先导光刻中的光学邻近效应修正精.docx

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先导光刻中的光学邻近效应修正精

加工显、测量与设备

Processing，MeasurementandEquipment

先导光刻中的光学邻近效应修正

韦亚一，粟雅娟，刘艳松

（）中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室，北京　１０００２９

摘要：

按照逻辑器件发展的节点顺序，依次论述了各种光学邻近效应修正技术：

基于经验的光学邻近效应修正、基于模型的光学邻近效应修正、曝光辅助图形、光源和掩模版的优化、反演光刻技术以及两次曝光技术等。

概括了各种技术出现的逻辑技术节点、数据处理流程、修正的表现形式和效果、优势和发展前景等。

最后就先导光刻工艺的研发模式（先建立光学和光刻胶模型，再

），论证了光刻工艺的研发必须和光学邻近效应修正的数据流程实现互动的观计算光刻”进行“

点，即任何光刻工艺参数的变动都会影响到“计算光刻”模型的准确性，需要重新进行修正，以避免原计算可能导致的失败。

因此，光学邻近效应修正是先导光刻工艺研发的核心。

；辅助图形；计算光刻；光源和掩模版的优化（；像关键词：

光学邻近效应修正（ＯＰＣ）ＳＭＯ）

素式光照；两次曝光技术

）０中图分类号：

ＴＮ３０５．７　文献标识码：

Ａ　文章编号：

１６７１－４７７６（２０１４３－０１８６－０８

ＯｔｉｃａｌＰｒｏｘｉｍｉｔＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅＡｄｖａｎｃｅｄＰｈｏｔｏｌｉｔｈｏｒａｈ　　　　　ｐｙｇｐｙ　

，ＷｅｉＹａｉＳｕＹａｕａｎ，ＬｉｕＹａｎｓｏｎ　　　ｙｊｇ

（ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＩｎｔｅｒａｔｅｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏ　　　　ｙ　ｙｆ　ｇｇｙ，ｆ　

，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｏＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｉｎ０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｙｆ　ｊｇ１　

：

Ａ，Ａｂｓｔｒａｃｔｃｃｏｒｄｉｎｔｏｔｈｅｎｏｄｅｓｅｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌｏｉｃｄｅｖｉｃｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｏｔｉｃａｌ　　　　　　　　　　ｇｑｇｐｐ　

：

ｒｏｘｉｍｉｔｅｆｆｅｃｔｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＯＰＣ）ｔｅｃｈｎｉｕｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｕｒｎｔｈｅｒｕｌｅｂａｓｅｄＯＰＣ，ｍｏｄｅｌ　　　　　　－　－ｐｙｑ　

，ｒａｈ，ｂａｓｅｄＯＰＣ，ｅｘｏｓｕｒｅａｕｘｉｌｉａｒｓｏｕｒｃｅａｓｋｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＳＭＯ）ｉｎｖｅｒｓｅｌｉｔｈｏｒａｈ　　－ｍ　　ｇｐｐｙｐｇｐｙ　

，ａｎｄｄｏｕｂｌｅｅｘｏｓｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅｌｏｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｎｏｄｅｄａｔａｒｏｃｅｓｔｅｃｈｎｏｌｏ　　　　　　　　－ｐｇｙｇｇｙｐｇｙ　　　

，，ｓｉｎｒｏｃｅｄｕｒｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍａｎｄｅｆｆｅｃｔａｓｗｅｌｌａｓａｄｖａｎｔａｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｒｏｓｅｃｔｓｆｏｒ　　　　　　　　　　ｇｐｇｐｐｐ　

，ｔｈｅｖａｒｉｏｕｓＯＰＣｔｅｃｈｎｉｕｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔ　　　　　　　　　ｑｙｇｐ　

，ｍｏｄｅｏｆｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｈｏｔｏｌｉｔｈｏｒａｈｏｔｉｃｓａｎｄｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｉｒｓｔｌｔｈｅｎ　　　　　　　　　　ｐｇｐｙ（ｐｐｙ

＂ｃ＂ｉ），ｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌｌｉｔｈｏｒａｈｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｈｅｖｉｅｗｏｉｎｔｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｉｔｈｏｒａｈ　　　　　　　　　ｐｇｐｙｐｇｐｙ

ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｍｕｓｔｉｎｔｅｒａｃｔｗｉｔｈｔｈｅｄａｔａｆｌｏｗｏｆｔｈｅＯＰＣ，ｉ．ｅ．ａｎｃｈａｎｅｓｒｏｃｅｓｓ　　　　　　　　　　　　ｐｐｙｇ　

＂ｏｆｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｏｆｔｈｅ＂ｃｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌｌｉｔｈｏｒａｈｈｏｔｏｌｉｔｈｏｒａｈｒｏｃｅｓｓａｒａｍｅｔｅｒｓ　　　　　　　　ｙｐｇｐｙｐｇｐｙｐｐ　　

，ｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａａｉｎｗｉｌｌｂｅｎｅｅｄｅｄｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｃａｕｓｅｄｂｔｈｅｏｒｉｉｎａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．　　　　　　　　　　　　　　ｇｙｇ　

，ＴｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅＯＰＣｉｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｈｏｔｏｌｉｔｈｏｒａｈ．　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｐｙ：

ｐ；ａ；Ｋｅｗｏｒｄｓｔｉｃａｌｒｏｘｉｍｉｔｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＯＰＣ）ｕｘｉｌｉａｒｒａｈ；ｃｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌｌｉｔｈｏｒａｈ　　ｐｙｙｇｐｐｇｐｙｙ　　　

；；ｓｏｕｒｃｅａｓｋｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＳＭＯ）ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｄｏｕｂｌｅｅｘｏｓｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｘｅｌａｔｅｄ－ｍ　　　　ｐｐｇｙｐ

：

１／ＤＯＩ０．１３２５０ＥＡＣＣ：

２５５０Ｇ．ｃｎｋｉ．ｗｎｄｚ．２０１４．０３．００９　　Ｅｊ

收稿日期：

２０１３－１１－１２

）基金项目：

国家中长期科技发展规划０２科技重大专项（２０１４ＺＸ０２３０１００１－００４

：

ｗＥ－ｍａｉｌｅｉａｉｉｍｅ．ａｃ．ｃｎ＠ｙｙ

ｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏＶｏｌ．５１Ｎｏ．３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｍａｒｃｈ２０１４１８６Ｍ　　ｇｙ　

　韦亚一等：

先导光刻中的光学邻近效应修正　

０　引　言

在曝光过程中，由于掩模版上相邻图形之间存在干涉和衍射效应，投影到晶圆上的图形和掩模版上的图形不一样。

随着掩模版上图形尺寸的缩小，这种相邻图形之间的干涉和衍射效应更加明显，曝光后图形的偏差更大。

这种曝光时的邻近效应必须予以修正。

修正的办法是人为地对掩模版上的图形进行修改，以抵消这种偏差，使曝光后获得的图形

１］

。

邻近效应修正一直是微光刻领域符合设计要求［

的效率和修正的精度。

ＯＰＣ软件自动地检查设计图形，根据规则找出所要修正的部分，并做相应的修正。

好的修正规则要能涵盖设计中所有的图形。

比较详细的规则通常意味着较高的修正精度，也同时需要更多的软件运行时间。

可以使用不同的方法来建立修正规则。

对于一维图形，修正的规则比较简单，无非是增加或削减设计的线宽；但是，确定两维图形的修正规则却非常复杂，例如如何修正图形拐角和如何修正线条端点。

图２是ＯＰＣ处理前后的图形及其对应的曝光

２］

。

一般来说，在线条的端点添加一个加宽的结果［

中不可缺少的一部分，它的发展经历了从简单到复杂的过程。

更小技术节点的器件需要更加完善的修正技术。

一次修正已经不能达到目的了，需要多次迭代修正，而且中间需要不断地进行检查和核对。

本文综述了各种邻近效应修正技术及其适用的技术节点。

方块或者延长端点可以有效减少曝光后端点的收缩。

在线条的内拐角处削去一部分，而在外拐角处添加一部分，可以使曝光后的拐角尽可能接近设计要求，参见图２

。

随着计算技术的发展，修正规则也可以用计算的办法来产生。

可以截取设计中最关键的部分，输入到一个专用软件中，对软件计算出

３］

。

的修正进行分析就可以写出较好的修正规则［

１　基于经验的光学邻近效应修正

光学邻近效应修正（ＯＰＣ）首先于２５０ｎｍ技　

２］

。

除了特别术节点时被引入到半导体光刻工艺中［

说明，文中提到的技术节点都是逻辑器件的节点。

该ＯＰＣ数据处理流程比较简单直接，参见图１。

设计公司的设计图形被发送到晶圆厂，晶圆厂对设计图形用ＯＰＣ软件进行处理。

在数据处理中，ＯＰＣ软件根据事先确定的规则对设计图形进行光学邻近效应修正。

修正完成后，再在图形周围加入光刻机所需要的对准标志和曝光后测量所需要的标志。

最后，整个文件发送到掩模版生产厂用于制备掩模版。

修正规则

（a）OPC处理前的图形及

其直接曝光结果（b）OPC处理后的图形及

其曝光结果

２］图２　ＯＰＣ处理前后的图形及其曝光结果［

］２

Ｆｉ．２ｒａｈｉｃｓａｎｄｅｘｏｓｕｒｅｒｅｓｕｌｔｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅＯＰＣ［　Ｇ　　　　　　　　ｇｐｐ

不管修正规则是如何产生的，它们都必须经过实验验证。

而且修正规则都是在一定的光刻工艺条件下产生的。

如果工艺参数变化了，这些修正规则

文件发送到掩

模版生产厂

软件根据

设计文件

事先确定的规则来修正设计

图形

加入光刻机对准和曝光后测量标志

必须重新修订。

基于经验的光学邻近效应修正广泛应用于２５０和１８０ｎｍ技术节点。

随着图形尺寸的　减小，更多的图形结构需要修正，修正规则也变得繁杂。

到了１３０ｎｍ节点，修正规则的确定已经非　常困难，修正的精度也差强人意。

目前通行的做法

４］

。

这是把一些简单的修正规则写到设计手册中去［

图１　基于经验的光学邻近效应修正的数据处理流程Ｆｉ．１　ＤａｔａｒｅａｒａｔｉｏｎｆｌｏｗｆｏｒｔｈｅｒｕｌｅｓｂａｓｅｄＯＰＣ　　　　　－　ｇｐｐ

基于经验的光学邻近效应修正的关键是修正规则。

修正规则规定了如何对各种曝光图形进行修正。

它的形式和内容会极大地影响ＯＰＣ数据处理

样设计出的图形已经包含了一部分ＯＰＣ，既节省了ＯＰＣ软件的运行时间，也提高了修正的可靠性。

卷第２０１４年３月　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　微纳电子技术第５１３期１８７

　韦亚一等：

先导光刻中的光学邻近效应修正　

２　基于模型的光学邻近效应修正

基于模型的光学邻近效应修正（ｍｏｄｅｌｂａｓｅｄ－０ｎｍ技术节点开始被广泛使用。

它使ＯＰＣ）从９　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。

基于模型的光学邻近效应修正软件首先把设计图形的边缘识别出来，让每一个边缘可

５］

。

软件计算出曝光后的图形并和设计以自由移动［

原始设计原始设计的边缘曝光后的边缘

的图形对比，它们之间的差别称之为边缘放置误差（ＥＰＥ），参见图３。

边缘放置误差是用来衡量修正质量的指标，边缘放置误差小就意味着曝光后的图形和设计图形接近。

修正软件在运行时移动边缘位置，并计算出对应的边缘放置误差。

这个过程不断反复，直到计算出的边缘放置误差达到可以接受的值。

为了减少边缘移动的任意性（也就是减少运，边缘上点的位置只能在一个固定的栅格上算量）

移动。

显然，栅格越小，修正的精度越高，但运算量也就越大。

小栅格修正还使图形边缘更加零碎，增加了制造掩模版的成本。

［５］

（a）原始设计及其曝光结果

原始设计修正后的边缘曝光后的边缘

（b）OPC模型修正后及其曝光结果

图４　基于模型的ＯＰＣ的一个例子Ｆｉ．４　ＡｎｅｘａｍｌｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｂａｓｅｄＯＰＣ　　　　－　ｇｐ

原设计的边缘

３　曝光辅助图形

边缘放置误差

OPC软件计算出的曝光后的边缘

一个设计中通常既有密集分布的图形（如１∶，也有稀疏的图形（如独立的线１等间距的线条）

，特别是逻辑器件的设计，具有更大的任意性。

条）

理论和实验结果都清楚地表明，密集分布图形的光刻工艺窗口与稀疏图形的光刻工艺窗口是不一样

７］

。

适用于密的，这就导致了共同的工艺窗口偏小［

可以放置边缘的格点

图３　

５］边缘放置误差的定义［

［５］

Ｆｉ．３　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｄｅｌａｃｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒ　　　　　ｇｇｐ

集图形曝光的光照条件并不适合稀疏图形的曝光。

在设计中添加曝光辅助图形可以解决这一技术难题。

曝光辅助图形最早于９０ｎｍ节点时被引入，　几乎和基于模型的ＯＰＣ同时引入。

曝光辅助图形是一些很细小的图形，它们被放置在稀疏设计图形的周围，使稀疏图形在光学的角度上看像密集图形。

这些辅助图形的最小尺寸必须小于光刻机的分辨率。

在曝光时，它们只对光线起

８］

；因散射作用，而不应该在光刻胶上形成图像［

基于模型的光学邻近效应修正的关键是建立精

６］

。

一确的光刻模型，包括光学模型和光刻胶模型［

层设计有上千万个图形。

一个好的模型不仅要求精度高，而且要求计算速度快。

图４是基于模型的ＯＰＣ的一个例子。

在没有修正的情况下，计算出

的曝光图形和原始设计的要求相差较大。

修正后的图形增加了很多修正，计算出的曝光图形也和设计的要求很接近。

值得注意的是，图４（ｂ）中模型修正后的图形比图２（ｂ）中规则修

正

后的图形的变化多，这从另一个侧面验证了基于模型的修正比基于经验的修正更精确。

此，曝光辅助图形也叫亚分辨率的辅助图形（ｓｕｂ－

，ＳｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｓｓｉｓｔａｎｔｆｅａｔｕｒｅＲＡＦ）或散射条　　（，Ｓ。

图５是一个模型计算的结ｓｃａｔｔｅｒｉｎｂａｒＢ）ｇ　

ｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏＶｏｌ．５１Ｎｏ．３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｍａｒｃｈ２０１４１８８Ｍ　　ｇｙ　

　韦亚一等：

先导光刻中的光学邻近效应修正　

９］

，图中ｈ果［Ｌ为线条周期。

掩模ＤＯＦ为聚焦深度，ＳＲＡＦ。

随着计算技术的进一步发展，辅助图形也可以完全通过模型计算的办法自动插入，被称为基。

软件根于模型的辅助图形（ｍｏｄｅｌｂａｓｅｄＳＲＡＦ）－　据ＳＲＡＦ的尺寸及插入的位置计算出曝光的工艺窗口，然后不断调整这些参数，直到获得最大的共同工艺窗口。

软件中对ＳＲＡＦ的大小也设置一些限制条件，以保证最终的结果能符合掩模版制备的要

］１０

。

基于模型的Ｓ求［ＲＡＦ首先被应用于４５ｎｍ节　

版上有线条图形，其周期从１８０ｎｍ（１∶１等间　距，密集线条）连续增大到５４０ｎｍ（１∶６等间距，　。

线宽是固定的９稀疏线条）０ｎｍ。

曝光光源波长　是１９３ｎｍ，光照条件已经用１８０ｎｍ周期（１∶１　　等间距）的密集图形做了优化。

随着线条周期的增，光刻工艺的窗口（大（也就是线条逐步分开）这里用聚焦深度（ＤＯＦ）来表征）变小。

在周期等于３００ｎｍ时，一个宽度６０ｎｍ的ＳＲＡＦ被放置在　　相邻的线条中间。

ＳＲＡＦ的插入使聚焦深度由７０ｎｍ左右增大到１８０ｎｍ，有效增大了光刻工艺的　　窗口。

点，目前已经被光刻界广泛接受。

图６是３２ｎｍ节　点中一个独立接触的掩模版图。

图中的ＳＲＡＦ是由模型计算自动插入的，计算时设置了如下条件：

图形模块的最小

长度为５０ｎｍ，最小线宽线隙为　５０ｎｍ。

0.250.20

hDOF/滋m

0.150.100.050

160

260

360L/nm

460

560

９］图５　ＳＲＡＦ插入后ＤＯＦ随线条周期变化的计算结果［９］

Ｆｉ．５　ＤＯＦｖｅｒｓｕｓａｆｔｅｒｔｈｅｉｎｓｅｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳＲＡＦ［ｉｔｃｈ　　　　　　　　ｇｐ

要在数据处理时把辅助图形加入到原设计中，在９０ｎｍ节点时，是通过建立一系列辅助图形插　入的规则来实现的。

规则确定了辅助线条的宽度以及插入第一个和第二个辅助线条线间距的大小等。

这些规则是由模型计算得到的，并经过实验验证。

它们和光刻工艺条件密不可分。

如果工艺参数改变了，这些规则就要重新产生并验证。

这种辅助图形加入的方法又叫基于经验的辅助图形（ｒｕｌｅｓｂａｓｅｄ－

。

以用于９ＳＲＡＦ）０ｎｍ节点栅极层的ＳＲＡＦ规则　为例，ＳＲＡＦ宽度均为６０ｎｍ，５种ＳＲＡＦ规则如　下：

ＳＲＡＦ规则１，图形线间距为１８０ｎｍ，无需插　入ＳＲＡＦ；ＳＲＡＦ规则２，图形线间距为３００ｎｍ，　

插入一条ＳＲＡＦ；ＳＲＡＦ规则３，图形线间距为４２０ｎｍ，插入两条ＳＲＡＦ；ＳＲＡＦ规则４，图形线　间距为５４０ｎｍ，插入三条ＳＲＡＦ；ＳＲＡＦ规则５，　图形为孤立图形时，在图形两侧分别插入两条

图６　３２ｎｍ节点中一个独立接触的掩模版图　Ｆｉ．６　Ｍａｓｋｌａｏｕｔｆｏｒａｎｉｓｏｌａｔｅｄｃｏｎｔａｃｔａｔ３２ｎｍｎｏｄｅ　　　　　　　　　ｇｙ

４　光源和掩模版的优化

前面讨论的各种修正都是假设光照条件已经确定，然后对掩模版上的图形进行修正使曝光后的图形和设计要求最接近。

在这些修正中，光照条件基如利用本上是靠工程师的经验和少量的模拟计算（Ｐｒｏｌｉｔｈ光学仿真软件进行仿真）来事先确定的。

光照条件也局限于几种方式：

常规照明、角度照明和四极照明等。

近几年，先进光刻机的光照系统有了长足的进步，实现了所谓的自由形式的照明。

这种自由形式的光照是由很多光照像素组成的。

光刻机中的计算机程序控制光照像素形成所需要的光照

［１１］

条件，例如ＡＳＭＬ公司的ＦｌｅｘＲａ　ｙ光照系统。

卷第２０１４年３月　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　微纳电子技术第５１３期１８９

　韦亚一等：

先导光刻中的光学邻近效应修正　

自由形式光照的出现使在进行ＯＰＣ的同时能够优化光照条件，也就是光源优化（ｓｏｕｒｃｅａｓｋｏｔｉ－ｍ　－ｐ

，Ｓ。

ＯｍｉｚａｔｉｏｎＭＯ）ＰＣ软件供应商也都在其ＯＰＣ软件基础上增加了ＳＭＯ软件包。

图７是同时采用了ＳＭＯ和ＯＰＣ技术（ＳＭＯ＋）的一个典型数据流程。

首先从设计文件中找ＯＰＣ出关键的部分并截取出来；然后把这些关键部分输入到ＳＭＯ软件中不断调整光照参数循环计算，直到输出的结果符合要求；最后把ＳＭＯ中取得的光照参数输入到ＯＰＣ软件中进行ＯＰＣ计算。

除了掩模版图形修正外，ＳＭＯ＋ＯＰＣ数据处理的输出还有一个详细的光照强度分布图。

这个光照强度分布图可以直接用于设置光刻机的光照条件。

图８是一张ＳＭＯ计算出的像素化的光照强度分布图。

它被用于２０ｎｍ节点第二金属层的曝光，可以在ｘ方　向实现８０ｎｍ周期的图形，在ｙ方向实现１６０ｎｍ　　周期的图形，共同的曝光聚焦深度可达１００ｎｍ左　右。

ＳＭＯ已经被广泛应用于２０ｎｍ及以下技术节　点。

有些晶圆厂也将其用于２８ｎｍ节点，以解决　一些特殊困难的曝光

［１２］

５　反演光刻技术

虽然反演光刻技术（ｉｎｖｅｒｓｅｌｉｔｈｏｒａｈｔｅｃｈ　－ｇｐｙ　

，ｎｏｌｏＩＬＴ）和上述ＯＰＣ技术的目的完全一样，ｇｙ即使曝光后晶圆上的图形尽量和设计图形一致，但它却有完全不同的思路。

它不是对设计图形进行修正，以期在晶圆上得到所要的图形，而是把要在晶圆上实现的图形作为目标，反演计算出掩模版上所。

图９所示为反演光刻计算的需要的图形（图９）基本思路和循环过程。

光刻模型函数Ｔ套用掩模计算模拟出曝光后的晶圆图形传输函数ｍ（ｘ，ｙ）；然后把晶圆图形代入光刻模型的反函数ｚ（ｘ，ｙ）

［３］

。

其中Ｔ包括了所有成像Ｔ－１，如此反复迭代１

系统和照明系统，ｚ（ｘ，ｙ）模拟了单次曝光，

为其复共轭函数。

反演光刻通过复杂的ｚ＊（ｘ，ｙ）包括反演数学计算得到一个理想的掩模版图形（

［１３］

。

用这种方法设计出的掩模版，ＯＰＣ和ＳＲＡＦ）

在曝光时应该能提供较强的图形对比度。

ＯＰＣ软件供应商相继开发了ＩＬＴ软件包，例如ＭｅｎｔｏｒＧｒａｈｉｃｓ公司的ｐｘＯＰＣ软件。

ｐ

。

用SMO计算出的

光照条件设置光

刻机

从设计中截取约100个关键部分

将关键部分输入到SMO软件来计算光照条件

m（x，y）

加入光刻机对准和曝光后测量标志

文件发送到掩模版厂

陴

光刻模型

T

陴z（x，y）≈z*（x，y）

使用SMO算出的光照条件进行OPC

掩模版上的图形

T-1

希望得到的曝光后的图形

图７　一个典型的ＳＭＯ＋ＯＰＣ数据工作流程Ｆｉ．７　ＡｔｉｃａｌｄａｔａｆｌｏｗｆｏｒＳＭＯ＋ＯＰＣｒｅａｒａｔｉｏｎ　　　　　　ｇｙｐｐｐ

１３］图９　反演光刻的基本思路［

［１３］

Ｆｉ．９　Ｂａｓｉｃｉｄｅａｏｆｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｌｉｔｈｏｒａｈｔｅｃｈｎｉｕｅ　　　　　ｇｇｐｙｑ　

反演光刻技术非常复杂，特别是对于整个芯片，计算量庞大。

目前普遍的做法是先使用通常的模型修正技术，包括ＯＰＣ和ＳＲＡＦ技术（ＯＰＣ＋ＳＲＡＦ）来完成掩模版数据的处理；然后找出其中不符合要求的部分，把这些部分截取出来，局部做ＩＬＴ处理，得到最佳的修正；最后再把经ＩＬＴ处理后的部分替换到经过ＯＰＣ优化的数据中去。

这种局部数据的ＩＬＴ处理，可以节省大量的计算时

１４］

。

间［

随着反演光刻技术的引入，模型计算在光刻工

图８　用ＳＭＯ方法计算出的一个像素化的光照强度分布图Ｆｉ．８　ＡｓｏｕｒｃｅｍａｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｔｈｅＳＭＯｉｘｅｌａｔｅｄ　　　　　ｇｐｙｐ　　

艺研发中的重要性被提升到一个新的高度。

光刻界逐步认识到“ＯＰＣ”这个概念已经不足以涵盖所有

ｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏＶｏｌ．５１Ｎｏ．３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｍａｒｃｈ２０１４１９０Ｍ　　ｇｙ　

　韦亚一等：

先导光刻中的光学邻近效应修正　

模型计算的内容。

一个全新的概念“计算光刻”被提出来，并很快被业界所接受。

计算光刻包括邻近效应修正、辅助图形计算、光源－掩模版的优化以及反演光刻技术，但是由于历史的原因，人们仍然。

习惯将其称作“ＯＰＣ”

计算的失效，从而需要重新做修正，并制备新的掩。

图１模版（即使原设计没有变化）０是光刻工艺的研发和ＯＰＣ学习循环的示意图。

新光刻工艺和

材料的研发

冻结光刻工艺

和材料

建立模型（光学/光阻模型）

６　两次曝光技术

两次曝光（或多次曝光）已经被广泛应用于数值２０ｎｍ及以下节点的工艺中。

虽然１．３５ＮＡ（　　孔径）的１９３ｎｍ浸没式光刻机的理论最佳分辨率　，考可以达到３对应于工艺因子ｋ６ｎｍ（０．２５）　１＝虑到实际工艺中的各种复杂因素，其实际有效分辨。

２线条周期为８率为４０ｎｍ左右（０ｎｍ）０ｎｍ技　　　术节点中第一层金属的设计要求是３线条周２ｎｍ（　，因此光刻只有使用两次曝光工艺才期为６４ｎｍ）　

１５］

。

能实现［

OPC学习循环

OPC+SRAF

否

流片/测试

确定光刻工艺是否

符合要求

是

冻结OPC模型

制备掩模版

图１０　光刻工艺的研发和ＯＰＣ学习循环Ｆｉ．１０　Ｌｉｔｈｏｒａｈｒｏｃｅｓｓｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔａｎｄ　　ｇｇｐｙｐｐ　

ＯＰＣｃｃｌｅｏｆｌｅａｒｎｉｎｔｈｅ　　　　ｙｇ

一旦ＯＰＣ模型确定，新的掩模版到达晶圆厂后，光刻工程师所能调整的工艺参数是很有限的，主要是曝光能量和聚焦。

因为其他任何参数的变动都会影响到ＯＰＣ模型的准确性。

因此，先导光刻工艺的研发是围绕着ＯＰＣ进行的，称之为ＯＰＣ学习循环。

经验表明，一个新技术节点的光刻工艺一般需要３～４个ＯＰＣ循环才能逐步成熟。

在实际生产中，光刻机的曝光能量和聚焦度会有一些不稳定性。

另外，由于掩模版制备工艺的原因，掩模版上的图形尺寸也不可能和要求的完全一样。

这些偏差或不稳定性是不可避免的，但是可以被控制在一定的范围内。

例如，现代光刻机的曝光能量和聚焦度的涨落应该分别被控制在±５％和±１０ｎｍ之内。

考虑到光刻机的最小曝光线条和掩　，通常二者的比例为４）模版最小尺寸的比例关系（

掩模版制备工艺必须能保证掩模版上最小图形的尺寸偏差在±２ｎｍ之内。

在这个偏差和涨落范围之　内，光刻工艺要能保证晶圆上图形的准确性。

为了验证这些偏差对曝光结果的影响，ＯＰＣ软件中引入了光刻工艺变化带宽的概念，也就是在计算中有目的地引入这些偏差，看曝光后晶圆上的图形的变化。

图１１是ＯＰＣ软件计算出的光刻工艺变化带宽。

图中边缘部分表示曝光能量、聚焦度和掩模版上图形尺寸的偏差导致的晶圆上光刻胶图形的变化。

可以看出，这种工艺不稳定导致的曝光偏差主要发生在２Ｄ图形处。

在图１１中，工艺的不

两次曝光中特别需要注意的是如何做图形的拆分。

目前在这个问题上仍然有争论：

一部分晶圆厂认为，图形的拆分应该在设计时完成，设计公司提供给晶圆厂的设计就应该是对应每一块掩模版的，晶圆厂收到设计文件后直接做ＯＰＣ＋ＳＲＡＦ处理；另一些晶圆厂愿意提供图形拆分服务，晶圆厂收到设计文件后，根据自己的工艺，把设计图形拆分到两个掩模版上去，然后再对拆分后的图形分别做ＯＰＣ＋ＳＲＡＦ处理。

ＯＰ