時光飛逝、夏日漸長，暌違已久的光刻小講堂終于再次開課啦！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，也帶領(lǐng)大家沿著光路，揭開了***的光源及照明和投影物鏡系統(tǒng)的神秘面紗，最終與浸潤式光刻系統(tǒng)交手，打卡了第一段神秘旅程！

一路走來，我們很高興看到有越來越多的小伙伴加入了聽講隊伍，共享求知的樂趣，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ASML“鐵三角”組合之軟件部分的計算光刻內(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——計算光刻！

當(dāng)線寬越做越窄

之前的小講堂有介紹過，光刻過程就好比用照相機拍照，將掩模版上的芯片設(shè)計版圖曝光到晶圓上，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別，才能穩(wěn)定地通過曝光印刷微電路。

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)確地曝光出來嗎？并不！一次曝光會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，長相還千差萬別各不相同。

圖片1. ***像差極小，同一個圖樣在曝光區(qū)域的不同地方會呈現(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)越來越小、越來越精細(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。曝光過程中，掩模版上的圖形會產(chǎn)生光學(xué)衍射并干擾鄰近圖形的曝光質(zhì)量，我們稱之為光學(xué)鄰近效應(yīng)。不同的圖形，各自會面臨的光學(xué)鄰近效應(yīng)也大不相同，使得成像會發(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

早期線寬較大的時候，光學(xué)鄰近效應(yīng)帶來的畸變比較輕微，工程師們可以基于經(jīng)驗手動對掩模版進(jìn)行調(diào)整，比如說一根線路如果因為畸變而變小，那可以在制作掩模版的時候把它加粗一些，使得最終成像在晶圓上的線條在畸變縮小后仍然可以回復(fù)到和原始芯片設(shè)計的一致，這就是我們常說的光學(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

如果我們將光刻看作是射擊打靶，雖然子彈出膛后會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。

時至今日，一塊芯片上的圖形豐富程度可以輕松達(dá)到上億量級，線寬越做越小，使得圖形之間的間隔也越來越接近成像系統(tǒng)的極限，并帶來遠(yuǎn)超以往的畸變。工程師之前依靠經(jīng)驗來修正的方式已經(jīng)行不通了。人類必須借助計算光刻手段，結(jié)合先進(jìn)的算法與大規(guī)模計算集群對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，問題來了。

什么是計算光刻

計算光刻的概念其實很簡單，得益于高質(zhì)量的***透鏡組，任何一個圖形，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，獲知掩模版上對應(yīng)的圖形經(jīng)過曝光成像后會產(chǎn)生出什么樣的曝光結(jié)果，發(fā)生多大的畸變。只要我們對畸變的預(yù)測足夠精準(zhǔn)，我們就可以計算出畸變后的曝光結(jié)果離曝光目標(biāo)（芯片版圖設(shè)計）差距有多大。

圖片4 計算光刻模型預(yù)測成像效果

a) 晶圓上的真實成像，b)計算光刻仿真預(yù)測

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

圖片5

通常來說，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獲得極致的優(yōu)化。每調(diào)整一次便重新預(yù)測成像結(jié)果，并觀察仿真結(jié)果來指導(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)修正過程的動畫

因為這一切都是來自仿真計算，只需要花費計算機算力就能迭代出高質(zhì)量掩模設(shè)計，從而為客戶節(jié)省下大量時間與成本。

審核編輯 ：李倩