立命館大学の研究グループは,銅の微細パターンを簡易的かつ高速に形成する加工技術の開発に成功した(ニュースリリース)。
銅は,その優れた電気特性から半導体素子の配線に広く使用されている。銅の微細パターンを形成するため,フォトリソグラフィなど様々なパターニング技術が開発されている。
フォトリソグラフィは半導体素子の主たる製造技術だが,レジストや薬液を必要とする複雑なプロセスによる加工コストの増大が課題となっている。そのため,マイクロ・ナノレベルのパターニング精度を低コストかつ簡易的に達成できる加工技術の開発が求められている。
研究グループでは,電気分解(電解)によって銅がイオン化することを利用した加工技術である電解加工に着目した。この技術では,電解により銅をイオン化して液体に溶出させることで加工を行なう。
銅表面の意図した部分にのみ加工を生じさせることで任意のパターン構造が得られるが,電解加工は,高精度パターンの加工が難しいことや,多量の薬液を用いることなどが課題だった。研究グループでは,電解加工で使用される薬液の代わりに、固体高分子電解質膜(PEM)という特殊な膜を使用することを着想した。
このPEMの表面上にパターンを有するPEMスタンプを用いることで,銅とPEMの接触点のみで加工を進行することを見出した。これにより,銅の表面にスタンプを押すように,簡易的かつ高速にパターンが形成できることを明らかにした。
また,電解によりイオン化した銅イオンはPEM中を移動し,陰極表面において再び金属として析出されることを明らかにした。この新たに開発したパターニング技術により,数マイクロ~数百ナノレベルの銅の微細パターン形成を実現した。
研究グループは,この研究成果は,銅表面の微細パターン加工において,複雑な工程や特殊な装置を必要とせずに,簡易的に高精度パターンを形成できることから,加工コスト低減に繋がるとしている。