为什么DSA在7nm及以下具有成本效益

即将到来的7nm工艺节点在可打印性和成本方面都面临严峻挑战。在7纳米及以下，需要多图案，这使得制造工艺更昂贵，需要更多的掩模。为了控制成本，应该探索任何可以提供相同产量且模式步骤更少的替代技术。

一个有前途的选择是使用嵌段共聚物的定向自组装(DSA)来创建触点/通孔。触点/通孔的DSA显示低缺陷率，同时能够缩小预期目标的尺寸。DSA也可应用于金属切削。也许更重要的是，它减少了所需口罩的数量。

嵌段共聚物有两种基本的DSA方法:显影外延法和化学外延法。在过去的几年里，用石墨烯外延DSA方法模拟和打印7纳米节点的接触/通孔层方面取得了实质性的进展，所以这就是我们在这里讨论的方法。

采用DSA显影外延方法，在具有拓扑几何形状的导向模板之间添加块状共聚物。为了与嵌段共聚物形成接触/通孔，导流器在物理上限制嵌段共聚物材料(聚苯乙烯-嵌段-聚甲基丙烯酸甲酯或PS-b-PMMA)，以诱导形成单个或多个均匀接触孔到目标点，其尺寸(图1中的d)和间距(图1中的s)远低于光学分辨率限制。导尿管的间距决定了嵌段共聚物形成的模式。

图1。显像-外延DSA方法。来自斯坦福大学的黄教授团队。

不同的导向模式限制下，DSA圆柱的形成也不同。图2显示了矩形引导模板的蒙特卡罗模拟结果。DSA材料组成为60%嵌段共聚物和40%均聚物。引导矩形棒的宽度为40nm，长度(图中CD^Y)在40 ~ 200nm之间变化，增量为10nm。红色轮廓代表引导模式;粉色、绿色、蓝色等高线分别为DSA圆柱体沿导图Z方向的上、中、底三个平面的模拟结果。

图2。DSA图像。导向模式决定了形成的气缸的数量。表中的红色块表示相变。

在本例中，粉色轮廓表示圆柱体顶部的形状，蓝色轮廓表示圆柱体底部的形状。这种材料的自然螺距约为37+/-3纳米，圆柱体的自然尺寸约为15nm X 15nm。导轨长度越长，形成的DSA孔越多。然而，随着模板长度CD^Y的增加，存在dsa形成的孔数从N增加到N+1的相变区域。例如，模板尺寸为80nm时，dsa形成的孔洞数量从1个增加到2个。但是，与CD^Y=40nm时形成的单接触孔不同，CD^Y=80nm处形成的特征是不成形的，并没有在Z方向上形成直孔。当CD^Y=90nm时，出现两个清晰的dsa形成的孔。从图2可以清楚地看到，有四种CD^Y尺寸(40,50,60和70nm)可用于单触点设计，三种(90,100和110nm)可用于双触点设计，两种(140和150nm)可用于三触点设计，一种(180nm)可用于四触点设计。块共聚物DSA的设计窗口随着模板的延长而变窄，以避免这些相变区域，这些区域在表格的红色块中标记。

至于最佳的导向形状，实验表明，“花生式”的导向图案，即在腰部收紧的矩形，比真正的矩形更好。图3显示了不同调制程度的“花生式”导向图案的SEM图像及其对应的DSA柱面。图3 (a)中的引导模板的设计使调制从左到右增加，dsa形成的孔的数量从上到下一行从2个增加到4个。图3 (b)清楚地显示了在所有设计中更大的调制下更好的DSA圆柱体形成。

图3。段共聚物的节距倍增作为分辨率增强技术:(a)从左到右增加调制的引导图案，(b)在(a)中使用引导图案的DSA形成。

DSA和底线
石墨烯外延DSA方法可以通过将相邻的子分辨率触点/通孔分组在一起，并将它们放在同一个掩模上，引导模板针对块共聚物材料特性进行优化，从而减少对一个或两个掩模的需求。与传统的多图案技术相比，减少掩模数量可大大降低制造成本。

为了演示使用DSA技术的有前景的低成本流程，我们将使用激进的过孔层设计作为示例。图4 (a)为原始设计，最小节距为42nm。该设计有多个子分辨率pitch。由于过孔或金属切口的尺寸远远低于193i可能的分辨率，因此需要在多次曝光中分解该层。在这个布局的早期原型中，该层需要四重模式来执行具有足够健壮性的模式传输，如图4 (b)所示，其中不同的颜色表示不同的掩码。

图4。原始通过层和所需的四重图案着色:(a)原始设计-给定7纳米原型布局的最小间距尺寸，需要四重图案，(b)以不同颜色显示的四重图案分解布局。

DSA流程可以至少减少一个模式化步骤来对该布局进行模式化，将布局从四组模式化转变为三组模式化，如图5所示。

图5。使用DSA从四倍到三倍的模式。

一旦数据分离，创建DSA指导模式的整个过程就可以开始了。子分辨率特征分组形成花生式引导模式。图6显示了图5中DSA掩码2目标的分组和引导模式生成、光学接近校正(OPC)和引导模式响应。然后对这些导向模式进行评估，确定合适的气缸形成。

图6。稳健的DSA打印。

创建DSA触点/通孔需要DSA感知掩模合成流程，如图7所示。第一步是分组功能，它将设计作为输入，然后将符合DSA设计的特征分组在一起。不兼容的DSA功能被认为违反了设计规则，必须重新设计。接下来，DSA合成功能从前面的步骤中获得结果组并生成DSA模板，必须在晶圆上刻印。OPC步骤需要实现目标模板和组成必要的掩模形状。

图7。dsa感知掩模合成流程。DSA有三个独特的功能:分组、合成和DSA验证。

由于光刻工艺窗口的变化会导致导向图案失真，因此生成的掩模必须经过光刻验证，以保证成像质量和导向图案形状的鲁棒性。最后，DSA验证需要检查跨多个过程窗口的引导模式图像是否导致DSA柱体的鲁棒形成。启用DSA进程有三种独特的操作:DSA分组、DSA模板合成和DSA验证。虽然分组依赖于DSA感知的设计规则，但DSA综合和DSA验证需要特定于DSA的模型。

结论
在DSA被广泛采用之前，必须降低不良率，并且放置错误率必须足够低以满足覆盖要求。兼容DSA的设计和DSA感知掩模的合成是必要的，因为DSA显像外延强烈依赖于引导模板施加的限制。这些工具已经基本到位，或者正在快速开发。

在7nm及以下的技术节点上使用DSA，可以通过将相邻的子分辨率特征分组并将它们放在同一个掩码上，从而减少所需的掩码数量。此外，DSA可以与现有的光学技术一起使用，在不增加成本的情况下，同时实现灵活的设计和忠实的图形目标。

在我的下一篇博客中，我们将展示使用源掩码优化(SMO)和pxOPC的DSA解决方案，使用193i实现DSA图案低于80nm的非l ^0间距，并介绍一种使用模板误差增强因子(TEEF)概念的指导图案设计的优化方法。

有关这项DSA工作的详情，请下载相关技术文件:具有导向自组装的成本效益技术扩展．