新型High-NA(高開口数)リソグラフィーが、先端半導体チップに革命をもたらす可能性

2026-06-16 沖縄科学技術大学院大学

沖縄科学技術大学院大学(OIST)の新竹積教授は、次世代半導体製造の中核技術である高開口数(High-NA)EUVリソグラフィ向けに、新しい光学系設計を提案した。EUVリソグラフィは13.5nmの極端紫外線を用いて微細回路を形成する技術であり、高開口数化によって2~3nm世代の先端半導体製造が期待されている。しかし現行のHigh-NA装置は1台数百億円規模と高価で、光学収差や「マスク3D効果」といった課題も抱えている。研究では、フォトマスク・投影光学系・ウェハーを同軸上に配置するインライン構成を再検討し、凹面鏡と凸面鏡の組み合わせによる新たなプロジェクター光学系を設計した。詳細な数値シミュレーションにより、光学収差を抑えながら高開口数を実現し、従来課題とされたマスク3D効果の解消や解像度向上の可能性を示した。さらに、現行装置より小型・低コスト・低消費電力で製造できる見通しを示し、装置価格を既存機の約4分の1に抑えられる可能性がある。実現すれば高密度・低消費電力チップの普及を促進し、AI向けデータセンターや次世代電子機器の省エネルギー化に大きく貢献すると期待される。

新型High-NA(高開口数)リソグラフィーが、先端半導体チップに革命をもたらす可能性

図は、新竹教授が提案する高開口数(NA) EUVリソグラフィーを示している。照明システム内の集光ミラーは、EUV光源からの短波長光をフォトマスクに導くために、よりシンプルな設計となっている。プロジェクター内の2組のミラーにより、開口数が向上している。フォトマスク上の回路パターンがウェハーに投影され、その後、化学エッチングが行われることで、シリコン表面に高密度なナノメートル級の線状パターンが形成される。このプロセスを20回以上繰り返して、最終的に20層以上パターンが積層され、回路として機能するチップが製造される。© 新竹積(OIST)

<関連情報>

EUVリソグラフィ用高NAインラインプロジェクター High-NA in-line projector for EUV lithography

Tsumoru Shintake
Journal of Micro/Nanopatterning, Materials, and Metrology  Published:12 Jun 2026
DOI:https://doi.org/10.1117/1.JMM.25.2.023801

Abstract

We propose a simple, four-mirror, in-line projector for high-NA EUV lithography that eliminates the most troublesome mask 3D effect. The design consists of a two-stage concave-convex pair, where optical aberrations are canceled within each stage and between them, in a manner similar to that of the double-Gauss lens. The light rays pass through the central aperture in each mirror with acceptable obscuration. The numerical aperture is 0.5 and 0.55. It has a circular exposure field with a diameter of 20 and 30 mm, respectively. The residual radial distortion is rather high at a few microns at the field rim, and the scan motion causes image blurring in the scanner. Thus, we need to revert to the stepper design, and the field becomes smaller, i.e., 14 mm×14 mm square and 21×21 mm. However, we can remove the scanning mechanism from the photomask side; thus, it makes the system simple. It is important to note that both the wafer and the photomask remain stationary during the EUV exposure. Illumination will be provided through two rectangular scan-mirrors located in front of the mask, providing dual line scan field, which matches with off-axis illumination enhancing the resolution and bypassing the central obscurations.

1601コンピュータ工学
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