半導体露光装置用光源の大手ベンダーである米Cymerに、Microlithography 2006の会場で光源開発の現状をインタビューした。同社は1990年代前半までは、光学研究用ガスレーザーを主要製品としていた。ところが1990年代後半に半導体露光装置の光源がランプからレーザーに移ったことにより、露光装置用光源の大手ベンダーにのし上がった。現在はKrF(フッ化クリプトン)エキシマレーザーとArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザーを主力製品としている。また次世代露光技術であるEUV(Extreme UltraViolet)露光に向けた光源を開発中である。

インタビューでは、Cymerのマーケティング担当バイスプレジデントのPatrick J. O'Keeffe(パトリック J. オキーフ)博士にお話を伺った。

--半導体露光装置分野におけるCymerの過去の実績は。

オキーフ博士)1997年に最初の半導体露光装置用KrFエキシマレーザー「5000シリーズ」が半導体の量産に使われ出したのが始まりだ。パルス発振の繰り返し周波数が1kHz、出力が10Wの機種である。1999年には繰り返し周波数が2kHz、出力が20Wの「6000シリーズ」の出荷を始めた。その後は繰り返し周波数が4kHzで、出力が30Wの「7000」シリーズと、出力が40Wの「7010」シリーズを出荷した。7000シリーズと7010シリーズは90nmプロセスの量産用露光装置向けに、現在も出荷を続けている。

--ArFエキシマレーザーはどうか。

オキーフ博士)ArFエキシマレーザーの最初の製品「XLA100」の出荷は、2003年に始めた。ArFレーザーでは波長の狭帯域化とレーザー出力の向上をKrFレーザーよりも進めるため、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)と呼ぶ新しい技術を導入した。ガスチャンバーを2つ用意し、1つをレーザー発振用チャンバー、もう1つをレーザー増幅用チャンバーとする。レーザー発振用チャンバーには狭帯域化モジュールが組み合わせてある。不足分の出力をレーザー増幅用チャンバーで補う仕組みだ。

--液浸リソグラフィへの対応は。

オキーフ博士)液浸リソグラフィ用ArFレーザー「XLA300」の出荷を2005年末に始めた。パルス発振の繰り返し周波数が6kHz、出力が60Wといずれも高い。45nmプロセス対応のArF液浸露光装置向けである。

--今後はどのような光源を開発するのか。

オキーフ博士)32nmプロセス向けには、光リソグラフィ技術とEUV技術の双方を想定して開発を進めている。光リソグラフィでは開口数(NA)を1.3～1.5と上げるとともに、2重露光技術(露光を2回繰り返して解像度を高める手法)を導入することが考えられる。その場合、200WクラスのArFエキシマレーザーが必要になりそうだと想定している。

--EUV光源の開発は。

オキーフ博士)EUV用光源の開発に力を入れだしたのはここ2～3年のことだ。IntelがEUV露光技術の開発を押し進めていることが大きい(記者注:Intelは2004年1月に、2000万米ドルを出資してEUV光源の開発でCymerに協力してもらうことで合意したと記者発表した)。

--EUV光源の開発状況について。

オキーフ博士)光リソグラフィ光源とは違ったアプローチがEUV光源には必要である。XeF(フッ化キセノン)エキシマレーザーで錫(Sn)のプラズマを発生させ、プラズマからEUV光を取り出す。すなわち光源は、レーザー装置とプラズマ発生装置に分かれている。いずれの装置もCymerが独自に開発した。

--実用化のカギとなるのはどのような点か。

オキーフ博士)プラズマを反射集光するコレクターが重要である。きわめて高価で、しかも複雑な部品だ。コレクターを通じてプラズマの状態を観察し、いろいろなパラメーターがプラズマに与える影響を探っている。

--プラズマの発生方法には放電励起とレーザー励起がある。レーザー励起を選んだのはなぜか。

オキーフ博士)初めは放電励起で開発を始めた。しかし放電励起では出力の制限があることから、現在はレーザー励起で開発を進めている。

--励起用レーザーにもいくつかの候補がある。XeFレーザーを選んだのはなぜか。

オキーフ博士)KrFとArFでエキシマレーザーの経験を積んでいたことが理由としては大きい。Cymerにとっては開発しやすいレーザーだ。

Philipsが、ASMLのEUV露光機向け光源の概要を公表

以上がインタビューの内容である。補足するとCymerは、Microlithography 2006の技術講演(講演番号6151-26)でEUV光源の開発ロードマップを一部公表した。第1世代の光源は励起用レーザー出力が9.6kW、EUV出力が110Wを目標仕様とする。第2世代光源の仕様はそれぞれ12.0kW、155W、第3世代光源の仕様はそれぞれ14.4kW、230Wとなる。

このほかMicrolithography 2006では、ASMLのEUV露光装置「AD-tool」向けの光源技術をPhilipsが公表した(講演番号6151-25)。放電励起型プラズマ光源である。2個の錫(Sn)電極の間で放電を起こしてプラズマを発生させ、EUV光を取り出す。放電開始は、レーザーで片方のSn電極を照射することでトリガーをかける。

EUV出力は連続運転で200Wとかなり大きい。Sn電極の寿命は20億ショットある(電極に損傷が発生しない場合)。フィードバック制御でEUV出力を一定値に保てるようにしてあり、100万ショットでの露光量ばらつきは0.21%と低い。

プラズマが発生する飛散物(デブリ)がコレクターを汚す問題は、デブリをトラップ(捕捉)する仕組みと、デブリを除去する仕組みの導入で対応する。デブリを捕捉する仕組みを取り付けたところ、1億ショットでもコレクターには劣化が見られなかった。10億ショットまではデブリの除去なしで使えそうだとする。

デブリの除去(クリーニング)は、コレクター表面に付着したSnをSnX2、SnX4といった錫化合物に変えてから蒸発させる仕組みである。クリーニングを10回繰り返してもコレクターには劣化がみられなかった。この結果、100億ショットの寿命が期待できるとしている。