熱リソグラフィーの体験型学生実験とデバイス電極作製への応用

• Project/Area Number: 22H04220
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: 2150:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 健 東北大学, 理学研究科, 技術専門員
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥480,000 (Direct Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2022: ¥480,000 (Direct Cost: ¥480,000)
• Keywords: リソグラフィー / 半導体 / 学生実験

Outline of Research at the Start

原子間力顕微鏡(AFM)に加熱探針を装着して行うナノスケール熱探針リソグラフィーは、一般的な用途及び大学教育への導入がまだ確立されていないリソグラィー技術である。本研究では、この最先端リソグラフィー工程を学生実験の中で学生一人一人が体感しながら習得できる実験プログラムの開発を目指し、半田ごてを用いて行う熱リソグラフィー装置の製作及びリソグラフィー条件の最適化を行う。また、この最先端技術によるデバイスの作製を実証していくため、半導体基板に原子層膜を張り付けた試料上に、AFM熱リソグラフィーと金属蒸着を用いて微細な電極を作製し、原子層膜・電解効果トランジスターデバイスを構築する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は半導体微細加工の学生実験で行われているリソグラフィーの工程を熱リソグラフィー技術の手法で行うため、半田ごてを加熱操作する装置の作製と描画条件の最適化及び金属蒸着を用いて半導体デバイスの構築を目的とした。
方法　熱に反応する特殊なレジストを塗布した試料を温度調整機能付きの半田ごてで任意の位置に安定して接触加熱するため、3軸方向の操作が可能な固定調整器具を作製した。描画に使用する半導体試料は、2cm角程にカットしたSi基板上に感熱レジストと犠牲層レジストを塗布して２層に積層させたものを作製した。先端の形状が違う半田ごてを数種類使用して、加熱温度、時間、触圧等の条件を変えて試料に描画を行い、描画した試料は犠牲層エッチング、洗浄を行い顕微鏡で観察と段差測定試験を行った。
研究成果　半田ごてを用いた熱リソグラフィー装置を作製し、Si基板上にラインパターンを描画することができた。また、学生実験のデモ実験として半田ごて熱リソグラフィーを行った。試料（Si基板）の表面に手動で半田ごての先端を接触させる方法のため、人によって触圧条件が変わり描画が不安定な結果となり触圧の調整に課題はあるが、はじめて体験する学生でも描画できることを確認した。AFM熱リソグラフィーでの半導体デバイスの構築は、AFMで描画に使用する特殊加熱探針と装置故障の都合上、期間内に作製まで至らなかったが、半田ごてを使用して作製した試料を用いてNiとAuGeの蒸着試験を行った結果、試料に蒸着できることを確認した。今後は、作製した試料の条件を参考にして数ミクロンサイズの電極パターンをAFM熱リソグラフィーを用いてデバイスの作製を行う予定である。