半導体レジスト材料・周辺技術 (4セミナーセット)

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

リソグラフィ技術・レジスト材料の基礎と微細化・高解像度に向けた応用技術、今後の展望

(収録日:2025年4月22日 ※映像時間:約4時間45分)

　今日の情報化社会は、マイクロエレクトロニクス (ME) の発展に支えられている。その先端技術ともいえる人工知能 (AI) は医療分野、自動運転技術への展開から社会への浸透をはじめており、人間に代わるから超えるところまで議論されている。 　MEは、1950年代に集積回路 (IC) が開発されて以来、大規模集積回路 (LSI) のパターンの微細化、高集積化、すなわちメモリー大容量化、システムLSIの高性能化の方向で、一貫して発展してきている。あわせて情報処理の高速化、低価格化も実現してきた。今後もメモリーの大容量化およびシステムLSIの高性能化の流れは止まりそうにないと予測されている。このような流れの中で、フォトリソグラフィの進歩はフォトレジストなどの材料開発が中心軸となってMEの発展に寄与してきたが、これらの材料をうまく使いこなす露光装置を中心としたハードウェア、プロセス技術の進歩も著しいものがある。 　レジスト材料の開発はパターンの微細化、高解像度化が中心で、これは主として露光に用いる光の波長を短くすることで実現されてきた。ここまではさまざまな選択肢、さまざまな試行など、紆余曲折はあったものの、結果として振り返ってみれば、それまでの技術の延長線上で進んできている。1970年代から40年余りの短い時間に次のような大きな技術変革を経験している。

• コンタクトアライナーによるリソグラフィ技術の確立
• 投影露光方式の導入
• 化学増幅型レジスト/エキシマレーザ光源の採用
• EUV光源の採用など

　それぞれのステップで多くのイノベーションが実現され課題を克服してきたわけである。ここでは、これまでの技術・材料開発の事例をまとめ、今後の効率的な技術開発・不良防止・トラブル対策への応用への指針とする。あわせて、日本の今後の半導体関連産業の在り方についても考察する。

1. 技術パラダイムシフトと半導体集積回路
   1. 科学技術の発展
   2. 技術パラダイムシフト
   3. マイクロエレクトロニクス (ME) と社会 〜AI技術の展開〜
   4. MEの黎明期とフォトレジスト
2. フォトレジストの本流
   1. ゴム系ネガ型フォトレジスト
      1. リソグラフィプロセスの確立
      2. 基本的構造及び製造法
   2. ノボラック系ポジ型レジスト
      1. 基本的組成
      2. マトリックス樹脂製法、感光性化合物
      3. レジストの透明性と解像度
      4. i – 線レジスト
      5. リソグラフィプロセスでの化学と工程管理
      6. レジストの溶剤と環境への影響
      7. 高性能化への工夫と新たなイノベーション
3. フォトレジストの裏街道
   1. X線レジスト
   2. Top Surface Imaging:DESIRE
   3. Deep UVリソグラフィ
      1. 黎明期のレジスト
      2. 化学増幅型レジスト
      3. 光酸発生剤
4. エキシマレーザリソグラフィ
   1. KrFレジスト
      1. エキシマレーザリソグラフィ実現への課題
      2. 光源・光学系の課題
      3. 化学増幅型レジストの課題
      4. 材料からの改良
      5. プロセス面からの改良
      6. 実用化されたレジスト材料
   2. ArFレジスト
      1. ArFレジスト実現への課題
   3. 液浸リソグラフィ
5. EUVリソグラフィ
   1. 光源・露光機の開発
   2. レジスト開発
      • 開発現状と課題
      • LERの要因と対応
   3. 無機レジスト
      • 感度・解像度
      • 保存安定性
   4. EUVLの課題
      • 光源
      • 露光装置
      • マスク
      • レジスト
      • 評価装置
6. 今後の展望
   1. 高解像度化と現像プロセス
      • 現像過程での膨潤と解像度
   2. 今後のパターン形成プロセス
   3. ナノインプリント技術の実用化
7. 科学技術と社会 (半導体と人間)
   1. 実装材料 (ポリイミド)
   2. フラットパネルディスプレイ材料
   3. ブレインマシンインターフェイス (BMI)
   4. 科学技術と社会 (地球規模の課題と科学技術/半導体)
8. 国の安全保障の根幹を担う半導体産業
   1. 半導体産業の重要性
   2. 日本および世界の半導体産業の現状
   3. 経産省の戦略
   4. 再生のための論点
9. 効率的にイノベーションを創出するために
   • 知的財産戦略とMOT
10. まとめ
• 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