Calculateur de résolution et de profondeur de foyer en lithographie
Saisissez la longueur d'onde d'exposition, l'ouverture numérique (NA) de l'objectif et le facteur de procédé k1 pour obtenir le plus petit demi-pas qu'une seule exposition peut imprimer, ainsi que sa profondeur de foyer. Ajoutez un pas cible pour voir s'il tient en une seule exposition ou s'il doit être découpé.
Résultats
Résolution (demi-pas)
–
Pas minimal par exposition
–
Profondeur de foyer (DOF)
–
Découpages du pas nécessaires
–
1 signifie qu'une seule exposition peut imprimer le pas cible. À partir de 2, le motif doit être réparti sur plusieurs expositions, par exemple par double patterning (estimation grossière ; les procédés réels utilisent aussi le SADP et le SAQP).
Comparaison des générations de lithographie (avec vos k1 et k2)
Source
λ
NA
Demi-pas
Profondeur de foyer
Les valeurs de NA sont des valeurs haut de gamme typiques de chaque génération. La profondeur de foyer en immersion utilise la formule simple, sans le gain dû à l'indice de réfraction du liquide.
Voir sous forme de graphique
Les autres entrées gardent leur valeur actuelle tandis que l'entrée choisie varie de 1/4 à 4 fois sa valeur actuelle. Le point rouge est la valeur actuelle.
Ce que dit l'équation de Rayleigh
Le plus petit motif qu'une seule exposition peut résoudre est R = k1 × λ / NA, où λ est la longueur d'onde, NA l'ouverture numérique, qui décrit la largeur du cône de lumière collecté par l'objectif, et k1 traduit à quel point les astuces d'éclairage, de masque et de résine rapprochent de la limite physique. Pour des lignes et espaces égaux, la limite théorique est k1 = 0,25, et la production fonctionne généralement vers 0,28 à 0,4. La résolution ne s'améliore qu'en raccourcissant la longueur d'onde, en augmentant la NA ou en diminuant k1.
Le compromis avec la profondeur de foyer
La plage de hauteur sur laquelle l'image reste suffisamment nette est la profondeur de foyer (DOF), estimée par DOF = k2 × λ / NA². Augmenter la NA améliore la résolution proportionnellement à la NA, mais réduit la profondeur de foyer avec le carré de la NA. Pour l'EUV à 13,5 nm, passer d'une NA de 0,33 à 0,55 améliore la résolution d'environ 1,7 fois tout en divisant la profondeur de foyer par environ 2,8. C'est pourquoi la planéité de la plaquette et l'épaisseur de résine sont si strictement contrôlées, et pourquoi la planarisation CMP et les résines plus fines comptent.
L'évolution des générations
Les sources lumineuses sont passées des raies g (436 nm) et i (365 nm) de la lampe à mercure aux lasers excimères KrF (248 nm) et ArF (193 nm). La lithographie ArF à immersion a rempli d'eau l'espace entre l'objectif et la plaquette pour porter la NA au-delà de 1, jusqu'à 1,35, atteignant un demi-pas d'environ 40 nm à k1 = 0,28. Des motifs plus fins exigent le multipatterning ou l'EUV à 13,5 nm. Avec une NA de 0,33, l'EUV atteint un demi-pas d'environ 16 nm à k1 = 0,4, et l'EUV High-NA à 0,55 environ 10 nm.
Les techniques qui abaissent k1
Abaisser k1 permet au même scanner d'imprimer des motifs plus fins. Les principales techniques sont la correction optique de proximité (OPC), qui prédéforme les formes du masque pour compenser la diffraction ; les masques à décalage de phase, qui inversent la phase de la lumière pour augmenter le contraste ; l'éclairage hors axe ; et les résines à fort contraste. Lorsque k1 approche 0,25, cependant, les variations dimensionnelles et les défauts augmentent et la fenêtre de procédé se rétrécit.
ARaccourcir la longueur d'onde d'exposition et augmenter l'ouverture numérique (NA)
BAllonger la longueur d'onde d'exposition et réduire la NA
CAllonger la longueur d'onde d'exposition et augmenter la NA
Afficher la réponse et l'explication
Réponse : A. Raccourcir la longueur d'onde d'exposition et augmenter l'ouverture numérique (NA)
D'après le critère de Rayleigh R = k1·λ/NA, pour réduire R, on raccourcit la longueur d'onde λ, on augmente l'ouverture numérique NA et on abaisse k1. Les sources sont passées par la raie g (436 nm), la raie i (365 nm), le KrF (248 nm), l'ArF (193 nm) puis l'EUV (13,5 nm), et la NA est passée d'environ 0,3 à 1,35 en immersion. Par exemple, en ArF à immersion (NA 1,35, k1 0,27), R ≈ 39 nm ; un pas plus fin exige le multipatterning ou l'EUV.
La profondeur de champ vaut DOF = k2·λ/NA² ; inversement proportionnelle au carré de la NA, elle diminue rapidement lorsque la NA augmente. En lithographie avancée, elle n'est que d'environ 100 nm, ce qui impose des exigences plus strictes sur la planéité du wafer, le relief des motifs et l'uniformité d'épaisseur de la résine. C'est l'une des raisons de l'importance de la planarisation par CMP. L'équipement mesure la hauteur et l'inclinaison du wafer à chaque champ et ajuste automatiquement la mise au point de la lentille.
AC'est un coefficient représentant la difficulté du procédé, dont la limite inférieure théorique pour une seule exposition est 0,25
BPlus il est grand, plus la résolution est élevée
CIl vaut toujours 1 ou plus
Afficher la réponse et l'explication
Réponse : A. C'est un coefficient représentant la difficulté du procédé, dont la limite inférieure théorique pour une seule exposition est 0,25
k1 est un coefficient qui synthétise les performances de la résine, l'ingéniosité du masque, les conditions d'illumination, etc. ; plus il est petit, plus les motifs résolus sont fins, mais plus la fenêtre de procédé se rétrécit et plus le procédé devient difficile. La limite inférieure théorique pour résoudre un motif périodique (lignes et espaces) en une seule exposition est 0,25. Il valait environ 0,6 dans les années 1990, mais les techniques de super-résolution comme l'illumination modifiée, les masques à décalage de phase et l'OPC l'ont abaissé à environ 0,27 à 0,3 même en production.
Questions fréquentes
Quelle est la limite de résolution de la lithographie ArF à immersion ?
Avec une NA de 1,35 et k1 = 0,28, le demi-pas est d'environ 40 nm, soit un pas d'environ 80 nm. Les motifs plus fins sont réalisés par multipatterning, comme le double patterning, ou par EUV.
Comment la profondeur de foyer varie-t-elle avec la NA ?
La profondeur de foyer diminue avec le carré de la NA. Passer d'une NA de 0,33 à 0,55, à longueur d'onde et k2 identiques, divise la profondeur de foyer par environ 2,8.
Quel est le k1 minimal théorique ?
Pour des lignes et espaces égaux imprimés en une seule exposition, la limite théorique est k1 = 0,25. La production reste généralement autour de 0,28 à 0,4 pour conserver une marge de procédé suffisante.