プロセス係数を段階的に下げて解像度を高める このため、微細化の手法はかなりかぎられている。波長と開口数が固定されているので、残りはプロセス係数しかない。光学的には、プロセス係数を小さくすることで、解像度を向上させることになる。さらにはArF液浸露光技術と同様に、マルチパターニング技術と組み合わせることで、プロセス係数を実質的に下げる手法が使われる。そして機械的には、露光装置における重ね合わせ誤差を小さくする必要がある。 EUV露光装置メーカーのASMLは、EUV露光技術における今後の微細化を、4つの技術世代に分けて論じている。現行世代が第1世代で、7nmロジックの量産に適用される世代でもある。プロセス係数は0.45前後となる。 続く第2世代では、プロセス係数を0.40未満に下げる。露光技術のハードウェア(光学系)とソフトウェア(レジスト)を改良することで、実現する。基本的な考え方は、現行技術の改良である。 そして第3世代では、プロセス係数を0.30以下に下げる。実現には現行技術の改良だけでは難しく、マルチパターニング技術や新しい材料のマスク、新しい材料のレジストといった要素技術の導入が必要だとする。さらに第4世代では、プロセス係数が下げられないことから、開口数を0.55に高めた光学系を開発する。 ASMLが公表した技術世代の資料では、プロセス係数の値が具体的には述べられていない。そこで仮の値を入力することで、解像度がどの程度にまで向上するかを計算してみた。現行世代(第1世代)のプロセス係数は0.46だと言われている。対応する解像度(ハーフピッチ)は19nmとなる。 第2世代のプロセス係数は仮に0.39とした。対応する解像度は16nmである。最先端ロジックの技術ノードだと7nm世代から5nm世代の量産に適用できる。第3世代のプロセス係数は仮に0.29とした。対応する解像度は12nmである。最先端ロジックの技術ノードだと、5nm世代から3nm世代の量産に適用できることになる。 そして第4世代では光学系の開口数が大幅に変わるので、プロセス係数は第1世代と同じ、0.46と仮定した。開口数が0.55だと、プロセス係数が0.46と大きくても、対応する解像度は第3世代とほぼ同じ、11.3nmとなる。5nm世代から3nm世代の量産に適用可能な解像度である。

EUV露光技術でもマルチパターニングを導入へ 光学系やレジストなどの露光技術を改良せずに、プロセス係数k1を実質的に下げる有力な手法が、マルチパターニング(多重露光)技術である。ArF液浸露光で広く普及したマルチパターニング技術を、EUV露光技術でも採用することが検討されている。 たとえばダブル露光では、リソグラフィ(L)とエッチング(E)を2回繰り返す、LELE技術を導入する。プロセス係数が0.46のEUV露光技術(開口数は0.33)にLELE技術を導入すると、解像度(ハーフピッチ)は16nmに縮まる。シングル露光でプロセス係数を0.39に下げたのと、同じ効果が得られることになる。 さらにトリプル露光では、リソグラフィ(L)とエッチング(E)を3回繰り返す、LELELE技術を導入する。解像度(ハーフピッチ)はさらに縮まり、12nmとなる。シングル露光でプロセス係数を0.29に下げたのと、同じ効果が得られることになる。 ただしマルチパターニング技術では、スループットが大幅に低下する。シングル露光(SE技術)におけるウェハの処理枚数(1時間当たり)を130枚とすると、ダブル露光(LELE技術)では70枚と半分近くに下がる。トリプル露光(LELELE技術)だと、スループットは40枚とシングル露光の3分の1以下になってしまう。 まとめると、次世代である5nmの技術ノードではシングル露光を維持しながらプロセス係数を0.39に下げる方向と、ダブル露光(LELE技術)の採用によって実質的にプロセス係数を下げる方向がある。いずれも解像度は16nmである。量産の開始時期は2021年と予測する。ダブル露光を採用すれば、2020年と前倒しで量産を開始可能になるだろう。 次々世代である3nmの技術ノードは、もう少し複雑になる。シングル露光でプロセス係数を0.29に下げる方向とダブル露光(LELE技術)とプロセス係数が0.39の露光技術を組み合わせる方向、それからトリプル露光(LELELE技術)を採用する方向がある。いずれも解像度は12nmとなる。量産の開始時期は2023年と予測する。ただしトリプル露光を採用すれば、量産の開始時期は早まる可能性がある。 さらに次の世代である2nmの技術ノードは、開口数が0.33のEUV露光技術では実現が困難だと見られる。開口数を0.55に高めたEUV露光技術の実用化を待たなければならないだろう。