Calculator voor lithografie-resolutie en focusdiepte
Voer de belichtingsgolflengte, de numerieke apertuur (NA) van de lens en de procesfactor k1 in om de kleinste half-pitch te krijgen die één belichting kan afbeelden, plus de bijbehorende focusdiepte. Voeg een doelpitch toe om te zien of die in één belichting past of moet worden gesplitst.
Resultaten
Resolutie (half-pitch)
–
Minimale pitch per belichting
–
Focusdiepte
–
Benodigde pitchsplitsingen
–
1 betekent dat één belichting de doelpitch kan afbeelden. 2 of meer betekent dat het patroon over meerdere belichtingen moet worden verdeeld, bijvoorbeeld met double patterning (een ruwe telling; echte flows gebruiken ook SADP en SAQP).
Lithografiegeneraties vergeleken (met uw k1 en k2)
Lichtbron
λ
NA
Half-pitch
Focusdiepte
De NA-waarden zijn typische topwaarden per generatie. De focusdiepte bij immersie gebruikt de eenvoudige formule zonder de winst door de brekingsindex van de vloeistof.
Bekijk als grafiek
De andere invoerwaarden blijven gelijk, terwijl de gekozen invoer varieert van 1/4 tot 4 keer de huidige waarde. De rode stip is de huidige waarde.
Wat de Rayleigh-vergelijking zegt
De kleinste structuur die één belichting kan oplossen is R = k1 × λ / NA, waarbij λ de golflengte is, NA de numerieke apertuur die beschrijft hoe wijd de lichtkegel is die de lens opvangt, en k1 aangeeft hoe dicht trucs met belichting, masker en resist bij de fysische grens komen. Voor gelijke lijnen en tussenruimten is de theoretische grens k1 = 0,25; in productie werkt men doorgaans rond 0,28 tot 0,4. De resolutie verbetert alleen door een kortere golflengte, een hogere NA of een lagere k1.
De afweging met focusdiepte
Het hoogtebereik waarin het beeld voldoende scherp blijft, is de focusdiepte, geschat als DOF = k2 × λ / NA². Een hogere NA verbetert de resolutie evenredig met NA, maar verkleint de focusdiepte met het kwadraat van NA. Bij 13,5 nm EUV verbetert de stap van NA 0,33 naar 0,55 de resolutie ongeveer 1,7 keer, terwijl de focusdiepte ongeveer 2,8 keer kleiner wordt. Daarom worden de vlakheid van de wafer en de resistdikte zo streng beheerst, en daarom zijn CMP-planarisatie en dunnere resists belangrijk.
Hoe de generaties zich ontwikkelden
Lichtbronnen gingen van de g-line (436 nm) en i-line (365 nm) van de kwiklamp naar KrF- (248 nm) en ArF-excimerlasers (193 nm). ArF-immersielithografie vulde de ruimte tussen lens en wafer met water om de NA boven 1 te brengen, tot 1,35, en bereikte zo een half-pitch van ongeveer 40 nm bij k1 = 0,28. Fijnere patronen vereisen multipatterning of 13,5 nm EUV. Bij NA 0,33 bereikt EUV een half-pitch van ongeveer 16 nm bij k1 = 0,4, en High-NA EUV met 0,55 ongeveer 10 nm.
Technieken die k1 verlagen
Een lagere k1 laat dezelfde scanner fijnere patronen afbeelden. De belangrijkste technieken zijn optische nabijheidscorrectie (OPC), die maskervormen vooraf vervormt om diffractie te compenseren; faseverschuivingsmaskers, die de fase van het licht omkeren om het contrast te verhogen; schuine belichting (off-axis illumination); en resists met hoog contrast. Naarmate k1 0,25 nadert, nemen maatvariatie en defecten echter toe en wordt het procesvenster smaller.
ADe belichtingsgolflengte verkorten en de numerieke apertuur (NA) vergroten
BDe belichtingsgolflengte verlengen en de NA verkleinen
CDe belichtingsgolflengte verlengen en de NA vergroten
Antwoord en toelichting tonen
Antwoord: A. De belichtingsgolflengte verkorten en de numerieke apertuur (NA) vergroten
Volgens de formule van Rayleigh, R = k1·λ/NA, maakt men R kleiner door de golflengte λ te verkorten, de numerieke apertuur NA te vergroten en k1 te verlagen. De lichtbron is verkort in golflengte van g-lijn (436 nm), i-lijn (365 nm), KrF (248 nm) en ArF (193 nm) naar EUV (13,5 nm), en de NA is uitgebreid van ongeveer 0,3 tot 1,35 bij immersie. Bij ArF-immersie (NA 1,35, k1 0,27) is R ≈ 39 nm, en voor een fijnere pitch zijn multipatterning of EUV nodig.
De scherptediepte is DOF = k2·λ/NA² en omgekeerd evenredig met het kwadraat van NA, dus bij een grotere NA wordt ze snel ondieper. Bij geavanceerde belichting is ze slechts rond 100 nm, en aan vlakheid van de wafer, stappen in het patroon en variatie in resistdikte worden strengere eisen gesteld. Dit is een van de redenen waarom planarisatie met CMP belangrijk is. Het belichtingsapparaat meet per shot de hoogte en kanteling van de wafer en stelt de lensfocus automatisch af.
AHet is een coëfficiënt voor de moeilijkheid van het proces, met een theoretische ondergrens van 0,25 voor één belichting
BHoe groter, hoe hoger de resolutie
CDe waarde is altijd 1 of groter
Antwoord en toelichting tonen
Antwoord: A. Het is een coëfficiënt voor de moeilijkheid van het proces, met een theoretische ondergrens van 0,25 voor één belichting
k1 is een coëfficiënt voor de totale kracht van resistprestaties, maskerslimheid en belichtingsomstandigheden; hoe kleiner, hoe fijnere patronen kunnen worden opgelost, maar het procesvenster wordt smaller en het wordt moeilijker. De theoretische ondergrens om een periodiek patroon (lijnen en spaties) in één belichting op te lossen is 0,25. In de jaren 90 was het ongeveer 0,6, maar door superresolutietechnieken zoals aangepaste belichting, phase-shift masks en OPC is het ook in massaproductie tot ongeveer 0,27-0,3 verlaagd.
Veelgestelde vragen
Wat is de resolutiegrens van ArF-immersielithografie?
Met NA 1,35 en k1 = 0,28 is de half-pitch ongeveer 40 nm, een pitch van ongeveer 80 nm. Fijnere patronen worden gemaakt met multipatterning zoals double patterning, of met EUV.
Hoe verandert de focusdiepte met NA?
De focusdiepte daalt met het kwadraat van NA. Als NA bij dezelfde golflengte en k2 stijgt van 0,33 naar 0,55, wordt de focusdiepte ongeveer 2,8 keer kleiner.
Wat is de theoretisch minimale k1?
Voor gelijke lijnen en tussenruimten in één belichting is de theoretische grens k1 = 0,25. In productie blijft men meestal rond 0,28 tot 0,4 om voldoende procesmarge te houden.