次世代半導体製造を革新する「ドライレジスト」とは？

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この記事のポイント

• ドライレジストは、高NAパターンニングを含む次世代EUVリソグラフィの重要な実現技術として注目されています。
• 従来のウェットレジストと比較して、高解像度、低露光量、柔軟なプロセス変更、欠陥低減といった多くの利点があります。
• Lam ResearchのAether®ドライレジストプロセスは、チップメーカーのEUVパターンニング性能向上を支援し、製造コスト削減と持続可能性向上に貢献します。
• ドライレジストは、化学薬品や溶剤を使用しないため、環境負荷の低減にも繋がります。

半導体製造の複雑化とパターンニング技術の進化

半導体の小型化と設計の複雑化が進むにつれて、その製造プロセスはますます高度化しています。その中でも「パターンニング」は、リソグラフィ、成膜、エッチングといった一連の工程を通じて、ウェハー上に微細で複雑な回路パターンを形成する重要な技術です。

次世代の半導体ノードにおいては、数ナノメートル幅の微細な回路を形成するために、高開口数（High-NA）の極端紫外線（EUV）リソグラフィと、ドライフォトレジスト（「ドライレジスト」と略されます）を用いた高度なパターンニング技術が不可欠となっています。

Lam Researchが提供するAether®ドライレジストの成膜・現像プロセスは、高NA EUVリソグラフィの前後に適用される一連のLam社製ツールを用いて、サブ10nmのパターンニングをサポートします。

ドライレジストの主なメリット

ドライレジストは、真空環境下で蒸着法によりウェハー上に成膜されます。これに対し、従来のウェットレジストは液体状でウェハー上に滴下され、遠心力によって大気圧下で広げられ、所望の厚みに調整されます。

ドライレジストの材料とプロセスは、EUVリソグラフィ全般、特に高NA EUVリソグラフィにおいて、以下のような数多くの利点をもたらします。

• 均一性（Homogeneity）: ドライレジストは、より小さな分子（約2.5 Å）が気体状態で成膜されるため、ウェットレジストのスピンコート法と比較して、より均一なレジスト膜を形成し、微細なフィーチャー形成に必要な高解像度を実現します。
• 柔軟性（Flexibility）: ドライレジスト膜の組成をエッチング性能向上に合わせて変更する場合、成膜レシピを変更するだけで、数ヶ月ではなく数分で対応可能です。
• 欠陥性（Defectivity）と粗さ（Roughness）: 解像度向上に加えて、ドライレジスト膜の組成の均一性と純度により、低露光量（lower scanner dose）でも、より低い粗さと欠陥性を実現します。
• 露光量低減（Dose reduction）: ドライレジスト技術は、化学増幅型レジスト（CAR）と比較してEUV光に対する感度が高いため、ウェハー露光ごとに必要なEUVスキャナの露光量を削減できます。
• 持続可能性（Sustainability）: ドライレジストは、そのプロセスステップにおいて、酸、塩基、溶剤、またはペルフルオロアルキル物質（PFAS）を一切使用しません。

ドライレジスト分野におけるLam Researchの役割

Lam Researchは、2020年に画期的なドライレジスト技術を発表しました。最近では、低NAおよび高NA EUVリソグラフィプロセスの両方において、解像度、生産性、欠陥性（歩留まり）を向上させるAether®ドライレジストおよび現像プロセスをローンチしました。

結論として、ドライレジストプロセスは、優れた回路パターン画像を提供するだけでなく、EUVリソグラフィパターンニングの全体コストを大幅に削減します。

Lam Researchのドライレジスト関連技術

Lam Researchは、EUVリソグラフィに適したドライレジスト装置を提供しています。

• Aether® GPX ドライレジスト成膜装置: Aether GPXは、業界をリードするリソグラフィ性能を提供するEUVドライレジスト成膜装置であり、最高のEUV感度と解像度、最低の露光量と欠陥性、そして高度なノードパターンニングのための最大の拡張性をもたらす新しい3Dエンジニアリング能力を備えています。
• Aether® GDX ドライレジスト現像装置: Aether GDXは、特に最高のフィーチャー解像度と密度を持つものを含む、すべてのEUVレジストパターンの均一でパターン崩壊のない現像を提供します。
• Nimbus®: Nimbusは、Aether Dry Resist層の安定かつ効果的なアンダーレイヤー膜を提供し、EUVリソグラフィのための露光量低減効果をさらに高めます。
• ドライプラズマストリップ装置: Gamma GxT、G400、G3Dなどのこれらの装置は、デバイスフィーチャーを損傷することなく、フォトレジストと残渣を完全に効率的に除去するために使用されます。
• ウェットクリーン／スピンクリーン装置: DV Prime、Da Vinciファミリー、EOS製品ファミリーなどの製品は、ウェハーの裏面およびベベル領域の効果的なウェットクリーニングソリューションを提供します。
• プラズマベベルクリーン装置: Coronusファミリーの製品は、プラズマプロセスによるベベルクリーニングに使用されます。

用語集

• 化学増幅型レジスト（CAR）: 露光後のベーク中に酸を生成し、露光中に開始された反応を完了させることで、必要な露光量を大幅に削減するウェットレジストの一種です。
• 極端紫外線（EUV）: 波長13.5 nmの放射線です。
• 高NA EUVリソグラフィ: より大きなEUVスキャナミラーを使用することで、より小さなフィーチャーとより高密度なトランジスタアレイを印刷し、より高い解像度を実現するリソグラフィです。
• リソグラフィ: 元来、版画における芸術技法として使用されてきましたが、半導体製造におけるリソグラフィは、ディープ紫外線（DUV）および極端紫外線（EUV）放射線を使用して、レチクルからフォトレジスト膜上に集積回路デバイス層のパターンを転写します。
• パターンニング: レチクルからシリコンウェハー上のターゲット層に集積回路のフィーチャーを、層ごとに転写する成膜、リソグラフィ、エッチングのプロセスです。
• フォトレジスト: レチクルからターゲット層への集積回路パターンを転写するために使用される感光性材料です。スキャナ放射線（例：ディープ紫外線およびEUV）に露光されると、化学的変化を起こし、現像中に除去される領域、または後続のプラズマエッチングやイオン注入ステップ中に保護マスクとして残る領域を画定します。
• トランジスタ: 半導体デバイスの基本的な構成要素であり、電気信号および電力の増幅またはスイッチングに使用されます。

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