來(lái)源：本文由半導(dǎo)體行業(yè)觀察編譯自Semiwiki。

逆光刻技術(shù) (IInverse lithography technology：ILT) 代表了過(guò)去二十年來(lái) EDA 最重要的進(jìn)步?！?nbsp; 臺(tái)積電的彭丹平（Danping Peng ）在最近的 SPIE 高級(jí)光刻 + 圖案化會(huì)議上發(fā)表了這一論斷，他的演講題為《用于 HVM 的 ILT：歷史、現(xiàn)在和未來(lái)》。

本文總結(jié)了他富有洞察力的演講的亮點(diǎn)。事實(shí)上，ILT 已經(jīng)提高了以更高的保真度打印晶圓級(jí)特征的能力。

ILT 歷史

首先，簡(jiǎn)要回顧設(shè)計(jì)流片后與掩模制造相關(guān)的步驟：

? 掩模車(chē)間將光學(xué)鄰近校正 (OPC) 或 ILT 算法應(yīng)用于掩模數(shù)據(jù)。

? 掩膜數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 (Mask data prep：MDP) 將以適合掩碼寫(xiě)入器的格式組合 OPC/ILT 生成的數(shù)據(jù)。

? 掩模寫(xiě)入已經(jīng)從（基于光學(xué)的）圖案生成光刻膠涂層掩模坯的曝光發(fā)展到基于電子束的曝光?？勺冃螤罟馐?(VSB) 和多光束詢問(wèn)書(shū)寫(xiě)系統(tǒng)均可用。（稍后會(huì)詳細(xì)介紹。）

? 掩膜檢測(cè)步驟包括：

? 臨界尺寸 (CD) 計(jì)量 (CD-SEM)

? 使用航空影像測(cè)量系統(tǒng)（例如，Zeiss AIMS）進(jìn)行掩模審查

? 掩模缺陷修復(fù)

然后掩膜進(jìn)入晶圓廠，晶圓級(jí)印刷品將經(jīng)過(guò)類(lèi)似的步驟：CD-SEM 尺寸評(píng)估、晶圓檢測(cè)和缺陷分析。

下圖中突出顯示了對(duì)掩模校正算法的需求。

隨著晶圓上的打印尺寸隨著連續(xù)的工藝節(jié)點(diǎn)而縮放，圖像的保真度——即目標(biāo)圖像和打印的晶圓輪廓之間的差異——變得很差。需要更正版圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

生成掩模更新的原始方法被稱為光學(xué)鄰近校正 (OPC)。（直線）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中的各個(gè)部分以適當(dāng)?shù)拈g隔被一分為二，并且通常使用基于規(guī)則的算法來(lái)移動(dòng)子部分。在形狀角處添加了矩形襯線——在外角處擴(kuò)展段，在內(nèi)角處縮小。（OPC 結(jié)果被賦予了不同的名稱——例如，“hammerheads”、“dogbones”。）

隨后，OPC 算法將亞分辨率輔助功能 (SRAF) 添加到掩膜碼數(shù)據(jù)中。這些是與原始設(shè)計(jì)不同的形狀，其尺寸是有意選擇的，以便不以晶圓光刻膠分辨率打印，但由于設(shè)計(jì)形狀邊緣的光學(xué)衍射提供適當(dāng)?shù)模ńㄔO(shè)性和破壞性）干涉。

如上圖和下圖所示，ILT 算法做出了根本不同的假設(shè)，利用曲線掩模數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和 SRAF。下圖說(shuō)明了 OPC 的基于邊緣的性質(zhì)與基于像素的 ILT 算法之間的主要區(qū)別。

ILT 的工作原理

Danping用下面兩張圖來(lái)說(shuō)明ILT是如何工作的。下面的第一個(gè)圖是一個(gè)高級(jí)流程圖，提供了掩模數(shù)據(jù)生成和蝕刻后晶圓級(jí)計(jì)量之間的綜合（理想）迭代循環(huán)。（稍后將詳細(xì)介紹這個(gè)完整的循環(huán)。）

下圖提供了有關(guān) ILT 流程的更多詳細(xì)信息。兩個(gè)相鄰的形狀用于說(shuō)明。

計(jì)算強(qiáng)度的三維表示。計(jì)算誤差函數(shù)，其中包含構(gòu)成元素的加權(quán)和。每個(gè)權(quán)重乘以與計(jì)算的打印圖像和跨像素場(chǎng)的硅片目標(biāo)之間的差異相關(guān)的因子。

誤差函數(shù)可能包括來(lái)自各種印刷圖像特征的貢獻(xiàn)：

?標(biāo)稱尺寸（打印到目標(biāo)的差異）

?建模的三維光刻膠輪廓

?要抑制的目標(biāo)區(qū)域外的像素光強(qiáng)度

?對(duì)照明劑量和焦點(diǎn)變化的敏感性

追求迭代優(yōu)化以減少該誤差函數(shù)的大小。請(qǐng)注意，上圖提到了基于梯度的優(yōu)化，以減少?gòu)哪Ｐ皖A(yù)測(cè)和目標(biāo)之間的差異計(jì)算得出的誤差函數(shù)——ILT 與機(jī)器學(xué)習(xí)方法的相似性很大，正如 Danping 在他的演講的 Futures 部分中強(qiáng)調(diào)的那樣。

當(dāng)前 ILT 的采用和挑戰(zhàn)

在過(guò)去的二十年里，ILT 的采用一直存在障礙。丹平回顧了這些挑戰(zhàn)，以及如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

1. 掩膜寫(xiě)入時(shí)間

與傳統(tǒng) OPC 方法相比，曲線（基于像素）ILT 掩模數(shù)據(jù)提供了改進(jìn)的焦深。然而，相應(yīng)的數(shù)據(jù)復(fù)雜性導(dǎo)致使用可變尺寸光束 (VSB) 技術(shù)寫(xiě)入掩模的電子束****次數(shù)大幅增加。

丹平解釋說(shuō)：“當(dāng) ILT 最初被追求時(shí)，并沒(méi)有多光束掩模寫(xiě)入器。因此，使用 VSB 系統(tǒng)曝光 ILT 掩膜需要數(shù)天時(shí)間?，F(xiàn)在，使用多光束系統(tǒng)，掩模寫(xiě)入時(shí)間基本恒定，大約 8 小時(shí)?！?nbsp; 

請(qǐng)注意，ILT 數(shù)據(jù)生成應(yīng)用了“中等約束”以幫助加快速度——例如，SRAF 區(qū)域/空間/CD 的最小設(shè)計(jì)規(guī)則，形狀數(shù)據(jù)曲率的最大限制。

2. ILT 掩碼數(shù)據(jù)生成時(shí)間

“ILT 的首次采用是由內(nèi)存代工廠所采用的?！钡て奖硎?。  “他們的布局具有高度重復(fù)性，經(jīng)過(guò)精心制作，減少了重復(fù)模式的數(shù)量。”  

邏輯設(shè)計(jì)的 ILT 采用速度較慢。丹平詳細(xì)闡述了其中的一些挑戰(zhàn)：

?計(jì)算運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)（“比 OPC 慢 20 倍”）

?曲線邊緣的掩模數(shù)據(jù)規(guī)則檢查技術(shù)滯后

?曝光系統(tǒng)的改進(jìn)提高了圖像分辨率（例如，193 到 193i）和劑量均勻性，降低了 ILT 優(yōu)勢(shì)

用于模型生成和誤差函數(shù)+梯度計(jì)算的 ILT 算法以矩陣運(yùn)算為主。為了解決運(yùn)行時(shí)挑戰(zhàn)，ILT 代碼已移植到基于 GPU 的計(jì)算資源中。根據(jù) Danping 的說(shuō)法，這提供了“比嚴(yán)格基于 CPU 的計(jì)算快 10 倍” 。

為了解決掩模數(shù)據(jù)驗(yàn)證挑戰(zhàn)，SEMI Curvilinear Task Force 正在研究一種數(shù)據(jù)表示，該表示將作為模型交換的標(biāo)準(zhǔn)格式。（這也是由與硅光子結(jié)構(gòu)相關(guān)的曲線設(shè)計(jì)布局?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的。）下圖說(shuō)明了新的“規(guī)則定義”，它將成為掩模數(shù)據(jù)檢查的一部分。

丹平就 ILT 相對(duì)于曝光系統(tǒng)改進(jìn)的市場(chǎng)機(jī)會(huì)提供了以下觀察，“ILT 可用于從現(xiàn)有工具中榨取更多性能?！?nbsp;  從這個(gè)意義上說(shuō)，ILT 可以擴(kuò)展現(xiàn)有掃描儀的使用。

丹平分享了一個(gè)預(yù)測(cè)，“EUV 和 193i 掩模將在 2023 年普遍采用曲線形狀?！?nbsp; （來(lái)源：eBeam Initiative）

ILT 未來(lái)

丹平對(duì) ILT 技術(shù)提出了三個(gè)預(yù)測(cè)。

1. 采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)

如上所述，ILT 算法與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的計(jì)算和優(yōu)化技術(shù)有很多共同之處。下圖說(shuō)明了如何采用深度學(xué)習(xí)。

“經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)模型可用于生成掩膜數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行少量 ILT 迭代。ILT 掩膜數(shù)據(jù)可以在之前運(yùn)行時(shí)間的 15% 中獲得?！?，丹平提到。

2. 增加曲線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的使用

除了硅光子結(jié)構(gòu)，在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的電路布局中直接使用曲線數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)可能很快就會(huì)被采用。（考慮在 Mn+1 層上使用金屬“跳線”來(lái)改變 Mn 層上長(zhǎng)信號(hào)的布線軌道的情況。）行業(yè)對(duì)曲線數(shù)據(jù)表示的支持將使這種可能性成為可能，盡管它也會(huì)對(duì)整個(gè) EDA 工具流程。

3. 指導(dǎo) ILT 的完整“逆向蝕刻技術(shù)”(IET) 流程

較早的圖顯示了掩模數(shù)據(jù)生成的“完整循環(huán)”流程，并結(jié)合了蝕刻后的結(jié)果。與其將 ILT 誤差函數(shù)基于抗蝕劑曝光/顯影輪廓的計(jì)算模型，不如從最終蝕刻材料圖像模型中導(dǎo)出成本函數(shù)，如下圖所示。

（DOM：掩模尺寸；ADI：光刻膠顯影后檢測(cè)；AEI：蝕刻后檢測(cè)）

為蝕刻工藝構(gòu)建“數(shù)字孿生”模型需要付出巨大努力。然而，全面的掩膜數(shù)據(jù)到工藝流程優(yōu)化的好處將是巨大的。

總結(jié)

ILT 顯然將擴(kuò)展到其當(dāng)前（以內(nèi)存為中心的）應(yīng)用程序之外。業(yè)界努力支持高效和全面的曲線數(shù)據(jù)表示標(biāo)準(zhǔn)——包括掩模和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)——將有助于加速相應(yīng)的 EDA 和制造設(shè)備的啟用。正如丹平所說(shuō)，“這不是是否使用ILT的問(wèn)題，而是何時(shí)使用ILT以及使用多少層的問(wèn)題?！?/p>