JP2008155357A - Structural body and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも金属層を含む構造体の製造方法および該製造方法により製造される構造体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a structure including at least a metal layer, and a structure manufactured by the manufacturing method.
近年、微細な構造体を作製する技術は、多様な分野への応用が期待されることから、活発に研究開発が行われている。たとえばナノメートルサイズの構造を有する構造体(ナノ材料)は、それぞれ対応するバルク材料とは異なる物理的・化学的特性を示すため、基礎研究および応用研究の両研究面から大きな注目を集めている。例えば、シリンダ状等の中空の三次元構造を有するナノ材料は、包接化学、電気化学、材料、生医学、センサ、触媒、分離技術等を含む様々な分野で役立つことが期待されている。また、ライン状の微細パターンを作製する技術は、集積回路の作製と高集積化に直結するため、半導体分野等において極めて活発に研究開発が行われている。
従来の、微細な構造体の製造方法としては、鋳型法と呼ばれる手法や、リソグラフィー法を用いる方法などが知られている。例えば非特許文献1には、鋳型微粒子を溶液に分散させて、該鋳型微粒子の表面を薄膜で被覆した後、鋳型微粒子を除去することによって、球状カプセル型の中空三次元構造を有するナノ材料を製造する方法が提案されている。
また、本出願人等は、ナノパターンが形成された鋳型表面を、金属酸化物膜や、金属酸化物と有機化合物との複合膜で被覆し、最終的に該鋳型を除去することによりナノ構造体を製造する方法を提案している(特許文献1〜2参照。)。
In recent years, a technique for manufacturing a fine structure has been actively researched and developed because it is expected to be applied to various fields. For example, structures with nanometer-sized structures (nanomaterials), which have different physical and chemical properties from the corresponding bulk materials, are attracting considerable attention from both basic and applied research aspects. . For example, a nanomaterial having a hollow three-dimensional structure such as a cylinder is expected to be useful in various fields including inclusion chemistry, electrochemistry, materials, biomedicine, sensors, catalysts, separation techniques, and the like. In addition, since the technology for producing a line-shaped fine pattern is directly related to the production and high integration of an integrated circuit, research and development is being actively conducted in the semiconductor field and the like.
As a conventional method for manufacturing a fine structure, a technique called a mold method, a method using a lithography method, and the like are known. For example, Non-Patent
Further, the present applicants coated the nanopattern-formed template surface with a metal oxide film or a composite film of a metal oxide and an organic compound, and finally removed the template to form a nanostructure. The method of manufacturing a body is proposed (refer to
金属の微細構造体を作成する方法としては、(1)金属層上にリソグラフィー法によって微細パターンを形成し、該微細パターンをマスクとして金属層をエッチングする方法、(2)リソグラフィー法によって形成された微細パターンに金属めっきを施す方法等が知られている。
しかし、これまでの方法では、少なくとも一部がナノメートルレベルの寸法の構造体(ナノ構造体)、たとえばナノメートル〜数十ナノメートル程度の厚さの金属層で構成される構造体を作成することは難しい。たとえば上記(1)の方法では、ナノサイズの微細パターンの形成自体が非常に困難であることはもちろん、形成できたとしても、該微細パターンのエッチング耐性が低く、金属基材との間のエッチング選択比が問題になり、微細構造体を得ることは難しい。また、上記(2)の方法では、上記(1)の場合と同様、微細パターンの形成自体が非常に困難であり、また、そのような微細パターンに対してめっきを施すことも難しい。特に、アスペクト比(幅に対する高さの比)の大きい構造体、たとえばライン状、柱状等の構造体を、基材上に自己支持的に保持された状態、つまり支えがなくても基材から直立した状態が保持されるように形成することは極めて困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、金属層を含む微細な構造体を簡便に製造できる製造方法および該製造方法により製造される構造体を提供することを目的とする。
However, in the conventional method, a structure having at least a part of a nanometer-sized structure (nanostructure), for example, a metal layer having a thickness of about nanometers to several tens of nanometers is created. It ’s difficult. For example, in the above method (1), it is very difficult to form a nano-sized fine pattern itself. Even if it can be formed, the etching resistance of the fine pattern is low, and etching with a metal substrate is difficult. The selectivity becomes a problem, and it is difficult to obtain a fine structure. In the method (2), as in the case (1), it is very difficult to form a fine pattern, and it is also difficult to perform plating on such a fine pattern. In particular, a structure having a large aspect ratio (ratio of height to width), such as a line-like or columnar structure, is held in a self-supporting manner on the substrate, that is, from the substrate without support. It is extremely difficult to form an upright state.
This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the manufacturing method which can manufacture the fine structure containing a metal layer easily, and the structure manufactured by this manufacturing method.
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第一の態様は、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、前記鋳型の一部または全部を除去する工程とを行うことにより、前記基材上に構造体を形成することを特徴とする構造体の製造方法である。
本発明の第二の態様は、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部を除去する工程とを行うことにより、前記基材上に構造体を形成することを特徴とする構造体の製造方法である。
本発明の第三の態様は、前記第一の態様または第二の態様の構造体の製造方法により製造される構造体である。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
That is, the first aspect of the present invention includes a step of forming a coating film including a metal layer formed by electroless plating on at least the surface of a mold provided on a substrate; A structure manufacturing method is characterized in that a structure is formed on the substrate by performing a step of removing a part or all of the template while leaving a part or all of the template.
The second aspect of the present invention includes a step of forming a coating film including a metal layer formed by electroless plating on at least a surface of a mold provided on a substrate, and a part of the coating film The structure is formed on the base material by performing the step of removing the structure.
A third aspect of the present invention is a structure manufactured by the structure manufacturing method of the first aspect or the second aspect.
本発明によれば、金属層を含む微細な構造体を簡便に製造できる製造方法および該製造方法により製造される構造体を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method which can manufacture the fine structure containing a metal layer easily, and the structure manufactured by this manufacturing method can be provided.
≪構造体の製造方法≫
本発明の第一の態様の構造体の製造方法(以下、本発明の製造方法(1)ということがある。)は、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程(以下、被覆膜形成工程という。)と、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、前記鋳型の一部または全部を除去する工程(鋳型除去工程)とを行うことにより、前記基材上に構造体を形成することを特徴とする。
≪Structure manufacturing method≫
The structure production method of the first aspect of the present invention (hereinafter sometimes referred to as the production method (1) of the present invention) is carried out by electroless plating on at least the surface of the mold provided on the substrate. A step of forming a coating film including a metal layer to be formed (hereinafter referred to as a coating film forming step), and removing a part or all of the mold while leaving a part or all of the coating film. The structure is formed on the base material by performing the step of performing (mold removing step).
以下、各工程とそこで用いられる材料について、より詳細に説明する。
<基材、鋳型>
本発明の製造方法(1)では、まず、鋳型が設けられた基材を用意する。
基材は、その上に鋳型が形成できるものであれば、その種類は特に限定されず、たとえばシリコン、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属、ガラス、酸化チタン、シリカ、マイカなどの無機物からなる基材、アクリル板、ポリスチレン、セルロース、セルロースアセテート、フェノール樹脂などの有機化合物からなる基材などが代表的である。また、基材は、その表面に、有機系または無機系の反射防止膜が設けられていてもよい。
特に、無電解めっきを行った際に、基材表面に金属層が形成されにくく、鋳型表面により選択的に金属層が形成される(めっき選択性に優れる)ことから、シリコン基板、グラファイト、テフロン(登録商標)、アクリル板、ポリスチレン、フェノール樹脂等が基材として好適である。
基材の大きさ、形状等は特に限定はない。基材は必ずしも平滑な表面を有する必要はなく、様々な材質や形状の基材を適宜選択することができる。例えば、曲面を有する基材、表面が凹凸形状の平板、薄片状などの様々な形状のものまで多様に用いることができる。
Hereafter, each process and the material used there are demonstrated in detail.
<Base material, mold>
In the production method (1) of the present invention, first, a base material provided with a mold is prepared.
The type of substrate is not particularly limited as long as a mold can be formed thereon. For example, from a metal such as silicon, copper, chromium, iron, and aluminum, an inorganic material such as glass, titanium oxide, silica, and mica. Typically, a base material made of an organic compound such as an acrylic plate, polystyrene, cellulose, cellulose acetate, or phenol resin is used. The base material may be provided with an organic or inorganic antireflection film on the surface thereof.
In particular, when performing electroless plating, it is difficult to form a metal layer on the surface of the substrate, and a metal layer is selectively formed on the mold surface (excellent plating selectivity), so that the silicon substrate, graphite, Teflon (Registered trademark), acrylic plate, polystyrene, phenol resin, and the like are suitable as the base material.
The size, shape, etc. of the substrate are not particularly limited. The base material does not necessarily have a smooth surface, and base materials of various materials and shapes can be appropriately selected. For example, a substrate having a curved surface, a flat plate having a concavo-convex shape, and various shapes such as a flake shape can be used.
鋳型としては、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではない。例えば、リソグラフィー法によって作製された鋳型や、コンタクトプリンティングで作製された鋳型、インプリンティングで作製された鋳型、機械的微細加工により作製された鋳型、LIGA(リソグラフィー、電気鍍金および鋳型成型(LIthographie Galvanoformung und Abformung)による鋳型、ビーム描画による鋳型等を採用できる。これらの中でも、リソグラフィー法によって作製された鋳型が好ましい。
また、鋳型としては、上記のような鋳型の表面に物理的処理および/または化学的処理をしてなる鋳型を採用してもよい。物理的処理および/または化学的処理としては、研磨、表面に薄膜を形成等の付着操作、プラズマ処理、溶媒処理、表面の化学的分解、熱処理、引き伸ばし処理等が挙げられる。
The mold is not particularly defined unless it deviates from the gist of the present invention. For example, a mold produced by lithography, a mold produced by contact printing, a mold produced by imprinting, a mold produced by mechanical microfabrication, LIGA (lithography, electroplating and mold molding (Lithographie Galvanformung und Abforming), a beam drawing mold, etc. Among these, a mold prepared by a lithography method is preferable.
Moreover, as a casting_mold | template, you may employ | adopt the casting_mold | template which carries out a physical process and / or a chemical process to the surface of the above casting_mold | templates. Examples of the physical treatment and / or chemical treatment include polishing, adhesion operation such as forming a thin film on the surface, plasma treatment, solvent treatment, chemical decomposition of the surface, heat treatment, stretching treatment, and the like.
鋳型の形状や大きさは、得ようとする構造体の形状や大きさに応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。
鋳型の形状の具体例としては、たとえば矩形、円柱、ホール、ラインおよびそれらのネットワーク構造や分岐構造、多角形およびそれらの複合/繰り返し構造、集積回路などに見られるような回路状構造、格子形状を採用することができる。
たとえばライン形状の構造体を得ようとする場合、鋳型として、断面矩形状のラインパターンを形成することが好ましい。この場合、後述するように、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、該基材上に、ライン形状(幅が被覆膜の厚さであり、高さが、残った側壁部分の高さであるライン)の構造体が形成される。
また、たとえばシリンダ(筒)状の構造体を得ようとする場合、鋳型として、ホールパターンまたは柱状のパターンを形成することが好ましい。この場合、後述するように、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、ホールの内径と同じ外径のシリンダ形状の構造体が得られる。
The shape and size of the mold may be appropriately set according to the shape and size of the structure to be obtained, and is not particularly limited.
Specific examples of the shape of the mold include, for example, rectangular shapes, cylinders, holes, lines and their network structures and branch structures, polygons and their composite / repetitive structures, circuit structures such as those found in integrated circuits, and lattice shapes. Can be adopted.
For example, when trying to obtain a line-shaped structure, it is preferable to form a line pattern having a rectangular cross section as a mold. In this case, as will be described later, a coating film is formed on the surface of the mold, and after removing the upper end of the coating film, the mold is removed, so that only the side wall portion of the coating film remains on the substrate. . As a result, a structure having a line shape (a line in which the width is the thickness of the coating film and the height is the height of the remaining side wall portion) is formed on the base material.
For example, when obtaining a cylinder (cylinder) -like structure, it is preferable to form a hole pattern or a columnar pattern as a mold. In this case, as will be described later, a coating film is formed on the surface of the mold, and after removing the upper end of the coating film, the mold is removed, so that only the side wall portion of the coating film remains on the substrate. . As a result, a cylinder-shaped structure having the same outer diameter as the inner diameter of the hole is obtained.
鋳型を形成するための材料(鋳型形成用材料)としては、特に限定されず、パターン形成方法に適した材料を適宜選択すればよい。以下、本発明において好ましく用いられる鋳型形成用材料について説明する。 The material for forming the mold (mold forming material) is not particularly limited, and a material suitable for the pattern forming method may be appropriately selected. Hereinafter, the mold forming material preferably used in the present invention will be described.
[鋳型形成用材料]
本発明において、鋳型を形成するための材料(鋳型形成用材料)としては、分子量が500以上の有機化合物を含有する鋳型形成用材料が好ましく用いられる。該有機化合物の分子量が500以上であると、強度、形状等に優れた鋳型を形成できる。また、ナノレベルのサイズの鋳型を形成しやすい。また、かかる鋳型形成用材料を用いて形成された鋳型が、水素ガス等によるエッチングによって除去しやすいという利点も有する。
前記有機化合物としては、一般的に膜形成用材料の基材成分として用いられているものが利用できる。ここで、「基材成分」とは、膜形成能を有する有機化合物である。
前記有機化合物は、分子量が500以上2000以下の低分子量の有機化合物(以下、低分子化合物という。)と、分子量が2000より大きい高分子量の高分子化合物とに大別される。前記低分子化合物としては、通常、非重合体が用いられる。高分子化合物としては、通常、樹脂(重合体、共重合体)が用いられ、その場合は、「分子量」として、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の質量平均分子量を用いるものとする。以下、単に「樹脂」という場合は、分子量が2000以上のものを示すものとする。
[Mold forming material]
In the present invention, as a material for forming a template (template forming material), a template forming material containing an organic compound having a molecular weight of 500 or more is preferably used. When the molecular weight of the organic compound is 500 or more, a template excellent in strength, shape and the like can be formed. Moreover, it is easy to form a nano-sized template. In addition, there is an advantage that a mold formed using such a mold forming material can be easily removed by etching with hydrogen gas or the like.
As said organic compound, what is generally used as a base-material component of the film forming material can be utilized. Here, the “base material component” is an organic compound having a film forming ability.
The organic compounds are roughly classified into low molecular weight organic compounds having a molecular weight of 500 or more and 2,000 or less (hereinafter referred to as low molecular compounds) and high molecular weight compounds having a molecular weight of more than 2000. As the low molecular weight compound, a non-polymer is usually used. As the polymer compound, a resin (polymer, copolymer) is usually used, and in that case, a polystyrene-reduced mass average molecular weight by GPC (gel permeation chromatography) is used as the “molecular weight”. . Hereinafter, when the term “resin” is simply used, the molecular weight is 2000 or more.
前記有機化合物としては、特に、鋳型表面に金属層を形成しやすいことから、親水性基を有するものが好ましい。
前記親水性基として、好ましくは水酸基、カルボキシ基、カルボニル基、エステル基、アミノ基、アミド基からなる群から選択される1種以上が用いられる。これらの内、水酸基(特にはアルコール性水酸基またはフェノール性水酸基)、カルボキシ基、エステル基がより好ましい。中でもカルボキシ基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基からなる群から選択される1種以上が好ましい。
前記有機化合物が高分子化合物の場合、親水性基を、0.2当量以上有することが好ましく、0.5〜0.8当量有することがより好ましい。これは、高分子化合物が親水性基を有する構成単位とそれ以外の構成単位からなるものである場合には、前者の構成単位が20モル%以上、より好ましくは50〜80モル%であることを意味する。
前記有機化合物が低分子化合物の場合、親水性基を、該低分子化合物の1分子当たり1〜20当量有することが好ましく、より好ましくは2〜10当量の範囲である。ここでの、例えば「1分子当たり1〜20当量の親水性基を有する」とは、1分子中に親水性基が1〜20個存在することを意味する。
Especially as said organic compound, since it is easy to form a metal layer on the casting_mold | template surface, what has a hydrophilic group is preferable.
As the hydrophilic group, at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carboxy group, a carbonyl group, an ester group, an amino group, and an amide group is preferably used. Of these, hydroxyl groups (particularly alcoholic hydroxyl groups or phenolic hydroxyl groups), carboxy groups, and ester groups are more preferred. Among these, at least one selected from the group consisting of a carboxy group, an alcoholic hydroxyl group, and a phenolic hydroxyl group is preferable.
When the organic compound is a polymer compound, the hydrophilic group is preferably 0.2 equivalents or more, and more preferably 0.5 to 0.8 equivalents. In the case where the polymer compound is composed of a structural unit having a hydrophilic group and other structural units, the former structural unit is 20 mol% or more, more preferably 50 to 80 mol%. Means.
When the organic compound is a low molecular compound, the hydrophilic group preferably has 1 to 20 equivalents, more preferably 2 to 10 equivalents, per molecule of the low molecular compound. Here, for example, “having 1 to 20 equivalents of hydrophilic group per molecule” means that 1 to 20 hydrophilic groups are present in one molecule.
鋳型の形成方法としては、上述したように、リソグラフィー法が好ましく用いられる。
リソグラフィー法においては、感放射線性を有する材料であるレジスト組成物が用いられる。レジスト組成物としては、特に限定されず、これまで提案されている任意のレジスト組成物を適宜選択して用いればよい。レジスト組成物には、露光によりアルカリ溶解性が増大するポジ型と、露光によりアルカリ溶解性が低下するネガ型とがある。本発明においては、特にポジ型のレジスト組成物が好ましい。
As a template forming method, as described above, the lithography method is preferably used.
In the lithography method, a resist composition that is a material having radiation sensitivity is used. The resist composition is not particularly limited, and any resist composition proposed so far may be appropriately selected and used. Resist compositions include a positive type in which alkali solubility increases upon exposure and a negative type in which alkali solubility decreases upon exposure. In the present invention, a positive resist composition is particularly preferable.
レジスト組成物としては、感度、解像性等に優れることから、酸の作用によりアルカリ溶解性が変化する基材成分(A)(以下、(A)成分という)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、(B)成分という)とを含有する化学増幅型レジスト組成物が好ましい。
化学増幅型レジスト組成物としては、特に制限はなく、これまで提案されている多数の化学増幅型レジスト組成物のなかから適宜選択して用いることができる。該化学増幅型レジスト組成物としては、酸の作用によりアルカリ溶解性が変化する基材成分(A’)(以下、(A’)成分という。)および放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B’)(以下、(B’)成分という。)を含有するものが一般的である。
As a resist composition, since it is excellent in sensitivity, resolution, etc., a base component (A) (hereinafter referred to as (A) component) whose alkali solubility is changed by the action of an acid, and an acid is generated upon exposure. A chemically amplified resist composition containing an acid generator component (B) (hereinafter referred to as component (B)) is preferred.
There is no restriction | limiting in particular as a chemically amplified resist composition, It can select suitably from many chemically amplified resist compositions proposed until now and can use it. The chemically amplified resist composition includes a base component (A ′) whose alkali solubility is changed by the action of an acid (hereinafter referred to as “component (A ′)”) and an acid generator that generates an acid upon irradiation with radiation. What contains a component (B ') (henceforth (B') component) is common.
化学増幅型レジスト組成物がネガ型レジスト組成物である場合、(A’)成分としては、酸の作用によりアルカリ溶解性が減少する基材成分が用いられるもともに、当該ネガ型レジスト組成物にさらに架橋剤が配合される。
かかるネガ型レジスト組成物においては、露光により(B’)成分から酸が発生すると、当該酸の作用により(A’)成分と架橋剤との間で架橋が起こり、(A’)成分がアルカリ可溶性からアルカリ不溶性へと変化する。そのため、当該ネガ型レジスト組成物を基材上に塗布して得られる有機膜(レジスト膜)に対して選択的に露光すると、露光部はアルカリ不溶性へ転じる一方で、未露光部はアルカリ可溶性のまま変化しないため、アルカリ現像により未露光部のみが除去され、レジストパターン(鋳型)が形成される。
ネガ型レジスト組成物の(A’)成分としては、通常、アルカリ可溶性樹脂が用いられ、該アルカリ可溶性樹脂としては、α−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸、またはα−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸の低級アルキルエステルから選ばれる少なくとも一つから誘導される単位を有する樹脂が、膨潤の少ない良好なレジストパターンが形成でき、好ましい。なお、α−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸は、カルボキシ基が結合するα位の炭素原子に水素原子が結合しているアクリル酸と、このα位の炭素原子にヒドロキシアルキル基(好ましくは炭素数1〜5のヒドロキシアルキル基)が結合しているα−ヒドロキシアルキルアクリル酸の一方または両方を示す。
架橋剤としては、例えば、通常は、メチロール基またはアルコキシメチル基を有するグリコールウリルなどのアミノ系架橋剤を用いると、膨潤の少ない良好なレジストパターンが形成でき、好ましい。架橋剤の配合量は、アルカリ可溶性樹脂100質量部に対し、1〜50質量部であることが好ましい。
When the chemically amplified resist composition is a negative resist composition, as the component (A ′), a base material component whose alkali solubility is reduced by the action of an acid is used. Furthermore, a crosslinking agent is blended.
In such a negative resist composition, when an acid is generated from the component (B ′) by exposure, crosslinking occurs between the component (A ′) and the crosslinking agent by the action of the acid, and the component (A ′) is an alkali. Changes from soluble to insoluble in alkali. Therefore, when an organic film (resist film) obtained by applying the negative resist composition on a substrate is selectively exposed, the exposed portion turns to alkali-insoluble while the unexposed portion is alkali-soluble. Therefore, only the unexposed portion is removed by alkali development, and a resist pattern (template) is formed.
As the component (A ′) of the negative resist composition, an alkali-soluble resin is usually used. As the alkali-soluble resin, α- (hydroxyalkyl) acrylic acid, or lower of α- (hydroxyalkyl) acrylic acid is used. A resin having a unit derived from at least one selected from alkyl esters is preferable because it can form a good resist pattern with little swelling. Note that α- (hydroxyalkyl) acrylic acid includes acrylic acid in which a hydrogen atom is bonded to the α-position carbon atom to which the carboxy group is bonded, and a hydroxyalkyl group (preferably having 1 carbon atom) in the α-position carbon atom. One or both of [alpha] -hydroxyalkylacrylic acids to which (5) hydroxyalkyl groups) are attached.
As the crosslinking agent, for example, it is usually preferable to use an amino crosslinking agent such as glycoluril having a methylol group or an alkoxymethyl group because a good resist pattern with less swelling can be formed. It is preferable that the compounding quantity of a crosslinking agent is 1-50 mass parts with respect to 100 mass parts of alkali-soluble resin.
化学増幅型レジスト組成物がポジ型レジスト組成物である場合、(A’)成分としては、酸解離性溶解抑制基を有し、酸の作用によりアルカリ溶解性が増大する基材成分が用いられる。
かかるポジ型レジスト組成物は、露光前はアルカリ不溶性であり、露光により(B’)成分から酸が発生すると、当該酸の作用により酸解離性溶解抑制基が解離し、(A’)成分がアルカリ可溶性へと変化する。そのため、レジストパターンの形成において、当該ポジ型レジスト組成物を基材上に塗布して得られるレジスト膜に対して選択的に露光すると、露光部はアルカリ可溶性へ転じる一方で、未露光部はアルカリ不溶性のまま変化しないため、アルカリ現像により露光部のみが除去され、レジストパターンが形成される。
酸解離性溶解抑制基は、露光前の(A’)成分全体をアルカリ不溶とするアルカリ溶解抑制性を有すると同時に、露光後に(B’)成分から発生した酸の作用により解離し、(A’)成分全体をアルカリ可溶性へ変化させる基である。酸解離性溶解抑制基としては、特に限定されず、化学増幅型のポジ型レジスト組成物において用いられている任意のものであってよい。
When the chemically amplified resist composition is a positive resist composition, as the component (A ′), a base material component having an acid dissociable, dissolution inhibiting group and increasing alkali solubility by the action of an acid is used. .
Such a positive resist composition is insoluble in alkali before exposure. When an acid is generated from the component (B ′) by exposure, the acid dissociable, dissolution inhibiting group is dissociated by the action of the acid, and the component (A ′) Changes to alkali-soluble. Therefore, in the formation of the resist pattern, when the resist film obtained by applying the positive resist composition on the base material is selectively exposed, the exposed portion turns into alkali-soluble, while the unexposed portion becomes alkaline. Since it remains insoluble and does not change, only the exposed portion is removed by alkali development, and a resist pattern is formed.
The acid dissociable, dissolution inhibiting group has an alkali dissolution inhibiting property that makes the entire component (A ′) before exposure insoluble in alkali, and simultaneously dissociates by the action of an acid generated from the component (B ′) after exposure, and (A ') A group that changes the entire component to alkali-soluble. The acid dissociable, dissolution inhibiting group is not particularly limited, and may be any one used in a chemically amplified positive resist composition.
ポジ型レジスト組成物の(A’)成分としては、下記(A’−1)成分および/または(A’−2)成分がより好ましい。親水性基は酸解離性溶解抑制基を兼ねていてもよい。
・(A’−1)成分:酸解離性溶解抑制基を有する樹脂。
・(A’−2)成分:酸解離性溶解抑制基を有する低分子化合物。
以下、(A’−1)成分および(A’−2)成分の好ましい態様をより具体的に説明する。
As the (A ′) component of the positive resist composition, the following (A′-1) component and / or (A′-2) component is more preferable. The hydrophilic group may also serve as an acid dissociable, dissolution inhibiting group.
-(A'-1) component: Resin which has an acid dissociable, dissolution inhibiting group.
-(A'-2) component: a low molecular compound having an acid dissociable, dissolution inhibiting group.
Hereinafter, preferred embodiments of the component (A′-1) and the component (A′-2) will be described more specifically.
[(A’−1)成分]
(A’−1)成分としては、酸解離性溶解抑制基を有する構成単位を有する樹脂が挙げられ、特に、酸解離性溶解抑制基を有する構成単位と親水性基を有する構成単位とを有する樹脂が好ましい。
当該樹脂中の、前記酸解離性溶解抑制基を有する構成単位の割合は、当該樹脂を構成する全構成単位の合計量に対し、20〜80モル%であることが好ましく、20〜70モル%がより好ましく、30〜60モル%がさらに好ましい。
当該樹脂中の、前記親水性基を有する構成単位の割合は、当該樹脂を構成する全構成単位の合計量に対し、20〜80モル%であることが好ましく、20〜70モル%がより好ましく、20〜60モル%がさらに好ましい。
好ましくは、前記親水性基を有する構成単位が、カルボキシ基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基を有する構成単位であり、より好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、アルコール性水酸基を有する(α−低級アルキル)アクリル酸エステル、ヒドロキシスチレンから誘導される単位である。
[(A′-1) component]
Examples of the component (A′-1) include a resin having a structural unit having an acid dissociable dissolution inhibiting group, and in particular, a structural unit having an acid dissociable dissolution inhibiting group and a structural unit having a hydrophilic group. Resins are preferred.
The proportion of the structural unit having the acid dissociable, dissolution inhibiting group in the resin is preferably 20 to 80 mol% with respect to the total amount of all structural units constituting the resin. Is more preferable, and 30 to 60 mol% is more preferable.
The proportion of the structural unit having the hydrophilic group in the resin is preferably 20 to 80 mol%, more preferably 20 to 70 mol%, based on the total amount of all the structural units constituting the resin. 20 to 60 mol% is more preferable.
Preferably, the structural unit having a hydrophilic group is a structural unit having a carboxy group, an alcoholic hydroxyl group or a phenolic hydroxyl group, more preferably an acrylic acid, methacrylic acid or an alcoholic hydroxyl group (α-lower alkyl). A unit derived from an acrylate ester and hydroxystyrene.
(A’−1)成分として、より具体的には、酸解離性溶解抑制基を有するノボラック樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、(α−低級アルキル)アクリル酸エステル樹脂、ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位と(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位とを含有する共重合樹脂等が好適に用いられる。
なお、本明細書において、「ヒドロキシスチレン系樹脂」は、ヒドロキシスチレンまたはそのエステルから誘導される構成単位を含み、かつ(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を含まない樹脂である。また、「(α−低級アルキル)アクリル酸エステル樹脂」は、(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を含み、かつヒドロキシスチレンまたはそのエステルから誘導される構成単位を含まない樹脂である。
「ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位」とは、ヒドロキシスチレン又はα―低級アルキルヒドロキシスチレンのエチレン性2重結合が開裂して形成される構成単位であり、以下ヒドロキシスチレン単位ということがある。「α−低級アルキルヒドロキシスチレン」は、フェニル基が結合する炭素原子に低級アルキル基が結合していることを示す。
「(α−低級アルキル)アクリル酸」とは、アクリル酸(CH2=CH−COOH)およびα−低級アルキルアクリル酸の一方あるいは両方を示す。
α−低級アルキルアクリル酸は、アクリル酸におけるカルボニル基が結合している炭素原子に結合した水素原子が、低級アルキル基で置換されたものを示す。
「(α−低級アルキル)アクリル酸エステル」は「(α−低級アルキル)アクリル酸」のエステル誘導体であり、アクリル酸エステルおよびα−低級アルキルアクリル酸エステルの一方あるいは両方を示す。
「(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位」とは、(α−低級アルキル)アクリル酸エステルのエチレン性2重結合が開裂して形成される構成単位であり、以下(α−低級アルキル)アクリレート構成単位ということがある。「(α−低級アルキル)アクリレート」は、アクリレートおよびα−低級アルキルアクリレートの一方あるいは両方を示す。
「α−低級アルキルヒドロキシスチレンから誘導される構成単位」及び「α−低級アルキルアクリル酸エステルから誘導される構成単位」において、α位に結合している低級アルキル基は、炭素数1〜5のアルキル基であり、直鎖または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。工業的にはメチル基が好ましい。
More specifically, as the component (A′-1), a novolak resin having an acid dissociable, dissolution inhibiting group, a hydroxystyrene resin, an (α-lower alkyl) acrylate resin, and a structural unit derived from hydroxystyrene And a copolymer resin containing a structural unit derived from (α-lower alkyl) acrylic ester is preferably used.
In the present specification, the “hydroxystyrene-based resin” is a resin that includes a structural unit derived from hydroxystyrene or an ester thereof and does not include a structural unit derived from an (α-lower alkyl) acrylate ester. is there. The “(α-lower alkyl) acrylic ester resin” includes a structural unit derived from (α-lower alkyl) acrylic ester and does not include a structural unit derived from hydroxystyrene or an ester thereof. It is.
The “structural unit derived from hydroxystyrene” is a structural unit formed by cleaving an ethylenic double bond of hydroxystyrene or α-lower alkylhydroxystyrene, and may hereinafter be referred to as a hydroxystyrene unit. “Α-lower alkylhydroxystyrene” indicates that the lower alkyl group is bonded to the carbon atom to which the phenyl group is bonded.
“(Α-Lower alkyl) acrylic acid” refers to one or both of acrylic acid (CH 2 ═CH—COOH) and α-lower alkylacrylic acid.
α-Lower alkyl acrylic acid refers to one in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom to which a carbonyl group in acrylic acid is bonded is substituted with a lower alkyl group.
“(Α-Lower alkyl) acrylic acid ester” is an ester derivative of “(α-lower alkyl) acrylic acid” and represents one or both of acrylic acid ester and α-lower alkyl acrylic acid ester.
The “structural unit derived from (α-lower alkyl) acrylic acid ester” is a structural unit formed by cleavage of an ethylenic double bond of (α-lower alkyl) acrylic acid ester. -Lower alkyl) acrylate structural unit. “(Α-lower alkyl) acrylate” refers to one or both of acrylate and α-lower alkyl acrylate.
In the “structural unit derived from α-lower alkylhydroxystyrene” and the “structural unit derived from α-lower alkyl acrylate ester”, the lower alkyl group bonded to the α-position has 1 to 5 carbon atoms. An alkyl group, preferably a linear or branched alkyl group, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group Etc. Industrially, a methyl group is preferable.
(A’−1)成分として好適な樹脂としては、特に限定するものではないが、たとえば、下記(A’−11)成分、(A’−12)成分等が挙げられる。 The resin suitable as the component (A′-1) is not particularly limited, and examples thereof include the following components (A′-11) and (A′-12).
「(A’−11)成分」
(A’−11)成分は、フェノール性水酸基を有する構成単位および酸解離性溶解抑制基を有する構成単位を有する樹脂であり、該樹脂は、必要に応じてアルカリ不溶性の構成単位を有していてもよい。
フェノール性水酸基を有する構成単位としては、たとえば下記構成単位(a’1)が挙げられる。
酸解離性溶解抑制基を有する構成単位としては、たとえば下記構成単位(a’2)、構成単位(a’3)等が挙げられる。
アルカリ不溶性の構成単位としては、たとえば下記構成(a’4)等が挙げられる。
"(A'-11) component"
The component (A′-11) is a resin having a structural unit having a phenolic hydroxyl group and a structural unit having an acid dissociable, dissolution inhibiting group, and the resin has an alkali-insoluble structural unit as necessary. May be.
Examples of the structural unit having a phenolic hydroxyl group include the following structural unit (a′1).
Examples of the structural unit having an acid dissociable, dissolution inhibiting group include the following structural unit (a′2) and structural unit (a′3).
Examples of the alkali-insoluble constituent unit include the following constituent (a′4).
・・構成単位(a’1)
構成単位(a’1)は、ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位であり、好ましくは下記一般式(I’)で表される構成単位である。
..Structural unit (a'1)
The structural unit (a′1) is a structural unit derived from hydroxystyrene, and is preferably a structural unit represented by the following general formula (I ′).
Rのアルキル基として、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などの低級の直鎖状または分岐状のアルキル基が挙げられる。Rのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。Rのハロゲン化アルキル基としては、前記炭素数1〜5のアルキル基の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
Rとしては、水素原子または低級アルキル基であることが好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子またはメチル基であることが最も好ましい。
Rの説明は以下同様である。
−OHのベンゼン環への結合位置は、特に限定されるものではないが、式中に記載の4の位置(パラ位)が好ましい。
Specific examples of the alkyl group for R include lower linear chains such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, and neopentyl. Or a branched alkyl group. Examples of the halogen atom for R include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Examples of the halogenated alkyl group for R include groups in which some or all of the hydrogen atoms of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms have been substituted with the halogen atoms.
R is preferably a hydrogen atom or a lower alkyl group, and most preferably a hydrogen atom or a methyl group in terms of industrial availability.
The description of R is the same below.
The bonding position of —OH to the benzene ring is not particularly limited, but the position 4 (para position) described in the formula is preferred.
構成単位(a’1)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−11)成分中、構成単位(a’1)の割合は、(A’−11)成分を構成する全構成単位の合計量に対し、40〜80モル%であることが好ましく、50〜75モル%であることがより好ましい。40モル%以上とすることにより、アルカリ現像液に対する溶解性を向上させることができ、パターン形状の改善効果も得られる。80モル%以下とすることにより、他の構成単位とのバランスをとることができる。
The structural unit (a′1) can be used alone or in combination of two or more.
In the component (A′-11), the proportion of the structural unit (a′1) is preferably 40 to 80 mol% with respect to the total amount of all structural units constituting the component (A′-11). More preferably, it is 50-75 mol%. By setting it as 40 mol% or more, the solubility with respect to an alkali developing solution can be improved, and the improvement effect of a pattern shape is also acquired. The balance with other structural units can be taken by setting it as 80 mol% or less.
・・構成単位(a’2)
構成単位(a’2)は、下記一般式(II’)で表される。
..Structural unit (a'2)
The structural unit (a′2) is represented by the following general formula (II ′).
Xとしては、たとえば、第3級炭素原子を有するアルキル基であって、当該第3級アルキル基の第3級炭素原子がエステル基[−C(O)O−]に結合している酸離性溶解抑制基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基のような環状アセタール基などが挙げられる。
Xとしては、化学増幅型のポジ型レジスト組成物において用いられている酸解離性溶解抑制基の中から上記以外のものも任意に使用することができる。
X is, for example, an alkyl group having a tertiary carbon atom, wherein the tertiary carbon atom of the tertiary alkyl group is bonded to the ester group [—C (O) O—]. And a cyclic acetal group such as a tetrahydropyranyl group and a tetrahydrofuranyl group.
As X, those other than the above can be arbitrarily used from the acid dissociable, dissolution inhibiting groups used in the chemically amplified positive resist composition.
構成単位(a’2)として、例えば下記一般式(III’)で表されるもの等が好ましいものとして挙げられる。 As the structural unit (a′2), for example, those represented by general formula (III ′) shown below are preferred.
式中、Rは上記と同じであり、R11、R12、R13は、それぞれ独立にアルキル基(直鎖、分岐鎖のいずれでもよい。好ましくは炭素数1〜5のアルキル基である。)である。または、R11、R12、R13のうち、R11が低級アルキル基であり、R12とR13が結合して、単環または多環の脂肪族環式基を形成していてもよい。該脂肪族環式基の炭素数は好ましくは5〜12である。 In the formula, R is the same as described above, and R 11 , R 12 , and R 13 are each independently an alkyl group (which may be linear or branched. Preferably, it is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. ). Or, among R 11 , R 12 and R 13 , R 11 may be a lower alkyl group, and R 12 and R 13 may be bonded to form a monocyclic or polycyclic aliphatic cyclic group. . The aliphatic cyclic group preferably has 5 to 12 carbon atoms.
ここで、本明細書および特許請求の範囲において、「脂肪族」とは、芳香族に対する相対的な概念であって、芳香族性を持たない基、化合物等を意味するものとする。「脂肪族環式基」は、芳香族性を有する単環式基または多環式基であることを示す。
脂肪族環式基において、置換基を除いた基本の環の構造としては、炭素および水素からなる基(脂肪族炭化水素基)であってもよく、該脂肪族炭化水素基の環骨格上の炭素原子がヘテロ原子で置換された脂肪族複素環式基であってもよい。
脂肪族炭化水素基は、飽和または不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基;ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基や、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。これらの基は、その水素原子の一部または全部が置換基(例えば低級アルキル基、フッ素原子またはフッ素化アルキル基)で置換されていてもよい。
Here, in the present specification and claims, “aliphatic” is a relative concept with respect to aromatics, and means a group, a compound, or the like that does not have aromaticity. The “aliphatic cyclic group” indicates a monocyclic group or polycyclic group having aromaticity.
In the aliphatic cyclic group, the basic ring structure excluding the substituent may be a group consisting of carbon and hydrogen (aliphatic hydrocarbon group), and on the ring skeleton of the aliphatic hydrocarbon group. It may be an aliphatic heterocyclic group in which a carbon atom is substituted with a heteroatom.
The aliphatic hydrocarbon group may be saturated or unsaturated, but is usually preferably saturated. Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a group in which one or more hydrogen atoms have been removed from a monocycloalkane; one or more hydrogen atoms have been removed from a polycycloalkane such as a bicycloalkane, tricycloalkane, or tetracycloalkane. The group etc. can be illustrated. Specifically, a group obtained by removing one or more hydrogen atoms from a monocycloalkane such as cyclopentane or cyclohexane, or one or more polycycloalkanes such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, or tetracyclododecane. Examples include a group excluding a hydrogen atom. In these groups, some or all of the hydrogen atoms may be substituted with a substituent (for example, a lower alkyl group, a fluorine atom or a fluorinated alkyl group).
R11、R12、R13が脂肪族環式基を有さない場合には、例えばR11、R12、R13がいずれもメチル基であるものが好ましい。
R11、R12、R13のいずれかが脂肪族環式基を有する場合において、脂肪族環式基が単環の脂肪族環式基である場合は、構成単位(a’2)として、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基を有するもの等が好ましい。
脂肪族環式基が多環の脂環式基である場合、構成単位(a’2)として好ましいものとしては、例えば下記一般式(IV’)で表されるものを挙げることができる。
When R 11 , R 12 and R 13 do not have an aliphatic cyclic group, for example, it is preferable that R 11 , R 12 and R 13 are all methyl groups.
In the case where any of R 11 , R 12 and R 13 has an aliphatic cyclic group, when the aliphatic cyclic group is a monocyclic aliphatic cyclic group, as the structural unit (a′2), For example, those having a cyclopentyl group or a cyclohexyl group are preferred.
When the aliphatic cyclic group is a polycyclic alicyclic group, preferred examples of the structural unit (a′2) include those represented by the following general formula (IV ′).
また、多環の脂肪族環式基を含む酸解離性溶解抑制基を有するものとして、下記一般式(V’)で表されるものも好ましい。 Moreover, what is represented by the following general formula (V ') as a thing which has an acid dissociable, dissolution inhibiting group containing a polycyclic aliphatic cyclic group is also preferable.
構成単位(a’2)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−11)成分中、構成単位(a’2)の割合は、5〜50モル%が好ましく、10〜40モル%がより好ましく、10〜35モル%がさらに好ましい。
The structural unit (a′2) can be used alone or in combination of two or more.
In the component (A′-11), the proportion of the structural unit (a′2) is preferably 5 to 50 mol%, more preferably 10 to 40 mol%, and still more preferably 10 to 35 mol%.
・・構成単位(a’3)
構成単位(a’3)は、下記一般式(VI’)で表されるものである。
..Structural unit (a'3)
The structural unit (a′3) is represented by the following general formula (VI ′).
X’としては、たとえば、tert−ブチルオキシカルボニル基、tert−ペンチルオキシカルボニル基のような第3級アルキルオキシカルボニル基;tert−ブチルオキシカルボニルメチル基、tert−ブチルオキシカルボニルエチル基のような第3級アルキルオキシカルボニルアルキル基;tert−ブチル基、tert−ペンチル基などの第3級アルキル基;テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基などの環状アセタール基;エトキシエチル基、メトキシプロピル基などのアルコキシアルキル基などが挙げられる。これら中でも、tert―ブチルオキシカルボニル基、tert―ブチルオキシカルボニルメチル基、tert−ブチル基、テトラヒドロピラニル基、エトキシエチル基が好ましい。
X’としては、化学増幅型のポジ型レジスト組成物において用いられている酸解離性溶解抑制基の中から上記以外のものも任意に使用することができる。
一般式(VI’)において、ベンゼン環に結合している基(−OX’)の結合位置は特に限定するものではないが式中に示した4の位置(パラ位)が好ましい。
X ′ is, for example, a tertiary alkyloxycarbonyl group such as a tert-butyloxycarbonyl group or a tert-pentyloxycarbonyl group; a tertiary alkyloxycarbonyl group such as a tert-butyloxycarbonylmethyl group or a tert-butyloxycarbonylethyl group. Tertiary alkyloxycarbonylalkyl group; Tertiary alkyl group such as tert-butyl group and tert-pentyl group; Cyclic acetal group such as tetrahydropyranyl group and tetrahydrofuranyl group; Alkoxyalkyl such as ethoxyethyl group and methoxypropyl group Group and the like. Among these, a tert-butyloxycarbonyl group, a tert-butyloxycarbonylmethyl group, a tert-butyl group, a tetrahydropyranyl group, and an ethoxyethyl group are preferable.
As X ′, those other than the above can be arbitrarily used from the acid dissociable, dissolution inhibiting groups used in the chemically amplified positive resist composition.
In the general formula (VI ′), the bonding position of the group (—OX ′) bonded to the benzene ring is not particularly limited, but the position 4 (para position) shown in the formula is preferable.
構成単位(a’3)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−11)成分中、構成単位(a’3)の割合は、5〜50モル%が好ましく、10〜40モル%がより好ましく、10〜35モル%がさらに好ましい。
The structural unit (a′3) can be used alone or in combination of two or more.
In the component (A′-11), the proportion of the structural unit (a′3) is preferably 5 to 50 mol%, more preferably 10 to 40 mol%, and still more preferably 10 to 35 mol%.
・・構成単位(a’4)
構成単位(a’4)は、下記一般式(VII’)で表されるものである。
..Structural unit (a'4)
The structural unit (a′4) is represented by the following general formula (VII ′).
なお、R4’の低級アルキル基は、直鎖または分岐鎖のいずれでもよく、炭素数は好ましくは1〜5とされる。
n’は0または1〜3の整数を示すが、0であることが好ましい。
The lower alkyl group for R 4 ′ may be either a straight chain or a branched chain, and preferably has 1 to 5 carbon atoms.
n ′ represents 0 or an integer of 1 to 3, and is preferably 0.
構成単位(a’4)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−11)成分中、構成単位(a’4)の割合は、1〜40モル%が好ましく、5〜25モル%がより好ましい。1モル%以上とすることにより、形状の改善(特に膜減りの改善)の効果が高くなり、40モル%以下とすることにより、他の構成単位とのバランスをとることができる。
The structural unit (a′4) can be used alone or in combination of two or more.
In the component (A′-11), the proportion of the structural unit (a′4) is preferably 1 to 40 mol%, and more preferably 5 to 25 mol%. By setting it to 1 mol% or more, the effect of improving the shape (particularly improvement of film loss) is enhanced, and by setting it to 40 mol% or less, it is possible to balance with other structural units.
(A’−11)成分においては、前記構成単位(a’1)と、構成単位(a’2)および構成単位(a’3)からなる群より選ばれる少なくとも一つとを必須とし、任意に(a’4)を含んでもよい。また、これらの各構成単位を全て有する共重合体を用いてもよいし、これらの構成単位のいずれか1つ以上を有する重合体または共重合体との混合物としてもよい。又はこれらを組み合わせてもよい。
また、(A’−11)成分は、前記構成単位(a’1)、(a’2)、(a’3)、(a’4)以外のものを任意に含むことができるが、これらの構成単位の割合が80モル%以上、好ましくは90モル%以上(100モル%が最も好ましい)であることが好ましい。
In the component (A′-11), the structural unit (a′1) and at least one selected from the group consisting of the structural unit (a′2) and the structural unit (a′3) are essential, and optionally (A′4) may be included. In addition, a copolymer having all these structural units may be used, or a polymer or a mixture with any one or more of these structural units may be used. Or these may be combined.
Further, the component (A′-11) can optionally contain components other than the structural units (a′1), (a′2), (a′3), and (a′4). It is preferable that the proportion of the structural unit is 80 mol% or more, preferably 90 mol% or more (100 mol% is most preferred).
(A’−11)成分としては、特に、「前記構成単位(a’1)および(a’3)を有する共重合体のいずれか1種、または該共重合体の2種以上の混合物」、または、「構成単位(a’1)、(a’2)および(a’4)を有する共重合体のいずれか1種、または該共重合体の2種以上の混合物」を、それぞれ用いるか又は混合した態様が、簡便に効果が得られるため最も好ましい。また、耐熱性向上の点でも好ましい。
特には、第三級アルキルオキシカルボニル基で保護したポリヒドロキシスチレンと、1−アルコキシアルキル基で保護したポリヒドロキシスチレンとの混合物であることが好ましい。かかる混合を行う場合、各重合体の混合比(質量比)(第三級アルキルオキシカルボニル基で保護したポリヒドロキシスチレン/1−アルコキシアルキル基で保護したポリヒドロキシスチレン)は、例えば1/9〜9/1、好ましくは2/8〜8/2とされ、さらに好ましくは2/8〜5/5である。
As the component (A′-11), in particular, “any one of the copolymers having the structural units (a′1) and (a′3), or a mixture of two or more of the copolymers” Or “any one of the copolymers having the structural units (a′1), (a′2) and (a′4), or a mixture of two or more of the copolymers”, respectively. A mixed or mixed mode is most preferable because an effect can be easily obtained. Moreover, it is preferable also from the point of heat resistance improvement.
In particular, a mixture of polyhydroxystyrene protected with a tertiary alkyloxycarbonyl group and polyhydroxystyrene protected with a 1-alkoxyalkyl group is preferred. When such mixing is performed, the mixing ratio (mass ratio) of each polymer (polyhydroxystyrene protected with a tertiary alkyloxycarbonyl group / 1-polyhydroxystyrene protected with 1-alkoxyalkyl group) is, for example, 1/9 to The ratio is 9/1, preferably 2/8 to 8/2, and more preferably 2/8 to 5/5.
「(A’−12)成分」
(A’−12)成分は、酸解離性溶解抑制基を有する(α−低級アルキル)アクリル酸エステル樹脂であり、たとえば酸解離性溶解抑制基を含む(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’5)を有する樹脂が挙げられる。
(A’−12)成分においては、酸解離性溶解抑制基が、(B’)成分から発生した酸により解離すると、カルボキシ基が生成し、アルカリ溶解性が増大する。また、この生成したカルボキシ基の存在により、レジストパターン上に金属層を形成しやすくなる。
"(A'-12) component"
The component (A′-12) is an (α-lower alkyl) acrylate resin having an acid dissociable, dissolution inhibiting group, and is derived from, for example, an (α-lower alkyl) acrylate ester containing an acid dissociable, dissolution inhibiting group. And a resin having the structural unit (a′5).
In the component (A′-12), when the acid dissociable, dissolution inhibiting group is dissociated by the acid generated from the component (B ′), a carboxy group is generated, and the alkali solubility is increased. Further, the presence of the generated carboxy group facilitates the formation of a metal layer on the resist pattern.
・・構成単位(a’5)
酸解離性溶解抑制基としては、例えばArFエキシマレーザーのレジスト組成物用の樹脂において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。一般的には、(α−低級アルキル)アクリル酸のカルボキシ基と環状または鎖状の第3級アルキルエステルを形成する基、または環状または鎖状のアルコキシアルキル基などが広く知られている。
ここで、「第3級アルキルエステルを形成する基」とは、アクリル酸のカルボキシ基の水素原子と置換することによりエステルを形成する基である。すなわちアクリル酸エステルのカルボニルオキシ基[−C(O)−O−]の末端の酸素原子に、鎖状または環状の第3級アルキル基の第3級炭素原子が結合している構造を示す。この第3級アルキルエステルにおいては、酸が作用すると、酸素原子と第3級炭素原子との間で結合が切断される。
なお、第3級アルキル基とは、第3級炭素原子を有するアルキル基である。
鎖状の第3級アルキルエステルを形成する基としては、例えばtert−ブチル基、tert−ペンチル基等が挙げられる。
環状の第3級アルキルエステルを形成する基としては、後述する「脂環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示するものと同様のものが挙げられる。
..Structural unit (a'5)
As the acid dissociable, dissolution inhibiting group, for example, a resin for resist compositions of ArF excimer laser can be appropriately selected and used from among many proposed ones. In general, a group that forms a cyclic or chain tertiary alkyl ester with a carboxy group of (α-lower alkyl) acrylic acid, or a cyclic or chain alkoxyalkyl group is widely known.
Here, the “group that forms a tertiary alkyl ester” is a group that forms an ester by substituting the hydrogen atom of the carboxy group of acrylic acid. That is, it shows a structure in which the tertiary carbon atom of a chain-like or cyclic tertiary alkyl group is bonded to the oxygen atom at the terminal of the carbonyloxy group [—C (O) —O—] of the acrylate ester. In this tertiary alkyl ester, when an acid acts, a bond is cut between an oxygen atom and a tertiary carbon atom.
The tertiary alkyl group is an alkyl group having a tertiary carbon atom.
Examples of the group that forms a chain-like tertiary alkyl ester include a tert-butyl group and a tert-pentyl group.
Examples of the group that forms a cyclic tertiary alkyl ester include those exemplified in the “acid dissociable, dissolution inhibiting group containing an alicyclic group” described later.
「環状または鎖状のアルコキシアルキル基」は、カルボキシ基の水素原子と置換してエステルを形成する。すなわち、アクリル酸エステルのカルボニルオキシ基[−C(O)−O―]の末端の酸素原子に前記アルコキシアルキル基が結合している構造を形成する。かかる構造においては、酸の作用により、酸素原子とアルコキシアルキル基との間で結合が切断される。
このような環状または鎖状のアルコキシアルキル基としては、1−メトキシメチル基、1−エトキシエチル基、1−イソプロポキシエチル、1−シクロヘキシルオキシエチル基、2−アダマントキシメチル基、1−メチルアダマントキシメチル基、4−オキソ−2−アダマントキシメチル基、1−アダマントキシエチル基、2−アダマントキシエチル基等が挙げられる。
The “cyclic or chain alkoxyalkyl group” forms an ester by substituting a hydrogen atom of a carboxy group. That is, a structure is formed in which the alkoxyalkyl group is bonded to the terminal oxygen atom of the carbonyloxy group [—C (O) —O—] of the acrylate ester. In such a structure, the bond between the oxygen atom and the alkoxyalkyl group is broken by the action of the acid.
Examples of such cyclic or chain alkoxyalkyl groups include 1-methoxymethyl group, 1-ethoxyethyl group, 1-isopropoxyethyl, 1-cyclohexyloxyethyl group, 2-adamantoxymethyl group, 1-methyladamant Examples thereof include a xymethyl group, a 4-oxo-2-adamantoxymethyl group, a 1-adamantoxyethyl group, and a 2-adamantoxyethyl group.
構成単位(a’5)としては、環状、特に、脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基を含む構成単位が好ましい。
ここで、「脂肪族」および「脂肪族環式基」は、上記で定義した通りである。
脂肪族環式基としては、単環または多環のいずれでもよく、例えばArFレジスト等において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。耐エッチング性の点からは多環の脂環式基が好ましい。また、脂環式基は炭化水素基であることが好ましく、特に飽和の炭化水素基(脂環式基)であることが好ましい。
単環の脂環式基としては、例えば、シクロアルカンから1個の水素原子を除いた基が挙げられる。多環の脂環式基としては、例えばビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどから1個の水素原子を除いた基などを例示できる。
具体的には、単環の脂環式基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。多環の脂環式基としては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基などが挙げられる。
これらの中でもアダマンタンから1個の水素原子を除いたアダマンチル基、ノルボルナンから1個の水素原子を除いたノルボルニル基、トリシクロデカンからの1個の水素原子を除いたトリシクロデカニル基、テトラシクロドデカンから1個の水素原子を除いたテトラシクロドデカニル基が工業上好ましい。
As the structural unit (a′5), a structural unit containing an acid dissociable, dissolution inhibiting group containing a cyclic group, particularly an aliphatic cyclic group, is preferable.
Here, “aliphatic” and “aliphatic cyclic group” are as defined above.
The aliphatic cyclic group may be monocyclic or polycyclic, and can be appropriately selected and used from among many proposed, for example, ArF resists. From the viewpoint of etching resistance, a polycyclic alicyclic group is preferred. The alicyclic group is preferably a hydrocarbon group, and particularly preferably a saturated hydrocarbon group (alicyclic group).
Examples of the monocyclic alicyclic group include groups in which one hydrogen atom has been removed from a cycloalkane. Examples of the polycyclic alicyclic group include groups in which one hydrogen atom has been removed from bicycloalkane, tricycloalkane, tetracycloalkane and the like.
Specifically, examples of the monocyclic alicyclic group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. Examples of the polycyclic alicyclic group include groups in which one hydrogen atom has been removed from a polycycloalkane such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, and tetracyclododecane.
Among these, an adamantyl group obtained by removing one hydrogen atom from adamantane, a norbornyl group obtained by removing one hydrogen atom from norbornane, a tricyclodecanyl group obtained by removing one hydrogen atom from tricyclodecane, and tetracyclo A tetracyclododecanyl group obtained by removing one hydrogen atom from dodecane is preferred industrially.
より具体的には、構成単位(a’5)は、下記一般式(I”)〜(III”)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
また、(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される単位であって、そのエステル部に上記した環状のアルコキシアルキル基を有する単位、具体的には2−アダマントキシメチル基、1−メチルアダマントキシメチル基、4−オキソ−2−アダマントキシメチル基、1−アダマントキシエチル基、2−アダマントキシエチル基等の置換基を有していても良い脂肪族多環式アルキルオキシ低級アルキル(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される単位から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
More specifically, the structural unit (a′5) is preferably at least one selected from the following general formulas (I ″) to (III ″).
In addition, a unit derived from an (α-lower alkyl) acrylic acid ester having a cyclic alkoxyalkyl group as described above, specifically a 2-adamantoxymethyl group, 1-methyladamant Aliphatic polycyclic alkyloxy lower alkyl (α which may have a substituent such as xymethyl group, 4-oxo-2-adamantoxymethyl group, 1-adamantoxyethyl group, 2-adamantoxyethyl group, etc. -Lower alkyl) It is preferably at least one selected from units derived from acrylic acid esters.
式(I”)〜(III”)中、Rの水素原子または低級アルキル基としては、上述したRの説明と同様である。
R1の低級アルキル基としては、炭素数1〜5の直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。中でも、メチル基、エチル基であることが、工業的に入手が容易であることから好ましい。
R2及びR3の低級アルキル基は、それぞれ独立に、炭素数1〜5の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましい。中でも、R2およびR3が共にメチル基である場合が工業的に好ましい。具体的には、2−(1−アダマンチル)−2−プロピルアクリレートから誘導される構成単位を挙げることができる。
In formulas (I ″) to (III ″), the hydrogen atom or lower alkyl group for R is the same as described above for R.
The lower alkyl group for R 1 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and specifically includes a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, and an isobutyl group. , A pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, and the like. Among these, a methyl group and an ethyl group are preferable because they are easily available industrially.
The lower alkyl group for R 2 and R 3 is preferably each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Of these, the case where R 2 and R 3 are both methyl groups is industrially preferred. Specific examples include structural units derived from 2- (1-adamantyl) -2-propyl acrylate.
R4は鎖状の第3級アルキル基または環状の第3級アルキル基である。鎖状の第3級アルキル基としては、例えばtert−ブチル基やtert−ペンチル基が挙げられ、tert−ブチル基が工業的に好ましい。
環状の第3級アルキル基としては、前述の「脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示したものと同じであり、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−(1−アダマンチル)−2−プロピル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロペンチル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−メチルシクロペンチル基等を挙げることができる。
また、基−COOR4は、式中に示したテトラシクロドデカニル基の3または4の位置に結合していてよいが、結合位置は特定できない。また、アクリレート構成単位のカルボキシ基残基も同様に式中に示した8または9の位置に結合していてよい。
R 4 is a chain-like tertiary alkyl group or a cyclic tertiary alkyl group. Examples of the chain-like tertiary alkyl group include a tert-butyl group and a tert-pentyl group, and the tert-butyl group is industrially preferable.
The cyclic tertiary alkyl group is the same as that exemplified in the aforementioned “acid dissociable, dissolution inhibiting group containing an aliphatic cyclic group”, and includes a 2-methyl-2-adamantyl group, 2-ethyl- A 2-adamantyl group, 2- (1-adamantyl) -2-propyl group, 1-ethylcyclohexyl group, 1-ethylcyclopentyl group, 1-methylcyclohexyl group, 1-methylcyclopentyl group and the like can be mentioned.
The group —COOR 4 may be bonded to the 3 or 4 position of the tetracyclododecanyl group shown in the formula, but the bonding position cannot be specified. Similarly, the carboxy group residue of the acrylate structural unit may be bonded to the position 8 or 9 shown in the formula.
構成単位(a’5)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−12)成分中、構成単位(a’5)の割合は、(A’−12)成分を構成する全構成単位の合計に対して、20〜60モル%であることが好ましく、30〜50モル%がより好ましく、35〜45モル%が最も好ましい。下限値以上とすることによってパターンを得ることができ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
The structural unit (a′5) can be used alone or in combination of two or more.
In the component (A′-12), the proportion of the structural unit (a′5) is preferably 20 to 60 mol% with respect to the total of all the structural units constituting the component (A′-12). 30-50 mol% is more preferable, and 35-45 mol% is the most preferable. A pattern can be obtained by setting it to the lower limit value or more, and balancing with other structural units can be achieved by setting the upper limit value or less.
(A’−12)成分は、前記構成単位(a’5)に加えてさらに、ラクトン環を有するアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’6)を有することが好ましい。構成単位(a’6)は、レジスト膜の基材への密着性を高めたり、現像液との親水性を高めたりするうえで有効なものである。また、パターン上に形成される被覆膜が、当該パターンとの密着性の高いものとなる。
構成単位(a’6)において、α位の炭素原子に結合しているのは、低級アルキル基または水素原子である。α位の炭素原子に結合している低級アルキル基は、構成単位(a’5)の説明と同様であって、好ましくはメチル基である。
構成単位(a’6)としては、アクリル酸エステルのエステル側鎖部にラクトン環からなる単環式基またはラクトン環を有する多環の環式基が結合した構成単位が挙げられる。なお、このときラクトン環とは、−O−C(O)−構造を含むひとつの環を示し、これをひとつの目の環として数える。したがって、ここではラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。
構成単位(a’6)としては、例えば、γ−ブチロラクトンから水素原子1つを除いた単環式基や、ラクトン環含有ビシクロアルカンから水素原子を1つ除いた多環式基を有するもの等が挙げられる。
構成単位(a’6)として、より具体的には、例えば以下の一般式(IV”)〜(VII”)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
In addition to the structural unit (a′5), the component (A′-12) preferably further has a structural unit (a′6) derived from an acrylate ester having a lactone ring. The structural unit (a′6) is effective in increasing the adhesion of the resist film to the base material or increasing the hydrophilicity with the developer. Further, the coating film formed on the pattern has high adhesion to the pattern.
In the structural unit (a′6), a lower alkyl group or a hydrogen atom is bonded to the α-position carbon atom. The lower alkyl group bonded to the α-position carbon atom is the same as described for the structural unit (a′5), and is preferably a methyl group.
Examples of the structural unit (a′6) include a structural unit in which a monocyclic group composed of a lactone ring or a polycyclic cyclic group having a lactone ring is bonded to the ester side chain portion of the acrylate ester. At this time, the lactone ring indicates one ring containing an —O—C (O) — structure, and this is counted as the first ring. Therefore, here, in the case of only a lactone ring, it is called a monocyclic group, and when it has another ring structure, it is called a polycyclic group regardless of the structure.
Examples of the structural unit (a′6) include a monocyclic group obtained by removing one hydrogen atom from γ-butyrolactone, and a polycyclic group obtained by removing one hydrogen atom from a lactone ring-containing bicycloalkane. Is mentioned.
More specifically, the structural unit (a′6) is preferably at least one selected from, for example, the following general formulas (IV ″) to (VII ″).
式(IV”)中において、R5、R6は、それぞれ独立に、水素原子または低級アルキル基であり、好ましくは水素原子である。R5、R6において、低級アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜5の直鎖又は分岐状アルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。工業的にはメチル基が好ましい。 In formula (IV ″), R 5 and R 6 each independently represents a hydrogen atom or a lower alkyl group, preferably a hydrogen atom. In R 5 and R 6 , the lower alkyl group is preferably A linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, etc. Industrially, a methyl group is preferable.
一般式(IV”)〜(VII”)で表される構成単位の中でも、(IV”)で表される構成単位が安価で工業的に好ましく、(IV”)で表される構成単位の中でもRがメチル基、R5およびR6が水素原子であり、メタクリル酸エステルとγ−ブチロラクトンとのエステル結合の位置が、そのラクトン環上のα位であるα−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンであることが最も好ましい。
構成単位(a’6)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−12)成分中、構成単位(a’6)の割合は、(A’−12)成分を構成する全構成単位の合計に対して、20〜60モル%が好ましく、20〜50モル%がより好ましく、30〜45モル%が最も好ましい。下限値以上とすることによりリソグラフィー特性が向上し、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
Among the structural units represented by the general formulas (IV ″) to (VII ″), the structural unit represented by (IV ″) is inexpensive and industrially preferable, and among the structural units represented by (IV ″) R is a methyl group, R 5 and R 6 are hydrogen atoms, and the position of the ester bond between the methacrylic acid ester and γ-butyrolactone is α-methacryloyloxy-γ-butyrolactone, which is the α-position on the lactone ring. Most preferred.
The structural unit (a′6) can be used alone or in combination of two or more.
In the component (A′-12), the proportion of the structural unit (a′6) is preferably 20 to 60 mol% with respect to the total of all the structural units constituting the component (A′-12), and 20 to 50. More preferred is mol%, and most preferred is 30 to 45 mol%. Lithographic characteristics are improved by setting the value to the lower limit value or more, and balance with other structural units can be achieved by setting the upper limit value or less.
(A’−12)成分は、前記構成単位(a’5)に加えて、または前記構成単位(a’5)および(a’6)に加えてさらに、極性基含有多環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a’7)を有することが好ましい。
構成単位(a’7)により、(A’−12)成分全体の親水性が高まり、現像液との親和性が高まって、露光部でのアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与する。また、パターンとの密着性が高い被覆膜を形成することができる。
構成単位(a’7)において、α位の炭素原子に結合しているのは、低級アルキル基または水素原子である。α位の炭素原子に結合している低級アルキル基は、構成単位(a’5)の説明と同様であって、好ましくはメチル基である。
極性基としては、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、アミノ基等が挙げられ、特に水酸基が好ましい。
多環式基としては、前述の(a’5)単位である「脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示した脂肪族環式基のうち、多環式のものから適宜選択して用いることができる。
構成単位(a’7)としては、下記一般式(VIII”)〜(IX”)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
The component (A′-12) includes a polar group-containing polycyclic group in addition to the structural unit (a′5) or in addition to the structural units (a′5) and (a′6). It is preferable to have a structural unit (a′7) derived from an acrylate ester.
The structural unit (a′7) increases the hydrophilicity of the entire component (A′-12), increases the affinity with the developer, improves the alkali solubility in the exposed area, and improves the resolution. Contribute. In addition, a coating film having high adhesion to the pattern can be formed.
In the structural unit (a′7), a lower alkyl group or a hydrogen atom is bonded to the α-position carbon atom. The lower alkyl group bonded to the α-position carbon atom is the same as described for the structural unit (a′5), and is preferably a methyl group.
Examples of the polar group include a hydroxyl group, a cyano group, a carboxy group, and an amino group, and a hydroxyl group is particularly preferable.
As the polycyclic group, among the aliphatic cyclic groups exemplified in the above-mentioned “acid dissociable, dissolution inhibiting group containing an aliphatic cyclic group” which is the unit (a′5), from the polycyclic ones It can be appropriately selected and used.
The structural unit (a′7) is preferably at least one selected from the following general formulas (VIII ″) to (IX ″).
式(VIII”)中のRは上記式(I”)〜(III”)中のRと同様である。
これらの中でも、nが1であり、水酸基がアダマンチル基の3位に結合しているものが好ましい。
R in the formula (VIII ″) is the same as R in the above formulas (I ″) to (III ″).
Among these, those in which n is 1 and the hydroxyl group is bonded to the 3-position of the adamantyl group are preferable.
これらの中でも、kが1であるものが好ましい。また、シアノ基がノルボルニル基の5位又は6位に結合していることが好ましい。 Among these, those in which k is 1 are preferable. Moreover, it is preferable that the cyano group has couple | bonded with 5-position or 6-position of the norbornyl group.
構成単位(a’7)は1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
(A’−12)成分中、構成単位(a’7)の割合は、(A’−12)成分を構成する全構成単位の合計に対して、10〜50モル%が好ましく、15〜40モル%がより好ましく、20〜35モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることによりリソグラフィー特性が向上し、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
The structural unit (a′7) can be used alone or in combination of two or more.
In the component (A′-12), the proportion of the structural unit (a′7) is preferably 10 to 50 mol% with respect to the total of all the structural units constituting the component (A′-12). More preferably, mol% is more preferable, and 20-35 mol% is further more preferable. Lithographic characteristics are improved by setting the value to the lower limit value or more, and balance with other structural units can be achieved by setting the upper limit value or less.
(A’−12)成分においては、これらの構成単位(a’5)〜(a’7)の合計が、全構成単位の合計に対し、70〜100モル%であることが好ましく、80〜100モル%であることがより好ましい。 In the component (A′-12), the total of these structural units (a′5) to (a′7) is preferably 70 to 100 mol% with respect to the total of all the structural units, 80 to More preferably, it is 100 mol%.
(A’−12)成分は、前記構成単位(a’5)〜(a’7)以外の構成単位(a’8)を含んでいてもよい。
構成単位(a’8)としては、上述の構成単位(a’5)〜(a’7)に分類されない他の構成単位であれば特に限定するものではない。
例えば多環の脂肪族炭化水素基を含み、かつ(α−低級アルキル)アクリル酸エステルから誘導される構成単位等が好ましい。該多環の脂肪族炭化水素基は、例えば、前述の「脂肪族環式基を含有する酸解離性溶解抑制基」で例示した脂肪族環式基のうち、多環式のものから適宜選択して用いることができる。特にトリシクロデカニル基、アダマンチル基、テトラシクロドデカニル基、ノルボルニル基、イソボルニル基から選ばれる少なくとも1種以上であると、工業上入手し易い等の点で好ましい。構成単位(a’8)としては、酸非解離性基であることが最も好ましい。
構成単位(a’8)として、具体的には、下記(X”)〜(XII”)の構造のものを例示することができる。
The component (A′-12) may contain a structural unit (a′8) other than the structural units (a′5) to (a′7).
The structural unit (a′8) is not particularly limited as long as it is another structural unit that is not classified into the structural units (a′5) to (a′7).
For example, a structural unit containing a polycyclic aliphatic hydrocarbon group and derived from an (α-lower alkyl) acrylate is preferable. The polycyclic aliphatic hydrocarbon group is appropriately selected from, for example, polycyclic ones among the aliphatic cyclic groups exemplified in the aforementioned “acid dissociable, dissolution inhibiting group containing an aliphatic cyclic group”. Can be used. In particular, at least one selected from a tricyclodecanyl group, an adamantyl group, a tetracyclododecanyl group, a norbornyl group, and an isobornyl group is preferable in terms of industrial availability. The structural unit (a′8) is most preferably an acid non-dissociable group.
Specific examples of the structural unit (a′8) include those having the following structures (X ″) to (XII ″).
構成単位(a’8)を有する場合、(A’−12)成分中、構成単位(a’8)の割合は、(A’−12)成分を構成する全構成単位の合計に対して、1〜25モル%が好ましく、5〜20モル%がより好ましい。 When the structural unit (a′8) is included, the proportion of the structural unit (a′8) in the component (A′-12) is based on the total of all structural units constituting the component (A′-12). 1-25 mol% is preferable and 5-20 mol% is more preferable.
(A’−12)成分は、少なくとも構成単位(a’5)、(a’6)および(a’7)を有する共重合体であることが好ましい。係る共重合体としては、たとえば、上記構成単位(a’5)、(a’6)および(a’7)からなる共重合体、上記構成単位(a’5)、(a’6)、(a’7)および(a’8)からなる共重合体等が例示できる。 The component (A′-12) is preferably a copolymer having at least the structural units (a′5), (a′6) and (a′7). As such a copolymer, for example, a copolymer comprising the structural units (a′5), (a′6) and (a′7), the structural units (a′5), (a′6), Examples thereof include a copolymer comprising (a′7) and (a′8).
(A’−1)成分は、前記構成単位に係るモノマーを公知の方法で重合することにより得ることができる。例えば、各構成単位に係るモノマーを、例えばアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)のようなラジカル重合開始剤を用いた公知のラジカル重合等によって重合させることによって得ることができる。
(A’−1)成分は、質量平均分子量(ゲルパーミエーションクロマトグラフィによるポリスチレン換算質量平均分子量、以下同様。)30000以下であることが好ましく、20000以下であることが好ましく、12000以下であることがさらに好ましい。下限値は、2000超であればよく、パターン倒れの抑制、解像性向上等の点で、好ましくは4000以上、さらに好ましくは5000以上とされる。
The component (A′-1) can be obtained by polymerizing the monomer related to the structural unit by a known method. For example, the monomer related to each structural unit can be obtained by polymerizing by a known radical polymerization using a radical polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile (AIBN).
The component (A′-1) is preferably 30000 or less, more preferably 20000 or less, and preferably 12000 or less, in terms of mass average molecular weight (polystyrene conversion mass average molecular weight by gel permeation chromatography, hereinafter the same). Further preferred. The lower limit may be more than 2000, and is preferably 4000 or more, and more preferably 5000 or more, from the viewpoint of suppressing pattern collapse and improving resolution.
[(A’−2)成分]
(A’−2)成分としては、酸解離性溶解抑制基と親水性基とを有する低分子化合物が好ましい。具体的には、複数のフェノール骨格を有する化合物の水酸基の水素原子の一部を酸解離性溶解抑制基で置換したものが挙げられる。
酸解離性溶解抑制基としては、特に限定されず、たとえば上記XまたはX’の酸解離性溶解抑制基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
(A’−2)成分は、例えば、非化学増幅型のg線やi線レジストにおける増感剤や耐熱性向上剤として知られている低分子量フェノール化合物の水酸基の水素原子の一部を上記酸解離性溶解抑制基で置換したものが好ましく、そのようなものから任意に用いることができる。
かかる低分子量フェノール化合物としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン、2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)−2−(2’,3’,4’−トリヒドロキシフェニル)プロパン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、1−[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4−[1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾールまたはキシレノールなどのフェノール類のホルマリン縮合物の2、3、4核体などが挙げられる。勿論これらに限定されるものではない。
[(A′-2) component]
As the component (A′-2), a low molecular compound having an acid dissociable, dissolution inhibiting group and a hydrophilic group is preferable. Specifically, a compound in which a part of hydrogen atoms of a hydroxyl group of a compound having a plurality of phenol skeletons is replaced with an acid dissociable, dissolution inhibiting group.
The acid dissociable, dissolution inhibiting group is not particularly limited, and examples thereof include those similar to those exemplified as the acid dissociable, dissolution inhibiting group for X or X ′.
The component (A′-2) is, for example, a part of the hydrogen atom of the hydroxyl group of a low molecular weight phenol compound known as a sensitizer or heat resistance improver for non-chemically amplified g-line or i-line resists. Those substituted with an acid dissociable, dissolution inhibiting group are preferred, and any of them can be used arbitrarily.
Examples of such low molecular weight phenol compounds include the following.
Bis (4-hydroxyphenyl) methane, bis (2,3,4-trihydroxyphenyl) methane, 2- (4-hydroxyphenyl) -2- (4′-hydroxyphenyl) propane, 2- (2,3,3) 4-trihydroxyphenyl) -2- (2 ′, 3 ′, 4′-trihydroxyphenyl) propane, tris (4-hydroxyphenyl) methane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) -2- Hydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) -2-hydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) -3,4-dihydroxyphenylmethane, bis (4- Hydroxy-2,5-dimethylphenyl) -3,4-dihydroxyphenylmethane, bis (4-hydroxy-3-methylphenol) Nyl) -3,4-dihydroxyphenylmethane, bis (3-cyclohexyl-4-hydroxy-6-methylphenyl) -4-hydroxyphenylmethane, bis (3-cyclohexyl-4-hydroxy-6-methylphenyl) -3 , 4-dihydroxyphenylmethane, 1- [1- (4-hydroxyphenyl) isopropyl] -4- [1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethyl] benzene, phenol, m-cresol, p-cresol or xylenol And 2,3,4 nuclei of formalin condensates of phenols and the like. Of course, it is not limited to these.
<(B’)成分>
(B’)成分としては、従来、化学増幅型レジストにおける酸発生剤として公知のものの中から任意のものを適宜選択して用いることができる。このような酸発生剤としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
<(B ′) component>
As the component (B ′), any conventionally known acid generator for chemically amplified resists can be appropriately selected and used. Examples of such acid generators include onium salt acid generators such as iodonium salts and sulfonium salts, oxime sulfonate acid generators, bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethanes, and poly (bissulfonyl) diazomethanes. There are various known diazomethane acid generators, nitrobenzyl sulfonate acid generators, imino sulfonate acid generators, disulfone acid generators, and the like.
オニウム塩系酸発生剤の具体例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、(p−tert−ブチルフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルホネート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネートが挙げられる。これらのなかでもフッ素化アルキルスルホン酸イオンをアニオンとするオニウム塩が好ましい。 Specific examples of the onium salt acid generator include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, (4-methoxyphenyl) phenyliodonium trifluoromethanesulfonate, bis (p-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, and triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate. (4-methoxyphenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, (4-methylphenyl) diphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate, (p-tert-butylphenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluorobutanesulfonate, bis (p -Tert-Butylphenyl) iodonium nonafluorobutans Honeto include triphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate. Of these, onium salts having a fluorinated alkyl sulfonate ion as an anion are preferable.
オキシムスルホネート化合物の例としては、α‐(メチルスルホニルオキシイミノ)‐フェニルアセトニトリル、α‐(メチルスルホニルオキシイミノ)‐p‐メトキシフェニルアセトニトリル、α‐(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)‐フェニルアセトニトリル、α‐(トリフルオロメチルスルホニルオキシイミノ)‐p‐メトキシフェニルアセトニトリル、α‐(エチルスルホニルオキシイミノ)‐p‐メトキシフェニルアセトニトリル、α‐(プロピルスルホニルオキシイミノ)‐p‐メチルフェニルアセトニトリル、α‐(メチルスルホニルオキシイミノ)‐p‐ブロモフェニルアセトニトリルなどが挙げられる。これらの中で、α‐(メチルスルホニルオキシイミノ)‐p‐メトキシフェニルアセトニトリルが好ましい。 Examples of oxime sulfonate compounds include α- (methylsulfonyloxyimino) -phenylacetonitrile, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (trifluoromethylsulfonyloxyimino) -phenylacetonitrile, α -(Trifluoromethylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (ethylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile, α- (propylsulfonyloxyimino) -p-methylphenylacetonitrile, α- (methyl Sulfonyloxyimino) -p-bromophenylacetonitrile and the like. Of these, α- (methylsulfonyloxyimino) -p-methoxyphenylacetonitrile is preferred.
ジアゾメタン系酸発生剤の具体例としては、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。 Specific examples of the diazomethane acid generator include bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (1,1-dimethylethylsulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (2, 4-dimethylphenylsulfonyl) diazomethane and the like.
(B’)成分として、1種の酸発生剤を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(B’)成分の使用量は、(A’)成分100質量部に対し、1〜20質量部、好ましくは2〜10質量部とされる。上記範囲の下限値以上とすることにより充分はパターン形成が行われ、上記範囲の上限値以下であれば溶液の均一性が得られやすく、良好な保存安定性が得られる。
As the component (B ′), one type of acid generator may be used alone, or two or more types may be used in combination.
(B ') The usage-amount of a component shall be 1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of (A') component, Preferably it is 2-10 mass parts. By setting it to be equal to or higher than the lower limit value of the above range, pattern formation is sufficiently performed.
<任意成分>
化学増幅型レジスト組成物には、パターンパターン形状、引き置き経時安定性などを向上させるために、さらに任意成分として、含窒素有機化合物(D’)(以下、(D’)成分という。)を配合させることができる。
この(D’)成分は、既に多種多様なものが提案されているので、公知のものから任意に用いれば良いが、アミン、特に第2級低級脂肪族アミンや第3級低級脂肪族アミンが好ましい。
ここで、低級脂肪族アミンとは炭素数5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンを言い、この第2級や第3級アミンの例としては、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどが挙げられるが、特にトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンのような第3級アルカノールアミンが好ましい。
これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D’)成分は、(A’)成分100質量部に対して、通常0.01〜5.0質量部の範囲で用いられる。
<Optional component>
In the chemically amplified resist composition, a nitrogen-containing organic compound (D ′) (hereinafter referred to as “(D ′)”) is further added as an optional component in order to improve the pattern pattern shape, the stability over time. Can be blended.
Since a wide variety of components (D ′) have already been proposed, any known one can be used. However, amines, particularly secondary lower aliphatic amines and tertiary lower aliphatic amines, can be used. preferable.
Here, the lower aliphatic amine refers to an alkyl or alkyl alcohol amine having 5 or less carbon atoms, and examples of the secondary or tertiary amine include trimethylamine, diethylamine, triethylamine, di-n-propylamine, Tri-n-propylamine, tripentylamine, diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine and the like can be mentioned, and tertiary alkanolamines such as triethanolamine and triisopropanolamine are particularly preferable.
These may be used alone or in combination of two or more.
The component (D ′) is usually used in the range of 0.01 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A ′).
また、化学増幅型レジスト組成物には、前記(D’)成分との配合による感度劣化を防ぎ、またパターン形状、引き置き安定性等の向上の目的で、さらに任意の成分として、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体(E’)(以下、(E’)成分という。)を含有させることができる。なお、(D’)成分と(E’)成分は併用することもできるし、いずれか1種を用いることもできる。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ‐n‐ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのような誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸‐ジ‐n‐ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E’)成分は、(A’)成分100質量部当り、通常0.01〜5.0質量部の割合で用いられる。
In addition, in the chemically amplified resist composition, an organic carboxylic acid is further added as an optional component for the purpose of preventing sensitivity deterioration due to the blending with the component (D ′) and improving the pattern shape, stability of placement and the like. Alternatively, phosphorus oxo acid or a derivative thereof (E ′) (hereinafter referred to as (E ′) component) can be contained. In addition, (D ') component and (E') component can also be used together, and any 1 type can also be used.
As the organic carboxylic acid, for example, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid and the like are suitable.
Phosphorus oxoacids or derivatives thereof include phosphoric acid, phosphoric acid di-n-butyl ester, phosphoric acid diphenyl ester and other phosphoric acid or derivatives thereof such as phosphonic acid, phosphonic acid dimethyl ester, phosphonic acid- Like phosphonic acids such as di-n-butyl ester, phenylphosphonic acid, phosphonic acid diphenyl ester, phosphonic acid dibenzyl ester and derivatives thereof, phosphinic acids such as phosphinic acid, phenylphosphinic acid and their esters Among these, phosphonic acid is particularly preferable.
The component (E ′) is usually used at a ratio of 0.01 to 5.0 parts by mass per 100 parts by mass of the component (A ′).
化学増幅型レジスト組成物には、さらに所望により、混和性のある添加剤、例えば該レジスト組成物の塗布膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤などを適宜含有させることができる。 If desired, the chemically amplified resist composition may further contain miscible additives such as an additional resin for improving the performance of the coating film of the resist composition, a surfactant for improving the coating property, A dissolution inhibitor, a plasticizer, a stabilizer, a colorant, an antihalation agent and the like can be appropriately contained.
化学増幅型レジスト組成物は、材料を有機溶剤(S’)(以下、(S’)成分という。)に溶解させて製造することができる。
(S’)成分としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、レジスト組成物の溶剤として公知のものの中から任意のものを1種又は2種以上適宜選択して用いることができる。
具体例としては、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソペンチルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ジプロピレングリコール、又はジプロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル又はモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類及びその誘導体や、ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類などを挙げることができる。これらの中でも、PGMEA、EL、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい。これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
(S’)成分の使用量は特に限定しないが、化学増幅型レジスト組成物が、基材上に塗布可能な濃度の液体となる量が用いられる。
The chemically amplified resist composition can be produced by dissolving the material in an organic solvent (S ′) (hereinafter referred to as (S ′) component).
As the component (S ′), any component can be used as long as it can dissolve each component to be used to form a uniform solution, and any one of conventionally known solvents for resist compositions can be used. Two or more types can be appropriately selected and used.
Specific examples include lactones such as γ-butyrolactone, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isopentyl ketone, 2-heptanone, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene Polyhydric alcohols such as glycol monoacetate, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), dipropylene glycol, or monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether of dipropylene glycol monoacetate and derivatives thereof And cyclic ethers such as dioxane, methyl lactate, ethyl lactate (EL), Methyl, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, may be mentioned methyl methoxypropionate, and esters such as ethyl ethoxypropionate. Among these, PGMEA, EL, and propylene glycol monomethyl ether (PGME) are preferable. These organic solvents may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents.
The amount of the component (S ′) used is not particularly limited, but is used in such an amount that the chemically amplified resist composition becomes a liquid having a concentration that can be applied onto the substrate.
なお、本発明においては、上記化学増幅型レジスト組成物以外の感放射線性組成物を用いてもよい。該感放射線性組成物としては、例えば、ノボラック樹脂、ヒドロキシスチレン樹脂等のアルカリ可溶性樹脂と、ナフトキノンジアジド基含有化合物などの感光性成分とを含有するレジスト組成物が挙げられる。該レジスト組成物には、必要に応じて増感剤を含有させることもできる。 In the present invention, a radiation sensitive composition other than the chemically amplified resist composition may be used. Examples of the radiation-sensitive composition include resist compositions containing alkali-soluble resins such as novolak resins and hydroxystyrene resins and photosensitive components such as naphthoquinonediazide group-containing compounds. The resist composition may contain a sensitizer as necessary.
[リソグラフィー法による鋳型の形成方法]
上記鋳型形成用材料を用いる場合、鋳型の形成には、微細パターンを高精度で形成できることから、リソグラフィー法が好ましく用いられる。
リソグラフィー法による鋳型の形成は、従来公知の手順で行うことができ、たとえば化学増幅型レジスト組成物を用いる場合は以下の様にして行うことができる。
まず、基材上に、レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、80〜150℃の温度条件下、プレベーク(ポストアプライベーク(PAB))を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施し、レジスト膜を形成する。該レジスト膜の膜厚は、一概に限定することはできないが、数十nm〜数μm程度の範囲で決定することができ、好ましくは100〜800nmの範囲である。
次に、該レジスト膜に対し、市販の露光装置などを用いて選択的露光を行った後、80〜150℃の温度条件下、PEB(露光後加熱)を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施す。次いでこれをアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理する。このようにして、鋳型(レジストパターン)を得ることができる。
[Method of forming mold by lithography method]
In the case of using the above template forming material, a lithography method is preferably used for forming the template because a fine pattern can be formed with high accuracy.
Formation of a template by lithography can be performed by a conventionally known procedure. For example, when a chemically amplified resist composition is used, it can be performed as follows.
First, a resist composition is applied onto a substrate with a spinner or the like, and pre-baked (post-apply bake (PAB)) for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds, at a temperature of 80 to 150 ° C. A film is formed. The thickness of the resist film cannot be generally limited, but can be determined in the range of several tens of nm to several μm, and preferably in the range of 100 to 800 nm.
Next, the resist film is selectively exposed using a commercially available exposure apparatus or the like, and then subjected to PEB (post-exposure heating) for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 60 ° C. under a temperature condition of 80 to 150 ° C. Apply for 90 seconds. Subsequently, this is developed using an alkali developer, for example, an aqueous solution of 0.1 to 10% by mass of tetramethylammonium hydroxide. In this way, a template (resist pattern) can be obtained.
露光光源は、特に限定されず、使用されるレジスト組成物に応じて適宜選択して用いればよい。具体的には、塗布された金属酸化物ナノ材料形成用組成物の光吸収度、金属酸化物ナノ材料形成用組成物の膜厚、描画する鋳型構造のサイズなどによって異なり、一概に限定することはできないが、一般には300nm以下の遠紫外線領域から数nmの極紫外線、X線領域の範囲で適宜選択することができる。例えば、KrF、ArF、電子線、EUV(Extreme Ultraviolet 極端紫外光:波長約13.5nm)、X線などが用いられる。たとえば上記化学増幅型レジスト組成物を用いる場合には、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、電子線、X線、軟X線等が好ましい。他方、上記化学増幅型以外の感放射線性組成物である場合には、電子線を用いると200nm以下の微細なパターンが形成でき好ましい。 The exposure light source is not particularly limited, and may be appropriately selected and used according to the resist composition to be used. Specifically, it depends on the light absorption of the applied metal oxide nanomaterial forming composition, the film thickness of the metal oxide nanomaterial forming composition, the size of the template structure to be drawn, etc. However, in general, it can be appropriately selected within the range of far ultraviolet region of 300 nm or less, extreme ultraviolet ray of several nm, and X-ray region. For example, KrF, ArF, electron beam, EUV (Extreme Ultraviolet extreme ultraviolet light: wavelength of about 13.5 nm), X-ray, etc. are used. For example, when using the above chemically amplified resist composition, ArF excimer laser, KrF excimer laser, F 2 excimer laser, EUV (extreme ultraviolet), VUV (vacuum ultraviolet), electron beam, X-ray, soft X-ray, etc. preferable. On the other hand, in the case of a radiation sensitive composition other than the chemical amplification type, it is preferable to use an electron beam because a fine pattern of 200 nm or less can be formed.
なお、鋳型をリソグラフィー法により形成する際の処理条件は、上記に制限されず、使用する鋳型形成用材料の組成に応じて適宜設定される。
また、鋳型の形成方法は、リソグラフィー法に限定されない。例えば、インプリント法(予め微細加工された基板を押し付けることで別の基板に構造転写ることで作成された微細構造を利用する方法)等も利用可能である。該インプリント法は、鋳型形成用材料が感放射線性を有する場合であっても有さない場合であっても適用可能である。
The processing conditions for forming the template by the lithography method are not limited to the above, and are appropriately set according to the composition of the template forming material to be used.
Further, the template forming method is not limited to the lithography method. For example, an imprint method (a method using a fine structure created by transferring a structure to another substrate by pressing a substrate that has been finely processed in advance) can be used. The imprint method can be applied regardless of whether the mold forming material has radiation sensitivity or not.
<親水化処理>
本発明においては、次工程で無電解めっきにより鋳型表面に金属層を形成する前に、鋳型の表面に親水化処理を施すことが好ましい。親水化処理を施すことにより、鋳型表面の親水性が向上(活性化)し、該表面に、無電解めっきにより、高密度に、高い密着性で金属層を形成できる。また、後述する被覆膜形成工程において、鋳型表面に無電解めっきにおける触媒を導入しやすくなる。そのため、鋳型の形状が精度良く複写または転写された形状の被覆膜を形成できる。
親水化処理としては、従来公知の方法を利用でき、たとえば酸素プラズマ処理、オゾン酸化処理、酸アルカリ処理、化学修飾処理等が挙げられる。これらの中でも、処理時間が短く、簡便であることから、酸素プラズマ処理が好ましい。また、酸素プラズマ処理を行うことにより、鋳型表面の活性化のみならず、その処理条件を調節することにより、鋳型の高さ、ひいては形成される構造体の高さを調節できる。たとえば酸素プラズマ処理の処理時間が長いほど、鋳型の高さが低くなり、より微細な構造体が得られる。
例えば、酸素プラズマ処理を用いる場合、酸素プラズマ処理時の圧力は、1.33〜66.5Pa(10〜50mtorr)が好ましく、13.3〜26.6Pa(100〜200mtorr)がより好ましい。また、酸素プラズマ処理時のプラズマ出力は、5〜500Wが好ましく、5〜50Wがより好ましい。また、酸素プラズマ処理時の処理時間は、1〜30秒が好ましく、2〜5秒がより好ましい。また、酸素プラズマ処理の温度は、−30〜300℃が好ましく、0〜100℃がより好ましく、最も好ましくは室温(5〜40℃)である。酸素プラズマ処理に用いるプラズマ装置は、特に限定されず、例えば、サウスベイ社製(South Bay Technology,USA)のPE−2000プラズマエッキャー(Plasma etcher)などを用いることができる。
<Hydrophilic treatment>
In the present invention, it is preferable to subject the mold surface to a hydrophilic treatment before forming a metal layer on the mold surface by electroless plating in the next step. By performing the hydrophilic treatment, the hydrophilicity of the mold surface is improved (activated), and a metal layer can be formed on the surface with high adhesion and high density by electroless plating. Moreover, it becomes easy to introduce a catalyst for electroless plating on the surface of the mold in the coating film forming step described later. Therefore, a coating film having a shape in which the shape of the mold is accurately copied or transferred can be formed.
As the hydrophilization treatment, a conventionally known method can be used, and examples thereof include oxygen plasma treatment, ozone oxidation treatment, acid-alkali treatment, and chemical modification treatment. Among these, oxygen plasma treatment is preferable because the treatment time is short and simple. Further, by performing the oxygen plasma treatment, not only the activation of the template surface but also the treatment conditions can be adjusted to adjust the height of the template and thus the height of the structure to be formed. For example, the longer the processing time of the oxygen plasma processing, the lower the mold height, and a finer structure can be obtained.
For example, when oxygen plasma treatment is used, the pressure during the oxygen plasma treatment is preferably 1.33 to 66.5 Pa (10 to 50 mtorr), and more preferably 13.3 to 26.6 Pa (100 to 200 mtorr). Moreover, 5-500W is preferable and the plasma output at the time of an oxygen plasma process has more preferable 5-50W. Further, the treatment time during the oxygen plasma treatment is preferably 1 to 30 seconds, and more preferably 2 to 5 seconds. The temperature of the oxygen plasma treatment is preferably -30 to 300 ° C, more preferably 0 to 100 ° C, and most preferably room temperature (5 to 40 ° C). The plasma apparatus used for the oxygen plasma treatment is not particularly limited. For example, a PE-2000 plasma etcher (Plasma etcher) manufactured by South Bay (South Bay Technology, USA) can be used.
<被覆膜形成工程>
本工程では、前記鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する。
[金属層]
無電解めっきは、所定の金属種のイオンを含むめっき液を鋳型表面に接触させ、該イオンを還元する(金属を析出させる)ことにより行われ、これにより、前記所定の金属種で構成される金属層が形成される。
目的とする金属種が、直接無電解めっきが困難な金属種(たとえば金などの貴金属)である場合、あらかじめ、該金属種よりもイオン化傾向の高い金属種(たとえばニッケル)を用いて無電解めっきにより金属層を形成し、その後、該金属層の金属種を目的とする金属種に置換することで、容易に目的とする金属種の金属層を形成できる。
無電解めっきの金属種としては、特に限定されず、一般的に無電解めっきの金属種として用いられているものが使用でき、たとえば金、銀、銅、ニッケル、コバルト、すず、白金族(パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム)等が挙げられる。これらの中でも、一般的にめっき技術が確立していることから、金、銀、銅、ニッケルおよびコバルトからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
本発明においては、導電性を持つ金属であることが望ましいからであることから、金属層を構成する金属が、金、銀および銅からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。すなわち、金属層として、金層、銀層および銅層のうちのいずれか1種または2種以上を有することが好ましい。
また、金属層を構成する金属としては、強磁性を有する構造体が得られることから、コバルトも好ましい。
金属種のイオンの還元は、公知の方法により行うことができる。具体例としては、還元反応の触媒となるもの(無電解めっきにおける触媒)を使用する方法、めっき金属よりもイオン化傾向の高い金属を置換する方法等が挙げられる。
<Coating film formation process>
In this step, a coating film including a metal layer formed by electroless plating is formed on the surface of the mold.
[Metal layer]
Electroless plating is performed by bringing a plating solution containing ions of a predetermined metal species into contact with the mold surface and reducing the ions (precipitating the metal), thereby forming the predetermined metal species. A metal layer is formed.
When the target metal species is a metal species that is difficult to directly electrolessly plate (for example, a noble metal such as gold), an electroless plating is performed in advance using a metal species (for example, nickel) that has a higher ionization tendency than the metal species. By forming a metal layer by the method, and then substituting the metal species of the metal layer with a target metal species, a metal layer of the target metal species can be easily formed.
The electroless plating metal species is not particularly limited, and those generally used as electroless plating metal species can be used. For example, gold, silver, copper, nickel, cobalt, tin, platinum group (palladium Platinum, rhodium, ruthenium) and the like. Among these, since plating technology is generally established, at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, nickel and cobalt is preferable.
In this invention, since it is desirable that it is a metal with electroconductivity, it is preferable that the metal which comprises a metal layer is at least 1 sort (s) selected from the group which consists of gold | metal | money, silver, and copper. That is, it is preferable to have any one or more of a gold layer, a silver layer, and a copper layer as the metal layer.
As the metal constituting the metal layer, cobalt is also preferable because a ferromagnetic structure can be obtained.
Reduction of ions of the metal species can be performed by a known method. Specific examples include a method of using a catalyst for reduction reaction (a catalyst in electroless plating), a method of replacing a metal having a higher ionization tendency than a plating metal, and the like.
本発明においては、前記鋳型の表面に、無電解めっきにおける触媒を導入した後、前記無電解めっきを行うことが好ましい。該触媒は、無電解めっきの核として、該鋳型表面に接触した金属イオンの還元反応を促進させるため、鋳型表面に、高いめっき選択性で、効率よく金属層を形成できる。
無電解めっきにおける触媒としては、一般的に、金属の微粒子や薄膜等が用いられる。触媒となる金属の種類は、使用する金属種の種類によって異なっており、通常、使用する金属種と同じか、またはそれよりもイオン化しやすい金属が触媒として用いられる。
具体例としては、たとえば金属種が銀の場合は主に銀触媒が用いられ、金属種が銅の場合は主に銀触媒、銅触媒が用いられ、金属種がニッケル、コバルト、金等の場合は主にパラジウム触媒、すず触媒等が用いられる。触媒としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
鋳型の表面への触媒を導入は、公知の方法により行うことができる。たとえば、触媒となる金属の塩(たとえば硝酸銀、金属塩化物等)の水溶液と鋳型表面に接触させて該塩を鋳型表面に吸着させ、該塩を還元する。これにより、鋳型表面に金属微粒子を導入できる。
In the present invention, it is preferable to perform the electroless plating after introducing a catalyst for electroless plating onto the surface of the mold. Since the catalyst promotes the reduction reaction of metal ions in contact with the mold surface as the core of electroless plating, a metal layer can be efficiently formed on the mold surface with high plating selectivity.
As a catalyst in electroless plating, metal fine particles, thin films, and the like are generally used. The type of metal used as a catalyst varies depending on the type of metal species used, and usually, a metal that is the same as the metal species used or more easily ionized is used as the catalyst.
As a specific example, for example, when the metal species is silver, a silver catalyst is mainly used. When the metal species is copper, a silver catalyst or a copper catalyst is mainly used. When the metal species is nickel, cobalt, gold, or the like. Palladium catalyst, tin catalyst, etc. are mainly used. As a catalyst, 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.
Introduction of the catalyst to the surface of the template can be performed by a known method. For example, an aqueous solution of a metal salt (for example, silver nitrate, metal chloride, etc.) serving as a catalyst is brought into contact with the template surface to adsorb the salt onto the template surface, and the salt is reduced. Thereby, metal fine particles can be introduced into the mold surface.
被覆膜中に含まれる金属層は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。たとえば、金属層として、それぞれ異なる金属からなる金属層を2層以上積層してなる複合層(たとえば銀層と銅層とからなる銀・銅複合層)を有してもよく、また、2層以上の金属層が、他の層(たとえば後述する金属酸化物層、有機/金属酸化物複合体層等)を介して積層された構造であってもよい。 1 type may be sufficient as the metal layer contained in a coating film, and 2 or more types may be sufficient as it. For example, the metal layer may have a composite layer (for example, a silver / copper composite layer made of a silver layer and a copper layer) formed by laminating two or more metal layers made of different metals. A structure in which the above metal layers are stacked via other layers (for example, a metal oxide layer, an organic / metal oxide composite layer, etc. described later) may be employed.
金属層の厚さは、形成しようとする構造体の寸法に応じて適宜設定すればよい。
本発明においては、特に、被覆膜全体としての厚さが、150nm以下であることが好ましく、120nm以下がより好ましく、100nm以下がさらに好ましく、80nmが特に好ましい。
該厚さの下限値としては、特に限定されないが、構造体の強度、基材上における自己支持性、無電解めっきの被膜均一性等を考慮すると、1nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、30nm以上がさらに好ましい。
What is necessary is just to set the thickness of a metal layer suitably according to the dimension of the structure to form.
In the present invention, the thickness of the entire coating film is preferably 150 nm or less, more preferably 120 nm or less, still more preferably 100 nm or less, and particularly preferably 80 nm.
The lower limit of the thickness is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more, considering the strength of the structure, self-supporting property on the substrate, coating uniformity of electroless plating, and the like. More preferably, it is 30 nm or more.
[他の層]
被覆膜は、前記金属層のみから構成されてもよく、前記金属層以外の他の層を含んでいてもよい。
前記金属層以外の層としては、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、例えば、金属酸化物層、有機/金属酸化物複合体層、有機化合物層、および有機/無機複合体層からなる群から選択される1種以上が挙げられ、好ましくは、金属酸化物層、有機/金属酸化物複合体層である。被覆膜中に含まれる前記他の層は1種であってもよく、2種以上であってもよい。
上記の中でも、ケイ素(金属ケイ素)、チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属の酸化物を含む層が好ましい。特に薄膜がシリカからなる場合は、半導体素子、液晶素子の製造に利用される耐エッチング材料や絶縁膜などの各種薄膜に好適なことから好ましい。
[Other layers]
The coating film may be composed of only the metal layer, or may include a layer other than the metal layer.
The layer other than the metal layer is not particularly defined unless departing from the gist of the present invention. For example, a metal oxide layer, an organic / metal oxide composite layer, an organic compound layer, and an organic / inorganic composite One or more selected from the group consisting of layers can be mentioned, and preferred are a metal oxide layer and an organic / metal oxide composite layer. 1 type may be sufficient as the said other layer contained in a coating film, and 2 or more types may be sufficient as it.
Among these, a layer containing an oxide of a metal such as silicon (metal silicon), titanium, zirconium, hafnium is preferable. In particular, it is preferable that the thin film is made of silica because it is suitable for various thin films such as an etching resistant material and an insulating film used for manufacturing a semiconductor element and a liquid crystal element.
これら他の層は、たとえば表面ゾルゲル法、交互吸着法、スピンコート法、ディップコート法、LB法(ラングミュア−ブロジェット法)、CVD法(化学蒸着法)等の、公知の薄膜形成方法を用いて形成できる。
また、これら他の層を形成するための材料としては、特開2002−338211号公報に記載の、有機成分が分子的に分散した有機/金属酸化物複合薄膜の有機成分に対応する部分が除去された構造を有するアモルファス状金属酸化物の薄膜材料や、国際公開公報WO03/095193号公報に記載の表面に水酸基またはカルボキシ基を提示する高分子の薄膜層と、該水酸基またはカルボキシ基を利用して高分子の薄膜層と配位結合または共有結合している金属酸化物薄膜層または有機/金属酸化物複合薄膜層とから構成される薄膜材料等を好ましく用いることができる。また、特開平10−249985号公報、特開2005−205584号公報、特開2006−297575号公報等に記載の金属酸化物薄膜、有機化合物薄膜およびこれらの複合体も好ましく採用できる。
For these other layers, a known thin film forming method such as a surface sol-gel method, an alternate adsorption method, a spin coating method, a dip coating method, an LB method (Langmuir-Blodget method), a CVD method (chemical vapor deposition method) or the like is used. Can be formed.
Further, as a material for forming these other layers, a portion corresponding to the organic component of the organic / metal oxide composite thin film in which the organic component is molecularly dispersed as described in JP-A-2002-338211 is removed. A thin film material of an amorphous metal oxide having a structured structure, a thin film layer of a polymer presenting a hydroxyl group or a carboxy group on the surface described in International Publication No. WO03 / 095193, and the hydroxyl group or the carboxy group. Thus, a thin film material composed of a metal oxide thin film layer or an organic / metal oxide composite thin film layer that is coordinated or covalently bonded to the polymer thin film layer can be preferably used. In addition, metal oxide thin films, organic compound thin films, and composites thereof described in JP-A-10-249985, JP-A-2005-205584, JP-A-2006-297575, and the like can also be preferably used.
前記薄膜に用いられる有機物としては、電荷を有するポリマーであるポリアニオンおよび/またはポリカチオンが好ましく、ポリアニオンは、ポリグルタミン酸、スルホン酸、硫酸、カルボン酸など負荷電を帯びることのできる官能基を有するものであり、ポリスチレンスルホン酸(PSS)、ポリビニル硫酸(PVS)、デキストラン硫酸、コンドロイチン硫酸、ポリアクリル酸(PAA)、ポリメタクリル酸(PMA)、ポリマレイン酸、ポリフマル酸などが好ましい例としてあげられる。これらの中でも、ポリスチレンスルホン酸(PSS)およびポリマレイン酸が特に好ましい。一方、ポリカチオンは、4級アンモニウム基、アミノ基などの正荷電を帯びることのできる官能基を有するものであり、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリアリルアミン塩酸塩(PAH)、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド(PDDA)、ポリビニルピリジン(PVP)、ポリリジンなどが好ましい例としてあげられる。これらの中でも、ポリアリルアミン塩酸塩(PAH)およびポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド(PDDA)が特に好ましい。
さらに、上記ポリカチオン・ポリアニオンに限らず、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリピロール等の水酸基やカルボキシ基を有する高分子化合物、デンプン、グリコゲン、アルギン酸、カラギーナン、アガロース等の多糖類、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、アクリルアミドなどのポリアミド、塩化ビニルなどのポリビニル化合物、ポリスチレンなどのスチレン系ポリマー、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセチレンやそれらポリマーの誘導体や共重合体も広く用いることができる。
また有機低分子も、鋳型表面を被覆できるものであれば広く用いることができ、長鎖アルキルを有する界面活性剤分子や、長鎖チオール、ハロゲン化物が好ましい例として挙げられる。さらに水素結合によって、ネットワーク構造を形成するような、アミノトリアジン、環状イミド(シアヌール酸、バルビツール酸、チオバルビツール酸、チミンなど)、グアニジニウム、カルボキシ基、リン酸基などの分子認識性を持つ複数の官能基を有する分子なども利用可能である。
さらにまた、導電性高分子、ポリ(アニリン−N−プロパンスルホン酸)(PAN)などの機能性高分子イオン、種々のデオキシリボ核酸(DNA)やリボ核酸(RNA)、蛋白質、オリゴペプチド、ペクチンなどの荷電を有する多糖類や荷電を持つ生体高分子を用いることもできる。
さらに有機薄膜の機械的強度を高めるためを高めるため、架橋材による架橋処理、熱、電気、化学処理などによる薄膜強度向上操作も適宜利用可能である。
The organic substance used in the thin film is preferably a polyanion and / or polycation which is a polymer having a charge, and the polyanion has a functional group capable of being negatively charged, such as polyglutamic acid, sulfonic acid, sulfuric acid and carboxylic acid. Preferred examples include polystyrene sulfonic acid (PSS), polyvinyl sulfate (PVS), dextran sulfate, chondroitin sulfate, polyacrylic acid (PAA), polymethacrylic acid (PMA), polymaleic acid, and polyfumaric acid. Among these, polystyrene sulfonic acid (PSS) and polymaleic acid are particularly preferable. On the other hand, the polycation has a positively charged functional group such as a quaternary ammonium group or an amino group, such as polyethyleneimine (PEI), polyallylamine hydrochloride (PAH), polydiallyldimethylammonium chloride ( Preferred examples include PDDA), polyvinyl pyridine (PVP), polylysine and the like. Among these, polyallylamine hydrochloride (PAH) and polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA) are particularly preferable.
Furthermore, not only the polycation / polyanion described above, but a polymer compound having a hydroxyl group or a carboxy group such as polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polypyrrole, polysaccharides such as starch, glycogen, alginic acid, carrageenan, agarose, polyimide, phenol resin, Polyamides such as polymethyl methacrylate and acrylamide, polyvinyl compounds such as vinyl chloride, styrene polymers such as polystyrene, polythiophene, polyphenylene vinylene, polyacetylene, and derivatives and copolymers of these polymers can also be widely used.
In addition, organic small molecules can be widely used as long as they can cover the template surface, and preferred examples include surfactant molecules having long-chain alkyl, long-chain thiols, and halides. Furthermore, it has molecular recognition such as aminotriazine, cyclic imide (cyanuric acid, barbituric acid, thiobarbituric acid, thymine, etc.), guanidinium, carboxy group, phosphate group, etc. that form a network structure by hydrogen bonding. A molecule having a plurality of functional groups can also be used.
Furthermore, conductive polymers, functional polymer ions such as poly (aniline-N-propanesulfonic acid) (PAN), various deoxyribonucleic acids (DNA) and ribonucleic acids (RNA), proteins, oligopeptides, pectin, etc. It is also possible to use a charged polysaccharide or a charged biopolymer.
Furthermore, in order to increase the mechanical strength of the organic thin film, a thin film strength improving operation by a crosslinking treatment with a crosslinking material, heat, electricity, chemical treatment, or the like can be used as appropriate.
前記他の層を表面ゾルゲル法により形成する場合、例えば、特開2002−338211号公報に記載の方法に従って、アルコキシ基を有する金属化合物(以下、「金属アルコキシド」ということがある)と反応する官能基が表出した鋳型の表面に、金属アルコキシド溶液に繰り返し浸漬することにより形成できる。金属酸化物薄膜は、金属アルコキシドの段階的な吸着によって溶液から金属酸化物の薄膜が形成される。この方法で作製された金属酸化物薄膜は、ナノメートルレベルの精度で厚みが制御されている。そして、金属酸化物超薄膜は、金属アルコキシドの重縮合に基づく薄膜形成であり、その鋳型被覆精度は分子レベルまで対応可能である。従って、ナノメートルレベルの形状を持つ鋳型構造は、正確に形状複写される。
また、金属アルコキシド以外にも、加水分解により水酸基を生成し得る金属化合物を用いて、同様の手法により金属酸化物膜を形成することができる。該金属化合物としては、イソシアネート基を有する金属化合物、ハロゲン原子を有する金属化合物、カルボニル基を有する金属化合物等が挙げられる。
When the other layer is formed by a surface sol-gel method, for example, according to the method described in JP-A-2002-338211, a functional group that reacts with a metal compound having an alkoxy group (hereinafter sometimes referred to as “metal alkoxide”). It can be formed by repeatedly immersing in the metal alkoxide solution on the surface of the template on which the group is exposed. A metal oxide thin film is formed from a solution by stepwise adsorption of a metal alkoxide. The thickness of the metal oxide thin film fabricated by this method is controlled with nanometer level accuracy. The ultrathin metal oxide film is a thin film formed based on polycondensation of metal alkoxide, and the template coating accuracy can be handled up to the molecular level. Accordingly, a mold structure having a nanometer level shape is accurately copied.
In addition to the metal alkoxide, a metal oxide film can be formed by a similar method using a metal compound capable of generating a hydroxyl group by hydrolysis. Examples of the metal compound include a metal compound having an isocyanate group, a metal compound having a halogen atom, and a metal compound having a carbonyl group.
金属アルコキシドとしては、例えば、チタンブトキシド(Ti(O−nBu)4)、ジルコニウムプロポキシド(Zr(O−nPr)4)、アルミニウムブトキシド(Al(O−nBu)3)、ニオブブトキシド(Nb(O−nBu)5)、シリコンテトラメトキシド(Si(O−Me)4)、ホウ素エトキシド(B(O−Et)3)等の希土類金属以外の金属アルコキシド化合物;ランタニドイソプロポキシド(Ln(O−iPr)3)、イットリウムイソプロポキシド(Y(O−iPr)3)等の希土類金属の金属アルコキシド化合物;バリウムチタンアルコキシド(BaTi(OR60)X3)等のダブルアルコキシド化合物(なお、ここでの「R60」は炭素数1〜5の低級アルキル基であり、X3は2〜4の整数である);メチルトリメトキシシラン(MeSi(O−Me)3)、ジエチルジエトキシシラン(Et2Si(O−Et)2)等の、2個以上のアルコキシ基を有し、かつアルコキシ基以外の有機基を有する金属アルコキシド化合物;アセチルアセトン等の配位子を有し、2個以上のアルコキシ基を有する金属アルコキシド化合物等が挙げられる。
また、上記金属アルコキシド類に少量の水を添加し、部分的に加水分解および縮合させて得られるアルコキシドゾルまたはアルコキシドゲルの微粒子を用いることもできる。
さらには、チタンブトキシドテトラマー(C4H9O[Ti(OC4H9)2O]4C4H9)等の、複数個または複数種の金属元素を有する二核またはクラスター型のアルコキシド化合物や、酸素原子を介して一次元に架橋した金属アルコキシド化合物に基づく高分子等も、上記金属アルコキシド類に含まれる。
Examples of the metal alkoxide include titanium butoxide (Ti (O—nBu) 4 ), zirconium propoxide (Zr (O—nPr) 4 ), aluminum butoxide (Al (O—nBu) 3 ), niobium butoxide (Nb (O -NBu) 5 ), metal alkoxide compounds other than rare earth metals such as silicon tetramethoxide (Si (O-Me) 4 ), boron ethoxide (B (O-Et) 3 ); lanthanide isopropoxide (Ln (O— iPr) 3 ), metal alkoxide compounds of rare earth metals such as yttrium isopropoxide (Y (O-iPr) 3 ); double alkoxide compounds such as barium titanium alkoxide (BaTi (OR 60 ) X3 ) R 60 'is a lower alkyl group of 1 to 5 carbon atoms, X 3 is an integer from 2 to 4 There); methyltrimethoxysilane (MeSi (O-Me) 3 ), such as diethyl diethoxy silane (Et 2 Si (O-Et ) 2), having two or more alkoxy groups, and other than an alkoxy group Examples thereof include metal alkoxide compounds having an organic group; metal alkoxide compounds having a ligand such as acetylacetone and having two or more alkoxy groups.
Further, fine particles of alkoxide sol or alkoxide gel obtained by adding a small amount of water to the metal alkoxides and partially hydrolyzing and condensing them can also be used.
Furthermore, a binuclear or cluster type alkoxide compound having a plurality of or plural kinds of metal elements such as titanium butoxide tetramer (C 4 H 9 O [Ti (OC 4 H 9 ) 2 O] 4 C 4 H 9 ) In addition, a polymer based on a metal alkoxide compound cross-linked one-dimensionally through an oxygen atom is also included in the metal alkoxides.
イソシアネート基を有する金属化合物としては一般式「M(NCO)X0」で表される2個以上のイソシアネート基を有する化合物が挙げられる(Mは金属原子であり、ここでのX0は2〜4の整数である)。具体的には、テトライソシアネートシラン(Si(NCO)4)、チタンテトライソシアネート(Ti(NCO)4)、ジルコニウムテトライソシアネート(Zr(NCO)4)、アルミニウムトリイソシアネート(Al(NCO)3)等が挙げられる。
ハロゲン原子を有する金属化合物としては、一般式「M(X1)n”」(Mは金属原子であり、X1はフッ素原子、塩素原子、臭素原子及び ヨウ素原子から選ばれる一種であり、n”は2〜4の整数である)で表される2個以上(好ましくは2〜4)のハロゲン原子を有するハロゲン化金属化合物が挙げられる。ハロゲン原子を有する化合物は金属錯体であってもよい。具体的には、テトラクロロチタン(TiCl4)、テトラクロロシラン(SiCl4)等が挙げられる。また、金属錯体として、塩化コバルト(CoCl2)等も挙げられる。
カルボニル基を有する金属化合物としては、チタニウムオキソアセチルアセテート(TiO(OCOCH2COCH3)2)、ペンタカルボニル鉄(Fe(CO)5)等の金属カルボニル化合物、及びこれらの多核クラスターが挙げられる。
Examples of the metal compound having an isocyanate group include compounds having two or more isocyanate groups represented by the general formula “M (NCO) X0 ” (M is a metal atom, where X 0 is 2 to 4). Integer). Specifically, tetraisocyanate silane (Si (NCO) 4 ), titanium tetraisocyanate (Ti (NCO) 4 ), zirconium tetraisocyanate (Zr (NCO) 4 ), aluminum triisocyanate (Al (NCO) 3 ), etc. Can be mentioned.
As the metal compound having a halogen atom, the general formula “M (X 1 ) n ″ ” (M is a metal atom, X 1 is a kind selected from a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, n "Is an integer of 2 to 4), and a halogenated metal compound having 2 or more (preferably 2 to 4) halogen atoms is exemplified. The compound having a halogen atom may be a metal complex. Specific examples include tetrachlorotitanium (TiCl 4 ), tetrachlorosilane (SiCl 4 ), etc. Further, examples of the metal complex include cobalt chloride (CoCl 2 ).
Examples of the metal compound having a carbonyl group include metal carbonyl compounds such as titanium oxoacetyl acetate (TiO (OCOCH 2 COCH 3 ) 2 ) and pentacarbonyl iron (Fe (CO) 5 ), and multinuclear clusters thereof.
これらの中でも、特に高活性で、加熱処理を特に行わずとも簡便に、耐エッチング性の高い金属酸化物膜を形成することができることから、イソシアネート基および/またはハロゲン原子を2個以上(好ましくは2〜4個)有するケイ素化合物が好ましい。
該ケイ素化合物の1分子中のケイ素の数は1であっても2以上であってもよく、好ましくは1である。中でも、以下の一般式(w−1)で表される化合物が好ましい。
SiWa ・・・(w−1)
式(w−1)中、aは2〜4の整数であり、4であることが望ましい。
Wはイソシアネート基(NCO基)またはハロゲン原子であり、複数のWは相互に同じであっても異なっていてもよい。
Wのハロゲン原子については上記ハロゲン原子を有する金属化合物におけるハロゲン原子と同様であり、塩素原子であることが望ましい。これらの中でも、イソシアネート基が好ましい。
Among these, since a metal oxide film having particularly high activity and high etching resistance can be easily formed without particularly performing heat treatment, two or more isocyanate groups and / or halogen atoms (preferably 2 to 4) silicon compounds are preferred.
The number of silicon in one molecule of the silicon compound may be 1 or 2 or more, preferably 1. Especially, the compound represented by the following general formula (w-1) is preferable.
SiW a (w-1)
In the formula (w-1), a is an integer of 2 to 4, and is preferably 4.
W is an isocyanate group (NCO group) or a halogen atom, and a plurality of W may be the same or different from each other.
The halogen atom of W is the same as the halogen atom in the metal compound having a halogen atom, and is preferably a chlorine atom. Among these, an isocyanate group is preferable.
<鋳型除去工程>
本工程においては、前記被覆膜の一部または全部を残したまま、鋳型の一部または全部を除去する。このとき、被覆膜の少なくとも一部はそのまま基材上に残り、この残った被覆膜が、構造体の一部または全部を構成する。
鋳型を除去する方法は、従来から知られている鋳型の除去方法を広く採用できる。特に、制御のし易さの観点から、プラズマ、オゾン酸化、溶出、焼成からなる群から選ばれる少なくとも一種の処理方法で行うことが好ましく、プラズマ処理がさらに好ましい。
<Mold removal process>
In this step, part or all of the template is removed while leaving part or all of the coating film. At this time, at least part of the coating film remains on the substrate as it is, and the remaining coating film constitutes part or all of the structure.
As a method for removing the template, conventionally known methods for removing the template can be widely adopted. In particular, from the viewpoint of ease of control, it is preferably carried out by at least one treatment method selected from the group consisting of plasma, ozone oxidation, elution and firing, and more preferably plasma treatment.
プラズマ処理を用いる場合の処理方法及び処理条件は、除去しようとする鋳型の成分などに応じて適宜決定することができる。
例えば、プラズマ処理時の時間、圧力、出力及び温度は、除去すべき成分の種類、大きさ、プラズマ源などに応じて適宜決定することができる。
プラズマ処理のプラズマ源としては、酸素ガス、水素ガス、窒素ガスなどの各種のガスを用いることができる。これらの中でも、酸素ガスを用いる酸素プラズマ処理、または水素ガスを用いる水素プラズマ処理が好ましく、特に、作成された金属構造体の酸化を防止できることから、水素プラズマ処理が好ましい。
例えば、酸素プラズマ処理を用いる場合、酸素プラズマ処理時の圧力は、1.33〜66.5Pa(10〜500mtorr)、好ましくは13.3〜26.6Pa(100〜200 mtorr)であることが適当である。また、酸素プラズマ処理時のプラズマ出力は、5〜500W、好ましくは10〜50Wであることが適当である。また、酸素プラズマ処理時の処理時間は、5分〜数時間、好ましくは5〜60分であることが適当である。また、酸素プラズマ処理の温度は、低温であり、好ましくは−30〜300℃であり、さらに好ましくは0〜100℃であり、最も好ましくは室温(5〜40℃)である。酸素プラズマ処理に用いるプラズマ装置は、特に限定されず、例えば、サウスベイ社製(South Bay Technology,USA)のPE−2000プラズマエッキャー(Plasma etcher)などを用いることができる。
例えば、水素プラズマ処理を用いる場合、水素プラズマ処理時の圧力は、1.33〜66.5Pa(10〜500mtorr)、好ましくは13.3〜26.6Pa(100〜200 mtorr)であることが適当である。また、水素プラズマ処理時のプラズマ出力は、5〜500W、好ましくは10〜50Wであることが適当である。また、水素プラズマ処理時の処理時間は、5分〜数時間、好ましくは5〜60分であることが適当である。また、水素プラズマ処理の温度は、低温であり、好ましくは−30〜300℃であり、さらに好ましくは0〜100℃であり、最も好ましくは室温(5〜40℃)である。水素プラズマ処理に用いるプラズマ装置は、特に限定されず、例えば、サウスベイ社製(South Bay Technology,USA)のPE−2000プラズマエッキャー(Plasma etcher)などを用いることができる。
The processing method and processing conditions in the case of using plasma processing can be appropriately determined according to the components of the template to be removed.
For example, the time, pressure, output, and temperature during the plasma treatment can be appropriately determined according to the type, size, plasma source, and the like of the component to be removed.
As the plasma source for the plasma treatment, various gases such as oxygen gas, hydrogen gas, and nitrogen gas can be used. Among these, oxygen plasma treatment using oxygen gas or hydrogen plasma treatment using hydrogen gas is preferable, and hydrogen plasma treatment is particularly preferable because oxidation of the formed metal structure can be prevented.
For example, when oxygen plasma treatment is used, the pressure during the oxygen plasma treatment is preferably 1.33 to 66.5 Pa (10 to 500 mtorr), and more preferably 13.3 to 26.6 Pa (100 to 200 mtorr). It is. The plasma output during the oxygen plasma treatment is 5 to 500 W, preferably 10 to 50 W. The treatment time during the oxygen plasma treatment is 5 minutes to several hours, preferably 5 to 60 minutes. The temperature of the oxygen plasma treatment is a low temperature, preferably -30 to 300 ° C, more preferably 0 to 100 ° C, and most preferably room temperature (5 to 40 ° C). The plasma apparatus used for the oxygen plasma treatment is not particularly limited. For example, a PE-2000 plasma etcher (Plasma etcher) manufactured by South Bay (South Bay Technology, USA) can be used.
For example, when hydrogen plasma treatment is used, the pressure during the hydrogen plasma treatment is preferably 1.33 to 66.5 Pa (10 to 500 mtorr), and more preferably 13.3 to 26.6 Pa (100 to 200 mtorr). It is. The plasma output during the hydrogen plasma treatment is 5 to 500 W, preferably 10 to 50 W. The treatment time during the hydrogen plasma treatment is suitably 5 minutes to several hours, preferably 5 to 60 minutes. Moreover, the temperature of hydrogen plasma treatment is low temperature, Preferably it is -30-300 degreeC, More preferably, it is 0-100 degreeC, Most preferably, it is room temperature (5-40 degreeC). The plasma apparatus used for the hydrogen plasma treatment is not particularly limited. For example, a PE-2000 plasma etcher (Plasma etcher) manufactured by South Bay (South Bay Technology, USA) can be used.
オゾン酸化処理を用いる場合の条件は、除去しようとする鋳型の成分、使用する装置に応じて適宜決定することができる。例えば、オゾン酸化処理時の圧力は、大気圧〜13.3Pa(100mTorr)の範囲内、好ましくは133.3〜13333.3Pa(0.1〜100torr)の範囲内であることが適当である。オゾン酸化処理時間は数分から数時間、好ましくは5〜60分とすることができる。処理温度は、室温〜600℃であり、好ましくは室温〜400℃とすることができる。 The conditions for using the ozone oxidation treatment can be appropriately determined according to the component of the mold to be removed and the apparatus to be used. For example, the pressure during the ozone oxidation treatment is suitably in the range of atmospheric pressure to 13.3 Pa (100 mTorr), preferably in the range of 133.3 to 133333.3 Pa (0.1 to 100 torr). The ozone oxidation treatment time can be several minutes to several hours, preferably 5 to 60 minutes. The treatment temperature is room temperature to 600 ° C., preferably room temperature to 400 ° C.
溶出処理を用いる場合の条件は、除去しようとする鋳型の成分等に応じて適宜公知の溶出方法を採用することができる。例えば、鋳型が上記分子量500以上の有機化合物を含有する鋳型形成用材料を用いて形成されたものである場合、該鋳型は、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶剤を用いることにより溶出させることができる。 As conditions for using the elution treatment, a known elution method can be appropriately employed depending on the components of the template to be removed. For example, when the template is formed using a template-forming material containing an organic compound having a molecular weight of 500 or more, the template can be eluted by using an organic solvent such as methanol, ethanol, and acetone. it can.
焼成処理を用いる場合の処理の条件としては、大気雰囲気中で100〜1000℃、好ましくは300〜500℃で、30秒〜数時間、好ましくは1〜60分間であることが好ましい。また、シリコンなどの酸化しやすい材料の基材を用いる場合、基材の酸化を防ぐために、窒素雰囲気中で焼成処理を行うことが好ましい。窒素中における焼成処理の諸条件は、大気雰囲気中と同じである。 The treatment conditions when the firing treatment is used are preferably 100 to 1000 ° C., preferably 300 to 500 ° C. in the air atmosphere, and 30 seconds to several hours, preferably 1 to 60 minutes. In addition, when using a base material that is easily oxidized such as silicon, it is preferable to perform a baking treatment in a nitrogen atmosphere in order to prevent the base material from being oxidized. The conditions for the firing treatment in nitrogen are the same as in the air atmosphere.
このとき、鋳型は、その全部を完全に除去してもよいし、一部を除去してもよい。一部を除去する場合、全体の1〜99%を除去するのが好ましく、5〜95%を除去するのがより好ましい。このように一部の鋳型を除去する場合、得られる構造体は、一部に鋳型を含んだ被覆膜−鋳型複合体として得られる。該構造体は、その状態のまま使用してもよいし、さらに加工することも可能である。 At this time, the mold may be completely removed or a part thereof may be removed. When removing a part, it is preferable to remove 1 to 99% of the whole, and it is more preferable to remove 5 to 95%. When a part of the template is removed in this way, the resulting structure is obtained as a coating film-template complex containing a part of the template. The structure may be used as it is or may be further processed.
また、鋳型を複数設けた場合、それらの鋳型を除去する工程は、同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい。別々に行う場合、より内側もしくは下側に存在するものから、順次除去するのが好ましい。
さらに、複数の鋳型を設けた場合、すべての鋳型について除去する必要はなく、その全部を完全除去してもよいし一部のみを除去してもよい。一部を除去する場合、全体の1〜99%を除去するのが好ましく、5〜95%を除去するのがより好ましい。このように一部の鋳型を除去する場合、構造体として、一部に鋳型を含んだ被覆膜−鋳型複合体として得られるが、このような状態のナノ構造体をこのまま使用してもよい。
Further, when a plurality of molds are provided, the steps of removing these molds may be performed simultaneously or separately. When performing separately, it is preferable to remove sequentially from the inner side or lower side.
Furthermore, when a plurality of templates are provided, it is not necessary to remove all the templates, and all of them may be completely removed or only a part of them may be removed. When removing a part, it is preferable to remove 1 to 99% of the whole, and it is more preferable to remove 5 to 95%. When a part of the template is removed in this way, the structure is obtained as a coating film-template complex partly including the template, but the nanostructure in such a state may be used as it is. .
被覆膜が、上記金属層以外に、他の層として、有機化合物を含有する層(たとえば前記有機/金属酸化物複合層)を含む場合、鋳型除去工程において、鋳型の除去と同時に、該有機化合物を含有する層中の有機化合物の一部または全部を除去することができる。
有機化合物の一部または全部が除去されると、該有機化合物に対応する部分が除去された構造体が形成される。すなわち除去された有機化合物の分子形状に応じた空隙を有する構造体が形成される。
具体的には、たとえばa)有機/金属酸化物複合層に含まれる有機化合物に対応する部分がそのまま空隙になっている構造体、b)有機/金属酸化物複合層に含まれる有機化合物に対応する部分を中心としてその近傍が空隙になっている構造体、c)有機/金属酸化物複合層に含まれる有機化合物に対応する部分あるいはその近傍が空隙になっており、さらにそれらの空隙の一部が互いにつながって網目状になっている構造体などが挙げられる。
このような空隙を有する構造体は、たとえば分子構造選択的な透過膜として利用することができる。
なお、必要に応じて、鋳型除去工程とは別に、有機/金属酸化物複合層中の有機化合物を除去する工程を設けることもできる。例えば、プラズマ、オゾン酸化、溶出、焼成等の処理を、鋳型除去工程とは異なる処理条件で行う工程を設けてもよい。
When the coating film includes, in addition to the metal layer, a layer containing an organic compound (for example, the organic / metal oxide composite layer) as another layer, in the template removal step, the organic layer is removed simultaneously with the removal of the template. Part or all of the organic compound in the layer containing the compound can be removed.
When part or all of the organic compound is removed, a structure in which a part corresponding to the organic compound is removed is formed. That is, a structure having voids corresponding to the molecular shape of the removed organic compound is formed.
Specifically, for example, a) a structure in which a portion corresponding to the organic compound contained in the organic / metal oxide composite layer is left as it is, and b) an organic compound contained in the organic / metal oxide composite layer. A structure having a gap in the vicinity of the portion to be centered; c) a portion corresponding to the organic compound contained in the organic / metal oxide composite layer or the vicinity thereof is a void; For example, a structure in which the parts are connected to each other to form a mesh.
A structure having such voids can be used, for example, as a permeable membrane selective to a molecular structure.
If necessary, a step of removing the organic compound in the organic / metal oxide composite layer may be provided separately from the template removing step. For example, a process of performing processing such as plasma, ozone oxidation, elution, and baking under processing conditions different from the mold removal process may be provided.
<被覆膜の一部を除去する工程>
本発明においては、前記鋳型除去工程の前に、前記被覆膜の一部を除去する工程を行うことが好ましい。
この場合、該被覆膜の除去は、鋳型の一部が露出するように行うことが好ましい。これにより、鋳型の除去をエッチング等により容易に行うことができる。
<The process of removing a part of coating film>
In this invention, it is preferable to perform the process of removing a part of said coating film before the said template removal process.
In this case, the coating film is preferably removed so that a part of the mold is exposed. Thereby, the mold can be easily removed by etching or the like.
また、前記鋳型除去工程の後に、前記被覆膜の一部を除去する工程を行ってもよく、特に、前記鋳型除去工程において、前記鋳型の一部を除去した後、被覆膜の一部を除去することが好ましい。
本発明において、前記鋳型の一部を除去した後、被覆膜の一部を除去する場合、該被覆膜の除去は、鋳型の一部が露出するように行うことが好ましい。これにより、鋳型の除去をエッチング等により容易に行うことができる。
Further, after the template removal step, a step of removing a part of the coating film may be performed. In particular, in the template removal step, after removing a part of the template, a part of the coating film is removed. Is preferably removed.
In the present invention, when a part of the coating film is removed after the part of the template is removed, the coating film is preferably removed so that a part of the template is exposed. Thereby, the mold can be easily removed by etching or the like.
被覆膜の一部を除去する方法としては、金属層を加工できる方法であればよく、被覆膜を構成する材料の種類を考慮して、また必要に応じて鋳型の種類等を考慮して、公知の方法を採用すればよい。該公知の方法としては、例えば、エッチング、化学処理、物理的剥離、研磨等が挙げられる。これらの中でも、処理工程が少なく簡便であることからエッチングが好ましく、特に、アルゴン、酸素等を用いるドライエッチングが好ましい。
除去する被覆膜の割合は、特に限定されず、好ましくは全体の1〜99%、より好ましくは全体の5〜95%である。
As a method for removing a part of the coating film, any method can be used as long as it can process the metal layer, considering the type of material constituting the coating film, and considering the type of the mold as necessary. Any known method may be employed. Examples of the known method include etching, chemical treatment, physical peeling, and polishing. Among these, etching is preferable because it has few processing steps and is simple, and dry etching using argon, oxygen, or the like is particularly preferable.
The ratio of the coating film to be removed is not particularly limited, and is preferably 1 to 99% of the whole, and more preferably 5 to 95% of the whole.
被覆膜の一部を除去する工程においては、特に限定されないが、被覆膜の一部を含む1つの平面を除去するのが好ましい。この場合、前記1つの平面は、基材に平行であってもよいし、垂直であってもよいし、適当な角度の傾斜を持っていてもよい。もちろん、これ以外の除去であってもよいことはいうまでもない。
本工程においては、特に、被覆膜の上端部を除去することが好ましい。中でも、鋳型として、縦断面が矩形のもの、たとえば矩形ライン構造、ホール構造、円柱構造等を採用した場合、その表面に設けられた被覆膜のうち、天面(本明細書において上面ということもある。)を含む上端部を除去することが好ましい。
具体例を挙げると、たとえば鋳型としてホール構造のものを用いる場合、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、ホールの内径と同じ外径のシリンダ形状の構造体が得られる。
また、たとえば鋳型として矩形ライン構造のものを用いる場合、該鋳型表面に被覆膜を形成し、その被覆膜の上端部を除去した後、鋳型を除去すると、基材上に、被覆膜の側壁部分のみが残る。その結果、該基材上に、ライン形状(幅が被覆膜の厚さであり、高さが、残った側壁部分の高さであるライン)の構造体が形成される。該構造体は、自己支持性を有する。
また、上端部の除去する際、どの程度除去するかを調節することにより、形成される構造体の高さを調節することができる。たとえば被覆膜の上端部の除去量が多いほど、形成される構造体の高さが低くなり、より微細な構造体が得られる。
このように、被覆膜の上端部を除去し、被覆膜の側壁部分を利用する場合、鋳型として、それほど微細なものを用いなくとも、ナノレベルの構造体を容易に得ることができる。
The step of removing a part of the coating film is not particularly limited, but it is preferable to remove one plane including a part of the coating film. In this case, the one plane may be parallel to the substrate, may be perpendicular, or may have an appropriate angle of inclination. Of course, it is needless to say that other removal methods may be used.
In this step, it is particularly preferable to remove the upper end portion of the coating film. In particular, when a mold having a rectangular longitudinal cross-section, for example, a rectangular line structure, a hole structure, a cylindrical structure, or the like is used as the casting mold, the top surface (referred to as the upper surface in this specification) among the coating films provided on the surface. It is preferable to remove the upper end including
As a specific example, for example, when a mold having a hole structure is used, a coating film is formed on the mold surface, the upper end of the coating film is removed, and then the mold is removed. Only the side wall portion of the coating film remains. As a result, a cylinder-shaped structure having the same outer diameter as the inner diameter of the hole is obtained.
For example, when a rectangular line structure is used as a mold, a coating film is formed on the surface of the mold, and after removing the upper end portion of the coating film, the mold is removed. Only the side wall portion remains. As a result, a structure having a line shape (a line in which the width is the thickness of the coating film and the height is the height of the remaining side wall portion) is formed on the base material. The structure has a self-supporting property.
In addition, the height of the structure to be formed can be adjusted by adjusting how much the upper end portion is removed. For example, the greater the removal amount of the upper end portion of the coating film, the lower the height of the structure to be formed, and a finer structure can be obtained.
As described above, when the upper end portion of the coating film is removed and the side wall portion of the coating film is used, a nano-level structure can be easily obtained without using a very fine template.
本発明においては、被覆膜の一部の除去と、前記鋳型の一部または全部の除去とを連続的に行ってもよく、同時に行ってもよい。たとえば、断面矩形の鋳型として縦断面が矩形のものを用いる場合、1回のエッチング処理により、被覆膜の天面の除去と、それに引き続いての、被覆膜の側壁上端部およびその内側の鋳型の一部または全部の除去とを行うことができる。 In the present invention, part of the coating film may be removed and part or all of the template may be removed continuously or simultaneously. For example, when a rectangular cross-section mold is used as a rectangular cross-section mold, the top surface of the coating film is removed by one etching process, and the upper end of the side wall of the coating film and the inner side thereof are subsequently removed. Part or all of the mold can be removed.
上記のようにして、基材上に、被覆膜の一部または全部からなる構造体、または被覆膜の一部または全部と、鋳型の一部とからなる構造体が形成される。 As described above, a structure composed of a part or all of the coating film or a part or whole of the coating film and a part of the template is formed on the substrate.
以下、本発明の製造方法(1)の好ましい実施形態を図面に沿って説明するが、これ以外の実施形態を排除するものでないことは言うまでもない。
「第1の実施形態」
図1に、第1の実施形態のフロー図を示す。
本実施形態では、まず、基材1上に矩形ライン構造の鋳型11を形成する(1−1)。次に、鋳型11の表面に触媒(金属微粒子)15を導入する(1−2)。そして、鋳型11の表面に無電解めっきを施し、1層の金属層からなる被覆膜21を形成する(1−3)。次に、被覆膜21の上端部を、基材に対して平行な面で除去し、鋳型11を露出させる(1−4)。このとき、被覆膜21の上端部とともに、鋳型11の一部を除去してもよい。最後に、鋳型11を除去する。そうすると、被覆膜21の側壁部21aのみが基材1上に残り、微細な構造体が形成される(1−5)。
Hereinafter, although preferred embodiment of the manufacturing method (1) of this invention is described along drawing, it cannot be overemphasized that other embodiment is not excluded.
“First Embodiment”
FIG. 1 shows a flowchart of the first embodiment.
In this embodiment, first, a
本実施形態においては、鋳型11の表面に被覆膜21を設ける工程で、被覆膜21の膜厚を制御することにより、得られる構造体の寸法を制御できる。そして、鋳型11の形状を適宜定めることにより、極めて微細な構造も製造可能となり、例えば、数ナノメートルから数十ナノメートルの幅の被覆膜で構成されるナノ構造体を得ることができ、また、その幅の制御も容易である。
さらに、本実施形態では、基材上に、高アスペクト比の構造物を、優れた自己支持性で直立した状態で形成できる。本実施形態においては、たとえばアスペクト比(高さ/幅)が5/1以上、さらには10/1以上の高アスペクト比で構造体を形成できる。アスペクト比の上限としては、基材上での自己支持性を考慮すると、(高さ/幅)300/1以下が好ましく、100/1以下がより好ましく、10/1以下が特に好ましい。
In this embodiment, the dimension of the structure obtained can be controlled by controlling the film thickness of the
Furthermore, in the present embodiment, a high aspect ratio structure can be formed on the substrate in an upright state with excellent self-supporting properties. In the present embodiment, the structure can be formed with a high aspect ratio of, for example, an aspect ratio (height / width) of 5/1 or more, and further 10/1 or more. The upper limit of the aspect ratio is preferably (height / width) of 300/1 or less, more preferably 100/1 or less, and particularly preferably 10/1 or less, considering self-supporting properties on the substrate.
なお、被覆膜21を被覆させる鋳型11は、必ずしも微細なものでなくともよく、例えばセンチメートルオーダーの構造物であってもよい。被覆膜21の形成条件と鋳型11の除去条件を適宜設定することにより、上記と同様、ナノ構造体を作製できる。すなわち、ナノメートルオーダーの幅をもつ構造体を作製できる。
Note that the
「第2の実施形態」
図2は、第2の実施形態のフロー図である。本実施形態は、2層の金属層からなる構造体を形成する例である。
本実施形態では、まず、基材1上に鋳型11を形成し(2−1)、該鋳型11の表面に第一の金属層22を形成する(2−2)。次に、該第一の金属層22の表面に、第二の金属層23を形成する(2−3)。これにより、鋳型11表面に、第一の金属層22および第二の金属層23の積層構造の被覆膜(複合膜)が形成される。なお、このとき、第一の金属層22および第二の金属層23のいずれか一方が、金属層以外の他の層であってもよい。
次に、複合膜の上端部を、基材に対して平行な面で除去し、鋳型11を露出させる(2−4)。このとき、複合膜の上端部とともに、鋳型11の一部を除去してもよい。最後に、鋳型11を除去する。そうすると、複合膜の側壁部(22aおよび23a)のみが基材1上に残り、微細な構造体が形成される(2−5)。
“Second Embodiment”
FIG. 2 is a flowchart of the second embodiment. This embodiment is an example of forming a structure composed of two metal layers.
In this embodiment, first, the
Next, the upper end portion of the composite film is removed on a plane parallel to the base material to expose the mold 11 (2-4). At this time, a part of the
なお、上記実施形態では、被覆膜の上端部を除去する工程と、鋳型を完全に除去する工程とを別々に行っているが、これらを同時に行ってもよい。
上記実施形態では、鋳型を完全に除去しているが、一部を除去し、一部を残してもよい。
上記実施形態では、被覆膜の一部を除去した後、鋳型の除去を行っているが、被覆膜を除去する前に鋳型の一部または全部の除去を行ってもよい。このような場合、鋳型の除去は、溶出、焼成等により行うことができる。通常、無電解めっきにより形成される金属層は、有孔膜であるため、たとえば前述した溶出処理を行い、有機溶剤により鋳型を溶解させることにより鋳型を除去できる。
上記実施形態では、被覆膜の一部を除去しているが、本発明の製造方法(1)においては、被覆膜の一部の除去を行わなくてもよい。この場合、たとえば上記実施形態のように矩形ライン構造の鋳型を採用すると、得られる構造体は、断面コの字型の構造を有しており、たとえばその両端部を除去することにより、基材上にトンネル構造の構造体が形成される。
In the above embodiment, the step of removing the upper end portion of the coating film and the step of completely removing the template are performed separately, but these may be performed simultaneously.
In the above embodiment, the template is completely removed, but a part may be removed and a part may be left.
In the above embodiment, the template is removed after removing a part of the coating film. However, a part or all of the template may be removed before removing the coating film. In such a case, the template can be removed by elution, firing or the like. Usually, since the metal layer formed by electroless plating is a porous film, the template can be removed by, for example, performing the elution process described above and dissolving the template with an organic solvent.
In the above embodiment, a part of the coating film is removed. However, in the manufacturing method (1) of the present invention, a part of the coating film may not be removed. In this case, for example, when a template having a rectangular line structure is employed as in the above-described embodiment, the resulting structure has a U-shaped cross section. A tunnel structure is formed thereon.
本発明の第二の態様の構造体の製造方法(以下、本発明の製造方法(2)ということがある。)は、少なくとも、基材上に設けられた鋳型の表面に、無電解めっきにより形成される金属層を含む被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜の一部を除去する工程とを行うことにより、前記基材上に構造体を形成することを特徴とする。
本発明の製造方法(2)は、前記本発明の製造方法(1)における「鋳型除去工程」を必須とせず、「被覆膜の一部を除去する工程」を必須とする点で前記本発明の製造方法(1)と相違する。
本発明の製造方法(2)において、前記被覆膜を形成する工程、および被覆膜の一部を除去する工程は、それぞれ、前記本発明の製造方法(1)における「被覆膜形成工程」、および「被覆膜の一部を除去する工程」と同様にして行うことができる。
The method for producing a structure according to the second aspect of the present invention (hereinafter sometimes referred to as the production method (2) of the present invention) is carried out by electroless plating at least on the surface of a mold provided on a substrate. A structure is formed on the substrate by performing a step of forming a coating film including a metal layer to be formed and a step of removing a part of the coating film.
The production method (2) of the present invention does not require the “template removal step” in the production method (1) of the present invention, but the “process for removing part of the coating film”. It is different from the manufacturing method (1) of the invention.
In the production method (2) of the present invention, the step of forming the coating film and the step of removing a part of the coating film are respectively the “coating film forming step” in the production method (1) of the present invention. And “the step of removing a part of the coating film”.
本発明の製造方法(2)においては、前記被覆膜の一部を除去する前および/または後に、鋳型の一部または全部を除去する工程を行うことが好ましい。
本工程は、前記本発明の製造方法(1)における「鋳型除去工程」と同様にして行うことができる。
本発明の製造方法(2)においては、「鋳型除去工程」は必須の工程ではないが、該工程を行うことにより、より微細な構造体を得ることができる。
In the production method (2) of the present invention, it is preferable to perform a step of removing a part or all of the template before and / or after removing a part of the coating film.
This step can be performed in the same manner as the “template removal step” in the production method (1) of the present invention.
In the production method (2) of the present invention, the “template removal step” is not an essential step, but a finer structure can be obtained by performing this step.
前記本発明の製造方法(1)または(2)によれば、金属層を含む微細な構造体を簡便に製造できる。たとえば、基材上に、幅が数ナノメートルから数百ナノメートル程度の膜から構成されるナノ構造体、たとえば高さが5〜500nmで、幅が2〜100nmのナノ構造体、さらには、高さが10〜300nmで、幅が1〜50nmのナノ構造体を簡便に製造できる。
かかるナノ構造体は、電子デバイス、磁気デバイス、分子センサ、金属触媒、アクチュエーター、分離剤、吸着剤、偏光フィルム等の様々な分野への応用が期待される。
According to the manufacturing method (1) or (2) of the present invention, a fine structure including a metal layer can be easily manufactured. For example, on a substrate, a nanostructure composed of a film having a width of several nanometers to several hundred nanometers, for example, a nanostructure having a height of 5 to 500 nm and a width of 2 to 100 nm, A nanostructure having a height of 10 to 300 nm and a width of 1 to 50 nm can be easily produced.
Such nanostructures are expected to be applied to various fields such as electronic devices, magnetic devices, molecular sensors, metal catalysts, actuators, separating agents, adsorbents, and polarizing films.
≪構造体≫
本発明の構造体は、前記本発明の製造方法(1)または(2)により製造されるものである。
構造体の形状は、特に限定されない。具体例としては、たとえばライン、シリンダその他の3次元構造、それらのネットワーク構造や複合構造、繰り返し構造等を採用することができる。
前記本発明の製造方法(1)または(2)は、上述したように、ナノ構造体を簡便に製造できることから、本発明の構造体は、ナノ構造体であることが好ましい。
≪Structure≫
The structure of the present invention is produced by the production method (1) or (2) of the present invention.
The shape of the structure is not particularly limited. As a specific example, for example, a line, a cylinder or other three-dimensional structure, a network structure, a composite structure, a repeating structure, or the like can be adopted.
Since the production method (1) or (2) of the present invention can easily produce a nanostructure as described above, the structure of the present invention is preferably a nanostructure.
(実施例1:銀ナノラインの製造)
まず、リソグラフィー法により、以下の手順で鋳型を形成した。
8インチのシリコンウェハ基板上に、KrFエキシマレーザー用のポジ型レジスト組成物(商品名:TDUR−P015、東京応化工業社製)をスピンコート法により塗布し、90℃、90秒の条件でプリベークして膜厚400nmのレジスト膜を形成した。該レジスト膜に対し、KrFエキシマレーザ露光機ニコン社製NSR−S205(NA=0.75)を用い、マスクパターンを介して露光し、110℃、90秒の条件でポストベーク(PEB)を行った後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて60秒間現像することによって、レジストパターン(鋳型)を形成した。
鋳型の形状は、幅約600nm、高さ約400nmの矩形ライン構造とした。
(Example 1: Production of silver nanoline)
First, a template was formed by the following procedure by lithography.
A positive resist composition for KrF excimer laser (trade name: TDUR-P015, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied onto an 8-inch silicon wafer substrate by spin coating, and prebaked at 90 ° C. for 90 seconds. Thus, a resist film having a thickness of 400 nm was formed. The resist film is exposed through a mask pattern using a KrF excimer laser exposure machine NSR-S205 (NA = 0.75) manufactured by Nikon, and post-baked (PEB) under conditions of 110 ° C. for 90 seconds. Thereafter, the resist pattern (template) was formed by developing for 60 seconds using an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide solution.
The shape of the mold was a rectangular line structure having a width of about 600 nm and a height of about 400 nm.
上記のようにして形成された幅約600nm、高さ約400nmの矩形ライン構造を持つシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、10mlの硝酸銀水溶液(1M)に5分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を10mlの水素化ホウ素ナトリウム水溶液(10mM)に1分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。この一連の操作を5回行うことにより、鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、5mlの硝酸銀水溶液(0.15M)にアンモニア水(0.2M)を茶色沈殿が消失するまで(約5ml)加え、硝酸銀/アンモニア混合水溶液を作成した。この溶液1mlにグルコース溶液(水:メタノール=7:3;グルコース濃度:0.7g/l)を1ml混合し、先の操作で作成した基板を浸漬(溶液温度25℃、浸漬時間5分)して銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(水素プラズマエッチング;圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で、銀薄膜の側面部分からなる銀ナノライン構造が基板上に形成された。
A silicon wafer substrate having a rectangular line structure having a width of about 600 nm and a height of about 400 nm formed as described above is subjected to oxygen plasma treatment (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) and a mold. The surface of was activated.
Next, after being immersed in 10 ml of an aqueous silver nitrate solution (1M) for 5 minutes, it was immersed in deionized water for 1 minute and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 10 ml of an aqueous sodium borohydride solution (10 mM) for 1 minute, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream. By performing this series of operations five times, fine silver particles (catalyst) were introduced onto the template surface.
Next, aqueous ammonia (0.2 M) was added to 5 ml of an aqueous silver nitrate solution (0.15 M) until the brown precipitate disappeared (about 5 ml) to prepare a silver nitrate / ammonia mixed aqueous solution. 1 ml of this solution was mixed with 1 ml of glucose solution (water: methanol = 7: 3; glucose concentration: 0.7 g / l), and the substrate prepared in the previous operation was immersed (solution temperature 25 ° C., immersion time 5 minutes). Then, silver electroless plating was performed to form a silver thin film on the mold surface.
The electroless-plated substrate was subjected to an etching process using argon gas (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 Pa, power 300 W,
この銀ナノラインについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図3に、この銀ナノラインの走査型電子顕微鏡像を示す。図3(a)は縦断面斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
図3に示すように、基板上に、線幅約60nm、高さ約300nmの銀ナノラインが形成されていることが認められた。また、この銀ナノラインは、線幅に対して高いアスペクト比を有しており、自己支持的に銀ラインが保持されていることがわかる。
This silver nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 3 shows a scanning electron microscope image of the silver nanoline. FIG. 3A is a longitudinal sectional perspective view, and FIG. 3B is a partially enlarged view of FIG.
As shown in FIG. 3, it was recognized that silver nanolines having a line width of about 60 nm and a height of about 300 nm were formed on the substrate. Moreover, this silver nanoline has a high aspect ratio with respect to line width, and it turns out that a silver line is hold | maintained by self-support.
(実施例2:銅ナノラインの製造)
実施例1と同様にして幅約600nm、高さ約400nmの矩形ライン構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、塩化銅、ほう酸、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム、ジメチルアミンボランをそれぞれ下記の最終濃度となる量で含有する混合水溶液約90mlに、0.1mol/l水酸化ナトリウム水溶液を適当量加えて溶液pHを7.0に調整し、水を加えて溶液全量を100mlとした。各成分の最終濃度は塩化銅(0.05M)、ほう酸(0.1M)、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(0.05M)、ジメチルアミンボラン(0.1M)である。この溶液に該基板を浸漬(溶液温度50℃、浸漬時間10分)して銅無電解めっきを行い、鋳型表面に銅薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分、処理温度25℃)を行い、銅薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で、銅薄膜の側面部分からなる銅ナノライン構造が基板上に形成された。
(Example 2: Production of copper nanoline)
As in Example 1, an oxygen plasma treatment (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) was applied to a silicon wafer substrate on which a rectangular line structure having a width of about 600 nm and a height of about 400 nm was formed. The surface of the template was activated.
Next, in the same manner as in Example 1, fine silver particles (catalyst) were introduced onto the mold surface.
Next, an appropriate amount of a 0.1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution is added to about 90 ml of a mixed aqueous solution containing copper chloride, boric acid, disodium ethylenediaminetetraacetate, and dimethylamine borane at the following final concentrations. The pH was adjusted to 7.0 and water was added to bring the total solution to 100 ml. The final concentration of each component is copper chloride (0.05M), boric acid (0.1M), disodium ethylenediaminetetraacetate (0.05M), dimethylamine borane (0.1M). The substrate was immersed in this solution (solution temperature: 50 ° C., immersion time: 10 minutes), and copper electroless plating was performed to form a copper thin film on the mold surface.
The electroless-plated substrate is etched with argon gas (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 Pa, power 300 W,
この銅ナノラインについて走査型電子顕微鏡で調べた。図4に、この銅ナノラインの走査型電子顕微鏡像を示す。図4(a)は縦断面斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
図4に示すように、基板上に、線幅約60nm、高さ約300nmの銅ナノラインが形成されていることが認められた。また、この銅ナノラインは、線幅に対して高いアスペクト比を有しており、自己支持的に銅ラインが保持されていることがわかる。
This copper nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 4 shows a scanning electron microscope image of this copper nanoline. 4A is a longitudinal sectional perspective view, and FIG. 4B is a partially enlarged view of FIG.
As shown in FIG. 4, it was recognized that a copper nanoline having a line width of about 60 nm and a height of about 300 nm was formed on the substrate. Moreover, this copper nanoline has a high aspect ratio with respect to line width, and it turns out that the copper line is hold | maintained by self-support.
(実施例3:銀・銅複合ナノラインの製造)
実施例1と同様にして幅約600nm、高さ約400nmの矩形ライン構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、実施例1と同様にして銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
次に、実施例2と同様にして銅無電解めっきを行い、銀薄膜上に銅薄膜を形成した。これにより、鋳型表面上に、銀・銅複合薄膜が形成された。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10pa、パワー300W、処理時間2分、処理温度25℃)を行い、銀・銅複合薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銀・銅複合薄膜の側面部分からなる銀・銅複合ナノライン構造が基板上に形成された。
(Example 3: Production of silver / copper composite nanoline)
As in Example 1, an oxygen plasma treatment (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) was applied to a silicon wafer substrate on which a rectangular line structure having a width of about 600 nm and a height of about 400 nm was formed. The surface of the template was activated.
Next, in the same manner as in Example 1, fine silver particles (catalyst) were introduced onto the mold surface.
Next, silver electroless plating was performed in the same manner as in Example 1 to form a silver thin film on the mold surface.
Next, copper electroless plating was performed in the same manner as in Example 2 to form a copper thin film on the silver thin film. As a result, a silver / copper composite thin film was formed on the mold surface.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using an RIE apparatus (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 pa, power 300 W, processing time 2 minutes, processing temperature 25 ° C.), and a silver / copper composite thin film The upper surface portion of was removed. Subsequently, the substrate was subjected to etching treatment with hydrogen gas (pressure 27 Pa, power 50 W, treatment time 40 minutes, treatment temperature 25 ° C.) to remove the mold. By the above operation, a silver / copper composite nanoline structure composed of side portions of the silver / copper composite thin film was formed on the substrate.
この銀・銅複合ナノラインについて走査型電子顕微鏡で調べた。図5に、この銀・銅複合ナノラインの走査型電子顕微鏡像を示す。図5(a)は縦断面斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
図5に示すように、基板上に、線幅約120nm、高さ約300nmの銀・銅複合ナノラインが形成されていることが認められた。また、この銀・銅複合ナノラインは自己支持的に保持されていることがわかる。
This silver / copper composite nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 5 shows a scanning electron microscope image of the silver / copper composite nanoline. Fig.5 (a) is a longitudinal cross-sectional perspective view, (b) is the elements on larger scale of (a).
As shown in FIG. 5, it was confirmed that a silver / copper composite nanoline having a line width of about 120 nm and a height of about 300 nm was formed on the substrate. It can also be seen that the silver / copper composite nanoline is held in a self-supporting manner.
(実施例4:銀シリンダの製造)
使用するマスクパターンを変えた以外は実施例1と同様にして、シリコンウェハ基板上に、内径約600nm、高さ約400nmのホール構造(鋳型)を形成した。
該ホール構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、実施例1と同様にして銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銀薄膜の側面部分からなる銀シリンダ構造が基板上に形成された。
(Example 4: Production of silver cylinder)
A hole structure (mold) having an inner diameter of about 600 nm and a height of about 400 nm was formed on a silicon wafer substrate in the same manner as in Example 1 except that the mask pattern used was changed.
The silicon wafer substrate on which the hole structure was formed was subjected to oxygen plasma treatment (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) to activate the surface of the mold.
Next, in the same manner as in Example 1, fine silver particles (catalyst) were introduced onto the mold surface.
Next, silver electroless plating was performed in the same manner as in Example 1 to form a silver thin film on the mold surface.
The electroless-plated substrate was subjected to an etching process using argon gas (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 Pa, power 300 W,
この銀シリンダについて走査型電子顕微鏡で調べた。図6に、この銀シリンダの走査型電子顕微鏡像を示す。図6は、1つの銀シリンダの縦断面図である。
図6に示すように、基板上に、周囲の壁の厚さ約60nm、高さ約300nmの銀シリンダが形成されていることが認められた。
This silver cylinder was examined with a scanning electron microscope. FIG. 6 shows a scanning electron microscope image of this silver cylinder. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of one silver cylinder.
As shown in FIG. 6, it was recognized that a silver cylinder having a peripheral wall thickness of about 60 nm and a height of about 300 nm was formed on the substrate.
(実施例5:銅シリンダの製造)
実施例4と同様にして内径約600nm、高さ約400nmのホール構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、実施例2と同様にして銅無電解めっきを行い、鋳型表面上に銅薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分、処理温度25℃)を行い、銅薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銅薄膜の側面部分からなる銅シリンダ構造が基板上に形成された。
(Example 5: Production of copper cylinder)
In the same manner as in Example 4, a silicon wafer substrate on which a hole structure having an inner diameter of about 600 nm and a height of about 400 nm was formed was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) and a mold. The surface of was activated.
Next, in the same manner as in Example 1, fine silver particles (catalyst) were introduced onto the mold surface.
Next, copper electroless plating was performed in the same manner as in Example 2 to form a copper thin film on the mold surface.
The electroless-plated substrate is etched with argon gas (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 Pa, power 300 W,
この銅シリンダについて走査型電子顕微鏡で調べた。図7に、この銅シリンダの走査型電子顕微鏡像を示す。図7は、1つの銅シリンダの縦断面図である。
図7に示すように、基板上に、周囲の壁の厚さ約60nm、高さ約300nmの銅シリンダが形成されていることが認められた。
This copper cylinder was examined with a scanning electron microscope. FIG. 7 shows a scanning electron microscope image of this copper cylinder. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of one copper cylinder.
As shown in FIG. 7, it was recognized that a copper cylinder having a wall thickness of about 60 nm and a height of about 300 nm was formed on the substrate.
(実施例6:銀・銅複合シリンダの製造)
実施例4と同様にして内径約600nm、高さ約400nmのホール構造が形成されたシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、実施例1と同様にして銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
次に、実施例2と同様にして銅無電解めっきを行い、銀薄膜上に銅薄膜を形成した。これにより、鋳型表面上に、銀・銅複合薄膜が形成された。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間2分、処理温度25℃)を行い、銀・銅複合薄膜の上面部分を除去した。続いて、この基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分、処理温度25℃)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銀・銅複合薄膜の側面部分からなる銀・銅複合シリンダ構造が基板上に形成された。
(Example 6: Manufacture of silver / copper composite cylinder)
In the same manner as in Example 4, a silicon wafer substrate on which a hole structure having an inner diameter of about 600 nm and a height of about 400 nm was formed was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) and a mold. The surface of was activated.
Next, in the same manner as in Example 1, fine silver particles (catalyst) were introduced onto the mold surface.
Next, silver electroless plating was performed in the same manner as in Example 1 to form a silver thin film on the mold surface.
Next, copper electroless plating was performed in the same manner as in Example 2 to form a copper thin film on the silver thin film. As a result, a silver / copper composite thin film was formed on the mold surface.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon gas (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 Pa, power 300 W, treatment time 2 minutes, treatment temperature 25 ° C.) using a RIE apparatus, and a silver / copper composite thin film The upper surface portion of was removed. Subsequently, the substrate was subjected to etching treatment with hydrogen gas (pressure 27 Pa, power 50 W, treatment time 40 minutes, treatment temperature 25 ° C.) to remove the mold. With the above operation, a silver / copper composite cylinder structure composed of side portions of the silver / copper composite thin film was formed on the substrate.
この銀・銅複合シリンダについて走査型電子顕微鏡で調べた。図8に、この銀・銅複合シリンダの走査型電子顕微鏡像を示す。図8は、1つの銀・銅複合シリンダの縦断面図である。
図8に示すように、基板上に、周囲の壁の厚さ約120nm、高さ約300nmの銀・銅複合シリンダが形成されていることが認められた。
This silver / copper composite cylinder was examined with a scanning electron microscope. FIG. 8 shows a scanning electron microscope image of this silver / copper composite cylinder. FIG. 8 is a longitudinal sectional view of one silver / copper composite cylinder.
As shown in FIG. 8, it was recognized that a silver / copper composite cylinder having a peripheral wall thickness of about 120 nm and a height of about 300 nm was formed on the substrate.
(実施例7:銀ナノラインの製造(高さ減少))
まず、リソグラフィー法により、以下の手順で鋳型を形成した。
8インチのシリコンウェハ基板上に、KrFエキシマレーザー用のポジ型レジスト組成物(商品名:TDUR−P015、東京応化工業社製)をスピンコート法により塗布し、90℃、90秒の条件でプリベークして膜厚700nmのレジスト膜を形成した。該レジスト膜に対し、KrFエキシマレーザ露光機ニコン社製NSR−S205(NA=0.75)を用い、マスクパターンを介して露光し、110℃、90秒の条件でポストベーク(PEB)を行った後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて60秒間現像することによって、レジストパターン(鋳型)を形成した。
鋳型の形状は、幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造とした。
(Example 7: Production of silver nanoline (height reduction))
First, a template was formed by the following procedure by lithography.
A positive resist composition for KrF excimer laser (trade name: TDUR-P015, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied onto an 8-inch silicon wafer substrate by spin coating, and prebaked at 90 ° C. for 90 seconds. Thus, a resist film having a thickness of 700 nm was formed. The resist film is exposed through a mask pattern using a KrF excimer laser exposure machine NSR-S205 (NA = 0.75) manufactured by Nikon, and post-baked (PEB) under conditions of 110 ° C. for 90 seconds. Thereafter, the resist pattern (template) was formed by developing for 60 seconds using an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide solution.
The shape of the mold was a rectangular line structure having a width of about 400 nm and a height of about 700 nm.
上記のようにして形成された幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造を持つシリコンウェハ基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間4分、処理温度25℃)を施して矩形ライン構造の高さを約200nmまで減少させた。
次に、実施例1と同様にして鋳型表面に微粒子状の銀(触媒)を導入した。
次に、実施例1と同様にして銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10Pa、パワー300W、処理時間1分、処理温度25℃)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銀薄膜の側面部分からなる銀ナノライン構造が基板上に形成された。
A silicon wafer substrate having a rectangular line structure with a width of about 400 nm and a height of about 700 nm formed as described above is subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 4 minutes, treatment temperature 25 ° C.) to form a rectangle. The height of the line structure was reduced to about 200 nm.
Next, in the same manner as in Example 1, fine silver particles (catalyst) were introduced onto the mold surface.
Next, silver electroless plating was performed in the same manner as in Example 1 to form a silver thin film on the mold surface.
The electroless-plated substrate is etched with argon gas (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 Pa, power 300 W,
この銀ナノラインについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図9に、この銀ナノラインの走査型電子顕微鏡像を示す。図9(a)は縦断面斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
図9に示すように、基板上に、線幅約60nm、高さ約150nmの銀ナノラインが形成されていることが認められた。
This silver nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 9 shows a scanning electron microscope image of the silver nanoline. Fig.9 (a) is a longitudinal cross-sectional perspective view, (b) is the elements on larger scale of (a).
As shown in FIG. 9, it was confirmed that silver nanolines having a line width of about 60 nm and a height of about 150 nm were formed on the substrate.
(実施例8:銀ナノライン単線の製造、導電性評価)
表面が500nmのSiO2熱酸化膜によって覆われたシリコンウェハ基板上に、使用するマスクパターンを変えた以外は実施例7と同様にして、幅約5mm、高さ約600nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、10mlの硝酸銀水溶液(1M)に3分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を10mlの水素化ホウ素ナトリウム水溶液(10mM)に1分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。この一連の操作を3回行った。
次に、5mlの硝酸銀水溶液(0.15M)にアンモニア水(0.2M)を茶色沈殿が消失するまで(約5ml)加え、硝酸銀/アンモニア混合水溶液を作成した。この溶液1mlにグルコース溶液(水:メタノール=7:3;グルコース濃度0.7g/l)を1ml混合し、先の操作で作成した基板を浸漬し(溶液温度25℃、浸漬時間2分間)、銀無電解めっきを行い、鋳型表面に銀薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンガスによるエッチング処理(ガス流量30sccm、圧力10pa、パワー300W、処理時間50秒)を行い、銀薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に水素ガスによるエッチング処理(圧力27Pa、パワー50W、処理時間40分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で銀薄膜の側面部分からなる銀ナノラインを得た。
(Example 8: Production of silver nanoline single wire, conductivity evaluation)
A rectangular line structure mold having a width of about 5 mm and a height of about 600 nm in the same manner as in Example 7 except that the mask pattern to be used was changed on a silicon wafer substrate covered with a SiO 2 thermal oxide film having a surface of 500 nm. Formed. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) to activate the surface of the mold.
Next, after being immersed in 10 ml of an aqueous silver nitrate solution (1M) for 3 minutes, it was immersed in deionized water for 1 minute and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 10 ml of an aqueous sodium borohydride solution (10 mM) for 1 minute, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream. This series of operations was performed three times.
Next, aqueous ammonia (0.2 M) was added to 5 ml of an aqueous silver nitrate solution (0.15 M) until the brown precipitate disappeared (about 5 ml) to prepare a silver nitrate / ammonia mixed aqueous solution. 1 ml of this solution was mixed with 1 ml of glucose solution (water: methanol = 7: 3; glucose concentration 0.7 g / l), and the substrate prepared in the previous operation was immersed (solution temperature 25 ° C., immersion time 2 minutes) Silver electroless plating was performed to form a silver thin film on the mold surface.
The electroless-plated substrate was subjected to an etching process using argon gas (gas flow rate 30 sccm, pressure 10 pa, power 300 W, treatment time 50 seconds) using an RIE apparatus, and the upper surface portion of the silver thin film was removed. Subsequently, this substrate was subjected to etching treatment with hydrogen gas (pressure 27 Pa, power 50 W, treatment time 40 minutes), and the mold was removed. The silver nanoline which consists of a side part of a silver thin film by the above operation was obtained.
この銀ナノラインについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図10に、この銀ナノラインの走査型電子顕微鏡像(縦断面斜視図)を示す。図10に示すように、基板上に、線幅約40nm、高さ約300nmの銀ナノラインが形成されていた。
また、この銀ナノラインの両端をそれぞれ銀ペーストにより金細線につなぎ、金細線をポテンシオスタット(Princeton Applied Research社製、商品名:PARSTAT2263)に接続することで電気伝導性の検討を行った。その結果を図11に示す。
上記の結果から、当該銀ナノラインが、線幅に対して高いアスペクト比を有しており、高い電気伝導性を有していることが認められた。
This silver nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 10 shows a scanning electron microscope image (longitudinal sectional perspective view) of the silver nanoline. As shown in FIG. 10, silver nanolines having a line width of about 40 nm and a height of about 300 nm were formed on the substrate.
Further, both ends of the silver nanoline were connected to a gold fine wire with a silver paste, and the gold fine wire was connected to a potentiostat (manufactured by Princeton Applied Research, trade name: PARSTAT 2263) to examine electrical conductivity. The result is shown in FIG.
From the above results, it was confirmed that the silver nanoline had a high aspect ratio with respect to the line width and high electrical conductivity.
(実施例9:ニッケルナノラインの製造(高さ減少))
シリコンウェハ基板上に、実施例7と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3分、処理温度25℃)を施して矩形ライン構造の高さを約500nmまで減少させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に塩化ニッケル(0.13M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.034M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)を含む混合水溶液約10mlを作製した。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にニッケル薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間10分)を行い、ニッケル薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でニッケル薄膜の側面部分からなるニッケルナノラインを得た。
(Example 9: Production of nickel nanoline (height reduction))
A rectangular line structure mold having a width of about 400 nm and a height of about 700 nm was formed on a silicon wafer substrate in the same manner as in Example 7. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 minutes, treatment temperature 25 ° C.) to reduce the height of the rectangular line structure to about 500 nm.
Next, it was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.005M) and tin chloride (0.022M) for 2 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.0005M) and palladium chloride (0.0015M) for 5 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream.
Next, about 10 ml of a mixed aqueous solution containing nickel chloride (0.13 M), anhydrous trisodium citrate dihydrate (0.034 M), and dimethylamine borane (0.025 M) was prepared. The substrate was immersed in this solution (solution temperature 70 ° C., immersion time 20 seconds) to form a nickel thin film on the mold surface.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon and CF 4 mixed gas (argon flow rate 30 sccm, CF 4 flow rate 5 sccm, pressure 2 pa, power 100 W, treatment time 10 minutes) using an RIE apparatus. The upper surface portion of the thin film was removed. Subsequently, this substrate was subjected to an etching process using oxygen gas (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 4 minutes), and the mold was removed. The nickel nanoline which consists of a side part of a nickel thin film was obtained by the above operation.
このニッケルナノラインについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図12に、このニッケルナノラインの走査型電子顕微鏡像を示す。図12(a)は縦断面斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
図12に示すように、基板上に、線幅約30nm、高さ約500nmのニッケルナノラインが形成されていることが認められた。該ニッケルナノラインは、線幅に対して高いアスペクト比を有しており、自己支持的にニッケルナノラインが保持されていることがわかる。
This nickel nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 12 shows a scanning electron microscope image of the nickel nanoline. 12A is a longitudinal sectional perspective view, and FIG. 12B is a partially enlarged view of FIG.
As shown in FIG. 12, it was recognized that nickel nanolines having a line width of about 30 nm and a height of about 500 nm were formed on the substrate. The nickel nanoline has a high aspect ratio with respect to the line width, and it can be seen that the nickel nanoline is held in a self-supporting manner.
(実施例10:コバルトナノラインの製造(高さ減少)、磁性評価)
シリコンウェハ基板上に、実施例7と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3分、処理温度25℃)を施して矩形ライン構造の高さを約500nmまで減少させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、硫酸コバルト七水和物、無水クエン酸三ナトリウム二水和物、ジメチルアミンボラン、硫酸アンモニウム、リン酸、酒石酸ナトリウム二水和物を所定量含む混合水溶液約10mlに2M水酸化ナトリウム水溶液を適当量加えて、溶液pHを9.0に調整し、水を加えて溶液全量を20mlとした。各成分の最終濃度は硫酸コバルト七水和物(0.1M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.05M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)、硫酸アンモニウム(0.2M)、リン酸(0.06M)、酒石酸ナトリウム二水和物(0.2M)である。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にコバルト薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間8分)を行い、コバルト薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でコバルト薄膜の側面部分からなるコバルトナノラインを得た。
(Example 10: Production of cobalt nanoline (height reduction), magnetic evaluation)
A rectangular line structure mold having a width of about 400 nm and a height of about 700 nm was formed on a silicon wafer substrate in the same manner as in Example 7. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 minutes, treatment temperature 25 ° C.) to reduce the height of the rectangular line structure to about 500 nm.
Next, it was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.005M) and tin chloride (0.022M) for 2 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.0005M) and palladium chloride (0.0015M) for 5 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream.
Next, 2M aqueous sodium hydroxide solution was added to about 10 ml of a mixed aqueous solution containing a predetermined amount of cobalt sulfate heptahydrate, anhydrous trisodium citrate dihydrate, dimethylamine borane, ammonium sulfate, phosphoric acid and sodium tartrate dihydrate. An appropriate amount was added to adjust the solution pH to 9.0, and water was added to make the total amount of the solution 20 ml. The final concentration of each component is cobalt sulfate heptahydrate (0.1M), anhydrous trisodium citrate dihydrate (0.05M), dimethylamine borane (0.025M), ammonium sulfate (0.2M), phosphorus Acid (0.06M), sodium tartrate dihydrate (0.2M). The substrate was immersed in this solution (solution temperature 70 ° C., immersion time 20 seconds) to form a cobalt thin film on the mold surface.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon and CF 4 mixed gas (argon flow rate 30 sccm, CF 4 flow rate 5 sccm, pressure 2 pa, power 100 W, treatment time 8 minutes) using an RIE apparatus. The upper surface portion of the thin film was removed. Subsequently, this substrate was subjected to an etching process using oxygen gas (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 4 minutes), and the mold was removed. The cobalt nanoline which consists of a side part of a cobalt thin film by the above operation was obtained.
このコバルトナノラインについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図13に、このコバルトナノラインの走査型電子顕微鏡像(縦断面斜視図)を示す。図13に示すように、基板上に、線幅約30nm、高さ約300nmのコバルトナノラインが形成されていた。
また、このコバルトナノラインの磁性測定を、超伝導磁束量子干渉計(SQUID)により行った。その結果を図14に示す。
上記の結果から、当該コバルトナノラインが、線幅に対して高いアスペクト比を有しており、強磁性を有していることが確認された。
The cobalt nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 13 shows a scanning electron microscope image (longitudinal sectional perspective view) of this cobalt nanoline. As shown in FIG. 13, cobalt nanolines having a line width of about 30 nm and a height of about 300 nm were formed on the substrate.
Moreover, the magnetic measurement of this cobalt nanoline was performed with the superconducting magnetic flux quantum interferometer (SQUID). The result is shown in FIG.
From the above results, it was confirmed that the cobalt nanoline has a high aspect ratio with respect to the line width and has ferromagnetism.
(実施例11:金ナノラインの製造(高さ減少))
シリコンウェハ基板上に、実施例7と同様にして幅約400nm、高さ約700nmの矩形ライン構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3分、処理温度25℃)を施して矩形ライン構造の高さを約500nmまで減少させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、塩化ニッケル(0.13M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.034M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)を含む混合水溶液約10mlを作製した。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にニッケル薄膜を形成した。さらに、この基板を、シアン化金酸カリウム(0.024M)を含む金置換めっき水溶液(日立化成、商品名:HSG−500、水:HGS−500=9:1)に浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間8分)、金の置換めっきを行い、鋳型表面上のニッケル薄膜を金薄膜に置換した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間3分)を行い、金薄膜の上面部分を除去した。続いて硝酸水溶液(30vol%)に浸漬し、置換されずに残存したニッケルを取り除いた。さらにこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で金薄膜の側面部分からなる金ナノラインを得た。
(Example 11: Production of gold nanoline (height reduction))
A rectangular line structure mold having a width of about 400 nm and a height of about 700 nm was formed on a silicon wafer substrate in the same manner as in Example 7. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 minutes, treatment temperature 25 ° C.) to reduce the height of the rectangular line structure to about 500 nm.
Next, it was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.005M) and tin chloride (0.022M) for 2 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.0005M) and palladium chloride (0.0015M) for 5 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream.
Next, about 10 ml of a mixed aqueous solution containing nickel chloride (0.13 M), anhydrous trisodium citrate dihydrate (0.034 M), and dimethylamine borane (0.025 M) was prepared. The substrate was immersed in this solution (solution temperature 70 ° C., immersion time 20 seconds) to form a nickel thin film on the mold surface. Further, this substrate was immersed in an aqueous solution of gold displacement plating (Hitachi Kasei Co., Ltd., trade name: HSG-500, water: HGS-500 = 9: 1) containing potassium cyanide gallate (0.024M) (solution temperature 70 C., immersion time 8 minutes), gold displacement plating was performed, and the nickel thin film on the mold surface was replaced with a gold thin film.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon and CF 4 mixed gas (argon flow rate 30 sccm, CF 4 flow rate 5 sccm, pressure 2 pa, power 100 W, treatment time 3 minutes) using an RIE apparatus. The upper surface portion of the thin film was removed. Subsequently, it was immersed in an aqueous nitric acid solution (30 vol%) to remove nickel remaining without being replaced. Further, this substrate was etched with oxygen gas (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 4 minutes), and the mold was removed. The gold nanoline which consists of a side part of a gold thin film by the above operation was obtained.
この金ナノラインについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図15に、この金ナノラインの走査型電子顕微鏡像を示す。図15(a)は縦断面斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
図15に示すように、基板上に、線幅約30nm、高さ約400nmの金ナノラインが形成されていることが認められた。該金ナノラインは、線幅に対して高いアスペクト比を有しており、自己支持的にニッケルナノラインが保持されていることがわかる。
This gold nanoline was examined with a scanning electron microscope. FIG. 15 shows a scanning electron microscope image of this gold nanoline. FIG. 15A is a longitudinal sectional perspective view, and FIG. 15B is a partially enlarged view of FIG.
As shown in FIG. 15, it was recognized that gold nanolines having a line width of about 30 nm and a height of about 400 nm were formed on the substrate. The gold nanoline has a high aspect ratio with respect to the line width, and it can be seen that the nickel nanoline is retained in a self-supporting manner.
(実施例12:ニッケルナノシリンダの製造)
シリコンウェハ基板上に、使用するマスクパターンを変えた以外は実施例7と同様にして、幅約500nm、高さ約600nmのホール構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、塩化ニッケル(0.13M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.034M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)を含む混合水溶液約10mlを作製した。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にニッケル薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間10分)を行い、ニッケル薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でニッケル薄膜の側面部分からなるニッケルナノシリンダを得た。
(Example 12: Production of nickel nanocylinder)
A hole structure mold having a width of about 500 nm and a height of about 600 nm was formed on a silicon wafer substrate in the same manner as in Example 7 except that the mask pattern used was changed. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) to activate the surface of the mold.
Next, it was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.005M) and tin chloride (0.022M) for 2 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.0005M) and palladium chloride (0.0015M) for 5 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream.
Next, about 10 ml of a mixed aqueous solution containing nickel chloride (0.13 M), anhydrous trisodium citrate dihydrate (0.034 M), and dimethylamine borane (0.025 M) was prepared. The substrate was immersed in this solution (solution temperature 70 ° C., immersion time 20 seconds) to form a nickel thin film on the mold surface.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon and CF 4 mixed gas (argon flow rate 30 sccm, CF 4 flow rate 5 sccm, pressure 2 pa, power 100 W, treatment time 10 minutes) using an RIE apparatus. The upper surface portion of the thin film was removed. Subsequently, this substrate was subjected to an etching process using oxygen gas (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 4 minutes), and the mold was removed. The nickel nanocylinder which consists of a side part of a nickel thin film by the above operation was obtained.
このニッケルナノシリンダについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図16に、このニッケルナノシリンダの走査型電子顕微鏡像を示す。図16(a)は縦断面斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
図16に示すように、基板上に、線幅約50nm、高さ約500nmのニッケルナノシリンダが形成されていることが認められた。
The nickel nanocylinder was examined with a scanning electron microscope. FIG. 16 shows a scanning electron microscope image of the nickel nanocylinder. FIG. 16A is a longitudinal sectional perspective view, and FIG. 16B is a partially enlarged view of FIG.
As shown in FIG. 16, it was confirmed that nickel nanocylinders having a line width of about 50 nm and a height of about 500 nm were formed on the substrate.
(実施例13:コバルトナノシリンダの製造、磁性評価)
シリコンウェハ基板上に、実施例12と同様にして、幅約500nm、高さ約600nmのホール構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、硫酸コバルト七水和物、無水クエン酸三ナトリウム二水和物、ジメチルアミンボラン、硫酸アンモニウム、リン酸、酒石酸ナトリウム二水和物を所定量含む混合水溶液約10mlに2M水酸化ナトリウム水溶液を適当量加えて、溶液pHを9.0に調整し、水を加えて溶液全量を20mlとした。各成分の最終濃度は硫酸コバルト七水和物(0.1M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.05M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)、硫酸アンモニウム(0.2M)、リン酸(0.06M)、酒石酸ナトリウム二水和物(0.2M)である。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にコバルト薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間8分)を行い、コバルト薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でコバルト薄膜の側面部分からなるコバルトナノシリンダを得た。
(Example 13: Production of cobalt nanocylinder, magnetic evaluation)
A mold having a hole structure having a width of about 500 nm and a height of about 600 nm was formed on a silicon wafer substrate in the same manner as in Example 12. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) to activate the surface of the mold.
Next, it was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.005M) and tin chloride (0.022M) for 2 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.0005M) and palladium chloride (0.0015M) for 5 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream.
Next, 2M aqueous sodium hydroxide solution was added to about 10 ml of a mixed aqueous solution containing a predetermined amount of cobalt sulfate heptahydrate, anhydrous trisodium citrate dihydrate, dimethylamine borane, ammonium sulfate, phosphoric acid and sodium tartrate dihydrate. An appropriate amount was added to adjust the solution pH to 9.0, and water was added to make the total amount of the solution 20 ml. The final concentration of each component is cobalt sulfate heptahydrate (0.1M), anhydrous trisodium citrate dihydrate (0.05M), dimethylamine borane (0.025M), ammonium sulfate (0.2M), phosphorus Acid (0.06M), sodium tartrate dihydrate (0.2M). The substrate was immersed in this solution (solution temperature 70 ° C., immersion time 20 seconds) to form a cobalt thin film on the mold surface.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon and CF 4 mixed gas (argon flow rate 30 sccm, CF 4 flow rate 5 sccm, pressure 2 pa, power 100 W, treatment time 8 minutes) using an RIE apparatus. The upper surface portion of the thin film was removed. Subsequently, this substrate was subjected to an etching process using oxygen gas (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 4 minutes), and the mold was removed. The cobalt nanocylinder which consists of a side part of a cobalt thin film was obtained by the above operation.
このコバルトナノシリンダについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図17に、このコバルトナノシリンダの走査型電子顕微鏡像(縦断面斜視図)を示す。図17に示すように、基板上に、線幅約30nm、高さ約500nmのコバルトナノシリンダが形成されていた。
また、このコバルトナノシリンダの磁性測定を、超伝導磁束量子干渉計(SQUID)により行った。その結果を図18に示す。その結果から、当該コバルトナノシリンダが強磁性を有していることが確認された。
The cobalt nanocylinder was examined with a scanning electron microscope. FIG. 17 shows a scanning electron microscope image (longitudinal sectional perspective view) of the cobalt nanocylinder. As shown in FIG. 17, cobalt nanocylinders having a line width of about 30 nm and a height of about 500 nm were formed on the substrate.
Moreover, the magnetic measurement of this cobalt nanocylinder was performed with a superconducting magnetic flux quantum interferometer (SQUID). The result is shown in FIG. From the result, it was confirmed that the cobalt nanocylinder has ferromagnetism.
(実施例14:コバルトナノ楕円シリンダの製造)
シリコンウェハ基板上に、使用するマスクパターンを変えた以外は実施例12と同様にして、長軸約4000nm、短軸約600nm、高さ約500nmの楕円ホール構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、硫酸コバルト七水和物、無水クエン酸三ナトリウム二水和物、ジメチルアミンボラン、硫酸アンモニウム、リン酸、酒石酸ナトリウム二水和物を所定量含む混合水溶液約10mlに2M水酸化ナトリウム水溶液を適当量加えて、溶液pHを9.0に調整し、水を加えて溶液全量を20mlとした。各成分の最終濃度は硫酸コバルト七水和物(0.1M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.05M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)、硫酸アンモニウム(0.2M)、リン酸(0.06M)、酒石酸ナトリウム二水和物(0.2M)である。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にコバルト薄膜を形成した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間8分)を行い、コバルト薄膜の上面部分を除去した。続いてこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作でコバルト薄膜の側面部分からなるコバルトナノ楕円リングを得た。
(Example 14: Production of cobalt nano-elliptical cylinder)
A mold having an elliptical hole structure having a major axis of about 4000 nm, a minor axis of about 600 nm, and a height of about 500 nm was formed on a silicon wafer substrate in the same manner as in Example 12 except that the mask pattern used was changed. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) to activate the surface of the mold.
Next, it was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.005M) and tin chloride (0.022M) for 2 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.0005M) and palladium chloride (0.0015M) for 5 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream.
Next, 2M aqueous sodium hydroxide solution was added to about 10 ml of a mixed aqueous solution containing a predetermined amount of cobalt sulfate heptahydrate, anhydrous trisodium citrate dihydrate, dimethylamine borane, ammonium sulfate, phosphoric acid and sodium tartrate dihydrate. An appropriate amount was added to adjust the solution pH to 9.0, and water was added to make the total amount of the solution 20 ml. The final concentration of each component is cobalt sulfate heptahydrate (0.1M), anhydrous trisodium citrate dihydrate (0.05M), dimethylamine borane (0.025M), ammonium sulfate (0.2M), phosphorus Acid (0.06M), sodium tartrate dihydrate (0.2M). The substrate was immersed in this solution (solution temperature 70 ° C., immersion time 20 seconds) to form a cobalt thin film on the mold surface.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon and CF 4 mixed gas (argon flow rate 30 sccm, CF 4 flow rate 5 sccm, pressure 2 pa, power 100 W, treatment time 8 minutes) using an RIE apparatus. The upper surface portion of the thin film was removed. Subsequently, this substrate was subjected to an etching process using oxygen gas (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 4 minutes), and the mold was removed. The cobalt nano ellipse ring which consists of the side part of a cobalt thin film was obtained by the above operation.
このコバルトナノ楕円シリンダについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図19に、このコバルトナノシリンダの走査型電子顕微鏡像(縦断面斜視図)を示す。図19に示すように、基板上に、線幅約30nm、高さ約400nmのコバルトナノ楕円シリンダが形成されていることが認められた。 The cobalt nanoelliptical cylinder was examined with a scanning electron microscope. FIG. 19 shows a scanning electron microscope image (longitudinal sectional perspective view) of the cobalt nanocylinder. As shown in FIG. 19, it was recognized that a cobalt nano-elliptical cylinder having a line width of about 30 nm and a height of about 400 nm was formed on the substrate.
(実施例15:金ナノ楕円シリンダの製造)
シリコンウェハ基板上に、実施例14と同様にして、長軸約4000nm、短軸約600nm、高さ約500nmの楕円ホール構造の鋳型を形成した。該基板に酸素プラズマ処理(パワー10W、圧力24Pa、処理時間3秒、処理温度25℃)を施して鋳型の表面を活性化させた。
次に、30mlの塩酸(0,005M)、塩化すず(0.022M)混合水溶液に2分間浸漬した後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で乾燥した。ついで、該基板を30mlの塩酸(0.0005M)、塩化パラジウム(0.0015M)混合水溶液に5分間浸漬後、脱イオン水に1分間浸漬し、窒素ガス気流で基板を乾燥した。
次に、塩化ニッケル(0.13M)、無水クエン酸三ナトリウム二水和物(0.034M)、ジメチルアミンボラン(0.025M)を含む混合水溶液約10mlを作製した。この溶液に該基板を浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間20秒)、鋳型表面上にニッケル薄膜を形成した。さらにこの基板を、シアン化金酸カリウム(0.024M)を含む金置換めっき水溶液(日立化成、商品名:HSG−500、水:HGS−500=9:1)に浸漬し(溶液温度70℃、浸漬時間8分)、金の置換めっきを行い鋳型表面上のニッケル薄膜を金薄膜に置換した。
この無電解めっきされた基板に対し、RIE装置を用いて、アルゴンおよびCF4混合ガスによるエッチング処理(アルゴン流量30sccm、CF4流量5sccm、圧力2pa、パワー100W、処理時間3分)を行い、金薄膜の上面部分を除去した。続いて硝酸水溶液(30vol%)に浸漬し、置換されずに残存したニッケルを取り除いた。さらにこの基板に酸素ガスによるエッチング処理(圧力24Pa、パワー10W、処理時間4分)を行い、鋳型を除去した。以上の操作で金薄膜の側面部分からなる金ナノ楕円シリンダを得た。
(Example 15: Production of gold nano-elliptical cylinder)
On the silicon wafer substrate, an elliptical hole structure mold having a major axis of about 4000 nm, a minor axis of about 600 nm, and a height of about 500 nm was formed in the same manner as in Example 14. The substrate was subjected to oxygen plasma treatment (power 10 W, pressure 24 Pa, treatment time 3 seconds, treatment temperature 25 ° C.) to activate the surface of the mold.
Next, it was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.005M) and tin chloride (0.022M) for 2 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and dried in a nitrogen gas stream. Next, the substrate was immersed in 30 ml of a mixed aqueous solution of hydrochloric acid (0.0005M) and palladium chloride (0.0015M) for 5 minutes, then immersed in deionized water for 1 minute, and the substrate was dried with a nitrogen gas stream.
Next, about 10 ml of a mixed aqueous solution containing nickel chloride (0.13 M), anhydrous trisodium citrate dihydrate (0.034 M), and dimethylamine borane (0.025 M) was prepared. The substrate was immersed in this solution (solution temperature 70 ° C., immersion time 20 seconds) to form a nickel thin film on the mold surface. Furthermore, this board | substrate was immersed in the gold substitution plating aqueous solution (Hitachi Kasei, brand name: HSG-500, water: HGS-500 = 9: 1) containing potassium cyanide metallide (0.024M) (solution temperature 70 degreeC). , Immersion time 8 minutes), gold displacement plating was performed to replace the nickel thin film on the mold surface with the gold thin film.
This electroless-plated substrate is subjected to an etching process using argon and CF 4 mixed gas (argon flow rate 30 sccm, CF 4 flow rate 5 sccm, pressure 2 pa, power 100 W, treatment time 3 minutes) using an RIE apparatus. The upper surface portion of the thin film was removed. Subsequently, it was immersed in an aqueous nitric acid solution (30 vol%) to remove nickel remaining without being replaced. Further, this substrate was etched with oxygen gas (pressure 24 Pa, power 10 W, treatment time 4 minutes), and the mold was removed. By the above operation, a gold nano-elliptical cylinder composed of the side surface portion of the gold thin film was obtained.
この金ナノ楕円シリンダについて、走査型電子顕微鏡で調べた。図20に、この金ナノシリンダの走査型電子顕微鏡像(縦断面斜視図)を示す。図20に示すように、基板上に、線幅約30nm、高さ約400nmの金ナノ楕円シリンダが形成されていることが認められた。 The gold nanoelliptical cylinder was examined with a scanning electron microscope. FIG. 20 shows a scanning electron microscope image (longitudinal sectional perspective view) of the gold nanocylinder. As shown in FIG. 20, it was recognized that a gold nanoelliptical cylinder having a line width of about 30 nm and a height of about 400 nm was formed on the substrate.
1…基材、11…鋳型、21…被覆膜、22…第一の金属層、23…第二の金属層
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