フォトポリマー懇話会

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れいなみやまる
5 years ago
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1 半導体向け EUV リソグラフィの現状と展望株式会社東芝セミコンダクター & ストレージ社半導体研究開発センターリソグラフィプロセス技術開発部内山貴之 2015 Toshiba Corporation

2 内容 1. はじめにデバイスのスケーリングとリソグラフィ技術次世代リソグラフィ技術の現状と課題 2. EUV リソグラフィの概要 EUV リソグラフィの課題高 NA-EUV リソグラフィ 3. まとめ 2015 Toshiba Corporation 2

3 1. はじめにデバイスのスケーリングとリソグラフィ技術 2015 Toshiba Corporation 3

4 半導体製造工程くりかえし 2015 Toshiba Corporation 4

5 半導体製造工程 2015 Toshiba Corporation 5

6 リソグラフィとはウェハ上に回路パターンを形成するプロセス要求されることパターンの微細化より微細に寸法精度より均一にパターン形状より正確に重ね合わせ精度より高精度に欠陥フリーより少なくコストより安くスピードより速く 2015 Toshiba Corporation 6

7 光リソグラフィの要素技術設計マスク製造露光露光光光源 g 線 i 線 : 水銀ランプ KrF ArF: エキシマレーザスキャントラック ( 塗布現像 ) 投影レンズ計測制御レジスト ( 感光剤 ) ウェハアライメントスキャン 2015 Toshiba Corporation 7

8 解像度寸法リソグラフィ技術の変遷 10μm 1μm 100nm 10nm 等倍密着露光縮小投影露光 DNQ/ ノボラックレジスト g 線波長 :436nm 水銀ランプ高 NA 化 & 短波長化 i 線 365nm KrF 248nm 化学増幅型レジスト超解像手法 / OPC ArF 193nm ArF 液浸 193nm エキシマレーザ計算機リソグラフィダブル / マルチパターニング次世代技術 EUV( 波長 13.5nm) インプリント DSA EB 直描 ( 年 ) 2015 Toshiba Corporation 8

9 レイリーの式から計算した解像度レイリーの式解像度 =k1 l NA 露光波長 NA k1 解像度 436nm(g 線 ) nm 365nm(i 線 ) nm 248nm(KrF) nm 193nm(ArF) nm 193nm(ArF) nm 次世代技術 ( 実用化未了 ) 13.5nm(EUV) nm 13.5nm(EUV) nm 13.5nm(EUV) nm 2015 Toshiba Corporation 9

10 スループット [WPH: Wafers/hour] 露光装置の処理能力 ( スループット ) 光源パワーアップレジスト感度向上 ( 低露光量化 ) スキャンスピードアップ光源パワー / 露光量 [W/(mJ/cm 2 )] 2015 Toshiba Corporation 10

11 微細化のロードマップ ITRS 2013 より 2020 年以降 Sub-10nmへ 2015 Toshiba Corporation 11

12 マルチパターニングによる微細化対応 Immersion Single exp. Double patterning Quadruple patterning ITRS 2013 より Octuple patterning 解像度 =k1 λ(=193nm) NA(=1.35) 光の延命で微細化に対応している状況 2015 Toshiba Corporation 12

13 ダブルパターニングとは光露光における解像限界以下の微細なパターンを形成する技術側壁プロセス (SADP) ピッチスプリット (LELE) 芯材 ( マスク ) 光リソで露光可能な 2 枚のマスクに分割 2 回露光で分割パターンを合成 mask A 側壁つけて分割配線埋め込み入力合成余分なパターンをトリミング mask B 2015 Toshiba Corporation 13

14 ダブルパターニング SADP 1 st Exposure 2 nd Exposure Resist P P P Trim process Hard mask (HM) Spacer HM Etching P/2 P/2 P/2 P/2 P/2 P/2 SADP は露光が 2 倍になるだけでなく複雑なプロセス工程が付加されるのでプロセスコスト増大が課題 T. Higashiki (Toshiba), Lithography Workshop Toshiba Corporation 14

15 ダブルパターニングピッチスプリットLELE 1st Exposure Resist P P P HM Etching ΔOL CD1 CD2 レジスト CD1 = CD ΔOL CD2 = CD ΔOL 2nd Exposure Bottom Layer Etching P/2 P/2 P/2 P/2 P/2 重ね合わせ誤差ΔOLは隣接パターンの寸法CD誤差になる高エネルギー加速器科学研究奨励会 (10/16/2015, アルカディア市ヶ谷) 2015 Toshiba Corporation 15

16 ダブルパターニングにおけるレイアウト分割スティッチングなしで色分け可能 S 色分け LELE SADP S S OK! OK! スティッチングありで色分け可能 S 2S スティッチング S S スティッチングは歩留まりに影響する恐れあり No! スティッチングありでも色分け不可 S S スティッチングコンフリクト S S No! LELELE No! 2015 Toshiba Corporation 16

17 ダブル / マルチパターニングにおける課題コスト露光複数回によるパターニングコスト増大プロセスステップ数増によるパターニングプロセスコスト増大サイクルタイムプロセスステップ数増による TAT 悪化プロセス制御 ( 重ね合わせ寸法等 ) 厳しい要求精度成膜ドライエッチ含む複雑な制御が要求される検査計測要求精度が厳しくなるに従いより高精度な検査計測が必要以上の課題を解決できる次世代技術の実用化に期待 2015 Toshiba Corporation 17

18 次世代リソグラフィ技術の現状と課題 2015 Toshiba Corporation 18

19 国際ロードマップ (ITRS) におけるリソグラフィ技術候補の変遷 ArF F2 ArF i ArF HI DP MP PXL EUV IPL EPL NIL ML2 DSA 6.Xnm X 45 X X X X ~ 14~ (<8) 2015 Toshiba Corporation 19

20 ITRS におけるリソグラフィ候補技術 (MPU Fin/NAND) 30~20nm 193nm DP nm nm nm 20~15nm 193nm QP 15~11nm 193nm QP DSA EUV DP Imprint 11~8nm EUV DP DSA Imprint ML2 EUV Extension < 8nm EUV DP EUV Extension DSA Extension Imprint ML2 Innovation 2015 Toshiba Corporation 20

21 ITRS におけるリソグラフィ候補技術 (DRAM/MPU Metal) 30~20nm 20~15nm 15~11nm 11~8nm < 8nm 193nm DP 193nm QP EUV DSA 193nm QP EUV DP EUV Extension DSA ML2 Imprint EUV DP EUV Extension DSA ML2 Imprint EUV Extension EUV QP DSA Extension Imprint ML2 Innovation Innovation nm nm nm 2015 Toshiba Corporation 21

22 次世代リソグラフィ技術 Immersion Single exp. Double patterning Quadruple patterning ITRS 2013 より Octuple patterning Immersion DP/MP EUVL EUVL extension リソグラフィ技術 DSA(Directed Self assembly) NIL(Nano Imprint Lithography) 2015 Toshiba Corporation 22

23 次世代リソグラフィ技術候補 ArF 液浸マルチパターニング : 従来の露光技術の延長現在使用の技術ピッチスプリット SAxP( 側壁プロセス ) の方式があるがともにプロセスが複雑で制御が難しい工程数が長いマスクが多い等課題がある EUVL: 波長 13.5nm と非常に短い波長で高解像度光源パワーが低い 250W(2015 年 ) の目標に対し 80~110W レジスト性能 RLS トレードオフの克服 (RLS: 解像度ラインエッジラフネス感度 ) 露光機からマスクへのパーティクル汚染のためペリクルが必須であるが現状量産で使用できるペリクルの開発未了無欠陥マスクのためのインフラ開発途上 DSAL: 新しく提案されたボトムアップの技術欠陥とパターン位置精度が課題他のリソグラフィと Complementary( 補完的 ) な技術 ML2: マスクが不要スループットと精度の両立が困難な状況 NIL: 高価な露光装置が不要欠陥解決が最大の課題 2015 Toshiba Corporation 23

24 2. EUV リソグラフィの概要 EUV リソグラフィの課題 2015 Toshiba Corporation 24

25 EUV リソグラフィ Extreme Ultra-Violet( 極端紫外線 ) 露光波長 : 13.5nm この波長領域で作成可能なミラーの波長から決定された光源現状 LPP(Laser Produced Plasma) 方式が採用されているこれまでは DPP(Discharged Produced Plasma) 方式もあったが撤退 2006 年頃に FEL 方式の光源の提案が行われたが大規模すぎることから技術候補にならなかった経緯がある最近 LPP 光源のパワーアップの進捗が思わしくないこともあり FEL 光源が再び注目され始めた全反射光学系波長 13.5nm で透明な光学レンズはないため光学系は全て反射ミラーで形成反射ミラーは Mo/Si(6.5~7nm) の多層膜で通常 40 ペア程度ミラーの面精度は地球の大きさの真球に例えると ±1.5mm の精度が必要半径 64000km±1.5mm= 原子レベルの加工精度照明光学系 + 反射マスク + 投影光学系で全 12 枚程度のミラーで構成ミラーの反射率は約 68% ( 例えば 0.68^ %) 現状の最新装置の NA= Toshiba Corporation 25

26 反射率多層膜ミラーの反射率分布 Mo/Be 70% Mo/Si 68% 波長 (nm) Toshiba Corporation 26

27 EUV 露光装置概略円弧露光フィールド中間集光点 ( 光源パワーの基準点 ) (IF: Intermediate Focus) 照明光学系スキャンスキャンマスク LPP 光源 1/4 縮小投影光学系現在のNA=0.33 スキャン円弧露光フィールドスキャンウェハ 2015 Toshiba Corporation 27

28 EUV リソグラフィ国内開発プロジェクト年 ~: 当時 NTT に在籍した木下博雄氏 ( 現 : 兵庫県立大学教授 ) らが X 線縮小投影露光の実験検証 1992~95 年 SORTEC: ニコン日立製作所がマスク照明系プロセスの開発 1998~2006 年 ASET: プロセスマスク計測の基盤技術開発 2001~10 年 MIRAI: マスク計測技術の開発 2002~11 年 EUVA: 光源露光装置光学系計測の開発 2003~07 年 Leading PJ: 光源開発 2012 年 ~ EIDEC: マスクインフラレジストの開発 Father of EUV lithography と呼ばれている 2006 年 ASML フルフィールド α 露光機 ADT 2010 年 ~ ASML プレ量産露光機 ~11 年 Selete: ニコンフルフィールド露光機 (α 機 ) によるプロセス開発マスク計測技術開発 2013 年 ~ ASML 量産露光機年?? ASML 高 NA 量産露光機 2015 Toshiba Corporation 28

29 EUVL の課題 2012 / 22hp 2013 / 22hp 2014 / 16hp 2015 / 16hp 1.Long-term reliable source operation with a. 200 W at IF in 2014 b. 500 W-1,000 W in Long-term reliable source operation with a. 125 W at IF in 2014 b. 250 W in Reliable source operation with > 75% availability 125 W at IF in 1H / 2015 (at customer)) 250 W at IF in 1H / 2016 (HVM entry at 1. Reliable source operation with > 85% availability Expectation of 1500 average wafers per day in 2016 customer) 2. Mask yield & defect inspection/review infrastructure 2. Defect free masks through lifecycle & inspection/review infrastructure 2. Resist resolution, sensitivity & LER met simultaneously Progress insufficient to meet 2015 introduction target 2. Resist resolution, sensitivity & LER met simultaneously Increased focus needed to manufacturing performance (defectivity, pattern collapse, ) 3. Resist resolution, sensitivity & LER met simultaneously 3. Keeping mask defect free - Availability of pellicle mtg HVM req t - Minimize defect adders during use 3. Mask yield & defect inspection/review infrastructure Enable high yield defect free mask blank supply chain 3. Mask yield & defect inspection/review infrastructure Sustainability of mask tool supply chain remains critical) EUVL manufacturing integration 4. Resist resolution, sensitivity & LER met simultaneously 4. Keeping mask defect free Availability of pellicle mtg HVM req t : need integrated industry strategy for solution 4. Keeping mask defect free (by EUV pellicle) Pellicle demonstration in the field (on 3300) required in 2016 Minimize defect adders during use Ranked by 14th International EUVL Symposium Program Steering Committee, Maastricht, October 7, Toshiba Corporation 29

30 #1 EUV 光源 : LPP(Laser Produced Plasma) 光源 Sn 液滴露光装置プレパスルレーザ中間集光点 IF (Intermediate Focus) Main Amplifier コレクタミラー High power drive laser (CO 2 laser) Main Amplifier Main Amplifier Pre- Amplifier Oscillator IF パワー 250W 仕様プレパスルレーザ : YAG レーザ 100W 等メインパスルレーザ : CO2 レーザ 25~30kW EUV 発光周波数 : 100kHz CO2 レーザエネルギー EUV 光変換効率 (CE)=4~5% 程度 2015 Toshiba Corporation 30

#1 EUV光源: LPP(Laser Produced Plasma)光源プレパスルレーザ Sn液滴(Max 120kHz) プレパスルレーザメインパスルレーザ H2 中間集光点 IF Sn液滴 (球) 約20μmΦ プラズマ (Intermediate Focus) メインパルスレーザ円盤 H2 デブリ

31 #1 EUV光源: LPP(Laser Produced Plasma)光源プレパスルレーザ Sn液滴(Max 120kHz) プレパスルレーザメインパスルレーザ H2 中間集光点 IF Sn液滴 (球) 約20μmΦ プラズマ (Intermediate Focus) メインパルスレーザ円盤 H2 デブリコレクタミラー IFパワー 250W仕様プレパスルレーザ: YAGレーザ 100W 等メインパスルレーザ: CO2レーザ 25~30kW EUV発光周波数: 100kHz プラズマプラズマ高エネルギー加速器科学研究奨励会 (10/16/2015, アルカディア市ヶ谷) 2015 Toshiba Corporation 31

32 Source Power (W) EUV 光源の開発光源パワーアップ推移従来目標 250W,125wph 稼働率 55% 70% 80% 90% 計画遅延 W 現状の到達レベル EUV 光源メーカの信用は失墜している Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q Toshiba Corporation 32

33 #1 EUV 光源 : 目標の 250W にまだ遠い LPP(Laser Produced Plasma) 方式 2015 年 250W@IFの目標に対し現在の安定出力は80W 目標の1/3レベル ( 現状 :55~60% チャンピオンデータ70%) 課題 : 安定化高出力化 ASML では安定化を優先させて開発中現状実験機で 130W(1 時間程度連続運転 ) ~183W: 露光量制御スペックアウトで 2 分間のため到達したとは言えずプレパルス方式導入と CO2 レーザのパワーアップ等で高出力化予定高出力化による熱対策ドロップレット安定化デブリ対策コレクタミラー長寿命化ランニングコスト低減稼働率改善 ( 目標 95% 以上 ) 250W 以上パワーアップの可能性?? 2015 Toshiba Corporation 33

34 #2 EUV レジスト ; 開発が遅延 RLS トレードオフ :RLS を同時達成が必要解像度 (R): 16nm LS 14nm LS(NA=0.33)~k1=0.34( 化学増幅レジスト )~ 但しラフネス悪い 13nm LS(NA=0.33)~ ~k1=0.32( 金属錯体レジスト )~ 但し感度悪いライン幅ラフネス (LWR): 目標 3nm 現状 16nm LSで >5nm 追加プロセス等で短周期ラフネスは改善長周期ラフネスは低減困難感度 (S): 目標 20mJ/cm 2 化学増幅では 50mJ/cm 2 レベルその他の要求アウトガスエッチング耐性パターン倒れ安定性 L:LWR R: 解像度 S: 感度現状全ての要求を満たすレジストはない 2015 Toshiba Corporation 34

Optimum dose (mj/cm 2 ) #2 EUV レジスト RLS トレードオフの克服は遅れるほど微細化が進みより難しく化学増幅レジスト : ラフネスの改善困難金属錯体レジスト : 低感度 (>60mJ/cm 2 ) 100 50 0 0 10 20 30 L&S hp

35 Optimum dose (mj/cm 2 ) #2 EUV レジスト RLS トレードオフの克服は遅れるほど微細化が進みより難しく化学増幅レジスト : ラフネスの改善困難金属錯体レジスト : 低感度 (>60mJ/cm 2 ) L&S hp (nm) 化学増幅レジストのパターニング例パターン寸法と最適露光量 ( 現レジスト ) ショットノイズの影響を低減させるため微細寸法ほど多くの露光量が要求されるレジスト材料のブレークスルーが必要つまり高出力光源が必要であるということ 2015 Toshiba Corporation 35

36 #3 EUV マスクインフラ整備 ; ほぼ予定通り進捗マスクブランク検査装置 13.5nm 波長による計測 EUV 波長 (EIDEC/Lasertec) DUV 波長 (KLA-Tencor) マスクパターン検査 DUV 波長 (Nuflare KLA-Tencor 等 ) EB (AMAT KLA-Tencor EIDEC/EBARA 等 ) 13.5nm 波長 (KLA-Tencor 等 ): ペリクル貼り付け後の検査に必要空間像計測 13.5nm 波長による計測 EUV AIMS (Carl Zeiss) 2015 Toshiba Corporation 36

37 反射型 EUV マスク静電チャック導電膜低熱膨張ガラス (LTEM) バッファ層 (Ru) 光吸収膜 (TaBN) 多層膜 (Si 4nm/Mo 3nm) X40 層 2015 Toshiba Corporation 37

38 マスクシャドウイング効果照明光は6 度でマスクに入射光吸収膜は高さがあるためパターンの方向により影が発生マスクで形成した吸収膜のサイズは影を考慮して形成影光吸収膜 2015 Toshiba Corporation 38

39 EUV マスク構造と課題欠陥コンタミ欠陥パーティクルペリクル吸収膜欠陥 clear opaque 光吸収膜バッファ層 TaBN 約 50nm Ru 等数 nm 埋没パーティクル多層膜 Mo/Si 280nm 欠陥多層膜欠陥 ( 位相欠陥 ) Low Thermal Expansion Material (LTEM) 裏面コーティング 2014 Toshiba Corporation 39

40 #4 EUV マスク欠陥対策露光機内のパーティクル対策現状ゼロでないことが報告されている EUV ペリクル : 開発中 ( フルフィールド材料透過率未達 ) ASML を中心に開発中ポリ Si 膜グラフェン等要求項目 EUV 光の透過率 : >90% ( 往復で >81%) サイズ :110.7 x144.1 mm2:inner / x150.7mm2:outer EUV 耐光性 :5W/cm2 (=250W 光源の場合 ) 寿命 (EUV+H2 環境 ) >315 時間最大加速度 :100 m/s2 EUV 透過率均一性ばらつき <0.2% ( 寸法への影響 < 0.1nm 相当 ) ペリクル局所角度 < 300 mrad ペリクルフレームスタンドオフ距離 2±0.5mm 熱対策必要 2015 Toshiba Corporation 40

41 波長 6.8nm の EUVL についてリソグラフィ性能 ( 解像力向上焦点深度拡大等 ) は改善するが困難な技術課題も多い多層膜ミラー (LaN/B 4 C) 反射のバンド幅 FWHM は 0.06nm(13.5nm の 1/10) 反射角度範囲は 13.5nm の 1/3 以下と極端に小さくなってしまう理論値 (~75%) と比べ実験値ではかなり低いミラー反射率 (~ 約 45%) しか得られていない界面粗さや界面拡散層に対してより敏感になる EUV 光源高融点金属ターゲット (Tb, Gd)? FEL? フレアフレアは波長の二乗に反比例して大きくなるミラーの MSFR(Mid spatial frequency roughness) と HSFR(High spatial frequency roughness) の更なる改善が必要 2015 Toshiba Corporation 41

42 高 NA-EUV リソグラフィ 2015 Toshiba Corporation 42

43 EUV スキャナ課題 EUV リソグラフィ技術トレンド EUV レジスト EUV 光源 EUV マスクインフラペリクル開発マスクインフラ微細化対応 ~ NA=0.25 NA=0.33 High NA LPP 光源パワーアップ CoO 低減 40W 80W 250W 16nm 対応 11nm 対応 <11nm 対応 16nm 11nm <11nm RLS( 解像度 LWR 感度 ) トレードオフ改善パターン倒れ防止技術レジスト高 NA 対応 : 無機レジスト等 LPP 500W LPP 第 1 目標 <11nm プロセス開発 SADP/DSA 併用 >1kW 高 NA マスク倍率とフィールドサイズコンソーシアムロジック (node/hp) ITRS EIDEC (13nm 11nm/7nm) 高 NA(=0.5) 小フィールド露光機による開発 EUVL 導入の第 1 目標 20/40nm 14/32nm 10/28nm 7/22nm NANDフラッシュメモリ 18nm 17nm 15nm 14nm 13nm 12nm 5/18nm 将来メモリ 8nm 2015 Toshiba Corporation 43

44 EUV における限界解像度 NA レイリーの式 k1 l 解像度 (nm)=k 1 NA l : 露光波長 NA : Numerical Aperture( レンズ開口数 ) k 1 : プロセス定数 [ 物理的に0.25 以上 ] EUV レジスト (LS) レベル ArF レジスト (2D) レベル ArF レジスト (LS) レベル光学的に Sub-10nm パターニングのポテンシャル 2015 Toshiba Corporation 44

2) 縮小投影倍率を 1/4 から 1/5~1/8 へ変更する CRA は 6 レベルを維持 2-1) マスクサイズ拡大 (9 インチ化 )( 懸念 : マスクインフラ開発マスクステージ大型化 ) 困難 2-2)

45 高 NA-EUV における光学系照明光低 NA 反射光吸収帯マスク高 NA ( 0.42~0.43) 対策案 1) CRA を 6 よりも大きくするマスク 3D 効果に起因したデフォーカス時パターンシフトが発生困難 EUV mask 主光線入射角 (CRA)=6 度 6 度照明光と反射光が重なる対策案 2) 縮小投影倍率を 1/4 から 1/5~1/8 へ変更する CRA は 6 レベルを維持 2-1) マスクサイズ拡大 (9 インチ化 )( 懸念 : マスクインフラ開発マスクステージ大型化 ) 困難 2-2) 露光フィールド 1/2~1/4 化 = 縮小投影倍率 1/5~1/8 スループット低下対策必要 EUV light High NA (resolution) 6 mask Full-field (TPT) ASML 提案スキャン方向 8X 非スキャン方向 4X フィールドサイズ 1/ Toshiba Corporation 45

46 高 NA-EUV におけるレジスト RLS トレードオフ化学増幅レジストにおけるラフネス低減が困難ポストプロセスによりラフネスの高周波成分の改善が可能であるが低周波成分の対応困難微細寸法ではショットノイズの影響増大のためさらにラフネスが悪化より多くの露光量が要求される高 NA 領域では特に解像度が要求されるためレジスト感度が犠牲になる可能性あり新プラットフォーム材料 Inpria 等の無機レジストにおいてはレジスト感度が低いが限界解像力のポテンシャルはサブ 10nm と比較的高く期待されるナノパーティクルレジストは非常に感度が高いものの解像力改善が必要レジスト材料の革新ブレークスルーが望まれる 2015 Toshiba Corporation 46

47 高 NA-EUV における露光装置光源露光装置高 NA の EUV 露光装置は現状よりさらに高価になることが懸念されるがスループット高稼働への要求が非常に高くなる ½ ~ ¼ フィールドの可能性があるが処理能力の低下を最低限にするために高速ステージや高出力光源が要求される将来の高 NA-EUV 光源には 500W~1kW 以上必要か光源の高出力化のためのミラーマスクペリクル等光学系の耐久性熱対策高稼働率が要求されるためメンテナンス時間の短縮部品モジュールの高寿命化等の対応が必要 EUV 光源向け XFEL(X 線自由電子レーザ ) の検討も開始されている 2015 Toshiba Corporation 47

Source Power (W) 500 EUV 光源の開発光源パワーアップ推移 500W 250wph 1kW@2020 年 ~ (XFEL?

現状の到達レベル 0 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1

48 Source Power (W) 500 EUV 光源の開発光源パワーアップ推移 500W 250wph 年 ~ (XFEL?) 450 最新の Target 従来目標 250W,125wph 稼働率 55% 70% 80% 90% 計画遅延 W 50 現状の到達レベル 0 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q Toshiba Corporation 48

49 EUV 光源向け X 線自由電子レーザの課題 Proof of concept; 13.5 nm 波長かつ 10kW 以上の出力の FEL に向けて 365D/24H フル稼働 ( 稼働率 >95%) ウェハコストへの影響消費電力施設のサイズ開発期間高コヒーレンス ( スペックルノイズ ) 高ピークパワー光 ( ダメージ ) 2015 Toshiba Corporation 49

50 次世代高出力 EUV 光源 :X 線自由電子レーザ超伝導加速空洞電子銃ビームダンプ液体 He 冷却プラント FEL パラメータ最適化 λ=13.5nm ERL (Energy Recovery LINAC) アンジュレータ大きさ : >~100m 10kW 以上の高出力 EUV 光源の可能性 ( 複数台のスキャナ向け ) 13.5nm 波長における高出力光源は前例なし開発に長期間を要する 2015 Toshiba Corporation 50

51 高パワー EUV-FEL 光源を用いた光学系高パワー光のビームスプリッター複数のスキャナまでのつなぎ光学系ピークパワー低減技術 ( パルスストレッチ ) 反射光学系におけるコヒーレンス低減技術 1kW レベルの EUV 光への耐性 ( 多層膜ミラーマスクペリクル等 ) Beam splitter, pulse stretcher & transport system #1 #2 #3 #4 #5 Scanner XFEL size~100 m #6 #7 #8 #9 #10 10 scanners 2015 Toshiba Corporation 51

52 EUV 光源向け X 線自由電子レーザの課題 Proof of concept; 13.5 nm 波長かつ 10kW 以上の出力の FEL に向けて何らかのエビデンス試作実験装置等が欲しいところだが 365D/24H フル稼働 ( 稼働率 >95%) リダンダンシシステムが必須となるウェハコストへの影響スキャナ 1 台で比較すると LPP 光源よりも安価であることが期待される LPP 光源のコスト削減次第であるため詳細検討を要す消費電力スキャナ 1 台で比較すると ERL 導入で LPP 光源より少ないことが期待される施設のサイズ 100m レベルの大きな施設になる開発期間 5 年レベルの長期間になる高コヒーレンス ( スペックルノイズ ) 高ピークパワー光 ( 光学部材ダメージ ) 反射光学系における対応が必要 EUV-FEL の実用化のためには長期的な視点に立った十分な議論検討が必要である 2015 Toshiba Corporation 52

53 半導体向け EUV リソグラフィコミュニティの状況 EUV リソグラフィにおいて露光機メーカは ASML( オランダ ) の 1 社のみの状況 ( かつてはニコンキヤノンも開発 ) 一方でレジスト等の材料メーカは日本が強い最新の EUV 露光機 NXE:3300 は INTEL や TSMC 等のロジック LSI を中心としたチップメーカやコンソーシアムがオーダーした模様これまで 7 台がユーザに出荷済み 5 台は出荷のため製作中ただし光源パワーが低く稼働率も低いため量産への適用は困難な状況必要な光源パワーは応用分野 ( メモリロジック等 ) によって異なる状況現状の光源である LPP の開発は ASML の子会社サイマー ( 米 ) とギガフォトン ( 日 ) の 2 社で行われている光源開発はサイマーが先行これまで開発遅延が続いており光源メーカの信用は地に落ちているそのため業界としては光源に関して非常に慎重な姿勢になっているロジック LSI メーカはペリクルが必須という認識であるが従来の p-si 系材料では露光による発熱により異物を核に破壊することが判明現状 100W 以上の光源に対応できるペリクル材料を探索している段階これまで日本の国プロにおいて EUV 光源開発を行ってきたが未だ実用化には至っていないそのため今後新たに国プロを立ち上げることは簡単でないと推測される光源開発は露光機メーカの協力無しでは進まないが 2012 年に 6.Xnm 波長での EUV 向け FEL 光源の発表をした後は ASML は公の場で FEL についてのコメントをしていないまずは LPP 光源の量産化を優先させていると推測最近のリソグラフィ国際会議においてはチップメーカとしてロジックファンダリ会社の GlobalFounfries が XFEL 光源の発表を行っている 2015 Toshiba Corporation 53

54 EUVL シンポジウム 2015(10/5~7) の状況光源ユーザー実績で平均パワー 60W 1 台で 80W 稼働率は平均 55-60% で 1 台 70% ASML 実験機で 130W 1 時間 2015 年 ~2016 年 1H の 250W 達成はかなり難しい状況レジスト化学増幅レジストは高感度技術開発が進み 25~30mJ/cm2 レベルに新プラットフォームは量産適用性を改善中ペリクル従来 p-si 系材料では 80W 光源で破壊発生現在高パワー光源向け材料探索中 ( グラフェン等 ) マスクブランク欠陥数は使用可能レベルの 10 個以下レベルに到達ペリクル付マスク検査装置の開発必要 2015 Toshiba Corporation 54

55 4. まとめ 2015 Toshiba Corporation 55

次世代リソグラフィ技術 NAND (2D-cell) Post NAND (3D-cell) Post-post NAND 13 14 15 16 17 18~ A19nm 15nm BiCS 引き続き微細化 3D 化を推進 Cross Point 3D ReRAM New memory コスト高騰 TAT 悪化リソグラフィ ArF 液浸の延命研究開発光源マスク欠陥レジスト欠陥

56 次世代リソグラフィ技術 NAND (2D-cell) Post NAND (3D-cell) Post-post NAND ~ A19nm 15nm BiCS 引き続き微細化 3D 化を推進 Cross Point 3D ReRAM New memory コスト高騰 TAT 悪化リソグラフィ ArF 液浸の延命研究開発光源マスク欠陥レジスト欠陥重ね精度量産 EUVL NIL 低コスト化次世代 EUVL X 線自由電子レーザ光源次世代 NIL 欠陥重ね精度 DSA*(+EUVL/NIL) *DSA: Directed Self Assembly 誘導自己組織化コスト効率のよい技術を採用高エネルギー加速器セミナー OHO 15 (9/3/2015, 高エネルギー加速器研究機構 ) 2015 Toshiba Corporation 56

57 まとめデバイススケーリングに対応するため ArF 液浸リソグラフィのダブルパターニングそしてマルチパターニングにより対応しているこれらはプロセス制御が難しく工程数が多くて工期も長いため適切な CoO を有する次世代リソグラフィ (NGL) の実用化が切望されている NGL のなかで波長が短く高解像性が期待できる EUV リソグラフィが最有力候補である光源パワーアップが最大の課題であるがレジスト開発の課題も顕在化してきたさらにコストについての考慮も重要である高出力かつ低コストが期待される次世代 EUV 光源として FEL が再度脚光を浴びてきている今後の実用化のためには技術的な観点のみならず様々な環境要因を加味した上で業界を挙げた長期的な開発ストーリー構築合意が必要となる 2015 Toshiba Corporation 57

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Main-Title 平成 19 年 5 月 30 日記者説明会次世代半導体微細加工技術が実現可能に ~ 国内 EUV リソグラフィ技術開発本格化へ解像度 26nm を達成 ~ 技術説明第三研究部森一朗 1 EUVL 技術開発フェーズへの認識基礎研究 φ1 Feasibility study ASET, MIRAI1/2, EUVA, Leading PJ 基礎研究要素開発量産を目指した基盤技術開発 MIRAI3