计算光刻与版图优化

光刻是集成电路制造的核心技术,光刻工艺成本已经超出集成电路制造总成本的三分之一。在集成电路制造的诸多工艺单元中,只有光刻工艺可以在硅片上产生图形,从而完成器件和电路三维结构的制造。计算光刻被公认为是一种可以进一步提高光刻成像质量和工艺窗口的有效手段。基于光刻成像模型,计算光刻不仅可以对光源的照明方式做优化,对掩模上图形的形状和尺寸做修正,还可以从工艺难度的角度对设计版图提出修改意见,最终保证光刻工艺有足够的分辨率和工艺窗口。

KLA-Tencor推出可解决二次成像挑战的首款计算光刻机

KIA-Tencor公司日前推出其领先业界的最新版计算光刻机PROLITH 11。这种新型光刻机让用户首次得以评估当前的二次成像方案，并以较低的成本针对光刻在设计、材料与制程开发等方面挑战，尝试不同的解决方案。这种新型计算光刻机还支持单次成像和浸没技术。

计算光刻研究及进展

光刻是将集成电路器件的结构图形从掩模转移到硅片或其他半导体基片表面上的工艺过程,是实现高端芯片量产的关键技术。在摩尔定律的推动下,光刻技术跨越了90~7 nm及以下的多个工艺节点,逐步逼近其分辨率的物理极限。同时,光刻系统的衍射受限特性,以及各类系统像差、误差和工艺偏差,都会严重影响光刻成像精度。此时,必须采用计算光刻技术来提高光刻成像分辨率和图形保真度。计算光刻是涉及光学、半导体技术、计算科学、图像与信号处理、材料科学、信息学等多个专业的交叉研究领域。它以光学成像和工艺建模为基础,采用数学方法对光刻成像过程进行全链路的仿真与优化,实现成像误差的高精度补偿,能够有效提升工艺窗口和芯片制造良率,降低光刻工艺的研发周期与成本,目前已成为高端芯片制程的核心环节之一。本文首先简单介绍了计算光刻的前身,即传统的分辨率增强技术,在此基础上介绍了计算光刻的基本原理、模型和算法。之后对光学邻近效应校正、光源优化和光源掩模联合优化三种常用的计算光刻技术进行了综述,总结了相关的研究进展、成果和应用。最后,阐述了计算光刻当前所面临的需求与挑战,并讨论了最新技术进展和未来发展方向。

深紫外计算光刻技术研究

光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备,深紫外光刻机是用于先进技术节点芯片制造的主流光刻设备。光刻机的成像质量直接影响光刻机性能指标,是光刻机正常工作的前提。作为提高光刻成像质量的重要手段,计算光刻技术在光刻机软硬件不变的条件下,采用数学模型和软件算法对照明光源、掩模图形和工艺参数等进行优化,使目标图形高保真度地成像到硅片上。光刻成像模型是计算光刻技术的基础,成像模型仿真精度和速度的不断提高支撑了计算光刻技术的发展。结合本团队的研究工作,介绍了光刻成像模型的发展,总结了光学邻近效应修正技术、光源掩模优化技术和逆向光刻技术这三种主要计算光刻技术的研究进展。

基于混合本征模匹配的光刻掩膜分析方法研究

隐式模式匹配是分析波导结构电磁特性常用的数值方法。分析了现有隐式模式匹配方法在解决计算光刻问题上存在的局限性,以该方法为基础,提出了基于Krylov子空间理论的混合本征模重构以及显式模式匹配方法。修正了隐式模式匹配方法中采用的非严格迭代策略导致的本征模精度不足问题,算法计算复杂度保持在O(N^(1.5))。采用典型波导及周期结构对所提算法的精度及效率进行了验证。通过对高复杂度光刻掩膜结构进行仿真,将计算结果与高频结构仿真器软件以及严格耦合波分析(rigorous coupled wave analysis,RCWA)算法结果进行了对比,验证了本文所提方法在分析高复杂度光刻问题中的应用价值和效率优势。

先进计算光刻

计算光刻是极大规模集成电路(IC)制造的核心技术之一。随着IC节点的不断下移,对于工艺的要求越来越严苛。计算光刻技术对推进光刻工艺进步做出了巨大贡献。然而,尽管计算机技术的发展为计算光刻技术的进步提供了有力的支持,但是计算光刻速度和精度之间互制的难题,考虑光刻系统、掩模、工艺误差情况下的计算光刻研究,仍需要学术团队与工业研发团队协同攻关。在简单回顾计算光刻的重要里程碑节点的基础上,重点概述作者团队在“先进计算光刻:快速、高稳定计算光刻”的研究进展,包括矢量计算光刻、快速计算光刻和多目标-高稳定矢量计算光刻。最后,对未来计算光刻技术的发展做出了展望,并期望本文能对我国集成电路领域的研发人员和工程师有所帮助。

芯片制造语境下的计算光刻技术

计算光刻技术是提高分辨率的重要手段,是连接芯片设计与制造的桥梁。首先,介绍了计算光刻技术的起源即第1代光学邻近效应校正(OPC)技术,基于规则的OPC;随后,以14 nm芯片制造过程为例介绍了现代芯片制造采用的各种计算光刻技术,包括基于模型的第2代OPC技术、光源掩模联合优化技术、二次成像图形拆分技术。最后,介绍了计算光刻的发展趋势,包括反向光刻技术、曲线掩模、人工智能应用及协同优化。综合芯片设计、制造、检测的集成优化将是未来计算光刻发展的主要方向。

用于先进半导体制程的光刻反向计算技术(ILT)(英文)

此篇论文将介绍一个用于半导体光罩上图样设计以及可用于实际生产的光刻反向计算技术(ILT)。在论文中将讨论有关ILT的最新发展,包括在超成像极限协助图样(SRAF)的生成,可增加制程宽容度的ILT,以及如何生成满足光罩生产标准的图样等方面。从内部的研究结果和客户的使用结果可以看出,ILT已经不再只是一种用于研究的工具,而是已经可以用于先进半导体制程的大规模生产。在对各个环节优化之后,ILT可以增加制程的宽容度,同时将光罩的成本控制在可以接受的水平。

先导光刻中的光学邻近效应修正

按照逻辑器件发展的节点顺序,依次论述了各种光学邻近效应修正技术:基于经验的光学邻近效应修正、基于模型的光学邻近效应修正、曝光辅助图形、光源和掩模版的优化、反演光刻技术以及两次曝光技术等。概括了各种技术出现的逻辑技术节点、数据处理流程、修正的表现形式和效果、优势和发展前景等。最后就先导光刻工艺的研发模式(先建立光学和光刻胶模型,再进行"计算光刻"),论证了光刻工艺的研发必须和光学邻近效应修正的数据流程实现互动的观点,即任何光刻工艺参数的变动都会影响到"计算光刻"模型的准确性,需要重新进行修正,以避免原计算可能导致的失败。因此,光学邻近效应修正是先导光刻工艺研发的核心。

基于机器学习的光刻坏点检测研究进展

基于机器学习的坏点检测技术已经成为光刻坏点检测的重要研究方向,在新技术节点开发与物理设计验证中具有重要意义。按照基于机器学习的光刻坏点检测技术的流程,依次介绍了特征提取、机器学习模型建模和待测样本提取等步骤中面临的问题,综述了近年研究中针对以上问题提出的关键技术及其优劣。对基于机器学习的坏点检测技术的发展方向和面临的挑战进行了展望。目前,完全基于机器学习技术的坏点检测技术中数据生成成本巨大,精度尚不满足集成电路行业应用的要求,因此与光刻仿真模型、图形匹配等传统方法的结合是基于机器学习的坏点检测技术最容易应用于实际生产的技术途径。

电子束光刻“自主可控”EDA软件HNU-EBL

为模拟和优化电子束光刻(Electron Beam Lithography,EBL)工艺过程,提高电子束光刻版图加工质量,依托湖南大学(Hunan University,HNU)开发了一套电子束光刻的“自主可控”国产电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)软件HNU-EBL.该软件实现了以下主要功能:1)基于Monte Carlo方法计算电子束在光刻胶和衬底中的散射过程与运动轨迹;2)基于多高斯加指数函数模型计算拟合出电子束散射的点扩散函数;3)基于GDSII光刻版图文件矩阵化,进行邻近效应、雾效应等校正计算,优化电子束曝光剂量;4)基于卷积计算,计算出给定曝光剂量下的能量沉积密度,并计算出边缘放置误差等光刻加工质量关键指标.基于该软件,通过异或门(Exclusive OR,XOR)集成电路的光刻版图算例,计算在聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)光刻胶和硅衬底中10 kV电子束的光刻工艺过程.通过对比电子束邻近效应校正前后的显影版图,验证了该软件的有效性.在完全相同的计算硬件和算例条件下,与主流同类进口EDA软件进行了对比,证实了在同等精度下,本软件具有更高的计算效率.已建立http://www.ebeam.com.cn网站,将HNU-EBL软件免费授权给EBL用户使用.

工件台振动低敏感光刻系统协同优化方法

计算光刻是提高光刻成像性能的有效方法。但是,大多数计算光刻技术建立在理想光刻系统下而忽略了系统误差的影响。系统误差中的工件台振动会导致光刻图形误差增大和工艺窗口下降。因此,必须要降低工件台振动对光刻性能的影响。建立了一种对工件台振动低敏感的光刻系统协同优化方法。首先利用Zernike多项式表征光源来降低算法计算量并提高光源优化自由度。然后创建一项涵盖工件台振动影响的综合评价函数。最后采用基于梯度的统计优化算法建立优化流程。14 nm节点一维掩模图形仿真表明极端工件台振动下,该方法的特征尺寸误差降低28.7%,工艺窗口增大67.3%。结果证明该方法可以有效降低工件台振动敏感度并提高光刻工艺稳定性。

三维掩模光刻成像快速计算模型

掩模吸收层厚度引起的散射效应会导致深紫外和极紫外光刻成像产生偏差。传统光刻模型建立在满足薄掩模近似的Hopkins成像理论上,但随着掩模上吸收层的高宽比增大,掩模厚度成为衍射计算中不可忽略的因素。为实现对空间像的精准预测,提出一种三维掩模成像模型,利用严格电磁学仿真生成的掩模衍射近场来修正Hopkins模型结果。严格电磁学仿真需要的计算开销可以通过一种基于旋转变换和仿真维度减少的快速掩模边沿近场生成方法来减少。因此,将三维掩模成像模型和快速衍射近场生成方法结合后可以快速构建精准的三维掩模光刻成像模型。

一种离线光学邻近效应匹配方法的研究和仿真

目前小技术节点的光学邻近效应校正(OPC)过分依赖光刻机与光刻工艺的属性,量产时难以在不同型号光刻机间转移,而国内芯片制造厂光刻机种类繁杂,不可避免地需要解决工艺转移的问题。针对上述问题,以不同光刻机间的光学邻近效应匹配为研究对象,阐述了匹配的原理及流程,提出了一种利用常用的OPC建模工具实现离线匹配的方法,模拟分析了该方法对成像误差的补偿效果,揭示了不同性质的误差对成像性能的影响规律,验证了该方法的正确性,为不同光刻机间的工艺转移提供了新的思路。

计算机光刻全息图的视角研究

本文提出了一种制作全息图的新技术──用计算机程序控制光刻全息图。简述了它的原理，研究了影响这种全息图的视角和衍射角的因素，推证了视角或衍射角与参物角及再现光波长之间的函数关系。这对实现这种全息图的动态和颜色编码提供了理论依据。

借助光刻成像仿真软件的μDBO穿线套刻标记

在光刻机的对准、曝光和量测等过程中,存在量程范围小,测量精度要求极高的套刻标记。这些套刻标记在实现特定功能的同时,会受到多种误差的影响,比如标记线宽与设计差异、标记线条边缘粗糙度、标记边缘效应等。该文旨在解决光刻套刻量测领域中的问题,特别是针对业界常用的微型衍射套刻(micro diffraction-based overlay,μDBO)标记,通过对穿线套刻情形进行量测过程的仿真研究,提出了一种借助光刻成像仿真软件进行标记量测结果仿真的方法。该文运用自制代码的DrM软件和商业仿真软件HyperLith作为工具,两者的仿真结果均定性还原了实验中探测到的特殊亮暗线现象,验证了该方法用于量测仿真的可行性。此外,该文还对匹配实验仪器的穿线套刻μDBO标记设计、照明波长、照明配置和待测信号区域等参数进行仿真优化,输出了基于目前实验配置的优化标记与方案。