OPC versus fasenverschuivingsmasker versus off-axis-belichting: wat elk verandert, effect op resolutie en DOF, en kosten
Het kleinste detail dat een lithografiesysteem kan afbeelden, volgt uit de vergelijking van Rayleigh R = k1 × λ / NA. Omdat de golflengte λ en de numerieke apertuur NA door het systeem vastliggen, betekent fijnere patronen afbeelden dat de factor k1 omlaag moet, en de methoden daarvoor heten resolutieverbeterende technieken (RET). OPC corrigeert de vormen op het masker, vooruitlopend op de vervorming door diffractie. Een fasenverschuivingsmasker verschuift de fase van het licht door delen van het masker met 180° en gebruikt interferentie om het beeldcontrast te verhogen. Off-axis-belichting belicht het masker onder schuine hoeken, zodat meer van het door fijne patronen afgebogen licht de lens in gaat. Elk verandert iets anders, dus het zijn geen alternatieven om uit te kiezen, maar technieken die samen worden gebruikt.
| Kenmerk | OPC | Fasenverschuivingsmasker | Off-axis-belichting (OAI) |
|---|---|---|---|
| Wat het verandert | De vormen en afmetingen van de maskerpatronen | De fase (en transmissie) van het licht dat door het masker gaat | De hoekverdeling van het licht dat het masker belicht (de bronvorm) |
| Belangrijkste probleem dat het oplost | Vervorming van afgebeelde patronen, zoals verkorte lijneinden, afgeronde hoeken en verschillen in lijnbreedte door de dichtheid van naburige patronen | Verlies van beeldcontrast doordat licht van naburige patronen overlapt | Bij een fijne pitch verlaat het afgebogen licht het masker onder grote hoeken en komt het de lens niet meer in |
| Hoe het werkt | Vervorming wordt met simulatie voorspeld, en patroonranden worden verschoven of er worden hulpvormen toegevoegd, zoals hammerheads en serifs, of dunne sub-resolution assist features (SRAF) die zelf niet worden afgebeeld | De fase van het licht door naburige openingen wordt omgekeerd (alternerend type of Levenson-type), of ondoorzichtige gebieden worden vervangen door een licht doorlatende faseverschuivende laag (verzwakt type of halftoontype), zodat amplitudes elkaar aan de grenzen opheffen | Ringvormige, dipool-, quadrupool- en vergelijkbare belichting laat de nulde orde en één eerste diffractieorde de lens in, en het beeld ontstaat uit hun interferentie |
| Effect op de resolutie (k1) | Verandert de resolutiegrens zelf nauwelijks, maar laat patronen dicht bij de grens volgens ontwerp afbeelden en verlaagt zo de k1 die in de praktijk bruikbaar is | Het alternerende type verbetert de resolutie van fijne periodieke patronen sterk; het verzwakte type verhoogt het contrast en helpt vooral bij contactgaten en geïsoleerde patronen | Verbetert de resolutie van fijne pitches sterk en benadert voor periodieke patronen de theoretische grens bij enkelvoudige belichting (k1 = 0,25) |
| Effect op de scherptediepte (DOF) | Het toevoegen van SRAF's kan de scherptediepte van geïsoleerde patronen vergroten | Hoger contrast vergroot de scherptediepte en het procesvenster | Vergroot de scherptediepte sterk bij pitches die bij de belichting passen, maar kan haar verkleinen bij pitches die er niet bij passen (verboden pitches) |
| Beperkingen voor patronen | Weinig beperkingen, maar de correctieberekening en de hoeveelheid maskerdata groeien | Bij het alternerende type zijn er lay-outs waarin fasen niet consistent kunnen worden toegewezen (faseconflicten), wat de lay-out beperkt; bij het verzwakte type is aandacht nodig voor ongewenste beelden (zijlobben) | Het voordeel hangt af van de oriëntatie en de pitch van de patronen; dipoolbelichting werkt sterk voor lijnen in één richting, maar zwak voor lijnen loodrecht daarop |
| Gevolgen voor maskers en scanners | Maskerpatronen worden complex, en het schrijven en inspecteren van maskers duurt langer | Etsstappen voor de fase of faseverschuivende lagen zijn nodig, waardoor maskers moeilijker te maken en te inspecteren zijn | Gerealiseerd via de belichtingsinstellingen van de scanner, zonder het masker te veranderen |
| Kosten en complexiteit | Correctieberekeningen op grote computerclusters en groeiende maskerdata verhogen de kosten | Maskers zijn duurder; het alternerende type is bijzonder complex en vraagt soms ontwerpen die faseconflicten vermijden en een extra belichting | Relatief klein, al vraagt het optimaliseren van de bronvorm voor de patronen rekenwerk |
| Typische combinaties | Gebruikt op vrijwel elke laag dicht bij de resolutiegrens, vaak samen met optimalisatie van de belichting | In ArF-lithografie wordt het verzwakte type veel gebruikt, samen met off-axis-belichting en OPC | Gecombineerd met OPC en fasenverschuivingsmaskers; de huidige belichtingssystemen kunnen de bronvorm vrij en tot in fijn detail instellen |
De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.