JAIST Repository: 陽極酸化を用いた廉価なナノ微細加工技術とその応用に関する研究
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(2) 陽極酸化を用いた廉価なナノ微細加工技術とその応用に関する研究 松村研究室 橋岡 真義. 序論 本研究は、将来の半導体微細加工技術の微細化にともなうコストの上昇およびスループット低下の問題をふま え、低コストで大量生産が可能なナノ微細加工技術の開発を行うことを目的としている。具体的には、従来技術 であるフォトリソグラフィ技術と陽極酸化技術を組み合わせることによるナノメータサイズ（ 以下）の新 規パターニング技術を開発し、その応用可能性を示す。さらに、最小線幅 にいたる加工において高精度を 実現し、プレーナプロセス応用の可能性および新規の センシング法への応用可能性を検討する。 本研究では、従来技術であるフォトリソグラフィと陽極酸化を組み合わせることにより、ナノメータサイズのス リット開口幅を有する密着型マスク（以下、ナノメータスリットマスク）の作製に成功しており、その加工寸法の 制御にも陽極酸化時の最大印加電圧の変化という簡便な手法によりナノメータオーダーで行うことに成功し、最 小で までのサイズの形成が確認されている。図 にナノメータスリットマスクの加工プロセスを示す。ま ず、石英基板上に堆積した
(3) 薄膜をフォトリソグラフィおよびドライエッチングによりパターニングし、サイド ウォールを形成する 。サイドウォールから
(4) を横方向に陽極酸化し、幅数十 の
(5) Ü 細線をパターンに 沿って形成する 。この上から、
(6) 薄膜を堆積して 、リフトオフを行なう。最後に
(7) Ü 細線を選択的にエッ チングすることにより、
(8) 薄膜間に幅数十 の開口幅を有するナノメータスリットマスクが形成される 。. Ti photoresist TiOx. Ti SiO2 substrate (a). (b). 図. (c). (d). ナノメータスリットマスク加工プロセス. ナノメータスリットマスクのプレーナプロセス応用の検討. 20nm. 40nm 10nm. 図. ナノトレンチの断面 像. ナノメータスリットマスクを利用した半導体基板や金属細線の加工を行った。 基板上に表面保護層として ¾ を堆積し、その上にナノメータスリットマスクを形成、さらにスリットを介して ¾ 層および 基板をエッチ ングし、 基板中にナノメータサイズの溝 ナノトレンチ を作製した。図 に作製したナノトレンチの一例とし て断面 像を示す。また、石英基板上にパターニングした
(9) 細線上にナノメータスリットマスクを作製し、.
(10) 細線の局所酸化にも成功した。このことから、ナノメータスリットマスクのプレーナプロセス応用の可能性が 示された。.
(11)
(12) .
(13) 交番陽極酸化を用いたナノエッヂラフネスの低減. SEM. TiOx. Ti. SiO2 Conventional LN-AO. 図. AL-AO. 交番電界陽極酸化による側壁ラフネスの改善. 次に、ナノメータスリットマスクの寸法のばらつき、すなわちエッヂラフネスの改善を行った。図 に示す 陽極酸化工程において、線型に昇圧する従来の陽極酸化法 ! と、交番電界を 用いた手法 "! ! # ! 電圧の極性を変えながら昇圧していく を採用することに より、サイドウォールから成長する
(14) Ü の側壁ラフネスが低減することが明らかになった。図 にその改善例 を示す。 30nm. 30nm. Ti Ti. Ti. Ti. Conventional LN-AO. AL- AO. 10nm. 10nm. Ti. Ti. Conventional LN-AO. 図. Ti. Ti. AL-AO. ナノメータスリットマスク中のナノエッヂラフネスの改善. さらに、この手法によりナノメータスリットマスクの作製を行った例を図 に示す。図から、スリット側壁の微 細なくびれが低減されていることが見い出される。また、ラフネスを加工寸法の標準偏差で評価したところ、約. のスリット加工寸法において約 まで、約 のスリット加工寸法において約 まで低減させ ることに成功した。これは、市販の電子線レジストと同レベルの精度である。このことから、本微細加工技術は 電子線リソグラフィと同様に利用可能であることが明らかとなった。 ナノメータスリットマスク中のラフネス低減に関する詳細な検討と考察 交番電界陽極酸化の利用によって
(15) Ü の側壁ラフネスが低減する原因として、サイドウォール上の微小な突起 をきっかけとして正バイアス時に
(16) Ü 側壁に凹凸が成長し、負バイアス印加時に
(17) Ü 側壁の凸部に電界が集中 し、選択的に還元されるためと考えられる。また、ナノメータスリットマスク中のナノエッヂラフネスのさらな る低減には、高精度のフォトレジストの使用が必要であると考えられる。.
(18) $ ナノギャップ素子の作製および センサへの応用. DNA 10nm. 3µm Ti. Ti. Ti. Ti SiO2. 図$. ナノギャップ素子の構造. ナノメータスリットマスクの作製技術を利用したナノギャップ素子の作製を行い、ギャップ間に を挿入し た場合の電気的特性の評価を行った。図 $ にナノギャップ素子の構造を示す。幅約 の
(19) 細線中に開口幅約 のギャップを有している。 [×10. –10. ] tgap =10 nm. Currents (A). 5 DNA 1000 bps. 0. Before dropping After dropping. –5. –1. 図%. 0 Applied voltage (V). 1. ナノギャップ素子中の の電流 電圧特性. 図 % に、ナノギャップ素子中に配置した の & ' 特性を示す。点線が 滴下前、実線が滴下・乾燥後の ナノギャップ素子の & ' 特性をそれぞれ示している。図から、 滴下前はギャップ間にほとんど信号電流が確 認されないのに対して、滴下後は印加電圧 ' で約 ( の信号電流が流れていることが確認される。このこと から、ギャップ間に を配置することによって 中を流れる電流を検知している可能性を示唆しており、 本手法により作製したナノギャップ素子によって のセンシングを実現する可能性が示された。. % 結論 以上の結果から、本ナノメータ加工技術は、将来のナノ微細加工技術の一手法として適用可能であり、医用デバ イスへの応用可能性も有するものと考えられる。.
(20) 博士論文目次. 章 章 章 章 章 章. 序論・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ナノメータスリットマスクのプレーナプロセス応用の検討・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 交番陽極酸化を用いたナノエッヂラフネスの低減・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ナノメータスリットマスク中のラフネス低減に関する詳細な検討と考察・ ・ ・ ・ ナノギャップ素子の作製および センサへの応用・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 結論 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
(21). 業績. !" #
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