Las tecnologías de mejora de la resolución son métodos utilizados para modificar las fotomáscaras en los procesos litográficos utilizados para fabricar circuitos integrados (CI o "chips") para compensar las limitaciones en la resolución óptica de los sistemas de proyección. Estos procesos permiten la creación de características mucho más allá del límite que normalmente se aplicaría debido al criterio de Rayleigh . Las tecnologías modernas permiten la creación de características del orden de 5 nanómetros (nm), muy por debajo de la resolución normal posible utilizando luz ultravioleta profunda (DUV).
Los circuitos integrados se crean mediante un proceso de varios pasos conocido como fotolitografía . Este proceso comienza con el diseño del circuito integrado como una serie de capas que se aplicarán sobre la superficie de una lámina de silicio u otro material semiconductor conocido como oblea .
Cada capa del diseño final se modela sobre una fotomáscara , que en los sistemas modernos está hecha de finas líneas de cromo depositadas sobre vidrio de cuarzo altamente purificado. Se utiliza cromo porque es muy opaco a la luz ultravioleta y cuarzo porque tiene una expansión térmica limitada bajo el calor intenso de las fuentes de luz, además de ser muy transparente a la luz ultravioleta . La máscara se coloca sobre la oblea y luego se expone a una fuente de luz ultravioleta intensa. Con un sistema de imágenes ópticas adecuado entre la máscara y la oblea (o sin sistema de imágenes si la máscara está colocada lo suficientemente cerca de la oblea, como en las primeras máquinas de litografía), el patrón de la máscara se imagina en una capa delgada de fotorresistencia en la superficie de la oblea y una parte de la fotorresistencia expuesta a la luz (UV o EUV) experimenta reacciones químicas que hacen que el patrón fotográfico se cree físicamente en la oblea.
Cuando la luz incide sobre un patrón como el de una máscara, se producen efectos de difracción . Esto hace que la luz muy enfocada de la lámpara UV se disperse por el lado más alejado de la máscara y se vuelva cada vez más desenfocada a medida que aumenta la distancia. En los primeros sistemas de la década de 1970, para evitar estos efectos era necesario colocar la máscara en contacto directo con la oblea para reducir la distancia entre la máscara y la superficie. Cuando se levantaba la máscara, a menudo se desprendía el revestimiento de resina y se estropeaba la oblea. La producción de una imagen sin difracción se resolvió finalmente mediante los sistemas de alineación de proyección , que dominaron la fabricación de chips durante la década de 1970 y principios de la de 1980.
El impulso implacable de la ley de Moore finalmente llegó al límite de lo que los alineadores de proyección podían manejar. Se hicieron esfuerzos para extender su vida útil al pasar a longitudes de onda UV cada vez más altas, primero a DUV y luego a EUV, pero las pequeñas cantidades de luz emitidas en estas longitudes de onda hicieron que las máquinas fueran poco prácticas, requiriendo lámparas enormes y tiempos de exposición prolongados. Esto se solucionó mediante la introducción de los steppers , que usaban una máscara de tamaños mucho más grandes y usaban lentes para reducir la imagen. Estos sistemas continuaron mejorando de una manera similar a los alineadores, pero a fines de la década de 1990 también enfrentaban los mismos problemas.
En ese momento, hubo un debate considerable sobre cómo continuar la transición hacia características más pequeñas. Los sistemas que utilizaban láseres excimer en la región de rayos X blandos eran una solución, pero eran increíblemente caros y difíciles de usar. Fue en ese momento cuando se comenzó a utilizar la mejora de la resolución.
El concepto básico que subyace a los diversos sistemas de mejora de la resolución es el uso creativo de la difracción en ciertas ubicaciones para compensar la difracción en otras. Por ejemplo, cuando la luz se difracta alrededor de una línea en la máscara, producirá una serie de líneas brillantes y oscuras, o "bandas", que extenderán el patrón nítido deseado. Para compensar esto, se deposita un segundo patrón cuyo patrón de difracción se superpone con las características deseadas, y cuyas bandas se colocan para superponerse con el patrón original para producir el efecto opuesto: oscuro sobre claro o viceversa. Se agregan múltiples características de este tipo y el patrón combinado produce la característica original. Por lo general, en la máscara, estas características adicionales parecen líneas adicionales que se encuentran paralelas a la característica deseada.
La incorporación de estas características de mejora ha sido un área de mejora continua desde principios de la década de 2000. Además de utilizar patrones adicionales, los sistemas modernos agregan materiales de cambio de fase, patrones múltiples y otras técnicas. En conjunto, han permitido que el tamaño de las características continúe reduciéndose a órdenes de magnitud por debajo del límite de difracción de la óptica.
Tradicionalmente, después de que un diseño de CI se ha convertido en un diseño físico , se ha verificado el tiempo y se ha certificado que los polígonos están limpios de DRC , el CI está listo para su fabricación. Los archivos de datos que representan las distintas capas se envían a un taller de máscaras, que utiliza un equipo de escritura de máscaras para convertir cada capa de datos en una máscara correspondiente, y las máscaras se envían a la fábrica donde se utilizan para fabricar repetidamente los diseños en silicio. En el pasado, la creación del diseño del CI era el final de la participación en la automatización del diseño electrónico .
Sin embargo, como la ley de Moore ha reducido las dimensiones de las características cada vez, nuevos efectos físicos que en el pasado podían ignorarse con eficacia están afectando ahora a las características que se forman en la oblea de silicio. Por lo tanto, aunque el diseño final pueda representar lo que se desea en silicio, el diseño puede sufrir modificaciones drásticas mediante varias herramientas EDA antes de que se fabriquen y envíen las máscaras. Estas modificaciones no son necesarias para realizar ningún cambio en el dispositivo tal como se diseñó, sino simplemente para permitir que el equipo de fabricación, a menudo comprado y optimizado para fabricar circuitos integrados una o dos generaciones atrás, entregue los nuevos dispositivos. Estas modificaciones pueden clasificarse en dos tipos.
El primer tipo son las correcciones de distorsión, es decir, la compensación previa de las distorsiones inherentes al proceso de fabricación, ya sea de un paso de procesamiento, como: fotolitografía , grabado, planarización y deposición. Estas distorsiones se miden y se ajusta un modelo adecuado; la compensación se lleva a cabo generalmente utilizando una regla o un algoritmo basado en un modelo. Cuando se aplica a las distorsiones de impresión durante la fotolitografía, esta compensación de distorsión se conoce como Corrección de proximidad óptica (OPC).
El segundo tipo de mejora de la retícula implica mejorar la capacidad de fabricación o la resolución del proceso. Algunos ejemplos de esto incluyen:
Para cada una de estas técnicas de mejora de la capacidad de fabricación, existen determinados diseños que no se pueden mejorar o que causan problemas en la impresión. Estos se clasifican como diseños no conformes. Estos se evitan en la etapa de diseño, utilizando, por ejemplo, reglas de diseño radicalmente restrictivas o creando comprobaciones DRC adicionales si es necesario. Tanto las compensaciones litográficas como las mejoras de la capacidad de fabricación suelen agruparse bajo el título de técnicas de mejora de la resolución (RET). Estas técnicas se han utilizado desde el nodo de 180 nm y se han vuelto más agresivas a medida que el tamaño mínimo de las características se redujo significativamente por debajo de la longitud de onda de la imagen, actualmente limitada a 13,5 nm. [1]
Esto está estrechamente relacionado con, y es parte de, la categoría más general de diseño para fabricación (IC) o DFM.
Después de RET, el siguiente paso en un flujo EDA suele ser la preparación de datos de máscara .