光学邻近校正

的形状是芯片设计人员希望在晶圆上印制的目标图形，绿色是应用光学邻近校正后掩模上的图形，红色轮廓是该形状在晶圆上的实际印制结果（非常接近期望的蓝色目标）。]]
光学邻近校正（Optical proximity correction，OPC）是一种常用的光刻增强技术，用于补偿因衍射或工艺效应导致的图像误差。**'制造半导体器件时通常需要应用OPC，因为光在将原始设计转移至硅晶圆的刻蚀图像时，受限于物理特性，难以保持边缘位置的完整性。这些投影图像会出现不规则现象，如线宽比设计值更窄或更宽。改变用于成像的光掩模上的图形即可对此进行补偿。圆角等其他畸变由光学成像工具的分辨率所致，较难补偿。如果不校正此类畸变，可能会显著改变所制造器件的电气特性。光学邻近校正通过移动边缘或向光掩模上的图形添加额外多边形来校正这些误差。该过程可通过基于特征宽度和间距的预计算查找表来驱动（即基于规则的OPC），也可使用紧凑模型动态模拟最终图形，从而驱动边缘（通常分为多个线段）的移动以寻找最佳解决方案（即基于模型的OPC）。其目标是尽可能地在半导体晶圆上重现设计人员绘制的原始版图。

OPC最显著的两个优势在于：校正不同密度区域（如阵列中心与边缘，或密集线与孤立线）特征之间的线宽差异，以及改善线端缩短现象（如场氧上的栅极重叠）。对于前者，OPC可与散射条（置于可分辨线条旁边的亚分辨率线条）等分辨率增强技术及线宽调整结合使用。对于后者，可以在设计的线端生成“狗耳”形（衬线或锤头形）特征。OPC会影响光掩模的制造成本，因为掩模写入时间与掩模及数据文件的复杂性相关。同样，由于更精细的边缘控制需要更小的光斑尺寸，进行缺陷的光罩檢測需要耗费更多时间。

分辨率的影响：k1因子
常规衍射极限分辨率由瑞利判据给出，即0.61\lambda/NA，其中NA为数值孔径，\lambda为照明源的波长。通常将关键特征宽度与该值进行比较，通过定义参数k_1，使特征宽度等于k_1\lambda/NA。k_1的密集特征从OPC中获益低于同等尺寸的孤立特征。原因在于密集特征的空間頻率频谱包含的成分少于孤立特征。随着特征间距减小，更多成分被数值孔径截断，导致难以按预期方式影响图形。

照明与空间相干性的影响
照明源的相干度由其角范围与数值孔径的比值决定。该比值通常称为部分相干因子，即\sigma。它还会影响图形质量，进而影响OPC的应用。像平面的相干距离约等于0.5\lambda/(\sigma NA)。如果两个像点的间距大于该距离，它们实际上是不相关的，从而简化了OPC的应用。当\sigma接近1时，该距离非常接近瑞利判据。

值得注意的是，使用OPC并不会改变照明需求。如果需要离轴照明，OPC无法将其转换为轴向照明。这是因为在需要离轴照明的情况下，使用轴向照明会导致成像信息散射至最终孔径之外，从而无法成像。

像差的影响
光学投影系统中的像差会使波前变形，或改变照明角度的频谱与分布，进而影响焦深。虽然使用OPC能显著改善焦深，但像差的影响往往会完全抵消这些益处。良好的焦深要求衍射光以与光轴相当的角度传播，这需要合适的照明角度。假设照明角度正确，对于给定的间距，OPC能够引导更多衍射光沿正确角度传播；但如果照明角度不正确，这些角度根本不会出现。

多重曝光的影响
随着近几代技术中k_1因子的不断缩小，采用多重曝光生成电路图形的预期需求变得更加迫切。该方法会影响OPC的应用，因为必须考虑每次曝光的图像强度总和。互补光掩模技术即属此类，该技术将交替孔径与常规二元掩模的图像叠加在一起。

多重刻蚀图案化的影响
与对同一光刻胶薄膜进行多重曝光不同，多重图案化需要通过重复的光刻胶涂覆、沉积和刻蚀来对同一器件层进行图形化。这提供了一种使用更宽松的设计规则对同一层进行图形化的契机。在这些更宽松的设计规则下，根据所用光刻成像工具的不同，相应的OPC也会有所差异。多重刻蚀图形化可能成为未来技术迭代的主流工艺。使用侧壁牺牲特征是多重刻蚀图形化的一种特定形式，也是目前唯一经过验证能够系统性实现小于10 nm特征图形化的方法。最小半间距对应于牺牲结构的沉积厚度。

OPC的现代应用
如今，几乎所有OPC的实施都依赖于電子設計自動化（EDA）供应商提供的商业软件。算法、建模技术的进步以及大型计算集群的运用，使得最关键的图形化层可以在一夜之间完成校正，这涵盖了从130 nm设计规则（首次使用基于模型的OPC时）到最先进设计规则的广阔范围。随着先进节点的推进，需要复杂OPC处理的层数不断增加，以往非关键的层现在也需要进行补偿。

OPC的使用并不局限于目前常见的低k_1特征，而是可以应用于任何能够精确建模的图像校正方案。例如，电子束曝光中的校正已作为自动化功能包含在商用电子束曝光设备中。由于许多非光刻工艺也会表现出自身的邻近效应（如化学机械抛光或等离子体蚀刻），这些效应可以与原始OPC结合处理。

亚分辨率辅助图形（SRAF）
亚分辨率辅助图形（SRAF）是与目标特征分离的图形，它们自身不会被印制，但能够辅助目标特征的印制。印制出的SRAF会严重降低良率，因此需要额外的OPC模型来判定并移除可能发生意外印制的SRAF。相比于目标特征尺寸调整或附加结构，SRAF对衍射频谱的影响更为显著。不被印制的要求限制了它们只能在低剂量下使用。这可能会引发随机效应的问题。因此，其主要应用是改善孤立特征的焦深（密集特征没有足够的空间放置SRAF）。由于SRAF将能量重新分配到更高的空间频率或衍射级数，焦深更加依赖于照明角度（空间频率或衍射级数频谱的中心）以及间距（空间频率或衍射级数的间隔）。尤其是不同的SRAF（位置、形状、尺寸）可能产生不同的照明规范。事实上，特定的间距在特定的照明角度下严禁使用SRAF。由于间距通常是预先确定的，即使使用SRAF OPC，也必须避开某些特定的照明角度。尽管如此，SRAF通常不能作为完美的解决方案，它只能接近密集特征的情况，而无法完全等效。

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