誘導自己組織化(DSA)とは

ゆうどうじこそしきか

ブロック共重合体が自然に規則正しい微細な模様をつくる性質を使い、リソグラフィでつくったガイドで位置と向きをそろえて、解像限界より細かいパターンをつくる技術。欠陥を極めて少なくすることが量産の課題。

「誘導自己組織化(DSA)」は、1分野の3問の練習問題に出てきます(リソグラフィなど)。

ブロック共重合体の相分離

ブロック共重合体は、性質の異なる2種類の高分子の鎖(ブロック)を端でつないだ材料です。代表的なPS-b-PMMAは、ポリスチレン(PS)とポリメタクリル酸メチル(PMMA)からなります。2つのブロックは混ざり合おうとしませんが、つながっているため遠くまでは分離できず、熱処理をすると分子の長さで決まる周期の縞(ラメラ)や円柱(シリンダー)の模様を自然につくります。この周期は分子量で調整でき、数nmから数十nmの範囲になります。

ガイドで並びをそろえる

そのままでは模様の向きがばらばらになるため、リソグラフィでつくったガイドで並ぶ位置と向きを決めます。ガイドには、溝の中に材料を閉じ込めるグラフォエピタキシーと、表面の化学的な性質を縞状に変えるケミカルエピタキシーがあります。ガイドの周期を自己組織化の周期の整数倍にすれば、ガイドの間を細かい縞で埋めて、パターンの周期を細かくできます。円柱の模様を使い、穴の位置や大きさのばらつきを整えたコンタクトホールをつくる使い方もあります。

χの大きさと欠陥

2つのブロックが分離しようとする強さはχ(カイ)パラメータで表され、χが大きいほど、より細かい周期でもきれいに分離できます。PS-b-PMMAはχが小さく、実用的なピッチの下限は約20 nmとされるため、より細かいピッチに向けてχの大きい材料の開発が進められています。量産で最も問題になるのは欠陥で、縞が途中でずれる転位などの欠陥を、半導体の量産に必要な極めて低い密度まで減らし、それを検査で確かめることが課題です。

EUV露光との組み合わせ

2020年代に入り、DSAをEUV露光と組み合わせる使い方が注目されています。EUVでは、光子の数が少ないことによる確率的なばらつき(ストカスティクス)で、線幅や線の端の凹凸がばらつきます。EUVでつくったパターンをガイドにして自己組織化させると、材料で決まる規則正しい周期に整えられ、ばらつきを小さくできると期待されています。imecやIntelなどが、EUVとDSAを組み合わせたパターン形成の結果を2020年代前半から報告しています。

誘導自己組織化(DSA)の練習問題に挑戦

誘導自己組織化(DSA)で、ブロック共重合体が自然につくる縞の周期を主に決めるものはどれか。

Aブロック共重合体の分子の長さ(分子量)
B露光装置の光の波長
Cレジストを現像する時間

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正解：A. ブロック共重合体の分子の長さ(分子量)

ブロック共重合体は、性質の異なる2種類の高分子の鎖を端でつないだ材料で、熱処理をすると2つのブロックが分かれようとしながらも、つながっているため遠くまでは分離できず、分子の長さで決まる周期の模様をつくります。周期は分子量で調整でき、どこまで細かくできるかは、分離する強さを表すχパラメータに左右されます。誘導自己組織化(DSA)では、リソグラフィでつくったガイドで模様の位置と向きをそろえます。

誘導自己組織化(DSA)をEUV露光と組み合わせる使い方で期待されている効果として正しいものはどれか。

AEUV露光のマスクが不要になる
Bレジストの感度が上がり、EUVの光源の出力が不要になる
CEUVでつくったパターンをガイドにして規則正しい周期に整え、確率的なばらつきによる線幅や凹凸のばらつきを小さくする

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正解：C. EUVでつくったパターンをガイドにして規則正しい周期に整え、確率的なばらつきによる線幅や凹凸のばらつきを小さくする

EUV露光では、1回の露光に使われる光子の数が少ないため、確率的なばらつき(ストカスティクス)によって線幅や線の端の凹凸がばらつきます。誘導自己組織化(DSA)では、ブロック共重合体の模様の周期が材料で決まるため、EUVでつくったパターンをガイドにして自己組織化させると、ばらつきを整えられると期待されています。imecやIntelなどが2020年代前半から結果を報告していますが、欠陥を極めて少なくすることが量産の課題です。

よくある質問

誘導自己組織化の「誘導」とは何を指しますか?

ブロック共重合体がつくる模様の位置と向きを、リソグラフィでつくった溝や化学的なパターンなどのガイドでそろえることを指します。ガイドがなければ、模様は規則的でも向きがばらばらになります。

DSAでできるパターンの寸法は何で決まりますか?

主にブロック共重合体の分子の長さ(分子量)で決まります。どこまで細かくできるかは、2つのブロックが分離する強さを表すχパラメータに左右されます。

DSAとEUV露光はどのような関係ですか?

競合するだけでなく、組み合わせても使われます。EUVでつくったパターンをガイドにしてDSAで整えることで、EUVの確率的なばらつきによる線幅や凹凸のばらつきを減らす使い方が研究されています。

解説の中の「誘導自己組織化(DSA)」

誘導自己組織化(DSA)では、リソグラフィでつくったガイドで模様の位置と向きをそろえます。
誘導自己組織化(DSA)で、ブロック共重合体が自然につくる縞の周期を主に決めるものはどれか。
誘導自己組織化(DSA)では、ブロック共重合体の模様の周期が材料で決まるため、EUVでつくったパターンをガイドにして自己組織化させると、ばらつきを整えられると期待されています。
誘導自己組織化(DSA)をEUV露光と組み合わせる使い方で期待されている効果として正しいものはどれか。
DSAは、リソグラフィでつくったガイドのパターンで並ぶ位置と向きを制御し、解像限界より細かいパターンをつくる技術です。
ブロック共重合体が自然に規則正しい微細なパターンをつくる性質を利用するパターン形成技術はどれか。

「誘導自己組織化(DSA)」が出てくる問題(3問)

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