樂(lè)趣探索不一樣的計(jì)算光刻

時(shí)光飛逝、夏日漸長(zhǎng)，暌違已久的光刻小講堂終于再次開(kāi)課啦！在之前的小講堂中，我們聚焦光刻行業(yè)的基礎(chǔ)原理、工藝流程、環(huán)境、設(shè)備等，依次為大家介紹了芯片與5G、芯片之誕生、***外殼的功能、***的“內(nèi)陷”等硬核知識(shí)，也帶領(lǐng)大家沿著光路，揭開(kāi)了***的光源及照明和投影物鏡系統(tǒng)的神秘面紗，最終與浸潤(rùn)式光刻系統(tǒng)交手，打卡了第一段神秘旅程！

一路走來(lái)，我們很高興看到有越來(lái)越多的小伙伴加入了聽(tīng)講隊(duì)伍，共享求知的樂(lè)趣，探索光刻的世界。我們也知道很多小伙伴早就搬好板凳排排坐，對(duì)ASML“鐵三角”組合之軟件部分的計(jì)算光刻內(nèi)容翹首以盼啦！這不，新學(xué)期新氣象，光刻小講堂如約而至！大家掌聲歡迎本期主題嘉賓：ASML的軟件俠——計(jì)算光刻！

當(dāng)線(xiàn)寬越做越窄

之前的小講堂有介紹過(guò)，光刻過(guò)程就好比用照相機(jī)拍照，將掩模版上的芯片設(shè)計(jì)版圖曝光到晶圓上，從而制造出微小的電路結(jié)構(gòu)。ASML***的鏡片組使用極其精密的加工手段制造，使得最終像差被控制在納米級(jí)別，才能穩(wěn)定地通過(guò)曝光印刷微電路。

ASML將***內(nèi)部透鏡組的像差優(yōu)化到極小，可以保證同一個(gè)圖形在芯片的不同地方都能得到幾乎一樣的穩(wěn)定成像。

可是，只要***足夠精密，就一定能將電路圖準(zhǔn)確地曝光出來(lái)嗎？并不！一次曝光會(huì)將海量的微電路圖形在晶圓上進(jìn)行成像，這些微電路圖形不僅尺寸都很小，長(zhǎng)相還千差萬(wàn)別各不相同。

圖片1. ***像差極小，同一個(gè)圖樣在曝光區(qū)域的不同地方會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)定的（差距很小的）曝光結(jié)果。

隨著摩爾定律不斷向前發(fā)展，芯片電路結(jié)構(gòu)越來(lái)越小、越來(lái)越精細(xì)，晶體管上的最小結(jié)構(gòu)甚至已經(jīng)小于了***光學(xué)系統(tǒng)的成像極限。曝光過(guò)程中，掩模版上的圖形會(huì)產(chǎn)生光學(xué)衍射并干擾鄰近圖形的曝光質(zhì)量，我們稱(chēng)之為光學(xué)鄰近效應(yīng)。不同的圖形，各自會(huì)面臨的光學(xué)鄰近效應(yīng)也大不相同，使得成像會(huì)發(fā)生不同程度的畸變。如果不修正這些畸變，我們只能在晶圓上穩(wěn)定地獲得大量畸變圖形，使得最終電路結(jié)構(gòu)報(bào)廢，不可用。

光學(xué)鄰近效應(yīng)導(dǎo)致的畸變

圖片2 不同圖形面臨不同的光學(xué)畸變

早期線(xiàn)寬較大的時(shí)候，光學(xué)鄰近效應(yīng)帶來(lái)的畸變比較輕微，工程師們可以基于經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)對(duì)掩模版進(jìn)行調(diào)整，比如說(shuō)一根線(xiàn)路如果因?yàn)榛兌冃?，那可以在制作掩模版的時(shí)候把它加粗一些，使得最終成像在晶圓上的線(xiàn)條在畸變縮小后仍然可以回復(fù)到和原始芯片設(shè)計(jì)的一致，這就是我們常說(shuō)的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正。

圖片3 典型的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正

//光學(xué)鄰近效應(yīng)

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漲知識(shí)

如果我們將光刻看作是射擊打靶，雖然子彈出膛后會(huì)受到重力影響下落并偏離靶心，只要槍管足夠精確穩(wěn)定，那么每次子彈發(fā)射的彈道就同樣是穩(wěn)定的。神射手們只需要校正瞄準(zhǔn)，就能做到槍槍十環(huán)。

在光刻過(guò)程中，極致的***硬件就如同最精準(zhǔn)的槍管，配合上做好光學(xué)鄰近效應(yīng)修正的射手，就能又快又好得將芯片電路曝光出來(lái)。

時(shí)至今日，一塊芯片上的圖形豐富程度可以輕松達(dá)到上億量級(jí)，線(xiàn)寬越做越小，使得圖形之間的間隔也越來(lái)越接近成像系統(tǒng)的極限，并帶來(lái)遠(yuǎn)超以往的畸變。工程師之前依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)修正的方式已經(jīng)行不通了。人類(lèi)必須借助計(jì)算光刻手段，結(jié)合先進(jìn)的算法與大規(guī)模計(jì)算集群對(duì)掩模版上的每一處圖形進(jìn)行精確地修正，才能最終成功在晶圓上獲得高質(zhì)量的芯片版圖成像。

那么，問(wèn)題來(lái)了。

什么是計(jì)算光刻

計(jì)算光刻的概念其實(shí)很簡(jiǎn)單，得益于高質(zhì)量的***透鏡組，任何一個(gè)圖形，在芯片上發(fā)生的光學(xué)鄰近效應(yīng)畸變都是穩(wěn)定的。因此我們能夠進(jìn)行精準(zhǔn)地模擬仿真，獲知掩模版上對(duì)應(yīng)的圖形經(jīng)過(guò)曝光成像后會(huì)產(chǎn)生出什么樣的曝光結(jié)果，發(fā)生多大的畸變。只要我們對(duì)畸變的預(yù)測(cè)足夠精準(zhǔn)，我們就可以計(jì)算出畸變后的曝光結(jié)果離曝光目標(biāo)（芯片版圖設(shè)計(jì)）差距有多大。

圖片4 計(jì)算光刻模型預(yù)測(cè)成像效果

a) 晶圓上的真實(shí)成像，b)計(jì)算光刻仿真預(yù)測(cè)

基于此，計(jì)算光刻軟件能針對(duì)性得對(duì)每一個(gè)圖形進(jìn)行光學(xué)鄰近效應(yīng)修正，根據(jù)預(yù)測(cè)出的畸變大小，相應(yīng)地將掩模放大、縮小一個(gè)合適的尺寸。

圖片5

通常來(lái)說(shuō)，一次調(diào)整還不足以將畸變壓縮到足夠小，所以我們還可以使用多次迭代來(lái)獲得極致的優(yōu)化。每調(diào)整一次便重新預(yù)測(cè)成像結(jié)果，并觀(guān)察仿真結(jié)果來(lái)指導(dǎo)下一次調(diào)節(jié)方向，最終使得得成像符合預(yù)期。

Fig.6 光學(xué)鄰近效應(yīng)修正過(guò)程的動(dòng)畫(huà)

因?yàn)檫@一切都是來(lái)自仿真計(jì)算，只需要花費(fèi)計(jì)算機(jī)算力就能迭代出高質(zhì)量掩模設(shè)計(jì)，從而為客戶(hù)節(jié)省下大量時(shí)間與成本。

審核編輯 ：李倩