光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)發(fā)展綜述及思考

摘 要：光學(xué)鄰近修正技術(shù)是納米級(jí)晶圓制造的核心，隨著晶圓制造工藝上的邏輯器件技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，導(dǎo)致光學(xué)鄰近修正越來越困難。本文對(duì)近年來晶圓制造的光學(xué)鄰近效應(yīng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行綜述，并對(duì)邏輯器件技術(shù)節(jié)點(diǎn)到20nm以下情況下的先進(jìn)光刻工藝進(jìn)行深入思考，提出應(yīng)強(qiáng)化光學(xué)鄰近修正模型研發(fā)在先進(jìn)光刻工藝研發(fā)中的核心地位，加強(qiáng)光學(xué)鄰近修正技術(shù)的研發(fā)。

關(guān)鍵詞：光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（OPC）；先進(jìn)光刻；OPC經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)

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

隨著晶圓制造工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，邏輯器件節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)。根據(jù)光波衍射和干涉原理：光波通過掩模版時(shí)將發(fā)生衍射，掩模版不同位置的地方還會(huì)發(fā)生干涉。因此，實(shí)際投射到硅片上的光強(qiáng)分布是這些衍射干涉光波疊加的結(jié)果，它與掩模圖形并不完全相同。OPC一直是納米級(jí)晶圓制造過程中的核心技術(shù)，隨著邏輯器件節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，OPC的發(fā)展也經(jīng)歷了越來越困難的過程，需要更多的循環(huán)迭代運(yùn)算和多次修正，且需要不斷地檢查和校對(duì)。本文對(duì)近年來晶圓制造的光學(xué)鄰近效應(yīng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行綜述。

1 OPC 技術(shù)發(fā)展綜述

1.1 基于規(guī)則的光學(xué)鄰近修正

當(dāng)技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展到250nm時(shí)，OPC技術(shù)正式應(yīng)用于晶圓制造工藝，最初開始應(yīng)用的是基于規(guī)則的OPC方法，該方法具體是根據(jù)曝光系統(tǒng)的參數(shù)，利用大量的光刻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來建立一套修正規(guī)則，根據(jù)此規(guī)則來對(duì)掩模圖形進(jìn)行優(yōu)化校正。這種方法僅適用于180nm以上技術(shù)節(jié)點(diǎn)。

基于規(guī)則的OPC方法，其實(shí)現(xiàn)修正的關(guān)鍵是制定規(guī)則庫。規(guī)則庫設(shè)計(jì)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(shù)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步縮小，基于規(guī)則的OPC方法就顯得適用性較差。

1.2 基于模型的光學(xué)鄰近修正

當(dāng)特征尺寸進(jìn)一步減小時(shí)，只適用于基于模型的光學(xué)鄰近方法進(jìn)行修正?；谀Ｐ偷墓鈱W(xué)鄰近修正方法通過收取modeling pattern數(shù)據(jù)建立模型，根據(jù)模型仿真掩模圖形的光強(qiáng)分布和光刻膠中輪廓，進(jìn)行采樣和迭代修正以補(bǔ)償光學(xué)臨近效應(yīng)造成的偏差。

基于模型的光學(xué)鄰近修正的關(guān)鍵是建立精確的光學(xué)模型和光刻膠模型，因?yàn)槊恳粚友谀０娑加猩锨f個(gè)圖形，因此不僅要求模型精度高，而且要求計(jì)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(huì)導(dǎo)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(dāng)技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展到90nm時(shí)引入曝光輔助圖形（sub-resolution assistant feature， SRAF）來解決這一難題，在實(shí)際光刻中，所加入的曝光輔助圖形對(duì)光線只起到散射作用，不影響實(shí)際的晶圓表面光刻成像，因此，光學(xué)鄰近修正發(fā)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(guī)則，即通過規(guī)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(guī)則都是通過模型計(jì)算得到的，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明他們與實(shí)際的光刻條件密不可分。

1.4 光源優(yōu)化與掩模版優(yōu)化

在技術(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)展為20nm以前的OPC修正都是通過在假設(shè)光刻條件已經(jīng)確立，通過對(duì)掩模版進(jìn)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(jīng)驗(yàn)確定，而光照條件也具有局限于常規(guī)照明、角度照明和四極照明等方式。而近年來，光刻機(jī)的光照條件實(shí)現(xiàn)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(jī)的自由形式光照條件這一變化也就使得OPC修正可在優(yōu)化的光照條件下進(jìn)行，這一特征也稱作光源優(yōu)化（Source-mask optimization， SMO）。

1.5 反演光刻技術(shù)

雖然反演光刻技術(shù)與前面所說的OPC技術(shù)的目的一樣，但其實(shí)現(xiàn)方法完全不同。它主要是以晶圓曝光后得到的圖形為目標(biāo)，反演計(jì)算出修正掩模版上所需要的圖形。由于反演推算技術(shù)的復(fù)雜性，目前業(yè)界采用的方法是先采用通常的SRAF+OPC的修正技術(shù)對(duì)原始掩模版進(jìn)行處理，而后找到其中不符合要求的地方，對(duì)這些局部不符合要求的地方做局部反演計(jì)算，得到最佳的修正，而后將計(jì)算得到的部分替換到掩模版圖中去，這種局部的反演技術(shù)發(fā)展，可以節(jié)省大量的時(shí)間，并提高了光學(xué)修正的精度。

2 OPC在先進(jìn)光刻工藝中的應(yīng)用思考

因OPC修正之前，需要確定的光學(xué)模型和光刻膠模型參數(shù)。因此，如需應(yīng)用OPC修正，那么確定下來的光學(xué)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(shù)節(jié)點(diǎn)的光刻工藝研發(fā)過程中，不斷會(huì)有更好的光刻膠出現(xiàn)，且光刻膠的厚度和硬掩模厚度也會(huì)隨著工藝的改進(jìn)而改進(jìn)，而且線寬的目標(biāo)值也有可能會(huì)進(jìn)行改動(dòng)，這些改動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致原有的OPC模型和OPC修正結(jié)果失效，需要重新做修正，因此OPC在先進(jìn)光刻工藝中的地位及其重要。

3 結(jié)束語

本文以晶圓制造邏輯節(jié)點(diǎn)開發(fā)的歷程為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)OPC發(fā)展各過程：基于規(guī)則的OPC，基于模型的OPC，曝光輔助圖形、光源優(yōu)化與掩模版優(yōu)化、反演光刻技術(shù)進(jìn)行了綜述，并針對(duì)技術(shù)節(jié)點(diǎn)越來越小的情況下，OPC在先進(jìn)光刻工藝條件下的應(yīng)用進(jìn)行了探討，在總結(jié)出光刻工藝的參數(shù)變化會(huì)導(dǎo)致OPC修正失效的情況下，提出應(yīng)以O(shè)PC技術(shù)為核心進(jìn)行先進(jìn)光刻工藝的研發(fā)這一新的研發(fā)模式。

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作者簡(jiǎn)介：柯順魁（1981-），男，江蘇南京人，博士，工程師，研究方向：復(fù)雜制造系統(tǒng)的建模與優(yōu)化。