संकल्प वृद्धि प्रौद्योगिकियां

संकल्प वृद्धि प्रौद्योगिकियां प्रक्षेपण प्रणालियों के ऑप्टिकल संकल्प में सीमाओं की भरपाई के लिए एकीकृत सर्किट (आईसी या "चिप्स") बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियाओं में फोटोमास्क को संशोधित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियां हैं। ये प्रक्रियाएँ उस सीमा से कहीं अधिक सुविधाओं के निर्माण की अनुमति देती हैं जो आम तौर पर रेले मानदंड के कारण लागू होती हैं। आधुनिक प्रौद्योगिकियां 5 नैनोमीटर (एनएम) के क्रम पर सुविधाओं के निर्माण की अनुमति देती हैं, जो कि गहरे पराबैंगनी (डीयूवी) प्रकाश का उपयोग करके संभव सामान्य संकल्प से काफी कम है।

पृष्ठभूमि
इंटीग्रेटेड सर्किट एक मल्टी-स्टेप प्रोसेस में बनाए जाते हैं जिसे फोटोलिथोग्राफी कहा जाता है। यह प्रक्रिया आईसी सर्किट्री के डिजाइन के साथ परतों की एक श्रृंखला के रूप में शुरू होती है, जो सिलिकॉन या अन्य अर्धचालक सामग्री की सतह पर वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) के रूप में जाना जाता है।

परम डिजाइन की प्रत्येक परत को एक फोटोमास्क पर प्रतिरूपित किया जाता है, जो आधुनिक प्रणालियों में अत्यधिक शुद्ध क्वार्ट्ज ग्लास पर जमा क्रोमियम की महीन रेखाओं से बना होता है। क्रोमियम का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह यूवी प्रकाश के लिए अत्यधिक अपारदर्शी है, और क्वार्ट्ज क्योंकि इसमें प्रकाश स्रोतों की तीव्र गर्मी के साथ-साथ पराबैंगनी प्रकाश के लिए अत्यधिक पारदर्शी होने के कारण थर्मल विस्तार सीमित है। मास्क को वेफर के ऊपर रखा जाता है और फिर एक तीव्र यूवी प्रकाश स्रोत के संपर्क में लाया जाता है। मास्क और वेफर के बीच एक उचित ऑप्टिकल इमेजिंग सिस्टम के साथ (या कोई इमेजिंग सिस्टम नहीं है अगर मास्क पर्याप्त रूप से वेफर के पास स्थित है जैसे कि शुरुआती लिथोग्राफी मशीनों में), मास्क पैटर्न की सतह पर photoresist  की पतली परत पर इमेज किया जाता है। वेफर और एक प्रकाश (यूवी या ईयूवी) - फोटोरेसिस्ट का उजागर हिस्सा रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अनुभव करता है जिससे वेफर पर फोटोग्राफिक पैटर्न भौतिक रूप से बनाया जाता है।

जब प्रकाश एक पैटर्न पर चमकता है जैसे एक मुखौटा पर, विवर्तन प्रभाव उत्पन्न होता है। यह यूवी लैंप से तेजी से केंद्रित प्रकाश को मुखौटा के दूर की ओर फैलाने का कारण बनता है और दूरी पर तेजी से अनफोकस हो जाता है। 1970 के दशक की शुरुआती प्रणालियों में, इन प्रभावों से बचने के लिए मास्क से सतह तक की दूरी को कम करने के लिए मास्क को वेफर के सीधे संपर्क में रखना आवश्यक था। जब मुखौटा उठाया जाता था तो यह अक्सर प्रतिरोधी कोटिंग को खींच लेता था और वेफर को बर्बाद कर देता था। एक विवर्तन-मुक्त छवि का निर्माण अंततः प्रोजेक्शन एलाइनर (सेमीकंडक्टर) सिस्टम के माध्यम से हल किया गया था, जो 1970 और 1980 के दशक की शुरुआत में चिप बनाने पर हावी था।

मूर के कानून की अथक ड्राइव अंततः उस सीमा तक पहुंच गई जिसे प्रक्षेपण संरेखक संभाल सकते थे। पहले डीयूवी और फिर ईयूवी तक, हमेशा उच्च यूवी तरंगदैर्ध्य में जाकर अपने जीवनकाल का विस्तार करने का प्रयास किया गया, लेकिन इन तरंग दैर्ध्यों पर दी गई छोटी मात्रा में प्रकाश ने मशीनों को अव्यवहारिक बना दिया, जिसके लिए भारी लैंप और लंबे एक्सपोजर समय की आवश्यकता थी। इसे स्टेपर्स की शुरूआत के माध्यम से हल किया गया था, जो छवि को कम करने के लिए बहुत बड़े आकार के मास्क और लेंस का उपयोग करता था। इन प्रणालियों में संरेखकों के समान एक फैशन में सुधार जारी रहा, लेकिन 1990 के दशक के अंत तक भी उन्हीं मुद्दों का सामना करना पड़ रहा था।

उस समय, इस बात पर काफ़ी बहस हुई कि छोटी सुविधाओं की ओर कैसे बढ़ना जारी रखा जाए। सॉफ्ट-एक्स-रे क्षेत्र में एक्साइमर लेजर का उपयोग करने वाले सिस्टम एक समाधान थे, लेकिन ये अविश्वसनीय रूप से महंगे थे और इनके साथ काम करना मुश्किल था। यह इस समय था कि रिज़ॉल्यूशन एन्हांसमेंट का उपयोग किया जाने लगा।

मूल अवधारणा
विभिन्न संकल्प वृद्धि प्रणालियों में अंतर्निहित मूल अवधारणा कुछ स्थानों में विवर्तन का रचनात्मक उपयोग है ताकि दूसरों में विवर्तन को ऑफसेट किया जा सके। उदाहरण के लिए, जब प्रकाश मास्क पर एक रेखा के चारों ओर विवर्तित होता है तो यह चमकीली और गहरी रेखाओं, या बैंडों की एक श्रृंखला उत्पन्न करेगा। जो वांछित तेज पैटर्न फैलाएगा। इसे ऑफसेट करने के लिए, एक दूसरा पैटर्न जमा किया जाता है जिसका विवर्तन पैटर्न वांछित विशेषताओं के साथ ओवरलैप होता है, और जिनके बैंड विपरीत प्रभाव उत्पन्न करने के लिए मूल पैटर्न को ओवरलैप करने के लिए स्थित होते हैं - प्रकाश पर अंधेरा या इसके विपरीत। इस तरह की कई विशेषताएं जोड़ी जाती हैं, और संयुक्त पैटर्न मूल विशेषता का निर्माण करता है। आमतौर पर, मास्क पर ये अतिरिक्त विशेषताएं वांछित सुविधा के समानांतर पड़ी अतिरिक्त रेखाओं की तरह दिखती हैं।

2000 के दशक की शुरुआत से इन वृद्धि सुविधाओं को जोड़ना निरंतर सुधार का क्षेत्र रहा है। अतिरिक्त पैटर्निंग का उपयोग करने के अलावा, आधुनिक प्रणालियां चरण-स्थानांतरण सामग्री, बहु-पैटर्निंग और अन्य तकनीकों को जोड़ती हैं। साथ में, उन्होंने ऑप्टिक्स की विवर्तन सीमा के नीचे परिमाण के आदेशों को कम करने के लिए सुविधा आकार को जारी रखने की अनुमति दी है।

रिज़ॉल्यूशन एन्हांसमेंट का उपयोग करना
परंपरागत रूप से, एक आईसी डिजाइन को भौतिक एकीकृत सर्किट लेआउट में परिवर्तित करने के बाद, स्टेटिक टाइमिंग विश्लेषण, और पॉलीगॉन को डिजाइन नियम की जांच करने के लिए प्रमाणित किया जाता है। डीआरसी-क्लीन, आईसी निर्माण के लिए तैयार था। विभिन्न परतों का प्रतिनिधित्व करने वाली डेटा फ़ाइलों को एक मास्क शॉप में भेज दिया गया था, जो प्रत्येक डेटा परत को एक संबंधित मास्क में बदलने के लिए मास्क-लेखन उपकरण का उपयोग करती थी, और मास्क को फ़ैब में भेज दिया जाता था जहाँ उनका उपयोग बार-बार सिलिकॉन में डिज़ाइन बनाने के लिए किया जाता था। अतीत में, आईसी लेआउट का निर्माण इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन की भागीदारी का अंत था।

हालाँकि, जैसा कि मूर के नियम ने सुविधाओं को कभी-छोटे आयामों तक पहुँचाया है, नए भौतिक प्रभाव जिन्हें अतीत में प्रभावी रूप से अनदेखा किया जा सकता था, वे अब उन विशेषताओं को प्रभावित कर रहे हैं जो सिलिकॉन वेफर पर बनती हैं। तो भले ही अंतिम लेआउट सिलिकॉन में जो वांछित है उसका प्रतिनिधित्व कर सकता है, फिर भी मास्क बनाने और भेजने से पहले लेआउट कई ईडीए उपकरणों के माध्यम से नाटकीय परिवर्तन से गुजर सकता है। इन परिवर्तनों की आवश्यकता डिज़ाइन के अनुसार उपकरण में कोई बदलाव करने के लिए नहीं है, बल्कि नए उपकरणों को वितरित करने के लिए केवल एक या दो पीढ़ियों के पीछे IC बनाने के लिए अक्सर खरीदे और अनुकूलित किए गए निर्माण उपकरण को अनुमति देने के लिए है। इन परिवर्तनों को दो प्रकार के होने के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

पहला प्रकार विरूपण सुधार है, अर्थात् निर्माण प्रक्रिया में निहित विकृतियों के लिए पूर्व-क्षतिपूर्ति, चाहे वह प्रसंस्करण चरण से हो, जैसे: फोटोलिथोग्राफी, नक़्क़ाशी, समतलीकरण और निक्षेपण। इन विकृतियों को मापा जाता है और एक उपयुक्त मॉडल फिट किया जाता है, मुआवजा आमतौर पर नियम या मॉडल आधारित एल्गोरिदम का उपयोग करके किया जाता है। फोटोलिथोग्राफी के दौरान मुद्रण विकृतियों पर लागू होने पर, इस विरूपण क्षतिपूर्ति को ऑप्टिकल निकटता सुधार (ओपीसी) के रूप में जाना जाता है।

दूसरे प्रकार के रेटिकल एन्हांसमेंट में वास्तव में प्रक्रिया की विनिर्माण क्षमता या संकल्प में सुधार करना शामिल है। इसके उदाहरणों में शामिल हैं:

इनमें से प्रत्येक विनिर्माण क्षमता सुधार तकनीकों के लिए कुछ निश्चित लेआउट हैं जिन्हें या तो सुधारा नहीं जा सकता है या मुद्रण में समस्याएँ पैदा कर सकते हैं। इन्हें गैर-अनुपालन वाले लेआउट के रूप में वर्गीकृत किया गया है। इन्हें या तो डिज़ाइन चरण में टाला जाता है - उदाहरण के लिए, मौलिक रूप से प्रतिबंधित डिज़ाइन नियम और/या यदि उपयुक्त हो तो अतिरिक्त DRC चेक बनाना। लिथोग्राफिक क्षतिपूर्ति और विनिर्माण क्षमता में सुधार दोनों को आमतौर पर हेडिंग रिज़ॉल्यूशन एन्हांसमेंट तकनीक (आरईटी) के तहत समूहीकृत किया जाता है। इस तरह की तकनीकों का उपयोग 180nm नोड के बाद से किया गया है और अधिक आक्रामक रूप से न्यूनतम फीचर आकार के रूप में उपयोग किया जाता है, जो कि इमेजिंग वेवलेंथ से काफी नीचे गिर गया है, जो वर्तमान में 13.5 एनएम तक सीमित है। यह विनिर्माण क्षमता (आईसी) या डीएफएम के लिए डिजाइन की अधिक सामान्य श्रेणी से निकटता से संबंधित है, और इसका एक हिस्सा है।

आरईटी के बाद, ईडीए प्रवाह में अगला चरण आमतौर पर मास्क डेटा तैयार करना होता है।

यह भी देखें

 * उलटा लिथोग्राफी तकनीक

संदर्भ

 * Electronic Design Automation For Integrated Circuits Handbook, by Lavagno, Martin, and Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 A survey of the field, from which this summary was derived, with permission.