تقنيات تحسين الدقة

تُعدّ تقنيات تحسين الدقة أساليب تُستخدم لتعديل الأقنعة الضوئية في عمليات الطباعة الحجرية المستخدمة في تصنيع الدوائر المتكاملة (أو "الرقائق")، وذلك للتعويض عن قيود الدقة البصرية لأنظمة العرض. تُمكّن هذه العمليات من إنشاء تفاصيل تتجاوز بكثير الحدّ الذي ينطبق عادةً وفقًا لمعيار رايلي . تسمح التقنيات الحديثة بإنشاء تفاصيل في حدود 5 نانومترات ، أي أقل بكثير من الدقة العادية الممكنة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية العميقة . 

تُصنع الدوائر المتكاملة في عملية متعددة الخطوات تُعرف باسم الطباعة الضوئية . تبدأ هذه العملية بتصميم دوائر الدائرة المتكاملة كسلسلة من الطبقات التي سيتم نقشها على سطح رقاقة من السيليكون أو مادة شبه موصلة أخرى تُعرف باسم الرقاقة .

تُطبع كل طبقة من التصميم النهائي على قناع ضوئي ، يُصنع في الأنظمة الحديثة من خطوط دقيقة من الكروم مُرسبّة على زجاج كوارتز عالي النقاء. يُستخدم الكروم لكونه معتمًا للغاية للأشعة فوق البنفسجية، بينما يُستخدم الكوارتز لمحدودية تمدده الحراري تحت الحرارة الشديدة لمصادر الضوء، فضلًا عن كونه شفافًا للغاية للأشعة فوق البنفسجية . يُوضع القناع فوق الرقاقة ثم يُعرّض لمصدر ضوء فوق بنفسجي مكثف. بوجود نظام تصوير بصري مناسب بين القناع والرقاقة (أو بدون نظام تصوير إذا كان القناع قريبًا جدًا من الرقاقة كما في آلات الطباعة الحجرية القديمة)، تُطبع صورة القناع على طبقة رقيقة من المقاوم الضوئي على سطح الرقاقة، ويتعرض جزء من المقاوم الضوئي المُعرّض للضوء (فوق البنفسجي أو فوق البنفسجي الشديد) لتفاعلات كيميائية تُؤدي إلى تكوين النمط الضوئي فعليًا على الرقاقة.

عندما يسقط الضوء على نمطٍ كنمط القناع، تحدث ظاهرة الحيود . يتسبب هذا في تشتت الضوء المركز بشدة من مصباح الأشعة فوق البنفسجية على الجانب البعيد من القناع، ليصبح أقل تركيزًا مع زيادة المسافة. في الأنظمة المبكرة في سبعينيات القرن الماضي، كان تجنب هذه الظاهرة يتطلب وضع القناع مباشرةً على الرقاقة لتقليل المسافة بين القناع والسطح. عند رفع القناع، كان غالبًا ما يزيل طبقة المقاومة الضوئية ويتلف الرقاقة. تم حل مشكلة إنتاج صورة خالية من الحيود في نهاية المطاف من خلال أنظمة محاذاة الإسقاط ، التي هيمنت على صناعة الرقائق الإلكترونية خلال سبعينيات وأوائل ثمانينيات القرن الماضي.

وصل قانون مور المتواصل في نهاية المطاف إلى أقصى قدرة يمكن أن تتحملها أجهزة محاذاة الإسقاط. بُذلت جهود لإطالة عمرها بالانتقال إلى أطوال موجية فوق بنفسجية أعلى، بدءًا من الأشعة فوق البنفسجية العميقة ثم الأشعة فوق البنفسجية الشديدة، لكن الكميات الضئيلة من الضوء المنبعث عند هذه الأطوال الموجية جعلت الأجهزة غير عملية، إذ تطلبت مصابيح ضخمة وأوقات تعريض طويلة. تم حل هذه المشكلة من خلال إدخال أجهزة الطباعة الضوئية المتدرجة ، التي استخدمت قناعًا بأحجام أكبر بكثير وعدسات لتصغير الصورة. استمرت هذه الأنظمة في التحسن بطريقة مماثلة لأجهزة المحاذاة، ولكن بحلول أواخر التسعينيات، كانت تواجه هي الأخرى المشكلات نفسها.

في ذلك الوقت، دار نقاش واسع حول كيفية مواصلة الانتقال إلى ميزات أصغر. كانت الأنظمة التي تستخدم ليزرات الإكسيمر في نطاق الأشعة السينية اللينة أحد الحلول، لكنها كانت باهظة الثمن للغاية وصعبة الاستخدام. في ذلك الوقت، بدأ استخدام تقنيات تحسين الدقة.

تعتمد الفكرة الأساسية لأنظمة تحسين الدقة المختلفة على الاستخدام المبتكر للحيود في مواقع محددة لموازنة الحيود في مواقع أخرى. على سبيل المثال، عندما ينحرف الضوء حول خط على القناع، فإنه يُنتج سلسلة من الخطوط الساطعة والداكنة، أو "أشرطة"، مما يُشتت النمط الحاد المطلوب. ولموازنة ذلك، يُضاف نمط ثانٍ يتداخل نمط حيوده مع العناصر المطلوبة، وتُوضع أشرطة هذا النمط لتتداخل مع أشرطة النمط الأصلي لإنتاج التأثير المعاكس - داكن على فاتح أو العكس. تُضاف عناصر متعددة من هذا النوع، ويُنتج النمط المُدمج العنصر الأصلي. عادةً، تظهر هذه العناصر الإضافية على القناع كخطوط إضافية موازية للعنصر المطلوب.

شهدت إضافة هذه الميزات المحسّنة تطوراً مستمراً منذ مطلع الألفية الثانية. فبالإضافة إلى استخدام أنماط إضافية، تُضيف الأنظمة الحديثة مواد تغيير الطور، وأنماطاً متعددة، وتقنيات أخرى. وقد سمحت هذه التقنيات مجتمعةً بتقليص حجم العناصر إلى ما دون حدّ حيود البصريات بعدة مراتب.

تقليديًا، بعد تحويل تصميم الدائرة المتكاملة إلى تخطيط فعلي ، والتحقق من التوقيت ، واعتماد خلو المضلعات من أخطاء قواعد التصميم ، تصبح الدائرة المتكاملة جاهزة للتصنيع. تُرسل ملفات البيانات التي تمثل الطبقات المختلفة إلى ورشة تصنيع الأقنعة، التي تستخدم معدات كتابة الأقنعة لتحويل كل طبقة بيانات إلى قناع مطابق، ثم تُرسل الأقنعة إلى مصنع تصنيع أشباه الموصلات حيث تُستخدم لتصنيع التصاميم بشكل متكرر على السيليكون. في الماضي، كان إنشاء تخطيط الدائرة المتكاملة يمثل نهاية دور أتمتة تصميم الإلكترونيات .

مع ذلك، ونظرًا لأن قانون مور قد دفع بالخصائص إلى أبعاد أصغر فأصغر، فإن تأثيرات فيزيائية جديدة، كان من الممكن تجاهلها في السابق، تؤثر الآن على الخصائص المُشكّلة على رقاقة السيليكون. لذا، حتى وإن كان التصميم النهائي يُمثل ما هو مطلوب في السيليكون، فإنه لا يزال من الممكن أن يخضع لتغييرات جذرية من خلال العديد من أدوات التصميم الإلكتروني قبل تصنيع الأقنعة وشحنها. هذه التغييرات ضرورية ليس لإحداث أي تغيير في الجهاز كما هو مصمم، بل ببساطة لتمكين معدات التصنيع، التي غالبًا ما يتم شراؤها وتحسينها لإنتاج دوائر متكاملة من جيل أو جيلين سابقين، من إنتاج الأجهزة الجديدة. يمكن تصنيف هذه التغييرات إلى نوعين.

النوع الأول هو تصحيح التشوهات، أي التعويض المسبق عن التشوهات المتأصلة في عملية التصنيع، سواءً كانت ناتجة عن خطوة معالجة مثل: الطباعة الضوئية ، أو الحفر، أو التسوية، أو الترسيب. تُقاس هذه التشوهات ويُطابق نموذج مناسب، ويتم التعويض عادةً باستخدام قاعدة أو خوارزمية قائمة على النموذج. عند تطبيق هذا التعويض على تشوهات الطباعة أثناء الطباعة الضوئية، يُعرف باسم تصحيح التقارب البصري (OPC).

أما النوع الثاني من تحسين الشبكة فيتضمن تحسين قابلية التصنيع أو دقة العملية. ومن أمثلة ذلك:

لكل تقنية من تقنيات تحسين قابلية التصنيع هذه، توجد بعض التصاميم التي إما لا يمكن تحسينها أو تُسبب مشاكل في الطباعة. تُصنف هذه التصاميم على أنها غير متوافقة. ويتم تجنبها إما في مرحلة التصميم - باستخدام، على سبيل المثال، قواعد التصميم التقييدية الجذرية و/أو إنشاء فحوصات إضافية لقواعد التصميم التقييدية عند الاقتضاء. عادةً ما يتم تجميع كل من التعويضات الليثوغرافية وتحسينات قابلية التصنيع تحت عنوان تقنيات تحسين الدقة (RET). وقد استُخدمت هذه التقنيات منذ عقدة 180 نانومتر، وازداد استخدامها بشكل مكثف مع انخفاض الحد الأدنى لحجم الميزة بشكل كبير عن طول موجة التصوير، والذي يقتصر حاليًا على 13.5 نانومتر. ^{[ 1 ]}

يرتبط هذا ارتباطًا وثيقًا بفئة التصميم من أجل قابلية التصنيع (IC) أو DFM، ويُعد جزءًا منها .

بعد RET، تكون الخطوة التالية في تدفق EDA عادةً هي إعداد بيانات القناع .

• تقنية الطباعة الحجرية العكسية

• دليل أتمتة التصميم الإلكتروني للدوائر المتكاملة ، من تأليف لافاجنو ومارتن وشيفر، رقم ISBN 0-8493-3096-3تم إجراء مسح للمجال، والذي استُخلص منه هذا الملخص، بإذن.