EUV露光技術の現状と課題 - JEITA...Mask fabricated in collaboration of DNP and ASET EUV Process Technology Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho

1Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho

ＥＵＶ露光技術の現状と課題

ＷＧ５委員

MIRAI-ASET 寺澤恒男


目次

１．はじめに

２．ＥＵＶ光源

３．投影光学系技術

４．多層膜マスク技術

５．露光転写実験

６．今後の課題

７．まとめ


20

100

2000 2005 2010 2015

200

300400500

10

50

30

70

40

130 90 65 45 32

KrF (248 nm)ArF (193 nm)

F2 (157 nm)

EUV (13 nm)

ハーフピッチ

(ﾘｿｸﾞﾗﾌｨ解像度要求値)

露光波長の推移

ハーフピッチと露光波長の推移

西暦（年）

解像寸法、露光波長(nm)

テクノロジノード (nm)


縮小投影露光法の理論解像度

10

100

1000

10 100 1000露光波長 λ (nm)

公称の解像度(nm)

KrF

NA=0.7

NA=0.25

5 200 300 50020 50

20

30

5070

200

300

500

ＥＵＶリソグラフィＥＵＶリソグラフィ光リソグラフィ光リソグラフィ

透過型結像光学系反射型結像光学系

F2

ArF

i-line

NA=0.85

NA=0.1

R=k1λNA

K1>0.7K1=0.6～0.3

NA＞1

（液浸）


ＥＵＶ露光の技術課題

マスクステージ

光源

λ:13nm

ウェハステージ

照明光学系

投影光学系

照明光学系

・ミラー枚数の少ない設計・ケーラー照明系の開発

マスク

・超低欠陥反射マスク・欠陥検査修正・ハンドリング

投影光学系

高精度ミラー光学系（研磨製造＆計測）

EUV光源

・高パワー・低デブリ・高繰り返し・高安定性

・薄膜プロセス・アウトガス制御・ﾗｲﾝｴｯｼﾞﾗﾌﾈｽ制御

レジスト

EUV Process Technology

ＣｏＯＣｏＯｺﾝﾀﾐ防止ｺﾝﾀﾐ防止


EUVリソグラフィと光リソグラフィとの比較

光源

照明光学系

マスク

結像光学系

レジスト

ＥＵＶリソグラフィ光リソグラフィ

プラズマ光源、

ＳＲ

エキシマレーザ

（水銀ランプ）

多層膜ミラー

（反射型）

石英、ＣａＦ２等

（透過型）

多層膜ブランク

＋吸収体

石英基板等

＋遮光膜

多層膜ミラー

（反射型）

石英、ＣａＦ２等

（透過型）

薄膜レジストプロセス

アウトガス制御

反射防止

（液浸対応プロセス）


各極におけるＥＵＶＬ技術の研究開発

米国

日本

欧州

92年

CRADASNL/LLNL/LBNL

EUVLLC/VNL VNL

ISMT-N

数M$？/年国研でのPJ公的予算

民間予算

（３００M$）但し国研設備等の使用料で換算

３００M$

２４０M$NY州予算

８０M$+１００M$？

SORTECニコン、日立

ASETEUVA

MEXT LP

ASET自主

公的予算

民間予算

７５億円数千万円/年

数百～数千万円/年

約１００億円/１１８億円

１８億円

MEDEA+

４００MEuro+α

More Moore

２３MEuro＋α

３００MEuro １０MEuro

公的予算

民間予算

94 96 98 00 02 04 06 08 10

MIRAI


8Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 LithoEUV Process Technology

ＥＵＶリソグラフィー用光源の候補

Phillips(蘭)Xtreme(独)

Hollow Cathode

Z-pinch

EUVA(日) Cymer（米）

Capillary Z-pinch

Dense Plasma Focus

Plex LLC(米)

Star Pinch

１．レーザプラズマ光源

２．放電プラズマ光源

Xe gas/liquid jet Xe filamentPowerlase（英）， EUVA（日）， Xtreme （独），Exulite（仏），Cymer, CEO/TRW（米）， Innolite（瑞）

Sn micro targetJ-Mar（米）, 産総研（日）,(U. Central Florida)


LPPLPP方式と方式とDPPDPP方式方式

デブリの発生が少ない。デブリの発生が少ない。

ターゲット供給方法やレーザーのターゲット供給方法やレーザーの配置に空間的なフレキシビリティ配置に空間的なフレキシビリティがある。がある。

ターゲット供給ノズルからプラズマターゲット供給ノズルからプラズマまでの距離を離すことができる。までの距離を離すことができる。

電気電気--EUVEUVへの変換効率が低い。への変換効率が低い。

kWkW級レーザが必要であるため級レーザが必要であるため、、CoOCoO（（Cost of OwnershipCost of Ownership）が高い。）が高い。

電極摩耗によるデブリの発生が電極摩耗によるデブリの発生が多い。多い。

電気電気--EUVEUVへの変換効率が高い。への変換効率が高い。

装置がシンプルであるため装置がシンプルであるためCoOCoOがが低く抑えられる。低く抑えられる。

LPPLPP方式方式（レーザ生成プラズマ）（レーザ生成プラズマ）

デメリットデメリット

メリットメリット

DPPDPP方式方式（放電生成プラズマ）（放電生成プラズマ）


LPP EUVLPP EUV光の出力の向上光の出力の向上

AugAug 20032003 SepSep 20032003 NovNov 2003 Jun20042003 Jun2004 TodayTodayInIn--band EUV powerband EUV power 1.0W 2.2W 4.0W 1.0W 2.2W 4.0W 7.2W7.2W 9.1W9.1W

(2(2ππsr)sr)EUV energy stabilityEUV energy stability 1.44% 0.72% 0.53%1.44% 0.72% 0.53% ーー 1.3%1.3%

(1(1σσ, 50, 50--pulse ave.)pulse ave.)

Conversion efficiency 0.33% 0.33% 0.44%Conversion efficiency 0.33% 0.33% 0.44% 0.55%0.55% 0.61%0.61%

Average laser powerAverage laser power 300W 600W 900W300W 600W 900W 1300W1300W 1500W1500W

Repetition rateRepetition rate １１0kHz 10kHz 10kHz0kHz 10kHz 10kHz 10kHz10kHz 10kHz10kHz

Laser pulse duration 6ns 6ns 6nsLaser pulse duration 6ns 6ns 6ns 6ns6ns 6ns6ns


DPPDPP光源光源－－キャピラリキャピラリZZピンチ型放電ヘッドピンチ型放電ヘッド

• EUV放射に最適化された構造•循環冷却システム•同軸, 低インダクタンス設計•真空チャンバとのインターフェース

2kHz放電時の可視光写真

放電管キャピラリ

陽極

冷却水絶縁体

真空インターフェース

冷却水

動作ガス供給

（パルス電源へ）

陰極

放電ヘッド断面模式図


DPP光源比較

XTREME社(ｴｸｽﾄﾘｰﾑ）

Philips社(ﾌｨﾘｯﾌﾟｽ）

EUVA（技術研究組合極端紫外線露光ｼｽﾃﾑ技術

開発機構）

EUV発光物質 Xe（ｷｾﾉﾝ）

Sn（錫）

Xe（ｷｾﾉﾝ）

Sn（錫）

Xe（ｷｾﾉﾝ）

発光点出力 200 W 400 W 150 W 257 W 170 W

集光点出力 25 W 50 W 15 W 46 W 12 W


EUV光源開発の状況２００４年１２月現在

1000

CEO/TRW JMAR Cymer Xtreme Xtreme Phillips EUVA EUVA

2次光源目標

100

1

10

0.1Plex

米国欧州日本

？

出力（W)

LPP

発光点集光点発光点集光点

DPPEUV Process Technology


EUVEUV光源技術のキャッチアップ：光源技術のキャッチアップ：LPPLPP方式方式

0

2

4

6

8

10

Jun-00 Dec-00 Jun-01 Dec-01 Jun-02 Dec-02 Jun-03 Dec-03 Jun-04 Dec-04 Jun-05

EU

V P

ower

(2%

BW

, 2pi

sr)

[W]

InnoliteJMAR (Sn)XTREMESNL(Xe spray)Pow erlaseEUVA


EUVEUV光源技術のキャッチアップ：光源技術のキャッチアップ：DPPDPP方式方式

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Oct. 00 Mar.01 Oct.01 Mar.02 Oct.02 Feb.03 Oct.03 Feb. 04 Nov. 04 Jan. 05

EUV

pow

er (2

%B

W, 2

pi s

r) [W

]

EUVA(Xe)

XTREME(Xe)

Philips EUV(Xe)

Cymer(Xe)

PLEX LLC(Xe)

EUVA(Sn)

XTREME(Sn)

Philips EUV(Sn)


EUV露光用反射型投影光学系と屈折光学系の比較


非球面ミラー６枚。基板は超低膨張ガラス。

片面６面の研磨のみ。基板材料は蛍石に比べ廉価。研磨精度は約１０倍高精度要。

約３０枚のレンズから構成。基板は石英および蛍石（ＣａＦ２）。

表裏合わせて約６０面を研磨。基板材料（蛍石）は高価。研磨精度はＥＵＶに比べ緩い。

ＥＵＶ露光用縮小投影光学系ＡｒＦ用縮小投影光学系


多層膜ミラーに要求される仕様

形状精度（低周波数領域）収差に関係する要素

＜ 0.2 nm(RMS)

中間周波数領域の精度フレアに関係する要素

＜ 0.1 nm(RMS)

表面粗さ（高周波数領域）反射率に関係する要素

＜ 0.1 nm(RMS)

多層膜反射率 > 65 - 70% Mo Si

ピッチ: 6.5 - 7 nm, > 40 層対



EUV光学系の絶対波面計測装置最終目標：フルフィールドEUV投影系の波面をEUV光で計測する装置

回折格子

ステージ

CCD

真空チャンバー

ピンホール・窓アレイ

投影系ホルダー

ピンホールアレイ

ステージ

除震台

真空排気ポンプ

計測フレームEUV光（放射光アンジュレータより供給）

投影系EUV光による干渉縞

兵庫県立大学ニュースバル放射光光源を使用

絶対波面：露光波長で計測した波面


EUV波面計測実験用干渉計システムによる波面計測実験

Camera

1000

mm

Camera

30 m

m

Grating

0.2

mm

Grating

次数選択（±1次）窓

第1ピンホール650nm

窓および第2ピンホール

50-80nm

PDI、LSI共通

PDI

ＥＵＶ照明光学系

ＥＵＶ照明光学系

テスト光学系テスト光学系

Ｘシア用Ｙシア用

Ｘ方向および方向

1次光 -1次光

PDI LSI



EUV リソグラフィ用マスクの製造

基板1: 基板洗浄

2: Si/Mo 多層膜

の形成

3: バッファ層と

吸収体膜の

形成

4: パターン形成

マスクブランク

多層膜

マスク

ﾏｽｸﾊﾟﾀｰﾝ

吸収体ﾊﾞｯﾌｧ層

6.5 nm ピッチ

（＞４０対）

MoSi



吸収体材料の開発

Cr275 nm L/S

TaGeNTa

SiO2

TaN

Ru

Ta TaN TaGeN

応力安定性の向上エッチング特性の改善DUVコントラストの向上

柱状構造の改善EUV吸収能の向上



EUVL Maskの例

Substrate: 6025 Glass（写真はQuartz、実用はLTE）

Mirror：MoSi MultilayerBuffer layer：CrAbsorber：TaGeN

Mask fabricated in collaboration of DNP and ASET



多層膜マスクブランクの露光波長検査の必要性

h

Multilayer

40 layer

Substrate60nm

Visible/UVEUV

h

0.4nm high bump

Multilayer

40 layer

Substrate60nm

Visible/UVEUV

2.3nm 2.3nm high

潜在欠陥を検出できる装置を

有することは、露光技術開発全

体にとってきわめて有効。

可視・紫外光では検出でき

ない致命欠陥がありうる？

(2) Nuisance defects with same bump

(1) Printable “line” defect with flat surface


EUVL多層膜マスクブランクスの露光波長検査技術

検出光学系の概念図検出実験光学系の平面図

EUV光

２次元ＣＣＤ

多層膜マスクブランクス

散乱光を集光

位相欠陥

YAG ﾚｰｻﾞ PC

6025 ﾏｽｸﾌﾞﾗﾝｸ

楕円面鏡Zr ﾌｨﾙﾀ

平面鏡

ﾀｰｹﾞｯﾄ

EUV

ｼｭﾊﾞﾙﾂｼﾙﾄﾞ光学系

CCD ｶﾒﾗ集光ミラー

ｼｭﾊﾞﾙﾂｼﾙﾄﾞ光学系

・２次元の暗視野像を検出

・ＬＰＰ光源


露光波長検査による位相欠陥の検出結果

2nm70nm

Pixel No.Pix

el In

tens

ity (a

rb. u

nits

) AFMプロファイル

最小致命欠陥を検出（世界最高感度）0 50 100 150 2000

1

2

380 x 5nm70 x 3.5nm

70x3.5nm80 x 5nm

420x7nm幅 x 高さ

0.5mm

作成したプログラム位相欠陥をすべて検出


可視光の散乱による欠陥検出技術

YAG Laser532nm（～7w）

ShutterBeam Expander & Spatial Filter

Beam Forming Optics

Wafer Beam Trap

Collecting Optics

Cooled CCD Camera

Incident Angle : 60°



露光実験装置

High-NA Small-Field Exposure Tool

マスクホルダー照明光学系

投影光学系

ウェーハステージ



パターン転写結果（その１：σ～0.8)

70 nm hole90 nm L/S 70 nm L/S

Non-chemically amplified resist: ZEP520A 100nmt

50 nm L/S60 nm L/S 60 nm hole



パターン転写結果（その２：σ ≈ 0.0)

40nm L/S 35nm L/S 30nm L/S

Non-chemically amplified resist: ZEP520A 90nmt



実用化のための課題

3rd International EUVL Symposium開催場所：宮崎国際会議場（宮崎シーガイア内）

日時：１１月１日（月）ー４日（木）

応募論文数：２１５件

出席者数：４１７人

課題

2009年のEUVL量産適用のためのCritical issuesは、

１．無欠陥マスクの実現、２．光源部及び集光光学系の寿命、３．レジストの解像度、感度、及びラインエッジラフネス。

光源 35%

ｺﾝﾀﾐﾈｰｼｮﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ多層膜 9%

マスク 11%

ﾏｽｸﾊﾝﾄﾞﾘﾝｸﾞ3%

レジスト 9%

計測9%

光学系5%

システム3%

応募論文の分野別内訳

16%

また、継続検討が必要な課題は、

１．マスクを保管、搬送、使用するときの、塵埃からの保護２．光源の出力３．結像光学系と照明光学系の品質と寿命。


まとめＥＵＶリソグラフィ（EUVL）は、hp45 nm以細の技術世代の半導体製造に対応できるリソグラフィの最有力候補である。EUV光源技術、多層膜をベースとする光学及びマスク技術、露光装置技術、レジストプロセス技術、高精度検査技術を構築中である。

出力10Ｗ以上のＥＵＶ光源を2006年までに開発するのが当面の日本の目標である。2009年までに、出力115Ｗを達成する計画である。

ASETにおける小フィールド露光機を用いた基礎研究で、35 nm幅の周期線パターンまで解像できた。

多層膜マスク技術では、無欠陥化が最大の課題である。EUVL固有の多層膜マスクブランクにおける致命的な位相欠陥を露光波長で検出する技術を開発した。


今後の課題

2009-10年に、hp 32-45 nm技術へのEUVL適用を目的に、α機の開発や、マスク・レジストプロセス技術の開発が、世界の各研究機関で精力的に開発が進められている。

EUVLの実用化のために開発すべき重要課題は、

１．無欠陥マスクの実現、

２．光源部及び集光光学系の長寿命化、

３．レジストの解像度、感度、及びラインエッジラフネスの改善、

である。

マスクの塵埃からの保護、光源の出力確保、光学系の品質確保は、継続検討が必要な課題である。

EUVL


謝辞

本原稿を纏めるにあたり、次の方々からのご援助を頂きました。ここに感謝の意を表します。

ＡＳＥＴ岡崎信次部長、西山岩男室長、

ＥＵＶＡ阿部直道部長、

ＭＩＲＡＩ廣瀬全孝ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄﾘｰﾀﾞ


本研究の一部は、NEDOの支援のもとに実施されました。

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