(57)【要約】【課題】  ナノ構造の形成方法を提供する。【解決手段】  基板上にフォトレジスト層を形成する段階と、フォトレジスト層上にナノ構造体を形成する段階と、ナノ構造体が形成された基板に光を照射してフォトレジスト層を感光する段階と、感光されたフォトレジスト層を現像する段階及び現像されたフォトレジスト層を利用して基板をドライエッチングすることによって基板にナノ構造を有させる段階と、を含むナノ構造の形成方法。したがって、あらかじめ製造されたナノ構造体をフォトレジスト層に形成した後、ＳＰＲを適用することによって既存の工程に簡単に適用でき高効率の工程で短時間に大面積の基板にナノ構造を簡単に形成できる。【選択図】            図１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にフォトレジスト層を形成する段階と、
前記フォトレジスト層上にナノ構造体を形成する段階と、
前記ナノ構造体が形成された前記基板に光を照射して前記フォトレジスト層を感光する段階と、
前記感光されたフォトレジスト層を現像する段階と、
前記現像されたフォトレジスト層を利用して前記基板をドライエッチングすることによって前記基板にナノ構造を有させる段階と、を含むことを特徴とするナノ構造の形成方法。
【請求項２】
前記ナノ構造体を金属で形成することを特徴とする請求項１に記載のナノ構造の形成方法。
【請求項３】
前記ナノ構造体がナノ粒子であることを特徴とする請求項２に記載のナノ構造の形成方法。
【請求項４】
前記ナノ構造体は、電子の放出が簡単で、負の誘電定数を有するものであって、金、銀、銅、白金、パラジウムまたはアルミニウムを含む金属グループのうち選択された１つよりなることを特徴とする請求項２に記載のナノ構造の形成方法。
【請求項５】
前記フォトレジスト層を感光する段階は表面プラズモン共鳴によって実行されることを特徴とする請求項１に記載のナノ構造の形成方法。
【請求項６】
前記フォトレジスト層を現像することによって前記ナノ構造体の形状が転写され、前記ナノ構造体のサイズ及び形態を調節して転写された形状のサイズ及び形態が制御できることを特徴とする請求項５に記載のナノ構造の形成方法。
【請求項７】
前記ナノ構造体を液相方法または気相方法で形成することを特徴とする請求項１に記載のナノ構造の形成方法。
【請求項８】
前記ナノ構造体を銀で形成した場合に、前記ナノ構造体に照射される光の波長が約４１０ｎｍ程度であることを特徴とする請求項１に記載のナノ構造の形成方法。
【請求項９】
前記ナノ構造体を金で形成した場合に、前記ナノ構造体に照射される光の波長が約５３７ｎｍ程度であることを特徴とする請求項１に記載のナノ構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の形成に係り、より詳細には、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を利用したナノ構造の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、シリコン基盤のナノ構造を形成する方法は、多くの関心を引いており、多様な研究が進んでいるところである。
【０００３】
従来のナノ構造を形成する方法のうち代表的な方法としては、基板の物質と格子不整合の大きい物質を適当な条件で蒸着することによってアイランド状のナノ構造を形成する方法がある。このような方法は比較的簡単に量子ドットなどのナノ構造を基板上に形成できる長所があるが、ナノ構造のサイズを均一にするか、高密度でのナノ構造の製作が難しいという短所を有している。
【０００４】
他の方法として、鋭い探針などを利用して基板に物理的な力を加えてナノ構造を製作する方法がある。この方法では比較的均一なサイズで高い密度のナノ構造が形成できるが、広い面積の基板にナノ構造を形成するには非効率的であるという問題がある。
【０００５】
そして、現在、半導体素子の工程で最も広く使われている方法としてフォトリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィなどの方法を利用して基板の表面に所望の形状を作った後、これをエッチングするか、適当な物質を蒸着することによってナノ構造を製作する方法などがある。この方法は、ナノ構造を正確に制御でき、高い効率を有するという利点がある。しかし、数ナノメータサイズの極めて小さなサイズのナノ構造を製作するには効率性が落ちるという短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記従来の問題点を改善するためのものであって、本発明の目的は、ＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一類型によれば、基板上にフォトレジスト層を形成する段階と、フォトレジスト層上にナノ構造体を形成する段階と、ナノ構造体が形成された基板に光を照射してフォトレジスト層を感光する段階と、感光されたフォトレジスト層を現像する段階と、現像されたフォトレジスト層を利用して基板をドライエッチングすることによって基板にナノ構造を有させる段階と、を含むナノ構造の形成方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の望ましい実施形態によれば、あらかじめ製造されたナノ構造体をフォトレジスト層に形成した後、ＳＰＲを適用することによって既存の半導体工程に簡単に適用できる高効率の工程で短時間に大面積の基板にナノ構造を簡単に形成できる効果がある。
【０００９】
したがって、本発明の望ましい実施形態によれば、半導体基板にナノ構造を均一なサイズを有しながらも高密度で形成できる長所を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明のナノ構造の形成方法に関する望ましい実施形態を詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００１１】
図１Ａないし図１Ｅは、本発明の望ましい実施形態によるＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法を説明するための断面図である。
【００１２】
まず、図１Ａに示したように、半導体基板１０２上にフォトレジスト層１０４を形成する。次いで、フォトレジスト層１０４上にナノ構造体１０６を形成する。本発明の望ましい実施形態によれば、フォトレジスト層１０４は入射される光によってナノ構造体１０６のＳＰＲにより形成された電磁場によって発生する光に対して感光性を有するように形成した。
【００１３】
また、本発明の望ましい実施形態に使われたナノ構造体１０６は、化学的または物理的方法などを利用してあらかじめ別途に製作されたナノ構造物を使用した。例えば、化学的な方法で製作された金属ナノ粒子を使用することもできる。ナノ構造体は電子を放出し易く、負の誘電定数を有するものであって、金、銀、白金、パラジウム、アルミニウム、銅を含む金属グループのうち選択された１つよりなることが望ましい。
【００１４】
本発明の望ましい実施形態によるナノ構造物は、例えば次のような液相方法または気相方法で形成できる。このような液相方法は、金、銀、白金、パラジウムなどの転移金属から金属前駆体溶液を形成する段階と、メタル前駆体溶液を表面活性剤溶液に注入する段階と、永久凝集なしに溶液でナノ粒子を沈殿させる凝固剤を添加する段階と、ナノ粒子の再分散または再解膠のための炭化水素溶媒を添加する段階と、を含む。
【００１５】
次いで、図１Ｂに示したように、フォトレジスト層１０４上にナノ構造体１０６を塗布した後、所定の波長及び光度を有する光を照射する。この時、光はフォトレジスト層１０４の感光がおこる範囲の波長を有さねばならない。そして、ナノ構造体１０６に光を照射した時、ナノ構造体１０６によってＳＰＲが発生し、ＳＰＲによって発生した光度が増幅されうる波長を使用せねばならない。すなわち、所定の波長及び光度の光を照射することによって、ナノ構造体１０６付近のフォトレジストだけが感光され、ナノ構造体１０６から遠く離れたフォトレジストは感光されていないまま残る。
【００１６】
図２は、本発明の望ましい実施形態で適用されたＳＰＲ原理を説明するための粒子によって吸収及び散乱された光を周波数によって示したグラフである。
【００１７】
図２を参照すれば、ｘ軸は、ナノ構造体１０６に入射される光の周波数を示し、ｙ軸は、ＳＰＲ発振器の位相を示す。そして、点線は振幅を、実線は位相を示し、ｗ０は共振周波数を示す。
【００１８】
すなわち、ナノ構造体１０６をなす金属の種類及び粒子サイズによって特定な波長の光を照射すれば、金属粒子の内部電荷の分布が変わりながら光度が増加する共鳴現象がおき、このような現象をＳＰＲという。ＳＰＲによって増加された光は一般的な距離が遠ざかることによって急激に光度が減少する特性を有する。
【００１９】
したがって、小さな金属粒子に適当な光を照射する場合、粒子周囲でだけ光度が増加する。特に、増加する光度は照射する光の偏光方向によって変わるが、これを利用して特定方向に高度が増加するように制御できる。本発明の望ましい実施形態によれば、このような現象を利用して金属粒子よりなったナノ構造体１０６の周囲にだけ光度を増加させうるので、金属粒子をフォトレジスト上に塗布し、適当な波長及び光度の光を照射する場合に金属粒子周囲のフォトレジストだけを感光させうる。
【００２０】
図３は、ナノ構造体の下部で発生するフォトレジストの露出を示すためにＳＰＲによって形成された電場を説明するための図面である。
【００２１】
図３を参照すれば、ガラス基板２００上にフォトレジスト層２０１を約２５ｎｍ程度の厚さに形成し、フォトレジスト層２０１上に形成したナノ構造体２０６は銀または金で形成した。
【００２２】
フォトレジスト層２０１上にナノ構造体２０６を銀で形成した場合には、共振周波数ｗ０は約４１０ｎｍ程度であり、ナノ構造体２０６に入射される光が４１０ｎｍの周波数を有すれば、ＳＰＲが２０２及び２０４のようにガラス基板２００に垂直な方向に形成される。 
【００２３】
一方、フォトレジスト層２０１上にナノ構造体２０６を金で形成した場合には、共振周波数ｗ０は約５３７ｎｍ程度であり、ナノ構造体２０６に入射される光が５３７ｎｍの周波数を有すれば、ＳＰＲが２０２及び２０４のようにガラス基板２００に垂直に形成される。
【００２４】
次いで、図１Ｃに示したように、ナノ構造体１０６を洗浄などの方法を通じて除去し、フォトレジスト層１０４を現像する。これを通じてナノ構造体１０６が位置した部分１０８だけが凹状のフォトレジスト層１０４を得る。
【００２５】
次いで、図１Ｄに示したように、ナノ構造体１０６が位置した部分が凹状のフォトレジスト層１０４を利用してドライエッチングなどの方法でエッチングを行う。それにより、フォトレジスト層１０４の凹状部分１０８はフォトレジスト厚がそうでない部分に比較して薄いために、フォトレジストがより速く除去され、半導体基板１０２の物質もエッチングが行われる。
【００２６】
本発明の望ましい実施形態によれば、ドライエッチング（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ））の方法などが利用できる。ドライエッチングを行えば、フォトレジスト層１０４の陥没されていない部分はフォトレジスト厚が陥没された部分に比較して相対的に厚いために、フォトレジストがより遅く除去されて半導体基板１０２の物質がエッチングされないか、さらに少なくエッチングされる。
【００２７】
したがって、図１Ｅに示したように、ナノ構造体１０６が位置した部分１１０が陥没されたナノ構造を有する基板が製作できる。
【００２８】
本発明は図示された実施形態を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である点が理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は詳細なる説明の範囲内で定められるものでなく、特許請求の範囲で定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明はＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法に関わり、特に半導体製造分野で有用に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の望ましい実施形態によるＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｂ】本発明の望ましい実施形態によるＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｃ】本発明の望ましい実施形態によるＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｄ】本発明の望ましい実施形態によるＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法を説明するための断面図である。
【図１Ｅ】本発明の望ましい実施形態によるＳＰＲを利用したナノ構造の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の望ましい実施形態で適用されたＳＰＲ原理を説明するための粒子によって吸収及び散乱された光を周波数によって示したグラフである。
【図３】粒子の直下で発生するフォトレジストの露出を示すためにＳＰＲによって形成された電磁気場を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００３１】
１０２    半導体基板
１１０    ナノ構造体が位置した部分
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
2005217390.tif 000007
【図２】
2005217390.tif 000008
【図３】
2005217390.tif 000009