2021 Fiscal Year Annual Research Report
ダイレクトリソグラフィの実現を指向した金属極細線加工材料・プロセスの創出
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20H02489
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
山本 洋揮 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員 (00516958)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 材料・加工 / 半導体微細化 / ナノ加工 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工知能など情報技術を支えるコンピュータ性能の更なる向上のため、次世代リソグラフィ技術では10nm未満の加工が必要不可欠である。従来の紫外光から、電離作用を引き起こす極端紫外光（EUV）や電子線（EB）など量子ビーム利用が求められているが、レジスト材料の要求性能を向上させる設計指針がない。
本研究では、量子ビームに対応した新規レジスト材料として金属酸化物ナノ粒子レジストに着目し、量子ビームによるナノ空間で誘起される物理・化学過程を解析することで高感度、高解像度を達成し、シングルナノパターンの熱処理による金属ナノ配線の創製技術を確立することを目指す。
令和3年度は金属酸化物ナノ粒子のコアとしてEUV吸収係数が高い3種類の金属コアおよび２種類のリガンドを選定し、計6種類のメタルレジストを合成することに成功した。また、合成したメタルレジストをArF露光装置、KrF露光装置、EUV露光装置および電子線描画装置を使って化学変化を誘起させ、感度曲線および微細パターン形成を試みた結果、金属コアやリガンドの違いによってレジスト性能が変化することが明らかになった。また、従来から用いられているポリマー樹脂により構成されたレジストパターンと比較してエッチング耐性を有し、さらに焼成すること（セラミックス化）することで大幅にエッチング耐性が上がることが明らかになった。
また、次世代EUVリソグラフィで有望視されているEUVFEL等を指向した超短パルスEUVによるレジスト材料への照射効果を調べるために、PMMAの超短パルスEUVによる感度評価を実施した。その結果、一般的なEUV露光装置のナノ秒パルスEUVの場合に比べて、ピコ秒・フェムト秒の超短パルスEUV照射ではレジスト感度が一桁以上高くなることを明らかになり、次世代EUV-FELに適したレジスト設計指針が必要があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シングルナノパターンの熱処理による金属ナノ配線の創製技術を確立するために、令和３年度は金属酸化物ナノ粒子のコアとしてEUV吸収係数が高い3種類の金属コアと2種類のリガンドを選定し、6種類のメタルレジストを合成することに成功した。また、合成したメタルレジストをArF露光装置、KrF露光装置、EUV露光装置および電子線描画装置を使って化学変化を誘起させ、感度曲線および微細パターン形成を試みた結果、パターンが形成することにも成功した。これらより、金属コアやリガンドの違いによってレジスト性能が変化することが明らかになった。さらに、従来から用いられているポリマー樹脂により構成されたレジストパターンと比較してエッチング耐性を有し、さらに焼成することすることで大幅にエッチング耐性が上がることが明らかになった。
また、次世代EUVリソグラフィで有望視されているEUVFEL等を指向した超短パルスEUVによるレジスト材料への照射効果を調べるために、PMMAの超短パルスEUVによる感度評価を実施した結果、次世代EUV-FELに適したレジスト設計指針が必要であることを明らかにした。
これらの成果に関して、特許出願およびまとめた論文が査読付きジャーナルに掲載されている。このような理由で、本研究課題はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はEUV吸収係数が高い3種類の金属酸化物ナノ粒子薄膜のリガンドの種類を変えてそれらの形成過程の解明を行う。具体的には、金属コア・リガンドの比較により、パターン形成メカニズムを解明する。昨年度に引き続き、EUVおよび電子線照射し、合成した金属酸化物ナノ粒子薄膜の現像過程を水晶振動子マイクロバランス法（QCM法）で解明する。さらに、実際にシリコン基板上にスピンコートして金属酸化物ナノ粒子薄膜を形成し、100 kVの電子ビーム描画装置を使って微細パターンを形成し、限界解像度を調べる。さらに、メタルレジストのパターン中での有機配位子による熱脱離性の違いを調べる。
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