図1 このfinFETトランジスタはUVナノインプリントのみで作製されている。ゲートは19nmの小さなフィン上に20nm以内でアライメントされている
ナノインプリント･リソグラフィ(NIL：Nanoimprint Lithography)は、データストレージ、ライフサイエンス、MEMS、バイオチップ、オプティクス、フォトニクスなどのあらゆる分野において、微細線のパターン形成に利用できる技術としてすでに実用化されている。これらの技術は、信頼性、可用性、経済性にも優れている。例えば、米国ニュージャージー州に本社を置くNanoOpto社は、NILを利用してさまざまな光コンポーネントを製造している。DVD/CDプレーヤー内の光信号を修正するための波長板もその1つだ1) 。NILについて特筆すべき点は、かなり微細なパターン寸法を転写できることだ。イリノイ大学の研究者たちは、NILとカーボンナノチューブを利用してナノメートル寸法のパターンを複製することに成功している2) 。「2nmスケールで何の問題もなくパターンを形成でき、さらに1nmまで縮小できることも実証できた。個々の高分子のサイズに匹敵する寸法だ」と、イリノイ大学材料科学エンジニアリング学部教授John Rogers氏はいう。図1 は、半導体業界に応用されるナノインプリントの機能を示している。このfinFET構造はUVナノインプリントのみで作製されている。19nmの小さなフィン上でゲート長は20nm以内に抑えられている。2) 。「次世代リソグラフィ技術に投資してきた額の10％をくれれば、同じだけの仕事をしてくれるインプリントシステムを提供できる」と、オーストリアEV Group社バイスプレジデントSteve Dwyer氏は述べている。
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半導体業界の考え方を変え得るものは新しいコンセプトだ。ほんの少しの労力で、パターン形成プロセスの100プロセスステップ以上を減らせるとしたら？生産性が大きく向上してコストも削減でき、まさに業界が前進しつづけるために必要としている「破壊的技術」となるだろう。解像度に制限されず、低コストで、プロセス統合も容易というNILの他の利点ともあわせて考えれば、これから解決していかねばならない問題もそう大したことがないように思われる(表1 )。3)
表1 ステップ&フラッシュUVナノインプリント・リソグラフィ
長所www.nilcom.org を参照のこと。www.medeaplus.org を参照のこと。
短所
マルチレベルテンプレートも必要だ。これは簡単にはいかない。なぜなら、テンプレート/マスクメーカーは、極小寸法であるとはいえシングルレベルでさえ誤差と欠陥密度が許容範囲内のものを作製するのに苦労しているからだ。大半のデュアルダマシン構造の利点は、その寸法が比較的大きいことである。3次元(3D)テンプレートはマスクハウスで作製・検査できる。米Molecular Imprints社によれば、今日のマスクハウスはインプリントで32nmハーフピッチ(HP)、テンプレート描画では22nm HPの高解像度を実現しているという。ナノインプリント･プロセス 4) どの方法もデータストレージや光学機器などのさまざまな分野で利用されているが、最先端の半導体アプリケーションで真剣に検討されているのはUVNILだけだ。UVNILはSFIL(ステップ&フラッシュ・インプリント・リソグラフィ)とも呼ばれる。SFILのほうが広く知られているが、Molecular Imprintsの商標となっている。
図2 SFILプロセスでは、エッチングバリアを挟み込むようにしてテンプレートと基板を合わせる。隙間は、薄いベース層に到達するまで力を加えることによって埋められる。その後、テンプレートの裏側からエッチングバリアまでインプリントが照射される。テンプレートが取り外されると、エッチングバリアに低アスペクト比、高解像度の形状が残る。短時間のハロゲンプラズマエッチングで残留エッチングバリア(ベース層)を取り除いた後、異方性の酸素反応性イオンエッチングによってパターンを転写層に転写する。これで高アスペクト比、高解像度のポリマーパターンができあがる
SFILプロセス(図2 )では、強固な透明のインプリント・テンプレート(一般には現在のフォトマスクに使われている石英/Cr材料と同じもの)を使って有機ケイ素材料の光重合を行い、基板上にパターンを形成する。通常、このインプリント・プロセスは有機ポリマーの被覆層上で行われ、二層構造が形成される。2 )基板への接着性が高くなくてはならない」と、フランスの研究所LTMのJumana Boussey氏は語る。3次元ナノインプリント 3) たとえばWillson氏の研究グループでは、POSSカゴから始めてメタクリレートとベンゾシクロブテン(BCB)を添加している。Willson氏はその仕組みを次のように説明する。「アクリレートによって材料の光感度が上がるが、アクリル結合は熱に弱く高誘電率で、光重合によって収縮する。幸い、アクリル部分は高温焼成時に溶けて孔が形成されるため、誘電率が下がる。BCBが硬化すると露光後の焼成段階における機械特性が安定する。重合の開環性質による収縮はなく、熱に強い結合ができる。我々は最小限のアクリレート機能を利用することで、光重合後も安定した構造を保っている。BCBの硬化によるイメージの流動はない。アクリレートとBCBの割合はだいたい3：5が適しているようだ」。表2 にまとめた。ここでの最大の課題の1つは低粘度を実現することだ。「化合物の粘度を下げるために今までいろいろ工夫してきたが、まだ目標の1/10も達成していない。つい最近、インクジェット装置で塗布できるだけの低粘度のサンプルができたが、データはまだ信頼性に欠ける。現在は、粘性材料の液体粒子を正確に塗布できる装置の開発に取り組んでおり、低粘度の実現に向けて引き続きPOSS材料の構造を研究していくつもりだ」(Willson氏)。図3 のSEM写真は、この技術の可能性を示している。これらの写真はテキサス大学のWillson氏のグループと、Sematech傘下のATDF社によって撮影された。
図3 これらの写真は、テキサス大学でGrant Willson氏が主導するデュアルダマシン・ナノインプリントの研究を示している。構造はSematech傘下のATDF社で作製された
テンプレートにまつわる課題
Lercel氏は最近、ナノインプリント・テンプレートと光マスクの要件を比較した。NILでは等倍テンプレートを使うため、ターゲットの寸法が(EUVに使用される4倍サイズのマスク/レチクルの)1/4になるという。「このことはマスクのパターニング能力、とりわけ欠陥サイズに大きな影響を及ぼすだろう。ナノインプリントはテンプレート上にあるものを印刷することでは優れた方法だが、テンプレート上に欠陥がないように十分に注意する必要がある。それは非常に難しいことだ。すでにフォトマスク業界は半導体プロセスの技術革新スピードについていくことで手一杯の状態だ。ナノインプリントの課題がすべて解決されるのは数年先になるだろう」。まとめ
