光学邻近效应修正技术的基本知识

在上一节计算光学小讲堂中，我们学习了光源掩模协同优化（source mask co-optimization, SMO）的相关知识。这一节我们将主要探索光学邻近效应修正（Optical Proximity Correction，OPC）技术是如何用来提升光刻工艺窗口，为芯片生产保驾护航的。

通过之前两节课的学习，想必大家对于光学邻近效应修正已经有了大致的了解。由于***光学系统的不完善性及光路中的衍射光学效应，曝光在晶圆上的最终图形会和掩模版上的原始图形产生偏差。

为什么需要光学邻近效应修正？

随着线宽尺寸的不断微缩，这种效应会愈发严重，严重影响曝光显影过程的良率。因此需要人为对掩模版上的图形进行修正抵消这些误差，使曝光后获得的图形满足设计要求，对于掩模版图形的修正过程就是光学邻近效应修正技术。

光学邻近效应修正技术是什么？

划重点 

这个过程可以类比成射击打靶，如果我们瞄准靶心，那么由于风向重力等外因往往会导致射偏。在下一次我们需要对瞄准方向相应地向相反方向调整，将误差考虑进来，通过若干次调整之后，最后正中目标。

基于规则的光学邻近效应修正技术

在光学邻近效应修正技术发展的早期，由于图形尺寸较大，处理流程相对比较简单直接。光学邻近效应修正（OPC）软件可以自动的检查设计图形，找出需要修正的部分，并按照事先规定的修正规则查表作出相应的修正，这就是基于规则的光学邻近效应修正。

下图是一个一维图形修正规则表示例，我们可以看当一维图形的宽度为在150nm到180nm之间，与相邻图形的空间距离为185nm到210nm时，图形需要向外扩11nm来实现对目标图形的修正。

图示：一维图形修正规则表示例

（点击图片查看大图）

随着图形尺寸的不断变小，需要修正的图形结构越来越多，修正规则也变得越来越复杂，但修正的效果往往却难以让人满意，因此基于模型的光学邻近效应修正技术在更先进的技术节点被广泛采用。

基于模型的光学邻近效应修正

那么基于模型的光学邻近效应修正是如何对掩模版进行修正的呢？下面是一个简单的流程演示。

图示. 基于模型的光学邻近效应修正流程演示

对掩模版进行修正的流程说明

涨知识

01在开始光学邻近效应修正之前，首先需要通过试验数据获得精确的光刻模型，可以对给定掩模版预测出曝光后图形。

02接下来将待修正图形分割成一系列短栅格，每条短栅格可以在修正过程中自由移动。

03在每一次的修正过程中，光学邻近效应修正软件需要预测出当前掩模版曝光后的图形并与目标图形进行对比，计算出两者之间的差距及短栅格所需修正值，我们把当前结果与目标图形之间的差距叫做边缘放置误差（edge placement error, EPE）。

EPE数值越小，表明我们的修正解与目标越接近，这个过程不断迭代，直到计算出的边缘放置误差达到我们设定的规格范围内时，我们认为修正效果已经达到，整个光学邻近效应修正流程完成。

显然，分割的短栅格数目越多，修正的精细度也越高，但是同时所需的计算量也越大。与此同时过于细碎的栅格分割长度也会使得掩模版的制造更为困难。

以上是一个基本的光学邻近效应修正应用示例。在实际应用中，根据不同的应用场景与要求，我们还可以在其基础上拓展其他功能，满足特定的需要。

拓展的其他功能

对于某些特定的图形，由于相邻栅格之间存在很强的相互影响，我们进行校正时不能仅仅只考虑当前栅格，而是需要进行全局优化，寻求更精确的解。

有些情况下我们在进行光学邻近效应修正时需要考虑光刻设备的工艺参数波动，我们提供的光学邻近效应修正解决方案不仅需要在理想情况下达到规格要求，而且需要保证在设备工艺参数波动时修正误差也处在一个可接受的范围内，避免在实际曝光显影过程中出现缺陷。

此外有时我们还需要将光刻与后续刻蚀工艺结合起来，考虑刻蚀后图形线宽的变化状况，提前对刻蚀偏差进行补偿后，再进行光学邻近效应修正。

曝光辅助图形

在光学邻近效应修正中，还有一种常用的工艺窗口增强武器叫做曝光辅助图形（Sub-Resolution Assist Feature,SRAF）。工程师发现密集图形与稀疏图形的光刻工艺窗口是不一样的，适用于密集图形曝光的光照条件并不适合稀疏图形的曝光，这就导致了公共的工艺窗口偏小。

为了解决这一问题，工程师们会在光学邻近效应修正过程给稀疏图形旁边加上曝光辅助图形。

图示. 在设计中添加曝光辅助图形

曝光辅助图形 

涨知识

所谓曝光辅助图形是一些很细小的图形，它们被放置在稀疏图形的周围，“伪装”成密集图形的样子。通过这样的方式可以使稀疏图形的光刻工艺窗口接近密集图形的工艺窗口，从而增加整体的公共工艺窗口。在曝光时，它们只对光线起散射作用，而不会在晶圆上形成图形。因此它的大小必须小于***的分辨率，它和主图形的距离也必须进行精细控制。

本节讲堂主要带大家学习了光学邻近效应修正技术的基本知识。从它的基本原理，发展历史，以及常用的工具几方面做了简单介绍。光学邻近效应修正技术的强大功能，为芯片生产提供了坚实的保障，推动着芯片制造技术不断向前迈进。

审核编辑：汤梓红