光刻技術(shù)：193nm波長(zhǎng)光源光刻技術(shù)的延壽術(shù)與緩兵之計(jì)
[導(dǎo)讀]半導(dǎo)體工業(yè)目前的普遍做法是使用的是波長(zhǎng)接近200nm的光源來(lái)刻制30nm尺寸級(jí)別的芯片圖像。如果按照常規(guī)的光學(xué)理論，由于所謂衍射極限的存 在，200nm光源光刻技術(shù)的理論分辨率極限應(yīng)在400nm左右。
然而，實(shí)際上人們
半導(dǎo)體工業(yè)目前的普遍做法是使用的是波長(zhǎng)接近200nm的光源來(lái)刻制30nm尺寸級(jí)別的芯片圖像。如果按照常規(guī)的光學(xué)理論，由于所謂衍射極限的存 在，200nm光源光刻技術(shù)的理論分辨率極限應(yīng)在400nm左右。
然而，實(shí)際上人們?cè)谏鲜兰o(jì)90年代末期幾乎沒(méi)費(fèi)什么周折就已經(jīng)跨越了350nm分辨率，而且當(dāng)時(shí)所使用的光源技術(shù)還是基于248nm波長(zhǎng)的。如今，這個(gè)波長(zhǎng)數(shù)值已經(jīng)降低到了193nm。而業(yè)界也已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施并逐步提升28nm制程產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時(shí)開(kāi)始籌劃22nm節(jié)點(diǎn)該采用什么樣的光刻技術(shù)。
以彼之道還施彼身：
但這并不意味著在現(xiàn)代光刻技術(shù)中，衍射效應(yīng)已經(jīng)變得不重要，實(shí)際上，衍射效應(yīng)造成的影響還是很?chē)?yán)重的。如果你想在晶圓上刻制晶體管或其連線(xiàn)的圖形，那么實(shí)際刻出來(lái)的圖像邊緣可能會(huì)由于衍射效應(yīng)的存在而產(chǎn)生邊緣模糊或其它圖像缺陷。不過(guò)，盡管衍射效應(yīng)的影響非常嚴(yán)重，有時(shí)候反過(guò)來(lái)我們也可以利用衍射效應(yīng)來(lái)達(dá)到我們的目的。
OPC光學(xué)鄰近校正技術(shù)：
利用衍射效應(yīng)的最典型例子恐怕就是常用的光學(xué)鄰近校正技術(shù)（Optical proximity correction：通常簡(jiǎn)稱(chēng)OPC），OPC中應(yīng)用了一種被稱(chēng)為圖像分割（Fracturing）的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)將需要成像的圖形劃分成許多小塊，并且利用衍射光束之間的相互干涉效應(yīng)，在掩模板上將需要成像的圖形的形狀進(jìn)行一些改變，并在轉(zhuǎn)角等處添加或減少一些小塊圖形，這樣就可以利用衍射效應(yīng)來(lái)消除最終在晶圓上成型的圖像轉(zhuǎn)角等邊緣處可能出現(xiàn)的圖像邊緣缺陷。從這種技術(shù)的本質(zhì)，我們已經(jīng)可以看出這種技術(shù)要實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行大量的模擬計(jì)算。
為了克服衍射效應(yīng)，有一些圖像還被從方形改變成圓形圖像，比如過(guò)去用于連接各層電路的接觸孔（Contact hole，注意并不是觸點(diǎn)Contact）的形狀基本都是方形設(shè)計(jì)，而現(xiàn)在接觸孔的形狀已經(jīng)完全變成了圓形結(jié)構(gòu)。
PSM相移掩膜技術(shù)：
除了OPC之外，另外一項(xiàng)利用衍射效應(yīng)的分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)是相移掩模技術(shù)（ phase shift mask：簡(jiǎn)稱(chēng)PSM）.在0.18微米時(shí)代，PSM技術(shù)開(kāi)始大行其道，這種技術(shù)利用光波的相差來(lái)銳化最終在晶圓上成像的圖像邊緣。PSM技術(shù)存在許多流派，比如交替式相移掩膜技術(shù)（alternating phase-shift mask technique，有時(shí)被簡(jiǎn)稱(chēng)為APSM或Alt-PSM）和弱化式相移掩膜技術(shù)（Attenuated phase-shift mask technique,有時(shí)候也用APSM的縮寫(xiě)形式）技術(shù)等。Intel在65nm制程節(jié)點(diǎn)便采用了交替式相移掩模技術(shù)。
采用交替式相移掩模技術(shù)的Intel65nm SRAM圖片
從PSM技術(shù)的本質(zhì)來(lái)看，PSM對(duì)掩模板制造和檢測(cè)方面的要求是比較高的。
OPC最終取代PSM成為主流：
盡管PSM曾在業(yè)內(nèi)風(fēng)靡一時(shí)，但是OPC技術(shù)最終取代了PSM，成為業(yè)內(nèi)主流的RET技術(shù)。雖然OPC技術(shù)需要進(jìn)行大量的模擬計(jì)算，但是相比PSM技術(shù)而言，應(yīng)用OPC技術(shù)的掩模板更容易制造和檢測(cè)。比如Intel從45nm起，便不再使用APSM技術(shù)，而改為使用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)。
Intel 45nmSRAM圖片：放棄了APSM，改用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)
1D layoout的優(yōu)勢(shì)和仍需解決的問(wèn)題：
由于現(xiàn)代光刻技術(shù)較多地依賴(lài)于衍射光束之間的干涉效應(yīng)，因此刻制由一組完全由彼此平行的衍射光柵組成的圖像是最容易實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，芯片業(yè)者已經(jīng)在考慮如何在電路布局方案上做出改變，以盡量讓需要刻制的電路圖像都是直線(xiàn)形狀，并且彼此平行，間距相等，盡量避免出現(xiàn)線(xiàn)路彎折，轉(zhuǎn)角的情況（因?yàn)檫@種布局風(fēng)格中圖像基本只沿一個(gè)坐標(biāo)軸方向延伸，因此通常人們將這種布局風(fēng)格稱(chēng)為“一維布局”（1D Layout）；而傳統(tǒng)的電路布局風(fēng)格則稱(chēng)為2D Layout）.
1D Layout的典型設(shè)計(jì)
以Intel為例，他們?cè)?5nm節(jié)點(diǎn)甚至已經(jīng)將連接晶體管電極和晶體管之間連線(xiàn)的觸點(diǎn)的形狀從正方形改成了長(zhǎng)方形。相比傳統(tǒng)的正方形觸點(diǎn)，長(zhǎng)方形圖像的刻制顯得更加容易。不過(guò)長(zhǎng)方形觸點(diǎn)帶來(lái)的問(wèn)題是柵極與觸點(diǎn)之間的寄生電容變大，因此Intel鼓勵(lì)設(shè)計(jì)者們想其它的辦法來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題。
即便已經(jīng)采用了1D Layout設(shè)計(jì)，衍射光柵圖像彼此之間的距離能達(dá)到多小，也即這些一維圖像的密度能達(dá)到多大仍然是需要解決的問(wèn)題。當(dāng)這些圖像彼此之間的距離越來(lái)越接近時(shí)，成像的質(zhì)量也會(huì)急劇下降。
在0.18微米和90nm的時(shí)代，這種設(shè)計(jì)風(fēng)格被證明是十分行之有效的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)晶體管期間的柵極長(zhǎng)度縮減的速度要比柵極距縮減的速度更快，柵長(zhǎng)的縮減，能夠讓制造商增加晶體管的運(yùn)行頻率，而同時(shí)由于柵極距縮減速度相對(duì)較慢，因此制造商們幾乎沒(méi)有在圖像的光刻成型方面遇到什么較大的障礙。
不過(guò)，后來(lái)進(jìn)一步縮減柵極長(zhǎng)度時(shí)，晶體管的漏電量問(wèn)題開(kāi)始變得不容忽視，因此制造商們被迫減緩了柵長(zhǎng)縮減的速度。在柵長(zhǎng)無(wú)法繼續(xù)縮減的條件下，要滿(mǎn)足摩爾定律的制程尺寸縮減速度，就只能從柵極距方面想辦法，也即如何縮小晶體管漏源極觸點(diǎn)之間的距離。
液浸式光刻與DP雙重成像技術(shù)：
解決這個(gè)新問(wèn)題的方法之一是所謂的雙重成像技術(shù)（double patterning，簡(jiǎn)稱(chēng)DP）。雙重成像的思路是將圖像分兩批分別成像.不過(guò)，即使采用了DP技術(shù)，有些圖像形狀的成型仍然非常困難。比如電路中用于連接各層電路的過(guò)孔（Via）結(jié)構(gòu)，由于其分布狀況通常沒(méi)有周期性，因此很難用DP技術(shù)來(lái)刻制。
更重要的是，DP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成本是很高的。顧名思義，這種技術(shù)需要進(jìn)行兩次光刻過(guò)程。而在芯片制造業(yè)，為了提高芯片的產(chǎn)量，廠商們通常需要使用兩臺(tái)光刻機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)DP光刻，而光刻機(jī)則通常是芯片廠中最為昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，因此，DP技術(shù)的啟用，意味著僅是光刻機(jī)設(shè)備方面廠商就需要增加一大筆費(fèi)用。[!--empirenews.page--]
另外一個(gè)解決問(wèn)題的主要方法就是已經(jīng)為人們所熟知的液浸式光刻技術(shù)。這方面想必各位同樣已經(jīng)如雙重成像技術(shù)一樣已經(jīng)有所了解，在此就不再重復(fù)了。液浸式光刻之后，不少?gòu)S商現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始考慮是否要轉(zhuǎn)向EUV光刻技術(shù)，當(dāng)然EUV光刻技術(shù)目前還有許多問(wèn)題需要解決，比如光源功率等，看起來(lái)還不夠成熟。
盡管液浸式光刻+DP技術(shù)目前正大行其道，但是不少芯片制造商和光刻軟件設(shè)計(jì)廠商認(rèn)為，OPC技術(shù)仍然有繼續(xù)發(fā)展的余地。不過(guò)，新的OPC技術(shù)已經(jīng)不是過(guò)去那種單純著眼于調(diào)整掩模板圖像形狀的思路，而是對(duì)包括光源，圖像投射，光阻膠成像等在內(nèi)的整個(gè)光刻過(guò)程中的各方面因素進(jìn)行綜合考慮，新的OPC技術(shù)不再僅僅局限于光掩模的設(shè)計(jì)，而且還要考慮光源優(yōu)化等因素。
傳統(tǒng)OPC技術(shù)的升華--計(jì)算型光刻技術(shù)：
這就是目前流行的所謂“計(jì)算型光刻技術(shù)”（computational lithography），盡管各家廠商在計(jì)算型光刻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法上各有不同，但其基本概念和思路都是一致的。計(jì)算型光刻技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是被稱(chēng)為光源-掩模優(yōu)化的技術(shù)（source-mask optimisation），而光源-掩模優(yōu)化技術(shù)其實(shí)質(zhì)就是綜合考慮了光源優(yōu)化和掩模板圖型優(yōu)化的OPC技術(shù)。
那么，這里所說(shuō)的光源優(yōu)化又涉及哪些內(nèi)容呢？實(shí)際上，多年以來(lái)，光刻機(jī)上一直都在使用與光源優(yōu)化有關(guān)的巧妙技術(shù)，其中最典型的例子就是所謂的離軸照明技術(shù)（又稱(chēng)多光源技術(shù)Multiple source），離軸照明技術(shù)可以在衍射效應(yīng)較為嚴(yán)重的情況下用于改善圖像的分辨率。不過(guò)目前離軸照明技術(shù)的光束形狀都是較為簡(jiǎn)單的圓形或弧形形狀，比如四極離軸光照技術(shù)采用的就是環(huán)狀均布的四個(gè)弧形光束。
而計(jì)算型光刻技術(shù)在光源優(yōu)化和掩模板圖形優(yōu)化方面則更近了一步，可以使用更為復(fù)雜的像素型光源照明光束技術(shù)或掩模板圖形形狀，得到任意形狀的圖像。
計(jì)算型光刻技術(shù)并不向傳統(tǒng)的OPC技術(shù)那樣僅僅使用模型來(lái)推測(cè)要采用何種形狀的掩模板圖形，采用計(jì)算型光刻技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件采用了類(lèi)似于光線(xiàn)追蹤算法的思路，從最終需要成型的圖像進(jìn)行反推計(jì)算，算出所需的最佳掩模板圖形和光源配置方案。由于綜合考慮了掩模板和光源兩個(gè)方面，因此這樣計(jì)算出來(lái)的結(jié)果中，掩模板部分的圖形可能與最終在晶圓上成像的圖像形狀相差甚遠(yuǎn)，但是配合光源優(yōu)化技術(shù)，卻可以讓最終生成的圖像滿(mǎn)足需求。
不過(guò)，光源-掩模優(yōu)化技術(shù)也并非沒(méi)有缺點(diǎn)，由于電路中不同的圖像需要采用不同的優(yōu)化算法，比如觸點(diǎn)圖像的成像優(yōu)化算法就與金屬互連線(xiàn)的優(yōu)化算法有所不同，因此，要完全驗(yàn)證優(yōu)化計(jì)算后的實(shí)際效果，就必須對(duì)優(yōu)化計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行模擬，檢查最終的成像結(jié)果是否符合要求。
光源-掩模優(yōu)化技術(shù)的最主要優(yōu)勢(shì)之一是可以解決焦深（depth of field，簡(jiǎn)稱(chēng)DOF）的問(wèn)題。所謂的焦深，指的是保持影像清晰銳利的前提下，焦點(diǎn)沿著鏡頭光軸所允許移動(dòng)的距離 。由于目前的液浸式光刻系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA值普遍較大，因此導(dǎo)致焦深值很小。而盡管晶圓片的尺寸精度控制已經(jīng)非常嚴(yán)格，但仍有可能出現(xiàn)晶圓片部分區(qū)域超過(guò)焦深范圍的情況。
根據(jù)IBM和光刻設(shè)計(jì)軟件廠商Mentor Graphics在計(jì)算型光刻技術(shù)方面的聯(lián)合研究成果顯示，像素化光源設(shè)計(jì)可以有效增加光學(xué)系統(tǒng)的焦深，提升的幅度可達(dá)30%左右。
另外，制造一套掩模板的費(fèi)用已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬(wàn)美元水平，這些成本費(fèi)用的很大一部分都是來(lái)自掩模板的測(cè)試與維護(hù)方面。而傳統(tǒng)的OPC技術(shù)卻很難在問(wèn)題發(fā)生時(shí)確定掩模板上有哪些圖像的形狀出現(xiàn)了疵漏，要解決這個(gè)問(wèn)題，只有通過(guò)能追蹤到光源與掩模板綜合作用的高級(jí)設(shè)計(jì)軟件才行。
計(jì)算型光刻技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的影響：
當(dāng)然，計(jì)算型光刻技術(shù)的應(yīng)用對(duì)芯片的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因?yàn)檫@種技術(shù)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)某款掩模板上的某種圖像進(jìn)行優(yōu)化--通常的優(yōu)化對(duì)象都是接觸孔，互連線(xiàn)以及過(guò)孔等結(jié)構(gòu)的圖像，因此，需要芯片的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)芯片時(shí)對(duì)這些圖像采用特殊的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。實(shí)際上，常規(guī)OPC技術(shù)的運(yùn)用，已經(jīng)導(dǎo)致了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的限制程度有所提升，有些可能導(dǎo)致問(wèn)題的線(xiàn)路圖像的形狀是被嚴(yán)格禁止使用的。
但是計(jì)算型光刻技術(shù)在對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的影響方面又更近了一步，要求禁止在特定的掩模板上使用特定的圖像與圖像，或光源與圖像的組合。這樣，除了光源-掩模優(yōu)化方面需要進(jìn)行大量運(yùn)算之外，得出最佳化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所需的計(jì)算量也大幅增加了。
被牽涉在內(nèi)的因素甚至還包括了掩?？虒?xiě)用設(shè)備。多年以來(lái)，芯片制造商一直希望使用正方形形狀的圖像設(shè)計(jì)，而對(duì)電路設(shè)計(jì)軟件廠商而言，長(zhǎng)方形的圖像則在進(jìn)行電路布置計(jì)算和模擬計(jì)算時(shí)更易于計(jì)算；但是，對(duì)對(duì)掩模制造用設(shè)備電子束直寫(xiě)機(jī)的廠商而言，圓形的掩模板圖像則是最容易制造的。
因此，掩模板制造用工具的廠商一直試圖勸說(shuō)芯片制造商盡量使用圓形的圖像形狀，至少這種方案能夠減小芯片制造時(shí)間并降低制造成本。不過(guò)，假如芯片制造商方面驗(yàn)證這種新方案所需花費(fèi)的計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，那么他們會(huì)繼續(xù)使用傳統(tǒng)的成熟方案來(lái)制造產(chǎn)品。
計(jì)算型光刻--緩兵之計(jì)：
盡管22nm的腳步已經(jīng)迫近，但是計(jì)算型光刻是否可以滿(mǎn)足22nm制程的要求則仍然存在很多未解的問(wèn)題.特別是計(jì)算型光刻技術(shù)的采用，需要使用大量的資金來(lái)購(gòu)買(mǎi)計(jì)算用的超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)備。但是，考慮到計(jì)算型光刻技術(shù)的應(yīng)用，可以為新的光刻技術(shù)如EUV等贏得更多的寶貴準(zhǔn)備時(shí)間，從這點(diǎn)上看，廠商們?cè)谟?jì)算型光刻技術(shù)上進(jìn)行投入還是非常有意義的。
CNBeta編譯
原文：newelectronics
然而，實(shí)際上人們?cè)谏鲜兰o(jì)90年代末期幾乎沒(méi)費(fèi)什么周折就已經(jīng)跨越了350nm分辨率，而且當(dāng)時(shí)所使用的光源技術(shù)還是基于248nm波長(zhǎng)的。如今，這個(gè)波長(zhǎng)數(shù)值已經(jīng)降低到了193nm。而業(yè)界也已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施并逐步提升28nm制程產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時(shí)開(kāi)始籌劃22nm節(jié)點(diǎn)該采用什么樣的光刻技術(shù)。
以彼之道還施彼身：
但這并不意味著在現(xiàn)代光刻技術(shù)中，衍射效應(yīng)已經(jīng)變得不重要，實(shí)際上，衍射效應(yīng)造成的影響還是很?chē)?yán)重的。如果你想在晶圓上刻制晶體管或其連線(xiàn)的圖形，那么實(shí)際刻出來(lái)的圖像邊緣可能會(huì)由于衍射效應(yīng)的存在而產(chǎn)生邊緣模糊或其它圖像缺陷。不過(guò)，盡管衍射效應(yīng)的影響非常嚴(yán)重，有時(shí)候反過(guò)來(lái)我們也可以利用衍射效應(yīng)來(lái)達(dá)到我們的目的。
OPC光學(xué)鄰近校正技術(shù)：
利用衍射效應(yīng)的最典型例子恐怕就是常用的光學(xué)鄰近校正技術(shù)（Optical proximity correction：通常簡(jiǎn)稱(chēng)OPC），OPC中應(yīng)用了一種被稱(chēng)為圖像分割（Fracturing）的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)將需要成像的圖形劃分成許多小塊，并且利用衍射光束之間的相互干涉效應(yīng)，在掩模板上將需要成像的圖形的形狀進(jìn)行一些改變，并在轉(zhuǎn)角等處添加或減少一些小塊圖形，這樣就可以利用衍射效應(yīng)來(lái)消除最終在晶圓上成型的圖像轉(zhuǎn)角等邊緣處可能出現(xiàn)的圖像邊緣缺陷。從這種技術(shù)的本質(zhì)，我們已經(jīng)可以看出這種技術(shù)要實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行大量的模擬計(jì)算。
為了克服衍射效應(yīng)，有一些圖像還被從方形改變成圓形圖像，比如過(guò)去用于連接各層電路的接觸孔（Contact hole，注意并不是觸點(diǎn)Contact）的形狀基本都是方形設(shè)計(jì)，而現(xiàn)在接觸孔的形狀已經(jīng)完全變成了圓形結(jié)構(gòu)。
PSM相移掩膜技術(shù)：
除了OPC之外，另外一項(xiàng)利用衍射效應(yīng)的分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)是相移掩模技術(shù)（ phase shift mask：簡(jiǎn)稱(chēng)PSM）.在0.18微米時(shí)代，PSM技術(shù)開(kāi)始大行其道，這種技術(shù)利用光波的相差來(lái)銳化最終在晶圓上成像的圖像邊緣。PSM技術(shù)存在許多流派，比如交替式相移掩膜技術(shù)（alternating phase-shift mask technique，有時(shí)被簡(jiǎn)稱(chēng)為APSM或Alt-PSM）和弱化式相移掩膜技術(shù)（Attenuated phase-shift mask technique,有時(shí)候也用APSM的縮寫(xiě)形式）技術(shù)等。Intel在65nm制程節(jié)點(diǎn)便采用了交替式相移掩模技術(shù)。
采用交替式相移掩模技術(shù)的Intel65nm SRAM圖片
從PSM技術(shù)的本質(zhì)來(lái)看，PSM對(duì)掩模板制造和檢測(cè)方面的要求是比較高的。
OPC最終取代PSM成為主流：
盡管PSM曾在業(yè)內(nèi)風(fēng)靡一時(shí)，但是OPC技術(shù)最終取代了PSM，成為業(yè)內(nèi)主流的RET技術(shù)。雖然OPC技術(shù)需要進(jìn)行大量的模擬計(jì)算，但是相比PSM技術(shù)而言，應(yīng)用OPC技術(shù)的掩模板更容易制造和檢測(cè)。比如Intel從45nm起，便不再使用APSM技術(shù)，而改為使用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)。
Intel 45nmSRAM圖片：放棄了APSM，改用OPC+193nm干式光刻+雙重成像技術(shù)
1D layoout的優(yōu)勢(shì)和仍需解決的問(wèn)題：
由于現(xiàn)代光刻技術(shù)較多地依賴(lài)于衍射光束之間的干涉效應(yīng)，因此刻制由一組完全由彼此平行的衍射光柵組成的圖像是最容易實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，芯片業(yè)者已經(jīng)在考慮如何在電路布局方案上做出改變，以盡量讓需要刻制的電路圖像都是直線(xiàn)形狀，并且彼此平行，間距相等，盡量避免出現(xiàn)線(xiàn)路彎折，轉(zhuǎn)角的情況（因?yàn)檫@種布局風(fēng)格中圖像基本只沿一個(gè)坐標(biāo)軸方向延伸，因此通常人們將這種布局風(fēng)格稱(chēng)為“一維布局”（1D Layout）；而傳統(tǒng)的電路布局風(fēng)格則稱(chēng)為2D Layout）.
1D Layout的典型設(shè)計(jì)
以Intel為例，他們?cè)?5nm節(jié)點(diǎn)甚至已經(jīng)將連接晶體管電極和晶體管之間連線(xiàn)的觸點(diǎn)的形狀從正方形改成了長(zhǎng)方形。相比傳統(tǒng)的正方形觸點(diǎn)，長(zhǎng)方形圖像的刻制顯得更加容易。不過(guò)長(zhǎng)方形觸點(diǎn)帶來(lái)的問(wèn)題是柵極與觸點(diǎn)之間的寄生電容變大，因此Intel鼓勵(lì)設(shè)計(jì)者們想其它的辦法來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題。
即便已經(jīng)采用了1D Layout設(shè)計(jì)，衍射光柵圖像彼此之間的距離能達(dá)到多小，也即這些一維圖像的密度能達(dá)到多大仍然是需要解決的問(wèn)題。當(dāng)這些圖像彼此之間的距離越來(lái)越接近時(shí)，成像的質(zhì)量也會(huì)急劇下降。
在0.18微米和90nm的時(shí)代，這種設(shè)計(jì)風(fēng)格被證明是十分行之有效的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)晶體管期間的柵極長(zhǎng)度縮減的速度要比柵極距縮減的速度更快，柵長(zhǎng)的縮減，能夠讓制造商增加晶體管的運(yùn)行頻率，而同時(shí)由于柵極距縮減速度相對(duì)較慢，因此制造商們幾乎沒(méi)有在圖像的光刻成型方面遇到什么較大的障礙。
不過(guò)，后來(lái)進(jìn)一步縮減柵極長(zhǎng)度時(shí)，晶體管的漏電量問(wèn)題開(kāi)始變得不容忽視，因此制造商們被迫減緩了柵長(zhǎng)縮減的速度。在柵長(zhǎng)無(wú)法繼續(xù)縮減的條件下，要滿(mǎn)足摩爾定律的制程尺寸縮減速度，就只能從柵極距方面想辦法，也即如何縮小晶體管漏源極觸點(diǎn)之間的距離。
液浸式光刻與DP雙重成像技術(shù)：
解決這個(gè)新問(wèn)題的方法之一是所謂的雙重成像技術(shù)（double patterning，簡(jiǎn)稱(chēng)DP）。雙重成像的思路是將圖像分兩批分別成像.不過(guò)，即使采用了DP技術(shù)，有些圖像形狀的成型仍然非常困難。比如電路中用于連接各層電路的過(guò)孔（Via）結(jié)構(gòu)，由于其分布狀況通常沒(méi)有周期性，因此很難用DP技術(shù)來(lái)刻制。
更重要的是，DP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成本是很高的。顧名思義，這種技術(shù)需要進(jìn)行兩次光刻過(guò)程。而在芯片制造業(yè)，為了提高芯片的產(chǎn)量，廠商們通常需要使用兩臺(tái)光刻機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)DP光刻，而光刻機(jī)則通常是芯片廠中最為昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，因此，DP技術(shù)的啟用，意味著僅是光刻機(jī)設(shè)備方面廠商就需要增加一大筆費(fèi)用。[!--empirenews.page--]
另外一個(gè)解決問(wèn)題的主要方法就是已經(jīng)為人們所熟知的液浸式光刻技術(shù)。這方面想必各位同樣已經(jīng)如雙重成像技術(shù)一樣已經(jīng)有所了解，在此就不再重復(fù)了。液浸式光刻之后，不少?gòu)S商現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始考慮是否要轉(zhuǎn)向EUV光刻技術(shù)，當(dāng)然EUV光刻技術(shù)目前還有許多問(wèn)題需要解決，比如光源功率等，看起來(lái)還不夠成熟。
盡管液浸式光刻+DP技術(shù)目前正大行其道，但是不少芯片制造商和光刻軟件設(shè)計(jì)廠商認(rèn)為，OPC技術(shù)仍然有繼續(xù)發(fā)展的余地。不過(guò)，新的OPC技術(shù)已經(jīng)不是過(guò)去那種單純著眼于調(diào)整掩模板圖像形狀的思路，而是對(duì)包括光源，圖像投射，光阻膠成像等在內(nèi)的整個(gè)光刻過(guò)程中的各方面因素進(jìn)行綜合考慮，新的OPC技術(shù)不再僅僅局限于光掩模的設(shè)計(jì)，而且還要考慮光源優(yōu)化等因素。
傳統(tǒng)OPC技術(shù)的升華--計(jì)算型光刻技術(shù)：
這就是目前流行的所謂“計(jì)算型光刻技術(shù)”（computational lithography），盡管各家廠商在計(jì)算型光刻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法上各有不同，但其基本概念和思路都是一致的。計(jì)算型光刻技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是被稱(chēng)為光源-掩模優(yōu)化的技術(shù)（source-mask optimisation），而光源-掩模優(yōu)化技術(shù)其實(shí)質(zhì)就是綜合考慮了光源優(yōu)化和掩模板圖型優(yōu)化的OPC技術(shù)。
那么，這里所說(shuō)的光源優(yōu)化又涉及哪些內(nèi)容呢？實(shí)際上，多年以來(lái)，光刻機(jī)上一直都在使用與光源優(yōu)化有關(guān)的巧妙技術(shù)，其中最典型的例子就是所謂的離軸照明技術(shù)（又稱(chēng)多光源技術(shù)Multiple source），離軸照明技術(shù)可以在衍射效應(yīng)較為嚴(yán)重的情況下用于改善圖像的分辨率。不過(guò)目前離軸照明技術(shù)的光束形狀都是較為簡(jiǎn)單的圓形或弧形形狀，比如四極離軸光照技術(shù)采用的就是環(huán)狀均布的四個(gè)弧形光束。
而計(jì)算型光刻技術(shù)在光源優(yōu)化和掩模板圖形優(yōu)化方面則更近了一步，可以使用更為復(fù)雜的像素型光源照明光束技術(shù)或掩模板圖形形狀，得到任意形狀的圖像。
計(jì)算型光刻技術(shù)并不向傳統(tǒng)的OPC技術(shù)那樣僅僅使用模型來(lái)推測(cè)要采用何種形狀的掩模板圖形，采用計(jì)算型光刻技術(shù)的設(shè)計(jì)軟件采用了類(lèi)似于光線(xiàn)追蹤算法的思路，從最終需要成型的圖像進(jìn)行反推計(jì)算，算出所需的最佳掩模板圖形和光源配置方案。由于綜合考慮了掩模板和光源兩個(gè)方面，因此這樣計(jì)算出來(lái)的結(jié)果中，掩模板部分的圖形可能與最終在晶圓上成像的圖像形狀相差甚遠(yuǎn)，但是配合光源優(yōu)化技術(shù)，卻可以讓最終生成的圖像滿(mǎn)足需求。
不過(guò)，光源-掩模優(yōu)化技術(shù)也并非沒(méi)有缺點(diǎn)，由于電路中不同的圖像需要采用不同的優(yōu)化算法，比如觸點(diǎn)圖像的成像優(yōu)化算法就與金屬互連線(xiàn)的優(yōu)化算法有所不同，因此，要完全驗(yàn)證優(yōu)化計(jì)算后的實(shí)際效果，就必須對(duì)優(yōu)化計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行模擬，檢查最終的成像結(jié)果是否符合要求。
光源-掩模優(yōu)化技術(shù)的最主要優(yōu)勢(shì)之一是可以解決焦深（depth of field，簡(jiǎn)稱(chēng)DOF）的問(wèn)題。所謂的焦深，指的是保持影像清晰銳利的前提下，焦點(diǎn)沿著鏡頭光軸所允許移動(dòng)的距離 。由于目前的液浸式光刻系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA值普遍較大，因此導(dǎo)致焦深值很小。而盡管晶圓片的尺寸精度控制已經(jīng)非常嚴(yán)格，但仍有可能出現(xiàn)晶圓片部分區(qū)域超過(guò)焦深范圍的情況。
根據(jù)IBM和光刻設(shè)計(jì)軟件廠商Mentor Graphics在計(jì)算型光刻技術(shù)方面的聯(lián)合研究成果顯示，像素化光源設(shè)計(jì)可以有效增加光學(xué)系統(tǒng)的焦深，提升的幅度可達(dá)30%左右。
另外，制造一套掩模板的費(fèi)用已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬(wàn)美元水平，這些成本費(fèi)用的很大一部分都是來(lái)自掩模板的測(cè)試與維護(hù)方面。而傳統(tǒng)的OPC技術(shù)卻很難在問(wèn)題發(fā)生時(shí)確定掩模板上有哪些圖像的形狀出現(xiàn)了疵漏，要解決這個(gè)問(wèn)題，只有通過(guò)能追蹤到光源與掩模板綜合作用的高級(jí)設(shè)計(jì)軟件才行。
計(jì)算型光刻技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的影響：
當(dāng)然，計(jì)算型光刻技術(shù)的應(yīng)用對(duì)芯片的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因?yàn)檫@種技術(shù)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)某款掩模板上的某種圖像進(jìn)行優(yōu)化--通常的優(yōu)化對(duì)象都是接觸孔，互連線(xiàn)以及過(guò)孔等結(jié)構(gòu)的圖像，因此，需要芯片的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)芯片時(shí)對(duì)這些圖像采用特殊的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。實(shí)際上，常規(guī)OPC技術(shù)的運(yùn)用，已經(jīng)導(dǎo)致了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的限制程度有所提升，有些可能導(dǎo)致問(wèn)題的線(xiàn)路圖像的形狀是被嚴(yán)格禁止使用的。
但是計(jì)算型光刻技術(shù)在對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的影響方面又更近了一步，要求禁止在特定的掩模板上使用特定的圖像與圖像，或光源與圖像的組合。這樣，除了光源-掩模優(yōu)化方面需要進(jìn)行大量運(yùn)算之外，得出最佳化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所需的計(jì)算量也大幅增加了。
被牽涉在內(nèi)的因素甚至還包括了掩?？虒?xiě)用設(shè)備。多年以來(lái)，芯片制造商一直希望使用正方形形狀的圖像設(shè)計(jì)，而對(duì)電路設(shè)計(jì)軟件廠商而言，長(zhǎng)方形的圖像則在進(jìn)行電路布置計(jì)算和模擬計(jì)算時(shí)更易于計(jì)算；但是，對(duì)對(duì)掩模制造用設(shè)備電子束直寫(xiě)機(jī)的廠商而言，圓形的掩模板圖像則是最容易制造的。
因此，掩模板制造用工具的廠商一直試圖勸說(shuō)芯片制造商盡量使用圓形的圖像形狀，至少這種方案能夠減小芯片制造時(shí)間并降低制造成本。不過(guò)，假如芯片制造商方面驗(yàn)證這種新方案所需花費(fèi)的計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，那么他們會(huì)繼續(xù)使用傳統(tǒng)的成熟方案來(lái)制造產(chǎn)品。
計(jì)算型光刻--緩兵之計(jì)：
盡管22nm的腳步已經(jīng)迫近，但是計(jì)算型光刻是否可以滿(mǎn)足22nm制程的要求則仍然存在很多未解的問(wèn)題.特別是計(jì)算型光刻技術(shù)的采用，需要使用大量的資金來(lái)購(gòu)買(mǎi)計(jì)算用的超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)備。但是，考慮到計(jì)算型光刻技術(shù)的應(yīng)用，可以為新的光刻技術(shù)如EUV等贏得更多的寶貴準(zhǔn)備時(shí)間，從這點(diǎn)上看，廠商們?cè)谟?jì)算型光刻技術(shù)上進(jìn)行投入還是非常有意義的。
CNBeta編譯
原文：newelectronics
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