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

• 研究課題/領域番号: 22H04220
• 研究種目: 奨励研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 2150:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 健 東北大学, 理学研究科, 技術専門員
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 480千円 (直接経費: 480千円); 2022年度: 480千円 (直接経費: 480千円)
• キーワード: リソグラフィー / 学生 / 半導体 / 学生実験

研究開始時の研究の概要

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。

研究成果の概要

本研究では、半導体微細加工の学生実験で行われているフォトリソグラフィーの工程を熱リソグラフィー技術を用いて行うため、熱に反応する特殊なレジストを塗布した半導体試料に半田ごての先端を任意の位置に操作して加熱描画する装置を作製し、描画条件の最適化を行った。Si基板上にラインパターンの描画に成功し、Niなどの金属蒸着を行った。また、学生実験でデモ実験として半田ごて熱リソグラフィーを体感してもらい、学生でも簡単に描画できることを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

リソグラフィーは、様々な基板上に機能的なパターンを生成するために使用される先駆的な技術であり、半導体製造やマイクロデバイスの製造など、さまざまな産業で重要な役割を果たしている。リソグラフィー技術も進化し続けており、AFM装置で行う熱リソグラフィーも最先端のリソグラフィー技術の１つであるが、学生実験でのAFM装置の使用は制限される。本研究の半田ごてを用いた熱リソグラフィー装置は取扱いが簡単で熱リソグラフィー工程を目で直接見ながら学生一人一人に体感してもらうことができ、学生の好奇心を掻き立てながら半導体プロセス技術を習得することができ高い教育効果をもたらす点において意義のあるものである。