2004 Fiscal Year Annual Research Report

プローブ不要で高い寸法・位置制御性をもつ一活近接場光ナノ加工法の研究

Research Project

Project/Area Number	16360028
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	大津元一東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70114858)
Keywords	近接場光 / 堆積 / 共鳴 / スパッタ / 蒸着 / 脱離
Research Abstract	【研究目的】本研究は次の三つの原理に基づく。【1】ナノ物質寸法に依存して共鳴的に近接場光を吸収させ、堆積と脱離との釣り合いにより寸法精度の高いナノ寸法物質を形成。【2】基板に微細パターンを予め作りつけて伝搬光を照射し、パターン端部に近接場光を発生させる。これによりプローブやフォトマスクを不要とする。【3】上記【1】と【2】の組み合わせにより寸法制御されたナノ物質が形成されるが、これを繰り返し、高い寸法および位置精度にてナノ物質配列を自己組織的に形成させる。本研究ではまず【1】の脱離開始の引き金となる機構を解明し、さらに【2】と【3】を実施して大面積一括加工可能なナノ光加工法を開発する。形成される寸法精度の限界、一括加工可能な面積最大値を見極める。さらに加工可能な形状の多様化、適用可能な材料の多様化について検討する。【研究方法】【1】我々の開発した湯川理論とシミュレーションで、物質の近接場光吸収断面積の値、その光子エネルギー、物質寸法への依存性、ナノ物質寸法と形状を明らかにする。【2】金属ナノ微粒子を基板に堆積、脱離を行う。【3】プローブやフォトマスクを排除するために、基板の一部に微細パターンを予め作りつけ、伝搬光照射によりそのパターンに近接場光を発生させる。シミュレーション計算により近接場光の強度の空間分布、その空間的勾配などを推定する。【4】上記(3)の結果にもとづき、石英やシリコンの基板に微細パターンを加工するプロセスを最適化する。【5】第一段階としてスパッタリングにより金属を(4)の基板に堆積し、寸法依存光共鳴吸収、脱離を引き起こし、ナノ寸法の金属微粒子列を形成する。この寸法、形状を測定評価し、特に近接場光の光子エネルギー、強度勾配などへの依存性を定量的に評価する。【研究成果】基板にあらかじめ凹凸等の構造を持たせておき,そこにレーザーを照射することで発生する近接場光の効果により,堆積する金属を制御した。SiO_2の基板に100nm程度の幅の溝を作製し,レーザー光を照射しながら金属をスパッタリングした。することで行った.Al堆積時にレーザー光照射し、溝に沿って直径100nm程度のAl微粒子が直線状に連なっている様子が分かる.この微粒子列は長さ300μmという広範囲に渡って形成されていた。入射光の波長や堆積する金属を変えて実験し,形成された微粒子列の微粒子の幅と間隔,その標準偏差σを比較した結果、入射する波長が短くなると微粒子のサイズが小さくなり,また同じ波長でも金属が異なることでもサイズが変化することが分かった。微粒子列の形成箇所の金属膜を除去し,その前後のAFM測定結果を照合することで、基板の突出部の上に微粒子列が形成されたことが分かった.この像を元に,レーザー光照射時の近接場光強度分布を有限差分時間領域法によるシミュレーションで計算したところ,微粒子列形成箇所の光強度が最も強くなっており,金属微粒子列形成に寄与していることがわかった。