ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第718回

引火性危険物で冷却しないといけない露光機　EUVによる露光プロセスの推移

液体を満たして露光する液浸ArFと
何度も露光を繰り返すマルチパターニング

　そこで次なる策として考えられたのが液浸である。先にNAは最大1.0と書いたが、これは空気の屈折率が1だからだ。ところが液体では屈折率がもっと高い。そこで光源と対象となるウェハーの間に液体を挟み込むことで、NAの値を1以上にしようというものだ。先のページの中のImmersion systemsがこれでTWINSCAN NXT:1980Di/2000i/2050iの3機種ともArF光源を使いながら、NAは1.35、解像度は38nm以下とされている。

　インテルで言えば、これで14nm世代は製造できたわけだが、10nm以下(今で言えばIntel 7とか)ではまだ足りない。例えばIntel 7ではフィンの間隔が34nmである。間隔が34nmということは、フィンそのものの幅はもっと小さいことになる。これは液浸でも不可能ということで、次に考え出されたのがマルチパターニングである。

　要するに1回の露光でパターンを完成させるのではなく、少しずらした形で異なるマスクを重ねて露光することで、最終的にパターンを完成させる方法だ。これにはLELE(Litho-Etch-Litho-Etch:露光とエッチングを交互に行なう)とSADP/SAQP(Self Aligning Double/Quad Patterning)の両方がある。

　SADP/SAQPの詳細は連載483回で説明したので今回は割愛するが、これによって解像度未満の幅の露光が可能になった。といってもマスクコストは上がるし、設計の自由度も減り、また製造に要する期間が長くなるなど弊害も多かった。

国内メーカーが撤退するほど
難易度が高かったEUV露光機の開発

　ということでやっとEUV露光に話が移る。EUV、極端紫外線などと呼ぶが、こちらは波長が13.5nmとArFより一桁短い。これもあって、より微細な露光が可能になるということもあり、それこそ2008年頃から製造装置メーカーが取り組んでいた。

　ただ最終的にEUVベースの露光装置を完成させたのはオランダのASMLのみ。日本のニコンやキヤノンもEUV露光機の開発を試みていたが、最終的に2010年前後にいずれも撤退している。撤退の理由は簡単で、猛烈に技術的な難易度が高かったからだ。そこで、ASMLのEUV露光機の構造を元に説明してみたい。

　まず光源の話である。EUVを生成することそのものはそれほど難易度は高くないが、露光に利用できるほどの強いEUVを、しかも連続して一定の強度で生成するのは大変に難易度が高い。最終的にEUV光源装置を開発したTRUMPFの説明によれば仕組みは以下のとおり。

TRUMPFによるEUVの説明。この図もかなり端折っているというか、光学系をあまりにシンプルに描きすぎな気はする

(1) 真空チャンバー内に、毎秒5万滴のスズ液滴を垂らす(図中③)
(2) そのスズ液滴に数十KWのCO2レーザーを当てる(図中①)
(3) これによって発生したプラズマ(図中②)からEUVが生成されるので、それを反射ミラーで収集する(図中④)
(4) 収集したEUVをウェハーに当てる(図中⑤)

　ちなみに100W程度のEUVの出力(これは機種によって異なる)を得るために当てているCO2レーザーの出力は40KW前後。CO2レーザーの効率は10%程度なので、これだけで400KW程度の電力を必要とする。これを200W出力にするとなっても消費電力が800KWまで増えることはない(もう少し効率が良い)が、それでも5～600KWに達するのは間違いなさそうだ。EUV露光機1台あたりの消費電力は1MWに達するとされるが、その大部分をこのEUV光源が占めることになる。