Вычислительная литография - Computational lithography

Вычислительная литография (также известный как вычислительное масштабирование) представляет собой набор математических и алгоритмических подходов, предназначенных для улучшения разрешения, достигаемого с помощью фотолитография. Вычислительная литография вышла на передний план фотолитография в 2008 году как полупроводниковая промышленность справились с проблемами, связанными с переходом к 22 нм CMOS технологический процесс и дальше.

Глубокая УФ-фотолитография 193 нм

Периодическое повышение разрешения достигается за счет фотолитография был движущей силой Закон Мура. Улучшения разрешения позволяют печатать меньшие геометрические размеры на Интегральная схема. Минимальный размер элемента, который обычно используется в проекционной системе. фотолитография Можно напечатать примерно так:

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

куда

${ displaystyle , CD}$ это минимальный размер элемента (также называемый критическое измерение).

${ displaystyle , lambda}$ это длина волны использованного света.

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

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

Исторически сложилось так, что повышение разрешения в фотолитография были достигнуты благодаря прогрессу степпер источники освещения на все меньшие и меньшие длины волн - от источников «g-line» (436 нм) и «i-line» (365 нм) на основе ртутные лампы, к существующим системам на основе глубокий ультрафиолет эксимерные лазеры источники на 193 нм. Однако переход к источникам с более мелкими длинами волн остановился из-за неразрешимых проблем, связанных с литография в крайнем ультрафиолете и рентгеновская литография, вынуждая производителей полупроводников расширять существующие системы оптической литографии 193 нм до некоторой формы литография нового поколения оказывается жизнеспособным (хотя шаговые двигатели 157 нм также были проданы, они оказались непомерно дорогими, по 50 миллионов долларов каждый).^[1] Попытки улучшить разрешение за счет увеличения числовой апертуры привели к использованию иммерсионная литография. Поскольку дальнейшее улучшение разрешения за счет уменьшения длины волны или увеличения числовой апертуры стало технически сложным или экономически невыполнимым, большое внимание было уделено уменьшению коэффициента k1. Коэффициент k1 можно снизить за счет улучшений процесса, например фотошаблоны с фазовым сдвигом. Эти методы позволили фотолитография на 32 нм Узел технологического процесса CMOS, использующий длину волны 193 нм (глубокий ультрафиолет). Однако с Дорожная карта ITRS призывая к 22 нм Если узел будет использоваться к 2011 году, исследователям фотолитографии пришлось разработать дополнительный набор улучшений, чтобы сделать технологию 22 нм 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

Вычислительная литография означает использование компьютеров для моделирования печати микролитографических структур. Новаторская работа была проделана Крис Мак в АНБ в разработке ПРОЛИТ, Рик Дилл из IBM и Энди Нойройтер из Калифорнийского университета в Беркли с начала 1980-х годов. Эти инструменты были ограничены оптимизацией процесса литографии, поскольку алгоритмы были ограничены несколькими квадратными микрометрами резиста. Коммерческая полноцветная оптическая коррекция приближения с использованием модельных форм была впервые реализована компанией TMA (в настоящее время является дочерней компанией Synopsys ) и Численные технологии (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 и о том, что на время вывода на ленту могут потребоваться тысячи процессоров или недели работы. Это предсказанное экспоненциальное увеличение вычислительной сложности для синтеза масок при переходе к технологическому узлу 45 нм породило значительные венчурные инвестиции в дизайн для изготовления начинающие компании.^[4]

Стало появляться ряд стартапов, продвигающих свои собственные прорывные решения этой проблемы, для решения 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 усовершенствования в многоядерных процессорах. Термин «вычислительная литография» впервые был использован компанией Brion Technology (ныне дочерняя компания ASML ) в 2005 году^[5] продвигать платформу моделирования литографии полного чипа с аппаратным ускорением. С тех пор этот термин используется в промышленности для описания решений для полного синтеза 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

В вычислительной литографии используется ряд численных моделей для улучшения характеристик (разрешения и контрастности) современных фотошаблонов. Комбинированные методы включают: Технология повышения разрешения (RET), Коррекция оптического приближения (OPC), Оптимизация маски источника (SMO) и т. Д.^[6] Методы различаются с точки зрения их технической осуществимости и инженерной целесообразности, что приводит к принятию одних и постоянным исследованиям и разработкам других.^[7]

Технология повышения разрешения

Технологии повышения разрешения, впервые использованный в 90 нм поколения, используя математику дифракционная оптика указать многослойный фотошаблоны с фазовым сдвигом которые используют интерференционные узоры в фотошаблонах, повышающие разрешение на напечатанной поверхности пластины.

Коррекция оптической близости

Коррекция оптической близости использует вычислительные методы для противодействия эффектам размытия и недодержки, 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 чрезмерно экспонирован по сравнению с тем же следом, окруженным плотным рисунком), добавляя концы "собачьей кости" к концу линий, чтобы предотвратить сокращение линии, исправляя эффекты 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 проблему обратной визуализации, также является полезной техникой, поскольку может обеспечить неинтуитивно понятные шаблоны масок.^[9]

Комплексное моделирование линзовой системы и фоторезиста

Помимо моделей, используемых для RET и OPC, вычислительная литография пытается улучшить технологичность микросхем и производительность, например, за счет использования сигнатуры сканера для повышения точности модели OPC:^[10]поляризационные характеристики зрачка линзы, Матрица Джонса шагового объектива, оптические параметры фоторезист стек, диффузия через фоторезист, переменные шагового управления освещением.

Вычисления на столетие процессора или больше

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] Сюда не входит моделирование трехмерной поляризации источника света или любой из нескольких других систем, которые необходимо моделировать в производственных вычислительных потоках 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]