Las tecnologías de mejora de la resolución son métodos utilizados para modificar las fotomáscaras en los procesos litográficos utilizados para hacer circuitos integrados (CI o "chips") para compensar las limitaciones en la resolución óptica de los sistemas de proyección. Estos procesos permiten la creación de características mucho más allá del límite que normalmente se aplicaría debido al criterio de Rayleigh . Las tecnologías modernas permiten la creación de características del orden de 5 nanómetros (nm), muy por debajo de la resolución normal posible utilizando luz ultravioleta profunda (DUV).
Fondo
Los circuitos integrados se crean en un proceso de varios pasos conocido como fotolitografía . Este proceso comienza con el diseño del circuito IC como una serie de capas que se modelarán en la superficie de una hoja de silicio u otro material semiconductor conocido como oblea .
Cada capa del último diseño está estampada en una fotomáscara , que en los sistemas modernos está hecha de finas líneas de cromo depositadas sobre vidrio de cuarzo altamente purificado. El cromo se utiliza porque es muy opaco a la luz ultravioleta y el cuarzo porque tiene una expansión térmica limitada bajo el intenso calor de las fuentes de luz, además de ser muy transparente a la luz ultravioleta . La máscara se coloca sobre la oblea y luego se expone a una fuente de luz ultravioleta intensa. La luz ultravioleta impulsa las reacciones químicas, es una capa delgada de fotorresistencia en la superficie de la oblea, lo que hace que el patrón fotográfico se vuelva a crear físicamente en la oblea.
Cuando la luz brilla sobre un patrón como el de una máscara, se producen efectos de difracción . Esto hace que la luz claramente enfocada de la lámpara ultravioleta se extienda por el lado más alejado de la máscara y se desenfoque cada vez más con la distancia. En los primeros sistemas de la década de 1970, evitar estos efectos requería que la máscara se colocara en contacto directo con la oblea para reducir la distancia entre la máscara y la superficie. Cuando se levantaba la máscara, a menudo se quitaba la capa protectora y arruinaba la oblea. La producción de una imagen sin difracción se resolvió en última instancia mediante los sistemas de alineadores de proyección , que dominaron la fabricación de chips durante la década de 1970 y principios de la de 1980.
El implacable impulso de la ley de Moore finalmente alcanzó el límite de lo que podían manejar los alineadores de proyección. Se hicieron esfuerzos para extender su vida útil moviéndose a longitudes de onda UV cada vez más altas, primero a DUV y luego a EUV, pero las pequeñas cantidades de luz emitidas en estas longitudes de onda hicieron que las máquinas no fueran prácticas, requiriendo lámparas enormes y largos tiempos de exposición. Esto se resolvió mediante la introducción de los steppers , que usaban una máscara en tamaños mucho más grandes y usaban lentes para reducir la imagen. Estos sistemas continuaron mejorando de manera similar a los alineadores, pero a fines de la década de 1990 también enfrentaban los mismos problemas.
En ese momento, hubo un debate considerable sobre cómo continuar con el cambio a funciones más pequeñas. Los sistemas que usaban láseres excitímeros en la región de rayos X suaves eran una solución, pero eran increíblemente caros y difíciles de trabajar. Fue en este momento cuando se empezó a utilizar la mejora de la resolución.
Concepto basico
El concepto básico que subyace a los diversos sistemas de mejora de la resolución es el uso creativo de la difracción en ciertos lugares para compensar la difracción en otros. Por ejemplo, cuando la luz se difracta alrededor de una línea en la máscara, producirá una serie de líneas claras y oscuras, o "bandas". que extenderá el patrón nítido deseado. Para compensar esto, se deposita un segundo patrón cuyo patrón de difracción se superpone con las características deseadas, y las bandas de quién se colocan para superponerse al patrón original para producir el efecto opuesto: oscuro sobre claro o viceversa. Se agregan múltiples características de este tipo y el patrón combinado produce la característica original. Normalmente, en la máscara, estas características adicionales parecen líneas adicionales paralelas a la característica deseada.
Agregar estas características de mejora ha sido un área de mejora continua desde principios de la década de 2000. Además de utilizar patrones adicionales, los sistemas modernos agregan materiales de cambio de fase, patrones múltiples y otras técnicas. Juntos, han permitido que el tamaño de la característica continúe reduciéndose a órdenes de magnitud por debajo del límite de difracción de la óptica.
Usar mejora de resolución
Tradicionalmente, después de que un diseño de IC se ha convertido en un diseño físico , se verifica el tiempo y se certifica que los polígonos están limpios con DRC , el IC estaba listo para la fabricación. Los archivos de datos que representan las diversas capas se enviaron a una tienda de máscaras, que utilizó equipos de escritura de máscaras para convertir cada capa de datos en una máscara correspondiente, y las máscaras se enviaron a la fábrica donde se utilizaron para fabricar repetidamente los diseños en silicio. En el pasado, la creación del diseño de IC supuso el fin de la participación de la automatización del diseño electrónico .
Sin embargo, como la ley de Moore ha llevado las características a dimensiones cada vez más pequeñas, los nuevos efectos físicos que podrían ignorarse efectivamente en el pasado ahora están afectando las características que se forman en la oblea de silicio. Entonces, aunque el diseño final puede representar lo que se desea en el silicio, el diseño aún puede sufrir una alteración dramática a través de varias herramientas EDA antes de que se fabriquen y envíen las máscaras. Estas alteraciones son necesarias no para realizar ningún cambio en el dispositivo tal como fue diseñado, sino simplemente para permitir que el equipo de fabricación, a menudo comprado y optimizado para fabricar circuitos integrados una o dos generaciones atrás, entregue los nuevos dispositivos. Estas alteraciones pueden clasificarse en dos tipos.
El primer tipo son las correcciones de distorsión, es decir, la compensación previa de las distorsiones inherentes al proceso de fabricación, ya sea de un paso de procesamiento, como: fotolitografía , grabado, planarización y deposición. Estas distorsiones se miden y se ajusta un modelo adecuado, la compensación se lleva a cabo normalmente utilizando una regla o un algoritmo basado en modelo. Cuando se aplica a las distorsiones de impresión durante la fotolitografía, esta compensación de distorsión se conoce como corrección de proximidad óptica (OPC).
El segundo tipo de mejora de la retícula implica mejorar realmente la capacidad de fabricación o la resolución del proceso. Ejemplos de esto incluyen:
Técnica RET | Mejora de la capacidad de fabricación |
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Barras de dispersión | Funciones de asistencia de subresolución que mejoran la profundidad de enfoque de las funciones aisladas. |
Máscara de cambio de fase | Grabar cuarzo de ciertas áreas de la máscara (alt-PSM) o reemplazar el cromo con una capa de siliciuro de molibdeno de cambio de fase (PSM incrustado atenuado) para mejorar el control del CD y aumentar la resolución |
Patrones dobles o múltiples | Implica descomponer el diseño en múltiples máscaras para permitir la impresión de tonos más ajustados. |
Para cada una de estas técnicas de mejora de la capacidad de fabricación, hay ciertos diseños que no se pueden mejorar o que causan problemas en la impresión. Estos se clasifican como diseños no compatibles. Estos se evitan en la etapa de diseño, utilizando, por ejemplo, reglas de diseño radicalmente restrictivas y / o creando verificaciones DRC adicionales si corresponde. Tanto las compensaciones litográficas como las mejoras en la capacidad de fabricación suelen agruparse bajo el título Técnicas de mejora de la resolución (RET). Dichas técnicas se han utilizado desde el nodo de 180 nm y se han utilizado de manera más agresiva como tamaño de característica mínimo, ya que se redujo significativamente por debajo de la longitud de onda de la imagen, actualmente limitada a 13,5 nm. [1]
Esto está estrechamente relacionado y es parte de la categoría más general de diseño para fabricabilidad (IC) o DFM.
Después de RET, el siguiente paso en un flujo de EDA suele ser la preparación de datos de máscara .
Ver también
Referencias
- Manual de Automatización de Diseño Electrónico para Circuitos Integrados , por Lavagno, Martin y Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 Un estudio del campo, del cual se derivó este resumen, con autorización.