Photo: lumArray

　テキサス州オースチンを本拠地とする研究組合のWalt Trybulaは、半導体産業の未来を左右するのはマスクだと考えている。ムーアの法則の追求によってマスクは複雑となりついに限界に来たのだ。

　そこで考えられるのがマスクレスリソグラフイである。現在、マスクレスでパターンをつくるには光学的に行う方法と荷電粒子（電子）で行うふたつのアプローチがある。写真はLumArray社が開発した600ライン/mmグレーテイング。

　半導体微細加工においてマスクをつくり露光でパターンをつくるのが一般的な手法である。しかしパターンの複雑化、微細化に伴いマスク製作というプロセスのコストとそれによる工程の複雑さが、メーカーの負担を限界まで大きくした。そのブレークスルーとしてマスクレスィソグラフイは必然的に登場した。

　これまでは透明なマスク材料（例えばSiO2）を用いて基板を覆う。その上を例えばクロムなどの透明でない材料でパターンを描画する。このマスクの上から光で分解する高分子膜を薄く積んだシリコン基板に光を照射すると、透明な部分にのみ光があたりその部分がなくなったマスクができる。このマスクによってシリコン基板に回路パターンが転写される。

　露光により数100の半導体チップが書き込まれたウエファーが１時間あたり100枚の速度でラインに供給されていく。クロムでパターンを描くにはPCで位置を制御した電子ビームが用いられる。マスクは膨大な転写に使われるため完璧でなくてはならないが、Trybulaによればその条件を満足するものは10枚つくってそのうちの4枚だという。）これを「歩留まり」と呼ぶ。

 

　通常の露光による書き込みは1回だが、複雑な回路では4-5回の書き込みが行われ、そこでは歩留まりが15%に落ち込むという。数年前は130nmだったプロセスサイズは現在は65nmとなった。

 

　スケールの微細化は工程を複雑にし製造コストに大きく反映する。130nmでは70万ドルだったのが90nmでは150万ドル、65nmでは300万ドルに達した。再書き込み工程を含めれば最先端の65nmデバイスラインではコストが800万ドルともなる。

 

　コストが飛躍的に増大する一方で価格は低下したたことによりメーカーにとって製造工程のコストは大きな負担となっていった。 マスクをつくる工程をなくせないか、という課題が当然のように浮上した。

 

　現実的にはマスクレスリソグラフイはメモリーのように高密度集積回路への適用には時間がかかるため当面はニッチ製品に限られるが、最終的には全ての製品ラインに波及するとみられている。

 

　光学的なマスクレスリソグラフイではゾーンプレートリソグラフイ技術が有望である。ゾーンプレートリソグラフイでは大面積の対象（パターン）はマイクロミラーアレイにより（マイクロビームの集合として）転写される。

 

　MIT発のベンチャーLumArrayは創立後1年で85nmまでの直接転写を可能としたが13nmの光源を用いて20nmまでの直接転写が可能としている。