在光刻工艺中，什么是光学邻近效应修正-OPC技术

一、背景

在晶圆制造工艺不断演进的过程中，逻辑器件节点上的特征尺寸持续缩小，逐渐接近甚至小于光刻工艺所使用的光波波长。依据光波衍射和干涉原理，光波透过掩模版时会发生衍射现象，并且掩模版不同位置处还会产生干涉。如此一来，实际投射到硅片上的光强分布，是众多衍射干涉光波相互叠加的结果，这就致使其与掩模图形并非完全一致。这种不一致现象被称作光学邻近效应，它严重影响了光刻成像的质量，使得制造出的芯片特征尺寸与设计目标产生偏差，进而对芯片的性能和功能造成影响。本文介绍光学邻近效应校正发展现状，OPC类型介绍以及未来发展展望。

为解决光学邻近效应带来的问题，光学邻近效应校正（OPC）技术应运而生。OPC 一直是纳米级晶圆制造过程中的核心技术，在确保芯片制造精度和性能方面发挥着至关重要的作用。然而，随着逻辑器件节点的不断缩小，OPC 技术面临着愈发严峻的挑战，需要更多的循环迭代运算和多次修正，且需不断进行检查和校对，以满足日益严苛的芯片制造要求。

二、OPC 技术发展历程

（一）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，最初采用的是基于规则的 OPC 方法。该方法依据曝光系统的参数，借助大量光刻实验数据构建一套修**则，再依据此规则对掩模图形实施优化校正。其实现修正的关键在于制定规则库，规则库需要涵盖原始版图上所有图形的修正方案。不过，随着技术节点进一步缩小，图形的复杂程度大幅增加，基于规则的 OPC 方法难以适应多样化的图形变化，适用性变差。因此，这种方法仅适用于 180nm 以上技术节点。

（二）基于模型的光学邻近修正

随着特征尺寸持续减小，基于模型的光学邻近效应修正（model-based OPC）从90nm 技术节点开始被广泛使用。它使用严格的光学模型和光刻胶光化学反应模型来计算曝光后的图形。此方法通过收集 modeling pattern 数据构建模型，利用该模型仿真掩模图形的光强分布以及光刻胶中的轮廓，接着进行采样和迭代修正，以此补偿光学邻近效应导致的偏差。构建精确的光学模型和光刻胶模型是该方法的关键所在。由于每一层掩模版上都存在上千万个图形，这就要求模型不仅精度要高，而且计算速度要快，以满足实际生产中的效率需求。

（三）曝光辅助图形

原始版图中既有密集分布图形，又有稀疏图形，而它们的光刻工艺窗口存在差异，这会使共同工艺窗口变小，适用于密集图形的光照条件并不适合稀疏图形的曝光。当技术节点发展到 90nm 时，为解决这一难题，曝光辅助图形（sub - resolution assistant feature, SRAF）被引入。在实际光刻过程中，所添加的曝光辅助图形对光线仅起散射作用，不会影响实际的晶圆表面光刻成像。此时，光学邻近修正发展为 SRAF + OPC 修正模式。在放置 SRAF 时，通常遵循一定规则，这些规则通过模型计算得出，并经相关实验验证，与实际光刻条件紧密相关。例如，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 根线条的间距大小等。

（四）光源优化与掩模版优化

在 20nm 以前的 OPC 修正，通常是在假设光刻条件已确定的情况下，对掩模版进行修正，以使曝光后的图形接近原始版图要求，而光照条件模拟多依赖工程师人工经验，且局限于常规照明、角度照明和四极照明等方式。近年来，光刻机的光照条件实现了自由形式照明，由众多光照像素组成。这一变化使得 OPC 修正可在优化的光照条件下进行，该特征被称为光源优化（Source - mask optimization, SMO）。通过对光源和掩模版同时进行优化，能够进一步提升光刻成像质量，更好地应对不断缩小的技术节点带来的挑战。

（五）反演光刻技术

反演光刻技术虽与传统 OPC 技术目的一致，但实现方法截然不同。它以晶圆曝光后得到的图形为目标，反向计算出修正掩模版所需的图形。鉴于反演推算技术的复杂性，目前业界先采用常规的 SRAF + OPC 修正技术处理原始掩模版，找出不符合要求的地方，针对这些局部区域进行局部反演计算，得到最佳修正结果，再将计算得到的部分替换到掩模版图中。这种局部反演技术既能节省大量时间，又能提高光学修正精度，为解决复杂图形的光学邻近效应问题提供了新途径。

三、OPC 在先进光刻工艺中的重要性及挑战

在应用 OPC 修正前，需确定光学模型和光刻胶模型参数，且确定后不能随意修改，以保证 OPC 模型的精确度。然而，在新技术节点的光刻工艺研发进程中，情况不断变化。更好的光刻胶会不断涌现，光刻胶厚度和硬掩模厚度会随工艺改进而改变，线宽目标值也可能调整。这些变动都会致使原有的 OPC 模型和 OPC 修正结果失效，需要重新进行修正。这充分凸显了 OPC 在先进光刻工艺中的核心地位，同时也表明其面临着持续适应工艺参数变化的巨大挑战。只有不断强化 OPC 技术研发，才能满足先进光刻工艺对高精度、高稳定性的要求。

四、总结

OPC 技术随着晶圆制造工艺的发展而不断演进，从基于规则的简单修正，逐步发展到包含模型构建、曝光辅助图形、光源与掩模版优化以及反演光刻等复杂技术的综合应用。在技术节点不断缩小的趋势下，OPC 在先进光刻工艺中的核心地位愈发凸显。未来，应以 OPC 技术为核心开展先进光刻工艺研发，不断优化和创新 OPC 技术，以应对日益严苛的芯片制造需求，推动半导体产业持续向前发展。