EUVフォトレジスト｜4種類の材料の化学構造と、メーカーのシェアを紹介
半導体は「チップ上のトランジスタ集積率は18カ月で2倍になる」というムーアの法則に従って性能が向上し続けており、この性能の向上は主に 半導体回路の微細化 によって達成されてきました。半導体回路は半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィー工程で形成されます。半導体回路の微細化は、リソグラフィー工程で使用する 露光装置 においては光源を短波長にした装置を開発し、短波長化した露光光源に対応した フォトレジスト を開発することで達成されてきました。
EUV露光によるリソグラフィーは 最先端の半導体微細加工技術 です。2019年に台湾のTSMCによって初めて量産投入されました。
EUV技術の課題 高出力の光源一般に、波長が短くなると光は物質に吸収されやすくなります。波長が13.5nmと極端に短いEUV光を従来のレンズ方式の露光装置で転写しようとすると、レンズや空気中の分子に吸収されてしまい、ウエハー上のフォトレジストまで届きません。このため、光が通る経路を真空にして、なおかつ照明光学系にミラーを導入し、レンズはパターン縮小に用いる投影光学系に限定して、吸収を最小化しています。しかも、EUV光の反射率には上限が68％である理論限界があり、EUV露光装置の照明光学系では十枚以上のミラーで反射させて露光するため、ウエハーに到達する光は光源出力の約1％に過ぎません。リソグラフィー工程で必要な露光量を得るために、 EUV露光装置は高出力 にする必要があり、その定格消費電力は1MWと非常に大きくなっています。
少ないフォトンEUV光は1世代前のArF光と比較して フォトンが1/14に減少 します。EUV光源のさらなる高出力化は困難なため、少ないフォトンで反応する超高感度なフォトレジストが必要です。
EUVフォトレジスト材料に求められる性能
EUVレジストは、 高い解像度 （Resolution）、 小さいラフネス （LER）、 高い感度 （Sensitivity）、などが求められます。これらのパラメータはトレードオフの関係にあります。
RLSトレードオフ
化学増幅型レジストでは、解像度（Resolution）、ラフネス（Line Edge Roughness）、感度（Sensitivity）の間にトレードオフの関係（RLSトレードオフ）があり、すべてを同時に改善することが難しいことが知られています。
Resolution 3 x LER 2 x Sensitivity = Constant
EUVフォトレジスト材料の化学構造の特徴
KrF、ArFベースのフォトレジストKrFフォトレジストのベース樹脂の例 KrFフォトレジストのPAGの例 ArFフォトレジストのベース樹脂の例 ArFフォトレジストのPAGの例
ポリマー結合PAG型フォトレジスト 分子レジスト 分子レジストとは？ 原理・メカニズムと分子レジストの具体例を紹介 メタルレジスト メタルレジストとは？ 原理・メカニズムや、メタルレジストの具体例を紹介EUVフォトレジストメーカーとシェア
- 東京応化： シェア30% （東京応化ホームページ）
- JSR（子会社にInpria）
- 信越化学
- 富士フイルム
- 住友化学： シェア10% （ニュースイッチ）
- Dongjin Semichem（東金セミケム）
- DuPont（デュポン）
まとめ
- 従来のKrF、ArFベースのフォトレジスト
- ポリマー結合PAG型フォトレジスト
- 分子レジスト
- メタルレジスト
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フォトレジスト材料の評価方法は各社各様であるため標準的な方法というものがないため、それほど多くの著書はありません。大手のフォトレジストメーカーでは実際にシリコンウェハー上でリソグラフィー工程を実施する直接評価をしていますが、直接評価法では高額な露光装置や走査電子顕微鏡が必要です。これに対し、リソテックジャパン社では、長年にわたりシミュレーションを用いた感光性樹脂の評価方法を提案しています。この方法を間接評価法と呼びます。「フォトレジスト材料の評価」では、間接評価法の解説を中心に、リソグラフィーの基礎や、最新のフォトレジスト材料の評価方法が説明されています。 レジスト開発の研究者 におすすめです。
関連文献
- [1] Materialstoday, 2023, 67, 299-319 (https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.05.027)
- [2] J. Vac. Sci. Technol. B, 2001, 19, 2890 (https://doi.org/10.1116/1.1418413)
- [3] SPIE: Bellingham, WA, USA, 2011; Volume 7972, p. 79720A. (https://doi.org/10.1117/12.879394)