手段は、走査プローブ顕微鏡の探針である。平坦化
層は、高解像度で異方性エッチングができる材料であっ
てもよく、有機塗布ガラス、ポリイミド、有機フォトレ
ジスト、または酸化シリコンであってもよい。感応層
は、酸素、または水により酸化物が生成する材料であっ
てもよく、シリコン、ニオブ、チタン、またはクロムで
あってもよい。
Furthermore, using a resist layer having a two-layer structure having a flattening layer formed on a substrate and a sensitive layer formed on the flattening layer, a voltage is applied to the sensitive layer by a pattern forming means. To form a first pattern on the sensitive layer, form a second pattern on the planarization layer based on the first pattern, and form a third pattern on the substrate based on the second pattern. It is characterized by doing. The pattern forming means is a probe of a scanning probe microscope. The flattening layer may be a material capable of performing anisotropic etching with high resolution, and may be an organic coated glass, polyimide, an organic photoresist, or silicon oxide. The sensitive layer may be a material in which an oxide is generated by oxygen or water, and may be silicon, niobium, titanium, or chromium.

【0009】本発明ではSPリソグラフィーでレジスト
を多層構造にすることにより、平坦化層で加工表面を平
坦化し、探針を高速走査可能とし、レジスト層から探針
に対して電圧を印加することにより高精度、微細パター
ンを作製可能としている。
In the present invention, by forming a resist into a multilayer structure by SP lithography, the processing surface is flattened by a flattening layer, the probe can be scanned at high speed, and a voltage is applied from the resist layer to the probe. High precision and fine pattern can be produced.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施例を図に
基づいて詳細に説明する。 (実施例1)本実施例のパターン形成方法を図1を用い
て説明する。本実施例では3層構造のレジストを用いる
パターン形成方法で段差のある基板表面に凹凸を作製す
る。図1(a)〜(c)は本実施例の要点を示した工程
図である。いずれの図も断面図である。まず、描画工程
を図1(a)を用いて説明する。基板1の加工表面に平
坦化層2、その上に導電層3、その上に感応層4を積層
した構造を作製する。感応層4表面上をSTM(走査ト
ンネル顕微鏡)あるいは表面に金属を被覆した探針を用
いたAFM(原子間力顕微鏡)等の走査プローブ加工装
置の探針5を走査する。導電層3に対して探針5より電
圧を印加することにより感応層4に描画する。描画後、
現像して感応層4にパターンを作製する。その後、作製
した感応層4のパターンをエッチングにより導電層3に
転写する(図1(b))。その後、導電層3に転写され
たパターンをエッチングにより平坦化層2に転写する
(図1(c))。このように作製したパターンをマスク
として基板1の加工表面にパターンを形成する。基板1
にパターン形成後、平坦化層2を取り除き加工は完了す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) A pattern forming method of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, irregularities are formed on the surface of a substrate having a step by a pattern forming method using a resist having a three-layer structure. FIGS. 1A to 1C are process diagrams showing the main points of the present embodiment. Both figures are cross-sectional views. First, the drawing process will be described with reference to FIG. A structure in which a planarizing layer 2 is formed on a processed surface of a substrate 1, a conductive layer 3 is formed thereon, and a sensitive layer 4 is formed thereon is formed. The surface of the sensitive layer 4 is scanned with a probe 5 of a scanning probe processing apparatus such as an STM (scanning tunnel microscope) or an AFM (atomic force microscope) using a probe coated with a metal on the surface. A voltage is applied to the conductive layer 3 from the probe 5 to draw on the sensitive layer 4. After drawing,
By developing, a pattern is formed on the sensitive layer 4. Then, the pattern of the produced sensitive layer 4 is transferred to the conductive layer 3 by etching (FIG. 1B). Thereafter, the pattern transferred to the conductive layer 3 is transferred to the flattening layer 2 by etching (FIG. 1C). A pattern is formed on the processed surface of the substrate 1 using the pattern thus produced as a mask. Substrate 1
After the pattern formation, the flattening layer 2 is removed to complete the processing.

【0011】以下、さらに詳細に本実施例を説明する。
0.2μmの段差のあるシリコン基板1の表面に平坦化
層2として有機塗布ガラス(SOG;Spin On
Glass)を回転塗布法により1μm積層する。その
表面に導電層3としてアルミニウムをスパッタ法により
0.05μm積層する。その表面に感応層4としてPM
MA(ポリメタクリル酸メチル)を回転塗布法により
0.05μm積層する。平坦化層2には、SOGのほか
にポリイミド、有機フォトレジストを回転塗布で、ある
いは酸化シリコンをスパッタ法、あるいは加熱蒸着法で
積層した後CMP(Chemical Mechani
cal Polishing)法で平坦化したものを使
用しても良い。また、導電層3はアルミニウムの他、チ
タン、タングステン、銅、白金、金、等の金属をスパッ
タ法、あるいは加熱蒸着法で積層してもよく、チタンシ
リカ、ポリピロール、ポリチオフェン等を回転塗布法に
より積層してもよい。さらに、感応層4は他のポジ型電
子線レジストを使用しても良い。このようにして作製し
たものに対し、図1(a)のように探針5の先端と感応
層4の間の距離を例えばAFMを用い1nmから10n
mに保ちながら探針4と導電層3間に電圧を5Vから2
0V印加して探針を0.8μm走査することにより感応
層4に幅0.05μm、長さ0.85μmのパターンを
作製する。この際、探針5の表面はチタンを10nmか
ら50nm被覆して導電性にしている。探針5を被覆す
る金属はチタンの他、クロム、タングステン、白金、金
でも良い。パターンを作製後、現像し、反応性イオンエ
ッチング(以下、「RIE」という)で感応層4に作製
したパターンを導電層3に転写する(図1(b))。さ
らに、このようにして作製した導電層3のパターンをR
IEで平坦化層2に転写する(図1(c))。最後に平
坦化層2に転写されたパターンをマスクとして基板1を
エッチングすることにより、基板1表面に幅0.06μ
m、長さ0.9μmの溝を作製することができる。
Hereinafter, this embodiment will be described in more detail.
Organic coating glass (SOG; Spin On) as a planarization layer 2 on the surface of a silicon substrate 1 having a step of 0.2 μm.
Glass) is laminated by a spin coating method to a thickness of 1 μm. Aluminum is deposited as a conductive layer 3 on the surface by sputtering to a thickness of 0.05 μm. PM as a sensitive layer 4 on the surface
MA (polymethyl methacrylate) is laminated to a thickness of 0.05 μm by a spin coating method. The flattening layer 2 is formed by spin-coating polyimide or organic photoresist in addition to SOG, or by laminating silicon oxide by sputtering or heat evaporation, and then CMP (Chemical Mechanical).
A material that has been flattened by a cal polishing method may be used. In addition, the conductive layer 3 may be formed by laminating a metal such as titanium, tungsten, copper, platinum, and gold by sputtering or heat evaporation in addition to aluminum. Titanium silica, polypyrrole, polythiophene, or the like may be formed by spin coating. They may be stacked. Further, the sensitive layer 4 may use another positive type electron beam resist. 1A, the distance between the tip of the probe 5 and the sensitive layer 4 is set to 1 nm to 10 n using, for example, an AFM.
while maintaining the voltage between the probe 4 and the conductive layer 3 from 5 V to 2
By applying 0 V and scanning the probe with 0.8 μm, a pattern having a width of 0.05 μm and a length of 0.85 μm is formed on the sensitive layer 4. At this time, the surface of the probe 5 is made conductive by covering titanium from 10 nm to 50 nm. The metal covering the probe 5 may be chromium, tungsten, platinum, or gold in addition to titanium. After forming the pattern, the pattern is developed, and the pattern formed on the sensitive layer 4 is transferred to the conductive layer 3 by reactive ion etching (hereinafter, referred to as “RIE”) (FIG. 1B). Further, the pattern of the conductive layer 3 thus manufactured is changed to R
It is transferred to the flattening layer 2 by IE (FIG. 1C). Finally, the substrate 1 is etched using the pattern transferred to the planarization layer 2 as a mask, so that the surface of the substrate 1 has a width of 0.06 μm.
m, a groove having a length of 0.9 μm can be manufactured.

【0012】また、感応層4としてPMMA等のポジ型
電子線レジストの代わりにポリ(グリシジルメタクリレ
ート)、ヨウ素化ポリスチレン等のネガ型電子線レジス
トをもちいて、同様な形成工程を行うことにより、基板
表面に幅0.06μm、長さ0.9μmの突起状パター
ンを作製することができる。また、レジストとしては通
常の電子線レジストの他に、光リソグラフィー用レジス
ト、X線リソグラフィー用レジストも使用することがで
きる。
Further, a negative type electron beam resist such as poly (glycidyl methacrylate) or iodinated polystyrene is used as the sensitive layer 4 instead of a positive type electron beam resist such as PMMA, and a similar forming process is performed to obtain a substrate. A projection pattern having a width of 0.06 μm and a length of 0.9 μm can be formed on the surface. As the resist, a resist for photolithography and a resist for X-ray lithography can be used in addition to a normal electron beam resist.

【0013】本実施例では基板1の加工表面を平坦化層
2で平坦化するため、走査プローブ微細加工装置の探針
5で直接描画する表面が平坦となり、探針の高速走査が
可能となる。更に、従来のSPリソグラフィーでは探針
と基板間に電圧を印加するが、本発明では、電圧を探針
から導電層に対して印加するため、基板、平坦化層、感
応層に伝導性がある必要はない。そのため、任意の基板
に対し、プロセスの容易性や、微細性など、用途に適し
た平坦化層、感応層を使用することができる。さらに、
平坦化した表面に感応層を積層するため、感応層の厚さ
を薄く均一にすることが容易になり、このことにより、
パターンを微細に精度よく作製することが可能となる。
In this embodiment, since the processed surface of the substrate 1 is flattened by the flattening layer 2, the surface directly drawn by the probe 5 of the scanning probe fine processing apparatus becomes flat, and high-speed scanning of the probe becomes possible. . Further, in the conventional SP lithography, a voltage is applied between the probe and the substrate. In the present invention, since the voltage is applied from the probe to the conductive layer, the substrate, the planarizing layer, and the sensitive layer have conductivity. No need. Therefore, a flattening layer and a sensitive layer suitable for use, such as ease of processing and fineness, can be used for any substrate. further,
Since the sensitive layer is laminated on the flattened surface, it is easy to make the thickness of the sensitive layer thin and uniform.
It becomes possible to produce a pattern finely and precisely.

【0014】(実施例2)本実施例では本発明に基づい
た2層構造のレジストを用いるパターン形成方法で段差
のある基板表面に突起状パターンを作製する方法につい
て説明する。図2(a)〜(c)は本実施例の要点を示
した工程図である。いずれの図も断面図である。
(Embodiment 2) In this embodiment, a method of forming a projecting pattern on a stepped substrate surface by a pattern forming method using a two-layer resist according to the present invention will be described. FIGS. 2A to 2C are process diagrams showing the main points of the present embodiment. Both figures are cross-sectional views.

【0015】図2(a)に示すように、感応層4にシリ
コン、チタン、クロムなど大気中で探針から電圧を印加
した際、酸素、あるいは水等の酸化剤により探針直下に
酸化物が生成する物質を用いる。導電層を用いず2層構
造とする。探針5から感応層4に電圧を印加することに
より探針5直下の感応層4に酸化物7を生成させ酸化物
7のパターンを作製する(図2(b))。それをマスク
にしてエッチングにより平坦化層2にパターンを転写し
(図2(c))、そのパターンをマスクとして、基板1
の表面にパターンを形成する。
As shown in FIG. 2A, when a voltage is applied to the sensitive layer 4 from the probe in the atmosphere of silicon, titanium, chromium, etc., an oxide is formed immediately below the probe by an oxidizing agent such as oxygen or water. The substance produced by is used. A two-layer structure is used without using a conductive layer. By applying a voltage from the probe 5 to the sensitive layer 4, an oxide 7 is generated in the sensitive layer 4 immediately below the probe 5 to form a pattern of the oxide 7 (FIG. 2B). Using the mask as a mask, a pattern is transferred to the flattening layer 2 by etching (FIG. 2C).
To form a pattern on the surface.

【0016】以下さらに詳細に本実施例を示す。0.2
μmの段差のあるシリコンの基板1の表面に実施例1と
同様に平坦化層2として有機フォトレジストを回転塗布
法により1μm積層し、その表面に感応層4としてシリ
コンをスパッタ法により0.10μm積層する。平坦化
層2には、有機フォトレジストのほかにポリイミド、S
OGを回転塗布で、あるいは酸化シリコンをスパッタ
法、あるいは加熱蒸着法で積層した後をCMP法で平坦
化したものを使用しても良い。また、感応層4はシリコ
ンの他、チタン、クロム等の大気中で探針から電圧を印
加した際、大気中の酸素、あるいは表面に付着した水に
より探針直下に酸化物が生成する物質をスパッタ法、あ
るいは加熱蒸着法で積層しても良い。このようにして作
製したものに対し、図2(a)のように探針5の先端と
感応層4の間の距離を1nmから10nmに保ちながら
探針5と感応層4間に電圧を3Vから10V印加して探
針を0.8μm走査することにより感応層4に幅0.0
5μm、長さ0.85μmの酸化シリコンのパターンを
作製する。この際、探針5の表面は実施例1と同様にチ
タンを10nmから50nm被覆している。探針を被覆
する金属はチタンの他、クロム、タングステン、白金、
金でも良い。その後、作製した酸化シリコンのパターン
をマスクとしてRIEで感応層4に作製したパターンを
転写する(図2(b))。さらに、このようにして作製
した感応層4のパターンをRIEで平坦化層2に転写す
る(図2(c))。最後に平坦化層2に転写されたパタ
ーンをマスクとして基板1をエッチングすることによ
り、基板1表面に幅0.06μm、長さ0.9μmの突
起状パターンを作製することができる。
The present embodiment will be described in further detail below. 0.2
An organic photoresist is deposited as a planarizing layer 2 on the surface of a silicon substrate 1 having a step of μm by 1 μm by a spin coating method in the same manner as in Example 1, and silicon is applied on the surface as a sensitive layer 4 by a sputtering method to 0.10 μm. Laminate. The flattening layer 2 includes polyimide, S
A layer obtained by laminating OG by spin coating or by laminating silicon oxide by sputtering or heating evaporation and flattening by CMP may be used. The sensitive layer 4 is formed of a material other than silicon, such as titanium, chromium, or the like, which generates an oxide immediately below the probe due to oxygen in the atmosphere or water attached to the surface when a voltage is applied from the probe in the atmosphere. Lamination may be performed by a sputtering method or a heating evaporation method. 2A, a voltage of 3 V was applied between the probe 5 and the sensitive layer 4 while maintaining the distance between the tip of the probe 5 and the sensitive layer 4 at 1 nm to 10 nm as shown in FIG. By applying a voltage of 10 V and scanning the probe with 0.8 μm, a width of 0.0
A silicon oxide pattern having a thickness of 5 μm and a length of 0.85 μm is formed. At this time, the surface of the probe 5 is coated with titanium in a thickness of 10 nm to 50 nm as in the first embodiment. The metal covering the probe is chromium, tungsten, platinum,
It can be gold. After that, the prepared pattern is transferred to the sensitive layer 4 by RIE using the prepared silicon oxide pattern as a mask (FIG. 2B). Further, the pattern of the sensitive layer 4 thus manufactured is transferred to the flattening layer 2 by RIE (FIG. 2C). Finally, by etching the substrate 1 using the pattern transferred to the planarization layer 2 as a mask, a projection pattern having a width of 0.06 μm and a length of 0.9 μm can be formed on the surface of the substrate 1.

【0017】(実施例3)本実施例では本発明に基づい
た2層構造のレジストを用いるパターン形成方法で段差
のある基板表面に溝状パターンを作製する方法について
説明する。図3(a)〜(c)は本実施例の要点を示し
た工程図である。いずれの図も断面図である。
(Embodiment 3) In this embodiment, a method of forming a groove pattern on a stepped substrate surface by a pattern forming method using a two-layer resist according to the present invention will be described. FIGS. 3A to 3C are process diagrams showing the main points of the present embodiment. Both figures are cross-sectional views.

【0018】0.2μmの段差のあるシリコン基板1の
表面に実施例2と同様に平坦化層2としてSOGを回転
塗布法により1μm積層し、その表面に感応層4として
シリコンをスパッタ法により0.01μm積層する。平
坦化層2には、実施例1と同様SOGのほかにポリイミ
ド、ノボラック系レジストを回転塗布で、あるいは酸化
シリコンをスパッタ法、あるいは加熱蒸着法で積層した
後をCMP法で平坦化したものを使用しても良い。ま
た、感応層はシリコンの他、ニオブ、チタン、クロム等
の大気中で探針から電圧を印加した際、大気中の酸素、
あるいは表面に付着した水により探針直下に酸化物が生
成する物質をスパッタ法、あるいは加熱蒸着法で積層し
ても良い。このようにして作製したものに対し、図3
(a)のように探針5の先端と感応層4の間の距離を1
nmから10nmに保ちながら探針5と感応層4の間に
電圧を10Vから50V印加して探針5を0.8μm走
査することにより感応層4に幅0.1μm、長さ0.9
μm、深さ0.01μmの酸化シリコンのパターンを作
製する。この際、探針5の表面は実施例1と同様にチタ
ンを10nmから50nm被覆している。探針を被覆す
る金属はチタンの他、クロム、タングステン、白金、金
でも良い。その後、フッ化水素酸溶液を用い感応層4よ
り酸化シリコンのパターンを取り除くことにより感応層
4の表面に幅0.1μm、長さ0.9μmの溝のパター
ンを作製する(図3(b))。さらに、このようにして
作製した感応層4のパターンを酸素を用いたRIEで平
坦化層2に転写する(図3(c))。最後に平坦化層2
に転写されたパターンをマスクとして基板1をエッチン
グすることにより、基板1の表面に幅0.08μm、長
さ0.8μmの突起状パターンを作製することができ
る。
On the surface of a silicon substrate 1 having a step of 0.2 μm, 1 μm of SOG is deposited as a planarizing layer 2 by a spin coating method in the same manner as in Embodiment 2, and silicon is applied as a sensitive layer 4 on the surface by sputtering to form a surface layer. .01 μm. As the flattening layer 2, in addition to SOG, a layer obtained by laminating a polyimide or a novolak-based resist by spin coating, or by laminating silicon oxide by a sputtering method or a heating evaporation method and flattening by a CMP method as in the first embodiment is used. May be used. In addition, when a voltage is applied from a probe in the atmosphere of niobium, titanium, chromium, etc., in addition to silicon, the sensitive layer is exposed to oxygen in the atmosphere,
Alternatively, a substance in which an oxide is generated immediately below the probe by water adhering to the surface may be stacked by a sputtering method or a heating evaporation method. Fig. 3
As shown in (a), the distance between the tip of the probe 5 and the sensitive layer 4 is 1
A voltage of 10 V to 50 V is applied between the probe 5 and the sensitive layer 4 while keeping the thickness from 10 nm to 10 nm, and the probe 5 is scanned by 0.8 μm to apply 0.1 μm width and 0.9 μm length to the sensitive layer 4.
A silicon oxide pattern having a thickness of μm and a depth of 0.01 μm is formed. At this time, the surface of the probe 5 is coated with titanium in a thickness of 10 nm to 50 nm as in the first embodiment. The metal covering the probe may be chromium, tungsten, platinum, or gold in addition to titanium. Thereafter, the pattern of the silicon oxide is removed from the sensitive layer 4 using a hydrofluoric acid solution to form a groove pattern having a width of 0.1 μm and a length of 0.9 μm on the surface of the sensitive layer 4 (FIG. 3B). ). Further, the pattern of the sensitive layer 4 thus manufactured is transferred to the flattening layer 2 by RIE using oxygen (FIG. 3C). Finally, planarization layer 2
By etching the substrate 1 using the pattern transferred to the substrate as a mask, a projection pattern having a width of 0.08 μm and a length of 0.8 μm can be formed on the surface of the substrate 1.

【0019】レジストを多層構造にしてリソグラフィー
を行う技術は光リソグラフィー、電子線リソグラフィー
ではそれぞれ多重反射効果、チャージアップを防ぐ方法
として知られている(例えば、特開平2ー114624
号公報)。本発明ではSPリソグラフィーでレジストを
多層構造にすることにより、平坦化層で加工表面を平坦
化し、探針を高速走査可能とし、レジスト層から探針に
対して電圧を印加することにより高精度、微細パターン
を作製可能としている。
The technique of performing lithography with a resist having a multilayer structure is known in optical lithography and electron beam lithography as a method for preventing the multiple reflection effect and charge-up, respectively (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-114624).
No.). In the present invention, by forming a resist into a multilayer structure by SP lithography, a processed surface is flattened by a flattening layer, a probe can be scanned at high speed, and a voltage is applied to the probe from the resist layer to achieve high precision. A fine pattern can be produced.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、現在の光リソグラフィ
ーでは加工困難な微細加工をすることができる。
According to the present invention, it is possible to perform fine processing which is difficult to process with current optical lithography.

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

【図1】3層レジスト構造を用いた本発明のパターン形
成方法を示すもので、(a)は描画工程、(b)は導電
層への転写、および(c)は平坦層への転写を示す概略
図。
FIG. 1 shows a pattern forming method of the present invention using a three-layer resist structure, in which (a) shows a drawing step, (b) shows a transfer to a conductive layer, and (c) shows a transfer to a flat layer. FIG.

【図2】2層レジスト構造を用いた本発明のパターン形
成方法を示すもので、(a)は酸化物の生成、(b)は
パターンの作製、および(c)はパターンの転写を示す
概略図。
FIG. 2 shows a pattern forming method of the present invention using a two-layer resist structure, in which (a) schematically shows generation of an oxide, (b) shows pattern production, and (c) shows pattern transfer. FIG.

【図3】実施例3の工程を示すもので、(a)は酸化シ
リコンのパターンの作製、(b)は酸化シリコンのパタ
ーンの除去による溝のパターンの作製、および(c)は
平坦層への転写を示す図。
FIGS. 3A and 3B show the steps of Example 3, in which FIG. 3A shows the formation of a silicon oxide pattern, FIG. 3B shows the formation of a groove pattern by removing the silicon oxide pattern, and FIG. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…平坦層、3…導電層、4…感応層、5…
探針、7…酸化物。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Flat layer, 3 ... Conductive layer, 4 ... Sensitive layer, 5 ...
Tip, 7 ... oxide.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも平坦化層と感応層とを有するレ
ジスト層を用いて、前記感応層にパターン形成手段によ
り電圧を印加することにより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。
1. A pattern forming method, wherein a pattern is formed by using a resist layer having at least a planarizing layer and a sensitive layer and applying a voltage to said sensitive layer by a pattern forming means.
【請求項2】前記レジスト層の前記平坦化層は、基板上
に形成されており、前記パターン形成手段は、走査プロ
ーブ顕微鏡の探針であることを特徴とする請求項1に記
載のパターン形成方法。
2. The pattern forming device according to claim 1, wherein said flattening layer of said resist layer is formed on a substrate, and said pattern forming means is a probe of a scanning probe microscope. Method.
【請求項3】基板上に形成された平坦化層と、前記平坦
化層の上に形成された導電層と、前記導電層の上に形成
された感応層と、を有する3層構造のレジスト層を用い
て、前記導電層にパターン形成手段により電圧を印加す
ることにより、前記感応層に第一のパターンを形成し、
前記第一のパターンに基づいて前記導電層に第二のパタ
ーンを形成し、前記第二のパターンに基づいて前記平坦
化層に第三のパターンを形成し、前記第三のパターンに
基づいて前記基板に第四の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。
3. A resist having a three-layer structure including a planarization layer formed on a substrate, a conductive layer formed on the planarization layer, and a sensitive layer formed on the conductive layer. By using a layer, a voltage is applied to the conductive layer by a pattern forming means to form a first pattern on the sensitive layer,
Forming a second pattern on the conductive layer based on the first pattern, forming a third pattern on the planarization layer based on the second pattern, based on the third pattern A pattern forming method, comprising: forming a fourth pattern on a substrate.
【請求項4】前記パターン形成手段は、走査プローブ顕
微鏡の探針であることを特徴とする請求項3に記載のパ
ターン形成方法。
4. The pattern forming method according to claim 3, wherein said pattern forming means is a probe of a scanning probe microscope.
【請求項5】前記平坦化層は、高解像度で異方性エッチ
ングができる材料であることを特徴とする請求項4に記
載のパターン形成方法。
5. The pattern forming method according to claim 4, wherein said flattening layer is made of a material which can be anisotropically etched with high resolution.
【請求項6】前記平坦化層は、有機塗布ガラス、ポリイ
ミド、有機フォトレジスト、または酸化シリコンである
ことを特徴とする請求項4に記載のパターン形成方法。
6. The pattern forming method according to claim 4, wherein the flattening layer is made of an organic coated glass, polyimide, organic photoresist, or silicon oxide.
【請求項7】前記導電層は、厚さの均一性の高い薄膜が
作成でき、高解像度で異方性エッチングができる材料で
あることを特徴とする請求項4に記載のパターン形成方
法。
7. The pattern forming method according to claim 4, wherein said conductive layer is a material capable of forming a thin film having a high uniformity in thickness and capable of performing anisotropic etching with high resolution.
【請求項8】前記導電層は、アルミニウム、チタン、タ
ングステン、銅、白金、金、チタンシリカ、ポリピロー
ル、またはポリチオフェンであることを特徴とする請求
項4に記載のパターン形成方法。
8. The pattern forming method according to claim 4, wherein said conductive layer is made of aluminum, titanium, tungsten, copper, platinum, gold, titanium silica, polypyrrole, or polythiophene.
【請求項9】前記感応層は、厚さの均一性の高い薄膜が
容易に作成できるレジスト材料であることを特徴とする
請求項4に記載のパターン形成方法。
9. The pattern forming method according to claim 4, wherein said sensitive layer is a resist material from which a thin film having a uniform thickness can be easily formed.
【請求項10】前記感応層は、ポリアクリル酸メチル、
ポリグリシジルメタクリレートまたはヨウ素化ポリスチ
レンであることを特徴とする請求項4に記載のパターン
形成方法。
10. The sensitive layer comprises polymethyl acrylate,
The pattern forming method according to claim 4, wherein the method is polyglycidyl methacrylate or iodinated polystyrene.
【請求項11】基板上に形成された平坦化層と、前記平
坦化層の上に形成された感応層と、を有する2層構造の
レジスト層を用いて、前記感応層にパターン形成手段に
より電圧を印加することにより、前記感応層に第一のパ
ターンを形成し、前記第一のパターンに基づいて前記平
坦化層に第二のパターンを形成し、前記第二のパターン
に基づいて前記基板に第三の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。
11. A resist layer having a two-layer structure having a flattening layer formed on a substrate and a sensitive layer formed on the flattening layer. By applying a voltage, a first pattern is formed on the sensitive layer, a second pattern is formed on the planarization layer based on the first pattern, and the substrate is formed based on the second pattern. Forming a third pattern on the substrate.
【請求項12】前記パターン形成手段は、走査プローブ
顕微鏡の探針であることを特徴とする請求項11に記載
のパターン形成方法。
12. The pattern forming method according to claim 11, wherein said pattern forming means is a probe of a scanning probe microscope.
【請求項13】前記平坦化層は、高解像度で異方性エッ
チングができる材料であることを特徴とする請求項12
に記載のパターン形成方法。
13. The flattening layer according to claim 12, wherein the flattening layer is made of a material capable of performing anisotropic etching with high resolution.
4. The pattern forming method according to 1.
【請求項14】前記平坦化層は、有機塗布ガラス、ポリ
イミド、有機フォトレジスト、または酸化シリコンであ
ることを特徴とする請求項12に記載のパターン形成方
法。
14. The pattern forming method according to claim 12, wherein the flattening layer is made of organic coated glass, polyimide, organic photoresist, or silicon oxide.
【請求項15】前記感応層は、酸素、または水により酸
化物が生成する材料であることを特徴とする請求項12
に記載のパターン形成方法。
15. The apparatus according to claim 12, wherein the sensitive layer is made of a material whose oxide is generated by oxygen or water.
4. The pattern forming method according to 1.
【請求項16】前記感応層は、シリコン、ニオブ、チタ
ン、またはクロムであることを特徴とする請求項12に
記載のパターン形成方法。
16. The pattern forming method according to claim 12, wherein said sensitive layer is made of silicon, niobium, titanium or chromium.
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