メタルレジストの特徴とEUV露光による反応メカニズム

(収録日:2025年4月17日 ※映像時間:約2時間9分)

　近年2nmスケールの半導体が非常に注目を集めている。その中の核技術の1つとしてレジストがあげられる。本講演では1) メタルレジストがなぜ重要か、2) 各社が開発したメタルレジスト、3) EUV光利用におけるメタルレジストの必要性、4) メタルレジストのEUV露光による反応機構を中心に講演を行っていく。必要に応じて、2nmスケール半導体作製における核技術、世界動向についても講演を行う。

1. レジスト
   1. 半導体構造
      1. ムアーの法則
      2. スケーリング則
      3. 平面構造FET構造の限界
      4. 平面構造FET構造以降のデバイス構造
      5. RapidusのGAA構造
      6. GAAフォークシート構造
      7. CFET構造
      8. ムアーの法則と半導体構造
      9. デバイス構造の推移予想
      10. 半導体の製造を行う会社数推移
   2. レジストとリソグラフィ
      1. レジスト露光光源の推移
      2. レジスト露光とcritical dimension
      3. リソグラフィのスケーリング則
      4. 現在のリソグラフィ
      5. LELE (Litho-etch Litho-etch)
      6. SADP (Self Aligned Double Patterning)
      7. 次世代リソグラフィ技術
      8. デバイスの微少化に必要なこと
   3. EUVとメタルレジスト
      1. 回路パターンに必要なこと
      2. レイリーの式
      3. EUV光源の周辺技術
      4. EUV露光のミラー
      5. 何故Mo/Si多層膜がEUV露光のミラーに適しているのか
      6. ASML社製のEUV露光装置
      7. Rapidusが納品したASML社製のNA0.33EUV露光装置
      8. ASML社製のNA0.55EUV露光装置
      9. high NA EUVで生じる偏光問題をどのように解決するか
      10. high NA EUVで用いられているミラー
      11. high NA EUV露光過程の動画 (ASML社 TWINACAN EXE:5000)
      12. high NA EUVロードマップ
      13. EUVレジスト側で必要なこと
      14. EUV光吸収率の元素依存性
      15. EUV露光用新規レジストの必要性
      16. 高感度EUVレジスト材料に求められるもの
      17. メタルレジスト
      18. 化学増幅型有機レジストとメタルレジスト
      19. メタルレジストのEUV露光に対する優位性
      20. メタルレジストの開発の歴史
   4. 余談
      1. チップレットとは
      2. ファンダリーとは
      3. NAとは
      4. レジストにおけるトレードオフ
2. メタルレジスト
   1. メタルレジストの基礎物性
      1. 無機レジスト材料
      2. 元素の光学濃度値
      3. 材料設計を考慮する際に重要なEUV光による吸収率の元素依存性
      4. EUV光によって吸収される元素の軌道
   2. 各社が開発したメタルレジスト
      1. Inpriaのメタルレジスト作製の歴史
      2. Inpriaのメタルレジストの種類
      3. コーネル大学のメタルレジスト作製の歴史
      4. コーネル大学のメタルレジストの種類
      5. EIDECのメタルレジスト作製の歴史
      6. EIDECのメタルレジストの種類
      7. SUNY Polytechnic Instituteの歴史及び種類
      8. ドライメタルレジスト (Lam research)
      9. ドライメタルレジストの利点
3. メタルレジストのEUV露光による反応機構の解析、および大気安定性
   小生の研究を元に
   1. メタルレジストのEUV露光による反応機構
      1. XRDによるEUV露光による構造変化解明
      2. 光電子分光によるEUV露光による反応元素解明
      3. X線吸収分光法によるEUV露光による反応化学結合解明
   2. メタルレジストの大気安定生
      1. 光電子分光によるメタルレジストの大気暴露下での化学状態
      2. X線吸収分光法によるによるメタルレジストの大気暴露下での反応結合種解明
      3. 光電子分光によるEUV露光したメタルレジストの大気暴露下での化学状態
      4. X線吸収分光法によるによるメタルレジストの大気暴露下での反応結合種解明
4. 質疑応答

半導体用レジストの基礎と材料設計および環境配慮型の新規レジスト除去技術

(収録日:2025年2月20日 ※映像時間:約4時間20分)

　半導体用レジスト技術の基礎から解説し、特にレジスト材料 (感光性樹脂) ・プロセス、ノボラック系ポジ型レジスト、及び化学増幅系3成分 (ベース樹脂、溶解抑制剤、酸発生剤) ポジ型レジストのそれぞれの化学成分とレジスト特性との関係について解説します。
　半導体、LCD等の電子デバイス製造では、成膜、パターン作製 (レジスト塗布、露光、現像) 、エッチング、レジスト剥離、洗浄等のプロセスを複数回繰り返すことにより、基板上に微細素子がパターンニングされたトランジスタが形成される。これらの工程はリソグラフィー工程と呼ばれ、おおよそ20回から30回繰り返されることになる。
　本講演では、特にレジスト材料 (感光性樹脂) ・プロセスについて解説するとともに、ノボラック系ポジ型レジスト、及び化学増幅系3成分 (ベース樹脂、溶解抑制剤、酸発生剤) ポジ型レジストのそれぞれの化学成分とレジスト特性との関係について解説する。レジスト剥離 (除去) 技術 については、環境に優しい新規な技術として、活性種として水素ラジカル、湿潤オゾン、マイクロバブル水を用いた技術について解説する。
　また、元デバイスメーカーにいた者の視線で、レジストメーカーに原料を提供する素材メーカーにおけるレジスト評価法の具体的な手法について丁寧に解説したい。

1. 感光性レジストの基礎とリソグラフィー工程の解説
   1. 感光性レジストとは?
   2. リソグラフィーについて
   3. フォトレジストの塗布、露光、露光後ベーク (PEB) 、現像工程の概要
2. レジスト設計の変遷とその作用メカニズム
   1. 半導体・電子デバイスの進化とレジスト設計の変遷
   2. レジストの基本原理
   3. レジストの現像特性
3. ノボラック系ポジ型レジストの材料設計
   1. レジスト現像アナライザ (RDA) を用いた現像特性評価
   2. ノボラック系ポジ型レジストの分子量とレジスト特性の関係
   3. ノボラック系ポジ型レジストのプリベーク温度を変えたレジスト特性評価
   4. PACのエステル化率を変化させたノボラック系ポジ型レジストのレジスト特性
   5. ノボラック系ポジ型レジストの現像温度とレジスト特性との関係
4. 化学増幅ポジ型レジストの材料設計
   1. 化学増幅ポジ型3成分レジストのベース樹脂とレジスト特性
      • ベース樹脂
      • 溶解抑制剤
      • 酸発生剤
   2. 化学増幅ポジ型3成分レジストの溶解抑制剤とレジスト特性
   3. 化学増幅ポジ型3成分レジストの酸発生剤とレジスト特性
   4. EUVレジストへの展開
   5. i線厚膜レジストへの展開
5. 環境に優しい新規なレジスト除去技術について
   1. 活性種として水素ラジカルを用いた場合
   2. 活性種として湿潤オゾンを用いた場合
   3. 活性種としてオゾンバブル水を用いた場合
   4. イオン注入工程を経たレジストの化学構造とレジスト除去技術
• 質疑応答

高感度化フォトレジスト材料の合成・設計・開発技術

(収録日:2024年12月17日 ※映像時間:約4時間24分)

　フォトレジスト材料の開発は、G線、i線、KrFおよびArFエキシマーレーザーと、露光システムの変遷により、そのレジスト材料の骨格を変化させ、露光システムに対応したレジスト材料が開発されてきた。現在、極端紫外線 (EUV) 露光システムが実用段階として運用されようとしている。しかしながら、EUV露光システムの能力を十分に引き出せるレジスト材料が開発されていない。
　本テーマでは、これまで開発されてきたレジスト材料の基本的な構造を紹介しながら、レジスト材料の合成方法について、基本的な合成方法から最新の合成例について解説する。さらに、分子レジストや化学増幅型レジストの原理や合成方法について解説し、EUV用レジスト材料の研究開発例を紹介し、それらの問題点、および今後の分子設計方法について解説する。

1. レジスト材料
   1. 原理
   2. 合成例
   3. 最新の化学増幅型
2. ポジ型レジスト材料
   1. 材料的な特性
   2. 主な応用・用途
3. ネガ型レジスト材料
   1. 材料的な特性
   2. 主な応用・用途
4. 高分子レジスト材料と低分子レジスト
   1. 材料的な特性
   2. 主な応用・用途
5. EUV用レジスト材料の評価方法と開発方法の実例
   1. レジスト材料の評価項目、評価手法について
   2. レジスト材料の評価方法と開発例
6. 最新型EUV用レジスト材料
   1. メタルレジスト
   2. 化学増幅型レジストと非化学増幅型レジスト材料
7. 質疑応答

リソグラフィ技術の基礎およびEUVリソグラフィ・レジスト周辺技術と展望

(収録日:2025年1月31日 ※映像時間:約2時間59分)

　フォトリソグラフィ技術の進化は、半導体集積回路の集積度向上を支えてきました。最先端の極端紫外線 (EUV) リソグラフィによって20 nm以下の線幅まで解像可能となり、微細化による半導体製品の高性能化のトレンドは継続するとみられます。しかし、EUVリソグラフィには特有の課題があり、レジスト材料等の最適化が進められています。
　本講演では、微細加工技術の基礎から始まり、フォトリソグラフィ技術の原理や特長、さらに最新のEUVリソグラフィ技術について、光と物質の相互作用に基づいて詳しく解説します。
　EUVリソグラフィの装置やレジスト、フォトマスクなどの要素技術から応用事例までを網羅し、最後にフォトリソグラフィ技術の課題と今後の展望について紹介します。これにより、微細加工分野における最先端技術の理解を深めていただくことを目的としています。

1. 微細加工技術
   1. 微細加工の基礎
   2. 微細加工パターンの評価手法
      1. 光学顕微鏡
      2. 電子顕微鏡
      3. プローブ顕微鏡
2. フォトリソグラフィの基礎
   1. フォトリソグラフィ技術の原理
   2. フォトリソグラフィの特長
   3. フォトリソグラフィの歴史
   4. フォトリソグラフィ技術の材料
3. EUVリソグラフィ技術の基礎
   1. EUVリソグラフィ装置
   2. EUV露光の物理
   3. EUVレジスト
      1. 化学増幅型レジスト
      2. 非化学増幅型レジスト
      3. メタルレジスト
      4. その他のレジスト
   4. レジスト周辺材料
   5. EUVフォトマスク
      1. EUVマスクブランクス
      2. EUVペリクル
4. EUVリソグラフィ技術の応用事例
   1. SiC-MOSFETモジュールに求められるもの
   2. 銀または銅焼結接合技術
   3. SiC-MOSFETモジュール技術
5. フォトリソグラフィ技術の課題と展望
• 質疑応答