OPC 是什麼？光罩上的圖為什麼跟晶片上的不一樣

OPC 是光學鄰近修正（optical proximity correction）的縮寫：做光罩之前，先把光罩上的圖故意改得跟設計圖不一樣，讓光照下去、印到晶圓上的圖，反而接近設計。原因是晶片上的線比曝光用的光的波長還細，光會把圖「抹圓」；OPC 就是把這個抹圓預先算進去。也有人叫它光學鄰近效應修正，中國大陸多叫光學鄰近校正。

光罩怎麼把圖印到晶圓上，見「微影（黃光）是什麼？」；光罩本身，見「光罩是什麼？」。這篇只講：光罩上的圖為什麼要先改過。

照設計圖畫光罩，不就好了嗎？

不行。曝光機現在常用的深紫外光，波長 193 奈米；晶片上最細的線卻只有幾十奈米寬，比光的波長還細。

光穿過很細的縫，會散開，這叫繞射（「EUV 是什麼？」講過）。縫越細，散得越開。曝光機的鏡頭只收得進一部分散開的光，散得最開的那些收不到；而圖上最細的細節，偏偏就藏在那些光裡。

所以印出來的圖，像用粗頭的筆描一張很細的圖：大致的樣子在，尖的地方圓了，細的地方糊了。

印出來會變成什麼樣？

• 角變圓：設計圖上的直角，印出來是圓角。
• 線端縮短：一條細線的尾巴，印出來比設計短一截，兩邊的角一圓，尾巴就往回縮。
• 密的和孤零零的，印得不一樣：同樣畫一樣寬的線，旁邊排滿別的線，跟旁邊空空的，印出來的線寬不一樣。

第三種最能說明「鄰近」這兩個字：一條線印成什麼樣，不只看它自己，還看旁邊有什麼。旁邊圖案散開的光會照過來、疊在一起。這叫光學鄰近效應，OPC 修的就是它。

不修會怎樣？線端縮得太多，線就可能碰不到該接上的接點，電路就斷了。同一種線在不同地方寬窄不一，本來該一樣的開關，做出來就可能有快有慢。

OPC 怎麼「先畫歪」？

道理像射箭時知道風會往右吹，就先往左瞄一點：知道光會怎麼抹，就先往反方向改。常見的改法：

• 角上加小方塊：凸出去的角，外面多貼一小塊，角就圓得少一點（還是會有一點圓）。
• 線端加長：把線的尾巴畫長一點、寬一點，像一支小槌子，縮回來之後剛好到位。
• 線寬依旁邊調：孤零零的線和排得密的線，在光罩上畫成不一樣寬，印出來才一樣。
• 旁邊加印不出來的細線：在孤零零的圖案旁邊加幾條很細的線，細到自己印不出來，只是讓光的行為像在一片密的圖案裡。畫太粗，它們自己也會被印出來，所以要算準。

OPC 一步一步怎麼做？

第 1 步：拿到設計圖，當成目標

晶片設計好、下線之後，每一層的圖交到要做光罩的這一邊。這張圖就是「晶圓上最後要長這樣」，後面每一步都拿它來比。如果直接照它做光罩，印出來就是上一節那個角圓、線短、疏密不一的樣子。

第 2 步：用電腦算出「照下去會印成什麼樣」

電腦把這張圖當成光罩，算光穿過去、經過鏡頭、照到光阻、顯影之後，留下來的圖長什麼樣。真的做一片光罩、印一片晶圓再量，又貴又慢；電腦可以先把整層算過一遍。算的規則（叫模型）是先在晶圓上印一堆測試圖案、用電子顯微鏡量過，調到跟真的對得上；模型不準，後面改得再多，也改不準。

第 3 步：跟目標比，哪裡不一樣就改光罩上的圖

把每一條邊切成很多小段，一段一段比：印出來往內縮了，光罩上這一段就往外推一點；往外凸了，就往內收一點。角上的小方塊、線端的小槌子，也是在這一步加上去；旁邊的細線，在這一步或更早就放上去。不改，角圓掉、線端縮短，接點就可能對不到。

第 4 步：再算一次，重複到夠接近

改過的圖再算一遍，看每一小段離目標還差多少。推了這一段，隔壁幾段印出來也跟著變，所以要來回好幾輪，直到每一段都在容許的範圍裡。只改一輪，常常有的地方改過頭、有的地方還不夠。

第 5 步：檢查：會不會兩條線連在一起

整層再算一遍，而且不只算最理想的焦點（口語也有人說焦距）和光量，也算偏一點的時候：找兩條線靠太近、黏在一起（短路）的地方，線被吃得太細、快斷掉的地方，還有輔助的細線自己被印出來的地方。曝光機每天都會飄一點點，只在最理想的條件下對，量產時就可能出事。光罩做出來才發現，就得重做一片。

第 6 步：交給光罩廠做光罩

檢查過的圖，轉成做光罩的機器讀得懂的檔案，送到光罩廠。改過的圖多了很多小方塊和小段，資料比原本大很多，做光罩也比較久、比較貴。光罩做好之後，上面的圖就不能再改畫，要改，只能重做一片。

為什麼要用那麼多電腦算？

因為量太大。一層光罩上的圖案多到數不清，每一條邊切成好幾小段，每一段都要算光；推一段又會影響隔壁，要算好幾輪；最後還要在好幾種焦點、光量下再檢查一遍。一顆晶片有幾十層，最細的那些層都要這樣做，所以要很多台電腦一起算。

早期的做法比較像查表：線多寬、旁邊空多少，就加多少。圖案一複雜，表寫不完，就改成一段一段用模擬算。大約在 1990 年代末，線開始比光的波長還細，整顆晶片的 OPC 也在那時候開始用。

只靠 OPC 嗎？

不是。曝光那一端也有辦法：在鏡頭和晶圓之間加一層水（浸潤式）、把太密的圖拆成兩三次分開印（多重曝光），或換成波長短得多的極紫外光（見「微影（黃光）是什麼？」、「EUV 是什麼？」）。這些都常跟 OPC 一起用，用極紫外光也還要做 OPC。

在 fab24hr 裡

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「研發線」，左右滑到研發製程工程師，名字下面再點「黃光」，就是黃光研發製程工程師（標著 Beta）。四個班照你打開的時間，午班「兩個窗口」就是這篇的事：接觸窗這一層的下一版光罩，下週定案。上次找曝光條件只量了排得很密的孔，晶片上的另一區還有孤立的孔：兩種孔一起量，孤立的孔能用的範圍比較窄，兩種都剛好的只剩一小塊。四點的光罩會議，你要說黃光的意見：在孤立的孔旁邊加輔助圖案，光罩的資料要多跑一輪、晚兩天；不加，光罩照原本的日期，量產廠每班多量一片監控片，盯著焦點。

光罩上的修正，遊戲裡要你決定的只有輔助圖案；名詞卡「輔助圖案」的「多知道一點」說它屬於光學鄰近修正，電腦一段一段算、改圖的過程沒有演出來。主線「晶片的一生」的序章「下線」，螢火的設計交給晶圓廠，做成一套光罩。遊戲裡的公司、人物、機台和數字都是虛構的；OPC 在做什麼、為什麼要做，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。