計算光刻進入3.0時代，東方晶源ILT引領技術變革

在半導體制造領域，計算光刻技術是推動芯片制程不斷突破的關鍵因素之一。隨著集成電路的尺寸不斷縮小，計算光刻技術應運而生，成為提升光刻精度和芯片性能的重要手段。在國內(nèi)尖端光刻設備受限的背景下，其重要性更是不言而喻。

在這一技術革新的浪潮中，東方晶源以其前瞻性的布局和強大的研發(fā)能力，成為推動計算光刻技術發(fā)展的先鋒，以及國內(nèi)半導體制造行業(yè)實現(xiàn)技術飛躍的關鍵力量。

從基于規(guī)則、模型到基于ILT，計算光刻進入3.0時代

光刻是將集成電路器件的結構圖形從掩膜轉移到硅片或其他半導體基片表面上的工藝過程，是實現(xiàn)芯片制造的關鍵技術。在摩爾定律的推動下，集成電路的尺寸不斷縮小，光刻技術同樣逐步逼近其分辨率的物理極限，同時光刻系統(tǒng)的衍射受限特性，以及各類系統(tǒng)像差、誤差和工藝偏差，導致圖案模糊或失真，嚴重影響光刻成像精度。

在此背景下，計算光刻技術應運而生，它基于光學成像和光刻工藝模型，采用數(shù)學方法對光刻系統(tǒng)參數(shù)和工藝參數(shù)進行獨立或綜合優(yōu)化設計，通過計算機模擬和優(yōu)化光刻過程，能夠預測和改善光刻過程中的成像效果，補償因衍射或光學、抗蝕劑和蝕刻鄰近效應而導致的各種圖像誤差，從而提高芯片制造的良率和性能。計算光刻技術的發(fā)展對于實現(xiàn)集成電路更小的特征尺寸、更高的集成度和更好的性能至關重要。

進入0.18um工藝節(jié)點以后，就需要采用計算光刻來提升光刻系統(tǒng)的成像性能。從誕生至今，計算光刻的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。首先是基于規(guī)則的OPC（光學鄰近校正），早期的計算光刻技術依賴于經(jīng)驗和規(guī)則，通過預先設定的規(guī)則庫對光刻掩膜進行調(diào)整，以補償光刻過程中的各種誤差。隨后，隨著技術的發(fā)展，基于物理模型的OPC技術取代了基于規(guī)則的方法，通過數(shù)學模型來預測光刻過程，提高了光刻精度和效率。現(xiàn)在，計算光刻技術已經(jīng)進入基于ILT（反向光刻技術）的3.0時代。

東方晶源EDA軟件研發(fā)負責人丁明博士指出，ILT技術基于精準的光刻數(shù)學模型，從目標芯片圖形出發(fā)，逆向推導獲得最優(yōu)化掩膜圖形，極大地提升優(yōu)化的靈活性和精準度，更能滿足先進制程對圖形精度的苛刻需求。在工藝制程不斷縮微的征途中，ILT技術無疑將是提升制造良率的關鍵技術。

“相比傳統(tǒng)光刻技術，ILT的優(yōu)勢在于，第一，無需提前建立曝光輔助圖形規(guī)則，通常這一過程非常耗時、復雜； 第二，ILT基于實際的物理過程模型并以制造良率為目標驅動，獲得的掩膜結果更為精準；第三，ILT掩膜優(yōu)化自由度更高，采用更為先進的優(yōu)化算法，獲得的優(yōu)化解更優(yōu)?！倍〔┦勘硎?。

不過他也指出，這項技術起源于2000年左右，雖然已有超過20年歷史，但是一直以來尚未突破廣泛量產(chǎn)應用的諸多挑戰(zhàn)。一是ILT計算光刻所需計算量龐大，無法被量產(chǎn)采用。二是傳統(tǒng)計算光刻方法在28nm及以上工藝節(jié)點，相對成熟，用戶切換到ILT技術的意愿性不強。三是復雜掩膜制造難度大。

“ILT的計算過程比傳統(tǒng)OPC更為復雜，計算時間要長出許多，尤其是芯片制程逐漸來到10nm及以下，圖形密度增加且光刻工藝更為復雜，計算所需的時間也越來越長，對于芯片制造商是一個巨大的負擔?！倍〔┦勘硎?，“同時ILT技術得到的初始理想掩膜結果需要轉換為可制造的掩膜圖形。這就需要對所生成的掩膜復雜度進行控制，保證掩膜的可制造性，不可避免會對優(yōu)化質(zhì)量或者說光刻性能有所犧牲。因此在掩膜復雜度和光刻性能的平衡上也是需要認真考慮的一個現(xiàn)實問題?！?/p>

顯然，隨著人工智能、高性能計算芯片等驅動工藝制程繼續(xù)向前，ILT已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的必然選擇。丁博士認為，鑒于國際上對EUV光刻在2nm工藝制程時必須引入ILT達成一致共識，而國內(nèi)在尖端光刻設備受限的情況下，對ILT的迫切性更高，因此國內(nèi)ILT計算光刻時代將會提前到來。

突破技術難點，東方晶源ILT解決方案再革新

東方晶源作為專注于集成電路制造良率管理的企業(yè)，在制造端EDA方面取得了諸多傲人的成績，圍繞計算光刻環(huán)節(jié)，旗下PanGen?平臺已經(jīng)形成八個產(chǎn)品矩陣，包括精確的制程仿真、DRC、SBAR、OPC、LRC、DPT、SMO、DMC，具備完整的計算光刻相關EDA工具鏈條，產(chǎn)品體系完備，技術成熟。目前已通過國內(nèi)各主流邏輯、存儲芯片制造廠商驗證并投入大規(guī)模使用，量產(chǎn)掩膜超6000張，工藝覆蓋90~1x納米節(jié)點。

在計算光刻領域，丁博士指出，東方晶源自公司創(chuàng)立以來就前瞻性地圍繞ILT進行研究，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了全芯片級別的基于ILT技術的掩膜優(yōu)化。面對當前國內(nèi)工藝制程的迫切需求，近期東方晶源ILT解決方案又成功攻克眾多技術難題，包括優(yōu)化收斂性、結果一致性、人工智能加速、掩膜復雜度重整化等，目前正在國內(nèi)各大存儲、邏輯晶圓廠商加緊驗證。

東方晶源ILT解決方案創(chuàng)新之處以及優(yōu)勢體現(xiàn)在：

第一，支持矩形圖形（Rectangle）、曼哈頓圖形（Manhattan）以及未來曲線圖形（Curvilinear）等不同復雜度掩膜設計，適應不同客戶及應用場景需求。

第二，基于獨創(chuàng)的混合圖形圖像優(yōu)化算法，控制ILT優(yōu)化變量數(shù)目，提升優(yōu)化效率；同時對理想優(yōu)化掩膜結果進行物理性約束，提升優(yōu)化質(zhì)量。

第三，領先地采用CPU+GPU的混合超算架構以及開放式的軟件架構，核心計算模塊采用CUDA進行加速，結合自研的booster加速算法使得全芯片ILT成為現(xiàn)實。與此同時，引入人工智能技術，進一步提升東方晶源全新產(chǎn)品PanGen ILT?解決方案計算效率，實現(xiàn)更好的收斂結果以及更好的掩膜一致性。其深度學習模型預測結果與ILT計算結果相似度高達95%，同時獲得幾十倍的提速。

丁博士表示，東方晶源革新后的全芯片ILT解決方案完整驗證預計將于今年底完成，從目前已獲得的部分驗證結果來看，對于客戶關注的關鍵點位，其在工藝窗口及成像質(zhì)量等方面均有較為明顯的改善。另外，除了前沿工藝節(jié)點，ILT技術在成熟制程中也可實現(xiàn)工藝開發(fā)流程的加速，降低對各種復雜工藝規(guī)則建立的依賴，減少工藝研制中的試驗輪次，提高工藝開發(fā)的效率和準確性。

隨著半導體工藝繼續(xù)演進，在人工智能和云計算的發(fā)展推動下，ILT技術也將更為全面地走向AI based ILT，在效率和性能上的優(yōu)勢更加突顯。與此同時，結合云計算，通過“上云”進一步加速ILT的廣泛運用，也將為中小型芯片設計與制造企業(yè)提供更為經(jīng)濟和靈活的解決方案。

當前的ILT技術積累可以應用于更先進的制程節(jié)點，當然更先進的制程節(jié)點將會帶來更大的挑戰(zhàn)。丁博士指出，首先是優(yōu)化變量的增加將會使ILT的計算量劇增；其次對掩膜復雜度要求會進一步提高，曲線圖形將會廣泛采用，需要更高效的曲線掩膜存儲及表征優(yōu)化技術；最后需要支持各種不斷涌現(xiàn)的新型工藝。

“隨著國內(nèi)半導體制造技術的不斷進步，東方晶源的ILT技術將繼續(xù)引領計算光刻技術的變革，推動整個行業(yè)進入更加精準、高效的3.0時代?！倍〔┦繌娬{(diào)，“未來ILT進一步完善方向包括：第一，充分利用算力發(fā)展的紅利，充分挖掘釋放計算潛能；第二，聯(lián)合硬件廠商針對ILT實現(xiàn)定制化加速；第三，探索更為高效的算法，提升優(yōu)化收斂速度和掩膜結果質(zhì)量?！?/p>

結語

經(jīng)過20多年的發(fā)展，ILT技術終于迎來了大規(guī)模量產(chǎn)的轉折點，這得益于人工智能技術的興起和關鍵算力水平的顯著提升。這些進步使得ILT技術在全芯片應用中的部署變得切實可行，為未來半導體工藝的持續(xù)進步提供了關鍵動力。

面對國際市場的壟斷和出口限制，以及國內(nèi)在起步時間、資金投入和技術積累方面的不足，國內(nèi)計算光刻技術，特別是ILT技術的自主研發(fā)尤為迫切。作為國內(nèi)計算光刻技術的先驅和領導者，東方晶源在ILT領域的最新突破，為國內(nèi)先進半導體制造工藝的快速發(fā)展注入了新的動力。在計算光刻3.0時代，東方晶源的技術將成為中國半導體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控和自立自強的關鍵支撐技術之一。