産業科学研究所

古澤研究室

最先端量子ビームによる新規化学反応プロセスの創生< スタッフ > 古澤 孝弘 教授、室屋 裕佐 准教授、小林 一雄 助教、山本 洋揮 助教

24 nmHP, 10 mJ cm-2

Changing doseImaging	

Aerialimage

PatternModeling	

Acid image

32nmHP, 10 mJ cm-2

Latent image

Cross section

32nmHP, 11 mJ cm-2

32nmHP, 10 mJ cm-2

After development

Mixture of soluble andinsoluble molecules
CH CH2CH CH2+OH

OR(Spatially) partially soluble
LER formation

32nmHP, 8 mJ cm-2

30 mM

0.2

10 mM

70100 mM

0.1
0-200

0200

400

600

800

1000

I+

t-Bu

t-Bu

I+

11.5

S+ C4F9SO3-

CF3SO3-S+ CF3SO3-S+ SbF6-O50

ON OSO2CF3[IY] : Initial yield of THF

0.4

f = exp (-[S] / C37)

0.3
0.2

IY/e

0.1
050

t-Bu

30

S+40100

150

O

SO2CF3-C SO2CF3
SO2CF340

SO2CF3-C SO2CF3
SO2CF3I+O2S CF2
CF2-N
O2S CF2ON O SOO

C4F9SO3-200

PI-tf (mM)

Dependence of initial yield ofsolvated electron on acidgenerator concentration

5060

7080

90

100

C 37 (mM) （Liquid）

Relationship between C37 and acid yield

26.5, 6.9

24.2, 6.4

28.0, 6.6

23.8, 6.4

1.0

11.5mJ

0.8

13.5mJ

0.6

13.5

22.5, *

19.7, 6.9

(Line width, LER)

Dissolution rate
2.4 nm s-1
Dissolution point

0.4
0.2

24 nm

0.00.31
dm / dxLER =*●TPS AX,	  ●DPI	  AX,	  ●Non	  ionic	  AX26.3, 8.1
32.6, 7.6

Nano Chemistry	O2S CF2
S+ -N
CF2O2S CF2I+

S+ PF6-

Bridge

Ot-Bu

20

C370O

t-Bu

27.8, *N OSO2CF3

Analysis	0.5

I+t-Bu

13.0

12.5

12.0

CF3SO3-60

Chemical gradientComparison between latent and real images

Normalized protected unit
concentration②0.3

Top-down view

1LER ∝ width of intermediate region ≒①Reaction	  with	   solvated	  electron②Reaction	  with	   thermalized electron

①0 mM

0.4

Optical density

32nmHP, 12 mJ cm-2

Pulse radiolysis

0.5Time (ps)01020Distance (nm)Chemical gradient

量子ビーム物質科学

応機構への転換が必要となります。さらに、大量生産用の材料は感度が重要な性能ですが、極端紫外光リソグラ
フィでは、光子のエネルギーが増加する分、パターニングに使える光子数が減少し、ショットノイズが大きな問題になると考えられています。このような背景のもと、当研究室では、電子線形加速器による過渡吸収分光で化学反応のモデリングを行い、実際の極端紫外光リソグラフィで加工したレジストの SEM 像を解析することによりナノスケールの化学反応を解明する新規解析手法の開発に成功しました。

Role of resist materials
Conversion of energy modulation to binary image 	

Reconstruction of chemical image	Role of quantum beam:
Exposure
Transport of information and energy for imaging	
source	 Energy modulation	

Normalized protected unit conc.

次世代半導体リソグラフィプロセスではサブ10nm（シングルナノ）の解像度での大量生最新研究トピック産の実現を目指して研究開発が進められています。サブ 10nmでの高感度加工の実現のためには、量子ビームがナノメータースケールで誘起する化学反応の解明と制御が必須です。次世代光源として波長13.5nm の極端紫外光が期待されていますが、光子のエネルギーが従来光源と違い材料のイオン化エネルギーを越えるため、材料設計においては、これまでの分子の電子励起主体の反応機構から電離（イオン化）主体への反TOPIC

Resistimage	

Intensity	

1.00.80.6

SFET

0.4
0.20.0Si	0123Position	

4

Photon/electroninteraction with matter	

Energydeposition	

Formation ofacid image	
Decomposition ofacid generator	

SEM image of resist	

5Thermalenergy	

Solubility change throughchemical reaction	

Formation oflatent image	

Dissolutionof molecules	

Development	

Acid diffusion,deprotection	

リソグラフィにおける量子ビームとレジストの役割

100 Opto Researches

1.0

Latent image	

0.8
0.6
0.4
0.20.0Stochasticity	-28-14014Distance (nm)28

Conventional characterization	 Advanced characterization	
SEM image	

Latent image & stochasticity	

Resolution	
Line edge roughness	Sensitivity	
Exposure latitude	

Absorption coefficient	
Quantum efficiency	Effective reaction radius	
Dissolution point	Dissolution efficiency	

Information	+	Information	

Advanced resist characterization

URL：http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bms/
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CH CH2OH

OR

26nmHP, 10 mJ cm-2

26nmHP, 10 mJ cm-2

After development

Insoluble

EUV

32nmHP, 8.5 mJ cm-2

Absolutely stochastic
Can not be controlled
24nmHP, 10 mJ cm-2

Can be controlled

CH CH2Thickness(0 degree)

Reaction of acid generator in
THF solution

1. 半導体大量生産におけるナノ化学への挑戦
2. 極端紫外光領域の放射線化学3. 次世代レジスト設計 - 凝縮層中での電子、ホール、エネルギー移動の研究
4. 電子線過渡分光による有機材料、生体における量子ビーム誘起反応の解明
5. 遺伝子損傷の初期過程の研究
6. 量子ビームによるナノ材料研究
7. 高温・超臨界溶媒の放射線化学研究

SolubleChanging HP
Line width, LER(Top down)

Acid yield (mM) （Solid）【研究課題】

Chemical inhomogeneity at image boundary

Representative patterning results

Initial yield (O. D.)

化学

半導体製造における極端紫外光リソグラフィ、粒子線ガン治療等、今後電離放射線領域にある量子ビームの利用が大きく展開して行くことが予想されます。量子ビーム物質科学研究分野
では最先端の量子ビーム（電子線、極端紫外光、レーザー、放射光、X 線、ガンマ線、イオンビーム）を利用して、量子ビームが物質に引き起こす化学反応と反応場の研究を行っています。通常状態だけでなく、高温高圧状態や超臨界状態といった極限状態下においても量子ビーム誘起反応過程の測定を行い、基礎過程の解明を行っています。量子ビームによる物質へのエネルギー付与から、化学反応を経て、機能発現に至るまでの化学反応システムの解明、得られた知見から新規化学反応システムの構築を行っています。