2014 Fiscal Year Research-status Report
蛍光干渉縞によるsub-10nmアライメント制御技術の創世
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26630016
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中川 勝 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10293052)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 高分子合成 / 超薄膜 / 表面・界面物性 / マイクロ・ナノデバイス / 材料加工・処理 / 表面電位 / 高分子構造・物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光ナノインプリントリソグラフィ法では、数nmまでの解像度を有するパターン形成が可能であることから、次世代ナノデバイスの作製ツールとして、学術界ならびに産業界からの期待が高い。しかし、パターンを積層するための精密位置合わせ技術が現状未熟なため、本格的な三次元デバイス作製の足枷となっている。本研究では、光ナノインプリントリソグラフィ法で、三次元積層デバイスを作製するために必要なアライメント法に着目し、これまでにない光硬化性蛍光組成物を使用する精密位置合わせの原理検証を検討した。樹脂パターン付きシリコン基板を下部基板とし、樹脂パターン付き石英基板を上部基板とした顕微蛍光の検出が可能なアライメント装置の原理機を構築した。光硬化性蛍光組成物を下部基板と上部基板の間に挟み込むことで、光学認識が困難な、線幅500nmサイズのコースアライメントマークを硬化性組成物と接触した状態で確認できることを明らかにした。従来の方法では、モールドと光硬化性組成物の屈折率が近いため確認が困難であり、モールドまたは基板側に屈折率や吸収係数のことなるパターンを配置する必要があったが、本方法は、未修飾のモールドをそのまま使用でき、屈折率マッチングの影響を受けないでアライメントが可能であることが確認された。また、マイクロメートルサイズの周期が異なる2つのパターンを重ね合わせることで、蛍光モアレが発生することを確認した。当初、使用していた光硬化性組成物の粘度が高いため、装置由来の位置連れが発生する現象があることがわかり、アライメント原理検証機のステージ周りの改良が必要であることがわかった。
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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
1) 蛍光モアレの観察装置の構築は行えた。但し、使用する光硬化性組成物の粘度を低下させるか、基板を固定する方法の再検討が必要であることがわかった。
(2) モアレ発生周期を検討するためのモールドパターンの設計と電子線リソグラフィによる作製を計画通り行えた。反射光学系でのモアレ周期Pmoire(=P1P2/|P1-P2|)を参考にして、異なる周期P1, P2の組み合わせを配置したシリカモールドを設計した。均一パターンの繰り返し長さは、20倍対物レンズの視野の全面で観察できるようにした。シリカ基板にネガ型電子線レジストを塗布し、電子線描画後に現像を行い、ドライエッチングによりシリカモールドを作製できた。作製されたシリカモールドの線幅と周期を計測し、観察されるモアレの周期が一致し、光学モアレと蛍光モアレは同一式を使用できることがわかった。
(3) 光硬化性蛍光組成物の蛍光モアレ発生周期の実測が行えた。項目(2)で作製したモールドを用いて、シリコン基板並びにシリカ基板に光ナノインプリント法を用いて、硬化樹脂パターンを作製した。上部・下部基板に光硬化性蛍光組成物を挟み込み、発生するモアレを項目1で作製した観察系で検出する。周期P1とP2が重なった際に観察されるモアレの周期を実測する。周期P1とP2の組み合わせの違い、同周期P1における線幅の減少により発生するモアレの周期やコントラスの変化を調べ、感度良くモアレを検出するできることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) コースアライメントマークの設計と精度の実測
アライメントの手順は、コースアライメント、ファインアライメントの順に行う。コースアライメントには、シリコン基板側に十字型の樹脂製凹パターンを配置し、モールド側に4つのL字型の樹脂製凹パターンを配置し、光硬化性蛍光組成物を挟んだ際の蛍光強度の解析により行う。
(2) アライメント用モールドの設計とファインアライメント精度の測定
項目(3)に基づき、XY両軸で周期P1, P2から生じる蛍光モアレが観察できるファインアライメント用モールドを設計し、電子線リソグラフィによりシリカモールドを作製する。分解能1 nmのZ軸自動ステージを購入して装着し、Z軸の位置ずれがアライメント精度に与える影響を明らかにし、理論値3.2nmの精度に対する検証を行う。
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