光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)的基本知識(shí)

在上一節(jié)計(jì)算光學(xué)小講堂中，我們學(xué)習(xí)了光源掩模協(xié)同優(yōu)化（source mask co-optimization, SMO）的相關(guān)知識(shí)。這一節(jié)我們將主要探索光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（Optical Proximity Correction，OPC）技術(shù)是如何用來(lái)提升光刻工藝窗口，為芯片生產(chǎn)保駕護(hù)航的。

通過之前兩節(jié)課的學(xué)習(xí)，想必大家對(duì)于光學(xué)鄰近效應(yīng)修正已經(jīng)有了大致的了解。由于***光學(xué)系統(tǒng)的不完善性及光路中的衍射光學(xué)效應(yīng)，曝光在晶圓上的最終圖形會(huì)和掩模版上的原始圖形產(chǎn)生偏差。

為什么需要光學(xué)鄰近效應(yīng)修正？

隨著線寬尺寸的不斷微縮，這種效應(yīng)會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重，嚴(yán)重影響曝光顯影過程的良率。因此需要人為對(duì)掩模版上的圖形進(jìn)行修正抵消這些誤差，使曝光后獲得的圖形滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)于掩模版圖形的修正過程就是光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)。

光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)是什么？

劃重點(diǎn)

這個(gè)過程可以類比成射擊打靶，如果我們瞄準(zhǔn)靶心，那么由于風(fēng)向重力等外因往往會(huì)導(dǎo)致射偏。在下一次我們需要對(duì)瞄準(zhǔn)方向相應(yīng)地向相反方向調(diào)整，將誤差考慮進(jìn)來(lái)，通過若干次調(diào)整之后，最后正中目標(biāo)。

基于規(guī)則的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)

在光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)發(fā)展的早期，由于圖形尺寸較大，處理流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單直接。光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（OPC）軟件可以自動(dòng)的檢查設(shè)計(jì)圖形，找出需要修正的部分，并按照事先規(guī)定的修正規(guī)則查表作出相應(yīng)的修正，這就是基于規(guī)則的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正。

下圖是一個(gè)一維圖形修正規(guī)則表示例，我們可以看當(dāng)一維圖形的寬度為在150nm到180nm之間，與相鄰圖形的空間距離為185nm到210nm時(shí)，圖形需要向外擴(kuò)11nm來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)圖形的修正。

圖示：一維圖形修正規(guī)則表示例

（點(diǎn)擊圖片查看大圖）

隨著圖形尺寸的不斷變小，需要修正的圖形結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，修正規(guī)則也變得越來(lái)越復(fù)雜，但修正的效果往往卻難以讓人滿意，因此基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)在更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)被廣泛采用。

基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正

那么基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正是如何對(duì)掩模版進(jìn)行修正的呢？下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的流程演示。

圖示.基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正流程演示

對(duì)掩模版進(jìn)行修正的流程說明

漲知識(shí)

01在開始光學(xué)鄰近效應(yīng)修正之前，首先需要通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得精確的光刻模型，可以對(duì)給定掩模版預(yù)測(cè)出曝光后圖形。

02接下來(lái)將待修正圖形分割成一系列短?hào)鸥?，每條短?hào)鸥窨梢栽谛拚^程中自由移動(dòng)。

03在每一次的修正過程中，光學(xué)鄰近效應(yīng)修正軟件需要預(yù)測(cè)出當(dāng)前掩模版曝光后的圖形并與目標(biāo)圖形進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出兩者之間的差距及短?hào)鸥袼栊拚?，我們把?dāng)前結(jié)果與目標(biāo)圖形之間的差距叫做邊緣放置誤差（edge placement error, EPE）。

EPE數(shù)值越小，表明我們的修正解與目標(biāo)越接近，這個(gè)過程不斷迭代，直到計(jì)算出的邊緣放置誤差達(dá)到我們?cè)O(shè)定的規(guī)格范圍內(nèi)時(shí)，我們認(rèn)為修正效果已經(jīng)達(dá)到，整個(gè)光學(xué)鄰近效應(yīng)修正流程完成。

顯然，分割的短?hào)鸥駭?shù)目越多，修正的精細(xì)度也越高，但是同時(shí)所需的計(jì)算量也越大。與此同時(shí)過于細(xì)碎的柵格分割長(zhǎng)度也會(huì)使得掩模版的制造更為困難。

以上是一個(gè)基本的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正應(yīng)用示例。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景與要求，我們還可以在其基礎(chǔ)上拓展其他功能，滿足特定的需要。

拓展的其他功能

對(duì)于某些特定的圖形，由于相鄰柵格之間存在很強(qiáng)的相互影響，我們進(jìn)行校正時(shí)不能僅僅只考慮當(dāng)前柵格，而是需要進(jìn)行全局優(yōu)化，尋求更精確的解。

有些情況下我們?cè)谶M(jìn)行光學(xué)鄰近效應(yīng)修正時(shí)需要考慮光刻設(shè)備的工藝參數(shù)波動(dòng)，我們提供的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正解決方案不僅需要在理想情況下達(dá)到規(guī)格要求，而且需要保證在設(shè)備工藝參數(shù)波動(dòng)時(shí)修正誤差也處在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)，避免在實(shí)際曝光顯影過程中出現(xiàn)缺陷。

此外有時(shí)我們還需要將光刻與后續(xù)刻蝕工藝結(jié)合起來(lái)，考慮刻蝕后圖形線寬的變化狀況，提前對(duì)刻蝕偏差進(jìn)行補(bǔ)償后，再進(jìn)行光學(xué)鄰近效應(yīng)修正。

曝光輔助圖形

在光學(xué)鄰近效應(yīng)修正中，還有一種常用的工藝窗口增強(qiáng)武器叫做曝光輔助圖形（Sub-Resolution Assist Feature,SRAF）。工程師發(fā)現(xiàn)密集圖形與稀疏圖形的光刻工藝窗口是不一樣的，適用于密集圖形曝光的光照條件并不適合稀疏圖形的曝光，這就導(dǎo)致了公共的工藝窗口偏小。

為了解決這一問題，工程師們會(huì)在光學(xué)鄰近效應(yīng)修正過程給稀疏圖形旁邊加上曝光輔助圖形。

圖示.在設(shè)計(jì)中添加曝光輔助圖形

曝光輔助圖形

漲知識(shí)

所謂曝光輔助圖形是一些很細(xì)小的圖形，它們被放置在稀疏圖形的周圍，“偽裝”成密集圖形的樣子。通過這樣的方式可以使稀疏圖形的光刻工藝窗口接近密集圖形的工藝窗口，從而增加整體的公共工藝窗口。在曝光時(shí)，它們只對(duì)光線起散射作用，而不會(huì)在晶圓上形成圖形。因此它的大小必須小于***的分辨率，它和主圖形的距離也必須進(jìn)行精細(xì)控制。

本節(jié)講堂主要帶大家學(xué)習(xí)了光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)的基本知識(shí)。從它的基本原理，發(fā)展歷史，以及常用的工具幾方面做了簡(jiǎn)單介紹。光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)的強(qiáng)大功能，為芯片生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的保障，推動(dòng)著芯片制造技術(shù)不斷向前邁進(jìn)。

審核編輯：湯梓紅