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JM3-23056SS 1..17

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TL;DR 精炼摘要

本研究将全芯片曲线逆光刻技术(ILT)与掩模-晶圆协同优化(MWCO)相结合,成功使可变形状电子束(VSB)掩模写入设备在12小时内制备出复杂193i ILT掩模。经验证,此方案工艺窗口较传统OPC扩大超100%,显著提升了光刻效率和性能。

摘要

RESEARCH PAPER Make the impossible possible: use variable-shaped beam mask writers and curvilinear full-chip inverse lithography technology for 193i contacts/vias with mask-wafer co-optimization Linyong (Leo) Pang, a, * Sha Lu, a Ezequiel Vidal Russell, b Yang Lu, b Michael Lee, b Jennefir Digaum , b Ming-Chuan Yang , b P. Jeffrey Ungar, a Michael Pomerantsev, a Mariusz Niewczas, a Kechang Wang, a Bo Su, a Michael Meyer, a and Aki Fujimura a a D2S, Inc., San Jose, California, United States b Micron Technology, Inc., Boise, Idaho, United States ABSTRACT. Full-chip curvilinear inverse lithography technology (ILT) requires mask writers to write full reticle curvilinear mask patterns in a reasonable write time. We jointly study and present the benefits of a full-chip, curvilinear, stitchless ILT with mask-wafer co- optimization (MWCO) for variable-shaped beam (VSB) mask writers and validate its benefits on mask and wafer at Micron Technology. The full-chip ILT technology employed, first demonstrated in a paper presented at the 2019 SPIE Photomask Technology Conference, produces curvilinear ILT mask patterns without stitching errors, and

思维导图

论文精读

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1. 论文基本信息 (Bibliographic Information)

  • 标题 (Title): Make the impossible possible: use variable-shaped beam mask writers and curvilinear full-chip inverse lithography technology for 193i contacts/vias with mask-wafer co-optimization (化不可能为可能:使用可变形状电子束掩模写入设备与曲线全芯片逆光刻技术,结合掩模-晶圆协同优化,实现193i接触孔/通孔制造)
  • 作者 (Authors): Linyong (Leo) Pang, Sha Lu, Ezequiel Vidal Russell, Yang Lu, Michael Lee, Jennefir Digaum, Ming-Chuan Yang, P. Jeffrey Ungar, Michael Pomerantsev, Mariusz Niewczas, Kechang Wang, Bo Su, Michael Meyer, and Aki Fujimura.
  • 隶属机构 (Affiliations): 作者分别来自 D2S, Inc. (一家专注于半导体制造软件的公司) 和 Micron Technology, Inc. (美光科技,全球领先的存储芯片制造商)。这种产业界的合作表明该研究具有很强的实际应用背景。
  • 发表期刊/会议 (Journal/Conference): Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS (JM3)。这是由国际光学工程学会 (SPIE) 出版的一份在微纳制造、光刻、MEMS等领域享有盛誉的专业学术期刊。
  • 发表年份 (Publication Year): 2024
  • 摘要 (Abstract): 全芯片曲线型逆光刻技术 (ILT) 的应用前提是掩模写入设备能在合理时间内完成整个掩模的制造。本研究联合展示了将全芯片、无拼接、曲线型ILT与掩模-晶圆协同优化 (MWCO) 相结合,应用于可变形状电子束 (VSB) 掩模写入设备的优势,并在美光科技的掩模和晶圆上进行了验证。研究中采用的全芯片ILT技术,最早在2019年SPIE会议上展示,它能生成无拼接错误的曲线ILT掩模图案,与标准OPC工艺相比,工艺窗口扩大超过100%(当时使用多光束掩模写入设备)。在2020年SPIE会议上,研究团队引入了在ILT优化过程中执行MWCO的方法。该方法使得应用于193i光刻的曲线ILT掩模,能够通过VSB写入设备在实际可行的12小时内完成,同时获得最大的工艺窗口。本文首先回顾MWCO技术,然后展示由VSB写入的曲线ILT掩模图案及其对应的193i工艺晶圆图形。最后,文章还评估了掩模的写入时间、关键尺寸均匀性和工艺窗口等质量指标。
  • 原文链接 (Source Link): /files/papers/68ef3a06e77486f6f3192e87/paper.pdf (已正式发表)

2. 整体概括 (Executive Summary)

  • 研究背景与动机 (Background & Motivation - Why):

    • 核心问题: 在先进半导体制造中,为了在晶圆上获得最精确的图形,需要使用极其复杂的掩模图案。理论上,曲线型 (Curvilinear) 掩模图案能提供最大的工艺窗口 (Process Window),从而提高制造的稳定性和良率。然而,生成和制造这种曲线掩模面临两大挑战:(1) 计算全芯片级别的曲线掩模(即逆向光刻技术,ILT)需要极大的计算量,耗时过长;(2) 主流的可变形状电子束 (Variable-Shaped Beam, VSB) 掩模写入设备制造复杂曲线图形的效率极低,因为其写入时间与图形的复杂程度(具体为shot count或曝光点数)成正比,导致写入时间长得不切实际。
    • 重要性与挑战: 尽管多光束 (multibeam) 掩模写入设备能高效制造曲线图形,但全球绝大多数掩模工厂仍依赖于存量巨大的VSB设备。因此,如何让先进的曲线ILT技术在主流的VSB设备上变得实用,是推动193i(浸没式光刻)技术节点持续进步的关键。现有方法要么牺牲图形精度来减少shot count,要么只能将ILT应用于芯片的局部“热点”区域,无法发挥其在全芯片层面的最大优势。
    • 创新思路: 本文的切入点是提出并验证一种名为掩模-晶圆协同优化 (Mask-Wafer Co-optimization, MWCO) 的新工作流程。其核心思想是:不再追求在掩模上完美复现理论上的曲线形状,而是直接优化VSB的曝光点(shots),使得最终在晶圆上的成像结果误差最小。 这种方法巧妙地绕过了VSB设备不擅长绘制曲线的难题,从最终目标(晶圆图形)出发,反向优化制造过程。
  • 核心贡献/主要发现 (Main Contribution/Findings - What):

    • 主要贡献: 本文成功验证了MWCO是实现全芯片曲线ILT在VSB设备上商业化应用的关键技术。它将设计端(OPC/ILT)和制造端(掩模工厂)的工作流程进行了革新,使得在193i光刻工艺中,使用VSB设备制造全芯片曲线掩模的写入时间能够控制在12小时以内,达到了与传统OPC工艺相当甚至更优的水平。
    • 关键发现:
      1. 工艺窗口巨大提升: 与美光科技的标准OPC工艺相比,采用MWCO的曲线ILT技术能将工艺窗口扩大超过2倍
      2. CD变异显著减小: 在各种工艺条件下,晶圆图形的关键尺寸 (Critical Dimension, CD) 变异减小了约3倍
      3. 写入时间可行性: MWCO通过优化shot的排布(如使用重叠shots),将shot count降低了约4倍,使其密度低于VSB设备在12小时内完成写入的阈值,解决了商业化应用的最大障碍。

3. 预备知识与相关工作 (Prerequisite Knowledge & Related Work)

  • 基础概念 (Foundational Concepts):

    • 光刻 (Lithography): 半导体制造中的核心工艺,类似于拍照。通过光源(如193nm波长的激光)穿过一块带有电路图案的石英玻璃板(称为掩模 (Mask/Reticle)),将图案缩小并投影到覆盖有光敏材料(光刻胶)的硅晶圆上。
    • 光学邻近效应修正 (Optical Proximity Correction, OPC): 由于光的衍射等物理效应,掩模上的图形无法完美地复制到晶圆上,尤其是在尺寸极小的情况下。OPC是一种预先修改掩模图形的技术,通过添加或调整一些微小特征来补偿这些光学失真,从而使晶圆上的最终图形尽可能接近设计目标。
    • 逆向光刻技术 (Inverse Lithography Technology, ILT): 一种比OPC更先进、更根本的计算光刻技术。OPC是在原有设计上进行“修正”,而ILT则是从期望的晶圆图形出发,通过严格的数学反演计算,直接求解出能产生该结果的最优掩模形状。ILT计算出的掩模通常是曲线的 (curvilinear),包含了大量复杂的辅助图形。
    • 工艺窗口 (Process Window): 指在制造过程中,工艺参数(主要是曝光剂量 (Dose)焦距 (Focus))可以在多大范围内变化,而生产出的芯片图形仍然符合质量要求(如CD在10%的容差内)。工艺窗口越大,代表制造过程越稳定,容错率越高,良率也越高。
    • 可变形状电子束 (Variable-Shaped Beam, VSB) 掩模写入设备: 这是制造掩模的主流设备。它通过将电子束塑形成不同的矩形(称为shots),像盖章一样将电路图案“画”在掩模基板上。其写入时间与shot的总数成正比,因此绘制由大量微小矩形构成的复杂曲线图形时非常耗时。
    • 多光束 (Multibeam) 掩模写入设备: 新一代掩模写入技术,它同时使用成千上万个微小的独立电子束进行像素化写入,类似于喷墨打印机。其写入时间基本与图形复杂性无关,非常适合制造曲线ILT掩模,但设备成本高昂,尚未普及。
    • 亚分辨率辅助图形 (Sub-Resolution Assist Features, SRAFs): 掩模上的一些微小图形,它们本身不会在晶圆上成像,但其存在可以改善主要特征的成像质量和工艺窗口。ILT能够自动生成最优的SRAFs。
    • 掩模-晶圆协同优化 (Mask-Wafer Co-optimization, MWCO): 本文的核心技术。它是一种将掩模制造过程的限制和影响(如电子束模糊效应)与晶圆光刻过程的模型相结合进行统一优化的方法。优化目标不再是“掩模形状的保真度”,而是“最终晶圆图形的保真度”。
  • 前人工作 (Previous Works):

    • 2019 SPIE 论文: 该团队首次展示了基于GPU加速的TrueMask ILT技术,实现了无拼接错误的全芯片曲线ILT计算,证明了曲线ILT相比传统OPC能将工艺窗口提升超过100%。但该验证工作使用的是多光束掩模写入设备
    • 2020 SPIE 论文: 该团队首次提出了MWCO的概念,理论上论证了通过该方法可以使曲线ILT掩模适用于VSB写入设备,并能在12小时内完成。
  • 技术演进 (Technological Evolution): 本研究处在计算光刻技术演进的前沿。其脉络如下: 局部修正 (OPC) → 全局最优解 (ILT)ILT实用化挑战 (计算/写入时间)计算难题解决 (GPU加速,如TrueMask)写入难题解决 (多光束设备)为主流VSB设备寻找解决方案 (本文的MWCO)

  • 差异化分析 (Differentiation): 本文与之前工作的核心区别在于,它解决了曲线ILT在主流VSB设备上的实用性问题。传统工作流程中,OPC/ILT团队向掩模厂交付的是一个理想的掩模图形文件 (GDS/OASIS),掩模厂负责尽可能精确地制造出来。而本文提出的MWCO流程,OPC/ILT团队直接向掩模厂交付一个优化过的VSB曝光点列表 (shot list)。这个转变意义重大,因为它将掩模制造的物理限制前置到了设计优化阶段,实现了真正的“为制造而设计”。

    Fig. 4 (a) Today, mask shape is the hand-off between OPC and mask shops. (b) MwCO shifts hand-off to mask shots. 该图像是示意图,展示了(a)当前OPC与掩模工厂之间的掩模形状交接流程,以及(b)MWCO技术如何将交接点前移至掩模曝光图样。在(a)中,设计经OPC生成掩模形状,再在掩模工厂进行MPC和断裂处理得到掩模曝光图样。在(b)中,设计通过MWCO直接在OPC环节生成掩模曝光图样,随后在掩模工厂进行MPC修正。

    上图(图4)清晰地展示了这一范式转变。(a) 展示了传统流程:OPC团队生成“掩模形状”,掩模厂再进行掩模工艺修正 (MPC) 和图形“断裂” (Fracture) 成VSB shots。(b) 展示了MWCO流程:OPC团队利用MWCO直接生成Mask shot,掩模厂只需进行最终的MPC微调即可。

4. 方法论 (Methodology - Core Technology & Implementation Details)

  • 方法原理 (Methodology Principles): MWCO方法的核心思想是:与其耗费巨大的shot count去精确拟合一个理论上的理想曲线掩模,不如利用数量少得多的、经过优化的shots(包括重叠shots),并结合对掩模制造和晶圆光刻过程的精确仿真,直接实现最终晶圆图形的最小误差。 它利用了两个物理现实:

    1. 掩模制造的低通滤波效应: 电子束写入过程中的各种模糊效应(如束斑模糊、光刻胶模糊)会自然地将尖锐的矩形shot边角变得平滑。即使设计是矩形的,实际掩模也是曲线的。MWCO主动利用这种效应来形成平滑曲线。
    2. SRAFs的容忍度: SRAFs对晶圆成像的影响远小于主图形,因此可以用更少的shots、更粗糙的方式来近似,从而大幅降低总shot count
  • 方法步骤与流程 (Steps & Procedures): 该方法的具体流程如下图(图5)所示:

    Fig. 5 MWCO flow for full-chip, curvilinear ILT for VSB mask writers. 该图像是图5,展示了用于可变形状束(VSB)掩模写入器的全芯片曲线型逆光刻技术(ILT)的掩模-晶圆协同优化(MWCO)流程。它从符合掩模规则的曲线型ILT生成开始,接着为VSB生成重叠的曝光区域,然后通过MWCO对曝光区域进行优化以减小晶圆边缘位置误差(EPE),最后将优化后的曝光区域输出到掩模工厂进行掩模制造。

    1. 生成曲线ILT (Curvilinear ILT Generation): 首先,使用如TrueMask ILT这样的GPU加速平台,计算出全芯片的、符合掩模规则 (MRC) 的理想曲线ILT掩模图案。TrueMask的特点是采用整体计算方式,避免了传统分区计算带来的拼接错误问题,如下图(图1)所示。

      Fig. 1 TrueMask ILT, although comprising many GPU/CPU pairs, has been holistically designed so that it behaves as a single GPU/CPU pair, iterating on the entire chip as a whole, and avoiding stitchin… 该图像是图1示意图,对比了三种ILT计算方法。传统方法将芯片分区,由多个CPU/GPU对处理,易产生拼接错误。D2S方法则通过多个CPU/GPU对模拟一个巨型CPU/GPU对,最终实现全芯片ILT,由一个模拟的巨型CPU/GPU对整体计算整个芯片,从而避免了拼接错误,提升了整体性。

    2. 生成重叠shots (Generate Overlapping Shots for VSB): 针对理想的曲线ILT图案,生成一组初始的VSB shots来近似它。关键在于使用重叠shots (Overlapping Shots) 技术,尤其是对于SRAFs,可以用少量大的矩形重叠来高效地形成曲线轮廓。

    3. MWCO优化循环 (MWCO: Optimize shots for wafer EPE): 这是最核心的步骤。系统进入一个迭代优化循环:

      • 双重仿真 (Double Simulation): 首先,基于当前的shot list,仿真出实际会在掩模上形成的物理轮廓。然后,将这个仿真出的掩模轮廓作为输入,再进行一次光刻仿真,得到最终在晶圆上的成像轮廓
      • 计算晶圆EPE: 将仿真出的晶圆轮廓与最初的设计目标进行比较,计算出晶圆边缘位置误差 (Wafer Edge Placement Error, Wafer EPE)
      • 调整shots: 根据Wafer EPE,算法会调整shot的位置、大小和形状,目标是使下一次迭代的Wafer EPE最小化。
    4. 输出shot list (Output shots to mask shop): 当Wafer EPE收敛到可接受的范围内时,优化过程结束。最终输出的不是一个图形文件,而是一个可以直接被VSB设备使用的、优化过的shot list文件。

  • 数学公式与关键细节 (Mathematical Formulas & Key Details): 论文没有提供具体的数学优化公式,但其核心优化问题可以概念化地描述为: minShotsEPE(Simwafer(Simmask(Shots)),Targetwafer) \min_{\text{Shots}} \text{EPE}(\text{Sim}_{\text{wafer}}(\text{Sim}_{\text{mask}}(\text{Shots})), \text{Target}_{\text{wafer}})

    • 符号解释:
      • Shots: 代表VSB写入设备使用的shot集合,是优化的变量。

      • Simmask()\text{Sim}_{\text{mask}}(\cdot): 掩模工艺仿真器,输入shot集合,输出掩模上的物理轮廓。

      • Simwafer()\text{Sim}_{\text{wafer}}(\cdot): 光刻工艺仿真器,输入掩模轮廓,输出晶圆上的成像轮廓。

      • Targetwafer\text{Target}_{\text{wafer}}: 期望在晶圆上得到的最终图形。

      • EPE(,)\text{EPE}(\cdot, \cdot): 计算两个图形轮廓之间边缘位置误差的函数。

      • minShots\min_{\text{Shots}}: 表示该优化的目标是寻找一组shot,使得最终的晶圆EPE最小。

        这一框架的精髓在于优化目标是Wafer EPE,而非传统的Mask EPE(掩模轮廓与理想ILT图形的误差)。

5. 实验设置 (Experimental Setup)

  • 数据集 (Datasets):

    • 实验使用了两种类型的测试图形,均由美光科技提供,代表了存储芯片制造中的典型和挑战性场景。
    • 接触孔阵列序列 (Contact array sequence): 包含121种不同配置的11x11接触孔阵列,通过改变节距 (pitch) 和旋转角度,覆盖了从密集到稀疏的各种情况,全面测试算法的普适性。
    • 挑战性图形集: 包含61个在光刻和OPC中公认最具挑战性的图形。
  • 评估指标 (Evaluation Metrics):

    • Shot Count (曝光点数) / Shot Density (曝光点密度):

      1. 概念定义: Shot Count是VSB设备为制造掩模而执行的矩形曝光的总次数。Shot Density是单位面积内的Shot Count (shots/µm²)。这两个指标是决定VSB写入时间的最关键因素,值越低越好。
      2. 数学公式: Shot Density=Total Shot CountPattern Area \text{Shot Density} = \frac{\text{Total Shot Count}}{\text{Pattern Area}}
      3. 符号解释: Total Shot Count是总曝光次数,Pattern Area是图形覆盖的总面积(µm²)。
    • CD (Critical Dimension, 关键尺寸) & CD Variation (关键尺寸变异):

      1. 概念定义: CD是晶圆上打印出的特征(如接触孔直径)的测量尺寸。CD Variation是所有测量点CD值的变化范围或分布情况,通常用最大值减最小值或标准差表示。该指标衡量图形尺寸的一致性,值越小越好。
      2. 数学公式: CD Variation=max(CDi)min(CDi) \text{CD Variation} = \max(\text{CD}_i) - \min(\text{CD}_i)
      3. 符号解释: CDi\text{CD}_i 是第 ii 个测量点的CD值。
    • Process Window (工艺窗口):

      1. 概念定义: 工艺窗口定义为在曝光剂量 (Dose) 和焦距 (Focus) 组成的二维空间中,所有测量点的CD值都满足预设容差(例如,与目标值的偏差在10%以内)的区域。该区域的面积越大,表示工艺越稳健。
      2. 数学公式: Process Window={(D,F)i,CDi(D,F)CDtargetCDtargetTolerance} \text{Process Window} = \{(D, F) \mid \forall i, \frac{|\text{CD}_i(D, F) - \text{CD}_{\text{target}}|}{\text{CD}_{\text{target}}} \le \text{Tolerance}\}
      3. 符号解释: (D, F) 是一组剂量和焦距的工艺条件。CDi(D,F)\text{CD}_i(D, F) 是在该条件下第 ii 个测量点的CD值。CDtarget\text{CD}_{\text{target}} 是目标CD值。Tolerance是容差,本文中为10%。
  • 对比基线 (Baselines): 实验对比了四种方案:

    1. Conventional OPC: 美光科技的量产标准OPC流程,作为行业基准。
    2. Curvilinear ILT with conventional shots: 使用传统方式将理想ILT图形断裂成大量非重叠的shots
    3. Curvilinear ILT with overlapping shots without MWCO: 使用重叠shots技术,但优化目标是Mask EPE
    4. Curvilinear ILT with overlapping shots with MWCO: 本文提出的方法,优化目标是Wafer EPE

6. 实验结果与分析 (Results & Analysis)

  • 核心结果分析 (Core Results Analysis):

    • Shot Count显著降低: 如下图(图10)所示,对于接触孔阵列,MWCO方法将shot count从传统断裂方式的超过100万降低到约25万,与标准OPC的20万相当。这直接解决了VSB写入时间过长的问题。

      Fig. 10 (a) VSB shot count and (b) shot configurations for three contact arrays. Note the POR OPC shot configurations are not shown in (b). 该图像是图10,展示了VSB光刻写入的散斑计数和散斑配置。图10(a)通过柱状图对比了不同方法(Conventional, Overlapping w/o MWCO, MWCO, OPC)的总散斑数量。图10(b)则以示意图形式呈现了三种接触阵列(Conventional Shots, Overlapping w/o MWCO Shots, MWCO Shots)的散斑配置,MWCO方法显示出更精简的配置。

    • 掩模制造可行性: 如下图(图11)的掩模SEM图像所示,采用MWCO(c列)的VSB设备成功制造出了高质量的曲线掩模图案,其效果与(a)和(b)相比,在保持关键特征的同时,SRAFs等辅助图形的形态显著简化,这正是shot count降低的原因。

      Fig. 11 Mask SEM images of VSB shot for three contact arrays with (a) conventional shots, (b) overlapping without MWCO, and (c) MWCO. 该图像是图11的掩模扫描电镜图像,展示了三种接触阵列在不同可变形状电子束(VSB)曝光策略下的情况。其中,(a)列为传统曝光方式,(b)列为无掩模-晶圆协同优化(MWCO)的重叠曝光方式,而(c)列则采用了MWCO。图像清晰地对比了不同优化方案对掩模图案,尤其是曲线形状和接触孔形状的影响。

    • 写入时间达标: 论文引用了设备商NuFlare的数据(图12),指出当shot count低于200 Gshots/pass(或shot density低于36 shots/µm²)时,VSB写入时间可低于12小时。

      Fig. 12 NuFlare's estimation of mask write time for their VSB mask writer and multibeam mask writer.28 该图像是NuFlare公司对图12中VSB(EBM-9500)和多束(MBM-1000)掩模写入器的写入时间估算图表。图表比较了不同曝光剂量(50 μC/cm²和75 μC/cm²)下,写入时间随射击计数的变化。结果显示,当射击计数超过约200 Gshot/pass时,多束写入器在写入时间上更具优势,其写入时间基本不受射击计数影响,而VSB写入时间则随射击计数线性增加。

      实验结果(图14)显示,MWCO方法的shot density(蓝线)始终远低于36 shots/µm²的阈值,而传统断裂方法(红线)则远超该阈值,写入时间将是MWCO的5到10倍。

      Fig. 14 VSB shot density of MwCO results for the contact array sequence from Fig. 11. 该图像是图14,展示了来自图11的接触阵列序列的VSB光刻写入的散斑密度(shot density)结果。图表对比了常规方法(Conventional)和掩模-晶圆协同优化(MWCO)方法。MWCO方法(蓝线)的散斑密度显著低于常规方法(红线),且始终保持在绿色虚线以下,表示写入时间少于12小时。常规方法在受SRAFs主导的区域散斑密度急剧增加,而MWCO方法则保持较低且稳定的散斑密度。

    • 晶圆打印质量优异: 如下图(图15)所示,由MWCO掩模打印出的晶圆接触孔(b列)形状圆润、尺寸均匀,证明了该方法的有效性。

      Fig. 15 MwCO results for the same contact array used in the 2019 paper. In each pair, (a) MWCO VSB mask SEM images of curvilinear mask designs for different pitches and orientations and (b) SEM image… 该图像是图15,展示了MwCO(掩模-晶圆协同优化)在一个接触阵列上的结果。图中分(a)和(b)两列,(a)列显示了不同节距和方向的弯曲线形掩模设计MWCO VSB掩模SEM图像,其中可见复杂的掩模图案。与此对应,(b)列显示了这些掩模图案在晶圆上的SEM图像,清晰地呈现出印刷的圆形接触孔阵列。每对图像直观地对比了掩模设计与实际晶圆印制效果。

    • 工艺窗口和CD控制: 这是最重要的结果。实验在63个不同的工艺角(7个焦点 x 9个剂量)下进行(图16)。

      Fig. 16 Wafer process window study to compare curvilinear ILT produced with different VSB options and OPC. 该图像是图16,展示了晶圆工艺窗口研究,以比较由不同VSB选项和OPC生成的曲线ILT。左侧子图显示了用于关键尺寸(CD)测量的晶圆打印样品扫描电子显微镜图像,呈现出椭圆形图案。右侧的彩*图则是一个剂量-焦距工艺窗口,显示了不同曝光剂量和焦距条件下的编号区域,用于评估光刻性能。

      结果显示(图18),与OPC相比,两种曲线ILT方法(有/无MWCO)都将所有工艺角下的CD最大变异从平均20nm降低到了7nm,减小了约3倍

      Fig. 18 CD maximum minus minimum variations within all 63 process conditions for all 61 test patterns/site for (a) OPC, (b) curvilinear ILT using overlapping shots without MwCO, and (c) MWCO. 该图像是图18,显示了在所有63种工艺条件和61个测试图案/站点下,CD(关键尺寸)最大值减去最小值的变化。图(a)展示了OPC(光学邻近效应校正)的结果,其CD变化范围较大。图(b)和(c)分别展示了使用不带MWCO(掩模-晶圆协同优化)的曲线型ILT(逆光刻技术)和带有MWCO的曲线型ILT,两者均显著降低了CD变化范围,表明ILT和MWCO技术在提高CD均匀性方面的有效性。

      工艺窗口图(图19)直观地显示,两种曲线ILT方法(b和c)的绿色区域(代表满足10% CD容差)比OPC(a)扩大了超过2倍

      Fig. 19 Process window plots for all 61 test patterns/sites at the all 63 process conditions for OPC, (b) curvilinear ILT with overlapping shots without MwCO, and (c) curvilinear ILT using overlappin… 该图像是图表,即图19,展示了在63种工艺条件下,61个测试图案/位点的工艺窗口。图19(a)为OPC工艺的工艺窗口,可见其绿色(高通过率)区域较小。图19(b)展示了无MWCO的曲线ILT重叠曝光方案的工艺窗口,其绿色区域明显大于OPC。而图19(c)描绘了结合MWCO的曲线ILT重叠曝光方案的工艺窗口,其绿色区域最广阔,表明该方案能够实现最大的工艺窗口,显著优于前两者。

  • 消融实验/参数分析 (Ablation Studies / Parameter Analysis):

    • 通过对比**“有MWCO的重叠shots”** 和 “无MWCO的重承shots,可以看作一组消融实验。结果(图19 b vs c)显示,MWCO在工艺窗口上略优于无MWCO的方法。但更重要的是,根据图10的数据,MWCO的shot count仅为无MWCO方法的一半。
    • 结论: MWCO的引入(即优化目标从Mask EPE转为Wafer EPE)是关键。它不仅提升了最终的晶圆质量,还以减半的shot count 实现了这一目标,展现了极高的效率和价值。

7. 总结与思考 (Conclusion & Personal Thoughts)

  • 结论总结 (Conclusion Summary): 本研究成功地证明,通过引入掩模-晶圆协同优化 (MWCO) 技术,长期以来被认为不切实际的全芯片曲线逆向光刻技术 (ILT) 可以在主流的VSB掩模写入设备上实现商业化应用。该方法不仅将掩模写入时间控制在12小时以内的实用范围内,其写入成本(shot count)甚至低于传统OPC工艺。更重要的是,它继承了曲线ILT的巨大优势,将193i光刻的工艺窗口扩大了2倍以上,并将CD变异降低了3倍,极大地提升了先进工艺节点的制造稳定性和良率。这项工作补全了全芯片曲线ILT技术的最后一块拼图,使其能够惠及所有技术节点和所有掩模工厂。

  • 局限性与未来工作 (Limitations & Future Work):

    • 模型依赖性: MWCO的成功高度依赖于掩模和晶圆工艺模型的准确性。如果仿真模型与实际物理过程有偏差,优化结果可能会偏离最优解。
    • 通用性验证: 本文主要集中于接触孔/通孔层,这些图形相对规则。该技术在更复杂的逻辑电路层(如金属互连层)的有效性还需要进一步验证。
    • 未来工作: 作者指出,MWCO将成为非EUV前沿技术节点持续提升光刻工艺和良率的推动者,并为未来采用曲线设计铺平道路。未来,该思想也可以扩展到EUV光刻等更先进的技术中。
  • 个人启发与批判 (Personal Insights & Critique):

    • 启发: 这篇论文最深刻的启发在于其**“系统性思维”和“范式转移”**。它没有孤立地看待ILT计算或掩模制造,而是将它们视为一个从设计到晶圆的完整系统。通过改变系统中的“接口”(从交付mask shape到交付shot list),巧妙地解决了看似无解的瓶颈。这种“以终为始”、协同优化的思想,对解决其他领域中涉及多个环节的复杂工程问题具有极强的借鉴意义。
    • 批判性思考:
      • 商业模式的挑战: MWCO要求设计公司(或OPC服务商)和掩模厂之间进行更深度的技术整合与数据共享(如共享精确的掩模工艺模型),这可能会对当前半导体产业的商业合作模式(特别是fabless模式)提出挑战。

      • 计算成本: 尽管论文解决了写入时间问题,但MWCO流程本身包含复杂的双重仿真和迭代优化,其计算成本和时间未在文中详细讨论,这也是评估其整体经济性的一个重要方面。

      • 技术壁垒: 该技术高度依赖于D2S公司的专有软件平台,这可能构成一定的技术壁垒,减缓其在行业内的广泛采纳速度。但从另一个角度看,这也是其核心竞争力的体现。

        总而言之,这是一篇解决真实工业界痛点的杰出应用研究论文,其技术方案巧妙、验证扎实,对半导体光刻领域具有重要的实践指导价值。

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