了解芯片光刻与OPC

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参考资料：

光刻技术与基本流程 https://www.bilibili.com/video/BV1tP4y1j7BA

OPC https://www.bilibili.com/video/BV1o94y1U7Td

论文：计算光刻研究及进展，韦亚一

光刻原理

光刻的前置步骤是源材料与无尘车间。

光刻三要素

在这里插入图片描述
光掩摸：是芯片的蓝图，是一张刻有电路版图的玻璃遮光板。
光刻机：像一台纳米级的打印机，发光将光掩膜上的图形投射在硅片上。
光刻胶：能把光影化为现实的胶体，有正胶和负胶之分。正交在暗中坚硬，被特定波长光照射则变软，继而能被熔解清除，负交则相反。利用光刻胶的光敏性，我们就可以使用光来雕刻芯片。

刻蚀与沉积

刻蚀是指光刻后对硅片定向做减法的腐蚀。
刻蚀过程：\

先硅上涂一层光刻胶。
利用光刻机通过光掩膜产生的图案照射到硅片上，此时光刻胶被照到的部分就会被清除，生成了光掩膜上图案。
使用腐蚀硅的溶济把没有光刻胶保护的区域腐蚀掉一层。
把剩余的光刻胶清除。

相反沉积就是光刻后对硅片定向做加法。
通过化学气体在硅片上均匀生长物质，此时没有被光刻胶保护的部位厚度增加，被光刻胶保护的部位厚度不变。

离子注入

为了给半导体硅赋予电特性，需要在特定区域做离子注入。
为此，也要做光刻，把不想做离子注入的区域用光刻胶贴膜保护。

从上面可以看出，不管是刻蚀，沉积还是离子注入，都需要光刻做为前提。所以，光刻是芯片制造的根基，它占据了整套工序近一半的工时和1/3的成本。

专业名词

1 CD: 关键尺寸(Critical Dimension，简称CD)是指在集成电路光掩模制造及光刻工艺中为评估及控制工艺的图形处理精度，特设计一种反映集成电路特征线条宽度的专用线条图形。

2 DUV : ‌DUV的全称是深紫外光（Deep Ultraviolet）。‌ 它属于紫外线（UV）辐射的一部分，具有较短的波长和较高的能量。通常，DUV的波长范围在200纳米到300纳米之间‌。DUV光刻技术作为一种关键步骤，对于集成电路的制造至关重要。深紫外全固态激光源（DUV-DPL）具有线宽窄、光子能量高、光束质量高等特点，能够输出低重频至高重频的纳秒、皮秒、飞秒激光‌

3‌ EUV光刻的全称是极端紫外线光刻，是一种使用极紫外（EUV）波长的光刻技术，其光源的波长为13.5纳米。这种技术通过通电激发紫外线管的K极来产生极紫外光，并将其用于在半导体材料上印刷复杂图案。EUV光刻是实现高精度芯片制造的关键技术，特别适合于制造7纳米及以下工艺节点的先进芯片，满足高性能、低功耗的需求‌。

4 OPE光学邻近效
应: 由光的干涉和衍射导致光刻成像后光刻胶与掩膜偏差的现象称为光学邻近效应（OPE）。

5 OPC 光学邻近效较正：OPC 技术通过对掩模版图进行修正，调制透过掩模光波的振幅分布，进而补偿前文提到的OPE效应。

6 RET: 分辨率增强技术是光刻技术中的一个重要组成部分，旨在解决随着特征尺寸不断缩小而出现的衍射问题。随着芯片集成度的提高，特征尺寸不断缩小，传统的光刻技术面临极限挑战。RET通过复杂的数学运算优化掩模布局，使光线弯曲，从而提高打印的清晰度和分辨率。这包括使用多种技术，如相位掩模、偏振控制和光学接近校正等，以解决光学缺陷问题，确保设计在硅上能够准确无误地打印出来‌。

OPC光学邻近效较正

作用

OPC 技术通过对掩模版图进行修正，调制透过掩模光波的振幅分布，补偿OPE效应。

在这里插入图片描述
a) 左侧为掩模优化前的成像过程，初始掩模图案与目标图形相一致，但是成像产生了明显的扭曲。在a）右侧，采用 OPC 技术对掩模图案进行预畸变或在掩模上添加细小的辅助图形，能够有效补偿 OPE 所引起的成像误差，使晶圆上的成像质量得到改善。

OPC类型

rule based OPC（RB-OPC）RB-OPC是需要建立掩模修正规则表格，然后通过查表的方式，对掩模中的线边缘位置、线端、拐角等局部结构进行修正。
其优势在于运算速度快，并且优化后的掩模图形较为简单，便于加工制造。但其仅能对局部的 OPE 进行补偿，无法获得掩模优化问题的全局最优解，限制了成像分辨率和成像精度的进一步提升。

model based OPC（MB-OPC）是利用光刻成像模型（包括光学模型和光刻胶模型），对OPC问题建模并将其转化为数学优化问题，结合算法优化出掩膜的结构和图形。，相比 RB-OPC 能够获得更高的成像分辨率和保真度。