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フォトレジスト材料開発の新展開

  • New Trends of Photoresists
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★ 光リソグラフィの限界に挑戦し続けるフォトレジスト材料開発の最前線!
★ 基礎となる光化学反応と酸発生剤についても詳述!
★ レジスト材料開発の現在とこれからを展望できる!

商品コード: T0700

  • 監修: 上田充
  • 発行日: 2009年8月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、317ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0149-5

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  • レジスト / リソグラフィ / 液浸 / ArF / EUV / ナノインプリント / フォトポリマー

刊行にあたって

 1957年Fairchild社(W.B.Shockley)、1968年Intel社(R.N.Noyce)の共同創設者であり、半導体工業の生みの親でもあり、長くこの分野のリーダーを勤めたまさしくTheGuru of SemiconductorsであるGordon Mooreが1965年“Electronics magazine”に集積度が今後飛躍的に増すという一文を載せた。すなわち、集積回路の高集積化は1年半で2倍になるという経験則“ムーア則”である。光リソグラフィを用いた微細加工技術はこれまでにいくつか限界説を覆しながらこのムーア則を達成してきた。ジアゾナフトキノン・ノボラック樹脂系レジストを用いたi線リソグラフィ(365nm)が露光装置の進展とレジストの改良により0.3μmの解像度を有するまでになり、KrFリソグラフィ(248nm)に置き換わるまで長い間リソグラフィの主役の座を守った。次の大きな飛躍は高出力のエキシマレーザ光を用いる方法の開発と飛躍的に量子収率をあげることのできる化学増幅レジストの開発であった。i線リソグラフィ以後、KrFエキシマレーザリソグラフィと化学増幅レジストが微細加工の主役になり、2004年からはArFエキシマレーザリソグラフィ(193nm)を用いた90nm微細加工の時代に入った。そして、現在、更なる超微細加工を目指してフォトリソグラフィはArF液浸露光の時代に入っている。今後はダブルパターニングを導入して32nmノードまでの超微細加工を行い、22nm以降はEUVリソグラフィ(13.5nm)が登場すると予定される。
 このように半導体集積回路の微細加工と高集積化を実現させてきた光リソグラフィ技術は上記で紹介した発明を含め、露光装置(KrF、ArF露光機の開発、レンズの開口数の向上など)、露光方法(変形照明など)、マスク技術(位相シフトマスクなど)などに関する多くのアイデアに支えらながらムーア則を達成してきた。すなわち、幾多の光リソグラフィの限界をこの分野の研究者達の不断の努力により克服して現在の繁栄を継続している。
 本書は現在多方面で使用されている、また将来用いられる微細加工用レジスト材料について、最新の技術動向・問題点・将来展望を示し、この分野に携わる研究者・技術者の更なる研究開発の進展の一助になることを目的に、フォトレジスト開発の最前線で活躍されている研究者の方々により執筆された。読者にとって、本書がこの目的を充分に果たし、限界に近づきつつあるフォトレジストによる微細加工を更に進展させる糸口になれば幸いである。
(「はじめに」より)

2009年7月  東京工業大学 上田 充

著者一覧

上田 充    東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
岡崎信次   技術研究組合極端紫外線露光システム技術開発機構 本部 主幹研究員
唐津 孝   千葉大学 大学院工学研究科 共生応用化学専攻 教授
白井正充   大阪府立大学 大学院工学研究科 応用化学分野 教授
鴨志田洋一   テクノポリマー(株) 常勤監査役
上野 巧   日立化成工業(株) 新材料応用開発研究所 主管研究員
岩佐繁之   日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員
長谷川悦雄   日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 シニアエキスパート
清水宏明   東京応化工業(株) 開発本部 先端材料開発一部 技師
樽谷晋司   富士フイルム(株) R&D統括本部 エレクトロニクスマテリアルズ研究所 主任研究員
西村幸生   JSR(株) 精密電子研究所 半導体材料開発室 主任研究員
大森克実   東京応化工業(株) 開発本部 先端材料開発一部 課長
藤原考一   JSR(株) 電子材料事業部 主査
小島恭子   (株)日立製作所 中央研究所 ナノプロセス研究部 主任研究員
西久保忠臣   神奈川大学 工学部 物質生命化学科 教授
工藤宏人   神奈川大学 工学部 物質生命化学科 准教授
平山 拓   東京応化工業(株) 開発本部 次世代材料開発部 技師
中島康之   日産化学工業(株) 電子材料研究所 半導体材料研究部 部長
岸岡高広   日産化学工業(株) 電子材料研究所 半導体材料研究部 副主任研究員
坂本力丸   日産化学工業(株) 電子材料研究所 半導体材料研究部 副主任研究員
片山朋英   AZエレクトロニックマテリアルズ(株) 静岡テクノロジーセンター 研究開発部 チームマネージャー
坂井信支   東洋合成工業(株) 新規事業開発部 ナノテクグループ グループ長
平澤玉乃   東洋合成工業(株) 新規事業開発部 ナノテクグループ
山口 徹   日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 主任研究員

目次

第1章 リソグラフィ技術の概要
1. はじめに
2. 半導体集積回路の高集積化と光リソグラフィ技術の発展
3. 液浸露光技術
4. ダブルパターニング技術
5. さらなる光リソグラフィ技術の展開
6. EUVリソグラフィ技術の開発状況
7. その他のリソグラフィ技術の状況
8. おわりに

第2章 光化学反応の基礎
1. はじめに
1.1 フォトレジスト・フォトポリマーと光反応
1.2 光反応のポテンシャルエネルギー曲面
2. ラジカル開始剤の光化学
2.1 有機過酸化物
2.2 O-アシルオキシムの非垂直励起
3. 光誘起電子移動反応
3.1 HOMO-LUMOと電子移動
3.2 光誘起電子移動の基礎
3.2.1 光誘起電子移動の効率とRehem-Wellerの式
3.2.2 Marcusの理論と逆転領域
3.2.3 逆電子移動―増感剤と溶媒の効果、添加塩の効果、共増感
3.2.4 イオンラジカル中間体の反応性
3.3 光誘起電子移動反応の具体例
3.3.1 スチルベンと電子受容型オレフィン
3.3.2 ジフェニルメチルハライド
3.3.3 アリールエステル(ラジカル対中での電子移動)
3.3.4 オニウム塩
3.3.5 アゾ化合物
3.3.6 ケイ素化合物
4. まとめ

第3章 光酸発生剤
1. はじめに
2. ArF化学増幅レジスト用PAG
3. EUV化学増幅レジスト用PAG
4. i-線用PAG
5. 種々のPAGからの酸発生機構
6. おわりに

第4章 従来型フォトレジスト―g、i線ノボラック系レジストを中心にして―
1. はじめに
2. 半導体用フォトレジスト概要
3. ネガ型ゴム系フォトレジスト
4. ノボラック/ナフトキノンジアジド型レジスト
4.1 概要
4.2 組成
4.3 感光剤
4.4 ノボラック樹脂
4.5 溶剤
4.6 添加剤
4.7 イメージングメカニズム
4.8 レジストの透明性
4.9 プロセス条件とレジスト性能
4.9.1 レジスト塗布
4.9.2 露光
4.9.3 ポストエクスポージャーベーク(PEB)
4.9.4 現像
4.10 ノボラック/ナフトキノンジアジド型レジストの限界
5. その他のレジストシステム
6. おわりに

第5章 KrFレジスト
1. はじめに
2. KrFリソグラフィとその露光装置
3. 化学増幅系レジスト
4. ポジ型化学増幅系レジスト
5. ネガ型化学増幅系レジスト
6. 酸発生剤
7. 化学増幅系レジストの課題
8. まとめ

第6章 ArFレジスト
1. 光リソグラフィの開発経緯
2. ArFレジスト材料技術
2.1 レジスト技術の推移
2.2 ArFレジストへの要求特性と脂環式ポリマー
2.3 機能統合型ポリマー
2.4 光酸発生剤
2.5 ArF液浸用レジスト
3. おわりに

第7章 ArF液浸用レジスト

1. ArF液浸用レジストの課題とその対策
1.1 はじめに
1.2 トップコートレスArF液浸レジストの開発
1.2.1 トップコートプロセス
1.2.2 トップコートレスプロセス
1.2.3 トップコートレス化の実現
1.3 ArFレジストの高解像化
1.3.1 分離解像性の向上
1.3.2 酸拡散長の短拡散化
1.3.3 基材樹脂成分の酸拡散長に対する影響
1.4 まとめ

2. 富士フイルムのArF液浸プロセス用レジスト材料
2.1 はじめに
2.2 低溶出性の技術
2.3 低浸透性及び高後退接触角の技術
2.4 高解像力と低LWR達成技術
2.5 液浸露光での画像及び欠陥性能
3. JSR(株)の液浸プロセス用材料
3.1 はじめに
3.2 液浸プロセス用材料に求められる基本物性
3.2.1 溶出抑制
3.2.2 高い表面撥水性
3.3 液浸プロセス用材料の開発
3.3.1 液浸用トップコート材の開発
3.3.2 トップコートプロセス用液浸レジストの開発
3.3.3 ノントップコートプロセス用液浸レジストの開発
3.4 現像欠陥発生メカニズムとその取り組み
3.4.1 現像欠陥とその現状
3.4.2 欠陥発生メカニズム
3.4.3 現像欠陥発生抑制手法と今後の取り組み
3.5 まとめ

第8章 ダブルパターニング用材料

1. ダブルパターニング用レジスト
1.1 はじめに
1.2 ダブルパターニング技術について
1.3 Freezing free Posi/Posi process(ポジ・ポジプロセス)
1.3.1 ポジ・ポジプロセスのプロセスフロー
1.3.2 ポジ・ポジプロセスでの懸念点
1.3.3 ポジ・ポジプロセスの材料開発コンセプト
1.3.4 ポジ・ポジプロセスのパターニング例
1.4 まとめ

2. ダブルパターニングプロセス用ネガ現像プロセス
2.1 ダブルパターニングプロセスにおけるネガ型画像形成方法の必要性
2.2 ネガ現像プロセスの原理及び性質
2.3 ネガ現像プロセスでのトレンチパターンパフォーマンス
2.4 ネガ現像プロセスの量産適性
2.5 ネガ現像プロセスの応用例1―密集ホールパターン形成
2.6 ネガ現像プロセスの応用例2―デュアルトーン現像による密集ラインパターン形成
2.7 おわりに

3. JSR(株)のダブルパターニング向けフリージングプロセス
3.1 はじめに
3.2 フリージングプロセスを用いたDP形成
3.2.1 32nm Line/64nm Pitchリソパターン形成
3.2.2 フリージングプロセス適用時の焦点深度マージンとプロセスウィンドウ
3.2.3 各プロセスにおける1stリソパターンのCD変動
3.2.4 エッチング特性
3.2.5 フリージングプロセスを用いた30nm hp以下のパターン形成
3.2.6 各プロセスにおけるCritical Dimension Uniformity(CDU)
3.2.7 コンタクトホール形成
3.2.8 トレンチパターン形成
3.3 まとめ

第9章 EUVレジスト
1. EUVリソグラフィの概要
2. EUVレジスト材料
2.1 EUVレジストへの要求
2.2 EUVレジストの反応機構と材料選択指針
2.3 ポリマーをマトリクスとしたEUVレジスト材料
2.4 低分子ベースのEUVレジスト材料
2.4.1 低分子レジストとは
2.4.2 ポジ型低分子レジスト
2.4.3 ネガ型低分子レジスト
2.5 その他のEUVレジスト材料 
2.5.1 シリコン系レジスト
2.5.2 酸発生剤結合ポリマーを用いたレジスト
2.5.3 単一成分低分子レジスト
2.5.4 非化学増幅系
3. 感度・解像度・LERのトレードオフに関する取り組み
3.1 感度・解像度・LERのトレードオフ
3.2 LER問題
3.3 LERの原因と対策
4. 今後の見通しとまとめ

第10章 電子線レジスト
1. はじめに
2. 電子線レジストに要求される性質
3. 電子線が起こす反応(電子と分子との相互作用)
4. ポジ型電子線レジスト
4.1 主鎖切断型電子線レジスト(ポジ型)
4.2 アルカリ水溶液現像タイプポジ型電子線レジスト
4.3 化学増幅系ポジ型電子線レジスト
5. ネガ型電子線レジスト
5.1 架橋型電子線レジスト
5.2 アルカリ水溶液タイプネガ型電子線レジスト
5.3 化学増幅系ネガ型電子線レジスト
6. 分子レジスト
7. まとめ

第11章 分子レジスト

1. 分子レジスト(1)
1.1 はじめに
1.2 分子レジストのコンセプトとこれまでの発展
1.2.1 カリックスアレーン類を基盤とする分子レジスト
1.2.2 ラダー環状分子レジスト
1.2.3 多価フェノール型分子レジスト
1.2.4 デンドリマー型分子レジスト
1.2.5 コール酸型分子レジスト
1.2.6 分子内にPAG残基を有する分子レジスト
1.3 西久保研の分子レジストの研究開発
1.3.1 シクロデキストリンを基盤としたArF分子レジスト材料の開発
1.3.2 光脱保護基を有するカリックスアレーン(CA)類の合成とその光反応性
1.3.3 ノーリアを基盤としたEB・EUVレジスト材料の開発
1.4 おわりに

2. 分子レジスト(2)
2.1 はじめに
2.2 低分子レジスト基材の探索
2.2.1 低分子レジスト基材の選択とアモルファス性
2.2.2 低分子レジスト基材のガラス転移温度
2.2.3 エッチング耐性の評価
2.2.4 アウトガス特性
2.2.5 リソグラフィ特性とラフネス解析
2.2.6 低分子ネガレジスト
2.3 保護基数ばらつきのない低分子レジスト
2.3.1 保護基数分散とリソグラフィ特性
2.3.2 低分子レジストの高Tg化
2.4 おわりに

第12章 反射防止材料

1. ボトム型反射防止膜
1.1 はじめに
1.2 KrF・ArF用反射防止膜の要求特性
1.3 液浸リソグラフィー用反射防止膜
1.4 ダブルパターニング用反射防止膜
1.5 EUV用下層膜
1.6 現像液可溶型反射防止膜
1.7 デュアルダマシン用反射防止膜
1.8 多層レジストプロセス材料

2. 反射防止トップ材料
2.1 概要
2.2 反射防止トップ材料の基本光学原理
2.3 反射防止トップ材料の適用工程とそのメリット
2.4 第一世代の反射防止トップ材料設計
2.5 PFOS/PFOAの環境に対する動向
2.6 PFOS/PFOAフリー反射防止トップ材料
2.7 おわりに

第13章 UVナノインプリント用材料
1. はじめに
2. UV-NIL用光硬化性樹脂
2.1 ラジカル重合型樹脂
2.2 カチオン重合型樹脂
2.3 エン-チオール型樹脂
2.4 珪素含有樹脂
2.5 フッ素含有樹脂
2.6 硬化後除去可能な樹脂
3. 特性試験
3.1 基本プロセス特性試験
3.1.1 離型性
3.1.2 基板との密着性
3.1.3 反応率
3.1.4 転写精度
3.1.5 粘度
3.2 用途別特性試験
3.2.1 永久部材用樹脂の特性試験
3.2.2 リソグラフィー応用
4. まとめ

第14章 ブロック共重合体リソグラフィ
1. はじめに
2. ブロック共重合体リソグラフィとは
3. ブロック共重合体リソグラフィ
3.1 ランダム系
3.1.1 球状相
3.1.2 垂直シリンダー相
4. 誘導自己組織化技術
4.1 グラフォエピタキシ技術
4.2 化学エピタキシ技術
5. おわりに
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