光学邻近效应修正技术发展综述及思考

摘 要：光学邻近修正技术是纳米级晶圆制造的核心，随着晶圆制造工艺上的逻辑器件技术节点的不断缩小，导致光学邻近修正越来越困难。本文对近年来晶圆制造的光学邻近效应技术的发展进行综述，并对逻辑器件技术节点到20nm以下情况下的先进光刻工艺进行深入思考，提出应强化光学邻近修正模型研发在先进光刻工艺研发中的核心地位，加强光学邻近修正技术的研发。

关键词：光学邻近效应修正（OPC）；先进光刻；OPC经验学习

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

随着晶圆制造工艺技术的不断发展，逻辑器件节点上的特征尺寸接近甚至小于光刻工艺中所使用的光波波长。根据光波衍射和干涉原理：光波通过掩模版时将发生衍射，掩模版不同位置的地方还会发生干涉。因此，实际投射到硅片上的光强分布是这些衍射干涉光波叠加的结果，它与掩模图形并不完全相同。OPC一直是纳米级晶圆制造过程中的核心技术，随着逻辑器件节点的不断缩小，OPC的发展也经历了越来越困难的过程，需要更多的循环迭代运算和多次修正，且需要不断地检查和校对。本文对近年来晶圆制造的光学邻近效应技术的发展进行综述。

1 OPC 技术发展综述

1.1 基于规则的光学邻近修正

当技术节点发展到250nm时，OPC技术正式应用于晶圆制造工艺，最初开始应用的是基于规则的OPC方法，该方法具体是根据曝光系统的参数，利用大量的光刻实验数据来建立一套修正规则，根据此规则来对掩模图形进行优化校正。这种方法仅适用于180nm以上技术节点。

基于规则的OPC方法，其实现修正的关键是制定规则库。规则库设计的要求是要能够包含原始版图上所要求的所有图形的修正方案，随着技术节点的进一步缩小，基于规则的OPC方法就显得适用性较差。

1.2 基于模型的光学邻近修正

当特征尺寸进一步减小时，只适用于基于模型的光学邻近方法进行修正。基于模型的光学邻近修正方法通过收取modeling pattern数据建立模型，根据模型仿真掩模图形的光强分布和光刻胶中轮廓，进行采样和迭代修正以补偿光学临近效应造成的偏差。

基于模型的光学邻近修正的关键是建立精确的光学模型和光刻胶模型，因为每一层掩模版都有上千万个图形，因此不仅要求模型精度高，而且要求计算速度快。

1.3 曝光辅助图形

因原始版图中包含密集分布图形和稀疏图形，密集分布图形的光刻工艺窗口和稀疏图形的光刻工艺窗口是不一样的，这就会导致共同工艺窗口的变小。适用于密集图形的光照条件并不适合稀疏图形的曝光，因此当技术节点发展到90nm时引入曝光辅助图形（sub-resolution assistant feature， SRAF）来解决这一难题，在实际光刻中，所加入的曝光辅助图形对光线只起到散射作用，不影响实际的晶圆表面光刻成像，因此，光学邻近修正发展成为SRAF+OPC修正的模式。

在SRAF放置的过程中，一般也遵循一定的规则，即通过规则确定辅助图形中的线条宽度以及所插入的第1根和第2根的线条间距大小等。这些规则都是通过模型计算得到的，通过相关实验验证，证明他们与实际的光刻条件密不可分。

1.4 光源优化与掩模版优化

在技术节点发展为20nm以前的OPC修正都是通过在假设光刻条件已经确立，通过对掩模版进行修正使得曝光后的图形与原始版图要求相近。而光照条件的模拟一般是通过工程师的人工经验确定，而光照条件也具有局限于常规照明、角度照明和四极照明等方式。而近年来，光刻机的光照条件实现了自由形式的照明，这种自由形式的光照是由很多光照像素组成的。光刻机的自由形式光照条件这一变化也就使得OPC修正可在优化的光照条件下进行，这一特征也称作光源优化（Source-mask optimization， SMO）。

1.5 反演光刻技术

虽然反演光刻技术与前面所说的OPC技术的目的一样，但其实现方法完全不同。它主要是以晶圆曝光后得到的图形为目标，反演计算出修正掩模版上所需要的图形。由于反演推算技术的复杂性，目前业界采用的方法是先采用通常的SRAF+OPC的修正技术对原始掩模版进行处理，而后找到其中不符合要求的地方，对这些局部不符合要求的地方做局部反演计算，得到最佳的修正，而后将计算得到的部分替换到掩模版图中去，这种局部的反演技术发展，可以节省大量的时间，并提高了光学修正的精度。

2 OPC在先进光刻工艺中的应用思考

因OPC修正之前，需要确定的光学模型和光刻胶模型参数。因此，如需应用OPC修正，那么确定下来的光学模型和光刻胶模型便不能修改，只有这样，建立出来的OPC模型的精确度才可以得到保证。然而，在新技术节点的光刻工艺研发过程中，不断会有更好的光刻胶出现，且光刻胶的厚度和硬掩模厚度也会随着工艺的改进而改进，而且线宽的目标值也有可能会进行改动，这些改动都会导致原有的OPC模型和OPC修正结果失效，需要重新做修正，因此OPC在先进光刻工艺中的地位及其重要。

3 结束语

本文以晶圆制造逻辑节点开发的历程为出发点，对OPC发展各过程：基于规则的OPC，基于模型的OPC，曝光辅助图形、光源优化与掩模版优化、反演光刻技术进行了综述，并针对技术节点越来越小的情况下，OPC在先进光刻工艺条件下的应用进行了探讨，在总结出光刻工艺的参数变化会导致OPC修正失效的情况下，提出应以OPC技术为核心进行先进光刻工艺的研发这一新的研发模式。

参考文献：

[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.

作者简介：柯顺魁（1981-），男，江苏南京人，博士，工程师，研究方向：復杂制造系统的建模与优化。