フォトレジスト材料とは｜工程と測定からパターン品質を切り分ける

フォトレジストとは、露光への反応によって現像液への溶け方を変え、後工程へ一時的なmask像を渡す材料です。性能比較で起きやすい誤解は、塗布・bake後の膜、露光後の化学像、現像後のresist像、etch transfer後の形状を同一sample stateとして1行に載せることです。CD、LER / LWR、defectivity、etch resistance、overlayは測定対象が異なります。各指標にsample state、測定tool、wafer座標を記録します。

本記事は、g / i-line、KrF、ArF、EUVを露光世代別portfolioとして分類し、材料状態 -> 測定位置 -> resist像 / etch後形状 -> 採否の順で切り分けます。露光とリソグラフィは工程全体の入口、High-NA EUVレジスト比較はCAR・MOR・dry resist・MTRの方式比較です。材料由来の差は塗布膜・化学像・現像像で、工程統合由来の差はetch後形状とoverlayで切り分けます。

読み終えた読者が手元に持つのは、CD差・roughness差・欠陥増加を見つけたときに、材料lot、下地と密着、dose-focus、PEB、現像液とrinse、etch stack、計測条件のどれを先に試験へ回すかという順序です。

材料ページとして分けるもの：光源名より材料状態と測定位置

フォトレジストは、露光に反応して現像液への溶け方を変え、一時的なmask像を作る材料です。JSRの工程図では、spin coat、mask exposure、developmentでresist patternを形成し、その像をguideに下地をetchします。現像像に加え、転写後のCD、sidewall、top loss、residueまで測ります。

材料比較用のcheckpointはinputとoutputの間にあります。次表は本記事で使う試験設計例です。業界共通項目や合格値を示す場合は、対応する標準・製品仕様・fab仕様を追加します。

checkpoint	その時点の主な状態	記録する測定条件	次の工程へ渡す合格条件
incoming / dispense前	material ID、lot、保管・開封・供給履歴	supplier、product、lot、filter / dispense系、経過時間	同一材料として比較できるか
coat / PAB後	resist膜、underlayerとの界面、残留溶媒を減らしたmodel CAR膜	膜厚map、wafer位置、bake温度時間、queue time、surface / underlayer条件	露光前の初期状態がそろったか
exposure / PEB後	latent image、反応・拡散後の材料状態	scanner / mask、dose-focus条件、PEB有無と温度時間、PEB雰囲気	現像前の条件差を再現できるか
develop / rinse中	現像液へのionizationと膨潤、rinse液の乾燥過程	developer種と濃度、界面活性剤有無、rinse液、乾燥条件	倒れと残膜を材料要因へ割り当てられるか
after develop	空間的に残ったresist像	CD、profile、LER / LWR、欠陥分類rule、tool、sampling	etch maskとして受け渡せるか
after etch	下地へ転写された形状	after-etch CD / profile、after-developとの差、stack / recipe	resist像とpattern-transfer stackを分離できるか
level-to-level	前後level間のregistration	target、測定tool、wafer内位置、補正後残差	pattern placementの比較結果へ渡せるか

after-develop CDとafter-etch CDは測定対象が異なります。比較対象はunderlayer、film thickness、dose-focus、bake、developer、etch recipe、計測方法がそろったrowに限定します。工程別の装置と材料で工程位置を特定し、本記事で材料状態と測定位置を試験仕様へ落とし込みます。

露光前：塗布膜、underlayer、bake後の状態

露光前は「液体として届いた材料」と「wafer上で光を受ける膜」を別sample stateとして記録します。供給時のmaterial / lotと、塗布後の膜厚分布、edge側を含むwafer位置、underlayer、表面状態、bake温度時間、coatから露光までのqueue timeをsample IDへ結びます。材料差の原因候補にはmaterial / lotと膜・界面の初期状態の組み合わせを使います。

NIST・Sandia・IBMのmodel chemically amplified polymer resistでは、spin coat後にPAB、UV露光、PEB、現像、reactive-ion etchを行います。resist ID、PAB / PEB温度時間、露光後待ち時間、developer、etch条件を同じsample chainに記録します。

膜厚そのものが採否条件になる領域もあります。imecはHigh-NAで8 nm幅の線を作る場合、aspect ratio 2:1を保つために20 nmより薄いresist膜が要ると述べ、厚いresistではaspect ratioが上がりline collapseのriskが増すと述べています。同記事は、薄い膜では線の中の材料量がわずかになり、標準的な計測tool側のimage contrastが大きく下がるとも述べています。膜厚は解像度側の条件であると同時に、計測側の条件でもあります。

表面汚染やqueue timeを疑う場合は洗浄・表面前工程・再汚染管理の区分へ進み、incoming表面状態とcoat直前の待ち時間を同じrowへ記録します。

密着強化材、BARC、topcoatが作る露光前の初期条件

resist単体の性能比較で見落とされやすいのが、resistの下と上に入る補助材料です。Brewer Scienceは、下地からの反射がstanding waveとreflective notchingを生み、resist中のpattern fidelityを損なうと述べています。同社は193 nm向けBARCだけで50種以上を商用提供していると記載しています。

BARCとTARCは配置と機構が異なります。Brewer Scienceの記述では、TARCはresistとTARCの2膜の屈折率と膜厚だけで、干渉によって反射率を下げます。BARCは屈折率と膜厚に加えて光の吸収を使い、下地を非反射化します。同ページはwafer topographyによる局所膜厚変動がswing curve効果を通じてCDへ影響すると述べ、同じ工程で両者を使える場合はBARCのほうがCD controlとprocess windowで有利という自社比較を示しています。この比較の適用範囲は同社材料であり、他社stackを含むrowでは同社材料の試験結果として1列に限定します。

underlayerとtopcoatは供給側でもresistと別カテゴリになっています。JSRはmultilayer materialとしてunderlayerとtopcoatを挙げ、露光精度とetch耐性を上げる材料と記載しています。信越化学はphotoresistに加えてspin-on middle / under-layer hardmaskを提供すると記載しています。東京応化工業はphotoresist familyと並んでadhesion enhancing material、developer / rinse、thinner、stripping solutionを列挙しています。密着強化材はresist膜と下地の界面を作る材料なので、採否rowにはresist側の指標と一緒に表面処理条件を並記します。

underlayerの選択は計測側にも効果を持ちます。imecはHigh-NAで、underlayerの種類がSEM imaging contrastを良くする場合がある一方、計測のためにunderlayerを替えるとpattern transferへ影響すると述べています。同社はHigh-NA向けにresist、engineered underlayer、hardmask、選択比の高いetchのco-optimizationを挙げ、material screening、surface energy matching、physical characterization、interface engineeringを行うと述べています。

resistの前後に入る材料	変化する材料状態	出やすい症状	材料差を疑うときの測定
密着強化材（HMDS等）	resistと下地の界面、表面の濡れ性	現像・rinse区間での剥がれ、倒れ	同一resistでの表面処理split、倒れsite分布
BARC	下地反射、resist底部の露光量分布	standing wave、reflective notching	膜厚split、bottom CD、profile断面
TARC	resist上面での干渉条件	swing curve由来のCD変動	resist膜厚split、dose-focus matrix
underlayer / hardmask	界面のsurface energy、etch選択比、SEM像	after-etch形状差、SEM contrast低下	underlayer split、ADI / AEI差、imaging条件記録
topcoat（液浸等）	resist上面と露光媒体の間の層	露光精度とetch耐性側の差	topcoat有無split、after-develop / after-etch差

露光後：PAG、quencher、脱保護反応をPEBまで追う

露光直後のsample stateは現像前のlatent imageです。前掲のNIST・Sandia・IBM研究では、model CAR中のphotoacid generatorがUV露光で酸を生じ、PEB中の拡散と反応がpolymerのsolubility switchを起こし、現像でresist patternを残す流れを示しています。同研究はdeveloped line edge近傍のsurface composition profileがPEB時間に依存することも報告しています。

脱保護がどこまで進むかは、材料と熱履歴の組み合わせで決まります。NISTのdeprotection reaction front研究は、反応frontに影響する要因として、光で生じた酸の拡散、再生した酸のcatalytic length、resist polymerの組成、添加剤、温度、時間を挙げています。同研究は中性子・X線反射率で反応frontをnm精度で追い、現像後には下層側の表面でも追加の脱保護が起きたと報告しています。PEBの温度時間は、resist内部の化学profileを作る条件として記録します。

添加剤の役割はquencherで具体化します。NISTのmaterials limits研究は、photoacidのサイズ、初期copolymer組成、amine base quencherを振り、bilayer膜geometryで内部のdeprotection界面を中性子反射率と赤外分光で測っています。同研究は、resist chemistryと添加剤が酸拡散を通じてLERへ効果を持つ一方、理想的な露光image contrastと反応拡散frontの狭幅化を仮定してもLERに下限が残ると述べ、現像側でのresist応答のtuningに余地があると述べています。材料比較rowには、quencher量やPAG種のようなrecipe項目と、PEB温度時間・露光後待ち時間を同時に残します。

次の図は代表journeyと、各矢印の前後でsample stateを保存する位置を示します。

01 / 各段で決まるsample stateと測定条件

図1　同じ「CDが動いた」でも、どのsample stateで測った数字かで戻る条件が変わります。inspectとetch transferの間が測定分離点で、左側は塗布膜・化学像・現像像を作る条件、右側はpattern-transfer stackの条件です。代表flow・縮尺非対応で、PEBの有無と現像後に残る領域はchemistryとtoneで異なります。

図のinspect位置は、現像後resist像とetch後形状の測定分離点です。coatからetch transferまでを一つのrowとして記録し、各checkpointの物体名、測定tool、wafer座標を保持します。「露光完了」と「転写後のtarget形状」を別々の合否へ分けます。

現像とrinse：TMAH濃度、界面活性剤、倒れを材料要因へ割り当てる

現像はresist像の寸法と粗さが最後に決まる区間です。東京応化工業は、positive型photoresistの現像液としてTMAHを使い、濃度は一般に2.38%、プロセスに応じて各種濃度を用意し、rinse液には純水を使うと記載しています。富士フイルムは、界面活性剤の有無を選べる2.38 wt% TMAHのready-to-use品と、24.9% TMAH濃縮品、界面活性剤入りの10% TMAH品を挙げ、浸漬とinline track現像に向けた製品と記載しています。現像液のsplit条件は、TMAH濃度、界面活性剤の有無、供給形態（ready-to-use / 濃縮）の三つです。

現像液中でresist膜に何が起きるかは測定対象になります。NISTのinterfacial structure研究は、TMAH水溶液中でresist薄膜の化学平衡が非イオン形からイオン形へ移り、これが観測された膜の膨潤と溶解の両方の原因だと述べています。同研究はzero-average contrast immersion neutron reflectivityで塩基のprofileと膜全体の膨潤量を測り、溶解機構と最終的な表面粗さの相関を技術課題として挙げ、現像step由来のLER寄与を分けることを目的として掲げています。roughnessの原因候補に現像条件を入れる根拠はここにあります。

倒れ（pattern collapse）は現像とrinseの区間で出る症状で、材料側の候補が複数あります。膨潤と溶解は現像液と界面活性剤の条件、界面の保持力は密着強化材とunderlayer、線の形状比はresist膜厚とCDです。前掲のimec記述のとおり、aspect ratioが上がると線の倒れriskが増します。原因を一つへ割り当てるには、現像液濃度、界面活性剤有無、rinse条件、膜厚、underlayerのうち一つだけを動かしたsplit-lotと、倒れsiteのwafer内分布が要ります。coat / bake / develop装置の時刻・recipe logと欠陥mapのsite・検出時刻を同じrowで比べる場合はTEL LITHIUS Pro DICEの装置記事へ進みます。

g/i-line、KrF、ArF、EUVを材料familyで分ける

露光世代は材料candidateを絞る入口です。採否にはlayer用途、tone、stack、process windowを使います。前掲の東京応化工業の記載では、g / i-line、KrF、ArF、EUVのphotoresist familyにdeveloper / rinse、thinner、stripping solution、adhesion enhancing materialが組み合わされています。富士フイルムはbroadband、g-line、i-line、248 nm、193 nm dry / immersion、electron beam、EUVを材料familyで分け、EUVはnegative tone development向け材料と記載しています。

toneの区別は現像後に残る領域を決めます。positive toneは露光部を現像で除去し、negative toneは露光部をcrosslinkしてmask像にします。材料familyとtoneごとに、maskとなる領域、bake / developerの役割、中間測定を試験仕様へ落とし込みます。

露光世代	材料family	選定時に揃えるstack・process条件
g / i-line	JSR・TOK・Fujifilm・Qnityのg / i-line family	layer用途、tone、膜厚、scanner / aligner、developer、必要profile
KrF（248 nm）	JSR・TOK・Fujifilm・Qnityの248 nm family	substrate / underlayer、mask、dose-focus、bake、etch stack
ArF（193 nm）	JSR・TOK・Fujifilm・Qnityの193 nm dry / immersion	dry / immersion、topcoat等のstack、track条件、target pattern
EUV	CAR・MOR等のEUV family	low-NA / High-NA、resist family、underlayer、dose、stochastic試験、etch transfer

材料portfolioを同じstack条件で並べ替える

supplier比較は、露光波長、tone、resist family、underlayer / topcoat、developer / rinse、target patternへ各社の製品群を割り当てた表として作ります。各社の公式記載が示すのは対応範囲なので、比較rowでは対応範囲の列と自fabの試験結果の列を分けて保ちます。

supplier	公式記載にある対応範囲	同じsplitで測る量
JSR	EUV、ArF、KrF、i-line、g-line、underlayer / topcoat、CMP・洗浄材料	resist family、underlayer / topcoat、tone、dose-focus、bake、develop、etch stack
東京応化工業	g / i-line、KrF、ArF、EUV、developer / rinse、thinner、stripping、adhesion材	resist / chemical lot、film、track recipe、ADI / AEI、defect classification
FUJIFILM	broadband、g-line、i-line、248 nm、193 nm dry / immersion、electron beam、EUV	resist family、immersion / dry、topcoat、target pattern、RLS、etch transfer
信越化学	i-line、KrF、ArFからEUVまでのphotoresistとspin-on middle / under-layer hardmask	resist family、hardmask / underlayer、膜厚、ADI / AEI、pattern transfer
住友化学	感光性樹脂「スミレジスト」を半導体・回路基板向けに供給	layer用途、target pattern、膜厚、develop条件、defect classification
Qnity Electronics	436 nmから13.5 nmまで、feature 10 µmから10 nmまで、KrF / ArF / EUV product line	露光世代、immersion / dry、ancillary材料、ADI / AEI、etch transfer

表の各社が複数露光世代のportfolioを持つため、同じ社名のrow同士でも材料状態は別になります。target pattern、stack、tool、recipe、metrology、sample planをそろえ、CD、LER / LWR、defect、etch transfer、overlayの採否条件を同じqualification sheetで比べます。

supplier側の事業構成、拠点、製品系列の変遷といった企業情報は、JSR、東京応化工業、FUJIFILM Electronic Materialsの各企業研究ページ側にまとめてあります。上表の比較rowへ持ち込むのは、公式記載の対応範囲と自fabの測定条件までです。

現像後CDは測定位置ごとに別の量として記録する

CD比較には線幅やhole寸法に加えて測定位置が要ります。NISTのMetrology for Nanolithographyはpatternのshape、size、orientation、fidelityを測定対象とし、CD-SAXSをCD-SEM、CD-AFM、optical scatterometryを補完する方法として掲載しています。after-develop / after-etch、dense / isolated、line / hole、top / middle / bottom CD、wafer座標、tool、algorithmを記録します。

同じ「CD 20 nm」という数字でも、top CDとbottom CDでは材料側の解釈が異なります。bottom CDが細る場合はresist底部の露光量分布と下地反射、top CDが丸まる場合は現像とetch中のtop lossが候補になります。前掲のBrewer Science記述のとおり、下地反射はstanding waveとreflective notchingの原因になるため、bottom CD側の候補にはBARC条件が入ります。CD一つを比較rowに載せる場合も、測定高さと測定tool設定を同じ列に残します。

LERとLWRは別の量：規格が定める測定条件

よくある誤解は、LERとLWRをroughnessの別名として1列で比べることです。実際には測る量が別です。SEMI P47は、理想線（最良近似直線）からのline-edge位置のずれをline-edge roughness（LER）、局所線幅の変動をlinewidth roughness（LWR）と規定し、規格の範囲としてevaluation length（測る辺・線の長さ）とsampling intervalを挙げています。同規格はCD-SEMやAFMの2次元像から得るroughnessを対象とし、evaluation lengthが観測できる最低空間周波数を、sampling intervalが最高空間周波数を定めると記載しています。なおSEMI P47-0307（Reapproved 0513）のstatusはInactiveで、参照は可能な一方、現行の維持更新の対象からは除かれた区分です。社内規程へ引くときは、改訂状況を出典確認の項目に加えます。

数値の比較条件はさらに細かくなります。NISTのLER / LWR metrology reviewによると、RMS roughnessの真値は測定するedge / lineの長さと選んだsampling intervalに依存します。同reviewは、有限長の区間ごとにroughnessがばらつくためsampling errorが生じ、その期待値はroughnessのpower spectrum（PSD）の形に依存すると述べ、顕微鏡像のnoiseがrandomな測定誤差と系統的なbiasの両方を生むと述べています。同reviewはRMS以外の指標として、roughness amplitude density functionから線幅やedge位置の極値の起こりやすさを推定する方法にも触れています。

supplier比較rowには、RMS値と一緒にmeasurement length、sampling interval、画像取得条件、noise correction、edge detection / algorithm、site数を残します。この6項目のいずれかが異なるrow同士では、RMS差の中に測定条件差が混ざります。材料差の根拠にできるのは、6項目がそろったrow同士の比較に限ります。

確率的（stochastic）不良とRLSのtrade-off

平均CDが合っていても、個々のsiteで独立に起きる不良が歩留まりを支配する領域があります。imecは、stochastic printing failureをrandomで再現性がなく孤立した欠陥と述べ、microbridge、局所的なbroken line、contactのmissingとmergingを挙げています。同記事は原因として、波長13.5 nmでphoton数が減ることによるphoton shot-noise効果と、物質の分子的性質および相互作用の確率的な振る舞いの二つを挙げています。

同記事はfailure確率が急増する二つの領域を示しています。space CDやcontact CDが小さい側ではmicrobridgeとmissing contactが指数的に増え、大きい側ではbroken lineとmerging contactの確率が急増します。CDを片側へ動かすと一方のcliffから離れ、もう一方のcliffへ近づくため、CD centeringは欠陥種ごとの分布を並記して決めます。同記事は、CD-SEMがresist wafer・etch wafer双方と全種のstochastic failureに使える一方で観測面積に限りがあり、optical inspectionはwafer全面を走査できるものの、小さいstochastic failureをあらゆる下地で検出する感度は課題だと述べています。

dose設定はこの領域と直結します。NISTは、throughputを上げてcostを下げるためfabがdoseを下げたい一方、doseを下げるとphoton shot noiseとresistのunderexposureのriskが増し、どちらもLERを増やして歩留まりを下げると述べています。同projectはlateralとverticalの化学的不均一性の測定、soft X-ray分光と深さ方向profiling、現像中のroughness変化を追うreal-time AFMを課題に挙げています。

resolution、LER、sensitivityの三者はRLSと呼ばれるtrade-offを作ります。NISTのacid amplifier研究は、resolution、line edge roughness、sensitivityのtrade-offがEUVで特に難しい課題だと述べ、露光、photo-acid生成、acid amplificationの確率的な振る舞いを明示的に含めるようreaction-diffusion方程式を拡張したsimulationを使っています。imecは、初期開発段階からRLSに第4のparameterとしてfailureを加え、stochasticsで決まるprocess windowの広さを比較対象にすると述べています。材料比較rowにRLSの3項目だけを載せる場合、欠陥種別のfailure率が抜けます。

metal-oxide resistとdry resistで変化する材料状態と測定

材料系が替わると、記録すべきrecipe項目と測定対象も替わります。本節が対象にするのは、材料系が替わったときに材料状態と測定位置がどう動くかです。CAR、MOR、dry resist、MTRの用途別の使い分けはHigh-NA EUVレジスト比較側の担当範囲です。

Inpria（JSR company）は自社材料について、有機金属building blockが従来resistのpolymerより小さいこと、EUV光の吸収が多いためphoton shot noiseが下がること、conventional photoresistに特有の酸拡散機構を除くことで解像度が上がることを記載しています。これは同社材料についての自社記述で、適用範囲は同社材料のrowに限ります。読み取れるのは、CARで記録していた酸拡散・quencher・PEB拡散長というrecipe項目が、MORでは別の項目群に置き換わるという点です。

置き換わる項目の一例が公開されています。imecは2026年2月、metal-oxide resistのPEB雰囲気の酸素濃度を大気の21%から50%へ上げると、model MORと商用MORの双方でphoto-speedが15〜20%速くなったと発表しました。測定にはBEFORCE toolによる雰囲気制御下のintegrated photo-speed測定と、bake中の化学変化を追うintegrated FTIRを使っています。この結果はSPIE Advanced Lithography + Patterning 2026で公開されたもので、qualification sheetに「PEB雰囲気の酸素濃度」というfieldを足す根拠になります。

dry resistでは供給と現像の形態が替わります。Lamは自社のdry resistについて、EUVのresolution、productivity、yieldの改善、より低いdoseと高い解像度、exposure process windowの拡大、原料使用量が5分の1から10分の1になることを発表しています。この記述の適用範囲は同社のdry resistとその装置構成です。材料状態の側で確実に言えるのは、spin coatと液体現像を前提としたcheckpoint（塗布膜厚map、developer濃度、rinse液、乾燥条件）が、そのままでは同じ意味を持たなくなる点です。

材料系の違いは最終的に電気特性まで追えます。imecは2025年2月、single exposureのHigh-NA EUVで20 nm pitchのmetal lineをmetal-oxide negative toneのresistで形成し、metal化した構造で90%を超えるelectrical yieldを示したと発表しました。test構造はserpentine（meander）とfork-forkで、e-beam検査と電気導通測定を組み合わせてbreakとbridgeのstochastic欠陥を切り分けています。resist像の欠陥密度とelectrical failureを別のsample stateとして持ち、同じsite座標で対応付ける設計の実例です。

overlayとetch後形状をresist固有性能から分ける

overlayは異なるphotolithographic level間のregistrationです。NISTのOverlay Metrology reviewもlevel-to-level registrationを測定対象としています。前level target、current level、mark / target構造、wafer形状、scanner alignment、process-induced shift、測定tool、補正を一つのresult rowに含めます。材料変更lotでの変動は、この複合resultとして分類します。alignment側の項目を装置設定と一緒に比べる場合はBackside alignment / overlay metrologyの判定項目へ進みます。

etch resistanceの比較単位はpattern-transfer stackとrecipeです。JSRの製品pageはresist patternをguideに下地をetchするflowと、underlayer / topcoat等のmultilayer materialを示しています。imecはHigh-NAでresist、underlayer、hardmask、etchのco-optimizationを挙げています。after-etchのCD、sidewall、top loss、residueを一つのstack resultにし、エッチング側へresist mask条件とafter-develop dataを渡します。

次の図はafter-develop、after-etch、overlayを別の測定位置に分け、点線でsplit-lotの検証経路を示します。

02 / 動いた数字と最初に流すsplit-lot

図2　動いた数字がどの測定位置のものかで、最初に流すsplit-lotが決まります。after-etch CDとの差だけならunderlayer / etch stack、etch前から動いていればfilm・dose-focus・bake・developerを含むresist-image側です。破線はhypothesisのままの経路で、同一sample座標の相関と故障解析がそろって原因categoryへ昇格します。

after-develop CDがbaseline内でafter-etch CDとの差だけが動いた場合、最初のinspection setはetch stack / recipeです。etch前からCDやroughnessが動いた場合はfilm、dose-focus、bake、developerを含むresist-image側を先に調べます。原因categoryへの昇格条件は、同じwafer / site座標、split-lot、repeat、cross-sectionまたは適切なfailure analysisで同じ起点を得ることです。

CD-SEM、scatterometry、AFM、CD-SAXSが測る量を分ける

計測手段ごとに、得られる量とsample stateへの負荷が異なります。前掲のNIST Metrology for Nanolithographyは、CD-SAXSをCD-SEMに対して定量的にbenchmarkし、非破壊でburiedおよびfree-standingのpatternをsub-nm精度で測れる方法として位置付けています。NISTのCDSAXS projectは、これをnext generationのdimensional metrologyとして、gate-all-around transistor、3D-NAND、3D-DRAMのようなnanoscale構造のsizeとshape測定へ向けて開発していると記載しています。

測定手段	主に得る量	主なsample state	比較rowへ残す条件
CD-SEM	CD、LER / LWR、局所欠陥像	after-develop / after-etch	観測面積、site数、image条件、edge検出algorithm
optical inspection	wafer全面のdefect座標と分類	after-develop / after-etch	inspection mode、感度設定、下地、分母となる面積
optical scatterometry	周期patternの平均形状parameter	after-develop / after-etch	pattern周期、model仮定、fit残差
CD-AFM	2次元像由来のedge位置とprofile	after-develop / after-etch	探針形状、走査長、sampling interval
CD-SAXS	非破壊のshape / dimension、buried構造も対象	after-etch / 多層構造	構造周期、測定時間、解析model
e-beam＋電気導通	break / bridgeのelectrical failure	metal化後	test構造（serpentine / fork-fork）、測定面積

CD-SEMとoptical inspectionの使い分けは面積と感度の交換です。前掲のimec記述のとおり、CD-SEMは全種のstochastic failureへ使えるものの観測面積に限りがあり、optical inspectionはwafer全面を走査する代わりに小さい欠陥の検出感度が課題になります。materialのlot差を疑う段階ではwafer全面のmapが要り、欠陥種を分ける段階ではCD-SEM像が要ります。両者の結果を同じ列へ混ぜると、分母の異なるdefect密度同士を比べることになります。tool、inspection mode、観測面積、sampling、classification rule、review方法、分母という7項目を装置区分ごとに引き渡す場合は検査・計測・オーバーレイ装置の役割分担へ進みます。

sample correlationとfailure isolationの手順

量産採否のsample chainは材料状態と測定位置を共通keyにします。product / layer / target patternとbaseline stackを決め、各split-lotで動かす主要因を一つに限定します。材料、underlayer、bake、dose-focus、developer、etch、metrologyの主因を追跡します。

現場では次の順にfailure isolationを進めます。この順序の出所は、本記事で挙げた公開研究とimecの公開資料が示す測定分離点で、それを作業順に並べたものです。

target pattern、tone、exposure family、stack、完成合格位置をheaderのrequired fieldにする。
incomingからPAB後film、exposure / PEB、after-develop、after-etch、overlayまでwafer / site座標を保つ。
split-lotの主因を限定し、baseline lotを同時に流す。
ADIでCD、profile、LER / LWR、定義済みdefectを測り、AEIでCD / shapeとbiasを対応付ける。
差が再現したらlog、cross-section、surface characterization、defect reviewなど仮説に合うfailure analysisを加える。
sample correlationと独立repeatがそろった経路だけを合格window、monitor、変更管理へ反映する。

qualification sheetにはstate、measurement location、method、sampling、result、repeatability、decision owner、next testを残します。この表はプロセス担当と検査担当が同じ行を参照するための共通様式で、材料supplierへ再現試験を依頼する条件もこの行から作ります。欠陥分類ruleと分母の作り方を工程横断でそろえる場合は歩留まりと欠陥管理へ進みます。

次に比べる軸：dose 1点を動かしたときの二つのcliff

冒頭の誤解は、resist材料の性能を一つの表へ載せようとするところから生まれます。本記事の切り分けでは、塗布膜、latent image、現像像、etch後形状、registrationがそれぞれ別のsample stateであり、CD、LER / LWR、stochastic failure、overlayはそれぞれ別の測定位置に属します。材料lotを替えて数字が動いたときの最初の作業は、動いた数字がどのcheckpointで測られたかを特定することです。

次に比べる軸を一つ挙げるなら、doseを1点動かしたときにLWRとstochastic欠陥密度のどちらが先に動くか、そしてmicrobridge側とbroken line側のどちらのcliffへ近づくか、という軸です。前掲のNIST記述のとおりdose低減はshot noiseとunderexposureのriskを増やし、前掲のimec記述のとおりCDを片側へ動かすと反対側の欠陥種が増えます。同じresist、同じstack、同じ計測条件でdose splitを流し、LWRのRMSと欠陥種別の密度を同じsite座標で並記すると、材料portfolioの比較表は「感度が高い / 低い」の一列から、欠陥種ごとのprocess windowの形へ置き換わります。

この軸を追うときの公開情報の入手先も、材料側と計測側で別々になっています。SPIE Advanced Lithography + PatterningではAdvances in Patterning Materials and ProcessesとMetrology, Inspection, and Process Controlが別々のtopical conferenceとして開かれています。材料側の発表からはrecipe項目の候補が、計測側の発表からは同じ数字を比べるための測定条件が得られます。