OPC・位相シフトマスク・変形照明の違い：変えるもの・解像度と焦点深度への効果・コストを比較
露光で転写できる最小の寸法は、レイリーの式 R = k1 × λ / NA で表されます。波長λと開口数NAが決まった露光装置で、より細かいパターンをつくるには係数k1を下げる必要があり、そのための工夫をまとめて超解像技術(RET)と呼びます。OPCは、光の回折でパターンがゆがむのを見越して、マスクのパターンの形を補正します。位相シフトマスクは、マスクを通る光の位相を180°ずらし、光の干渉を利用して像のコントラストを高めます。変形照明は、マスクを斜めの方向から照らし、細かいパターンからの回折光をレンズに取り込みやすくします。3つは変えるものが違うので、どれか1つを選ぶものではなく、組み合わせて使います。
| 項目 | OPC | 位相シフトマスク | 変形照明(斜入射照明) |
|---|---|---|---|
| 変えるもの | マスクのパターンの形と寸法 | マスクを通る光の位相(と透過率) | マスクを照らす光の角度の分布(光源の形) |
| 解決する主な問題 | 線の端の後退、角の丸まり、周りのパターンの密度による線幅の違いなど、転写したパターンのゆがみ | 隣り合うパターンからの光が重なり、像のコントラストが下がること | 細かいピッチでは回折光の角度が大きくなり、レンズに入らなくなること |
| しくみ | シミュレーションで変形を見込み、パターンの端を動かしたり、ハンマーヘッドやセリフなどの補助図形や、それ自体は解像しない細い補助パターン(SRAF)を加えたりする | 隣の開口部の光の位相を反転させたり(レベンソン型)、遮光部をわずかに光を通す位相反転膜にしたりして(ハーフトーン型)、境界で光の振幅を打ち消し合わせる | 輪帯照明や2極・4極照明などで、0次光と片側の1次回折光をレンズに取り込み、その2つの干渉で像をつくる |
| 解像度(k1)への効果 | 解像の限界そのものはほとんど変えないが、限界に近いパターンを設計どおりの形で転写できるようにし、実際に使えるk1を下げる | レベンソン型は、細かい周期パターンの解像度を大きく高める。ハーフトーン型はコントラストを高め、特にコンタクトホールや孤立したパターンに効く | 細かいピッチの解像度を大きく高め、1回の露光で周期パターンを解像する理論的な下限(k1 = 0.25)に近づける |
| 焦点深度(DOF)への効果 | 補助パターン(SRAF)を加えると、孤立したパターンの焦点深度を広げられる | コントラストが上がるので、焦点深度やプロセスウィンドウを広げられる | 照明に合ったピッチでは焦点深度が大きく広がるが、合わないピッチでは逆に狭くなることがある(禁止ピッチ) |
| パターンへの制約 | 制約は少ないが、補正の計算量とマスクのデータ量が大きくなる | レベンソン型は、位相を矛盾なく割り当てられない配置(位相の衝突)があり、レイアウトに制約が出る。ハーフトーン型は、不要な像(サイドローブ)に注意が要る | 効果がパターンの向きとピッチによって変わる。2極照明は1方向の線に強いが、直交する線には弱い |
| マスクと露光装置への影響 | マスクのパターンが複雑になり、描画と検査の時間が増える | 位相をつくる加工や位相反転膜が必要で、マスクの製造と検査が難しくなる | マスクは変えずに、露光装置の照明系の設定で実現する |
| コストと複雑さ | 大規模な計算機による補正の計算と、マスクのデータ量の増加がコストになる | マスクが高価になる。レベンソン型は、位相の衝突を避ける設計や追加の露光が必要になることがあり、特に複雑 | 比較的小さい。ただし、照明の形をパターンに合わせて最適化するには計算が必要 |
| 主な組み合わせ | 解像の限界に近い層ではほぼ必ず使い、照明の最適化と合わせて行うことが多い | ArF露光では、ハーフトーン型が変形照明やOPCと組み合わせて広く使われる | OPCや位相シフトマスクと組み合わせる。現在は光源の形を細かく自由に設定できる照明系が使われる |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。