2016年12月20日

概要

北海道大学大学院工学研究院の岡本助教らの研究グループは、大阪大学産業科学研究所において、平成27年度からCOREラボによる長期滞在共同研究を行っています。本ラボでは、ナノ構造体形成についての研究を行っており、その成果として、今回半導体製造用材料であるレジスト材料の加工性能を大幅に改善する新しい方法の開発に成功しました。

レジスト材料の性能を測るものとして、感度、解像度、ラフネス※3 などがあります。しかし、例えば感度を増加させると、解像度やラフネスが悪化するようなトレードオフの関係にあるのがこれまでの常識でした。そのため、このトレードオフの関係を打破するような新しいレジスト材料の開発が業界で望まれています。

今回、岡本助教らの研究グループは、現在半導体量産用に用いられている化学増幅型レジスト※4 に添加剤を添加することにより、2倍以上の高感度化を行うことができ、さらに解像度やラフネス性能を悪化させない新しい手法を開発しました。これにより、極端紫外線(EUV)リソグラフィ※2 をはじめとするリソグラフィ※1 による半導体デバイス生産性の向上が期待されます。

図1 新しいリソグラフィプロセスのメカニズム

研究の背景

現在のフォトリソグラフィプロセスでは、化学増幅型レジストが用いられ、EUVリソグラフィに対応できる高性能のレジスト開発が行われています。岡本助教らのグループでは、これまでEUVなど電離放射線で引き起こされるレジスト中での化学反応を、加速器からの電子線を使ったパルスラジオリシス※5 と呼ばれる高速時間分解実験を行い、追跡してきました。その結果、添加剤によってレジスト中の脱プロトン反応の効率化が可能であることを明らかにし、実際のレジストへの添加効果を調べてきました。そして今回、化学増幅型レジストへの露光によって生成する酸の収率を増加させることのできる添加剤を初めて見出しました。この手法は、レジストに添加剤を加えるだけで良く、1台1億ドル以上といわれる露光機の改造やプロセス数の増加などを伴わず、極めてシンプルで現行のプロセスとの適合性の高いものです。実際にレジストに添加することによって、加工性能が大幅に改善しました。この研究成果により、少ないエネルギーの露光によって、クオリティの高い加工プロセスを行うことをできるようになるため、EUVリソグラフィによる半導体製造の進展に大きく寄与できることが期待できます。

レジスト材料の高感度化の際に問題であった最小加工寸法(解像度)やラフネスの悪化といったトレードオフの問題を解決する画期的な手法です。

本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)

本研究成果は、EUVリソグラフィの問題点である生産性を向上させ、次世代の半導体微細化、高性能化の実現に寄与することができます。また、現行のレジスト材料に適用することにより露光時間の短縮が行うことが可能で、産業界のみならず、電子線リソグラフィ等の微細加工を利用した研究の効率化に寄与することが可能です。

特記事項

本研究成果は、大阪大学産業科学研究所古澤研究室および株式会社EIDECとの共同研究として実施され、2016年11月11日(金)に第29回マイクロプロセス・ナノテクノロジー国際会議にて発表されたものです。

用語解説

※1 リソグラフィ
感光性材料であるレジストをシリコンウエハー上に塗布し、フォトマスクを通した露光により化学反応を起こして、その後現像によりミクロンサイズ以下のパターンを形成させるプロセス。半導体製造工程で用いられています。

※2 EUVリソグラフィ
次世代のリソグラフィとして極端紫外線(波長13.5nm)を用いたEUVリソグラフィが最も有力とされています。ASML社(オランダ)により露光機の開発が行われ、10ナノメートル未満の半導体製造を目指している。世界の大手半導体メーカーが数年以内でEUVによる量産を予定しています。

※3 ラフネス
リソグラフィでラインパターンを加工した際に発生する、その幅の長さの揺らぎ(偏差)、または、ラインの片側の境界の揺らぎのことをそれぞれラインウィドゥスラフネス(LWR),ラインエッジラフネス(LER)と呼び、加工精度の尺度としています。半導体性能に大きく影響します。

※4 化学増幅型レジスト
酸触媒による連鎖反応を起こし、高感度化を実現したレジスト。日本のメーカーを中心として、現在の産業用レジストとして広く用いられています。

※5 パルスラジオリシス
パルス放射線分解とも呼び、加速器からのマイクロ秒以下の短い時間内でパルス状の電離放射線(主に電子線)をサンプルに照射し、イオン化(電離)や電子励起を起こすことによって、短い寿命を持つ不安定化学種を生成させ、その光吸収・発光などによって、短時間で起こる化学反応を観察する手法です。

参考URL

大阪大学 産業科学研究所
http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/

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