光刻技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-18
光刻技術(shù)的實(shí)例教程
當(dāng)傳統(tǒng)光刻逼近物理極限，計(jì)算光刻憑借光學(xué)仿真、圖形校正等核心能力，成為突破芯片特征尺寸瓶頸、有效保障生產(chǎn)良率的關(guān)鍵支撐，廣泛賦能消費(fèi)電子、高端制造等核心領(lǐng)域。
武漢二元科技深諳光刻技術(shù)的核心作用，未來將深耕計(jì)算光刻領(lǐng)域，此文章為該系列第一篇，后續(xù)將持續(xù)更新計(jì)算光刻系列文章，推動(dòng)計(jì)算光刻技術(shù)突破，助力光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
01/簡(jiǎn)介
計(jì)算光刻技術(shù)作為分辨率增強(qiáng)技術(shù)的重要延伸，其核心定義是借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，提升光刻工藝中圖形轉(zhuǎn)移的保真度。這一技術(shù)的出現(xiàn)，與集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求密切相關(guān)——隨著芯片特征尺寸持續(xù)縮小，傳統(tǒng)光刻技術(shù)逐漸逼近物理極限，分辨率提升遭遇瓶頸，而計(jì)算光刻通過數(shù)值建模與工藝仿真優(yōu)化的核心路徑，成為突破這一瓶頸、提高光刻分辨率的關(guān)鍵解決方案。
該技術(shù)的核心體系涵蓋光學(xué)成像物理仿真、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正以及光源-掩膜協(xié)同優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。其作用機(jī)制在于，通過專業(yè)軟件對(duì)光刻系統(tǒng)的核心元素（包括光源、掩膜版、光學(xué)鏡頭等）進(jìn)行精準(zhǔn)模擬與參數(shù)優(yōu)化，從技術(shù)層面助力光刻機(jī)突破硬件限制，更精準(zhǔn)地刻蝕芯片的微小結(jié)構(gòu)。最終，這一技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了光刻分辨率的顯著提升，還有效保障了芯片生產(chǎn)的良率，為集成電路向更小特征尺寸發(fā)展提供了核心支撐。
02/關(guān)鍵技術(shù)原理與方法
在計(jì)算光刻的核心技術(shù)體系中，光學(xué)鄰近效應(yīng)校正（OPC）與光源掩模聯(lián)合優(yōu)化（SMO）是兩大關(guān)鍵技術(shù)，二者從不同維度提升圖形轉(zhuǎn)移精度與光刻分辨率，共同構(gòu)筑起計(jì)算光刻的技術(shù)核心。
光學(xué)鄰近效應(yīng)校正（OPC）以修正光刻后圖形缺陷和變形為核心目標(biāo)，是保障圖形復(fù)刻精度的基礎(chǔ)技術(shù)。
展開 芯片制造過程中要為每一層掩膜版安排一次光刻工序，經(jīng)過5次光刻工序后，立體的晶體管就“堆疊”而成了,如圖2(c)所示。
通俗地講，芯片制造就是在半導(dǎo)體基片上，用光刻在一層材料上“雕刻”形成特定圖形，一層一層的光刻實(shí)際上是縱向“堆疊”這些圖形，組成立體的晶體管、電路元件和連線等，最終形成具有完整電路功能的芯片。
為什么說光刻技術(shù)是靈魂技術(shù)
光刻技術(shù)是芯片制造中的靈魂技術(shù)，如果沒有它的存在，芯片技術(shù)就不可能存在并快速發(fā)展。光刻之所以是靈魂技術(shù)，因?yàn)?em>光刻要為其它芯片加工技術(shù)劃定加工范圍，光刻就像q炮的瞄準(zhǔn)裝置一樣重要。其它加工技術(shù)不論多么復(fù)雜、多么高難度，也只有在光刻存在的前提下才能發(fā)揮作用。例如，要依賴光刻確定晶體管的多晶硅柵(Poly Gate)和金屬連線(Metal)的圖形、位置和走向等；要依靠光刻為擴(kuò)散區(qū)(Diffusion)、注入阱(Implant Well)、上下層過孔(Via、Contact)打開加工窗口等。所以，沒有光刻技術(shù)其它加工技術(shù)就無(wú)從談起。
從芯片的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)到芯片制造的過程來看，傳導(dǎo)路徑非常清晰，那就是芯片設(shè)計(jì)版圖 -> 掩膜版 -> 光刻 -> 加工。一顆芯片的設(shè)計(jì)版圖要按照制造工藝分解為一套多張(層)的掩膜版，每張掩膜版對(duì)應(yīng)著一次光刻和加工過程。所以，光刻是芯片制造的靈魂技術(shù)。
進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，光刻的精度不斷提高，已由微米級(jí)、亞微米級(jí)、深亞微米級(jí),細(xì)化到目前的納米級(jí)，光刻用的光源也從常規(guī)光源發(fā)展到應(yīng)用電子束、X射線、微離子束、激光等新技術(shù)，光刻成為最精密的微細(xì)加工技術(shù)，也是芯片制造最為關(guān)鍵的技術(shù)。
展開 從1947年第一個(gè)晶體管問世算起，半導(dǎo)體技術(shù)一直在迅猛發(fā)展，現(xiàn)在它仍保持著強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)，繼續(xù)遵循摩爾定律指明的方向前進(jìn)，大尺寸、細(xì)線寬、高精度、高效率、低成本的IC生產(chǎn)，正在對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈帶來前所未有的挑戰(zhàn)。
集成電路在制造過程中經(jīng)歷了材料制備、掩膜、光刻、清洗、刻蝕、摻雜、化學(xué)機(jī)械拋光等多個(gè)工序，其中尤以光刻工藝最為關(guān)鍵，決定著制造工藝的先進(jìn)程度。隨著集成電路由微米級(jí)向鈉米級(jí)發(fā)展，光刻采用的光波波長(zhǎng)也從近紫外（NUV）區(qū)間的436nm、365nm波長(zhǎng)進(jìn)入到深紫外（DUV）區(qū)間的248nm、193nm波長(zhǎng)。目前大部分芯片制造工藝采用了248nm和193nm光刻技術(shù)。目前對(duì)于13.5nm波長(zhǎng)的EUV極端遠(yuǎn)紫外光刻技術(shù)研究也在提速前進(jìn)。
可以說，隨著芯片集成度的提高，對(duì)光刻技術(shù)提出了越來越高的要求，而光刻技術(shù)的演進(jìn)，在某種程度上也反映了半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展路線。上世紀(jì)中葉，IEEE電子和電子工程師協(xié)會(huì)設(shè)立了ITRS組織，該組織每年都會(huì)發(fā)布一份半導(dǎo)體領(lǐng)域中技術(shù)路線圖——ITRS（International Technology Roadmap for Semiconductors）。但在2017年，IEEE停止更新ITRS，并將其重新重命名為IRDS，他們認(rèn)為這樣可以更全面地反應(yīng)各種系統(tǒng)級(jí)新技術(shù)。
展開 來源：
天天IC
從1947年第一個(gè)晶體管問世算起，半導(dǎo)體技術(shù)一直在迅猛發(fā)展，現(xiàn)在它仍保持著強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)，繼續(xù)遵循摩爾定律指明的方向前進(jìn)，大尺寸、細(xì)線寬、高精度、高效率、低成本的IC生產(chǎn)，正在對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈帶來前所未有的挑戰(zhàn)。
集成電路在制造過程中經(jīng)歷了材料制備、掩膜、光刻、清洗、刻蝕、摻雜、化學(xué)機(jī)械拋光等多個(gè)工序，其中尤以光刻工藝最為關(guān)鍵，決定著制造工藝的先進(jìn)程度。隨著集成電路由微米級(jí)向鈉米級(jí)發(fā)展，光刻采用的光波波長(zhǎng)也從近紫外（NUV）區(qū)間的436nm、365nm波長(zhǎng)進(jìn)入到深紫外（DUV）區(qū)間的248nm、193nm波長(zhǎng)。目前大部分芯片制造工藝采用了248nm和193nm光刻技術(shù)。目前對(duì)于13.5nm波長(zhǎng)的EUV極端遠(yuǎn)紫外光刻技術(shù)研究也在提速前進(jìn)。
可以說，隨著芯片集成度的提高，對(duì)光刻技術(shù)提出了越來越高的要求，而光刻技術(shù)的演進(jìn)，在某種程度上也反映了半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展路線。上世紀(jì)中葉，IEEE電子和電子工程師協(xié)會(huì)設(shè)立了ITRS組織，該組織每年都會(huì)發(fā)布一份半導(dǎo)體領(lǐng)域中技術(shù)路線圖——ITRS（International Technology Roadmap for Semiconductors）。但在2017年，IEEE停止更新ITRS，并將其重新重命名為IRDS，他們認(rèn)為這樣可以更全面地反應(yīng)各種系統(tǒng)級(jí)新技術(shù)。
展開 已經(jīng)有著三十年歷史的立體光刻技術(shù)，終于找到了一個(gè)可以工業(yè)化擴(kuò)展的工藝。“
現(xiàn)在，沒有什么能阻擋大規(guī)模打印高性能聚合物的未來發(fā)展，下一步將進(jìn)入一個(gè)免工具制造的時(shí)代。熱光刻工藝實(shí)現(xiàn)了彈性高精度部件增材制造工藝前所未有的突破。
光刻技術(shù)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
光刻技術(shù)的最新內(nèi)容
表面浮雕光柵（SRG）和體積全息光柵（VHG）
目前業(yè)內(nèi)有兩種類型的衍射光柵：
表面浮雕光柵
體積全息光柵
表面浮雕光柵具有使用金剛石車削、3D打印或光刻技術(shù)等機(jī)械方法制造的小型周期性刻線。每種光柵中的刻線都不相同，使設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)預(yù)期應(yīng)用和波長(zhǎng)范圍定制光柵，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)控。
光刻技術(shù)第21期 | BCS計(jì)算光刻理論1個(gè)月前
傳統(tǒng)線性壓縮感知技術(shù)因難以刻畫光刻系統(tǒng)的復(fù)雜非線性映射，優(yōu)化結(jié)果易出現(xiàn)工藝窗口收縮；經(jīng)典貝葉斯方法雖具備統(tǒng)計(jì)建模優(yōu)勢(shì)，但固定先驗(yàn)分布無(wú)法適配多樣化光刻圖形，導(dǎo)致最優(yōu)信號(hào)估計(jì)精度不足。在此背景下，融合貝葉斯統(tǒng)計(jì)與壓縮感知的BCS（Bayesian Compressed Sensing）計(jì)算光刻理論應(yīng)運(yùn)而生，成為破解上述瓶頸的關(guān)鍵理論支撐。
通過量化分析各類技術(shù)的適配特性與核心優(yōu)勢(shì)，為先進(jìn)計(jì)算光刻中SMO技術(shù)的選型與工程化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)與理論支撐。
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破，光刻系統(tǒng)的光學(xué)畸變、掩模三維衍射及光致抗蝕劑非線性響應(yīng)等效應(yīng)疊加，使光源-掩模協(xié)同優(yōu)化（SMO）成為保障成像精度的核心技術(shù)。
傳統(tǒng)線性壓縮感知技術(shù)雖在光源單變量?jī)?yōu)化中實(shí)現(xiàn)了降維高效求解，但面對(duì)SMO場(chǎng)景中掩模-成像的強(qiáng)非線性映射關(guān)系，其線性假設(shè)難以精準(zhǔn)刻畫優(yōu)化變量與成像質(zhì)量的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致優(yōu)化精度與可制造性失衡
光刻技術(shù)第18期 | 非線性壓縮感知理論2個(gè)月前
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程推進(jìn)至90nm及以下節(jié)點(diǎn)，光學(xué)鄰近效應(yīng)校正（OPC）、光源掩模聯(lián)合優(yōu)化（SMO）等計(jì)算光刻技術(shù)已成為保障光刻成像精度的核心支撐。其中，壓縮感知（CS）技術(shù)憑借稀疏性約束降維的核心優(yōu)勢(shì)，在光源優(yōu)化（SO）中實(shí)現(xiàn)了高效的參數(shù)尋優(yōu)，大幅降低了計(jì)算復(fù)雜度。
01/簡(jiǎn)介
當(dāng)前，壓縮感知光源優(yōu)化的仿真技術(shù)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與精準(zhǔn)化雙重突破，為技術(shù)落地奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。仿真條件層面，通過構(gòu)建統(tǒng)一的光源參數(shù)基準(zhǔn)、掩模圖形庫(kù)及光學(xué)成像模型，建立了可復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化仿真環(huán)境，解決了傳統(tǒng)仿真中參數(shù)離散導(dǎo)致的對(duì)比誤差問題。
接下來以豎直線條為目標(biāo)圖形進(jìn)行仿真分析，對(duì)比分析在不同變量下曝光圖像的情況。
02/仿真條件
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破，光刻系統(tǒng)面臨的光學(xué)畸變（如衍射、偏振效應(yīng)）愈發(fā)顯著，光源作為光刻成像的“源頭變量”，其圖形優(yōu)化直接決定空間像保真度與芯片制造良率。
傳統(tǒng)光源優(yōu)化方法依賴全像素維度尋優(yōu)，受限于光源像素矩陣規(guī)模龐大（常達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千維度），存在迭代收斂慢、計(jì)算資源消耗高、易陷入局部最優(yōu)等問題，難以適配先進(jìn)制程對(duì)優(yōu)化效率與精度的雙重需求
01/簡(jiǎn)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(duì)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
01/簡(jiǎn)介
為驗(yàn)證矢量HSMO技術(shù)對(duì)工藝窗口（PW）的優(yōu)化效果，采用考慮離焦的像質(zhì)評(píng)價(jià)函數(shù)
02/仿真條件
以AttPSM為例，對(duì)比HSMO（聯(lián)合優(yōu)化光源+掩模）與OPC（僅優(yōu)化掩模，光源不變）技術(shù)。仿真目標(biāo)圖形包括一維孤立線條（占空比1:4，CD=45nm）、一維半密集線條（占空比1:2，CD=45nm）、二維密集接觸孔（占空比
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破，光刻系統(tǒng)面臨的光學(xué)畸變、分辨率不足等問題愈發(fā)突出，光源-掩模協(xié)同優(yōu)化（SMO）技術(shù)成為突破硬件限制的核心手段。矢量SMO憑借對(duì)偏振效應(yīng)、三維掩模衍射等復(fù)雜光學(xué)現(xiàn)象的精準(zhǔn)刻畫，較傳統(tǒng)標(biāo)量模型實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，其優(yōu)化算法的性能直接決定光刻成像質(zhì)量與制造良率。
梯度計(jì)算與變量替換是矢量SMO算法的理論基石，為離散優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為連續(xù)可解問題提供了關(guān)鍵路徑
