米Applied Materials社（AMAT）は、現在米カリフォルニア州San Joseで開催中の「SPIE Advanced Lithography Conferences」と併催する12th Annual Technology Forumを開催した。テーマは“Reality Takes Shape: Patterning at 32 nm” を掲げ、32nmプロセスにおけるさまざまな課題を討論した。その中でも大きく取り上げられていたのが、先端の計測技術が直面する課題だ。

　同社Silicon Systems Group のバイスプレジデント兼CTO Hans Stork氏は、「ダブルパターニングを適用するしないにかかわらず、微細化により測定技術は厳しい要求を叩きつけられる。パターンサイズは露光波長よりも大幅に短く、パターンを可視化することもできない。そのため、電子ビーム（EB）による方法か、その他の間接的な方法でしかパターンを見ることができない状況だ。これにより、現状よりさらに複雑な装置やアルゴリズムが適用される。この問題は、どうしたらいいのか全く分からないような要素技術の問題ではないが、生産性を維持しながら、簡単な操作で効果的に測定技術を適用するのが難しくなる」と述べている。

　その他の講演者の中には、フォトレジストがサプライチェーン全体に及ぼす懸念を指摘する声もあった。レジストに使用されるポリマーは、業界が求めている形状要求より大きい。自己整合型ダルブラターニングとレジスト、炭素膜を組み合わせることでラインエッジラフネス（LER）をスムースにすることが可能だという。基本的にフォトレジストは今までと同様ながら、最終的な形状にあわせる方向で積層や強化がなされると考えられる。これは妥当な予測であるが、これにより膜1層もしくはプロセスの追加がなされるということだ。

　エッチング工程やゲート周りのプロセスでは、測定技術は新しい形状を2次元的に計算、推定することが必要になる。Stork氏は、「特に高性能デバイスでは、最終的な構造でゲート積層の角度が重要になる。例えば角度に0.5°の差があっても大きな違いとなり、電気的特性にも影響を与えてしまう」と述べる。エッチング工程では、インラインで高速なフィードバックができ、さらにはAPC（Advanced Process Control）に適用できる測定装置が必要となる。この装置は、線幅だけではなく、線の角度も計測できなければいけない。スキャトロメトリは効果的だが、モデル情報に依存する。新しい積層構造では、新たなモデル化が必要であり、量産での問題は少ないが、開発時に高いハードルとなる。

　EUVリソグラフィは、おおむね2010～2012年まで期待されていない状況だ。マスクの計測技術だけでなく、EUV技術は多くの問題を抱える。そもそも、量産予定時期までに光源出力やマスク、レジストの技術的な進展が、希望された要求値とともに得られるかもわからない。また、EUV露光装置は真空チャンバを持つこととなり、必要な生産性をえられるかも分からない。真空チャンバはアップタイムを維持するのが難しく、これは製造ラインで一番高価な露光装置に大きく依存することになってしまう。解決は可能であろうが、時間はかかりそうだ。

　パネルディスカッションのテーマは、「32nm以降のダブルパターニング技術」。米AMD社 Jungwook Kye氏、AMAT Ram Peltinov氏、米EDA社のMike Smayling氏、韓国Hynix Semiconductor社Cheol Kyu Bok氏らが議論した。ここで出た意見としては、開発時に培われる「知識」を早急に情報へと移行することが必要だという。製造ラインの各所でしようされている機器やツールを使いどのように計測するとよいのか、何を探すべきなのか、この辺りをはっきりさせる必要がある。現在、このプロセスはエンジニアの能力に委ねられている。このため、行き当たりばったりになってしまうケースもある。開発フェーズの習熟方法に十分な注意を払い、システマチックに測定技術のハードウェアもしくはソフトウェアに組み込み、タイムリーに自動予測が可能な状況に持ち込み、人的な要素を排除するべきだという。

　Peltinov氏は、露光装置制御などリソグラフィのプロセス制御は多くの問題に直面しているという。「ArFレジストが使用されている間、CD-SEMによるレジストのシュリンク（収縮）の問題に苛まれる。オーバーレイ制御はダブルパターニングを使用するならばさらに高い精度が必要だ。欠陥では、液浸固有の欠陥が発生する。LERはレジスト原料の組成が問題だ」（Peltinov氏）。

　エッチング工程も問題がないわけではない。測定技術の問題はリソグラフィ工程全体よりもエッチング工程で増加している。「エッチング装置は、リソ関連装置より安定性が高くない。3次元構造や変な形のパターンを形成し始めている。これらの開発が測定技術の進展を牽引するであろう」（Peltinov氏）。AMATは、2次元輪郭線抽出技術の開発を始めた。この開発では、すでに構造は多様を極めているため、構造抽出にまで発展している。もう、ラインとコンタクトの組み合わせだけではなくなっているのだ。

　測定技術が簡単にはできないことは業界の認識であり、プロセスを制御するための測定ソリューションはあるのか、懸念されている。解像度だけでない、性能の向上が必須だ。

　ここで重要な測定技術のトレンドとして設計とのリンクが挙げられる。設計データを製造ラインにもってくることは今まで不可能であった。設計データを持ち込み検査できれば、確実性は高まる。パターンがあるべきところが空っぽであったら、明らかにミスと分かる。設計と測定技術を結びつけることが今のトレンドであり、この要望は日々高まっていくことであろう。

　AMAT Chris Bencher氏の“Self-Aligned Double Patterning Implementation at 32 nm and Extendibility to 22 nm Half-Pitch”と題した発表では、ロジックメーカーは1次元的に設計を行う傾向にあるという。「設計者は、標準的な転写が容易な設計を心がけ、測定やリソグラフィ工程のエンジニアは次世代プロセスに移行するのに有効なプロセスを構築している」（Bencher氏）と述べる。

　米ISMIのCD測定プロジェクトマネージャBenjamin Bunday氏は、ArF液浸フォトレジストのためのCD-SEM測定技術について講演し、液浸でシュリンクしないArFレジストの不思議を明らかにした。一連の実験の後、極めて小さなシュリンクが確認された。シュリンクは1回目の測定で起こることがわかった。また、ArF液浸用レジストは、既存レジストよりシュリンクが少ない可能性も高い。もしくは、トップコートの効果もあるかもしれないという。結果として、微細化が進むとともに、低電圧、低エネルギーのEB検査が必要となる。多くの半導体メーカーは高電圧の装置でつねにシュリンクさせ続けており、これは近いうちに大きな問題になる可能性が高いという。

（Alexander E. Braun、Semiconductor International）