LFLE（リソ・フリーズ・リソ・エッチ）とは

LFLE（リソ・フリーズ・リソ・エッチ）（Litho-Freeze-Litho-Etch）とは、最初のレジストパターンを溶けにくい状態へ固定し、その上で二回目のパターンを作ってから一緒に転写する方式です。 中間のエッチングを省く構成を使い、二つのパターンをレジストの段階で組み合わせます。省いたエッチングの代わりに、1回目のパターンが2回目の塗布と現像をそのままの形でくぐり抜けることが条件になります。二回目の塗布と現像で最初の形が変われば、密なパターンは成立しません。LFLEの成否は、固定の強さと材料どうしの相性で決まります。

1回目を固定し、2回目を重ねてからまとめて転写する

LFLEの工程

1回目のレジストを固定して2回目の塗布液と現像液に耐えさせ、その間に2回目の線を作ります。下地への転写は、両方の線がそろった後にまとめて行います。

一回目のレジストを露光・現像し、化学反応や熱処理によって固定します。二回目の塗布液と現像液へ耐える状態にして、二つ目のパターンを追加します。¹ 一回目の塗布、露光、現像、固定を行い、二回目の塗布、露光、現像へ進みます。両方のパターンがそろった後に下地へ転写します。²

固定の方法はいくつかあります。JSRのセルフフリーズ型ArFレジストは熱硬化の機能を持ち、加熱処理で材料そのものが硬くなり、2回目のレジストを塗っても溶けません²。最終ピッチ40 nmのLFLEでは、1回目のレジストパターンを高分子の安定化膜で固定した例があります³。ロチェスター工科大学の試作は、ポジ型レジストOiR-620を波長250 nmのUV光源で硬化させ⁴、その上にネガ型レジストNLOF-2020を重ねて、2種類のレジストを組み合わせた像を作りました。

JSRは、パターンが細かくなるほどフォトレジストが薄くなり、酸化膜を直接エッチングするのが難しくなるとしています。そこでレジストと酸化膜の間に有機と無機の2層のハードマスクを塗り、上の層から下の層へ順にエッチングして酸化膜を加工します²。

LELEとの違いは、2回目の露光のとき1回目のパターンがどこにあるか

2回目の露光直前の断面

LELEは1回目をエッチングで下地へ移してから2回目を塗り、LFLEは1回目をレジストのまま固定して2回目を塗ります。LFLEで2回目のレジストに耐えるのは、固定した1回目のレジストです。

マルチパターニングのLELE（リソ・エッチ・リソ・エッチ）は、1回目のパターンを途中で下地へ転写します。LFLEは標準のLELEから1回目のエッチング工程をなくした方式です⁵。1回目はレジストのまま残るため、溶剤への耐性と寸法保持が中間工程の条件になります。Brewer ScienceのLFLE評価は、開口数1.0の露光装置と四重極照明でパターンを作りました。

固定や下地が合わないと、1回目が溶け、裾引きや高さの差が出る

固定の良否と断面

1回目が2回目の塗布と現像で溶けると形が崩れます。反射防止膜の種類によっては、根元が広がる裾引きと、1回目と2回目のレジスト高さの差が出ます。

固定後に確認するのは、固定後の寸法と形、二回目の重ね合わせ、溶解・混合、転写後の寸法です。一回目の形を固定前後と二回目の現像後で比較し、重ね合わせのずれと、最初のレジストが膨潤・変形した影響を分けます。

不良はレジストだけでなく、下に敷く反射防止膜（BARC）との組み合わせからも出ます。Brewer Scienceは3種類のBARC（ARC 86、ARC 133、ARC 160）を、2種類のレジスト、固定用の薬液、その処理条件と組み合わせて評価しました。その断面では、ARC 160が強い裾引きと、1回目と2回目のパターニングの間のはっきりしたレジスト高さの差⁵を示しました。

線幅の揺らぎ（LWR）も、エッチングの前後で測ります。LFLE、EUV、SADP、ナノインプリントの比較ではCD-SEMの自動計測で画像を取り、1辺0.7〜0.8 µmの視野、1.36〜1.66 nmの画素でLWRの周波数成分を解析しました。LFLEとEUVでは、エッチング後に10〜100 µm⁻¹の中間周波数の揺らぎが抑えられました³。

JSRはトップコートを省けるセルフフリーズ型レジストを出した

JSRが紹介するセルフフリーズ型レジストは、製品技術の一例です。JSRは前の世代として、トップコートが要るセルフフリーズ型ArFレジストを出していました。トップコート不要の新しい材料では、1回目のリソグラフィ工程でトップコートの塗布を省けます²。JSRは開発の狙いを、多様化する需要への対応と半導体製造の工程コストの削減としています。同社は、この材料が露光装置の高速スキャンへの耐性も高め、顧客の生産性を上げるとしています。

大学の試作でも、LFLEは2種類のレジストを組み合わせて細い寸法を作れます。ロチェスター工科大学の試作は300 nm未満の間隔と300 nmの線幅を目標にし、ネガ型レジストで150 nm、ポジ型レジストで200 nmまでの寸法を解像し、間隔は200 nm未満になりました⁴。

中間転写を省けますが、材料の適合と固定の制御が増えます。転写後の寸法と欠陥まで確認して、LELEとの工程数と余裕を比較します。

よくある質問（FAQ）

LFLE（リソ・フリーズ・リソ・エッチ）は何をする工程ですか？

1回目のレジストパターンを溶けにくい状態へ固定し、その上で2回目のパターンを作ってから一緒に下地へ転写する方式です。LELEの1回目のエッチングを省く構成です。

どの段階で行いますか？

1回目の塗布、露光、現像、固定を行い、2回目の塗布、露光、現像へ進みます。両方のパターンがそろった後に下地へ転写します。固定には、加熱で硬化させるレジストや、パターンを安定させる高分子の塗布膜、UV照射などが使われます。

何を管理しますか？

固定後の寸法と形、2回目の重ね合わせ、溶解・混合、転写後の寸法を管理します。下層の反射防止膜との相性で、裾引きや1回目と2回目のレジスト高さの差が出ることがあります。

比較・違いを学ぶ

• マルチパターニング── 前後の工程と仕組みを調べる
• フォトレジスト── 前後の工程と仕組みを調べる

関連用語

• マルチパターニングとは
• フォトレジストとは
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出典

5件を表示

1. 1
   JSR Double Patterning Materials for Sub-40nm Applicationjsr.co.jp ・ 2026年10月12日閲覧 ↩
2. 2
   JSR Non-topcoat self-freezing ArF photoresistjsr.co.jp ・ 2026年10月12日閲覧 ↩abcd
3. 3
   eScholarship（カリフォルニア大学）：LFLE・EUV・SADP・NILのエッチ前後のLWR解析escholarship.org ↩ab
4. 4
   ロチェスター工科大学：LFLE工程の設計と評価repository.rit.edu ↩ab
5. 5
   Brewer Science：LFLE工程向けBARCの評価（Lithography Asia 2009 予稿）brewerscience.com ↩ab