計(jì)算光刻
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
計(jì)算光刻的實(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(lái)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(guò)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(guò)專(zhuān)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(kāi) 01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程持續(xù)向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破，光刻系統(tǒng)中的光學(xué)衍射、掩模三維效應(yīng)與光致抗蝕劑非線性響應(yīng)形成強(qiáng)耦合，使光源-掩模優(yōu)化、光學(xué)鄰近校正等核心環(huán)節(jié)面臨“精度-效率-魯棒性”三重挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)線性壓縮感知技術(shù)因難以刻畫(huà)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。
BCS計(jì)算光刻理論的核心優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)統(tǒng)計(jì)建模與稀疏優(yōu)化的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)光刻系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控，其技術(shù)體系圍繞三大關(guān)鍵模塊構(gòu)建：BCS問(wèn)題模型作為理論基礎(chǔ)，通過(guò)融入光刻物理機(jī)理建立稀疏信號(hào)與觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，突破線性模型的適配局限；
先驗(yàn)分布與邊緣概率密度建模為統(tǒng)計(jì)推斷提供依據(jù)，動(dòng)態(tài)適配不同圖形特征的稀疏性規(guī)律，提升模型魯棒性；最優(yōu)信號(hào)估計(jì)與迭代優(yōu)化則為工程化求解提供路徑，通過(guò)高效迭代算法實(shí)現(xiàn)精度與效率的平衡。本文聚焦BCS計(jì)算光刻理論體系，系統(tǒng)解析各核心模塊的構(gòu)建邏輯與內(nèi)在關(guān)聯(lián)，闡明其在光刻優(yōu)化中的作用機(jī)理，為先進(jìn)計(jì)算光刻技術(shù)的工程化應(yīng)用提供理論支撐。
在先進(jìn)制程光刻的光源優(yōu)化中，貝葉斯壓縮感知（BCS）光源優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“少測(cè)量、高精度、易制造”光源的核心支撐——它以概率統(tǒng)計(jì)與先驗(yàn)約束為核心，讓光源信號(hào)的重構(gòu)既高效又貼合實(shí)際工藝需求。
展開(kāi) 非線性CS重構(gòu)：適配光刻的核心邏輯
非線性壓縮感知重構(gòu)的核心任務(wù)，是在預(yù)設(shè)的約束集合范圍內(nèi)，找到能讓目標(biāo)函數(shù)取值最小的“待恢復(fù)信號(hào)”——這一邏輯恰好匹配了非線性光刻優(yōu)化中“精準(zhǔn)求解、高效運(yùn)算”的核心需求。
為適配不同場(chǎng)景的運(yùn)算需求，這套算法體系設(shè)計(jì)了分層升級(jí)的迭代方案：
迭代硬閾值（IHTs）算法：作為基礎(chǔ)迭代方案，它的流程簡(jiǎn)潔高效：每一輪迭代時(shí)，先結(jié)合當(dāng)前信號(hào)、運(yùn)算步長(zhǎng)與目標(biāo)函數(shù)梯度，計(jì)算出中間結(jié)果；再通過(guò)專(zhuān)屬映射運(yùn)算（僅保留中間結(jié)果中數(shù)值最大的S個(gè)元素，其余元素統(tǒng)一置為0），得到下一輪迭代的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)逐步優(yōu)化。
牛頓-迭代硬閾值（Newton-IHTs）算法：是IHTs的性能升級(jí)版本，在IHTs的迭代邏輯基礎(chǔ)上，額外引入Hessian矩陣的逆矩陣參與中間結(jié)果計(jì)算——這一改進(jìn)能顯著加快迭代收斂速度，進(jìn)一步縮短非線性光刻優(yōu)化的運(yùn)算周期。
有限內(nèi)存BFGS（L-BFGS）算法：由于直接計(jì)算Hessian矩陣的成本較高，該算法采用“有限內(nèi)存的BFGS”方案近似計(jì)算Hessian矩陣：它以單位矩陣為基礎(chǔ)，結(jié)合用戶(hù)自定義參數(shù)，通過(guò)一系列矩陣運(yùn)算完成近似求解，既保留了Hessian矩陣的輔助優(yōu)化效果，又大幅節(jié)省了計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)了“精度與成本的平衡”。
這套非線性CS重構(gòu)算法矩陣，通過(guò)分層迭代邏輯與高效矩陣策略，實(shí)現(xiàn)了“精度不妥協(xié)、效率再提升”的非線性光刻優(yōu)化效果，為先進(jìn)制程的光刻運(yùn)算提供了更靈活、高效的技術(shù)支撐。
03/先進(jìn)技術(shù)與未來(lái)發(fā)展方向
當(dāng)前，非線性壓縮感知理論已在計(jì)算光刻領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵突破，核心進(jìn)展集中于重構(gòu)模型與迭代公式的精準(zhǔn)化升級(jí)。
展開(kāi) 來(lái)源中國(guó)科學(xué)院，杰夫視點(diǎn)
今日半導(dǎo)體 新聞?wù)?月10日，中國(guó)科學(xué)院官網(wǎng)刊文稱(chēng)，上海光機(jī)所在計(jì)算光刻技術(shù)研究方面取得重要進(jìn)展。中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所信息光學(xué)與光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，提出一種基于虛擬邊（Virtual Edge）與雙采樣率像素化掩模圖形（Mask pixelation with two-phase sampling）的快速光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)（Optical proximity correction, OPC）。仿真結(jié)果顯示，這技術(shù)具有較高的修正效率。
以下是詳細(xì)報(bào)道
中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所信息光學(xué)與光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室提出一種基于虛擬邊（Virtual Edge）與雙采樣率像素化掩模圖形（Mask pixelation with two-phase sampling）的快速光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)（Optical proximity correction, OPC），仿真結(jié)果表明該技術(shù)具有較高的修正效率。
光刻是極大規(guī)模集成電路制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，光刻分辨率決定集成電路的特征尺寸。隨著集成電路圖形的特征尺寸不斷減小，光刻系統(tǒng)的衍射受限屬性導(dǎo)致明顯的光學(xué)鄰近效應(yīng)，降低了光刻成像質(zhì)量。在光刻機(jī)軟硬件不變的情況下，采用數(shù)學(xué)模型和軟件算法對(duì)照明模式、掩模圖形與工藝參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，可有效提高光刻分辨率、增大工藝窗口，此類(lèi)技術(shù)即計(jì)算光刻技術(shù)（Computational Lithography）。該技術(shù)被認(rèn)為是推動(dòng)集成電路芯片按照摩爾定律繼續(xù)發(fā)展的新動(dòng)力。
OPC技術(shù)通過(guò)調(diào)整掩模圖形的透過(guò)率分布修正光學(xué)鄰近效應(yīng)，從而提高成像質(zhì)量。
展開(kāi) 光刻系統(tǒng)為照明波長(zhǎng)193nm、NA=1.2的浸沒(méi)式光刻系統(tǒng)采用相干因子為σ=0.12的圓形照明，對(duì)垂直線條采用Y偏振照明，對(duì)水平線條采用X偏振照明，掩模為AItPSM型PSM。
為了驗(yàn)證WP罰函數(shù)在降低掩模復(fù)雜度方面的作用，在OPC的優(yōu)化損失函數(shù)中分別加入傳統(tǒng)WP和GWP兩種罰函數(shù)項(xiàng)，并對(duì)比PSM的OPC優(yōu)化結(jié)果，分析WP和GWP在降低掩模復(fù)雜度和提高成像質(zhì)量方面的性能。
仿真通過(guò)調(diào)整WP和GWP的加權(quán)系數(shù)權(quán)衡成像誤差和掩模復(fù)雜度這兩個(gè)相互制約的因素。因此，仿真對(duì)WP和GWP采用相同的加權(quán)系數(shù)、從而能夠更加公平地比較兩種罰函數(shù)方法。
采用WP和GMP兩種罰函數(shù)PSM的OPC優(yōu)化結(jié)果
03/仿真結(jié)果
針對(duì)垂直密集線條、水平線條的PSM掩模優(yōu)化：
? 掩模復(fù)雜度：用“分割梯形總數(shù)”衡量，GWP罰函數(shù)使梯形數(shù)增多（如垂直線條從688增至818）。
? 成像保真度：用PAE（成像誤差）、CDE（關(guān)鍵尺寸誤差）衡量，GWP罰函數(shù)更優(yōu)（如水平線CDE從20nm降至0nm，PAE從872提升至796）。
04/結(jié)論
GWP罰函數(shù)在平衡掩模復(fù)雜度與成像保真度上更具優(yōu)勢(shì)，可在可接受的掩模復(fù)雜度增加范圍內(nèi)，顯著降低成像誤差（CDE）、提升成像質(zhì)量（PAE）。
展開(kāi) 
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光刻技術(shù)第21期 | BCS計(jì)算光刻理論1個(gè)月前
05/先進(jìn)技術(shù)與未來(lái)發(fā)展方向
當(dāng)前，BCS計(jì)算光刻理論已在核心技術(shù)模塊實(shí)現(xiàn)工程化突破，為先進(jìn)制程光刻優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)理論支撐。
通過(guò)量化分析各類(lèi)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。
本文聚焦該數(shù)學(xué)模型體系，系統(tǒng)解析各核心模塊的構(gòu)建邏輯，闡明非線性場(chǎng)景下SMO的優(yōu)化機(jī)理，為先進(jìn)計(jì)算光刻的高精度優(yōu)化提供理論支撐。
在先進(jìn)光刻的圖形復(fù)刻流程中，“目標(biāo)圖形與實(shí)際曝光圖形的精準(zhǔn)匹配”是核心訴求。而目標(biāo)函數(shù)與非線性CS-SMO模型，正是實(shí)現(xiàn)這一訴求的數(shù)學(xué)基石，既保障匹配精度，又兼顧運(yùn)算效率與工藝可行性。
光刻技術(shù)第18期 | 非線性壓縮感知理論2個(gè)月前
03/先進(jìn)技術(shù)與未來(lái)發(fā)展方向
當(dāng)前，非線性壓縮感知理論已在計(jì)算光刻領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵突破，核心進(jìn)展集中于重構(gòu)模型與迭代公式的精準(zhǔn)化升級(jí)。
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(huà)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(guò)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
驗(yàn)證矢量OPC技術(shù)對(duì)最佳焦面成像保真度的提升效果，對(duì)比WP罰函數(shù)與GWP罰函數(shù)的性能差異。
02/考慮最佳焦面成像圖形保真度的仿真結(jié)果
采用WP和GWP兩種罰函數(shù)PSM的OPC優(yōu)化結(jié)果如圖所示。針對(duì)同一圖形，左側(cè)為采用WP的結(jié)果，右側(cè)為采用GWP的結(jié)果。其中，兩種線條圖形的CD均為45nm
光刻技術(shù)第4期 | 光刻成像理論6個(gè)月前
此階段技術(shù)研發(fā)圍繞“標(biāo)量計(jì)算光刻成像RET”展開(kāi)，基于瑞利-索末菲衍射模型等標(biāo)量模型，結(jié)合光源優(yōu)化、OPC等逆向算法，通過(guò)調(diào)整光源強(qiáng)度、修正掩模邊緣等補(bǔ)償光學(xué)鄰近效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵尺寸（CD）精準(zhǔn)控制，例如90nm-45nm節(jié)點(diǎn)中，標(biāo)量計(jì)算光刻通過(guò)添加SRAF拓寬工藝窗口，滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)芯片制造需求。
光刻技術(shù)第3期 | 光刻中的SMO技術(shù)6個(gè)月前
仿真計(jì)算：建立光刻仿真條件（機(jī)臺(tái)信息、照明方式、薄膜堆棧等），開(kāi)展SMO計(jì)算。</p><p>3. 優(yōu)化與驗(yàn)證：以重疊工藝窗口（DOF、EL、MEEF、ILS等指標(biāo)）為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；若滿(mǎn)足需求，進(jìn)行掩模優(yōu)化驗(yàn)證（OPC模擬+晶圓數(shù)據(jù)比對(duì)）；若發(fā)現(xiàn)新弱點(diǎn)，迭代優(yōu)化直至符合要求。
光刻技術(shù)第1期 | 計(jì)算光刻技術(shù)介紹6個(gè)月前
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(lái)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。
