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2013 年度 実施状況報告書

電子線・レーザー逐次照射法による微細加工用高分子の新規放射線増感反応の探索

研究課題

研究課題/領域番号 25630424
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関北海道大学

研究代表者

藤吉 亮子  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70229061)

研究分担者 岡本 一将  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10437353)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードレジスト / パルスラジオリシス / レーザーフォトリシス / 放射線、X線、粒子線 / 放射線科学
研究概要

現在半導体製造リソグラフィプロセスには、露光源として主にレーザーを利用した手法が用いられている。加工寸法の縮小に伴い、電子線や極端紫外光(EUV)が次世代の露光源として有望視され開発が行われているが、現状では実現のために特にその生産性の改善が問題となっている。本研究では、レジスト材料の感度増加を目指す、電子線とレーザーをマイクロ秒以内のタイミングで逐次的にレジスト材料に照射する新規プロセスについて研究を行った。従来研究を行ってきた、レジスト材料やそのモデル有機化合物の放射線・光化学の研究をより発展させ、逐次量子ビーム誘起による新規な増感反応機構の詳細を明らかにすることが本研究の目的である。
本年度は、レジストおよびその誘導体を対象として評価を行った。北大45 MeV電子加速器からの電子線と同期させる励起用のレーザーとしては、Nd:YAGレーザーの発振波長である1064 nmおよび第二、第三高調波(それぞれ532 nmおよび355 nm)を使用し、照射を行った。電子線とレーザーを逐次的に照射することによる、放射線・光反応機構を調べるため、「パルスラジオリシス-レーザーフォトリシス法」の適用可能性ならびにレジスト高感度化について、以下の項目について明らかにした。
1.レジスト高分子の放射線誘起中間体であるラジカルカチオンおよびフェノキシラジカルの過渡吸収ならびに基礎吸収スペクトルの評価を行い、適用できるレーザー波長について明らかにした。
2.レーザー照射によるイオン化反応の影響を考えると、中間体の吸収極大波長域(~460 nm)のレーザー照射がよりレジスト高感度効果が大きいことが明らかとなった。
3.レジスト感度評価に必要となる45 MeV電子線1shotあたりの吸収線量を、ポリ(4-ヒドロキシスチレン)薄膜をサンプルとして生成する酸収量から求めた。1shotあたりの吸収線量は約100 Gyと評価した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究の目的であるレジストの増感反応について、計画通り感度評価の手法を確立することができた。また増感に必要な分子組成を明らかにすることができた。さらに、理論的な解釈について、分子軌道計算等を組み合わせることにより、次年度以降行えるようになった。

今後の研究の推進方策

加速器からの電子線とレーザーを逐次照射を行うパルスラジオリシス-レーザーフォトリシス法を、北海道大学で行うとともに、新たに大阪大学での波長可変レーザーを用いたシステムによって遂行し、レジストの増感反応の高性能化を目指す。また並行して理論的なアプローチを積極的に進めるとともに電子線パルスラジオリシスによるサンプル中での放射線化学反応を明らかにしていく。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Fluidity dependence of deprotonation kinetics of chemically amplified resist2014

    • 著者名/発表者名
      Kazumasa Okamoto , Takuya Ishida , Hiroki Yamamoto , Takahiro Kozawa , Ryoko Fujiyoshi , Kikuo Umegaki
    • 雑誌名

      Proc. SPIE, 9051, 2014, 90511T

      巻: 9051 ページ: 90511T

    • DOI

      10.1117/12.2046057

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deprotonation mechanism of ionized poly(4-hydroxystyrene)2014

    • 著者名/発表者名
      Toshihiko Susa, Kazumasa Okamoto , Takuya Ishida , Hiroki Yamamoto , Takahiro Kozawa , Ryoko Fujiyoshi , Kikuo Umegaki
    • 雑誌名

      Proc. SPIE, 9051, 2014, 90511O

      巻: 9051 ページ: 90511O

    • DOI

      10.1117/12.2045881

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deprotonation of poly(4-hydroxystyrene) intermediates: pulse radiolysis study of EUV and electron beam resist2013

    • 著者名/発表者名
      Kazumasa Okamoto, Tyo Matsuda, Hiroki Yamamoto, Takahiro Kozawa, Seiichi Tagawa, Ryoko Fujiyoshi, and Takashi Sumiyoshi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 52 ページ: 06GC04

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.06GC04

  • [学会発表] Acid Generation Mechanism in Solid Poly(4-hydroxystyrene) upon Exposeure to Electron Beam2013

    • 著者名/発表者名
      H. Yamamoto, K. Okamoto, and T. Kozawa
    • 学会等名
      MNC2013
    • 発表場所
      ロイトン札幌、札幌市
    • 年月日
      20131105-20131108
  • [学会発表] Viscosity Effect on Deprotonation Dynamics of Poly(4-hydroxystyrene)2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ishida, K. Okamoto, H. Yamamoto, T. Kozawa, R. Fujiyoshi, and T. Sumiyoshi
    • 学会等名
      MNC2013
    • 発表場所
      ロイトン札幌、札幌市
    • 年月日
      20131105-20131108
  • [学会発表] Pulse Radiolysis Study of Polystyrene-based Polymers with Adding Photoacid Generators (PAGs): Molecular Dynamics of Extreme-ultraviolet and Electron Beam Resist2013

    • 著者名/発表者名
      K. Okamoto, K. Tominaga, T. Hori, H. Yamamoto, T. Kozawa, R. Fujiyoshi, and T. Sumiyoshi
    • 学会等名
      MNC2013
    • 発表場所
      ロイトン札幌、札幌市
    • 年月日
      20131105-20131108
  • [学会発表] ポリ(4-ヒドロキシスチレン)のラジカルカチオンの脱プロトン反応2013

    • 著者名/発表者名
      須佐俊彦、岡本一将、石田拓也、山本洋揮、古澤孝弘、藤吉亮子、住吉 孝
    • 学会等名
      第56回放射線化学討論会
    • 発表場所
      広島大学、広島市
    • 年月日
      20130927-20130929
  • [学会発表] 化学増幅レジストモデルのパルスラジオリシス2013

    • 著者名/発表者名
      岡本一将、山本洋揮、古澤孝弘、藤吉亮子、住吉 孝
    • 学会等名
      第56回放射線化学討論会
    • 発表場所
      広島大学、広島市
    • 年月日
      20130927-20130929
  • [学会発表] ポリ(4-ヒドロキシスチレン)(PHS)濃厚溶液の脱プロトン反応の粘度効果2013

    • 著者名/発表者名
      石田拓也、岡本一将、山本洋揮、古澤孝弘、藤吉亮子、住吉 孝
    • 学会等名
      第56回放射線化学討論会
    • 発表場所
      広島大学、広島市
    • 年月日
      20130927-20130929
  • [学会発表] ポリ(4-ヒドロキシスチレン)(PHS)濃厚溶液の脱プロトン反応の粘度効果

    • 著者名/発表者名
      石田拓也、岡本一将、山本洋揮、古澤孝弘、藤吉亮子、梅垣菊男
    • 学会等名
      日本原子力学会 2014年春の年会
    • 発表場所
      東京都市大学世田谷キャンパス
  • [学会発表] パルスラジオリシスによるポリヒドロキシスチレン固体中での 脱プロトン化反応に関する研究

    • 著者名/発表者名
      山本洋揮、岡本一将、古澤孝弘
    • 学会等名
      第61 回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山大学相模原キャンパス
  • [学会発表] Fluidity dependence of deprotonation kinetics of chemically amplified resist

    • 著者名/発表者名
      Kazumasa Okamoto , Takuya Ishida , Hiroki Yamamoto , Takahiro Kozawa , Ryoko Fujiyoshi , Kikuo Umegaki
    • 学会等名
      SPIE Advanced Lithography 2014
    • 発表場所
      San Jose Marriott and San Jose Convention Center, San Jose, California, U.S.A.
  • [学会発表] Deprotonation mechanism of ionized poly(4-hydroxystyrene)

    • 著者名/発表者名
      Toshihiko Susa, Kazumasa Okamoto , Takuya Ishida , Hiroki Yamamoto , Takahiro Kozawa , Ryoko Fujiyoshi , Kikuo Umegaki
    • 学会等名
      SPIE Advanced Lithography 2014
    • 発表場所
      San Jose Marriott and San Jose Convention Center, San Jose, California, U.S.A.
  • [学会発表] 高密度イオン化状態におけるEUVリソグラフィプロセスのシミュレーション

    • 著者名/発表者名
      西野圭一郎、 岡本一将、 古澤孝弘、 藤吉亮子、 梅垣菊男
    • 学会等名
      日本原子力学会北海道支部第30回研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学、札幌市

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公開日: 2015-05-28  

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