マルチパターニングとは 1つの層を2回、4回に分けて写し、露光の限界を超える
マルチパターニングは、1つの層の模様を2回、4回と分けて作り、露光装置の解像度より細かい回路を得る方法です。ASMLは、EUVで1回の露光に置き換えればマスクと工程の数を減らせると説明しています。
- マルチパターニングは、1つの層を複数回の露光や膜の工夫に分けて作り、細かい模様を得る方法です。
- ASMLによると、ArFの光で1回に写せる寸法は38nmです。それより細かい層で使われてきました。
- 露光を2回に分ける方式と、側壁の膜を使って線の数を2倍、4倍にする方式があります。
- ASMLは、EUVの1回の露光に置き換えれば、マスクと工程を減らせるとしています。
マルチパターニングは、露光装置が1回で写せる寸法よりも細かい模様を、何回かに分けて作る方法です。ASMLの説明では、写せる最小の寸法は「k1×波長÷NA」で決まり、工程の工夫を表すk1には0.25という物理的な限界があります。その限界の先へ進むための方法の1つが、マルチパターニングです。
主な方式
1つは、露光とエッチングを2回繰り返す方式です。英語の頭文字からLELE(リソ・エッチ・リソ・エッチ)と呼びます。模様を1本おきに2枚のマスクに分け、交互に写して、線の間隔を半分にする方法です。2回目の露光を1回目にぴったり重ねる必要があり、重ね合わせの精度が品質を決めます。ニコンの最新のArF液浸装置の重ね合わせの精度は、同じ機種どうしで2.1ナノメートル以下です。
もう1つは、側壁の膜を使う方式です。1回の露光で作った線の両側に薄い膜を付け、元の線を取り除くと、線が2本に増えます。これを自己整合ダブルパターニング(SADP)と呼びます。同じことを2回繰り返すと、線が4倍になります(SAQP)。
| 方式 | 露光の回数 | 線の間隔 | 要になる技術 |
|---|---|---|---|
| LELE | 2回 | 2分の1 | 2回の露光の重ね合わせ |
| SADP | 1回 | 2分の1 | 側壁の膜を付ける成膜、エッチング |
| SAQP | 1回 | 4分の1 | 成膜とエッチングを2回繰り返す |
EUVとの使い分け
ASMLは2025年の年次報告書で、DUV液浸の装置で複雑なマルチパターニングをする代わりに、EUVで1層を1回の露光で写せば、マスクと工程の数が減り、歩留まりも上がると説明しています。High-NAのEUV装置は、2回、3回に分ける露光をさらに減らせるとしています。
ただ、EUVの装置は高価で、台数も限られます。ASMLの2026年1〜6月の販売は、ArF液浸の装置が40台、EUVの装置が32台でした(EUVは従来型とHigh-NAの合計、計算)。最先端の工場でも、EUVを使う層と、ArF液浸とマルチパターニングで作る層を組み合わせています。
装置メーカーへの影響
マルチパターニングでは、露光の回数よりも、膜を付ける成膜と、膜を削るエッチングの回数が増えます。成膜とエッチングの装置を作る東京エレクトロンやラムリサーチ、KOKUSAI ELECTRICにとっては、工程が増えるほど装置の出番が増える構図です。KOKUSAI ELECTRICは、薄い膜を1原子の層ずつ付けるバッチ式のALD装置で高いシェアを持つと説明しています。
関連する用語
- SADP:側壁の膜を使って線を2倍にする方式。
- 重ね合わせ精度:前の層の模様と次の層の模様のずれの小ささ。
- High-NA:開口数0.55のEUV露光装置。マルチパターニングを減らせます。
この記事は公開資料をもとに作成しています。売買をすすめるものではありません。誤りを見つけたら訂正します(編集方針)。
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