1Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho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
2Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
3Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
(リソグ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)
4Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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)
5Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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・ラインエッジラフネス制御
レジスト
EUV Process Technology
CoOCoOコンタミ防止コンタミ防止
6Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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)
7Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
EUV Process Technology
8Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 LithoEUV Process Technology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)
9Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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)
10Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
11Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
12Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
DPP光源比較
XTREME社(エクストリーム)
Philips社(フィリップス)
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
13Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
14Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
15Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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)
16Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
EUV露光用反射型投影光学系と屈折光学系の比較
EUV Process Technology
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
17Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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 Process Technology
18Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
19Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
20Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
21Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
マスクパターン
吸収体バッファ層
6.5 nm ピッチ
(> 40対)
MoSi
EUV Process Technology
22Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
EUV Process Technology
23Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
EUV Process Technology
24Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
25Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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 レーザ PC
6025 マスクブランク
楕円面鏡Zr フィルタ
平面鏡
ターゲット
EUV
シュバルツシルド光学系
CCD カメラ集光ミラー
シュバルツシルド光学系
・2次元の暗視野像を検出
・LPP光源
26Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
27Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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°
EUV Process Technology
28Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
EUV Process Technology
29Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
EUV Process Technology
30Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
EUV Process Technology
31Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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%
マスクハンドリング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。
32Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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。
33Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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
34Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 4, 2005, WG5 Litho
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 廣瀬全孝プロジェクトリーダ
EUV Process Technology
本研究の一部は、NEDOの支援のもとに実施されました。