リソグラフィ

著者： 西尾　幸真、修士課程1年生(2005年度)

1. どんな装置ですか？

　コンピュータに使われているメモリーやCPUは、マイクロメートル以下の微細加工をして作られたトランジスタやダイオードなどのデバイスからなる集積回路です。このようなデバイスを作るためには、リソグラフィはなくてはならない技術です。薄膜はそのままの状態では何の機能も持っていません。

　機能を持ったデバイスを得るためには、薄膜を用途に応じた形態に加工する必要があります。この加工技術こそがリソグラフィ（石版印刷）と言われるものです。

　以下に、一般的なリソグラフィのプロセスを示します。

�@ 感光性を有する有機溶媒（レジスト）を薄膜上に塗布する（後述するスピンコーターを用います）。

�A 紫外線をシャドーマスクに通すことで、選択的にパターンを露光します （後述するマスクアライナーを用います）。

�B 現像液につけて、露光したパターンを定着します。このとき、露光した部分が溶解・除去されるレジストをポジ型、逆に露光されていない部分が溶解する場合はネガ型といいます。

�C レジストが除去された部分だけ、薄膜に加工します。たとえば、希釈したHFなどに漬けることにより、剥き出しになっている薄膜部分だけをエッチングすることができます（前のプロセスで残ったレジストが、エッチングから膜を守る役割をします。）。あるいは、金属などの薄膜を堆積し、その後、レジストを除去することで、剥き出しになっている薄膜部分だけに金属などの薄膜を形成することもできます（リフトオフ）。

�D 残ったレジスト膜を除去します。 通常、有機溶剤やリムーバーと呼ばれる専用液に浸すことで、レジストを除去できます。ただし、完全にレジストを除去するためには、酸素プラズマやオゾンを用いてアッシングする必要があります。

　以上のプロセスを露光方法に因んでフォトリソグラフィと言います。

2.装置説明

• スピンコーター (Spinner)
  　上記のプロセス�@で、レジストを薄膜上へ均一に被膜する装置です。 試料台（図�@参照）を高速回転させることで、滴下したレジストに遠心力がかかります。大部分が飛散しますが、レジスト自身の粘性により、一部残ったレジストが薄膜上に被膜します。回転速度やレジストの物性（粘度など）を調節することで、レジスト膜厚を制御することができます。

• マスクアライナー (Optical aligner)
  　上記のプロセス�Aで、試料に紫外線を照射する装置です。 紫外線源には水銀ランプを用いています。紫外線の照射時は試料と線源の間にマスクをはさみ、露光するパターンを決めます。 一般にマスクには、クロム金属などで遮光領域を作ったガラス板が使われます。マスクは後述する電子線露光装置により作製することができます。

• 電子線露光装置 (Electron-beam lithgraphy)
  　リソグラフィで重要なことは、いかにして現像の分解能を上げるかということです。パターンの微細化は、すなわちデバイスの微細化を意味します。 通常の紫外線を用いた方法では回折限界などの問題もあり、加工寸法に限界がありました。そこで、紫外線より更に短波長のX線を用いる方法や、電子線のような荷電粒子を用いる方法が使われています。いずれも、1μm以下の微細パターンを描くのに充分な分解能を有しています。
  　電子線露光に関して言えば、マスクが無くても、直接ウェハー上に描画できるため、少ない数で、いろいろなパターンを描くのにも適しています。
  　本研究室では、この装置を用いてオリジナルのマスクパターンを作製しています。また、nmオーダーという超微細デバイスの研究も行っています。