10nm以下の線幅で半導体微細加工ができる高分子ブロック共重合体を開発：研究開発の最前線

東京工業大学は、東京応化工業との共同研究で、10nm以下の線幅で半導体微細加工ができる高分子ブロック共重合体の開発に成功した。半導体基板に微細な回路パターンを描画する鋳型を作製できる。

[MONOist]

　東京工業大学は2024年8月22日、東京応化工業との共同研究で、10nm以下の線幅で半導体微細加工ができる高分子ブロック共重合体の開発に成功したと発表した。ポリスチレン（PS）とポリメタクリル酸メチル（PMMA）から成るブロック共重合体（PS-b-PMMA）で、シリコン基板上に塗布した薄膜中に線状構造を形成し、半導体基板に回路パターンを描画する鋳型を作製できる。

ブロック共重合体をボトムアップ材料として用いる半導体微細加工の模式図［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　開発したPS-b-PMMAは、PS-b-（PGMA-r-PMMA）と2,2,2-トリフルオロエタンチオールを高分子反応により合成したPS-b-（PGMA_F-r-PMMA）だ。前駆体のPS-b-（PGMA-r-PMMA）は、スチレン、1，1-ジフェニルエチレン、メタクリル酸メチル（MMA）とメタクリル酸グリシジル（GMA）のリビングアニオン重合で得られ、極性官能基である2,2,2-トリフルオロエチル基とヒドロキシ基の導入割合を精密に制御できる。

PS-b-（PGMAF-r-PMMA）の合成［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　小角X線散乱（SAXS）測定と透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた解析の結果、合成されたPS-b-（PGMAF-r-PMMA）は、線幅10nm以下相当の微細な板状構造（ラメラ構造）を形成することが明らかとなった。シリコン基板上の薄膜内部では、空気界面に対して垂直方向に配向する。誘導自己組織化により、基板上に作製したPSの化学パターンに沿って回路パターンに適したミクロ相分離構造の形成が可能だ。

　導入された極性基の効果とヒドロキシ基により生じた水素結合がPS-b-（PGMA_F-r-PMMA）内の引力相互作用を増大させ、PSとPMMAの交錯を抑制。検証では、周期長15.1nmのラメラ構造の配列制御で、従来のPS-b-PMMAでは困難だった回路パターンの線幅7.6nm相当の線状構造形成に成功している。

誘導自己組織化の模式図と化学パターンの有無により得られる構造の違いを示した原子間力顕微鏡位相像［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　現状の最先端技術であるEUVリソグラフィによるパターン線幅の下限値を下回る成果を得られたことから、半導体回路パターンの微細化や高密度化への寄与が期待される。今後、300mmのシリコンウエハー上で回路パターンを形成し、実用化に向けた機能評価を実施する計画だ。

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