乐趣探索不一样的计算光刻

时光飞逝、夏日渐长，暌违已久的光刻小讲堂终于再次开课啦！在之前的小讲堂中，我们聚焦光刻行业的基础原理、工艺流程、环境、设备等，依次为大家介绍了芯片与5G、芯片之诞生、***外壳的功能、***的“内陷”等硬核知识，也带领大家沿着光路，揭开了***的光源及照明和投影物镜系统的神秘面纱，最终与浸润式光刻系统交手，打卡了第一段神秘旅程！

一路走来，我们很高兴看到有越来越多的小伙伴加入了听讲队伍，共享求知的乐趣，探索光刻的世界。我们也知道很多小伙伴早就搬好板凳排排坐，对ASML“铁三角”组合之软件部分的计算光刻内容翘首以盼啦！这不，新学期新气象，光刻小讲堂如约而至！大家掌声欢迎本期主题嘉宾：ASML的软件侠——计算光刻！

当线宽越做越窄

之前的小讲堂有介绍过，光刻过程就好比用照相机拍照，将掩模版上的芯片设计版图曝光到晶圆上，从而制造出微小的电路结构。ASML***的镜片组使用极其精密的加工手段制造，使得最终像差被控制在納米级别，才能稳定地通过曝光印刷微电路。

ASML将***内部透镜组的像差优化到极小，可以保证同一个图形在芯片的不同地方都能得到几乎一样的稳定成像。

可是，只要***足够精密，就一定能将电路图准确地曝光出来吗？并不！一次曝光会将海量的微电路图形在晶圆上进行成像，这些微电路图形不仅尺寸都很小，长相还千差万别各不相同。

图片1. ***像差极小，同一个图样在曝光区域的不同地方会呈现稳定的（差距很小的）曝光结果。

随着摩尔定律不断向前发展，芯片电路结构越来越小、越来越精细，晶体管上的最小结构甚至已经小于了***光学系统的成像极限。曝光过程中，掩模版上的图形会产生光学衍射并干扰邻近图形的曝光质量，我们称之为光学邻近效应。不同的图形，各自会面临的光学邻近效应也大不相同，使得成像会发生不同程度的畸变。如果不修正这些畸变，我们只能在晶圆上稳定地获得大量畸变图形，使得最终电路结构报废，不可用。

光学邻近效应导致的畸变

图片2 不同图形面临不同的光学畸变

早期线宽较大的时候，光学邻近效应带来的畸变比较轻微，工程师们可以基于经验手动对掩模版进行调整，比如说一根线路如果因为畸变而变小，那可以在制作掩模版的时候把它加粗一些，使得最终成像在晶圆上的线条在畸变缩小后仍然可以回复到和原始芯片设计的一致，这就是我们常说的光学邻近效应修正。

图片3 典型的光学邻近效应修正

//光学邻近效应

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涨知识

如果我们将光刻看作是射击打靶，虽然子弹出膛后会受到重力影响下落并偏离靶心，只要枪管足够精确稳定，那么每次子弹发射的弹道就同样是稳定的。神射手们只需要校正瞄准，就能做到枪枪十环。

在光刻过程中，极致的***硬件就如同最精准的枪管，配合上做好光学邻近效应修正的射手，就能又快又好得将芯片电路曝光出来。

时至今日，一块芯片上的图形丰富程度可以轻松达到上亿量级，线宽越做越小，使得图形之间的间隔也越来越接近成像系统的极限，并带来远超以往的畸变。工程师之前依靠经验来修正的方式已经行不通了。人类必须借助计算光刻手段，结合先进的算法与大规模计算集群对掩模版上的每一处图形进行精确地修正，才能最终成功在晶圆上获得高质量的芯片版图成像。

那么，问题来了。

什么是计算光刻

计算光刻的概念其实很简单，得益于高质量的***透镜组，任何一个图形，在芯片上发生的光学邻近效应畸变都是稳定的。因此我们能够进行精准地模拟仿真，获知掩模版上对应的图形经过曝光成像后会产生出什么样的曝光结果，发生多大的畸变。只要我们对畸变的预测足够精准，我们就可以计算出畸变后的曝光结果离曝光目标（芯片版图设计）差距有多大。

图片4 计算光刻模型预测成像效果

a) 晶圆上的真实成像，b)计算光刻仿真预测

基于此，计算光刻软件能针对性得对每一个图形进行光学邻近效应修正，根据预测出的畸变大小，相应地将掩模放大、缩小一个合适的尺寸。

图片5

通常来说，一次调整还不足以将畸变压缩到足够小，所以我们还可以使用多次迭代来获得极致的优化。每调整一次便重新预测成像结果，并观察仿真结果来指导下一次调节方向，最终使得得成像符合预期。

Fig.6 光学邻近效应修正过程的动画

因为这一切都是来自仿真计算，只需要花费计算机算力就能迭代出高质量掩模设计，从而为客户节省下大量时间与成本。

审核编辑 ：李倩