DUV(深紫外線)とは
でぃーゆーぶい
半導体のリソグラフィで使われる深紫外域の光。一般に、KrFエキシマレーザー(248 nm)とArFエキシマレーザー(193 nm)を光源とする露光をDUV露光と呼ぶ。
「DUV(深紫外線)」は、1分野の1問の練習問題に出てきます(シリコンフォトニクスなど)。
この用語の分野: リソグラフィ
DUV露光の光源
リソグラフィの光源は、水銀ランプのg線(436 nm)とi線(365 nm)から、より短い波長の深紫外線(DUV)へと移ってきました。DUV露光の光源はエキシマレーザーで、クリプトンとフッ素を使うKrFが波長248 nm、アルゴンとフッ素を使うArFが193 nmの光を出します。KrFは1990年代後半の0.25 µm世代から本格的に使われ、化学増幅型レジストとともに普及しました。さらに短い157 nmのF2レーザーも開発されましたが、レンズ材料などの課題があり、ArF液浸露光が実用化されたことで量産には使われませんでした。
ドライArFとArF液浸
解像できる線幅の目安はレイリーの式R = k1·λ/NAで表され、波長 λ を短く、開口数NAを大きくするほど細かいパターンを描けます。レンズとウエハの間が空気のドライArFではNAは0.93程度が上限ですが、間を水で満たすArF液浸露光では、193 nmでの水の屈折率(約1.44)を利用して、NAを1.35まで高められます。例えばNA 1.35、k1 0.27ではR ≈ 39 nm(ハーフピッチ)となり、これより細かいパターンには、SADPなどのマルチパターニングを組み合わせます。
DUVとEUVの違い
EUV露光は波長13.5 nmの極端紫外光を使い、DUVの193 nmのおよそ14分の1の波長で、1回の露光でより細かいパターンを描けます。ただしEUVの光は空気やガラスにも強く吸収されるため、真空の中で多層膜の反射鏡と反射型のマスクを使います。DUVは石英やフッ化カルシウムのレンズと透過型のマスクを使い、真空は必要ありません。装置はEUVのほうがはるかに高価で、DUVは成熟した技術としてコストと生産性に優れます。EUVのNAは0.33で、NA 0.55のHigh-NA EUVも2020年代半ばから導入が始まっています。
現在の使い分け
最先端のロジックやDRAMの製造でも、EUVを使うのは最も細かいパターンが必要な一部の層で、ほかの多くの層はArF液浸やドライArF、KrFで露光されます。精度をそれほど要しない層やイオン注入用のパターンには、KrFやi線も使われます。成熟した世代のロジック、パワー半導体、アナログ、MEMS、シリコンフォトニクスなどは、主にDUV露光で製造されています。そのためDUVの露光装置、エキシマレーザー、レジストは、EUVが普及したあとも半導体製造を支える重要な技術であり続けています。
DUV(深紫外線)の練習問題に挑戦
シリコンフォトニクスが、半導体の工場での量産に向いているといわれる主な理由はどれか。
- ACMOSと同じシリコンの材料と、大口径ウエハ、リソグラフィ、エッチングなどの装置や工程を使えるから
- B導波路の寸法が最先端のロジックと同じ数 nm程度で、最新のEUV露光をそのまま活かせるから
- CInPなどの化合物半導体も、シリコンとまったく同じようにCMOSの工場で自由に扱えるから
答えと解説を見る
正解：A. CMOSと同じシリコンの材料と、大口径ウエハ、リソグラフィ、エッチングなどの装置や工程を使えるから
シリコンフォトニクスでは、SOIウエハの上にリソグラフィとドライエッチングで導波路をつくり、イオン注入で変調器のpn接合を、選択エピタキシャル成長でGeの受光器をつくり、金属配線で電極をつなぎます。いずれもCMOSの工場で確立された材料と工程で、200 mmや300 mmのウエハで高い精度と再現性をもって量産できます。導波路の幅は数百 nm程度なので、最先端のロジックほどの微細化は不要で、DUV露光で十分です。一方、InPなどの化合物半導体は汚染の心配があり、一般にCMOSの工場とは分けて扱います。
よくある質問
DUVとEUVの違いは何ですか?
DUVはKrF(248 nm)やArF(193 nm)のエキシマレーザーを使い、レンズと透過型のマスクで露光します。EUVは13.5 nmの光を使うため、真空中で反射鏡と反射型のマスクを使います。EUVは1回でより細かいパターンを描けますが、装置は高価です。
ArF液浸露光はDUVに含まれますか?
含まれます。ArF液浸露光は、ArFエキシマレーザー(193 nm)を使うDUV露光で、レンズとウエハの間を水で満たして開口数を1.35まで高めたものです。
i線露光はDUVですか?
一般にはDUVに含めません。i線は水銀ランプの365 nmの光で、DUV露光という場合は、通常KrFやArFのエキシマレーザーを使う露光を指します。
解説の中の「DUV(深紫外線)」
導波路の幅は数百 nm程度なので、最先端のロジックほどの微細化は不要で、DUV露光で十分です。
シリコンフォトニクスが、半導体の工場での量産に向いているといわれる主な理由はどれか。
「DUV(深紫外線)」が出てくる問題(1問)
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