E95とk1ファクター(第3回)
E95とk1ファクター
図3
ここでは、E95とk1ファクターの関係について述べる。k1ファクターはプロセスの困難さを示す一つの定義であり、ターゲットとするのデザインと露光装置のNAおよびレーザの露光波長から、
k1 = デザインルール x 露光装置のNA/レーザの露光波長の関係で決まる。
通常、半導体の量産工程においては高い歩留まりを実現するため、k1は0.4近辺に設定し、それに見合った露光装置のNAとレーザの露光波長を選択する。しかし、最近に見られるようにターゲットのデザインのシュリンクが進むと、露光装置のNAの限界とレーザの短波長化の困難さから、k1を0.3近くまで低減させることが必要になってきている。例えば、KrFプロセスにおいて90nmを実現する場合、ArFプロセスで65nmを実現する場合がこれにあたる。コストの観点から見ると、ｋ1を小さくすることは、ターゲットに対してNAが比較的小さいくより波長の長いレーザを使うことから、装置価格の低減が実現でき、半導体チップの製造コストを抑えることができる。過去に90nmはArFプロセスで実現することが主流であったのが、近年ではKrFプロセスで実現させる動きがあるのがこの流れである。
一方、ｋ１を小さくすることは、製造プロセスにおいては限界を追求するため、歩留まりが低下する可能性がある。この向上のためレチクル等に工夫を行い解像度を高めたり、露光装置のNAを擬似的にあげるため液浸技術の導入が必要となってきている。
E95はｋ１ファクターの低減に大きく寄与する。図3に各ｋ１ファクターに必要なE95の上限値を示す。図より、ｋ１が小さくなるにつれ、より小さなE95が必要になっていることが分かる。これは、ターゲットデザインが小さくなるにつれ、露光装置で発生する色収差の影響を小さくする必要があり、より小さいスペクトルの分布が要求されることによる。例として、KrFプロセスにおけるｋ１が0.4の世代はターゲットデザインが150nmであり、E95の上限値は約1.8pmであった。これに対しｋ1が0.3の世代(ターゲットデザイン90nm)ではE95を0.8pmまで小さくしないと色収差の影響で解像できなくなる。図で示す各ｋ１に対するE95は、ターゲットを解像すると言う意味で必要最低条件となる。ここで疑問となるのは、E95の上限値さえ守っていればCDのユミフォミテーも確保できるのかということである。
E95安定性
図4
E95に上限値を設定し、それ以下ならば変動しても問題が無いと考えられていたのは、ｋ１が0.4以上の世代の話である。K1が0.4より小さくなるにつれ、E95の変動は直接的にCDに影響を与えている。
図4はKrFプロセスにおいて、E95の変動が引き起こすCDの変化(1pm当たりの変化量)をK1ファクター毎に推定したデータである。照明条件、用いるレジストの特性などにより多少の差異は見られるが、ほぼ平均的な結果をプロットしている。 これより分かることは、KrFプロセスといえどもｋ１が0.3の世代になると、E95がわずか1pm変化するだけで、7-8nmのCDが変化する。これはK1が0.4世代の4倍に相当する。ArFプロセスに関しては、KrFプロセスの約2倍の影響度が確認されている。すなわち、ｋ１を0.3まで小さくすると、その影響は14-16nmと大きくなる。このレベルのCDエラーは当然無視することのできない大きさであり、レーザのE95の安定化が次世代プロセスにとって、改善しなければいけない大きな課題であること分かる。
この調査過程で判明した事実として、E95が特に影響を与えるのは孤立線であり、密集線への影響は小さいことである。すなわち、粗密が混在したパターンで問題となるバイアスの発生などがE95と深く関わっている。これに関する詳細な検討に関しては、後の章において言及する。
これまでの議論において、レーザのE95が変動する要因について述べ、さらにE95がCDに与える影響度を定量的に示した。次章においては、ギガフォトンがCDの安定化のために開発したE95の安定化技術に関して紹介する。
