01/簡介

隨著集成電路制程向先進(jìn)節(jié)點(diǎn)迭代，光刻成像的焦面精度對圖形保真度的影響愈發(fā)顯著，最佳焦面處的成像性能直接決定芯片制造良率。光源-掩模協(xié)同優(yōu)化（SMO）作為分辨率增強(qiáng)核心技術(shù)，其矢量模型因能精準(zhǔn)刻畫偏振、三維掩模衍射等效應(yīng)，成為先進(jìn)制程優(yōu)化的關(guān)鍵工具，而數(shù)值計(jì)算的精度與分析深度則是發(fā)揮其效能的核心前提。

本文聚焦最佳焦面成像性能，通過搭建標(biāo)準(zhǔn)化仿真條件，開展矢量SMO數(shù)值計(jì)算；結(jié)合多維度性能指標(biāo)對比仿真結(jié)果，明確不同SMO技術(shù)的適配場景；基于批量測試驗(yàn)證技術(shù)穩(wěn)定性，最終形成系統(tǒng)的矢量SMO數(shù)值計(jì)算與性能評估體系，為先進(jìn)光刻工藝優(yōu)化提供支撐。

02/仿真條件

密集線條（CD=45nm，占空比1:1）、193nm波長、NA=1.2浸沒式光刻、Y偏振照明，所有掩模尺寸為4020nm4020nm，掩模上的像素尺寸為20nm20nm。迭代總次數(shù)為150次。

03/仿真結(jié)果及其性能指標(biāo)對比

采用密集線條作為目標(biāo)圖形的仿真結(jié)果，并對比SO、MO、SISMO、SESMO、HSMO五種不同的RET。圖中第一列為光源圖形，從黑色到白色代表[0,1]的連續(xù)光強(qiáng)區(qū)間；第二列為掩模圖形，黑色和白色分別代表阻光區(qū)域和透光區(qū)域；第三列為光刻膠中的成像。

圖(b)為目標(biāo)圖形。圖形是CD=45mm，占空比為1：1的密集線條圖形。

下圖展示了不同技術(shù)對密集線條圖形的仿真結(jié)果，通過PAE（成像誤差）指標(biāo)對比各技術(shù)的成像保真度提升效果。

各技術(shù)中，HSMO的PAE最低，成像保真度提升效果最顯著。

采用矢量模型SO、MO、SISMO、SESMO和HSMO

各種優(yōu)化技術(shù)(SO、MO、SISMO、SESMO和HSMO)的PAE收斂曲線如圖所示。

各種技術(shù)(SO、MO、SISMO、SSESMO和HSMO)的PAE收斂曲線

04/不同SMO技術(shù)的結(jié)論

? 收斂特性：SO技術(shù)優(yōu)化初始階段收斂快，中后期難以有效降低PAE；MO技術(shù)初始收斂慢，中后期收斂性能良好。

? 優(yōu)化自由度與成像誤差：各種SMO技術(shù)因引入光源變量，比SO和MO技術(shù)有更大優(yōu)化自由度，最終PAE均小于SO和MO技術(shù)。

? 局部最優(yōu)與跨越：SISMO技術(shù)每次迭代同步更新光源和掩模，易陷入局部最優(yōu)點(diǎn)；SESMO技術(shù)利用光源和掩模優(yōu)化的相互轉(zhuǎn)化，易于跨越局部最優(yōu)點(diǎn)，收斂誤差更小。

? 綜合性能：HSMO技術(shù)綜合利用SO、SISMO、MO技術(shù)的優(yōu)勢，在初始階段用SO快速降低PAE，中期用SISMO聯(lián)合優(yōu)化光源和掩模，后期用MO進(jìn)一步降低PAE，具有最佳的綜合性能。

? 運(yùn)算效率：SISMO技術(shù)運(yùn)算效率最低，SESMO和HSMO技術(shù)運(yùn)算效率相仿。

? 性能排序：以PAE為標(biāo)準(zhǔn)，各種技術(shù)性能排序?yàn)镠SMO<SESMO<SISMO<MO<SO。

05/驗(yàn)證SMO技術(shù)的穩(wěn)定性

損失函數(shù)收斂：HSMO在30~35次迭代內(nèi)可有效降低損失函數(shù)，可見下圖。

采用200次和250次循環(huán)的各種仿真結(jié)果的成像性能指標(biāo)

HSMO技術(shù)能夠比其他算法更有效的提高光刻系統(tǒng)的成像性。例如，在循環(huán)250次時(shí)，相對于SESMO技術(shù)，HSMO技術(shù)可將PAE和平均CDE分別降低19%和17%。

06/先進(jìn)技術(shù)與未來發(fā)展方向

當(dāng)前，矢量SMO數(shù)值計(jì)算技術(shù)已達(dá)成精準(zhǔn)化突破：標(biāo)準(zhǔn)化仿真條件搭建實(shí)現(xiàn)最佳焦面成像性能的精準(zhǔn)評估，多維度性能指標(biāo)對比清晰量化不同SMO技術(shù)優(yōu)劣，穩(wěn)定性驗(yàn)證則為量產(chǎn)應(yīng)用提供核心支撐，使3nm制程最佳焦面處圖形偏差控制在亞納米級。

未來，技術(shù)將向多維深化演進(jìn)：AI賦能仿真模型實(shí)現(xiàn)最佳焦面參數(shù)自適應(yīng)尋優(yōu)；融入EUV多物理場耦合計(jì)算，提升復(fù)雜工藝下仿真精度；構(gòu)建跨流程數(shù)值框架，聯(lián)動(dòng)刻蝕仿真實(shí)現(xiàn)全鏈路性能預(yù)測。針對1nm及以下制程，量子化數(shù)值模型與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性驗(yàn)證體系研發(fā)將成為核心，推動(dòng)光刻成像性能再突破。