Technologie poprawy rozdzielczości
Technologie zwiększania rozdzielczości to metody stosowane do modyfikowania fotomasek w procesach litograficznych wykorzystywanych do tworzenia układów scalonych (układów scalonych lub „chipów”) w celu skompensowania ograniczeń rozdzielczości optycznej systemów projekcyjnych. Procesy te pozwalają na tworzenie cech znacznie wykraczających poza granice, które normalnie miałyby zastosowanie ze względu na kryterium Rayleigha . Nowoczesne technologie pozwalają na tworzenie cech rzędu 5 nanometrów (nm), znacznie poniżej normalnej rozdzielczości możliwej przy użyciu głębokiego ultrafioletu (DUV).
Tło
Układy scalone powstają w wieloetapowym procesie zwanym fotolitografią . Proces ten rozpoczyna się od zaprojektowania układu scalonego jako serii warstw, które zostaną ułożone na powierzchni arkusza krzemu lub innego półprzewodnikowego , zwanego płytką .
Każda warstwa ostatecznego projektu jest wzorowana na fotomasce , która w nowoczesnych systemach składa się z cienkich linii chromu osadzonych na wysoko oczyszczonym szkle kwarcowym. Chrom jest używany, ponieważ jest wysoce nieprzezroczysty dla światła UV, a kwarc, ponieważ ma ograniczoną rozszerzalność cieplną pod wpływem intensywnego ciepła źródeł światła, a także jest wysoce przezroczysty dla światła ultrafioletowego . Maskę umieszcza się nad płytką, a następnie wystawia na działanie intensywnego źródła światła UV. Światło UV napędza reakcje chemiczne w cienkiej warstwie fotorezystu na powierzchni płytki, powodując fizyczne odtworzenie fotograficznego wzoru na płytce.
Kiedy światło pada na wzór taki jak na masce, występują efekty dyfrakcyjne . Powoduje to, że ostro skupione światło z lampy UV rozprzestrzenia się po drugiej stronie maski i staje się coraz bardziej nieostre wraz z odległością. We wczesnych systemach z lat 70. unikanie tych efektów wymagało umieszczenia maski w bezpośrednim kontakcie z płytką w celu zmniejszenia odległości między maską a powierzchnią. Kiedy maska była podnoszona, często zrywała powłokę ochronną i niszczyła tę płytkę. Tworzenie obrazu wolnego od dyfrakcji zostało ostatecznie rozwiązane dzięki systemom wyrównywania projekcji, które zdominowały produkcję chipów w latach 70. i wczesnych 80. XX wieku.
Nieustanne działanie prawa Moore'a ostatecznie osiągnęło granicę tego, z czym mogły sobie poradzić nakładki projekcyjne. Podejmowano wysiłki, aby wydłużyć ich żywotność, przechodząc na coraz wyższe długości fal UV, najpierw na DUV, a następnie na EUV, ale niewielkie ilości światła emitowanego na tych długościach fal sprawiły, że maszyny były niepraktyczne, wymagały ogromnych lamp i długich czasów naświetlania. Zostało to rozwiązane poprzez wprowadzenie stepperów , w których zastosowano maskę w znacznie większych rozmiarach i zastosowano soczewki w celu zmniejszenia obrazu. Systemy te były nadal ulepszane w sposób podobny do nakładek, ale pod koniec lat 90. również borykały się z tymi samymi problemami.
W tamtym czasie toczyła się poważna debata na temat tego, jak kontynuować przejście na mniejsze funkcje. Jednym z rozwiązań były systemy wykorzystujące lasery ekscymerowe w obszarze miękkiego promieniowania rentgenowskiego, ale były one niewiarygodnie drogie i trudne w obsłudze. W tym czasie zaczęto stosować poprawę rozdzielczości.
Podstawowy pomysł
Podstawową koncepcją leżącą u podstaw różnych systemów poprawy rozdzielczości jest kreatywne wykorzystanie dyfrakcji w niektórych miejscach w celu zrównoważenia dyfrakcji w innych. Na przykład, gdy światło ugina się wokół linii na masce, powstaje seria jasnych i ciemnych linii lub „pasm”. który rozłoży pożądany ostry wzór. Aby to zrównoważyć, osadzany jest drugi wzór, którego wzór dyfrakcyjny pokrywa się z pożądanymi cechami i którego pasma są ustawione tak, aby zachodziły na pierwotny wzór, aby uzyskać odwrotny efekt - ciemne na świetle lub odwrotnie. Dodaje się wiele elementów tego rodzaju, a połączony wzór tworzy pierwotną cechę. Zazwyczaj na masce te dodatkowe cechy wyglądają jak dodatkowe linie leżące równolegle do pożądanej cechy.
Dodawanie tych ulepszeń było obszarem ciągłego doskonalenia od początku XXI wieku. Oprócz stosowania dodatkowych wzorów, nowoczesne systemy dodają materiały z przesunięciem fazowym, wielokrotne wzory i inne techniki. Razem umożliwiły one dalsze zmniejszanie się rozmiaru obiektów do rzędów wielkości poniżej granicy dyfrakcji optyki.
Korzystanie z poprawy rozdzielczości
Tradycyjnie, po przekształceniu projektu układu scalonego w układ fizyczny , zweryfikowaniu synchronizacji i certyfikowaniu wielokątów jako czystych w DRC , układ scalony był gotowy do produkcji. Pliki danych reprezentujące różne warstwy zostały wysłane do sklepu z maskami, który użył sprzętu do pisania masek w celu przekształcenia każdej warstwy danych w odpowiednią maskę, a maski zostały wysłane do fabryki, gdzie były używane do wielokrotnego wytwarzania projektów z krzemu. W przeszłości tworzenie układu scalonego było końcem zaangażowania automatyzacji projektowania elektronicznego .
Jednak zgodnie z prawem Moore'a doprowadził funkcje do coraz mniejszych wymiarów, nowe efekty fizyczne, które w przeszłości można było skutecznie ignorować, teraz wpływają na cechy formowane na płytce krzemowej. Więc chociaż ostateczny układ może odzwierciedlać to, co jest pożądane w krzemie, układ może nadal podlegać radykalnym zmianom za pomocą kilku narzędzi EDA, zanim maski zostaną wyprodukowane i wysłane. Zmiany te są wymagane, aby nie wprowadzać żadnych zmian w urządzeniu zgodnie z projektem, ale po prostu umożliwić sprzętowi produkcyjnemu, często kupowanemu i optymalizowanemu pod kątem tworzenia układów scalonych jedną lub dwie generacje wstecz, dostarczanie nowych urządzeń. Zmiany te można sklasyfikować jako dwojakiego rodzaju.
Pierwszym rodzajem jest korekcja zniekształceń, a mianowicie wstępna kompensacja zniekształceń nieodłącznie związanych z procesem produkcyjnym, czy to z etapu przetwarzania, takiego jak: fotolitografia , trawienie, planaryzacja i osadzanie. Zniekształcenia te są mierzone i dopasowywany jest odpowiedni model, a kompensacja jest przeprowadzana zwykle za pomocą algorytmu opartego na regule lub modelu. W przypadku zastosowania do zniekształceń drukowania podczas fotolitografii, ta kompensacja zniekształceń jest znana jako optyczna korekcja bliskości (OPC).
Drugi rodzaj ulepszenia celownika polega na rzeczywistej poprawie możliwości produkcyjnych lub rozdzielczości procesu. Przykłady tego obejmują:
| Technika RET | Poprawa możliwości produkcyjnych |
|---|---|
| Rozrzucające się paski | Funkcje pomocnicze rozdzielczości, które poprawiają głębię ostrości pojedynczych funkcji. |
| Maska przesunięcia fazowego | Wytrawianie kwarcu z niektórych obszarów maski (alt-PSM) lub zastępowanie chromu warstwą krzemku molibdenu z przesunięciem fazowym (osłabiony osadzony PSM) w celu poprawy kontroli CD i zwiększenia rozdzielczości |
| Podwójne lub wielokrotne wzornictwo | Obejmuje rozkładanie projektu na wiele masek, aby umożliwić drukowanie węższych podziałek. |
Dla każdej z tych technik poprawy produktywności istnieją pewne układy, których nie można ulepszyć lub które powodują problemy podczas drukowania. Są one klasyfikowane jako niezgodne układy. Można ich uniknąć na etapie projektowania – stosując na przykład radykalnie restrykcyjne zasady projektowania i/lub tworząc dodatkowe kontrole DRC, jeśli to konieczne. Zarówno kompensacje litograficzne, jak i ulepszenia produktywności są zwykle zgrupowane pod nagłówkiem Techniki zwiększania rozdzielczości (RET). Takie techniki były stosowane od czasu węzła 180 nm i stały się bardziej agresywne jako minimalny rozmiar obiektu, ponieważ spadł znacznie poniżej długości fali obrazowania, obecnie ograniczonej do 13,5 nm.
Jest to ściśle związane i stanowi część bardziej ogólnej kategorii projektowania pod kątem możliwości produkcyjnych (IC) lub DFM.
Po RET następnym krokiem w przepływie EDA jest zwykle przygotowanie danych maski .
Zobacz też
- Electronic Design Automation For Integrated Circuits Handbook , Lavagno, Martin i Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 Badanie dziedziny, z której pochodzi to podsumowanie, za zgodą.