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Sprint 1.5 / LER-LWR Theme

LER・LWRはどのように生まれるのか

LER/LWRは、光子・電子の統計ゆらぎ、PAG・クエンチャーの離散分布、PEB中の反応拡散、脱保護率分布、現像境界の揺らぎが重なって現れる性能です。単一の平均値だけでは説明できません。

LER片側のラインエッジ位置の揺らぎ。通常はエッジ位置の標準偏差などで評価。
LWR左右エッジの組み合わせで生じるライン幅の揺らぎ。
本質平均反応量ではなく、局所ばらつき・空間周波数・相関長が重要。

1. 粗さが生まれる流れ

番号を押すと、統計ゆらぎから現像エッジまでを順番に確認できます。

Photon / electron events Discrete PAG / acid Reaction-diffusion Deprotection variation Wavy edge LER / LWR

1. 光子・電子数に統計ゆらぎがある

EUVでは吸収光子数や二次電子数が有限であり、局所イベント数にはPoisson型のばらつきが生じます。

σN/N ≈ 1/√N

2. PAG・クエンチャー分布も離散的である

局所的なPAG数、クエンチャー数、酸生成位置の違いが、酸像の空間的不均一につながります。

H₀(x,y)=Σ local acid events

3. PEBで揺らぎが平滑化・拡大される

酸拡散は高周波ノイズを平滑化する一方、境界ぼけや隣接領域への広がりも生みます。

∂H/∂t=D∇²H−kqHQ

4. 脱保護率分布に変換される

酸の時間積分と反応速度により、境界付近の脱保護率が場所ごとに異なります。

m(x,y)=∫k(T)H(x,y,t)dt

5. 現像境界が局所的に揺れる

脱保護率が現像速度へ変換され、局所的な速度差がエッジ位置の揺らぎになります。

R(x,y)=f(m(x,y))

6. エッジ揺らぎがLER/LWRになる

片側エッジの標準偏差がLER、左右エッジを含む線幅変動がLWRとして評価されます。

LER=σedge, LWR=σwidth

2. LER/LWRを説明するモデル連鎖

Poisson統計酸生成イベントReaction-Diffusion脱保護率分布Mack現像Level SetLER/LWR
ノイズ源代表モデル主なパラメータ粗さへの経路
光子・電子数Poisson / counting statisticsDose、吸収率、電子収率局所酸生成イベント数のばらつき
PAG・クエンチャー離散分布 / Monte Carlo濃度、分子サイズ、分散状態酸・中和位置の局所差
PEBReaction-DiffusionD、kq、Ea、PEB温度・時間平滑化と境界ぼけのトレードオフ
現像Mack / stochastic developmentRmin、Rmax、mth、現像条件局所速度差からエッジ揺らぎへ

3. LER簡易シミュレーション

概念理解用です。Dose、酸拡散、現像ノイズ、PAG均一性を変え、エッジの揺らぎを表示します。

エッジプロファイル

Ideal edge
2.0相対LER [nm]
12相関長 [nm]
Medium欠陥リスク
酸拡散を増やすと高周波の粗さは平滑化されやすい一方、像ぼけや低周波変動を増やす可能性があります。そのため「拡散を小さくすれば常にLERが良くなる」「大きくすれば常に良くなる」という単純な関係ではありません。

4. 根拠・参考文献

REF-LER-001 Contribution of EUV resist counting statistics to stochastic printing failuresHinsberg et al. — カウント統計とストキャスティック印刷失敗。REF-LER-002 Line width roughness variation and printing failures caused by stochastic effectsKang et al. — 同一条件でもLER/LWRが確率的に変動すること。REF-LER-003 Correlation of the Reaction Front With Roughness in Chemically Amplified PhotoresistsNIST publication listing — 反応フロントの空間的不均一と粗さの関係。REF-LER-004 Lithographic Effects of Acid Diffusion in Chemically Amplified ResistsC. A. Mack — 酸拡散の平滑化と像ぼけ。REF-LER-005 Line Edge Roughness, part 3C. A. Mack tutorial — 確率反応・反応拡散とLERの説明。REF-LER-006 Effect of PAG concentration and developer strength on patterning capabilitiesNIST — PAG濃度・現像条件とLWR/解像のトレードオフ。REF-LER-007 Current Status of EUV PhotoresistsJ-STAGE — 分子量より現像特性・像コントラストがLERへ強く効くとの報告例。REF-LER-008 Characterization of Surface Variation of Chemically Amplified and Nonchemically Amplified ResistsLiu et al. — EUVストキャスティック効果と表面粗さ・PSD評価。