原子間力顕微鏡の微細探針を用いた100nm以下のレジストパターンの付着凝集解析

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650373
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 河合 晃 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (00251851)
• キーワード: 付着力 / 半導体集積回路 / 原子間力顕微鏡 / レジスト / 表面エネルギー / 有限要素法解析 / リソグラフィー / 高分子集合体

研究概要

ギガビットクラスの高集積半導体メモリに代表されるように、21世紀のIT産業の発展に伴って、高機能電子デバイスの開発が必須となっている。このような電子デバイス開発に関わるプロセス技術の中で、リソグラフィー技術に用いられるレジストパターンも、100nmサイズにおける実用化、70nmサイズの研究開発が活発に行われている。しかしながら、レジストパターンの付着力および凝集性が極めて悪く、これらの特性改善は早急に解決すべき課題である。そこで、本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)の微細探針を用いて、70nm以下のサイズのレジストパターンの付着力、凝集力、粘弾性特性を直接解析する。そして、従来の研究では成し得なかった凝集破壊を支配する要因(破壊限界点、応力集中、高分子構造など)を具体的に定量解析する。最終的には、パターン不良のないリソグラフィー技術の材料設計法を含めた指針を決定する。
研究実績としては、まず、線幅を細めて60(8160)16100nmクラスのレジスト微細パターンの倒壊特性を解析した。具体的にはEB(電子線)およびSOR(シンクロトロン放射光)対応レジストに対して、原子間力顕微鏡の微細探針を用いて、剥離荷重の線幅依存性を明確にした。それが、倒壊時のレジストと基板界面付近に生じる応力集中点の違いによって説明できることを見出した。その他にも、精度の高いレジスト表面形状測定、および探針との相互作用解析を行った。そして、付着力解析に必要なパラメーターを最適化するための知見を多く得た。これらの成果により、現在のギガビットクラスの集積度を有するメモリデバイスの開発に貢献するものと考える。今後、線幅が50nm以下のレジストパターンについて、倒壊特性を研究する必要がある。このような微細な領域では、レジストの高分子集合体の形状サイズ効果が顕著になる。これは、パターン側面に存在するエッジラフネスに大きく影響する要因であるが、レジストパターンの付着性に及ぼす影響について注目する必要がある。
これまでの研究において得られた成果は、原著論文14報、国際学会6件、学会講演4件、国内学会18件として公表した。

研究成果

• [文献書誌] 河合 晃, 堀口博司: "原子間力顕微鏡を用いた微細探針と無機固体表面間のHamaker定数解析"日本接着学会誌. 37. 146-149 (2001)
• [文献書誌] Akira Kawai, Norio Moriike: "Analysis of Pattern Collapse of ArF Excimer Laser Resist by Direct peeling Method with Atomic Force Microscope Tip"Microelectronic Engineering. 57-58. 683-692 (2001)
• [文献書誌] Akira Kawai, Norio Moriike: "Adhesion and Cohesion Analysis of ArF/SOR Resist Patterns with Microtip of Atomic Force Microscope(AFM)"J.Photopolymer Science and Technology. 14. 507-512 (2001)
• [文献書誌] Akira Kawai, Takato Abe: "Direct Measurement of Resist Pattern Adhesion on the Silane-coupling Treatment by Atomic Force Microscope(AFM)"J.Photopolymer Science and Technology. 14. 513-518 (2001)
• [文献書誌] 原 朋敬, 小泉延恵, 河合 晃: "Glass/レジスト/Cu/Al/Glass多層構造の破壊特性解析"日本接着学会誌. 37. 303-308 (2001)
• [文献書誌] 阿部貴人, 河合 晃: "原子間力顕微鏡(AFM)を用いた線幅60nmのラインレジストパターンの弾性解析"日本接着学会誌. 37. 353-357 (2001)