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Semi-automatische Co-Optimierung von lithographischen Masken und Beleuchtungseinstellungen

Die Güte mikroelektronischer integrierter Schaltungen hängt in hohem Maße von der Größe des kleinsten zu realisierenden Elementes auf einem Chip ab. Zu diesem Zweck begann die Mikroelektronikindustrie Ende der neunziger Jahre damit, verschiedene Techniken einzusetzen, die durch Veränderungen der Fotomasken und Beleuchtungseinstellungen das Auflösungsverhalten des Lithographieprozesses verbessern. Entwicklungen und Vorhersagen werden aber im Zuge dieser Techniken zunehmend anspruchsvoller. In dieser Arbeit wird zu diesem Zweck ein semi-automatisches Optimierungsverfahren entwickelt, das mit geringen Voreinstellungen und kleiner Benutzerintervention ideale Prozessbedingungen findet. Dem Verfahren liegt ein probalistischer, globaler Optimierungsansatz, ein genetischer Algorithmus (GA), zu Grunde. Für die Lithographie-Simulationen wird die am IISB entwickelte Simulationsumgebung Dr.LiTHO verwendet. Die in dieser Arbeit entwickelte Optimierungsprozedur kann wie folgt zusammengefasst werden (s. Abb. 1): Der genetische Algorithmus erzeugt zunächst eine Menge von Startlösungen (Anfangspopulation). Die einzelnen Lösungen werden dann bewertet, indem aus ihnen die Parameter (Maskengeometrie und Beleuchtungseinstellungen) extrahiert werden. Es wird dann eine Simulation mit diesen Parametern durchgeführt, um schließlich das Abbildungsverhalten auszuwerten. Maskenelemente werden dabei mit Hilfe von Rechtecken beschrieben. Wegen der Symmetrie der Beleuchtung wird diese lediglich in einem Viertelkreis definiert. Dieser Viertelkreis wird mittels Kreissegmenten und -bögen (oder Tracks) unterteilt, so dass ein Kreisgitter entsteht. Die Zellen dieses Gitters können die Transmissionswerte 1 oder 0 annehmen (s. Abb. 2). Zur Berechnung der Güte einer potentiellen Lösung werden folgende Kriterien ausgewertet: CD Kriterium (CD): Die Kritische Dimension (CD) bestimmt die Größe der Hauptstruktur. Ein Gütekriterium ist daher durch die Differenz zwischen Soll-CD und Ist-CD gegeben. Steigungskriterium (SC): Um eine hohe Unempfindlichkeit gegen Dosisschwankungen bei der Belichtung zu erreichen, werden große Intensitätssteigungen an den Rändern der Hauptstruktur besser bewertet. Bandkriterium (BC): Damit nur die gewünschten Strukturen abgebildet werden, wird ein Schwellwert verwendet. Die Intensitäten im Luftbild dürfen in nicht zu druckenden Bereichen nicht unter diesen Wert sinken. Andernfalls wird die Lösung mit einem Güteabzug „bestraft“. Um einen stabilen Prozess zu gewährleisten, werden die Luftbildauswertungen nicht nur im besten Fokus, sondern zusätzlich an verschiedenen Stellen außerhalb des besten Fokus durchgeführt. Abb. 3 zeigt das Ergebnis einer Masken- und Beleuchtungsoptimierung für Kontaktlöcher (140 nm  170 nm). Dazu wurden hoch-transmittierenden (19,3 %) Attenuated Phaseshift Masks (AttPSM) und eine x-periodische Kontaklochanordnung (x-pitch = 320 nm) angenommen. Die Simulation wurde mit einer numerischen Apertur von 0,7 und einer Wellenlänge von 193 nm durchgeführt. Für die Optimierung wurden 2000 Generationen (Iterationen) mit jeweils 200 Individuen (Lösungen) berechnet. Die gesamte Berechnung dauerte 10 Stunden (bei Benutzung von 10 Pentium IV Prozessoren). Es zeigt sich, dass ein stabiles Beleuchtungsverhalten nicht nur für die beste Fokusposition, sondern auch im 200 und sogar 400 nm Defokusbereich erzielt werden kann. Die CD (kritische Dimension) zeigt in allen Fällen eine geringe Abweichung von der erwünschten Größe. Sowohl Maske als auch Beleuchtung sind herstellbar. Um das vorgeschlagene Verfahren einer größeren Benutzergemeinde zugänglich zu machen, sind weitere Arbeiten zur Reduktion der Rechenzeit und der Verbesserung der Benutzerschnittstelle nötig.
Projektleitung:
Dipl.-Ing. Tim Fühner

Laufzeit: 1.1.2004 - 30.11.2007

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