Компьютерная литография

Вычислительная литография (также известная как вычислительное масштабирование ) — это набор математических и алгоритмических подходов, предназначенных для улучшения разрешения, достижимого с помощью фотолитографии . Вычислительная литография вышла на передний план технологий фотолитографии в 2008 году, когда полупроводниковая промышленность столкнулась с проблемами, связанными с переходом на 22-нанометровый процесс микропроизводства КМОП , и стала инструментом дальнейшего сокращения узлов проектирования и топологии производства полупроводниковых транзисторов.

История

Компьютерная литография означает использование компьютеров для моделирования печати микролитографических структур. провели Крис Мак Новаторскую работу над PROLITH из АНБ , Рик Дилл из IBM и Энди Нойройтер из Калифорнийского университета в Беркли в начале 1980-х годов. Эти инструменты были ограничены оптимизацией процесса литографии, поскольку алгоритмы были ограничены несколькими квадратными микрометрами резиста. Коммерческая полночиповая оптическая коррекция близости (OPC) с использованием модельных форм была впервые реализована компаниями TMA (ныне дочерняя компания Synopsys ) и Numerical Technologies (также часть Synopsys) примерно в 1997 году. ^[1]

С тех пор рынок и сложность значительно выросли. С переходом к субволновой литографии на узлах 180 и 130 нм методы RET, такие как функции Assist и маски фазового сдвига, начали использоваться вместе с OPC. При переходе с 65-нм на 45-нм узлы клиенты беспокоились не только о том, что правил проектирования недостаточно, чтобы гарантировать печать без «горячих точек», ограничивающих производительность, но и о том, что время вывода на пленку может потребовать тысяч процессоров или недель времени работы. Это предсказанное экспоненциальное увеличение вычислительной сложности синтеза масок при переходе на технологический узел 45 нм привело к значительным инвестициям венчурного капитала в проектирование для начинающих производственных компаний. ^[2]

Начал появляться ряд стартапов, продвигающих свои собственные революционные решения этой проблемы, методы от специального аппаратного ускорения до радикально новых алгоритмов, таких как обратная литография, рекламировались для устранения предстоящих узких мест. Несмотря на эту активность, действующие поставщики OPC смогли адаптироваться и сохранить своих основных клиентов, при этом RET и OPC использовались вместе, как и в предыдущих узлах, но теперь на большем количестве слоев и с большими файлами данных, а проблемы времени оборота были решены с помощью новых алгоритмов. и усовершенствования многоядерных процессоров. Термин «компьютерная литография» впервые был использован компанией Brion Technology (ныне дочерней компанией ASML ) в 2005 году. ^[3] для продвижения своей платформы моделирования полночиповой литографии с аппаратным ускорением. С тех пор этот термин стал использоваться в отрасли для описания решений по полному синтезу масок кристалла. Поскольку 45-нм технология запущена в полное производство, а внедрение EUV-литографии отложено, ожидается, что 32-нм и 22-нм будут работать на существующей технологии сканеров 193 нм.

Теперь речь идет не только о пропускной способности и возможностях, но и о новых методах вычислительной литографии, таких как оптимизация исходной маски (SMO), которые рассматриваются как способ добиться лучшего разрешения, специфичного для данного проекта. Сегодня все основные поставщики синтеза масок остановились на термине «вычислительная литография» для описания и продвижения набора технологий синтеза масок, необходимых для 22 нм.

Методы, включающие компьютерную литографию

Компьютерная литография использует ряд численных моделей для улучшения характеристик (разрешения и контрастности) современных фотошаблонов. Комбинированные методы включают технологию повышения разрешения (RET), оптическую коррекцию близости (OPC), оптимизацию маски источника (SMO) и т. д. ^[4] Методы различаются с точки зрения их технической осуществимости и инженерной целесообразности, что приводит к принятию одних и постоянным исследованиям и разработкам других. ^[5]

Технология повышения разрешения

Технологии повышения разрешения , впервые использованные в поколении 90 нанометров , используют математику дифракционной оптики для определения многослойных фотошаблонов с фазовым сдвигом , которые используют интерференционные картины в фотомаске, которые повышают разрешение на поверхности напечатанной пластины.

Оптическая коррекция близости

Оптическая коррекция близости использует вычислительные методы для противодействия эффектам размытия и недоэкспонирования, связанных с дифракцией, путем изменения геометрии маски с помощью таких средств, как: регулировка ширины линий в зависимости от плотности окружающей геометрии (след, окруженный большой открытой областью, будет переэкспонирован по сравнению с тем же следом, окруженным плотным узором), добавление заглушек в виде собачьей кости в конце строк, чтобы предотвратить укорочение строки, корректировка эффектов близости электронного луча

OPC можно разделить на основанные на правилах и основанные на моделях. ^[6] Технология обратной литографии , которая рассматривает OPC как задачу обратной визуализации, также является полезным методом, поскольку она может создавать неинтуитивные шаблоны масок. ^[7]

Комплексное моделирование системы линз и фоторезиста

Помимо моделей, используемых для RET и OPC, компьютерная литография пытается улучшить технологичность и производительность чипов, например, за счет использования сигнатуры сканера для повышения точности модели OPC: ^[8] поляризационные характеристики зрачка линзы, матрица Джонса шаговой линзы, оптические параметры стопки фоторезиста , диффузия через фоторезист, переменные управления освещенностью шагового двигателя.

Вычислительные усилия

Вычислительные усилия, стоящие за этими методами, огромны. По одной из оценок, расчеты, необходимые для корректировки геометрии OPC с учетом изменений фокуса и экспозиции современной интегральной схемы, займут примерно 100 процессоро-лет компьютерного времени. ^[9] Сюда не входит моделирование трехмерной поляризации источника света или любой из нескольких других систем, которые необходимо моделировать в процессах изготовления производственных вычислительных фотолитографических масок. Brion Technologies, дочерняя компания ASML , продает стоечный аппаратный ускоритель, предназначенный для выполнения вычислительных литографических расчетов — цех по изготовлению масок может приобрести большое количество своих систем для параллельной работы. Другие заявляли о значительном ускорении при использовании модернизированных готовых видеокарт, обеспечивающих высокую параллельную пропускную способность. ^[10]

УФ-фотолитография с длиной волны 193 нм

Периодическое повышение разрешения, достигаемое с помощью фотолитографии, было движущей силой закона Мура . меньшую геометрию Улучшения разрешения позволяют печатать на интегральных схемах . Минимальный размер объекта, который может напечатать проекционная система, обычно используемая в фотолитографии, примерно определяется как:

CD=k_{1}\cdot {\frac {\lambda }{NA}}

где

$CD$ — минимальный размер объекта (также называемый критическим размером ).
$\lambda$ длина волны используемого света.
$NA$ — числовая апертура линзы, если смотреть с пластины.
$k_{1}$ (обычно называемый фактором k1 ) — это коэффициент, который инкапсулирует факторы, связанные с процессом.

Исторически повышение разрешения в фотолитографии достигалось за счет перехода от шаговых источников освещения к все меньшим и меньшим длинам волн — от источников «g-линии» (436 нм) и «i-линии» (365 нм) на основе ртутных ламп до современные системы на основе глубокого ультрафиолета эксимерных лазеров на длине волны 193 нм. Однако переход к еще более тонким источникам длин волн застопорился из-за неразрешимых проблем, связанных с литографией в крайнем ультрафиолете и рентгеновской литографией , что вынуждает производителей полупроводников расширять существующие системы оптической литографии с длиной волны 193 нм до тех пор, пока некая форма литографии следующего поколения не окажется жизнеспособной (хотя Также на рынке имеются шаговые двигатели на 157 нм, стоимость которых оказалась непомерно высокой (50 миллионов долларов каждый). ^[11] Попытки улучшить разрешение за счет увеличения числовой апертуры привели к использованию иммерсионной литографии . Поскольку дальнейшее улучшение разрешения за счет уменьшения длины волны или увеличения числовой апертуры стало либо технически сложным, либо экономически нецелесообразным, большое внимание уделялось уменьшению коэффициента k1. Фактор k1 можно уменьшить за счет усовершенствований процесса, таких как фотомаски с фазовым сдвигом . Эти методы позволили осуществлять фотолитографию на 32-нанометровом технологическом узле КМОП с использованием длины волны 193 нм (глубокий ультрафиолет). Однако, поскольку дорожная карта ITRS предусматривает использование 22-нм узла к 2011 году, исследователям фотолитографии пришлось разработать дополнительный набор улучшений, чтобы сделать 22-нм технологию технологической. ^[12] Хотя в течение некоторого времени наблюдается рост масштабов математического моделирования, объем и стоимость этих расчетов оправдывают использование нового термина для обозначения меняющегося ландшафта: компьютерная литография.

См. также

Международная технологическая дорожная карта для полупроводников

Ссылки

^ «Крупный производитель полупроводников в США выбирает TMA для программного обеспечения OPC» , PRNewswire , 16 октября 1997 г. ^{[ мертвая ссылка ]}
^ МакГрат, Дилан (16 декабря 2005 г.), «DFM увеличивает громкость» , EETimes
^ МакГрат, Дилан (12 февраля 2005 г.), «Поставщик литографического моделирования открывает японский филиал» , EETimes
^ ЛаПедус, Марк (17 сентября 2008 г.), «IBM внедряет «вычислительное масштабирование» для литографии на 22 нм» , EETimes
^ Э. Лам; А. Вонг (2009), «Вычислительная литография: виртуальная реальность и виртуальная виртуальность» , Optics Express , 17 (15): 12259–12268, Bibcode : 2009OExpr..1712259L , doi : 10.1364/OE.17.012259 , hdl : 10722/62090 , PMID 19654627
^ А. Вонг (2001), Методы повышения разрешения в оптической литографии , SPIE Press.
^ С. Чан; А. Вонг; Э. Лам (2008), «Инициализация для надежного обратного синтеза фазосдвигающих масок в оптической проекционной литографии» , Optics Express , 16 (19): 14746–14760, Bibcode : 2008OExpr..1614746C , doi : 10.1364/OE.16.014746 , PMID 18795012
^ Хэнд, Аарон (ноябрь 2007 г.), «Nikon и Synopsys выполняют обещание Advanced OPC» , Semiconductor International , заархивировано из оригинала 09 августа 2009 г. , получено 15 января 2010 г.
^ Уайли, Джим (май 2006 г.), «Будущие задачи в области вычислительной литографии» , Solid State Technology.
^ ЛаПедус, Марк (25 февраля 2008 г.), «Гауда заявляет о прорыве в ускорении OPC». , ЭЭ Таймс
^ «Технология улучшения прицельной сетки продлит срок службы литографии с длиной волны 193 нм» , Electronics Weekly , 25 февраля 2004 г.
^ Моретти, Гейб (13 октября 2008 г.), «Производство 22-нм микросхем по индивидуальному заказу» , EETimes , заархивировано из оригинала 22 января 2013 г.

[TMA1997-1] «Крупный производитель полупроводников в США выбирает TMA для программного обеспечения OPC» , PRNewswire , 16 октября 1997 г. ^{[ мертвая ссылка ]}

[DylanMcGrathDFM2005-2] МакГрат, Дилан (16 декабря 2005 г.), «DFM увеличивает громкость» , EETimes

[DylanMcGrath2005-3] МакГрат, Дилан (12 февраля 2005 г.), «Поставщик литографического моделирования открывает японский филиал» , EETimes

[LaPedus2008-4] ЛаПедус, Марк (17 сентября 2008 г.), «IBM внедряет «вычислительное масштабирование» для литографии на 22 нм» , EETimes

[LamWong2009-5] Э. Лам; А. Вонг (2009), «Вычислительная литография: виртуальная реальность и виртуальная виртуальность» , Optics Express , 17 (15): 12259–12268, Bibcode : 2009OExpr..1712259L , doi : 10.1364/OE.17.012259 , hdl : 10722/62090 , PMID 19654627

[opc-6] А. Вонг (2001), Методы повышения разрешения в оптической литографии , SPIE Press.

[sectioning-7] С. Чан; А. Вонг; Э. Лам (2008), «Инициализация для надежного обратного синтеза фазосдвигающих масок в оптической проекционной литографии» , Optics Express , 16 (19): 14746–14760, Bibcode : 2008OExpr..1614746C , doi : 10.1364/OE.16.014746 , PMID 18795012

[SynopsysNikon2007-8] Хэнд, Аарон (ноябрь 2007 г.), «Nikon и Synopsys выполняют обещание Advanced OPC» , Semiconductor International , заархивировано из оригинала 09 августа 2009 г. , получено 15 января 2010 г.

[Wiley2006-9] Уайли, Джим (май 2006 г.), «Будущие задачи в области вычислительной литографии» , Solid State Technology.

[Gauda2008-10] ЛаПедус, Марк (25 февраля 2008 г.), «Гауда заявляет о прорыве в ускорении OPC». , ЭЭ Таймс

[Electronics2004-11] «Технология улучшения прицельной сетки продлит срок службы литографии с длиной волны 193 нм» , Electronics Weekly , 25 февраля 2004 г.

[Moretti2008-12] Моретти, Гейб (13 октября 2008 г.), «Производство 22-нм микросхем по индивидуальному заказу» , EETimes , заархивировано из оригинала 22 января 2013 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]