Технологии повышения разрешения
Технологии повышения разрешения — это методы, используемые для модификации фотошаблонов в процессах литографии , используемых для изготовления интегральных схем (ИС или «чипов»), чтобы компенсировать ограничения оптического разрешения проекционных систем. Эти процессы позволяют создавать функции, выходящие далеко за пределы, которые обычно применяются в соответствии с критерием Рэлея . Современные технологии позволяют создавать объекты размером порядка 5 нанометров (нм), что намного ниже обычного разрешения, возможного при использовании глубокого ультрафиолета (DUV).
Фон
[ редактировать ]Интегральные схемы создаются в ходе многоэтапного процесса, известного как фотолитография . Этот процесс начинается с проектирования схемы ИС в виде серии слоев, которые будут нанесены на поверхность листа кремния или другого полупроводникового материала, известного как пластина .
Каждый слой окончательного дизайна нанесен на фотомаску , которая в современных системах состоит из тонких линий хрома, нанесенных на высокоочищенное кварцевое стекло. Хром используется потому, что он очень непрозрачен для ультрафиолетового света, а кварц потому, что он имеет ограниченное тепловое расширение под воздействием интенсивного тепла источников света, а также очень прозрачен для ультрафиолетового света. Маска накладывается на пластину и затем подвергается воздействию интенсивного источника ультрафиолетового света. При наличии надлежащей системы оптического изображения между маской и пластиной (или при отсутствии системы формирования изображения, если маска расположена достаточно близко к пластине, например, в ранних литографических машинах), рисунок маски отображается на тонком слое фоторезиста на поверхности Пластина и часть фоторезиста, подвергающаяся воздействию света (УФ или EUV), подвергаются химическим реакциям, в результате чего на пластине физически создается фотографический рисунок.
Когда свет падает на узор, подобный узору на маске, дифракции возникает эффект . Это приводит к тому, что резко сфокусированный свет УФ-лампы распространяется на дальнюю сторону маски и на расстоянии становится все более расфокусированным. В ранних системах 1970-х годов для предотвращения этих эффектов требовалось, чтобы маска находилась в прямом контакте с пластиной, чтобы уменьшить расстояние от маски до поверхности. Когда маску снимали, она часто отрывала резистное покрытие и разрушала пластину. Создание изображения без дифракции в конечном итоге было решено с помощью систем выравнивания проекций , которые доминировали в производстве чипов в 1970-х и начале 1980-х годов.
Неустанная сила закона Мура в конечном итоге достигла предела возможностей, с которыми могли справиться устройства для выравнивания проекций. Были предприняты попытки продлить срок их службы за счет перехода на все более высокие длины волн УФ-излучения, сначала к DUV, а затем к EUV, но небольшое количество света, излучаемого на этих длинах волн, сделало эти машины непрактичными, требуя огромных ламп и длительного времени выдержки. Проблема была решена за счет внедрения степперов , в которых использовалась маска гораздо больших размеров и использовались линзы для уменьшения изображения. Эти системы продолжали совершенствоваться так же, как и элайнеры, но к концу 1990-х годов они также столкнулись с теми же проблемами.
В то время шли серьезные споры о том, как продолжить переход к более мелким функциям. Одним из решений были системы, использующие эксимерные лазеры в области мягкого рентгеновского излучения, но они были невероятно дорогими и с ними было сложно работать. Именно в это время начали использовать повышение разрешения.
Основная концепция
[ редактировать ]Основная концепция, лежащая в основе различных систем повышения разрешения, заключается в творческом использовании дифракции в определенных местах для компенсации дифракции в других. Например, когда свет преломляется вокруг линии на маске, образуется серия ярких и темных линий или «полос». это позволит распространить желаемый резкий узор. Чтобы компенсировать это, наносится второй рисунок, чья дифракционная картина перекрывается с желаемыми элементами, а полосы которого расположены так, чтобы перекрывать исходный рисунок, чтобы произвести противоположный эффект - темное на светлое или наоборот. Добавляется несколько элементов такого типа, и объединенный шаблон создает исходный элемент. Обычно на маске эти дополнительные признаки выглядят как дополнительные линии, лежащие параллельно искомому признаку.
Добавление этих функций улучшения было областью постоянного улучшения с начала 2000-х годов. Помимо использования дополнительного рисунка, современные системы добавляют фазосдвигающие материалы, множественный рисунок и другие методы. Вместе они позволили размеру объекта продолжать уменьшаться до порядков ниже дифракционного предела оптики.
Использование повышения разрешения
[ редактировать ]Традиционно, после того как проект микросхемы был преобразован в физическую компоновку , проверены сроки и сертифицированы как DRC-чистые полигоны , микросхема была готова к изготовлению. Файлы данных, представляющие различные слои, отправлялись в мастерскую по изготовлению масок, где использовалось оборудование для записи масок для преобразования каждого слоя данных в соответствующую маску, а маски отправлялись на фабрику, где они использовались для многократного изготовления кремниевых конструкций. В прошлом создание макета ИС заканчивало использование средств автоматизации электронного проектирования .
Однако, поскольку закон Мура привел к уменьшению размеров элементов, новые физические эффекты, которые раньше можно было эффективно игнорировать, теперь влияют на элементы, формирующиеся на кремниевой пластине. Таким образом, даже несмотря на то, что окончательный макет может представлять собой то, что требуется от кремния, макет все равно может подвергнуться значительным изменениям с помощью нескольких инструментов EDA, прежде чем маски будут изготовлены и отправлены. Эти изменения необходимы не для внесения каких-либо изменений в устройство в том виде, в каком оно было спроектировано, а просто для того, чтобы позволить производственному оборудованию, часто приобретаемому и оптимизированному для создания микросхем, отстающих на одно или два поколения, поставлять новые устройства. Эти изменения можно разделить на два типа.
Первый тип — это коррекция искажений, а именно предварительная компенсация искажений, присущих производственному процессу, будь то на этапе обработки, например: фотолитография , травление, планаризация и осаждение. Эти искажения измеряются и подбираются подходящие модели, компенсация обычно выполняется с использованием алгоритма, основанного на правиле или модели. Применительно к искажениям печати во время фотолитографии эта компенсация искажений известна как оптическая коррекция близости (OPC).
Второй тип улучшения прицела предполагает фактическое улучшение технологичности или разрешения процесса. Примеры этого включают:
| РЭТ Технический | Улучшение технологичности |
|---|---|
| Рассеивающие полосы | Вспомогательные функции субразрешения, которые улучшают глубину резкости изолированных объектов. |
| Маска фазового сдвига | Травление кварца в определенных областях маски (альт-PSM) или замена хрома фазосдвигающим слоем силицида молибдена (ослабленный встроенный PSM) для улучшения контроля CD и увеличения разрешения. |
| Двойной или множественный рисунок | Включает в себя разложение дизайна на несколько масок, чтобы можно было печатать с более мелким шагом. |
Для каждого из этих методов повышения технологичности существуют определенные макеты, которые либо невозможно улучшить, либо вызывают проблемы при печати. Они классифицируются как несоответствующие макеты. Их избегают либо на этапе проектирования — используя, например, радикально ограничительные правила проектирования и/или создавая дополнительные проверки DRC, если это необходимо. Как литографические компенсации, так и улучшения технологичности обычно группируются под заголовком «Методы повышения разрешения» (RET). Такие методы использовались с момента создания узла 180 нм и стали более агрессивно использоваться, поскольку минимальный размер элемента стал значительно ниже длины волны изображения, которая в настоящее время ограничена 13,5 нм. [1]
Это тесно связано с более общей категорией проектирования технологичности (IC) или DFM и является ее частью.
После RET следующим шагом в потоке EDA обычно является подготовка данных маски .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- Справочник по автоматизации проектирования электронных систем для интегральных схем , автор: Лаваньо, Мартин и Шеффер, ISBN 0-8493-3096-3 Исследование области, на основе которой было получено это резюме, с разрешения.