Вычислительная литография

Эта статья может быть слишком технической, чтобы ее могло понять большинство читателей . Пожалуйста, помогите улучшить его, чтобы он был понятен неспециалистам , не удаляя технические детали. ( Декабрь 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Вычислительная литография (также известная как вычислительное масштабирование ) - это набор математических и алгоритмических подходов, предназначенных для улучшения разрешения, достигаемого с помощью фотолитографии . Вычислительная литография вышла на передний план фотолитографии в 2008 году, когда полупроводниковая промышленность столкнулась с проблемами, связанными с переходом на 22-нанометровую КМОП- технологию и за ее пределами.

УФ-фотолитография с глубиной 193 нм [ править ]

Периодическое повышение разрешения, достигаемое с помощью фотолитографии , было движущей силой закона Мура . Улучшение разрешения позволяет печатать меньшие геометрические размеры на интегральной схеме . Минимальный размер элемента, который может печатать проекционная система, обычно используемая в фотолитографии, приблизительно определяется следующим образом:

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

где

${\ displaystyle \, CD}$- минимальный размер элемента (также называемый критическим размером ).

${\ displaystyle \, \ lambda}$это длина волны света , используемая.

${\ displaystyle \, NA}$- числовая апертура линзы, если смотреть с пластины.

${\ displaystyle \, k_ {1}}$(обычно называемый коэффициентом k1 ) - это коэффициент, который инкапсулирует факторы, связанные с процессом.

Исторически повышение разрешения в фотолитографии достигалось за счет перехода от источников шагового освещения к все меньшим и меньшим длинам волн - от источников «g-line» (436 нм) и «i-line» (365 нм) на основе ртутных ламп до источников света. современные системы на основе источников эксимерных лазеров глубокого ультрафиолета на длине волны 193 нм. Однако переход к источникам с более тонкими длинами волн остановился из-за неразрешимых проблем, связанных с литографией в крайнем ультрафиолете и рентгеновской литографией , что вынудило производителей полупроводников расширить существующие системы оптической литографии на 193 нм до некоторой формы литографии следующего поколенияоказывается жизнеспособным (хотя шаговые двигатели 157 нм также были проданы, они оказались непомерно дорогими - 50 миллионов долларов каждый). ^[1] 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 технически сложным или экономически невыполнимым, большое внимание было уделено снижению коэффициента k1. Коэффициент k1 можно уменьшить за счет усовершенствований процесса, например использования фотошаблонов с фазовым сдвигом . Эти методы позволили осуществить фотолитографию на 32-нанометровом технологическом узле CMOS с использованием длины волны 193 нм (глубокий ультрафиолет). Однако сДорожная карта ITRS, призывающая к использованию 22-нанометрового узла к 2011 году, исследователям фотолитографии пришлось разработать дополнительный набор улучшений, чтобы сделать 22-нанометровую технологию производимой. ^[2] Несмотря на то, что математическое моделирование расширяется уже некоторое время, объем и стоимость этих вычислений оправдывают использование нового термина для обозначения меняющегося ландшафта: вычислительной литографии.

История [ править ]

Вычислительная литография означает использование компьютеров для моделирования печати микролитографических структур. Новаторская работа была проделана Крисом Маком из NSA по разработке PROLITH , Риком Диллом в IBM и Энди Нойройтером в Калифорнийском университете в Беркли с начала 1980-х годов. Эти инструменты были ограничены оптимизацией процесса литографии, поскольку алгоритмы были ограничены несколькими квадратными микрометрами резиста. Коммерческая полнокристаллическая оптическая коррекция приближения с использованием модельных форм была впервые реализована TMA (теперь дочерняя компания Synopsys ) и Numerical Technologies (также часть Synopsys) примерно в 1997 году ^[3].

С тех пор рынок и сложность значительно выросли. С переходом к субволновой литографии в узлах 180 нм и 130 нм вместе с OPC начали использоваться методы RET, такие как функции Assist, маски фазового сдвига. При переходе с узлов 65 нм на 45 нм заказчики беспокоились не только о том, что правил проектирования было недостаточно, чтобы гарантировать печать без ограничивающих количество точек доступа, но также и о том, что время вывода на ленту может потребовать тысяч ЦП или недель работы. Это предсказанное экспоненциальное увеличение вычислительной сложности для синтеза масок при переходе к 45-нм технологическому узлу привело к значительным венчурным инвестициям в дизайн для начинающих производственных компаний. ^[4]

Стало появляться ряд стартапов, продвигающих свои собственные прорывные решения этой проблемы, для устранения предстоящих узких мест рекламировались методы от пользовательского аппаратного ускорения до радикально новых алгоритмов, таких как обратная литография. Несмотря на эту деятельность, действующие поставщики OPC смогли адаптировать и сохранить своих основных клиентов, при этом RET и OPC использовались вместе, как и для предыдущих узлов, но теперь на большем количестве уровней и с большими файлами данных, и проблемы времени были решены с помощью новых алгоритмов. и улучшения в многоядерных процессорах. Термин «вычислительная литография» впервые был использован компанией Brion Technology (ныне дочерней компанией ASML ) в 2005 г. ^[5]продвигать платформу моделирования литографии полного чипа с аппаратным ускорением. С тех пор этот термин используется в промышленности для описания решений для синтеза полной чип-маски. Поскольку 45 нм запускается в производство, а внедрение EUV-литографии откладывается, ожидается, что 32 нм и 22 нм будут работать на существующей технологии сканеров 193 нм.

Теперь не только производительность и возможности связаны с восстановлением поверхности, но и новые методы вычислительной литографии, такие как оптимизация маски источника (SMO), рассматриваются как способ добиться лучшего разрешения, специфичного для данной конструкции. Сегодня все основные производители масок используют термин «вычислительная литография» для описания и продвижения набора технологий синтеза масок, необходимых для 22 нм.

Методы вычислительной литографии [ править ]

В вычислительной литографии используется ряд численных моделей для улучшения характеристик (разрешения и контрастности) современных фотошаблонов. Комбинированные методы включают технологию повышения разрешения (RET), коррекцию оптической близости (OPC), оптимизацию маски источника (SMO) и т. Д. ^[6] Методы различаются с точки зрения их технической осуществимости и инженерной целесообразности, что приводит к принятию одни и постоянные исследования и разработки других. ^[7]

Технология повышения разрешения [ править ]

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

Коррекция оптического приближения [ править ]

Коррекция оптической близости использует вычислительные методы для противодействия эффектам размытия и недодержки, связанных с дифракцией, путем изменения геометрии маски с помощью таких средств, как: настройка ширины линий в зависимости от плотности окружающей геометрии (трасса, окруженная большой открытой площадкой, будет переэкспонированные по сравнению с тем же следом, окруженным плотным рисунком), добавление торцевых заглушек на концах линий для предотвращения укорочения линий, корректировка эффектов близости электронного луча

OPC можно в общих чертах разделить на основанный на правилах и основанный на модели. ^[8] Технология обратной литографии, которая рассматривает OPC как обратную задачу визуализации, также является полезным методом, поскольку она может обеспечить неинтуитивные шаблоны масок. ^[9]

Комплексное моделирование линзовой системы и фоторезиста [ править ]

Помимо моделей , используемых для RET и OPC, вычислительное lithographics попытки улучшить технологичность стружки и выходы , такие как с помощью подписи сканера , чтобы помочь улучшить точность модели OPC: ^[10] поляризационных характеристик зрачка объектива, матрица Джонса из шаговая линза, оптические параметры стопки фоторезиста , диффузия через фоторезист, переменные управления шаговым освещением.

Вычислений на столетие процессора или больше [ править ]

Вычислительные затраты на эти методы огромны. Согласно одной из оценок, вычисления, необходимые для настройки геометрии OPC с учетом изменений фокуса и экспозиции для современной интегральной схемы, потребуют около 100 процессорных лет компьютерного времени. ^[11] Это не включает моделирование трехмерной поляризации источника света или любой из нескольких других систем, которые необходимо моделировать в производственных вычислительных процессах создания фотолитографических масок. Brion Technologies, дочерняя компания ASML, крупнейший производитель систем фотолитографии, продает монтируемый в стойку аппаратный ускоритель, предназначенный для использования при выполнении вычислительных литографических расчетов - цех по изготовлению масок может приобрести большое количество своих систем для параллельной работы. Другие заявили о значительном ускорении с использованием готовых графических карт, которые были переделаны из-за их высокой параллельной пропускной способности. ^[12]

Ссылки [ править ]