結論:ArF露光(193nm)とKrF露光(248nm)の違いは?
ArF露光とKrF露光の最大の違いは「光源の波長」です。ArFはフッ化アルゴンエキシマレーザーの193nmで、投影レンズとウェハの間に純水を挿入する液浸(ArFi)で実効NA>1を実現し、45nm〜20nmノード、マルチパターニング併用で7nm前後まで対応します。KrFはフッ化クリプトンの248nmで液浸には非対応、250nm〜130nmの成熟ノードや先端デバイスの非クリティカル層で現役です。
比較表
| 観点 | ArF露光(193nm) | KrF露光(248nm) |
|---|---|---|
| 光源レーザー・波長 | フッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザー:193nm | フッ化クリプトン(KrF)エキシマレーザー:248nm |
| 液浸露光 | ArFi(液浸):投影レンズ-ウェハ間に純水(n=1.44)を挿入し実効NA>1を実現 | 液浸非対応(ドライ露光のみ) |
| 解像度(目安) | ドライ:90nm前後、ArFi液浸:45nm〜20nmノード対応(マルチパターニング併用で7nm前後まで) | 250nm〜130nm前後が主な適用ノード |
| 適用ノード | 先端ロジック(7nm〜)・DRAM・NAND(クリティカル/一部非クリティカル層) | 成熟ノード(250nm〜130nm)・先端デバイスの非クリティカル層 |
| マルチパターニング | SADP/SAQP・LELELE等と組合せ微細化。EUV普及後も補完的に大量使用 | 主に単一または二重露光(LELE)程度で使用 |
| フォトレジスト | 化学増幅型ArFレジスト(CAR)・EUVとは別設計 | 化学増幅型KrFレジスト(CAR) |
| 代表装置メーカー | ASML(NXTシリーズ:NXT:2100i等)・ニコン(NSRシリーズ)・キヤノン(FPA-8300iZ等) | ASML(PAS 5500シリーズ)・ニコン・キヤノン |
| 装置価格(目安) | ArFi液浸機:数十億円〜100億円超(機種・仕様で大幅に異なる) | ArFより相対的に低価格。中古市場でも流通 |
EUV普及後もArFとKrFが現役な理由
EUVはゲート・コンタクト・ビアなどクリティカル層に集中投入されますが、1枚のウェハを完成させるには100工程以上の露光が必要で、その多くはArFやKrFで担われます。先端3nmロジックでもEUV使用はせいぜい全露光工程の20〜30%程度とされており、残りはArFi(多重露光)とKrFです。コスト・スループット・装置台数の観点からも、ArFとKrFは今後も半導体ファブの主力装置であり続けます。
ArFiとは何か:液浸ArF露光の仕組み
ArFi(ArF液浸)は、投影レンズとウェハの間に屈折率n=1.44の純水を充填することで、空気中(n=1.0)より高いNAを実現する露光技術です。NAはn×sinθで決まるため、純水中では同じレンズ角度でも解像度が44%向上します。ASMLのNXT:2100iはNA=1.35で、300WPH超のスループットを実現しています。ArFiはSADPやSAQPと組み合わせると7nmノード前後まで対応でき、EUVが普及した現在もロジック・DRAM・NANDの主力露光技術です。