近接場顕微鏡によるナノマシニング技術の開発

現在,マイクロマシンの加工技術としては,半導体加工技術を応用したフォトリソグラフィーや,LIGAプロセスなどが主に用いられている。しかし,これらの加工装置は非常に大がかりであり,しかもその分解能は光の波長によって制限される。近接場顕微鏡による加工技術が確立されれば,比較的簡便な装置で,光の波長に制約されず100nmよりも小さなスケールの加工が可能となり,マイクロマシンの作製に大きな進歩を与えることができる。今年度は,従来のフォトリソグラフィーで用いられている光レジストを試料として,近接場顕微鏡でパターニングを行った。この場合,近接場顕微鏡による露光以外のプロセスは全て現在までに確立されている手法を用いることができる。本研究では,ガラス基板上にポジ型フォトレジストをスピンコートし,これに近接場顕微鏡プローブを用いてラインパターンを露光し,現像後の形状を原子間力顕微鏡などで観察した。さまざまな条件下で露光を行い,現像したものを観察した結果,分解能を決める要因は露光側(プローブの開口の大きさ,走査速度,導入する光のパワー・波長など)だけではなく,試料となるレジスト薄膜を薄くし,表面粗さを少なくすることも重要であることがわかった。そこで,レジストの希釈液,希釈率,およびスピンコートの条件を適切に設定することにより,膜厚が約100nmの微細なパターニングに適した膜を得た。これに対してパターニングを行うことで,波長400nmの光を導入して近接場顕微鏡で露光を行い,現像後に波長の半分以下のパターンを得ることに成功した。さらに,分光測定などから,プローブ先端での物理的あるいは光熱的な反応ではなく光化学反応によって加工が行われていることを確認した。

現在,マイクロマシンの加工技術としては,半導体加工技術を応用したフォトリソグラフィーや,LIGAプロセスなどが主に用いられている。しかし,これらの加工装置は非常に大がかりであり,しかもその分解能は光の波長によって制限される。近接場顕微鏡による加工技術が確立されれば,比較的簡便な装置で,光の波長に制約されず100nmよりも小さなスケールの加工が可能となり,マイクロマシンの作製に大きな進歩を与えることができる。今年度は,従来のフォトリソグラフィーで用いられている光レジストを試料として,近接場顕微鏡でパターニングを行った。この場合,近接場顕微鏡による露光以外のプロセスは全て現在までに確立されている手法を用いることができる。本研究では,ガラス基板上にポジ型フォトレジストをスピンコートし,これに近接場顕微鏡プローブを用いてラインパターンを露光し,現像後の形状を原子間力顕微鏡などで観察した。さまざまな条件下で露光を行い,現像したものを観察した結果,分解能を決める要因は露光側(プローブの開口の大きさ,走査速度,導入する光のパワー・波長など)だけではなく,試料となるレジスト薄膜を薄くし,表面粗さを少なくすることも重要であることがわかった。そこで,レジストの希釈液,希釈率,およびスピンコートの条件を適切に設定することにより,膜厚が約100nmの微細なパターニングに適した膜を得た。これに対してパターニングを行うことで,波長400nmの光を導入して近接場顕微鏡で露光を行い,現像後に波長の半分以下のパターンを得ることに成功した。さらに,分光測定などから,プローブ先端での物理的あるいは光熱的な反応ではなく光化学反応によって加工が行われていることを確認した。