Основные подходы к моделированию формирования фоторезистивной маски в вычислительной литографии

В статье дан обзор основных моделей формирования фоторезистивной маски, используемых в настоящее время, и задач, в которых они применяются. Кратко рассмотрены этапы «полного» моделирования формирования маски, основанного на физико-химических принципах, в случае как традиционных нафтохинондиазидовых фоторезистов, так и фоторезистов с химическим усилением. Рассмотрена концепция основных применяемых в настоящее время компактных моделей, предсказывающих контур фоторезистивной маски для полноразмерной топологии изделия, а именно, моделей VT5 (Variable Threshold 5) и CM1 (Compact Model 1). Приводятся примеры некоторых расчетов с использованием как полного моделирования формирования маски, так и компактных моделей. При помощи полного моделирования формирования фоторезистивной маски был оптимизирован литографический стек для перспективного технологического процесса. Найдены оптимальные соотношения толщин для бинарного антиотражающего слоя, применяемого в литографическом процессе с водной иммерсией. При калибровке компактной модели VT5 решена задача определения оптимальной выборки калибровочных структур, максимально охватывающих пространство параметров оптического изображения, используя при этом минимальное количество структур. Для решения указанной задачи использовался кластерный анализ. Кластеризация проводилась методом k-средних. Оптимальный размер выборки составил от 300 до 350 структур, среднеквадратичная ошибка при этом составляет 1,4 нм, что незначительно превышает шум технологического процесса для 100 нм структур. Использование СЭМ-контуров при калибровке модели VT5 позволяет снизить среднеквадратическую ошибку по 40 структурам до 1,18 нм.

фоторезист, проекционная фотолитография, VT5, CM1, кластеризация методом k-средних

1. Mack C. A. Fundamental Principles of Optical Lithography: The Science of Microfabrication. John Wiley & Sons, 2007. 534 p.

2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 722 c.

3. Ma X., Arce G. R. Computational lithography. John Wiley & Sons, Inc, 2010. 226 p. DOI: 10.1002/9780470618943

4. Балан Н. Н., Иванов В. В., Кузовков А. В. Форма осветителя как ключевой фактор при разработке методик дифракционной коррекции изображения в проекционной фотолитографии для технологий уровня 65 нм и менее. HOLOEXPO 2019. XVI Международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям. Тезисы докладов. 2019. С. 208—215.

5. Балан Н. Н., Иванов В. В., Кузовков А. В., Шамин E. C. Место фазосдвигающих фотошаблонов в современной полупроводниковой технологии // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 2019. № 2. С. 54—63.

6. Горнев Е. С., Гущин О. П., Мячин Л. М. Технология субмикронной оптической проекционной литографии с использованием фотошаблонов с фазовым сдвигом // Тезисы докладов Всероссийской НТК «Микро- и наноэлектроника 2001». Звенигород, 2001. Т. 1. С. 2—5.

7. Machin M., Savinskii N., Gutchin O., Prosii A., Gornev E. An integrated framework for aerial image simulation and proximity correction // Software Development for Process and Materials Design, Satellite Symposium of Nano and Giga Challenges in Microelectronics, Satellite (NGCM 2002). Moscow, 2002.

8. Красников Г. Я., Синюков Д. В. Проблемы и перспективы развития методов коррекции оптической близости для современных уровней технологии // Труды научного совета РАН «Новые материалы с заданными функциями и высокочистые наноматериалы для создания элементной базы информационно-вычислительных и управляющих машин». М., 2018. Т. 2. С. 17—22.

9. Родионов И. А., Шахнов В. А. Расчет значений весовых коэффициентов топологических структур для калибровки литографических моделей // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2010. № S. С. 149—160.

10. Шамин E. C., Ипатова E. В., Кузовков А. В., Иванов В. В., Балан Н. Н. Генерация Rule-based SRAF для двумерных топологических структур с учетом правил MRC: проблемы и решения // Электронная техника. Сер. 3: Микроэлектроника. 2019. Вып. 2(174). C. 36—41.

11. Савинский Н. Г., Берников А. Е., Курчидис В. А., Горнев Е. С., Гущин О. П., Просий А. Д. Оптическая субмикронная литография с фазосдвигающими шаблонами // Сб. трудов Юбилейной 2-й научно-технической конференции АООТ «НИИМЭ и Микрон» «Разработка, технология и производство полупроводниковых микросхем». М.; Зеленоград: Микрон-принт, 1999. С. 53—55.

12. Горнев Е. С., Гущин О. П., Просий А. Д., Савинский Н. Г. Фазосдвигающие маски для низкоапертурных степперов // Сб. трудов 3-й научно-технической конференции АООТ «НИИМЭ и Микрон» «Разработка, технология и производство полупроводниковых микросхем». М.; Зеленоград: АООТ «НИИМЭ и Микрон», 2000. Т. 1. С. 115.

13. Hopkins H. H. On the diffraction theory of optical images // Proc. R. Soc. Lond. A. Mathematical and Physical Sciences. 1953. V. 217, Iss. 1130. P. 408—432. DOI: 10.1098/rspa.1953.0071

14. Dill F. H., Neureuther A. R., Tuttle J. A., Walker E. J. Modeling projection printing of positive photoresists // IEEE Transactions on Electron Devices. 1975. V. 22, Iss. 7. P. 456—464. DOI: 10.1109/T-ED.1975.18161

15. Mack C. A. Process Specification: Measurement of the Positive Photoresist Parameters A, B, and С // Department of Defense, Fort Meade. MD 20755, 1985.

16. Mack C. A. Inside PROLITH: A Comprehensive Guide to Optical Lithography Simulation. Austin (TX, USA): FINLE Technologies, 1997. 179 p. URL: http://www.lithoguru.com/scientist/litho_papers/Inside_PROLITH.pdf

17. Зеленцов С. В., Зеленцова Н. В. Современная фотолитография. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем». Нижний Новгород, 2006. 57 с.

18. Karafyllidis I., Hagouel P. I., Thanailakis A., Neureuther A. An efficient photoresist development simulator based on cellular automata with experimental verification // IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing. 2000. V. 13, Iss. 1. P. 61—75. DOI: 10.1109/66.827346

19. Амирханов А. В., Гладких А. А., Глушко А. А., Михальцов Е. П., Родионов И. А., Столяров А. А. Особенности методов проектирования СБИС с учетом результатов моделирования технологического процесса // Труды НИИСИ РАН. 2013. Т. 3, № 1. С. 10—19.

20. Харченко Е. Л., Шамин Е. С., Кузовков А. В., Иванов В. В. Разработка и применение экспресс-метода для увеличения окна литографического процесса // Наноиндустрия. 2020. № S96-2. С. 730—732. DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.3s.730.732

21. Calibre® WORKbenchTM. User’s and Reference Manual, Software Version 2013.2. Mentor Graphics Corporation, 2013. URL: https://www.mentor.com/products/ic-manufacturing/computational-lithography/calibre-workbench

22. Granik Y., Medvedev D., Cobb N. Toward standard process models for OPC // Proc. SPIE 6520, Optical Microlithography XX. 2007. V. 6520. P. 1447—1452. DOI: 10.1117/12.712229

23. Vengertsev D., Kim K., Yang S., Shim S., Moon S., Shamsuarov A., Lee S., Choi S.-W., Choi J. H. , Kang H.-K. The new test pattern selection method for OPC model calibration, based on the process of clustering in a hybrid space // Proc. SPIE 8522. Photomask Technology 2012. 2012. V. 8522. P. 387—394. DOI: 10.1117/12.953827