半導体露光ではなぜ波長より微細に解像できるのか

質問

半導体プロセスの勉強を始めました。非常に不思議な事があります。
半導体プロセスでは90nmの微細露光に波長193nmの紫外線を使用していると書いてあります。本当でしょうか？波長以下の解像はありえないと思うのですが。

回答No.3

rabbit_cat · ベストアンサー

確かにシリコンの格子定数は0.54nmですから、そろそろ限界に近づいているのは間違いないですね。
なんですが、半導体の世界は、何度となく「ムーアの法則は終わった」と言われながら、気づいてみたら、その都度、限界を突破するということを繰り返してきたんで、みんな、頭の半分では「もうそろそろ無理だろ」とは思いながらも、もう半分では「でも、なんか知らんけど結局できちゃうんだろうな」って思ってるみたいなところがあります。

しかも、半導体の世界には、「ITRSロードマップ」っていう未来技術の予言書みたいなのがあって、それを見ると何年に、何nmになるっていう未来がすでに決まっていたりします。さらに、それを達成するためには何が課題なのか、どんな技術が必要なのかが書かれていて、まだ解決策が知られていない課題は赤で書くことになっているのですが、現在（2007年版ITRS）をみると、2013年くらいから先はほとんど赤一色になっていて笑えます。なんですが、半導体の世界の人は、数年前に赤一色になっていたものが、実際には実現できたっていうのを何度も経験しているので、どこか楽観的なところがありますね。
ITRSロードマップは、眺めているだけでも非常に面白いので、一度見てみるといいと思います。
http://strj-jeita.elisasp.net/strj/ITRS07/Roadmap-2007.htm

お礼

ご解答ありがとうございます。「ITRSロードマップ」これっ！おもしろいですね。SF小説を読む感覚で読んでいます。近い将来にはゲート長が10nm、ウエハー径が450nm、になるとか、、。計算してみると、ウエハーが地球だとしても、ゲートはノートくらいの大きさでした。想像するのも一苦労です。

回答No.2

rabbit_cat

最近は液浸法といって、ウェハを水のなかにおいて屈折率をあげることで（例えば、ArFの水での屈折率がは1.46です）、NA=1.35くらいを実現しています。

＞波長以下の解像はありえないと思うのですが。
普通に、マスクに光を通して、それを結像すると思うとそうなんですが、実際には、いろんな仕組みがあるんです。現在、ArF液浸で、少なくとも22nmプロセスまではいくことがほぼ確定的です。16nm、11nmはArF液浸なのか、EUVに変えるのか微妙ですが、Intelなんか11nmでもArF液浸で行くといっています。

プロセス係数k1ですが、単純な光学系だけではなくて、露光系に工夫を加えるとか、レジストの技術とか、マスク技術とかいろんなことをして無理やり高めています。
ぱっと思いつくキーワードの一覧をあげておくので調べてみてください。

露光系
　・RET（Resolution Enhancement Technology）
　　　（輪帯、２重極照明など）
　・多重露光
マスク
　・OPC（Optical Proximity Correction）
　・位相シフトマスク（ハーフトーン型、クロムレス型など）
レジスト
　・化学増幅型レジスト
　・PEB（Post Exposure Bake）
　・反射防止膜
　・多層レジスト

お礼

ご解答ありがとうございます。私は半導体プロセスの勉強を始めたばかりなのですが、実生活からはとても想像ができない事実が当然の様に書かれており驚きの連続です。rabbit_catさんは11nmという寸法を書かれましたが、これって原子数個分の寸法なのでは・・。半導体という世界はとてつもなく微細な世界なのですね。

回答No.1

mendokusa

σ=λ/NA
って習いませんでしたか

お礼

回答ありがとうございます。私が使用している教科書（初心者向け）には解像力=K(λ/NA)という式が書かれていました。大気中でのNA=1以上は無いと思います。しかしKと表記されたプロセス係数が1以下で波長以下の解像を可能にしているようです。このkが何かわかりません。私の使用している教科書にはこれ以上の説明はありませんでした。