Разработка литографических процессов изготовления сбис с размерами элементов меньше длины волны экспонирующего излучения (1025773), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В завершениипервой главы рассмотрены критерии оценки качества процесса проекционной МЛ.Во второй главе рассмотрены математические модели и алгоритмыоптимизации процессов МЛ, особенности построения и типовая структурасовременных САПР МЛ. Проведен анализ и классификация САПР МЛ.Приведены аналитические зависимости и сравнительный анализ методовАббе и Хопкинса для описания высокоапертурных проекционных систем.САПР моделирования процесса МЛ по решаемым задачам можноразделить на две группы. В первой группе САПР применяются физическиемодели, во второй – «быстрые» полуэмпирические модели.САПР первой группы используются для исследований процесса МЛ.
В нихприменяются сеточные методы 3D моделирования, которые требуютбольшого количества оперативной памяти, что накладывает ограничение наразмеры области моделирования. САПР второй группы применяются дляобработки всей топологии кристалла СБИС, они позволяют промоделировать«отклик» одного режима ТП на различные топологии.В работе применены обе группы САПР, в качестве первой былиспользован литографический симулятор «ProLith» компании «KLA-Tencor»(США), второй – САПР «Calibre» компании «Mentor Graphics».Рассмотрены математические модели поглощения света (модель «ABC»Р.
Дилла) и теоретические основы кинетики экспонирования резиста.Рассмотрены модели проявления Дилла, Мака, Кима и «Notch». В третьейглаве проведено их исследование. Основной выбрана «Notch» модель.Рассмотрены полуэмпирические модели с переменным порогомчувствительности процессов МЛ и травления, алгоритм их калибровки поэкспериментальным данным, критерии достаточности калибровочныхданных для обеспечения стабильности и точности моделирования.Процесс «переноса» топологии ФШ в реальную структуру на пластинеможно разделить на три части. Первая – перенос топологии ФШ враспределение интенсивности света в области пластины (пространственноеизображение), т.е. оптическая составляющая, которая описывается точнометодом Хопкинса. Вторая – поглощение света резистом и его проявление.Третья – травление функционального слоя по полученной ФРМ.
Резистивныеэффекты для ускорения расчетов описывают математически – степеннымполиномом, слагаемыми которого являются реальные физические величины.В третьей главе проведено исследование предельных возможностейпроекционной МЛ с λ = 365 нм для получения поликремневых затворныхструктур с КЛР = 0,25 мкм. Материал главы разделен на две части:1) разработка модели МЛ, с помощью которой оптимизированы технологическиережимы и параметры фигур ОРС; 2) подтверждающие эксперименты.Разработка модели процесса литографии.
Разработана методикаопределения параметров модели резистов в условиях реального производства(объем выборки > 100 пластин). При нахождении значений Rmax и Rminисследованы три способа подачи проявителя на пластину: ручной,полуавтоматический, автоматический, что особенно важно при определенииRmax, т.к. время проявления резиста Ultra-i123 составило < 4 секунд.Для определения коэффициента C модели Дилла, который оказываетнаибольшее влияние на процесс экспонирования, и уточнения коэффициентапреломления резиста была использована методика калибровки поэкспериментальным колебательным кривым дозы полного вскрытия Е0.В процессе калибровки модели были также установлены: параметры резистаи объектива степпера, коэффициент соответствия дозы, нулевое положениефокуса (зависит от процедуры аттестации степпера), доля полной дозы,приходящаясянаненаправленнуюзасветкурезиста,параметрытермообработок, значения аберраций объектива и ряд других параметров.При верификации полученной модели среднеквадратичное отклонениеошибки моделирования для 60 тестовых структур 6 типов (одиночные(групповые) шины (зазоры), окончания шин и т.п.) составило < ±13,5 нм.Исследование и оптимизация процесса МЛ с λ = 365 нм для получениязатворов СБИС с размерами элементов ≤ 0,25 мкм.
Разработанная ранеемодель была использована для оптимизации режимов процесса МЛ и МПР,после чего для экспериментальной апробации был спроектирован тестовый ФШ.Для оптимизации толщины резиста с точки зрения воспроизводимости КЛРи уменьшения амплитуды стоячих волн промоделирована зависимостьотражательной способности резиста от его толщины, что в условиях реальногопроизводства возможно только средствами моделирования. В результатевыбраны 4 значения толщины в точках максимумов и минимумов отражения.Проведены модельные исследования влияния параметров кольцевогоосвещения на ФРМ затворов с размерами 0,24 мкм (рис.
4). Построениеподобных экспериментальных зависимостей потребовало бы > 1500 пластин,10000-12000 часов загрузки технологического и измерительного оборудования.Рис. 4. Оптимизация параметров кольцевого источника (ось X – внутреннийрадиус кольцевого источника (σIN), Y – внешний радиус (σOUT))По результатам моделирования определены оптимальные параметрыкольцевого освещения (по критерию ширины процессных окон одиночных игрупповых элементов) для случаев использования фигур ОРС и без них.Цветом на рисунке 4 показано изменение размера шины по ФРМ.Для выбранных толщин резиста и параметров кольцевого освещенияпостроены зависимости получаемого профиля резиста от дозы и фокуса.
Порезультатам моделирования выбрана оптимальная толщина резиста.Проведенная оптимизация позволила повысить разрешение процесса МЛ до0,25 мкм. Однако было доказано, что требуемая точность переноса топологииСБИС может быть обеспечена только при условии применения ОРС. Нарисунке 5 приведен пример оптимизации параметров фигур ОРС типа «serif»по критерию минимизации сокращения окончания шины (цветом показаноизменение величины зазора между окончаниями шин, КЛР = 0,24 мкм).Рис. 5.
Результаты оптимизации параметров ОРС фигур типа «serif»Также выявлено, что при снижении шага групповых структур до 0,48-0,5 мкм,их размеры, получаемые на пластине, отличаются на 20% от размероводиночных структур, которые имели такой же номинальный размер на ФШ.Для обеспечения работы в едином технологическом режиме и существенногорасширения процессных окон, проведена модельная оптимизация параметровфигур ОРС типа «вспомогательные рассеивающие структуры».Для экспериментальной апробации был спроектирован тестовый ФШ, воснову которого были заложены результаты моделирования.
На ФШ былиразмещены 4 модуля (9,7×9,7 мм) с различным шагом групповых структур:0,5 мкм, 0,48 мкм, 0,46 мкм и 0,44 мкм. В каждом модуле были размещеныТС для оптимизации ТП и подбора параметров фигур ОРС различных типов.Подтверждающие эксперименты.
При попытке получить ТС встандартном процессе наблюдалась непроработка КЛР, существеннаядеструкция ФРМ и т.д. Применение технологических режимов, найденныхпо результатам моделирования, позволило добиться требуемого разрешения.На рисунке 6 приведены SEM-снимки характерных ТС (предельных с точкизрения дифракции), по которым можно судить о разрешении процесса МЛ(одиночная и групповые шины, окончания шин со стороны свободного края).Рис. 6. Применение разработанных технологических режимовРезультаты моделирования согласуются с экспериментом с ошибкойменее ±10%.
Экспериментально получен качественный профиль резиста длягрупповых шин 0,24/0,48 мкм (ГР = 0,6 мкм), но одиночная шина (рис. 6,слева) получена при значении дозы на 20-30% меньше. Наблюдается сильнаядеструкция крайней в группе шины. Также наблюдается существенноесокращение шин со стороны свободного края на величину ~ 0,13 мкм (рис. 6,справа) и уменьшение номинального размера шины на «вылете» до 0,21 мкм.На рисунке 7 представлены результаты применения всех типов фигур OPC.Одиночная шина номинальным размером 0,24 мкм (слева) и групповые шиныноминальным размером 0,24/0,48 мкм (посередине) получены в единомрежиме экспонирования/проявления (ГР > 0,8 мкм).
Необходимо отметить,что крайняя в группе шина имеет размер, лежащий в заданном допуске.Рис. 7. Результаты применения фигур ОРССправа приведены скорректированные окончания одиночных шин,которые также удовлетворяют заданным требованиям, исключаявозможность сокращения длины канала МОП транзистора.Показано, что применение комплекса МПР, позволило эффективно решитьпроблемы, возникшие при изготовлении поликремниевых затворов с размерамиэлементов ≤ 0,25 мкм с использованием проекционной МЛ с λ = 365 нм.Четвертая глава посвящена разработке и внедрению методов ОРС впроцесс проектирования ФШ с размерами элементов < λ.
Все примерыприведены для наиболее критичного слоя поликремния.Внедрение разработанного в третьей главе комплекса МПР в процесспроектирования ФШ, когда количество элементов в слое исчисляется десяткамимиллионов, связано с рядом противоречивых проблем, которые были решены вданной главе. Главу можно разделить на две независимые части:1. Калибровка и верификация моделей МЛ и травления для критическихслоев СБИС, обеспечивающих требуемую точность, стабильность ибыстродействие (обработка больших массивов топологических примитивов);2. Разработка алгоритмов ОРС на основе моделей и на основе правил длякритических слоев СБИС и их верификации после введения ОРС;В результате анализа САПР, способных решать поставленные задачи, былиотобраны три САПР ведущих мировых лидеров. В ходе пробнойэксплуатации по критериям точности, быстродействия, стабильности,времени пуско-наладочных работ и т.п.
была выбрана платформа «Calibre»,которая практически является мировым стандартом САПР в областиверификации топологии и введения ОРС.Для разработки моделей были спроектированы 2 комплекта тестовых ФШ.На первом комплекте были размещены калибровочные и верификационныеблоки. Основной идеей калибровочного блока является созданиеограниченного набора ТС с характерными измеряемыми КЛР, по которомуможно сгенерировать модель ТП заданной точности и стабильности.Проведен анализ достаточности калибровочных данных для обеспечениятребуемого уровня точности и стабильности для моделирования рабочихтопологий СБИС (методом покрытия пространства оптических параметров).По результатам анализа калибровочная площадка была дополнена.Второй комплект ФШ был использован для проверки и уточненияразработанных на первом этапе моделей и алгоритмов ОРС. На второмкомплекте ФШ были размещены ТС для верификации разработаннойпроцедуры ОРС, два блока статического оперативного запоминающегоустройства (СОЗУ) с ОРС и без, а также блоки транзисторов различныхтипов и размеров с разводкой под электрофизические измерения с ОРС и без.ТС первого комплекта ФШ были изготовлены по экспериментальномуТП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
