光學鄰近效應修正技術發展綜述及思考

摘 要：光學鄰近修正技術是納米級晶圓制造的核心，隨著晶圓制造工藝上的邏輯器件技術節點的不斷縮小，導致光學鄰近修正越來越困難。本文對近年來晶圓制造的光學鄰近效應技術的發展進行綜述，并對邏輯器件技術節點到20nm以下情況下的先進光刻工藝進行深入思考，提出應強化光學鄰近修正模型研發在先進光刻工藝研發中的核心地位，加強光學鄰近修正技術的研發。

關鍵詞：光學鄰近效應修正（OPC）；先進光刻；OPC經驗學習

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.187

隨著晶圓制造工藝技術的不斷發展，邏輯器件節點上的特征尺寸接近甚至小于光刻工藝中所使用的光波波長。根據光波衍射和干涉原理：光波通過掩模版時將發生衍射，掩模版不同位置的地方還會發生干涉。因此，實際投射到硅片上的光強分布是這些衍射干涉光波疊加的結果，它與掩模圖形并不完全相同。OPC一直是納米級晶圓制造過程中的核心技術，隨著邏輯器件節點的不斷縮小，OPC的發展也經歷了越來越困難的過程，需要更多的循環迭代運算和多次修正，且需要不斷地檢查和校對。本文對近年來晶圓制造的光學鄰近效應技術的發展進行綜述。

1 OPC 技術發展綜述

1.1 基于規則的光學鄰近修正

當技術節點發展到250nm時，OPC技術正式應用于晶圓制造工藝，最初開始應用的是基于規則的OPC方法，該方法具體是根據曝光系統的參數，利用大量的光刻實驗數據來建立一套修正規則，根據此規則來對掩模圖形進行優化校正。這種方法僅適用于180nm以上技術節點。

基于規則的OPC方法，其實現修正的關鍵是制定規則庫。規則庫設計的要求是要能夠包含原始版圖上所要求的所有圖形的修正方案，隨著技術節點的進一步縮小，基于規則的OPC方法就顯得適用性較差。

1.2 基于模型的光學鄰近修正

當特征尺寸進一步減小時，只適用于基于模型的光學鄰近方法進行修正。基于模型的光學鄰近修正方法通過收取modeling pattern數據建立模型，根據模型仿真掩模圖形的光強分布和光刻膠中輪廓，進行采樣和迭代修正以補償光學臨近效應造成的偏差。

基于模型的光學鄰近修正的關鍵是建立精確的光學模型和光刻膠模型，因為每一層掩模版都有上千萬個圖形，因此不僅要求模型精度高，而且要求計算速度快。

1.3 曝光輔助圖形

因原始版圖中包含密集分布圖形和稀疏圖形，密集分布圖形的光刻工藝窗口和稀疏圖形的光刻工藝窗口是不一樣的，這就會導致共同工藝窗口的變小。適用于密集圖形的光照條件并不適合稀疏圖形的曝光，因此當技術節點發展到90nm時引入曝光輔助圖形（sub-resolution assistant feature， SRAF）來解決這一難題，在實際光刻中，所加入的曝光輔助圖形對光線只起到散射作用，不影響實際的晶圓表面光刻成像，因此，光學鄰近修正發展成為SRAF+OPC修正的模式。

在SRAF放置的過程中，一般也遵循一定的規則，即通過規則確定輔助圖形中的線條寬度以及所插入的第1根和第2根的線條間距大小等。這些規則都是通過模型計算得到的，通過相關實驗驗證，證明他們與實際的光刻條件密不可分。

1.4 光源優化與掩模版優化

在技術節點發展為20nm以前的OPC修正都是通過在假設光刻條件已經確立，通過對掩模版進行修正使得曝光后的圖形與原始版圖要求相近。而光照條件的模擬一般是通過工程師的人工經驗確定，而光照條件也具有局限于常規照明、角度照明和四極照明等方式。而近年來，光刻機的光照條件實現了自由形式的照明，這種自由形式的光照是由很多光照像素組成的。光刻機的自由形式光照條件這一變化也就使得OPC修正可在優化的光照條件下進行，這一特征也稱作光源優化（Source-mask optimization， SMO）。

1.5 反演光刻技術

雖然反演光刻技術與前面所說的OPC技術的目的一樣，但其實現方法完全不同。它主要是以晶圓曝光后得到的圖形為目標，反演計算出修正掩模版上所需要的圖形。由于反演推算技術的復雜性，目前業界采用的方法是先采用通常的SRAF+OPC的修正技術對原始掩模版進行處理，而后找到其中不符合要求的地方，對這些局部不符合要求的地方做局部反演計算，得到最佳的修正，而后將計算得到的部分替換到掩模版圖中去，這種局部的反演技術發展，可以節省大量的時間，并提高了光學修正的精度。

2 OPC在先進光刻工藝中的應用思考

因OPC修正之前，需要確定的光學模型和光刻膠模型參數。因此，如需應用OPC修正，那么確定下來的光學模型和光刻膠模型便不能修改，只有這樣，建立出來的OPC模型的精確度才可以得到保證。然而，在新技術節點的光刻工藝研發過程中，不斷會有更好的光刻膠出現，且光刻膠的厚度和硬掩模厚度也會隨著工藝的改進而改進，而且線寬的目標值也有可能會進行改動，這些改動都會導致原有的OPC模型和OPC修正結果失效，需要重新做修正，因此OPC在先進光刻工藝中的地位及其重要。

3 結束語

本文以晶圓制造邏輯節點開發的歷程為出發點，對OPC發展各過程：基于規則的OPC，基于模型的OPC，曝光輔助圖形、光源優化與掩模版優化、反演光刻技術進行了綜述，并針對技術節點越來越小的情況下，OPC在先進光刻工藝條件下的應用進行了探討，在總結出光刻工藝的參數變化會導致OPC修正失效的情況下，提出應以OPC技術為核心進行先進光刻工藝的研發這一新的研發模式。

參考文獻：

[1]C.E.Shannon.Communication in the presence of noise. Proc. Institute of Radio Engineers.1949，37（01）：10-21.

[2]H.Nyquist.Certain topics in telegraph transmission theory.Trans.AIEE.1928（47）：617-644.

作者簡介：柯順魁（1981-），男，江蘇南京人，博士，工程師，研究方向：復雜制造系統的建模與優化。