光刻技術(shù)：193nm波長光源光刻技術(shù)的延壽術(shù)與緩兵之計
[導(dǎo)讀]半導(dǎo)體工業(yè)目前的普遍做法是使用的是波長接近200nm的光源來刻制30nm尺寸級別的芯片圖像。如果按照常規(guī)的光學(xué)理論，由于所謂衍射極限的存 在，200nm光源光刻技術(shù)的理論分辨率極限應(yīng)在400nm左右。
然而，實(shí)際上人們
半導(dǎo)體工業(yè)目前的普遍做法是使用的是波長接近200nm的光源來刻制30nm尺寸級別的芯片圖像。如果按照常規(guī)的光學(xué)理論，由于所謂衍射極限的存 在，200nm光源光刻技術(shù)的理論分辨率極限應(yīng)在400nm左右。
然而，實(shí)際上人們在上世紀(jì)90年代末期幾乎沒費(fèi)什么周折就已經(jīng)跨越了350nm分辨率，而且當(dāng)時所使用的光源技術(shù)還是基于248nm波長的。如今，這個波長數(shù)值已經(jīng)降低到了193nm。而業(yè)界也已經(jīng)開始實(shí)施并逐步提升28nm制程產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時開始籌劃22nm節(jié)點(diǎn)該采用什么樣的光刻技術(shù)。
以彼之道還施彼身：
但這并不意味著在現(xiàn)代光刻技術(shù)中，衍射效應(yīng)已經(jīng)變得不重要，實(shí)際上，衍射效應(yīng)造成的影響還是很嚴(yán)重的。如果你想在晶圓上刻制晶體管或其連線的圖形，那么實(shí)際刻出來的圖像邊緣可能會由于衍射效應(yīng)的存在而產(chǎn)生邊緣模糊或其它圖像缺陷。不過，盡管衍射效應(yīng)的影響非常嚴(yán)重，有時候反過來我們也可以利用衍射效應(yīng)來達(dá)到我們的目的。
OPC光學(xué)鄰近校正技術(shù)：
利用衍射效應(yīng)的最典型例子恐怕就是常用的光學(xué)鄰近校正技術(shù)（Optical proximity correction：通常簡稱OPC），OPC中應(yīng)用了一種被稱為圖像分割（Fracturing）的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)將需要成像的圖形劃分成許多小塊，并且利用衍射光束之間的相互干涉效應(yīng)，在掩模板上將需要成像的圖形的形狀進(jìn)行一些改變，并在轉(zhuǎn)角等處添加或減少一些小塊圖形，這樣就可以利用衍射效應(yīng)來消除最終在晶圓上成型的圖像轉(zhuǎn)角等邊緣處可能出現(xiàn)的圖像邊緣缺陷。從這種技術(shù)的本質(zhì)，我們已經(jīng)可以看出這種技術(shù)要實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行大量的模擬計算。
為了克服衍射效應(yīng)，有一些圖像還被從方形改變成圓形圖像，比如過去用于連接各層電路的接觸孔（Contact hole，注意并不是觸點(diǎn)Contact）的形狀基本都是方形設(shè)計，而現(xiàn)在接觸孔的形狀已經(jīng)完全變成了圓形結(jié)構(gòu)。
PSM相移掩膜技術(shù)：
除了OPC之外，另外一項(xiàng)利用衍射效應(yīng)的分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)是相移掩模技術(shù)（ phase shift mask：簡稱PSM）.在0.18微米時代，PSM技術(shù)開始大行其道，這種技術(shù)利用光波的相差來銳化最終在晶圓上成像的圖像邊緣。PSM技術(shù)存在許多流派，比如交替式相移掩膜技術(shù)（alternating phase-shift mask technique，有時被簡稱為APSM或Alt-PSM）和弱化式相移掩膜技術(shù)（Attenuated phase-shift mask technique,有時候也用APSM的縮寫形式）技術(shù)等。Intel在65nm制程節(jié)點(diǎn)便采用了交替式相移掩模技術(shù)。
采用交替式相移掩模技術(shù)的Intel65nm SRAM圖片
從PSM技術(shù)的本質(zhì)來看，PSM對掩模板制造和檢測方面的要求是比較高的。
OPC最終取代PSM成為主流：
盡管PSM曾在業(yè)內(nèi)風(fēng)靡一時，但是OPC技術(shù)最終取代了PSM，成為業(yè)內(nèi)主流的RET技術(shù)。雖然OPC技術(shù)需要進(jìn)行大量的模擬計算，但是相比PSM技術(shù)而言，應(yīng)用OPC技術(shù)的掩模板更容易制造和檢測。比如Intel從45nm起，便不再使用APSM技術(shù)，而改為使用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)。
Intel 45nmSRAM圖片：放棄了APSM，改用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)
1D layoout的優(yōu)勢和仍需解決的問題：
由于現(xiàn)代光刻技術(shù)較多地依賴于衍射光束之間的干涉效應(yīng)，因此刻制由一組完全由彼此平行的衍射光柵組成的圖像是最容易實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，芯片業(yè)者已經(jīng)在考慮如何在電路布局方案上做出改變，以盡量讓需要刻制的電路圖像都是直線形狀，并且彼此平行，間距相等，盡量避免出現(xiàn)線路彎折，轉(zhuǎn)角的情況（因?yàn)檫@種布局風(fēng)格中圖像基本只沿一個坐標(biāo)軸方向延伸，因此通常人們將這種布局風(fēng)格稱為“一維布局”（1D Layout）；而傳統(tǒng)的電路布局風(fēng)格則稱為2D Layout）.
1D Layout的典型設(shè)計
以Intel為例，他們在45nm節(jié)點(diǎn)甚至已經(jīng)將連接晶體管電極和晶體管之間連線的觸點(diǎn)的形狀從正方形改成了長方形。相比傳統(tǒng)的正方形觸點(diǎn)，長方形圖像的刻制顯得更加容易。不過長方形觸點(diǎn)帶來的問題是柵極與觸點(diǎn)之間的寄生電容變大，因此Intel鼓勵設(shè)計者們想其它的辦法來彌補(bǔ)這個問題。
即便已經(jīng)采用了1D Layout設(shè)計，衍射光柵圖像彼此之間的距離能達(dá)到多小，也即這些一維圖像的密度能達(dá)到多大仍然是需要解決的問題。當(dāng)這些圖像彼此之間的距離越來越接近時，成像的質(zhì)量也會急劇下降。
在0.18微米和90nm的時代，這種設(shè)計風(fēng)格被證明是十分行之有效的。因?yàn)楫?dāng)時晶體管期間的柵極長度縮減的速度要比柵極距縮減的速度更快，柵長的縮減，能夠讓制造商增加晶體管的運(yùn)行頻率，而同時由于柵極距縮減速度相對較慢，因此制造商們幾乎沒有在圖像的光刻成型方面遇到什么較大的障礙。
不過，后來進(jìn)一步縮減柵極長度時，晶體管的漏電量問題開始變得不容忽視，因此制造商們被迫減緩了柵長縮減的速度。在柵長無法繼續(xù)縮減的條件下，要滿足摩爾定律的制程尺寸縮減速度，就只能從柵極距方面想辦法，也即如何縮小晶體管漏源極觸點(diǎn)之間的距離。
液浸式光刻與DP雙重成像技術(shù)：
解決這個新問題的方法之一是所謂的雙重成像技術(shù)（double patterning，簡稱DP）。雙重成像的思路是將圖像分兩批分別成像.不過，即使采用了DP技術(shù)，有些圖像形狀的成型仍然非常困難。比如電路中用于連接各層電路的過孔（Via）結(jié)構(gòu)，由于其分布狀況通常沒有周期性，因此很難用DP技術(shù)來刻制。
更重要的是，DP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成本是很高的。顧名思義，這種技術(shù)需要進(jìn)行兩次光刻過程。而在芯片制造業(yè)，為了提高芯片的產(chǎn)量，廠商們通常需要使用兩臺光刻機(jī)來實(shí)現(xiàn)DP光刻，而光刻機(jī)則通常是芯片廠中最為昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，因此，DP技術(shù)的啟用，意味著僅是光刻機(jī)設(shè)備方面廠商就需要增加一大筆費(fèi)用。[!--empirenews.page--]
另外一個解決問題的主要方法就是已經(jīng)為人們所熟知的液浸式光刻技術(shù)。這方面想必各位同樣已經(jīng)如雙重成像技術(shù)一樣已經(jīng)有所了解，在此就不再重復(fù)了。液浸式光刻之后，不少廠商現(xiàn)在已經(jīng)開始考慮是否要轉(zhuǎn)向EUV光刻技術(shù)，當(dāng)然EUV光刻技術(shù)目前還有許多問題需要解決，比如光源功率等，看起來還不夠成熟。
盡管液浸式光刻+DP技術(shù)目前正大行其道，但是不少芯片制造商和光刻軟件設(shè)計廠商認(rèn)為，OPC技術(shù)仍然有繼續(xù)發(fā)展的余地。不過，新的OPC技術(shù)已經(jīng)不是過去那種單純著眼于調(diào)整掩模板圖像形狀的思路，而是對包括光源，圖像投射，光阻膠成像等在內(nèi)的整個光刻過程中的各方面因素進(jìn)行綜合考慮，新的OPC技術(shù)不再僅僅局限于光掩模的設(shè)計，而且還要考慮光源優(yōu)化等因素。
傳統(tǒng)OPC技術(shù)的升華--計算型光刻技術(shù)：
這就是目前流行的所謂“計算型光刻技術(shù)”（computational lithography），盡管各家廠商在計算型光刻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法上各有不同，但其基本概念和思路都是一致的。計算型光刻技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是被稱為光源-掩模優(yōu)化的技術(shù)（source-mask optimisation），而光源-掩模優(yōu)化技術(shù)其實(shí)質(zhì)就是綜合考慮了光源優(yōu)化和掩模板圖型優(yōu)化的OPC技術(shù)。
那么，這里所說的光源優(yōu)化又涉及哪些內(nèi)容呢？實(shí)際上，多年以來，光刻機(jī)上一直都在使用與光源優(yōu)化有關(guān)的巧妙技術(shù)，其中最典型的例子就是所謂的離軸照明技術(shù)（又稱多光源技術(shù)Multiple source），離軸照明技術(shù)可以在衍射效應(yīng)較為嚴(yán)重的情況下用于改善圖像的分辨率。不過目前離軸照明技術(shù)的光束形狀都是較為簡單的圓形或弧形形狀，比如四極離軸光照技術(shù)采用的就是環(huán)狀均布的四個弧形光束。
而計算型光刻技術(shù)在光源優(yōu)化和掩模板圖形優(yōu)化方面則更近了一步，可以使用更為復(fù)雜的像素型光源照明光束技術(shù)或掩模板圖形形狀，得到任意形狀的圖像。
計算型光刻技術(shù)并不向傳統(tǒng)的OPC技術(shù)那樣僅僅使用模型來推測要采用何種形狀的掩模板圖形，采用計算型光刻技術(shù)的設(shè)計軟件采用了類似于光線追蹤算法的思路，從最終需要成型的圖像進(jìn)行反推計算，算出所需的最佳掩模板圖形和光源配置方案。由于綜合考慮了掩模板和光源兩個方面，因此這樣計算出來的結(jié)果中，掩模板部分的圖形可能與最終在晶圓上成像的圖像形狀相差甚遠(yuǎn)，但是配合光源優(yōu)化技術(shù)，卻可以讓最終生成的圖像滿足需求。
不過，光源-掩模優(yōu)化技術(shù)也并非沒有缺點(diǎn)，由于電路中不同的圖像需要采用不同的優(yōu)化算法，比如觸點(diǎn)圖像的成像優(yōu)化算法就與金屬互連線的優(yōu)化算法有所不同，因此，要完全驗(yàn)證優(yōu)化計算后的實(shí)際效果，就必須對優(yōu)化計算后的結(jié)果進(jìn)行模擬，檢查最終的成像結(jié)果是否符合要求。
光源-掩模優(yōu)化技術(shù)的最主要優(yōu)勢之一是可以解決焦深（depth of field，簡稱DOF）的問題。所謂的焦深，指的是保持影像清晰銳利的前提下，焦點(diǎn)沿著鏡頭光軸所允許移動的距離 。由于目前的液浸式光刻系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA值普遍較大，因此導(dǎo)致焦深值很小。而盡管晶圓片的尺寸精度控制已經(jīng)非常嚴(yán)格，但仍有可能出現(xiàn)晶圓片部分區(qū)域超過焦深范圍的情況。
根據(jù)IBM和光刻設(shè)計軟件廠商Mentor Graphics在計算型光刻技術(shù)方面的聯(lián)合研究成果顯示，像素化光源設(shè)計可以有效增加光學(xué)系統(tǒng)的焦深，提升的幅度可達(dá)30%左右。
另外，制造一套掩模板的費(fèi)用已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬美元水平，這些成本費(fèi)用的很大一部分都是來自掩模板的測試與維護(hù)方面。而傳統(tǒng)的OPC技術(shù)卻很難在問題發(fā)生時確定掩模板上有哪些圖像的形狀出現(xiàn)了疵漏，要解決這個問題，只有通過能追蹤到光源與掩模板綜合作用的高級設(shè)計軟件才行。
計算型光刻技術(shù)對設(shè)計準(zhǔn)則的影響：
當(dāng)然，計算型光刻技術(shù)的應(yīng)用對芯片的設(shè)計準(zhǔn)則會產(chǎn)生很大的影響。因?yàn)檫@種技術(shù)是專門針對某款掩模板上的某種圖像進(jìn)行優(yōu)化--通常的優(yōu)化對象都是接觸孔，互連線以及過孔等結(jié)構(gòu)的圖像，因此，需要芯片的設(shè)計者在設(shè)計芯片時對這些圖像采用特殊的設(shè)計準(zhǔn)則。實(shí)際上，常規(guī)OPC技術(shù)的運(yùn)用，已經(jīng)導(dǎo)致了設(shè)計準(zhǔn)則的限制程度有所提升，有些可能導(dǎo)致問題的線路圖像的形狀是被嚴(yán)格禁止使用的。
但是計算型光刻技術(shù)在對設(shè)計準(zhǔn)則的影響方面又更近了一步，要求禁止在特定的掩模板上使用特定的圖像與圖像，或光源與圖像的組合。這樣，除了光源-掩模優(yōu)化方面需要進(jìn)行大量運(yùn)算之外，得出最佳化設(shè)計準(zhǔn)則所需的計算量也大幅增加了。
被牽涉在內(nèi)的因素甚至還包括了掩模刻寫用設(shè)備。多年以來，芯片制造商一直希望使用正方形形狀的圖像設(shè)計，而對電路設(shè)計軟件廠商而言，長方形的圖像則在進(jìn)行電路布置計算和模擬計算時更易于計算；但是，對對掩模制造用設(shè)備電子束直寫機(jī)的廠商而言，圓形的掩模板圖像則是最容易制造的。
因此，掩模板制造用工具的廠商一直試圖勸說芯片制造商盡量使用圓形的圖像形狀，至少這種方案能夠減小芯片制造時間并降低制造成本。不過，假如芯片制造商方面驗(yàn)證這種新方案所需花費(fèi)的計算時間太長，那么他們會繼續(xù)使用傳統(tǒng)的成熟方案來制造產(chǎn)品。
計算型光刻--緩兵之計：
盡管22nm的腳步已經(jīng)迫近，但是計算型光刻是否可以滿足22nm制程的要求則仍然存在很多未解的問題.特別是計算型光刻技術(shù)的采用，需要使用大量的資金來購買計算用的超級計算機(jī)設(shè)備。但是，考慮到計算型光刻技術(shù)的應(yīng)用，可以為新的光刻技術(shù)如EUV等贏得更多的寶貴準(zhǔn)備時間，從這點(diǎn)上看，廠商們在計算型光刻技術(shù)上進(jìn)行投入還是非常有意義的。
CNBeta編譯
原文：newelectronics
然而，實(shí)際上人們在上世紀(jì)90年代末期幾乎沒費(fèi)什么周折就已經(jīng)跨越了350nm分辨率，而且當(dāng)時所使用的光源技術(shù)還是基于248nm波長的。如今，這個波長數(shù)值已經(jīng)降低到了193nm。而業(yè)界也已經(jīng)開始實(shí)施并逐步提升28nm制程產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時開始籌劃22nm節(jié)點(diǎn)該采用什么樣的光刻技術(shù)。
以彼之道還施彼身：
但這并不意味著在現(xiàn)代光刻技術(shù)中，衍射效應(yīng)已經(jīng)變得不重要，實(shí)際上，衍射效應(yīng)造成的影響還是很嚴(yán)重的。如果你想在晶圓上刻制晶體管或其連線的圖形，那么實(shí)際刻出來的圖像邊緣可能會由于衍射效應(yīng)的存在而產(chǎn)生邊緣模糊或其它圖像缺陷。不過，盡管衍射效應(yīng)的影響非常嚴(yán)重，有時候反過來我們也可以利用衍射效應(yīng)來達(dá)到我們的目的。
OPC光學(xué)鄰近校正技術(shù)：
利用衍射效應(yīng)的最典型例子恐怕就是常用的光學(xué)鄰近校正技術(shù)（Optical proximity correction：通常簡稱OPC），OPC中應(yīng)用了一種被稱為圖像分割（Fracturing）的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)將需要成像的圖形劃分成許多小塊，并且利用衍射光束之間的相互干涉效應(yīng)，在掩模板上將需要成像的圖形的形狀進(jìn)行一些改變，并在轉(zhuǎn)角等處添加或減少一些小塊圖形，這樣就可以利用衍射效應(yīng)來消除最終在晶圓上成型的圖像轉(zhuǎn)角等邊緣處可能出現(xiàn)的圖像邊緣缺陷。從這種技術(shù)的本質(zhì)，我們已經(jīng)可以看出這種技術(shù)要實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行大量的模擬計算。
為了克服衍射效應(yīng)，有一些圖像還被從方形改變成圓形圖像，比如過去用于連接各層電路的接觸孔（Contact hole，注意并不是觸點(diǎn)Contact）的形狀基本都是方形設(shè)計，而現(xiàn)在接觸孔的形狀已經(jīng)完全變成了圓形結(jié)構(gòu)。
PSM相移掩膜技術(shù)：
除了OPC之外，另外一項(xiàng)利用衍射效應(yīng)的分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)是相移掩模技術(shù)（ phase shift mask：簡稱PSM）.在0.18微米時代，PSM技術(shù)開始大行其道，這種技術(shù)利用光波的相差來銳化最終在晶圓上成像的圖像邊緣。PSM技術(shù)存在許多流派，比如交替式相移掩膜技術(shù)（alternating phase-shift mask technique，有時被簡稱為APSM或Alt-PSM）和弱化式相移掩膜技術(shù)（Attenuated phase-shift mask technique,有時候也用APSM的縮寫形式）技術(shù)等。Intel在65nm制程節(jié)點(diǎn)便采用了交替式相移掩模技術(shù)。
采用交替式相移掩模技術(shù)的Intel65nm SRAM圖片
從PSM技術(shù)的本質(zhì)來看，PSM對掩模板制造和檢測方面的要求是比較高的。
OPC最終取代PSM成為主流：
盡管PSM曾在業(yè)內(nèi)風(fēng)靡一時，但是OPC技術(shù)最終取代了PSM，成為業(yè)內(nèi)主流的RET技術(shù)。雖然OPC技術(shù)需要進(jìn)行大量的模擬計算，但是相比PSM技術(shù)而言，應(yīng)用OPC技術(shù)的掩模板更容易制造和檢測。比如Intel從45nm起，便不再使用APSM技術(shù)，而改為使用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)。
Intel 45nmSRAM圖片：放棄了APSM，改用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)
1D layoout的優(yōu)勢和仍需解決的問題：
由于現(xiàn)代光刻技術(shù)較多地依賴于衍射光束之間的干涉效應(yīng)，因此刻制由一組完全由彼此平行的衍射光柵組成的圖像是最容易實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，芯片業(yè)者已經(jīng)在考慮如何在電路布局方案上做出改變，以盡量讓需要刻制的電路圖像都是直線形狀，并且彼此平行，間距相等，盡量避免出現(xiàn)線路彎折，轉(zhuǎn)角的情況（因?yàn)檫@種布局風(fēng)格中圖像基本只沿一個坐標(biāo)軸方向延伸，因此通常人們將這種布局風(fēng)格稱為“一維布局”（1D Layout）；而傳統(tǒng)的電路布局風(fēng)格則稱為2D Layout）.
1D Layout的典型設(shè)計
以Intel為例，他們在45nm節(jié)點(diǎn)甚至已經(jīng)將連接晶體管電極和晶體管之間連線的觸點(diǎn)的形狀從正方形改成了長方形。相比傳統(tǒng)的正方形觸點(diǎn)，長方形圖像的刻制顯得更加容易。不過長方形觸點(diǎn)帶來的問題是柵極與觸點(diǎn)之間的寄生電容變大，因此Intel鼓勵設(shè)計者們想其它的辦法來彌補(bǔ)這個問題。
即便已經(jīng)采用了1D Layout設(shè)計，衍射光柵圖像彼此之間的距離能達(dá)到多小，也即這些一維圖像的密度能達(dá)到多大仍然是需要解決的問題。當(dāng)這些圖像彼此之間的距離越來越接近時，成像的質(zhì)量也會急劇下降。
在0.18微米和90nm的時代，這種設(shè)計風(fēng)格被證明是十分行之有效的。因?yàn)楫?dāng)時晶體管期間的柵極長度縮減的速度要比柵極距縮減的速度更快，柵長的縮減，能夠讓制造商增加晶體管的運(yùn)行頻率，而同時由于柵極距縮減速度相對較慢，因此制造商們幾乎沒有在圖像的光刻成型方面遇到什么較大的障礙。
不過，后來進(jìn)一步縮減柵極長度時，晶體管的漏電量問題開始變得不容忽視，因此制造商們被迫減緩了柵長縮減的速度。在柵長無法繼續(xù)縮減的條件下，要滿足摩爾定律的制程尺寸縮減速度，就只能從柵極距方面想辦法，也即如何縮小晶體管漏源極觸點(diǎn)之間的距離。
液浸式光刻與DP雙重成像技術(shù)：
解決這個新問題的方法之一是所謂的雙重成像技術(shù)（double patterning，簡稱DP）。雙重成像的思路是將圖像分兩批分別成像.不過，即使采用了DP技術(shù)，有些圖像形狀的成型仍然非常困難。比如電路中用于連接各層電路的過孔（Via）結(jié)構(gòu)，由于其分布狀況通常沒有周期性，因此很難用DP技術(shù)來刻制。
更重要的是，DP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成本是很高的。顧名思義，這種技術(shù)需要進(jìn)行兩次光刻過程。而在芯片制造業(yè)，為了提高芯片的產(chǎn)量，廠商們通常需要使用兩臺光刻機(jī)來實(shí)現(xiàn)DP光刻，而光刻機(jī)則通常是芯片廠中最為昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，因此，DP技術(shù)的啟用，意味著僅是光刻機(jī)設(shè)備方面廠商就需要增加一大筆費(fèi)用。[!--empirenews.page--]
另外一個解決問題的主要方法就是已經(jīng)為人們所熟知的液浸式光刻技術(shù)。這方面想必各位同樣已經(jīng)如雙重成像技術(shù)一樣已經(jīng)有所了解，在此就不再重復(fù)了。液浸式光刻之后，不少廠商現(xiàn)在已經(jīng)開始考慮是否要轉(zhuǎn)向EUV光刻技術(shù)，當(dāng)然EUV光刻技術(shù)目前還有許多問題需要解決，比如光源功率等，看起來還不夠成熟。
盡管液浸式光刻+DP技術(shù)目前正大行其道，但是不少芯片制造商和光刻軟件設(shè)計廠商認(rèn)為，OPC技術(shù)仍然有繼續(xù)發(fā)展的余地。不過，新的OPC技術(shù)已經(jīng)不是過去那種單純著眼于調(diào)整掩模板圖像形狀的思路，而是對包括光源，圖像投射，光阻膠成像等在內(nèi)的整個光刻過程中的各方面因素進(jìn)行綜合考慮，新的OPC技術(shù)不再僅僅局限于光掩模的設(shè)計，而且還要考慮光源優(yōu)化等因素。
傳統(tǒng)OPC技術(shù)的升華--計算型光刻技術(shù)：
這就是目前流行的所謂“計算型光刻技術(shù)”（computational lithography），盡管各家廠商在計算型光刻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法上各有不同，但其基本概念和思路都是一致的。計算型光刻技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是被稱為光源-掩模優(yōu)化的技術(shù)（source-mask optimisation），而光源-掩模優(yōu)化技術(shù)其實(shí)質(zhì)就是綜合考慮了光源優(yōu)化和掩模板圖型優(yōu)化的OPC技術(shù)。
那么，這里所說的光源優(yōu)化又涉及哪些內(nèi)容呢？實(shí)際上，多年以來，光刻機(jī)上一直都在使用與光源優(yōu)化有關(guān)的巧妙技術(shù)，其中最典型的例子就是所謂的離軸照明技術(shù)（又稱多光源技術(shù)Multiple source），離軸照明技術(shù)可以在衍射效應(yīng)較為嚴(yán)重的情況下用于改善圖像的分辨率。不過目前離軸照明技術(shù)的光束形狀都是較為簡單的圓形或弧形形狀，比如四極離軸光照技術(shù)采用的就是環(huán)狀均布的四個弧形光束。
而計算型光刻技術(shù)在光源優(yōu)化和掩模板圖形優(yōu)化方面則更近了一步，可以使用更為復(fù)雜的像素型光源照明光束技術(shù)或掩模板圖形形狀，得到任意形狀的圖像。
計算型光刻技術(shù)并不向傳統(tǒng)的OPC技術(shù)那樣僅僅使用模型來推測要采用何種形狀的掩模板圖形，采用計算型光刻技術(shù)的設(shè)計軟件采用了類似于光線追蹤算法的思路，從最終需要成型的圖像進(jìn)行反推計算，算出所需的最佳掩模板圖形和光源配置方案。由于綜合考慮了掩模板和光源兩個方面，因此這樣計算出來的結(jié)果中，掩模板部分的圖形可能與最終在晶圓上成像的圖像形狀相差甚遠(yuǎn)，但是配合光源優(yōu)化技術(shù)，卻可以讓最終生成的圖像滿足需求。
不過，光源-掩模優(yōu)化技術(shù)也并非沒有缺點(diǎn)，由于電路中不同的圖像需要采用不同的優(yōu)化算法，比如觸點(diǎn)圖像的成像優(yōu)化算法就與金屬互連線的優(yōu)化算法有所不同，因此，要完全驗(yàn)證優(yōu)化計算后的實(shí)際效果，就必須對優(yōu)化計算后的結(jié)果進(jìn)行模擬，檢查最終的成像結(jié)果是否符合要求。
光源-掩模優(yōu)化技術(shù)的最主要優(yōu)勢之一是可以解決焦深（depth of field，簡稱DOF）的問題。所謂的焦深，指的是保持影像清晰銳利的前提下，焦點(diǎn)沿著鏡頭光軸所允許移動的距離 。由于目前的液浸式光刻系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA值普遍較大，因此導(dǎo)致焦深值很小。而盡管晶圓片的尺寸精度控制已經(jīng)非常嚴(yán)格，但仍有可能出現(xiàn)晶圓片部分區(qū)域超過焦深范圍的情況。
根據(jù)IBM和光刻設(shè)計軟件廠商Mentor Graphics在計算型光刻技術(shù)方面的聯(lián)合研究成果顯示，像素化光源設(shè)計可以有效增加光學(xué)系統(tǒng)的焦深，提升的幅度可達(dá)30%左右。
另外，制造一套掩模板的費(fèi)用已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬美元水平，這些成本費(fèi)用的很大一部分都是來自掩模板的測試與維護(hù)方面。而傳統(tǒng)的OPC技術(shù)卻很難在問題發(fā)生時確定掩模板上有哪些圖像的形狀出現(xiàn)了疵漏，要解決這個問題，只有通過能追蹤到光源與掩模板綜合作用的高級設(shè)計軟件才行。
計算型光刻技術(shù)對設(shè)計準(zhǔn)則的影響：
當(dāng)然，計算型光刻技術(shù)的應(yīng)用對芯片的設(shè)計準(zhǔn)則會產(chǎn)生很大的影響。因?yàn)檫@種技術(shù)是專門針對某款掩模板上的某種圖像進(jìn)行優(yōu)化--通常的優(yōu)化對象都是接觸孔，互連線以及過孔等結(jié)構(gòu)的圖像，因此，需要芯片的設(shè)計者在設(shè)計芯片時對這些圖像采用特殊的設(shè)計準(zhǔn)則。實(shí)際上，常規(guī)OPC技術(shù)的運(yùn)用，已經(jīng)導(dǎo)致了設(shè)計準(zhǔn)則的限制程度有所提升，有些可能導(dǎo)致問題的線路圖像的形狀是被嚴(yán)格禁止使用的。
但是計算型光刻技術(shù)在對設(shè)計準(zhǔn)則的影響方面又更近了一步，要求禁止在特定的掩模板上使用特定的圖像與圖像，或光源與圖像的組合。這樣，除了光源-掩模優(yōu)化方面需要進(jìn)行大量運(yùn)算之外，得出最佳化設(shè)計準(zhǔn)則所需的計算量也大幅增加了。
被牽涉在內(nèi)的因素甚至還包括了掩模刻寫用設(shè)備。多年以來，芯片制造商一直希望使用正方形形狀的圖像設(shè)計，而對電路設(shè)計軟件廠商而言，長方形的圖像則在進(jìn)行電路布置計算和模擬計算時更易于計算；但是，對對掩模制造用設(shè)備電子束直寫機(jī)的廠商而言，圓形的掩模板圖像則是最容易制造的。
因此，掩模板制造用工具的廠商一直試圖勸說芯片制造商盡量使用圓形的圖像形狀，至少這種方案能夠減小芯片制造時間并降低制造成本。不過，假如芯片制造商方面驗(yàn)證這種新方案所需花費(fèi)的計算時間太長，那么他們會繼續(xù)使用傳統(tǒng)的成熟方案來制造產(chǎn)品。
計算型光刻--緩兵之計：
盡管22nm的腳步已經(jīng)迫近，但是計算型光刻是否可以滿足22nm制程的要求則仍然存在很多未解的問題.特別是計算型光刻技術(shù)的采用，需要使用大量的資金來購買計算用的超級計算機(jī)設(shè)備。但是，考慮到計算型光刻技術(shù)的應(yīng)用，可以為新的光刻技術(shù)如EUV等贏得更多的寶貴準(zhǔn)備時間，從這點(diǎn)上看，廠商們在計算型光刻技術(shù)上進(jìn)行投入還是非常有意義的。
CNBeta編譯
原文：newelectronics
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