抛刻曲线:研究引入掩模晶圆协同优化方法

掩模/晶圆协同优化的概念，通过移动镜头与掩模和晶圆双重模拟，以尽量减少晶圆误差。VSB镜头配置及其对应的掩模图案。MWCO掩模及其晶圆印花。晶圆制程窗口显示MWCO将制程窗口提高了2倍。工艺窗口是衡量晶圆印刷质量的关键指标。资料来源:《微/纳米图案、材料与计量学杂志》(2024)。Doi: 10.1117/1.jmm.23.1.011207

推进半导体芯片技术的核心是一个关键挑战:制造更小、更高效的电子元件。这一挑战在光刻领域尤为明显，该工艺用于在半导体材料(称为晶圆)上创建复杂的图案，用于生产芯片。

光刻技术使用一种被称为光掩模的模板，在半导体晶圆上创造图案。业界一直在寻找提高掩模和晶圆的分辨率和可制造性的方法，这将生产出更快的芯片，更高产量的正常功能芯片。

提高分辨率和模式保真度的计算光刻技术，如光学接近校正(OPC)，通过修改单个掩模模式来改善掩模和晶圆印刷，在解决这些挑战方面取得了重大进展。

逆光刻技术(ILT)是一种数学上严格的逆方法，可确定将产生所需晶圆上结果的掩模形状，已被视为解决先进芯片光刻技术许多挑战的有前途的解决方案。自十多年前推出以来，已有大量研究表明，特别是曲线ILT掩模形状，可以产生最佳的晶圆效果。

然而，直到最近，与这种计算技术相关的运行时限制了它在芯片上关键“热点”的实际应用。2019年，提出了一种全新的专用系统，其中包括一种独特的GPU加速方法，该方法模拟单个巨型GPU/CPU对，可以一次计算整个全芯片ILT解决方案。这种新颖的方法，系统地设计了ILT和GPU加速，使全芯片ILT成为生产中的现实。

然而，这种方法依赖于多波束掩模写入，这是掩模写入的一个重要的新发展，它是基于像素的，因此在写入时间方面与形状无关。剩下的问题是，如果全芯片，曲线ILT的好处可以扩展到可变形状光束(VSB)掩模写入器，写入直线(有时是三角形)形状而不是像素，这构成了当今世界上大多数掩模写入器。虽然VSB写入器通过一次写入一个矩形镜头来快速创建较大的矩形，但复杂的掩模模式可能是一个问题，因为创建它们所需的大量小矩形需要花费太长时间。D2S, Inc.的团队在《微/纳米图案、材料和计量学》杂志上报告了他们的工作，他们发明了一种称为掩模晶圆协同优化(MWCO)的方法，有三个见解:掩模编写器和晶圆扫描仪都是低通滤波器;通过掩模/晶圆模拟引导的重叠镜头可以用更少的镜头创建曲线形状;通过瞄准晶圆图案，而不是掩模图案，可以创建更简单的镜头来打印正确的晶圆图案。通过使用这种双重模拟，晶圆印刷质量迭代优化，同时操纵VSB拍摄边缘，以产生已知可在VSB写入器上写入的直线目标掩模形状，具有已知和可接受的拍摄计数。

D2S和Micron Technology已经证明，与Micron OPC相比，MWCO可以将晶圆变化减少3倍，并且可以将晶圆工艺窗口提高2倍，这表明光刻工艺的精度和可靠性有了实质性的提高。一个完整的曲线ILT掩模的写入时间将少于12小时，满足大批量生产要求。

这意味着即使没有多波束掩模写入器，所有半导体制造商现在也可以生产出体积更小，性能更高，功耗更低的芯片。