在上一期小講堂中，我們介紹了光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)（Optical Proximity Correction，OPC）是如何修正掩模版來確保曝光后圖形滿足設(shè)計(jì)要求。這一期我們將主要探索光刻可制造性檢查(Lithography Manufacture Check, LMC)是如何檢查掩模版質(zhì)量，確保光刻工藝窗口的。

為何需要光刻可制造性檢查

在計(jì)算光刻大量應(yīng)用與普及之前，掩模版的修正主要靠的是工程師的經(jīng)驗(yàn)。工程師們直接將掩模版制造出來，在晶圓上檢查曝光后電路圖形的畸變，然后在下一次掩模版生產(chǎn)前修正有畸變的地方。

隨著工藝節(jié)點(diǎn)不斷變小，掩模版制造難度日益增加，耗費(fèi)的資金成本從數(shù)十萬到上億，呈指數(shù)級增長，同時(shí)生產(chǎn)掩模版的時(shí)間成本也大幅增加。如果不能在制造掩模版前就保證其設(shè)計(jì)有足夠高的品質(zhì)，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)并再次制造一批掩模版將增加巨大的資金成本和時(shí)間成本。

劃重點(diǎn)?

計(jì)算光刻正是因?yàn)榭梢酝ㄟ^仿真模擬來避免重復(fù)制造掩模版，而逐漸普及成為掩模版生產(chǎn)前的必備流程。同樣在計(jì)算光刻應(yīng)用中，當(dāng)我們使出渾身解數(shù)將掩模版優(yōu)化完成后，一定要使用光刻可制造性檢查，來確保這張掩模版的品質(zhì)，才可以送去掩模工廠制造。否則一旦有哪怕一星半點(diǎn)的問題，都有可能導(dǎo)致整塊掩模版報(bào)廢無法使用，帶來巨大損失。

如何進(jìn)行光刻可制造性檢查

正如前面幾篇小講堂中介紹的，計(jì)算光刻會(huì)對光刻過程進(jìn)行建模，通過仿真來預(yù)測曝光后晶圓上的情況。所以當(dāng)光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)(OPC)過程結(jié)束時(shí)，我們得到了修正之后的掩模版。接下來就可以使用光刻可制造性檢查(LMC)對它進(jìn)行再次仿真，并且將仿真的結(jié)果與最開始的版圖設(shè)計(jì)進(jìn)行比較來檢查潛在的缺陷。

值得注意的是，即便經(jīng)過了非常周全的修正，曝光后的結(jié)果也不可能和原始設(shè)計(jì)一模一樣。因此，光刻可制造性檢查(LMC)的目的并不是檢查出所有和原始設(shè)計(jì)的偏差，而是從可制造性的角度，去探測可能會(huì)最終影響器件性能的壞點(diǎn)(Hot spot)。?

圖二: 典型的曝光結(jié)果與原始設(shè)計(jì)的對比

那么該如何找到對光刻可制造性有潛在影響的地方呢？為此，光刻可制造性檢查(LMC)準(zhǔn)備了大量的探測器，不同的探測器會(huì)出于不同的目的，針對性地檢查某一種趨勢。比如說，橋連(Bridging)探測器會(huì)針對線條中線寬非正常變寬產(chǎn)生的局域靠近部分進(jìn)行測量。在實(shí)際曝光中，這樣的橋連行為可能導(dǎo)致后續(xù)的電路圖形在晶圓上短路。于是在仿真上，橋連探測器會(huì)專注地過濾出所有橋連區(qū)域進(jìn)行測量，并且將測量的結(jié)果和一個(gè)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對。如果量測出的線寬低于標(biāo)準(zhǔn)值，那么就會(huì)生成一個(gè)標(biāo)記，把這個(gè)潛在壞點(diǎn)給報(bào)告出來。

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這就好比說，當(dāng)我們對一輛汽車檢修的時(shí)候，我們可以從頭到尾地將汽車和一輛相同型號嶄新出廠的標(biāo)準(zhǔn)車輛對比。但是這樣做會(huì)發(fā)現(xiàn)大量無關(guān)緊要的差異，既會(huì)干擾我們的判斷而且效率極低。實(shí)際上檢修人員會(huì)配置專門的檢修流程，對某些特定功能特定部位去做針對性檢查，把真正對汽車性能有危害的隱患檢測出來。而在光刻領(lǐng)域，我們則會(huì)配置各種不同的探測器去檢查掩模版質(zhì)量。

圖三:?橋連探測器搜尋到潛在的橋連區(qū)域

除開橋連探測器，光刻可制造性檢查(LMC)預(yù)設(shè)了數(shù)十種探測器，針對性地處理各種可能會(huì)影響最終電路質(zhì)量的潛在壞點(diǎn)。如果工程師們在工藝研發(fā)的過程中，在晶圓上發(fā)現(xiàn)了全新類型的壞點(diǎn)，光刻可制造性檢查(LMC)軟件同樣也能模塊化地組裝出一個(gè)新的自定義探測器，用以靈活地調(diào)節(jié)探測模式。

圖四: 光刻可制造性檢查(LMC)

提供大量的檢測器以應(yīng)對不同的檢測需求
1：拐角平滑；2：線端縮短；3：頸縮，4：橋連，

5：線條均勻性；6：圖樣缺失；7：額外顯影；

8：波紋效應(yīng)；9：邊緣放置誤差

實(shí)際上，得益于高質(zhì)量的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)，修正后的掩模版在最佳曝光條件下一般是不會(huì)存在任何壞點(diǎn)的，光刻可制造性檢查(LMC)更大的責(zé)任是為了確保足夠大的工藝窗口。

//工藝窗口

漲知識(shí)

雖然***的控制十分精準(zhǔn)，可是對于精度達(dá)到納米級別的光刻工藝來說，一些極其微小的參數(shù)波動(dòng)可能會(huì)對光刻結(jié)果產(chǎn)生巨大干擾。因此我們不僅僅需要掩模版在最佳曝光條件下完美無缺，還需要它在一定程度的參數(shù)波動(dòng)下也仍然能夠成功曝光出高質(zhì)量圖形。而這個(gè)可以被容忍的參數(shù)波動(dòng)就被稱為工藝窗口。

打個(gè)比方，一個(gè)合格的輪胎可以保證車輛行駛的時(shí)候既靜音又不打滑。但是當(dāng)我們檢測輪胎質(zhì)量的時(shí)候，不僅僅要檢測它在高質(zhì)量平整路面上的表現(xiàn)，還需要檢測草地泥地雨雪路面的表現(xiàn)。只有確保輪胎能夠容忍各種復(fù)雜路況后，我們才能信任輪胎的質(zhì)量。

這種對復(fù)雜情況的容忍度在光刻領(lǐng)域就是工藝窗口。

如何保證工藝窗口

在光刻可制造性檢查(LMC)中，探測工藝窗口其實(shí)很簡單，我們只要在仿真的時(shí)候?qū)δ承┕に噮?shù)故意加入一些偏差就好了。比如說，一根線條在最佳曝光條件下質(zhì)量很高，如果我們將曝光時(shí)的進(jìn)光量削減2%，那這跟線條可能就會(huì)出現(xiàn)無法容忍的頸縮壞點(diǎn)。

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圖 a

圖 b

圖五：

a)工藝窗口內(nèi)的不同曝光條件下，曝光結(jié)果大不相同

b) 高質(zhì)量掩模版在一個(gè)足夠大的工藝窗口內(nèi)均沒有壞點(diǎn)

在實(shí)際的光刻可制造性檢查(LMC)使用中，我們會(huì)基于期望的工藝窗口設(shè)置多種不同的工藝偏差，并且在每種偏差下都針對性地設(shè)置大量合適的探測器。而一旦我們發(fā)現(xiàn)了不可忽視的嚴(yán)重壞點(diǎn)，光刻可制造性檢查會(huì)將壞點(diǎn)的詳細(xì)信息記錄下來，反饋給光學(xué)鄰近效應(yīng)修正工程師。工程師會(huì)選擇調(diào)試參數(shù)重新進(jìn)行掩模版修正，或者在壞點(diǎn)周圍進(jìn)行局部優(yōu)化。重新調(diào)整后的掩模版設(shè)計(jì)也會(huì)需要重新進(jìn)行光刻可制造性檢查。通過這樣的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)到光刻可制造性檢查的多次迭代，我們會(huì)修復(fù)掉所有壞點(diǎn)。最終，當(dāng)我們確保在一個(gè)足夠大的工藝窗口下均無法探測到壞點(diǎn)時(shí)，我們才能放心地簽發(fā)這張掩模版給到掩模版生產(chǎn)廠。

編輯：黃飛

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