【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24AT0164

利用課題名 / Title

電子線描画装置を用いたメタルハードマスクパターン形成

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

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）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）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

キーワード / Keywords

電子線リソグラフィ/ EB lithography,スピントロニクス/ Spintronics,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device

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)

山本 竜也

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

佐藤 平道,木塚 優子

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

AT-093：高速電子ビーム描画装置（エリオニクス）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究課題では磁気トンネル接合 (MTJ) 素子の精密な形状制御を目的として、電子線描画装置を用いた微細なメタルハードマスクの形成に取り組んだ。スパッタリングにより成膜した積層膜上に電子線描画用レジストを塗布した基板を用意し、電子線描画装置を用いてナノピラー型のレジストマスクを形成した。レジストマスクをエッチングマスクとして反応性イオンエッチング (RIE) 装置を用いてハードマスク層を順次エッチングし、最終的にArイオンエッチングによりMTJ素子を形成した。

実験 / Experimental

300 mmウェハ対応の量産成膜装置でMTJ積層膜を成膜し、20 mm角基板にダイシング加工した後にTiN/SiO₂などからなるハードマスク層を小型スパッタ装置により成膜した。適切に表面処理を行なった後、ネガ型の電子線描画用レジスト (TGMR 3.6cp, 東京応化工業) を塗布し、ベーク処理を行なった。130 kV, 500 pAのビーム条件の下、50- 200 uC/cm²程度のドーズ量で露光を行い、再度ベーク後に現像を行なった。ハードマスクのエッチングは平行平板型のRIE装置を用い、走査電子顕微鏡 (SEM) を用いてエッチング後のマスク形状の観察を行なった。
電子線描画を除いて、全ての工程は当センター所有の装置で処理を行なった。

結果と考察 / Results and Discussion

ビーム条件を調整することにより、ほぼ設計通りのレジストマスクを形成することができた。しかしながら、SiO₂層をCHF₃のみでエッチングした場合にはレジストの側壁に堆積物が付着してマスクが肥大してしまうという問題があった。本研究課題においてはRIE条件を調整することで、図１に示すように直径60 nm程度のマスクを形成することに成功した。今後は更なる加工精度の向上に向けてエッジのラフネス低減やテーパー形状などの制御に取り組んでいく。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　作製したメタルハードマスクのSEM観察像

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

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