激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0900000
1 北京理工大学光电学院，光电成像与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 中国科学院微电子研究所先导工艺研发中心，北京 100029
3 中国科学院大学微电子学院，北京 100049
光刻是将集成电路器件的结构图形从掩模转移到硅片或其他半导体基片表面上的工艺过程，是实现高端芯片量产的关键技术。在摩尔定律的推动下，光刻技术跨越了90~7 nm及以下的多个工艺节点，逐步逼近其分辨率的物理极限。同时，光刻系统的衍射受限特性，以及各类系统像差、误差和工艺偏差，都会严重影响光刻成像精度。此时，必须采用计算光刻技术来提高光刻成像分辨率和图形保真度。计算光刻是涉及光学、半导体技术、计算科学、图像与信号处理、材料科学、信息学等多个专业的交叉研究领域。它以光学成像和工艺建模为基础，采用数学方法对光刻成像过程进行全链路的仿真与优化，实现成像误差的高精度补偿，能够有效提升工艺窗口和芯片制造良率，降低光刻工艺的研发周期与成本，目前已成为高端芯片制程的核心环节之一。本文首先简单介绍了计算光刻的前身，即传统的分辨率增强技术，在此基础上介绍了计算光刻的基本原理、模型和算法。之后对光学邻近效应校正、光源优化和光源掩模联合优化三种常用的计算光刻技术进行了综述，总结了相关的研究进展、成果和应用。最后，阐述了计算光刻当前所面临的需求与挑战，并讨论了最新技术进展和未来发展方向。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922008
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心, 北京 100029
4 东方晶源微电子科技(北京)有限公司, 北京 100176
提出一种基于深度优先搜索的全芯片光源掩模优化关键图形筛选方法。所提方法采用掩模频谱的投影边界以及增长因子表征掩模的衍射频谱特征。设计了基于深度优先搜索的关键图形筛选算法,实现了全芯片光源掩模优化关键图形筛选,获得了所有关键图形组。相比于现有同类方法,所提方法可以获得覆盖频率分组的所有关键图形组,进而选出更优关键图形组。采用荷兰ASML公司的商用计算光刻软件Tachyon Tflex对所提方法进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法获得的工艺窗口优于Tachyon Tflex方法,与现有方法相比,所提方法筛选出的关键图形结果更优。
光学设计 图形筛选 分辨率增强技术 光源掩模联合优化 深度优先搜索 光学学报
2022, 42(10): 1022002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心, 北京 100029
4 东方晶源微电子科技有限公司, 北京 100176
提出了一种全芯片光源掩模联合优化的关键图形筛选方法,用图形的主要频率表征图形的特征,用主要频率的位置和轮廓信息描述主要频率在频域上的分布特征。设计了相应的主要频率提取方法、覆盖规则、聚类方法以及关键图形筛选方法,实现了全芯片光源掩模联合优化的关键图形筛选。采用荷兰ASML公司的商用计算光刻软件Tachyon进行了仿真验证,与ASML公司同类技术的对比结果表明,本方法获得的工艺窗口优于ASML Tachyon方法。
光学设计 光刻 分辨率增强技术 光源掩模联合优化 图形筛选 光学学报
2020, 40(21): 2122001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心, 北京 100029
多参数联合优化是光刻分辨率增强技术的发展方向。提出了一种以光刻胶三维形貌差异为评价目标的光刻多参数联合优化方法。以多个深度位置的光刻胶图形误差为目标函数,对光源、掩模、投影物镜波前、离焦量和曝光剂量进行联合优化,提高了光刻胶图形三维形貌的质量。为获得较高的优化效率,采用自适应差分进化算法实现光源和掩模的优化,并针对其他参数的特点,采用不同优化方法进行优化。对密集线、含有交叉门的复杂掩模图形和静态随机存储器中的典型图形进行了仿真验证,可用焦深的最大值分别达到237 nm、115 nm 和144.8 nm,曝光宽容度的最大值分别达到18.5%、12.4%和16.4%。与基于空间像的光源掩模投影物镜联合优化技术相比,所提方法明显扩大了工艺窗口。
光学制造 光刻 分辨率增强技术 光源掩模优化 光刻胶
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心, 北京 100029
提出一种基于差分进化算法和微反射镜阵列(MMA)光源模型的光刻机匹配方法。加入MMA光源模型,利用差分进化算法优化微反射镜光斑分布,以实现光刻机匹配。与通常用于自由照明系统的光刻机匹配方法相比,本方法能直接优化MMA参数,有效减小了在MMA产生照明光源的过程中出现的匹配误差。以一维线空掩模为匹配目标,分别对四极照明和自由照明光源进行匹配,匹配后关键尺寸误差的均方根(RMS)下降了80%以上,与基于遗传算法和粒子群优化算法相比,本方法的匹配结果更优并具有更快的收敛速度。此外,本方法还可以有效地控制生成光源的光瞳填充比例,使匹配前后光源的光瞳填充比例保持一致。
光学设计 光学制造 光刻 光刻机匹配 光源优化 差分进化 光学学报
2019, 39(12): 1222002
1 中国科学院大学微电子学院, 北京 100049
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
13.5 nm波长极紫外(EUV)光刻机的分辨率虽然很高,但因波长的减小使其对像差的容忍度降低,有必要研究像差对EUV光刻成像的影响。针对四类典型像差的波前特征,选取对像差最敏感的四种测试图形,研究像差对光刻成像特征尺寸和最佳聚焦点偏差量的影响。在满足焦深要求的条件下,给出各单类像差的最大允许范围,最后将四类像差总值控制在0.04λ内,从仿真分析的角度研究了实际工艺生产对像差的要求,即总像差需控制在0.025λ以内,约0.34 nm。
光学设计 极紫外光刻 像差 特征尺寸偏差 工艺需求 光学学报
2019, 39(12): 1222001
