回路線幅2nmノードを突破する半導体リソグラフィー露光プラズマ光源の高効率化

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04213
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 大橋 隼人 富山大学, 学術研究部教養教育学系, 講師 (60596659)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: レーザー生成プラズマ / 極端紫外 / EUV / B-EUV (beyond EUV)

Outline of Annual Research Achievements

本研究では半導体集積回路の回路線幅が2 nm以下に対応できるリソグラフィー露光用プラズマ光源をモデリングし，最大変換効率(3%)で産業化のガイドラインを示すことを目的としている。ロードマップ（IRDS2022）に示されている2028年の1.5 nmノード向けの波長6 nm 帯beyond EUV光源の候補として希土類元素のレーザー生成プラズマが挙げられていたが，エネルギー変換効率をシミュレーションするためにはオパシティー（光学的厚み）を評価する必要があり，吸収係数が不明である状況では変換効率の理論上限がわからない状況にあった。本年度は吸収係数を算出するために原子コードFlexible Atomic Codeを用いて各種原子データの計算を行った。加えて，実験を並行して進めた。光学的に薄プラズマを生成することで，スペクトル純度を約5倍向上することを観測した。これはオパシティー，吸収係数を評価する上でベンチマークとして必要なデータであり，スペクトル制御だけでなく，従来低かったエネルギー変換効率を向上する上で重要な結果であると考えている。また，光源プラズマから放出される高速イオンの価数分離エネルギースペクトルのレーザーパルス幅依存性を明らかにした。同じレーザー強度であってもパルス幅が異なるとプラズマ中における損失過程が異なることに起因し，到達する電子温度が異なることが予想される。電子温度が異なると膨脹プラズマの速度が異なるため，加速されるイオンのエネルギースペクトルは異なる。サブナノ秒レーザーとナノ秒レーザーを比較すると，サブナノ秒レーザーのときの方が高エネルギーになることが観測された。この現象を説明するためにもプラズマの光学的厚み，吸収係数を評価することは重要である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

進捗状況は以下の通りである。
・オパシティー（吸収係数）を評価するためのgf，gAスペクトルを計算している。
・データベース実験として，光学的厚みの制御性を高める実験準備（レーザー照射法）を進めている。
・レーザーの吸収率を高めるための手法を検討している。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に従って，原子計算を拡張してプラズマ中でのEUV光の吸収係数の計算手法を確立する。その後，プラズマの損失過程・電子温度から，最大変換効率（目標値：3%）のレーザー照射条件・設計ガイドラインを示すことをめざす。現在のところ，スペクトル効率（スペクトル純度）を大きく向上する手法を実験的に確認することができたことから，これを数値解析にフィードバックすることで，目的達成に向けて研究を進めることができるものと考えている。

Causes of Carryover

物価高騰等の理由により購入物品の変更等があったため次年度使用額が生じたが，その分は翌年度の実験関係消耗品予算を増額して使用する予定である。