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性解析

2003 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: 接着力 / 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 / 固体表面

研究概要

今後のギガビットクラスの高集積電子デバイス(LSI)の実現には、50nmルールのリソグラフィー技術の確立が必須である。そこで、現在では、微細レジストパターンの接着信頼性の確保が重要課題となっている。本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)の微細探針による50nmクラスのレジストパターン接着力の直接測定技術の確立と接着メカニズム解析を目的とする。
研究実績としては、まず、線幅を細めて50〜100nm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ArFエキシマレーザー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。倒壊特性には約60nmの線幅において、破壊荷重の閾値が存在することを確認した。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。また、パターン付着力の2次元配置形状の依存性を明確にした。対象とするレジスト線幅は60nmである。L字などの角を有するパターンにおいては、角の存在によって応力が分散される。そして、レジストと基板界面付近では、応力緩和が生じることを確認した。この応力緩和は、パターンの剥離特性に大きく影響しており、実験結果を裏付ける結果となっている。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10報、国際学会2件、国内学会27件として公表した。

研究成果

• [文献書誌] Akira Kawai, Daisuke Inoue: "Van der Waals Interaction between Si Surface and Micro Tip Apex Treated with Hexamethyldisilazane(HMDS)"J.Adhesion Soc.Japan. 39,7. 255-258 (2003)
• [文献書誌] Naotaka Kubota, Tomohiko Hayashi, Akira Kawai: "Advanced Resist Design Using AFM Analysis for ArF Lithography"J.Photopolymer Sci.Technol.. 16,3. 467-474 (2003)
• [文献書誌] Akira Kawai, Yuji Sawanaga: "Condensation Control of Micro Particles by Charge Deposition Method"J.Photopolymer Sci.Technol.. 16,5. 669-670 (2003)
• [文献書誌] Akira Kawai, Junko Kawakami: "Characterization of SiO_2 Surface Treated by HMDS Vapor and O2 Plasma with AFM Tip"J.Photopolymer Sci.Technol.. 16,5. 665-668 (2003)
• [文献書誌] Masahito Hirano, Akira Kawai: "Adhesion of AFM Tip to Resist Surface due to Laplace Force"J.Photopolymer Sci.Technol.. 16,5. 663-664 (2003)
• [文献書誌] Takayoshi Niiyama, Yuji Sawanaga, Akira Kawai: "Determination of Electrified Area formed by AFM Lithography"J.Photopolymer Sci.Technol.. 16,5. 661-662 (2003)
• [文献書誌] Akira Kawai: "Cohesion Property of Resist Micro Pattern Analyzed by Using Atomic Force Microscope(AFM)"J.Photopolymer Sci.Technol.. 16,3. 381-386 (2003)
• [文献書誌] Akira Kawai: "Adhesion of ArF Excimer Resist Pattern Depending on Heating Temperature Analyzed by Atomic Force Microscope"J.Adhesion Soc.Japan. 39,11. 423-425 (2003)
• [文献書誌] Akira Kawai: "Influence of moving Speed of AFM tip on Peeling Strength of Micro Resist Pattern"J.Adhesion Soc.Japan. 40,1. 11-13 (2004)
• [文献書誌] 河合晃, 大澤義征: "角度制御型シェアモード剥離法"10^<th> Symposium on Microjoining and Assembly Technology in Electronics. 77-82 (2004)