【半導体】日本曹達と関西大学、EUVレジストの高感度化につながる下層膜材料を共同開発
日本曹達と関西大学は、先端半導体の製造に用いられるEUV（極端紫外線）※1レジスト※2の感度を高める、新たな下層膜※3材料を共同で開発した。
この開発品は、EUVレジストと半導体基板の間に形成するポリマー材料。EUV露光時に、レジストの化学反応を促進する機能を持たせている。ポジ型CAR（化学増幅型レジスト）を用いた初期評価で、開発品を使用しない場合と比較して、より少ないEUV露光量でレジストが感光することを確認した。レジスト膜厚の減少を指標とした評価では、20％以上の増感効果が見られた。また、厚膜形成技術の一つであるネガ型CARにおいても、同じ傾向の増感効果が得られた。これらの結果から、開発品がEUVレジストの感度向上に有効な材料となる可能性が示された。
両者は今後、材料の組成や構造の最適化を進め、次世代半導体製造プロセスへの採用を目指す。
開発の背景
EUVリソグラフィーは、最先端半導体の数～数十nmレベルの微細な回路パターンを形成するために用いられる重要な技術。この技術を用いて製造される先端半導体は、生成AIを支えるデータセンターや高速通信など、幅広い分野で利用されている。EUVは波長13.5nmの短波長光であり、ArF光（波長193nm）やKrF光（波長248nm）と比べて、より細かな加工が可能となる。
一方、EUV露光技術には二つの課題がある。一つは、露光装置の消費電力が他の露光法に比べ格段に大きく、従来の露光法と比較しても数倍以上の電力を必要とする点※。半導体製造工程におけるエネルギー使用量の低減に向けても、露光プロセスの効率化が求められている。もう一つは、EUV露光は照射エネルギー当たりの光子数が少ないことに加え、短波長光ゆえ、空気や材料に吸収されやすく、レジストに到達する光量が限られる点。そのため、EUVを効率的に利用し、少ない露光量でレジストを感光させる材料技術が求められている。
このような課題の解決は、SDGs目標7「エネルギーをみんなに、そしてクリーンに」に向けた取り組みにもつながるアクションであり、開発品を通じた貢献が期待される。
※出典：ASML社 2025 Annual Report on IFRS https://investor.asml.com/annual-reports/2025/downloads
開発した材料の概要
今回開発した材料は、EUV増感機能を持つポリマーであり、EUVレジストの下層膜として使用することを想定している。一般的な下層膜は、レジストの塗布性やレジストおよび半導体基板との密着性、反射防止などを目的として使用される。
本開発品では、これらの機能に加え、EUVを吸収して二次電子※4を発生させる機能を下層膜に付与した。EUV露光時には、レジスト層を通過したEUVを下層膜が吸収する。その際に発生した二次電子がレジスト中の光酸発生剤（PAG）などに作用することで、レジストの化学反応を促進し、感度向上に寄与することが期待される。
評価結果
一例としてポジ型※5CAR※6と本開発品を組み合わせ、EUV露光評価を実施した結果を示した。本開発品を下層膜として用いた場合、下層膜を使用しない場合と比較して、より少ないEUV露光量でレジストの反応が進行することを確認した。
初期評価では、レジスト現像後の膜厚減少を指標に評価した。その結果、本開発品を下層膜として用いた場合、用いない場合と比べ、同程度の膜厚減少を得るために必要なEUV露光量が20％以上低減した。これは、より少ない露光量で同程度のレジスト反応が起こったことを示しており、本開発品によるEUVレジストの増感効果が示されたといえる。さらに、ネガ型CARを用いた評価においても、本開発品を下層膜として使用することで、下層膜を使用しない場合と比較して、レジストの反応が促進される傾向を確認している。
なお、本結果は初期評価に基づくものであり、今後、レジストの種類、レジスト膜厚、下層膜の膜厚、露光条件および現像条件などとの関係を検証し、材料の改良と有効性のさらなる確認を進める。
今後の展開
日本曹達と関西大学は、今後、以下の検討を進めていく。
・材料の組成や構造の最適化
・微細パターン形成性能および半導体製造プロセスへの適用可能性の検討
・実用化に向けた量産性、品質安定性および供給体制の検討
日本曹達 化学品事業部 新規事業開発部の橋本裕輝部長は次のようにコメントしている。
「ここまで到達するにはいくつもの高いハードルがあり、関西大学工藤教授との粘り強い研究でようやく実を結び始めました。半導体は、『産業のコメ』といわれ、今や私たちの生活に欠かせない存在です。その進化は生成AIや大容量・高速通信に代表されるように、人々の生活を豊かにしていきます。この増感によるEUV露光方式は劇的に半導体露光システムに変革をもたらす可能性を持っており、社会実装に向け、さらに開発を進めていきます」
関西大学 化学生命工学部の工藤宏人教授は次のようにコメントしている。
「予想どおりの成果を目指した研究ではなく、まさに不測の事態が重なったことで生まれた研究成果であるといえます。一見すると、その成果は決して複雑でも難解でもなく、むしろ必然的に導かれたもののようにも捉えることができます。その背景には、学術的に未だ解明されていない部分も残されているのも事実です。本研究成果は、緻密な研究の積み重ねに加え、さまざまな偶然が重なり合うことによって生まれた、まさに研究の醍醐味を体現する成果であると思います」
※1 EUV（Extreme Ultraviolet）
極端紫外線。半導体リソグラフィーでは、波長13.5nmのEUV光が用いられている。
※2 EUVレジスト
EUVを利用して、半導体基板上に微細なパターンを形成するための感光性材料。
※3 下層膜
レジストと半導体基板の間に形成する薄膜材料です。基板との密着性やレジストの塗布性を高めたり、露光時の反射を抑えたりする目的で使用される。
※4 二次電子
EUVなどの高エネルギー光が材料に吸収された際に発生する電子。レジストの化学反応を促進する可能性がある。
※5 ポジ型
EUV光が照射された場所が化学反応を起こし、分解するタイプのレジスト材料。光が当たった場所が現像液に溶解することでパターンを形成する。
※6 CAR（Chemically Amplified Resist）
光酸発生剤などを用いて、露光によって発生した酸を利用し、化学反応を増幅するレジスト。
