La corrección de proximidad óptica ( OPC ) es una técnica de mejora de la fotolitografía que se utiliza habitualmente para compensar los errores de imagen debidos a la difracción o a los efectos del proceso. La necesidad de OPC se observa principalmente en la fabricación de dispositivos semiconductores y se debe a las limitaciones de la luz para mantener la integridad de la colocación de los bordes del diseño original, después del procesamiento, en la imagen grabada en la oblea de silicio. Estas imágenes proyectadas aparecen con irregularidades, como anchos de línea más estrechos o más anchos que los diseñados, que se pueden compensar modificando el patrón de la fotomáscara utilizada para la formación de imágenes. Otras distorsiones, como las esquinas redondeadas, se deben a la resolución de la herramienta de formación de imágenes ópticas y son más difíciles de compensar. Dichas distorsiones, si no se corrigen, pueden alterar significativamente las propiedades eléctricas de lo que se está fabricando. La corrección de proximidad óptica corrige estos errores moviendo los bordes o añadiendo polígonos adicionales al patrón escrito en la fotomáscara. Esto puede lograrse mediante tablas de búsqueda calculadas previamente en función del ancho y el espaciado entre las características (conocido como OPC basado en reglas) o mediante el uso de modelos compactos para simular dinámicamente el patrón final y, de ese modo, impulsar el movimiento de los bordes, generalmente divididos en secciones, para encontrar la mejor solución (esto se conoce como OPC basado en modelos). El objetivo es reproducir el diseño original dibujado por el diseñador en la oblea semiconductora lo mejor posible.
Los dos beneficios más visibles de OPC son la corrección de las diferencias de ancho de línea observadas entre las características en regiones de diferente densidad (por ejemplo, centro vs. borde de una matriz, o líneas anidadas vs. aisladas) y el acortamiento de los extremos de línea (por ejemplo, superposición de compuertas en óxido de campo). Para el primer caso, esto se puede utilizar junto con tecnologías de mejora de resolución como barras de dispersión (líneas de subresolución colocadas adyacentes a líneas resolubles) junto con ajustes de ancho de línea. Para el último caso, se pueden generar características de "esquinas redondeadas" (serif o cabeza de martillo) en el extremo de línea en el diseño. OPC tiene un impacto en el costo de la fabricación de fotomáscaras , por lo que el tiempo de escritura de la máscara está relacionado con la complejidad de la máscara y los archivos de datos y, de manera similar, la inspección de la máscara para detectar defectos lleva más tiempo ya que el control de borde más fino requiere un tamaño de punto más pequeño.
La resolución convencional limitada por difracción se da por el criterio de Rayleigh como donde es la apertura numérica y es la longitud de onda de la fuente de iluminación. A menudo es común comparar el ancho crítico de la característica con este valor, definiendo un parámetro, de modo que el ancho de la característica sea igual a Las características anidadas se benefician menos del OPC que las características aisladas del mismo tamaño. La razón es que el espectro de frecuencia espacial de las características anidadas contiene menos componentes que las características aisladas. A medida que disminuye el paso de la característica, la apertura numérica trunca más componentes, lo que resulta en una mayor dificultad para afectar el patrón de la manera deseada.
El grado de coherencia de la fuente de iluminación está determinado por la relación entre su extensión angular y la apertura numérica. Esta relación se suele denominar factor de coherencia parcial o . [1] También afecta a la calidad del patrón y, por lo tanto, a la aplicación de OPC. La distancia de coherencia en el plano de la imagen se da aproximadamente por [2] Dos puntos de la imagen separados por más de esta distancia estarán efectivamente no correlacionados, lo que permitirá una aplicación de OPC más sencilla. De hecho, esta distancia está cerca del criterio de Rayleigh para valores cercanos a 1.
Un punto relacionado es que el uso de OPC no cambia el requisito de iluminación. Si se requiere iluminación fuera del eje, no se puede utilizar OPC para cambiar a iluminación dentro del eje, porque para la iluminación dentro del eje, la información de la imagen se dispersa fuera de la apertura final cuando se necesita iluminación fuera del eje, lo que impide la obtención de imágenes.
Las aberraciones en los sistemas de proyección óptica deforman los frentes de onda, o el espectro o la dispersión de los ángulos de iluminación, lo que puede afectar la profundidad de foco. Si bien el uso de OPC puede ofrecer beneficios significativos para la profundidad de foco, las aberraciones pueden contrarrestar con creces estos beneficios. [3] Una buena profundidad de foco requiere que la luz difractada viaje en ángulos comparables con el eje óptico, y esto requiere el ángulo de iluminación apropiado. [4] Suponiendo el ángulo de iluminación correcto, OPC puede dirigir más luz difractada a lo largo de los ángulos correctos para un paso determinado, pero sin el ángulo de iluminación correcto, dichos ángulos ni siquiera surgirán.
Como el factor se ha ido reduciendo de forma constante en las últimas generaciones de tecnología, el requisito previsto de pasar a la exposición múltiple para generar patrones de circuitos se vuelve más real. Este enfoque afectará la aplicación de OPC, ya que será necesario tener en cuenta la suma de las intensidades de imagen de cada exposición. Este es el caso de la técnica de fotomáscara complementaria [5] , donde se suman las imágenes de una máscara de cambio de fase de apertura alternada y una máscara binaria convencional.
A diferencia de la exposición múltiple de la misma película fotorresistente , la creación de patrones de múltiples capas implica el recubrimiento, la deposición y el grabado repetidos de la fotorresistente para crear patrones en la misma capa del dispositivo. Esto brinda la oportunidad de usar reglas de diseño más flexibles para crear patrones en la misma capa. Dependiendo de la herramienta de litografía utilizada para crear imágenes con estas reglas de diseño más flexibles, el OPC será diferente. La creación de patrones de grabado múltiple puede convertirse en una técnica popular para las generaciones de tecnología futuras. Una forma específica de creación de patrones de grabado múltiple, que utiliza características de sacrificio de la pared lateral, es actualmente la única forma demostrada de crear patrones de manera sistemática en características menores a 10 nm. [6] El medio paso mínimo corresponde al espesor depositado de la característica de sacrificio.
En la actualidad, rara vez se practica el OPC sin el uso de paquetes comerciales de proveedores de automatización de diseño electrónico (EDA). Los avances en algoritmos, técnicas de modelado y el uso de grandes granjas de cómputo han permitido corregir las capas de patrones más críticas de la noche a la mañana, comenzando con las reglas de diseño de 130 nm (cuando se utilizó por primera vez el OPC basado en modelos) [7] hasta las reglas de diseño más avanzadas. La cantidad de capas que requieren OPC sofisticado ha aumentado con nodos avanzados, ya que las capas que antes no eran críticas ahora requieren compensación.
El uso de OPC no se limita a las características bajas que se encuentran comúnmente en la actualidad, sino que se puede aplicar a cualquier esquema de corrección de imagen deseado que se pueda modelar con precisión. Por ejemplo, la corrección del efecto de proximidad en la litografía por haz de electrones se incluye como una capacidad automatizada en las herramientas comerciales de litografía por haz de electrones. Dado que muchos procesos no litográficos presentan sus propios efectos de proximidad, por ejemplo, el pulido químico-mecánico o el grabado con plasma , estos efectos se pueden mezclar con el OPC original.
Las características de asistencia de subresolución (SRAF) son características que están separadas de las características objetivo pero ayudan en su impresión, mientras que no se imprimen ellas mismas. La impresión de SRAF es un detractor crítico del rendimiento y requiere modelos OPC adicionales para determinar y eliminar SRAF donde puede ocurrir una impresión no deseada. [8] Las SRAF tienen efectos más pronunciados en el espectro de difracción que el cambio de tamaño y/o los accesorios de las características objetivo. El requisito de no imprimir restringe su uso solo con dosis bajas. Esto podría plantear problemas con los efectos estocásticos. [9] [ ¿ fuente poco confiable? ] Por lo tanto, su principal aplicación es mejorar la profundidad de foco para características aisladas (las características densas no dejan suficiente espacio para la colocación de SRAF). Dado que las SRAF redistribuyen la energía hacia frecuencias espaciales más altas u órdenes de difracción, la profundidad de foco depende más del ángulo de iluminación (centro del espectro de frecuencias espaciales u órdenes de difracción) así como del tono (separación de frecuencias espaciales u órdenes de difracción). En particular, diferentes SRAF (posición, forma, tamaño) podrían dar como resultado diferentes especificaciones de iluminación. [10] [11] De hecho, ciertos pasos prohíben el uso de SRAF para ángulos de iluminación específicos. [12] Dado que el paso suele estar predeterminado, algunos ángulos de iluminación deben evitarse incluso con el uso de SRAF OPC. Sin embargo, en general, los SRAF no pueden ser una solución completa y solo pueden aproximarse al caso denso, no igualarlo. [13]
