【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.30】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1212
利用課題名 / Title
SEM用標準試料
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
リソグラフィ、膜加工・エッチング、走査電子顕微鏡、CMP,電子線リソグラフィ/ EB lithography,電子顕微鏡/ Electronic microscope,リソグラフィ/ Lithography,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
大橋 健良
所属名 / Affiliation
㈱日立製作所ナノプロセス研究部5ユニット
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
金子真悟,庄子美南
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
落合幸徳,藤原誠
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-503：超高速大面積電子線描画装置
UT-506：枚葉式ZEP520自動現像装置
UT-604：高速シリコン深掘りエッチング装置
UT-855：高精細電子顕微鏡
UT-918：CMP装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
電子顕微鏡の計測精度向上には、評価試料の計測結果を電子線の制御・検出技術へフィードバックすることが重要である。そこで、微細加工技術を用いて、計測精度検証のための評価試料の作製を試みた。今回は、電子線描画装置、Si深堀エッチング装置、熱酸化炉とCMP装置を用いた試作を行い、加工条件に関する知見を得た。
実験 / Experimental
東京大学と東北大学の施設を利用し、後述する加工プロセスによりSi基板(4 inch, Si2500)に水平断面が円形とドーナッツ形状の多結晶Siプラグを形成した。プラグ表面は熱酸化膜によって絶縁されている。多結晶Siの成膜はARIM所属の東北大学の装置を利用し、それ以外のプロセスはARIM所属の東京大学の装置利用により実施した。初めに、Siウェーハ上の細かい異物や有機物を除去するためにRCA SC1(アンモニア過酸化水素水溶液)洗浄を80℃で10分、Siウェーハ表面の自然酸化膜を除去するために0.5 %バッファードフッ酸水溶液で10秒程洗浄した。洗浄後のSiウェーハに電子線レジストであるZEP520Aを4000 rpmで60秒スピンコートし、180 ℃で5分プリベイクすることで340 nmの膜厚で成膜する。次に、電子線描画により円形状(直径100, 200 nm)とドーナッツ形状(外円直径1000, 800, 600, 300 nm, 内円直径100, 200 nm)を直描した。描画されたSiウェーハをZED-N60で現像し、MIBK(Methyl IsoButyl Ketone: メチルイソブチルケトン)でリンスした。その後、現像されたレジストをマスクにして、高速シリコン深掘りエッチング装置(使用レシピ名：Test3Good75cycle, サイクル数：150)により、Siに円形とドーナッツ形の深穴を加工した。深穴加工後、酸素アッシング(使用レシピ名：O2 clean、2分)を行い、電子線レジストとエッチング時の保護膜であるC4F8重合膜を除去した。酸素アッシング後、更にピラニア洗浄とフッ酸洗浄したSiウェーハを、酸素流量1.0 L/min.、温度900℃の条件下で20分間熱酸化させ、熱酸化膜をSi表面に成長させた。その後、東北大学で深穴部分を多結晶Siで埋め込むため、減圧化学気相成長をHe 80%,SiH4 20%の混合ガス雰囲気、温度600℃、流量210 sccm、圧力30 Paの条件下で行った。最後に、東京大学に戻り、ウェーハ表面をCMP装置で研磨することで、埋め込まれたプラグを試料表面に露出させた。円形プラグはエッチングの工程までプロセス条件を確認し、ドーナッツ形プラグは最終工程まで完了させた。
結果と考察 / Results and Discussion
一例として、外円直径1000 nm, 内円直径100 nmのドーナッツ形状プラグの結果について述べる。初めに、電子線描画によるドーナッツ形の直径は、Fig.1(a)と(b)に示すように外円直径が969.2 nm、内円直径が100.9 nmであり、ドーナッツ形状が形成されていることを確認した。外円直径が31 nm程小さく現像されているが、設計データの直径を最適化することで改良可能である。続くエッチング工程では、CMPの最終工程で余分に研磨されることを想定し、設計値1000 nmの深穴より余分に1078 nmまで深堀エッチングを行った。エッチング後のシリコン表面は熱酸化による9.7 nmの厚さの酸化シリコン膜が成長していることを確認した。最終的なCMP工程により、Fig.1(c)に示すようにプラグ深さは690 nmまで研磨されていることを確認した。設計値より310 nm余分に研磨されたが、酸化Si膜と多結晶Si膜に囲まれたプラグ内円部を表面に露出させる目的は達成された。今後は、設計値通りのプラグ深さに研磨できるように、CMP工程のプロセス条件の改良を図る。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1. SEM images of the donut-shaped patterns. Top view of donut-shape patterns after (a) development and (b) CMP. (c) Cross-sectional view of donut-shape patterns after CMP.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
東北大学の課題番号は、24TU0141である
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件