Фотомаски с фазовым сдвигом: улучшение разрешения в фотолитографии за счет интерференции. Альтернативные и аттенуированные маски – принцип работы и применение.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Фотомаска, повышающая разрешение
Resolution improving photomask
Фазовые маски – это фотомаски, использующие интерференцию, возникающую из-за разности фаз, для улучшения разрешения изображения в фотолитографии. Существуют чередующиеся и аттенуированные фазовые маски. Фазовая маска основана на том, что свет, проходящий через прозрачную среду, испытывает изменение фазы в зависимости от ее оптической толщины.
Phase shift masks are photomasks that take advantage of the interference generated by phase differences to improve image resolution in photolithography. There exist alternating and attenuated phase shift masks. A phase shift mask relies on the fact that light passing through a transparent media will undergo a phase change as a function of its optical thickness.
Виды и последствия
Обычная фотомаска представляет собой прозрачную пластину с одинаковой толщиной по всей поверхности, части которой покрыты светонепроницаемым материалом для создания рисунка на полупроводниковой пластине при освещении. В масках с чередующимся фазовым сдвигом определенные прозрачные области делают тоньше или толще. Это вызывает сдвиг фазы света, проходящего через эти области маски (см. иллюстрацию). При правильно подобранной толщине интерференция света с фазовым сдвигом со светом из непроизмененных областей маски приводит к улучшению контрастности на некоторых участках пластины, что в конечном итоге может повысить разрешение на пластине. В идеальном случае фазовый сдвиг составляет 180 градусов, что приводит к рассеянию всего падающего света. Однако даже при меньших фазовых сдвигах количество рассеяния не пренебрежимо мало. Можно показать, что только при фазовых сдвигах в 37 градусов или меньше фазовый край рассеивает 10% или менее падающего света. Маски с ослабленным фазовым сдвигом используют иной подход. Определенные светоблокирующие части маски модифицируются для пропускания небольшого количества света (обычно всего несколько процентов). Этот свет недостаточно силен для создания рисунка на пластине, но он может интерферировать со светом, исходящим из прозрачных частей маски, с той же целью – улучшить контрастность на пластине. Маски с ослабленным фазовым сдвигом уже широко используются благодаря более простой конструкции и эксплуатации, особенно в сочетании с оптимизированным освещением для шаблонов памяти. С другой стороны, маски с чередующимся фазовым сдвигом сложнее в изготовлении, что замедлило их внедрение, но их использование становится все более распространенным. Например, технология чередующегося фазового сдвига используется компанией Intel для формирования затворов для их 65-нм и последующих поколений транзисторов. Хотя маски с чередующимся фазовым сдвигом обеспечивают более эффективное повышение разрешения, чем маски с ослабленным фазовым сдвигом, их использование имеет более сложные последствия. Например, фазовый край или граница в 180 градусов обычно отпечатываются. Этот отпечатанный край обычно является нежелательным элементом и обычно удаляется при повторном экспонировании.
A conventional photomask is a transparent plate with the same thickness everywhere, parts of which are covered with non transmitting material in order to create a pattern on the semiconductor wafer when illuminated. In alternating phase shift masks, certain transmitting regions are made thinner or thicker. That induces a phase shift in the light traveling through those regions of the mask (see the illustration). When the thickness is suitably chosen, the interference of the phase shifted light with the light coming from unmodified regions of the mask has the effect of improving the contrast on some parts of the wafer, which may ultimately increase the resolution on the wafer. The ideal case is a phase shift of 180 degrees, which results in all the incident light being scattered. However, even for smaller phase shifts, the amount of scattering is not negligible. It can be shown that only for phase shifts of 37 degrees or less will a phase edge scatter 10% or less of the incident light. Attenuated phase shift masks employ a different approach. Certain light blocking parts of the mask are modified to allow a small amount of light to be transmitted through (typically just a few percent). That light is not strong enough to create a pattern on the wafer, but it can interfere with the light coming from the transparent parts of the mask, with the goal again of improving the contrast on the wafer. Attenuated phase shift masks are already extensively used, due to their simpler construction and operation, particularly in combination with optimized illumination for memory patterns. On the other hand, alternating phase shift masks are more difficult to manufacture and this has slowed their adoption, but their use is becoming more widespread. For example, the alternating phase shift mask technique is being used by Intel to print gates for their 65 nm and subsequent node transistors. While alternating phase shift masks are a stronger form of resolution enhancement than attenuated phase shift masks, their use has more complex consequences. For example, a 180 degree phase edge or boundary will generally print. This printed edge is usually an unwanted feature and is usually removed by a second exposure.
Применение
Преимуществом использования масок с фазовым сдвигом в литографии является снижение чувствительности к изменениям размеров элементов на самой маске. Это наиболее часто используется в чередующихся фазосдвиговых масках, где ширина линии становится всё менее чувствительной к ширине хрома на маске по мере уменьшения ширины хрома. Фактически, даже при отсутствии хрома фазовый край всё ещё может воспроизводиться, как отмечалось выше. Некоторые случаи ослабленных фазосдвиговых масок также демонстрируют аналогичное преимущество (см. рисунок). Ослабленные фазосдвиговые маски также улучшают крутизну логарифмической характеристики изображения, не требуя при этом очень высокой дозы экспозиции и расширения темных участков. Более высокая прозрачность усиливает этот эффект. По мере применения масок с фазовым сдвигом для печати всё более мелких элементов, всё более важным становится точное моделирование их поведения с использованием специализированного программного обеспечения для моделирования, такого как Panoramic Technology или Sigma C. Это становится особенно важным, поскольку топография маски начинает играть значительную роль в рассеянии света, а сам свет начинает распространяться под большими углами. Эффективность масок с фазовым сдвигом также можно предварительно оценить с помощью аэромикроскопов. Контроль дефектов остаётся критически важным аспектом технологии масок с фазовым сдвигом, поскольку набор воспроизводимых дефектов масок расширился и теперь включает в себя дефекты, вызывающие фазовые эффекты, в дополнение к традиционным дефектам, влияющим на передачу света. Ослабленные фазосдвиговые маски используются в производстве начиная с 90-нм технологического узла.
A benefit of using phase shift masks in lithography is the reduced sensitivity to variations of feature sizes on the mask itself. This is most commonly used in alternating phase shift masks, where the linewidth becomes less and less sensitive to the chrome width on the mask, as the chrome width decreases. In fact, even with no chrome the phase edge can still print, as noted above. Some cases of attenuated phase shifting masks also demonstrate the same benefit (see figure). Attenuated phase shift masks also improve the image log slope without requiring a very high exposure dose with a widened dark feature. A higher transmission enhances the effect. As phase shift masks are applied to printing smaller and smaller features, it becomes more and more important to model them accurately using rigorous simulation software, such as Panoramic Technology or Sigma C. It becomes especially important as the mask topography starts to play an important role in scattering the light, and the light itself starts to propagate at larger angles. The performance of phase shift masks can also be previewed with the use of aerial image microscopes. Defect inspection remains a critical aspect of phase shift mask technology, as the set of printable mask defects has expanded to include those with phase effects in addition to conventional transmission effects. Attenuated phase shift masks have been in use in production since the 90 nm node.