東京応化と日立、極端紫外線リソグラフィ用低分子フォトレジスト材料の基本技術を確立
極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ用低分子フォトレジスト材料を開発
高感度、高解像度、低ラフネス（ＬＥＲ）の同時実現に目処
ハーフピッチ３２ｎｍ世代以降の量産に適用可能
東京応化工業株式会社（取締役社長：中村洋一／以下、東京応化）ならびに株式会社日立製作所（執行役社長：古川一夫／以下、日立）は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）の委託事業において、技術研究組合超先端電子技術開発機構（以下、ＡＳＥＴ）の協力を得て、ｈｐ（ハーフピッチ）３２ｎｍ世代以降の半導体デバイス量産プロセスで必要となる、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：極端紫外線）リソグラフィ用（＊１）ポジ型およびネガ型低分子フォトレジスト材料の基本技術を確立しました。
本研究開発において、フォトレジスト材料の開発は、ＮＥＤＯの基盤技術研究促進事業（民間基盤技術研究支援制度）「５０ｎｍ以降に対応する分子制御ナノリソグラフィ材料」による委託事業において、東京応化と日立によって行われました。また、上記フォトレジストのＥＵＶリソグラフィとしての性能評価は、ＮＥＤＯ委託事業「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システム開発プロジェクト」の研究開発項目「ＥＵＶリソグラフィ用レジストの評価」において、ＡＳＥＴによって行われました。
本フォトレジスト材料により、２０１２年頃と予測されるｈｐ ３２ｎｍ世代以降のＥＵＶリソグラフィに求められている３０ｎｍ以下の高精度で生産性の高い超微細加工が可能となります。さらには、それ以降の世代の半導体デバイス量産開始にも実現性を示すとともに、半導体デバイスの高性能化および低コスト化に道を拓く技術として期待されます。
図１．新開発ポジ型フォトレジストのＥＵＶ露光によって得られたｈｐ ２８ｎｍパターン（露光装置；ＨｉＮＡ）
（＊ＮＥＤＯ委託研究として、ＡＳＥＴ ＥＵＶプロセス技術研究室において得られた評価結果です。）
（※ 関連資料を参照してください。）
フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、マイクロプロセッサなどに代表される半導体デバイスは、微細化の進展によって高集積化が可能となり、急速な大容量化、高性能化、低コスト化を実現しています。現在の最先端の微細加工は、波長１９３ｎｍのＡｒＦ（Ａｒｇｏｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）エキシマレーザーを露光光源として用いて行われていますが、この波長では３０ｎｍ以下の微細加工は困難であり、ｈｐ ３２ｎｍ世代以降に向けて微細化の限界が深刻な問題となっています。そのため、ｈｐ ３２ｎｍ世代以降の微細加工に適用するため、波長１３．５ｎｍのＥＵＶリソグラフィ技術の開発が、日・米・欧におけるそれぞれのコンソーシアム主体で急速に進められています。このＥＵＶリソグラフィの要素技術の中でも、フォトレジストの開発は最大の技術課題と位置づけられており、特に高解像度、高感度、低ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ－Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）（＊２）の三者を同時に併せ持つ高性能化が求められています。
今回、東京応化と日立は、フォトレジストの基本材料に分子量１，０００程度の新規低分子ポリフェノールを開発しました。これは、飛躍的な分子サイズのスケーリングと精密有機合成による製造方法による、従来の高分子材料（分子量約１０，０００程度）と異なる“均一で小さな分子”の採用により、フォトレジストの高解像性と、大きな課題とされていたＬＥＲの低減を同時に達成しました。また、今回開発に成功したフォトレジストは、すでに適用されている化学増幅型の反応メカニズムを採用しており、その最適化により従来と同等以上の高感度化を実現いたしました。これまで技術的難易度の高かった高解像度、高感度、低ＬＥＲ、三者の同時実現に目処をつけたもので、ＥＵＶリソグラフィの実用化に向けて大きな可能性を示すものです。
開発した技術の概要は以下のとおりです。
（１）耐熱性・エッチング耐性・現像特性をあわせもつ低分子ポリフェノールの開発
従来の高分子フォトレジストと同等の耐熱性、エッチング耐性、および現像特性を併せ持つ、低分子ポリフェノールを開発しました。これにより本フォトレジストは従来のリソグラフィプラットフォームとの整合性を持っています。
（２）フォトレジスト材料の量産性を実現するための材料設計
本低分子フォトレジスト材料は、安定して大量製造が可能な材料設計を採用し、量産技術を確立しました。従来のフォトレジスト材料と同程度またはそれ以上の純度、収量、収率を確保可能です。
（３）ポジ型・ネガ型の両像形成に対応
本低分子フォトレジスト材料は、使用するポリフェノール種類最適化と、ポリフェノールに付加する官能基の最適化により、ポジ型・ネガ型の両像形成モードに対応が可能です。ネガ型に関しては、日立独自のフォトレジストメカニズム（極性変換反応）を組み合わせることに成功し、ポジ型と同等の特性を有することを確認しました。
（４）フォトレジストの高性能化（高感度、高解像度、および低ＬＥＲ）を実現
本低分子ポリフェノールを用いた新開発のポジ型フォトレジストは、ＡＳＥＴにおいて高ＮＡ小フィールド露光装置（ＨｉＮＡ：Ｈｉｇｈ ＮＡ Ｓｍａｌｌ Ｆｉｅｌｄ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｔｏｏｌ）を用いてＥＵＶ露光評価を行った結果、世界最高水準の限界解像性；２８ｎｍ ｈｐ（図１）、感度；５ｍＪ／ｃｍ２（４５ｎｍ ｈｐ）、ＬＥＲ；３．６ｎｍ（１２．２ｍＪ／ｃｍ２、４５ｎｍ ｈｐ）が確認されました。また、ネガ型フォトレジストについても、ＡＳＥＴにおけるＥＵＶ露光評価の結果、世界最高水準の限界解像性２８ｎｍが確認されました。（図２）
図２．新開発ネガ型フォトレジストのＥＵＶ露光によって得られたパターン（露光装置；ＨｉＮＡ）
（＊ＮＥＤＯ委託研究として、ＡＳＥＴ ＥＵＶプロセス技術研究室において得られた評価結果です。）
（※ 関連資料を参照してください。）
引き続き、本格的にＥＵＶリソグラフィへの適用実現に向け、ＡＳＥＴとの共同研究により開発を進め、ｈｐ ３２ｎｍ世代、さらにその先の微細化に向け、フォトレジストの実用化研究を加速させてまいります。
開発した技術は、ＥＵＶおよびＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）リソグラフィ用フォトレジストとして、２００７年春からサンプル提供を開始し、２０１０年頃の製品化を目指します。なお、本成果は、２００６年１０月１５日からスペイン・バルセロナで開催のＥＵＶＬシンポジウム（２００６ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＥＵＶＬ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）および２００６年１０月２５日から鎌倉で開催のＭＮＣ２００６（１９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）で発表される予定です。
■ 用語説明
＊１ ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）リソグラフィ
ＥＵＶリソグラフィとは、半導体デバイス製造において波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を用いてシリコンウェハ上に回路パターンを形成する技術です。２０１２年以降に予測されているｈｐ ３２ｎｍ世代以降で必要となる微細加工にも対応することができます。このＥＵＶリソグラフィを量産レベルで使用するために、フォトレジストに対しては、高解像度、低ＬＥＲとともに、高感度化が強く求められています。しかし、これらの三大要求の同時実現は原理的に難しく、それゆえに、フォトレジストは現在最大の技術課題と位置づけられています。
＊２ ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ－Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）
ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ－Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）とは、フォトレジストパターン壁面にできる凹凸（荒さ）のことです。
この凹凸の大きさは、配線の断線、ショート等を引き起こし、半導体デバイスの生産性に多大な影響を与えるため、極微細化に向けて高い加工、配線精度を実現する低ＬＥＲ化は解決すべき課題の一つとなっていました。特にｈｐ ３２ｎｍ世代以降、さらにその先の世代では、ＬＥＲの許容範囲は僅か１．３ｎｍ（３ｓｉｇｍａ／ＭＰＵ Ｇａｔｅ ＣＤ Ｃｏｎｔｒｏｌ）となり、従来の高分子材料では分子サイズ自体がこの許容値を越え、また、単に低分子化するだけでは耐熱性、エッチング耐性、現像特性を維持することが難しく、ＬＥＲ低減は達成が極めて困難な技術的課題となっていました。
■ ご参考
＊ＩＴＲＳによる半導体リソグラフィのロードマップ（２００５）
（※ 関連資料を参照してください。）