해상도 향상 기술

분해능 향상 기술은 투영 시스템의 광학적 분해능의 한계를 보완하기 위해 집적회로(ICs 또는 "칩")를 만드는 데 사용되는 석판 공정에서 광전자문을 수정하기 위해 사용되는 방법이다.이러한 프로세스들은 Rayleigh 기준 때문에 일반적으로 적용되는 한계를 훨씬 넘어 형상을 만들 수 있다.현대 기술은 5나노미터(nm)의 순서에 따라 형상을 만들 수 있는데, 이는 심외선(DUV) 빛을 이용해 가능한 정상 분해능에 훨씬 못 미치는 수준이다.

배경

집적회로는 포토리스토그래피라고 알려진 다단계 공정에서 만들어진다.이 프로세스는 일련의 레이어로서 IC 회로를 설계하는 것으로부터 시작되며, 이는 실리콘 시트 또는 웨이퍼로 알려진 다른 반도체 재료의 표면에 패턴화된다.

궁극적인 디자인의 각 층은 포토마스크에 패턴이 새겨져 있는데, 현대 시스템에서는 고도로 정제된 석영 유리에 퇴적된 크롬의 미세한 선으로 이루어져 있다.크롬은 자외선에 매우 불투명하기 때문에, 석영은 광원의 강한 열에서 열팽창을 제한하고 자외선에 매우 투명하기 때문에 사용된다.마스크는 웨이퍼 위에 위치시킨 다음 강렬한 UV 광원에 노출된다.자외선은 웨이퍼 표면에 있는 얇은 층의 포토레시스트에서 화학반응을 일으켜 사진 패턴이 웨이퍼에서 물리적으로 재현되는 원인이 된다.

빛이 마스크에 있는 그런 패턴에 비추면 회절효과가 발생한다.이것은 자외선 램프에서 나오는 날카롭게 초점을 맞춘 빛이 마스크의 저쪽에 퍼져나가고 먼 거리에서는 점점 더 초점이 맞지 않게 되는 원인이 된다.1970년대 초기 시스템에서는 이러한 영향을 피하려면 마스크에서 표면까지의 거리를 줄이기 위해 마스크를 웨이퍼와 직접 접촉시켜야 했다.마스크가 들어올려지면 저항 코팅이 벗겨져 웨이퍼가 손상되는 경우가 많았다.회절 없는 이미지 제작은 1970년대와 1980년대 초반까지 칩 제조를 지배했던 프로젝션 얼라이너 시스템을 통해 궁극적으로 해결됐다.

무어의 거침없는 법칙 추진은 결국 투영 얼라이너들이 감당할 수 있는 한계에 도달했다.더 높은 UV 파장으로 이동함으로써 그들의 수명을 연장하기 위한 노력이 이루어졌지만, 처음에는 DUV로, 다음에는 EUV로 이동했지만, 이러한 파장에서 방출되는 작은 양의 빛은 기계를 비실용적으로 만들었고, 엄청난 램프와 긴 노출 시간을 필요로 했다.이것은 훨씬 더 큰 크기의 마스크를 사용하고 이미지를 줄이기 위해 렌즈를 사용했던 스테퍼들의 소개로 해결되었다.이러한 시스템은 얼라이너와 유사한 방식으로 계속 개선되었지만, 1990년대 후반에 이르러도 같은 문제에 직면하게 되었다.

그 당시, 어떻게 하면 작은 특징으로 계속 이동할 것인가에 대한 상당한 논쟁이 있었다.소프트-X선 영역에서 엑시머 레이저를 사용하는 시스템도 하나의 해결책이었지만, 이것들은 믿을 수 없을 정도로 비싸고 작업하기 어려웠다.해상도 향상이 이용되기 시작한 것은 이때였다.

기본개념

다양한 해상도 향상 시스템의 기초가 되는 기본 개념은 다른 위치에서의 회절을 상쇄하기 위한 특정 위치에서의 회절의 창조적 이용이다.예를 들어, 빛이 마스크의 선 주위에 분산될 때, 그것은 일련의 밝고 어두운 선, 즉 "밴드"를 생성할 것이다.원하는 날카로운 무늬를 펼치게 될 거야이를 상쇄하기 위해 회절 패턴이 원하는 형상과 겹치고 원래 패턴과 겹치도록 밴드가 배치되어 반대 효과를 내는 두 번째 패턴이 퇴적된다.이러한 종류의 여러 형상이 추가되고, 조합된 패턴이 원래의 형상을 만들어낸다.일반적으로 마스크에서 이러한 추가 형상은 원하는 형상에 평행하게 놓여 있는 추가 선처럼 보인다.

이러한 개선 기능을 추가하는 것은 2000년대 초반부터 지속적으로 개선되고 있는 분야였다.현대 시스템은 추가 패터닝을 사용하는 것 외에도 위상 변화 재료, 다중 패터닝 및 기타 기법을 추가한다.그들은 함께 형상 크기가 광학 회절 한계 이하의 크기 순서로 계속 축소되도록 허용했다.

해상도 향상 사용

전통적으로 IC 설계가 물리적 레이아웃으로 변환되고 타이밍이 검증되었으며 폴리곤이 DRC-클린으로 인증된 후 IC는 제작 준비가 완료되었다.다양한 레이어를 나타내는 데이터 파일은 마스크 숍으로 배송되었고, 마스크 쓰기 장비를 사용하여 각 데이터 레이어를 해당 마스크로 변환했으며, 마스크는 팹으로 배송되어 실리콘에서 반복적으로 디자인을 제조하는 데 사용되었다.과거에는 IC 배치의 생성은 전자 설계 자동화의 관여의 끝이었다.

그러나, 무어의 법칙이 기능들을 훨씬 더 작은 차원으로 이끌면서, 과거에 효과적으로 무시될 수 있었던 새로운 물리적 효과들이 이제 실리콘 웨이퍼에 형성되는 특징들에 영향을 미치고 있다.따라서 최종 레이아웃이 실리콘에서 원하는 것을 나타낼 수 있지만, 마스크가 제작되고 배송되기 전에 레이아웃은 여전히 몇 가지 EDA 도구를 통해 극적인 변화를 겪을 수 있다.이러한 변경은 기기를 설계한 대로 변경하지 않고, 흔히 구입하여 IC를 1~2세대 뒤처지게 하는 제조 장비가 새로운 기기를 공급할 수 있도록 하기 위해 필요하다.이러한 변경은 두 가지 유형으로 분류할 수 있다.

첫 번째 유형은 왜곡 수정, 즉 제조 공정에 내재된 왜곡에 대한 사전 보상이며, 이는 광석학, 식각, 평면화, 증착과 같은 처리 단계에서부터이다.이러한 왜곡을 측정하고 적합한 모델을 장착하며, 보상은 대개 규칙 또는 모델 기반 알고리즘을 사용하여 수행된다.광석 촬영 중 왜곡 인쇄에 적용할 경우 이러한 왜곡 보정을 광학 근접 보정(OPC)이라고 한다.

두 번째 유형의 레티클 강화는 실제로 공정의 제조 가능성 또는 분해능을 향상시키는 것을 포함한다.이에 대한 예는 다음과 같다.

RET 기법	제조 가능성 향상
산란 막대	격리된 기능의 초점 깊이를 개선하는 하위 해상도 보조 기능
위상 편이 마스크	마스크의 특정 영역(alt-PSM)에서 쿼트를 에칭하거나 Chrome을 Molybdenum Silize Layer(감쇠된 내장 PSM)로 대체하여 CD 제어 향상 및 분해능 향상
이중 패터닝 또는 다중 패터닝	여러 마스크에 걸쳐 디자인을 분해하여 더 촘촘한 피치를 인쇄할 수 있도록 함.

이러한 각각의 제조 가능성 개선 기법에는 개선될 수 없거나 인쇄상의 문제를 야기할 수 있는 특정 레이아웃이 있다.이러한 레이아웃은 비준수 레이아웃으로 분류된다.예를 들어, Radio Restrictive Design Rules를 사용하거나 적절한 경우 추가 DRC 검사를 생성하는 등 설계 단계에서 이러한 사항은 피해야 한다.석판 보정 및 제조 가능성 개선 모두 일반적으로 머리글 해상도 향상 기법(RET)에 따라 그룹화된다.이러한 기법은 180nm 노드 이후 사용되었으며 현재 13.5nm로 제한되어 있는 영상 파장보다 현저히 낮아져 최소 형상 크기로 보다 공격적으로 사용하게 되었다.^[1]

이는 제조가능성(IC) 또는 DFM을 위한 설계의 일반적인 범주와 밀접하게 관련되어 있으며, 그 중 일부분이다.

RET 후 EDA 흐름의 다음 단계는 대개 마스크 데이터 준비다.

참고 항목

• 해상도 향상 기술

참조

• 라바그노, 마틴 및 쉐퍼의 집적회로 핸드북 전자설계 자동화 ISBN 0-8493-3096-3 이 요약본을 도출한 분야의 설문 조사.