基板とブロック共重合体の界面に生じる欠陥パターンの解析と応用

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25800237
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 吉元 健治 京都大学, 学際融合教育研究推進センター, 特定准教授 (00645278)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: DSA / 誘導自己組織化 / ブロック共重合体 / ブロックコポリマー / シミュレーション / モデル / リソグラフィ / 微細加工

Outline of Annual Research Achievements

近年、新たな微細加工技術として、ブロック共重合体のミクロ相分離を利用した誘導自己組織化（DSA: Directed Self-Assembly）が注目されている。DSAの利点は、予め表面加工した基板上にブロック共重合体を塗布・熱処理するだけで、約10-50nmの周期パターンを作成できる点にあるが、その実用化に向けては、欠陥パターンをゼロにする必要がある。そこで本研究では、シミュレーションを用いて、ブロック共重合体と基板との界面で生じる欠陥パターンの原因を解明し、抑制方法について検討した。平成２５年度には、Ohta-Kawasakiモデルをベースとした簡易化モデルの構築と検証を行った。モデルパラメータを実験データと合わせ込むことで、基板上で形成される複雑なモルフォロジを比較的短時間で精度よく予測できるようになった [J. Photopolym. Sci. Technol. (2013)]。平成２６年度には、ホールシュリンクと呼ばれるDSAプロセスを対象にシミュレーションを行った。その結果、円柱状の穴（直径：約50-80nm）の中では、壁とジブロック共重合体との親和性が欠陥生成に大きな影響を及ぼすことや、バルクとは異なるモルフォロジが形成されることが明らかになった [J. Micro/Nanolith. (2014)]。また、欠陥パターンを抑制する方法として、穴の底面の中性化や、ブロック共重合体の組成比の最適化が有効であることが分かった [Jpn. J. Appl. Phys. (2015)]。更に、穴の中で形成されるシリンダードメインの位置ずれを調べたところ、楕円柱状の穴の内では、ドメインは長軸方向に動き易く、隣接するドメインと連動することも確認された。今後は、マルチブロックや混合系にも対応できるようにモデルを改良し、DSAの新規材料開発やプロセス最適化にも貢献したい。

Research Products

• [Journal Article] Effects of Thermal Fluctuations and Block Copolymers Compositions on Defects in Directed Self-Assembly Hole Shrink Process (2015)
  • Author(s): Ken Fukawatase, Kenji Yoshimoto, Masahiro Ohshima
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 54 Pages: 06FE01
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7567/JJAP.54.06FE01
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Optimization of directed self-assembly hole shrink process with simplified model (2014)
  • Author(s): Kenji Yoshimoto, Ken Fukawatase, Masahiro Ohshima, Yoshihiro Naka, Shimon Maeda, Satoshi Tanaka, Seiji Morita, Hisako Aoyama, Shoji Mimotogi
  • Journal Title: JOURNAL OF MICRO/NANOLITHOGRAPHY, MEMS, AND MOEMS Volume: 13 Pages: 031305
  • DOI: 10.1117/1.JMM.13.3.031305
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ブロックコポリマーを用いた微細加工プロセスのモデリングと最適化 (2014)
  • Author(s): 吉元 健治、深渡瀬 健、大嶋 正裕
  • Organizer: 化学工学会 姫路大会２０１４
  • Place of Presentation: じばさんびる（兵庫）
  • Year and Date: 2014-12-08 – 2014-12-09
• [Presentation] Effects of Thermal Fluctuations and Block Copolymers Compositions on Defects in Directed Self-assembly Contact Hole Shrink Process (2014)
  • Author(s): K. Fukawatase, K. Yoshimoto, Y. Naka, S. Maeda, S. Tanaka, S. Morita, H. Aoyama, S. Mimotogi
  • Organizer: 27th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • Place of Presentation: Hilton Fukuoka Sea Hawk, Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2014-11-04 – 2014-11-07
• [Presentation] ブロックコポリマーの誘導自己組織化に関するプロセ スと材料の最適化 (2014)
  • Author(s): 吉元 健治、深渡瀬 健
  • Organizer: 高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学（長崎）
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] Computational approach to DSA process and materials optimization (2014)
  • Author(s): Kenji Yoshimoto
  • Organizer: Next Generation Lithography Workshop
  • Place of Presentation: Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2014-07-17 – 2014-07-18
  • Invited
• [Presentation] Application of Simplified Model to DSA Process Optimizations (2014)
  • Author(s): Kenji Yoshimoto, Takashi Taniguchi, Ken Fukawatase, Yoshihiro Hori
  • Organizer: The 31st International Conference of Photopolymer Science and Technology
  • Place of Presentation: Chiba University, Chiba, Japan
  • Year and Date: 2014-07-08 – 2014-07-11
  • Invited
• [Remarks] 京都大学大学院工学研究科化学工学専攻 材料プロセス工学研究室
  • URL: http://www.cheme.kyoto-u.ac.jp/6koza