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2005年8月号
光学リソグラフィはどのように32nm
ノード6-T SRAMセルを描画するか

Geert Vandenberghe

ベルギーIMEC社

Optical Extensions and Imaging Group マネージャ

www.imec.be
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　ITRS要求値では、45nmノード6-T SRAMセルに薄いセルレイアウト“thin-cell”を想定する場合、少なくとも150nmのコンタクトピッチが必要となる。開口数（NA）0.75のArF（193nm）露光装置でそのような微細ピッチを可能にするには、k1ファクターは0.29と低い値が必要となる。しかし、従来のSRAMセルレイアウトではk1ファクターを低下するのは難しい。解決法として、まずSRAMセルの設計をリソグラフィフレンドリィな、リソグラフィに最適化した形に変えることだ。これはもっとアグレッシブなコンタクト層でもいえる。パターンを過密でない二つのパターンに分ける二重パターニング方式はコンタクト層でも有効だ。
　次のステップは、最先端の近接効果補正（OPC: Optical Proximity Correction）を組み合わせて、異なるレチクル技術（位相シフトマスク）と照明技術 （クェーサーやダイポールなどの変形照明技術）によりリソグラフィフレンドリィなセルレイアウトをさらに最適化することである。IMECは、これらの先端のリソグラフィ技術によりMuGFET（Multiple-gate FET）を実装した完全に動作する45nmノードSRAMセルを完成させた。セルサイズ0.314μm2のSRAMセル（図）によって優れた静電ノイズマージンが得られている。
　さらに、セルは110nmほどの狭さのアクティブフィンピッチを要求する32nmノードへの大きな可能性があることを示した。NA 0.75でArFドライの露光で144nmのフィンピッチと0.27のk1ファクターが達成できそうだ。将来的にはNA 1.3の超高NA液浸リソグラフィによってSRAMセルを32nmノードまで縮小することが可能になる。
　しかし、特に注意を払うべき重要な問題が数点ある。1つ目の課題はコンタクトホールと多重露光のオーバーレイ制御に関連している。45nmノードのセルコンタクト層上のピッチを緩めるため、二重パターニング方式が適用された。しかし、32nmノードコンタクト層を分離すると、最小ピッチが非常に厳しい。強度の軸をずらした変形照明とアシストパターンを6％ハーフトーン型の位相シフトマスク（attPSM: Attenuated Phase-Shift Mask）と組み合わせても、満足な歩留まりは保証できない。加えて、ある個所ではコンタクト間のスペースが非常に小さくなっている。
 
  図　ポリ形成後のMuGFETを使用したSRAMセルのSEM画像（出典:ベルギーIMEC社）
   
従って、オーバーレイの精度はショートを避けるために必須となる。結論として、活性層とポリ層をリソグラフィに最適化しArF液浸露光で描画可能にすることによって、コンタクトホールの描画が大きなハードルとなり再設計も必要となる。
　2番目の重要な問題はラインエッジラフネス（LER: Line Edge Roughness）である。これは、次世代リソグラフィが直面する最も厄介な問題の一つだ。今までLERは線幅のばらつきの一部分であった。しかしLERは微細化が進むに従って小さくなるものでもなく、主要な問題へと発展しそうである。レジスト成分の最適化などとともにLERの最適化が必要だ。

謝辞

　筆者は、この45nmノードSRAMの実現において、Serge Biesemans氏、Axel Nackaerts氏、Staf Verhaegen氏に謝辞を表している。
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Geert Vandenbergheは、ベルギーのLeuven大学で理学修士と博士を取得した。その後1995年にIMECに入社しリソグラフィ部門に配属された。Optical Extensions and Imaging Groupのマネージャを務めるとともに、ArF液浸関連プログラムのマネージャも兼任している。

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