光学邻近效应矫正(OPC)技术及其应用

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1、万方数据中国科学E辑：信息科学2007年第37卷第12期：1607—1619http：／／www．scichina．tom《中国科学>杂志社SCIENCEINCHINAPRESS光学邻近效应矫正(OPC)技术及其应用蔡懿慈4周强洪先龙石蕊王呖(清华大学计算机科学与技术系，北京100084)摘要随着集成电路设计和制造进入超深亚微米(VDSM)阶段，特征尺寸已经接近甚至小于光刻工艺中所使用的光波波长，因此光刻过程中，由于光的衍射和干涉现象，实际硅片上得到的光刻图形与掩膜版图形之间存在一定的变形和偏差，光刻中的这种误差直接

2、影响电路性能和生产成品率．为尽量消除这种误差，一种有效的方法是光学邻近效应矫E_(oPc)方法．目前由于OPC矫正处理时间过长，产生的文件大小呈指数级增长，使掩膜版的制造成本成倍地增加．文中首先针对OPC矫正技术进行了深入研究，提出了具有图形分类预处理功能的自适应OPC矫正技术，将芯片图形按其对性能的影响分为关键图形与一般图形，对两类图形采用不同的容差，提高了OPC处理效率．其次，提出并实现了图形分段分类的基于模型的OPC矫正算法，在保证矫正精度的同时提高了矫正的效率．提出了具有通用性、简洁性和全面性的OPC矫正规则

3、，在此基础上实现了规则库的自动建立和规则库的查找与应用，实现了效率高、扩展性强的基于规则的掩膜版矫正算法．算法对规则数据进行有效地描述、存储和处理，提高了光刻矫正技术实际应用效率．第三，设计实现了高效、高精度的光学邻近效应矫正系统MR—OPC，系统综合应用了基于规则的OPC矫正技术和基于模型的OPC矫正技术，很好地解决了矫正精度和矫正效率之间的矛盾，取得了最佳的矫正优化结果．关键词光学邻近效应矫正基于规则基于模型版图集成电路1引言在芯片制造工艺流程中，产品的成品率由大量的工艺过程参数所控制，例如：掺杂浓度、沟道长度、

4、衬底形状和寄生效应、光学邻近效应以及层与层之间的绝缘层厚度等等．要获得一个合理的设计结果，在设计过程中必须考虑这些工艺参数，同时在制造过程中必须控制这些工艺参数的稳定性并和设计过程保持一致．但是由于问题规模的扩大，尤其是特征尺寸和线宽的减小，使得保持制造工艺参数的稳定性和与设计过程一致性越来越困难．收稿日期：2006一12—29；接受日期：2007—08—26国家自然科学基金资助项目(批准号：60476014)}联系人。E—mail：caiye@mail．tsinghua．edu．cn万方数据1608中国科学E辑信息

5、科学第37卷光刻是集成电路制造的主要工艺，光刻工艺的任务是实现掩膜版上的图形向硅表面各层材料上的转移．投影光通过掩膜图形后传播到硅片上，掩膜图形对光波来说，相当于传播路线±的障碍，从丽在硅片上得到与掩膜图形相关静光刻图形。根据光波衍射窝干涉原理，光波通过掩膜版时将发生衍射，掩膜版不同位置之间的光波还会发生干涉，因此，实际投射到硅片上的光强分布是这些衍射光波的叠加结果，它与掩膜图形荠不是完全相同的．根据光波衍射原理，当障碍的尺寸远大于光波波长时，由衍射产生莳圈形偏差可以忽略不计．也就是说，当掩膜版图形尺寸(集成电路的特

6、征尺寸)远大于光波波长时，硅片上光刻图形与掩膜版图形基本相阉．但在超深亚微米工艺下，集成电路特征尺寸在0．13pm甚至0．09}lm以下，已经接近甚至小予光波波长酌情形下，光的衍莉效果将非常明显，硅片上光刻豳形与掩膜版图形之间的偏差不可以忽略．随着集成电路特征尺寸不断地减小，这种光刻图形的变形与偏差变得越来越严重，成为影响芯片性能和成晶率的蓬要因素睢'2】1)。特翱是在图形相互邻近的部位，由于光波干涉和衍射作用明显，图形偏麓会相对较大，铡如，在线段顶端和图形拐角处偏差就比较明显．而这些图形部位徒往是对电路的电学性能和

7、电路功麓起关键作用的埯方，从丽影噙了整个芯片的性戆，甚至导致电路失效。这种由予光波衍射、干涉而健光刻图形与掩膜图形产生偏差的现象称为光学邻近效应(OPE：opticalproximi够effect)口，4】．在光刻工艺中，光学邻近效应是不可避免的，因此必须采取相应的措施尽可能地减小掩膜图形到硅片图形的变形与镳差，以保诞芯片鳃性熊积成品率，目前工业界普遍采用的方法是在传统的物理设计与掩膜舨制造间加入成品率驱动的掩膜版矫正，在这一步骤中，通过改变掩膜版上图形的形状或者图形逑光的相位来弥补光刻工艺中产生的光剡图形的变形，使

8、得穗片上光亥l褥到的图形与预期的图形基本符合。这种掩膜舨图形的补偿机制称为光刻增强技术(RET：reticleenhancementtechnology)》一．常用的两种方法是光学邻近效应矫正方法(opticalproximitycorrection，OPC)和相位转移掩膜(phaseshiftmask，PSM)骚蝎】，其中OPC是一静有效的光