基礎技術解説分析・評価・解析

AFMによる微細加工パターンの付着性解析

電子デバイスの発展とともに、シリコン材料を主体とした微細加工技術(リソグラフィ)が進展してきた。基板のエッチングには、高分子材料を主体としたマスクが用いられる。デバイスの設計ルールの縮小化に伴い、高分子パターンと基板との付着性の確保が重要となってきている。微細領域でのパターン付着性は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて直接解析できる。ここでは、河合研究室が開発した付着力解析法と事例を紹介し、その有効性を検証する。

電子ビーム(EB)照射によって作製したレジストパターン(60nm線幅)
電子ビーム(EB)照射によって作製
したレジストパターン(60nm線幅)

IT産業の発展上、今後、電子デバイスに用いられる微細加工技術は、ナノサイズをクリアすることが求められる。そのために、様々なリソグラフィ技術が開発および実用化されつつある。右図は、電子線(EB)で描画して作製した線幅60nmのライン高分子パターンを示している。このような微細サイズになると、形状観察や品質管理などにおいて、高分解能の電子顕微鏡や走査型プローブ顕微鏡(SPM)が必要になり、高分子材料開発だけでなく周辺技術の進歩も重要な要素となる。しかし、下の左図のように、現在のリソグラフィプロセスでは、微細高分子パターンの基板からの剥離が問題になっている。このパターン剥離は、パターンを現像する際のリンス処理において、パターン間に存在するリンス液(純水)のラプラス力に起因している。また、この剥離したパターンは、その後のエッチングマスクとしては不十分であり、デバイス不良の原因となる。近年では、現像工程だけでなく、その後の真空下で行われるエッチング工程でもパターンが剥離する。よって、高分子パターン自体の凝集性を高め、剥離要因に対する機械的な強度の確保が重要となる。ここで、高分子パターンの剥離現象に関与する要因を考察する。物理的要因として、高分子材料、高分子基板界面、基板材料などにおける複数の要因が同時に関与する。付着性の改善には、これらの要因を定量化し解析することが重要になる。現在のところ、高分子パターンの剥離現象は、関与する要因の多さに比べて、得られる実験的情報が少ないため解決に時間がかかる。

ラプラス力による微細パターンの剥離
ラプラス力による微細パターンの剥離
AFMによるレジストパターン剥離
AFMによるレジストパターン剥離

我々は、AFMを用いて、微細高分子パターンの付着性および凝集性の定量的な解析技術を開発している。上の右図はAFMによる高分子パターンの剥離試験(DPAT:Direct Peeling method by using AFM Tip)法の概略を示している。AFMの微細探針を用いると、パターン上の任意の場所に直接荷重を加えることが可能となり、かつ、その場観察でパターンの剥離性を解析できる。まず、(a)のように、AFMにより高分子パターンに荷重を加えずに形状を観察する。この像から、パターン内の荷重印加点を決定する。この場合、高分子パターンおよび探針には、変形およびクラック等は生じさせない。(

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以下のような図や解説が続きます。

  • [図]レジストパターン配列
  • [図]DPAT法による剥離感度
  • [図]倒壊剥離後のレジストパターンのSEM写真(4万倍)

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