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2006年3月号
Lithography
リソグラフィ技術に課せられたさまざまな問題
Aaron Hand
* * * *
 2005年12月に韓国ソウルで発表された国際半導体技術ロードマップ(ITRS:International Technology Roadmap for Semiconductors)の2005年度版でもっとも注目すべき変更点は、半導体産業でペースセッターとして使用されてきた概念「技術ノード」からの脱却であろう(本誌 Industry Watch P.14参照)。最新版では、DRAM、MPUおよびフラッシュメモリーで、個々の独立した技術進展のペースは認めてはいるものの、依然としてDRAMハーフピッチも残されている。32/22nmハーフピッチにおいて、ITRSのリソグラフィ委員会は光学リソグラフィを解決策として捉えている。ITRS 2005年版では、次世代を考察しながらも既存の光学リソグラフィ延命に向けた期待と挑戦がアップデートされた格好となっている。
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 ITRS 2003年版以降のリソグラフィ分野における重要な変更点として、短期的な解決策に対する新しい評価基準がある。候補技術は少なくとも2つの地域で最先端の要求に応えられねばならず、また、全インフラは必要な時期に用意できていなければならない。さらに少なくとも3世代にわたる拡張性を示すことが望ましい。このことを念頭に置いて、液浸技術を含むArFリソグラフィ技術は、次の2つの世代において、F2リソグラフィおよびマスクを使用した電子ビーム(EB)リソグラフィに勝っていたのである。もし高屈折率(n)を持った液体および光学系が開発されれば、液浸は32nmから22nm世代に突入できる。しかしこれらの世代ではナノインプリントおよびマスクレスリソグラフィも解決策として検討されており、EUVリソグラフィが最も有望な解決策として挙げられている。
 一方で、液浸技術の課題もまた、注目されてきている。液浸およびEUV両リソグラフィは、ITRS 2005年版で大きな課題と言及されている。液浸リソグラフィの量産の実現には、液浸環境の中で生じる欠陥および汚れの制御、また液浸用レジストとトップコートの性能向上が極めて重要となる。32nmハーフピッチに向けては、高屈折率のレジスト、液浸用液体およびレンズ材料開発が要求される。
 またEUVは、次の候補として長い間支持されてきており、最も勢いがある技術と言えよう。しかし、量産に対応するにはマスクブランクの欠陥、光源、レジスト、光学性能、光学汚染および薄膜なしのマスク保護技術など技術的および経済的理由から解決すべき問題点が残っている。
 ITRS 2005年版のリソグラフィ技術の章には、次世代で鍵を握るインプリント技術で使用されるテンプレートの要求事項が加わり、また、超解像技術やDFM(Design for Manufacturing)技術などいくつかのキーとなる要素についての詳細が掲げられた。
 リソグラフィ技術特有の難問をに示す。32nmハーフピッチ以上のリソグラフィの挑戦として、インプリント/EUVリソグラフィ用の無欠陥マスク、EUVの位相シフトマスク、計測技術、欠陥検査技術、そしてそれらのコスト管理、投資利益率(ROI)およびレジスト材料の問題なども含んでいる。
表 リソグラフィにおける難問
≧32nm
問題の概要
超解像技術を伴う光学マスクおよび光学マスク以降のマスク製造
位置決め、CDおよび欠陥制御;アシストパターン機能に対応した装置インフラ;偏光効果およびマスクトポグラフィへの影響;露光中の進行的欠陥およびHaze欠陥の排除;ArFレーザーにおけるhp45nm以下での最適マスク倍率の決定および補正方法の開発;無欠陥等倍テンプレートの開発
コスト管理および投資利益率(ROI)
安定し改善された装置コストおよびスループットの達成;費用対効果の高い位相シフトマスクおよび次世代マスクの開発;複数技術の開発が可能なリソース;小量生産でのROI;450mmウェーハ用の装置開発
プロセスコントロール
4nm(3σ)以下のゲートCD値を制御するプロセス;重ね合わせエラー11nm(3σ)以下の新しいもしくは改善されたアライメントおよびオーバーレイ制御法;LER(Line Edge Roughness)制御、計測および50nm以下の欠陥によるCD変化、レジストシミュレーションモデルの精度向上;OPCおよびOPC検証の精度向上(特に偏光効果への対応);露光装置のフレア制御および補正(特にEUVLで重要);リソグラフィ容易化設計技術およびDFMの開発
液浸リソグラフィ
液浸環境によって起こる欠陥制御;液体またはトップコートとレジストの互換性およびトップコート開発;n>1.8のレジスト;n>1.65の液体;n>1.65の光学系材料の開発
EUVリソグラフィ
低欠陥マスクブランク;変換効率を向上し集光系の寿命を確保しながら、電源出力をIFで115W以上にする;<:10mJ/cm2の感度および< hp 40nm以下の分解能でLWR(Linewidth Roughness)を3nm(3σ)以下に抑えたレジスト;0.10nm未満のRMSエラーおよび10%未満のフレアの光学系の製造;光学汚染制御;薄膜なしのマスク保護;光学リソグラフィとのミックス&マッチ

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