ジョンズ・ホプキンス大学の研究者らは、6.5nm～6.7nmの波長を持つレーザー（軟X線とも呼ばれる）を使用したチップ製造の新しい手法を発表した。この手法により、リソグラフィーツールの解像度を5nm以下にまで高めることができると、ネイチャー誌に掲載された論文を引用してコスモスが報じている。
科学者たちはこの方法を「EUV 超」と呼んでおり、この技術が業界標準の EUV リソグラフィーに取って代わる可能性があることを示唆しているが、研究者たちは現時点では実験的な B-EUV ツールを構築するのにさえ何年もかかることを認めている。
ソフトX線はハイパーNAに挑戦できる。理論上は
今日の最先端のチップは、EUV リソグラフィーを使用して製造されています。EUV リソグラフィーは 13.5 nm の波長で動作し、数億ドルかかる非常に高度な光学系を備えたリソグラフィー システムの極度の複雑さを犠牲にして、13nm (開口数 0.33 の低 NA EUV)、8nm (NA 0.55 の高 NA EUV)、または 4nm ～ 5nm (NA 0.7 ～ 0.75 の高 NA EUV) という微細な特徴を生成できます。
ジョンズ・ホプキンス大学の研究者たちは、より短い波長を使用することで、中程度のNAを持つレンズでも解像度を本質的に向上させることができると報告しています。しかし、彼らはB-EUVには多くの課題に直面しています。
まず、B-EUV光源はまだ準備が整っていません。様々な研究者が6.7nm波長の放射線を生成するための様々な方法（例えば、ガドリニウムレーザー生成プラズマ）を試みてきましたが、業界標準のアプローチは確立されていません。次に、これらの短波長は光子エネルギーが高いため、チップ製造に使用される従来のフォトレジスト材料との相互作用が悪くなります。さらに、6.5nm～6.7nm波長の光は、ほとんどすべての物質によって反射されるのではなく吸収されるため、このタイプの放射線用の多層膜コーティングミラーはこれまで製造されていません。
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リソグラフィータイプ | 波長 | 達成可能な解決策 | 光子エネルギー | 開口数（NA） | 注記 |
g線（DUV前） | 436 nm | 500 nm | 2.84 eV | 0.3 | 水銀灯を使用、レガシー ノード、低解像度。 |
iライン（DUV前） | 365 nm | 350 nm | 3.40 eV | 0.3 | 初期の CMOS に使用されます。 |
KrF DUV | 248 nm | 90 nm | 5.00 eV | 0.7～1.0 | 約 130 nm から 90 nm まで使用されるエキシマ レーザー ソース。バックエンド レイヤーでも引き続き使用されます。 |
ArF深紫外線 | 193 nm | 65 nm（乾燥） - 45 nm（浸漬 + マルチパターニング） | 6.42 eV | 最大1.35（浸漬） | 最も先進的な DUV。マルチパターンの 7 nm～5 nm ノードでは依然として不可欠であり、2nm ノードの多くの層で使用されます。 |
極端紫外線 | 13.5 nm | 13 nm（ネイティブ）、8 nm（マルチパターニング） | 92 eV | 0.33 | 5nm～2nmノード向けに量産中。今後数年間使用される予定です。 |
高NA EUV | 13.5 nm | 8 nm（ネイティブ）、5 nm（拡張） | 92 eV | 0.55 | 最初のツール: ASML EXE:5200B。2 nm クラスを超えるノードをターゲットとし、フィールド サイズを縮小し、コストを増加。 |
ハイパーNA EUV（将来） | 13.5 nm | 4 nm以上（理論値） | 92 eV | 0.75以上 | 未来の技術。特殊なミラーと超高精度のエンジニアリングが必要です。 |
軟X線 / B-EUV | 6.5 nm - 6.7 nm | 5 nm未満（理論値） | 185-190 eV | 0.3 - 0.5（予想） | 実験的; 高エネルギー光子; テスト中の新しい金属有機レジスト化学物質。 |
最後に、これらのリソグラフィツールはゼロから設計する必要があり、現状ではコンポーネントや消耗品で設計をサポートするエコシステムは存在しません。つまり、B-EUV装置（あるいは軟X線装置？）の構築には、光源、投影ミラー、レジスト、さらにはペリクルやフォトマスクといった消耗品におけるブレークスルーが不可欠です。
課題を一つずつ解決する
ジョンズ・ホプキンス大学のマイケル・ツァパシス教授率いる研究者たちは、特定の金属がB-EUV（波長約6nm）光とチップ製造に使用されるレジスト材料との相互作用をどのように改善できるかを調査しました（つまり、軟X線に関連するその他の課題には効果はありませんでした）。
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研究チームは、亜鉛などの金属がB-EUV光を吸収して電子を放出し、それがイミダゾールと呼ばれる有機化合物で化学反応を引き起こすことを発見しました。この反応により、半導体ウェハ上に非常に微細なパターンをエッチングすることが可能になります。
興味深いことに、亜鉛は従来の 13.5nm EUV 光では性能が低いですが、より短い波長では非常に効果的であり、材料を適切な波長に合わせることがいかに重要であるかを浮き彫りにしています。
これらの金属有機化合物をシリコンウエハーに塗布するために、研究者らは化学液体堆積（CLD）と呼ばれる技術を開発しました。この手法は、aZIF（アモルファスゼオライトイミダゾレートフレームワーク）と呼ばれる材料の薄い鏡面層を毎秒1nmの速度で形成します。CLDはまた、様々な金属とイミダゾールの組み合わせを迅速にテストすることも可能とし、様々なリソグラフィー波長に最適な組み合わせを容易に発見することを可能にします。亜鉛はB-EUVに適していますが、研究チームは他の金属が他の波長でより優れた性能を発揮する可能性があり、将来の半導体製造技術に柔軟性をもたらす可能性があると指摘しました。
研究者らは、このアプローチにより、メーカーは特定のリソグラフィープラットフォームに合わせたカスタムレジストを作成するために、少なくとも10種類の金属元素と数百種類の有機リガンドのツールボックスを利用できるようになる、と明らかにした。
まとめ
研究者たちは、B-EUVの課題（光源出力、マスクなど）を全て解決したわけではありませんが、最も重要なボトルネックの一つである、6nm波長の光に対応できるレジスト材料の開発に進展をもたらしました。彼らは、アモルファスゼオライトイミダゾレート構造体（aZIF）の薄く均一な膜をシリコンウェーハ上に塗布するCLDプロセスを開発しました。実験的に、特定の金属（亜鉛など）が軟X線光を吸収し、イミダゾール系レジスト内で化学反応を引き起こす電子を放出することを実証しました。
B-EUVには解決すべき課題が数多くあり、この技術が一般市場へ導入される明確な道筋は未だ見当たらない。しかしながら、CLDプロセスは半導体分野だけでなく、非半導体分野においても幅広く活用できる可能性がある。
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アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
