微電子所在計(jì)算光刻研究方面取得進(jìn)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心韋亞一課題組在與武漢新芯集成電路制造公司光刻部門(mén)以及計(jì)算光刻軟件商ASML和Mentor Graphics合作中，對(duì)光源和掩模聯(lián)合優(yōu)化、設(shè)計(jì)與工藝聯(lián)合優(yōu)化、焦面位置變化的高精度檢測(cè)和高精度光刻套刻對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行了聯(lián)合攻關(guān)，成功開(kāi)發(fā)出產(chǎn)業(yè)界適用的解決方法，保證了先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的光刻工藝穩(wěn)定性及可制造性。

　　光源和掩模聯(lián)合優(yōu)化是分辨率增強(qiáng)技術(shù)中進(jìn)一步提高光刻分辨率的關(guān)鍵技術(shù)。SMO根據(jù)光刻光學(xué)成像模型，采用預(yù)畸變方法調(diào)整光源形狀及強(qiáng)度分布、修正掩模圖形，調(diào)制透過(guò)掩模的電磁場(chǎng)分布，從而提高光刻系統(tǒng)的成像性能?；谠摷夹g(shù)，課題組與美國(guó)賽普拉斯、武漢新芯合作進(jìn)行“3D-NAND存儲(chǔ)器關(guān)鍵層光刻條件確定”項(xiàng)目研發(fā)，提出了新型的光源、掩模、設(shè)計(jì)規(guī)則優(yōu)化方法，進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，不僅確保了3D-NAND典型層的成功制造，而且保證了單次曝光工藝窗口達(dá)到100納米，MEEF小于6，缺陷數(shù)量在可控范圍內(nèi)，曝光結(jié)果滿(mǎn)足工業(yè)制造良率要求，解決了光刻工藝窗口過(guò)小的問(wèn)題。

　　隨著集成電路工業(yè)發(fā)展到20納米節(jié)點(diǎn)以下，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)師與制造廠(chǎng)之間的單線(xiàn)聯(lián)系已不足以支撐發(fā)展，設(shè)計(jì)和工藝聯(lián)合優(yōu)化這一新技術(shù)理念應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計(jì)與工藝聯(lián)合優(yōu)化是目前光刻技術(shù)，乃至整個(gè)芯片制造技術(shù)的核心技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)與工藝聯(lián)合優(yōu)化方法在我國(guó)仍是空白。目前該方面的研究和應(yīng)用暫時(shí)處于不成熟的探索階段。課題組對(duì)10納米節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用開(kāi)展了系統(tǒng)研究，提出了設(shè)計(jì)規(guī)則的轉(zhuǎn)換、版圖分析、模型驗(yàn)證、熱點(diǎn)分類(lèi)以及設(shè)計(jì)規(guī)則優(yōu)化等新的方法論，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)則生產(chǎn)適于14/10納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的友好版圖，以用于先進(jìn)節(jié)點(diǎn)工藝探索與模型建立的研發(fā)。該研究進(jìn)展被選為2016年中國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)大會(huì)的邀請(qǐng)報(bào)告。

　　光刻工藝穩(wěn)定性控制是22納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，其中焦面位置變化的高精度檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定性良好控制的重要指標(biāo)。針對(duì)現(xiàn)有基于相移掩模的焦面位置檢測(cè)方法的精度無(wú)法滿(mǎn)足先進(jìn)光刻工藝需求的問(wèn)題，課題組創(chuàng)新性地在掩模測(cè)量標(biāo)記的結(jié)構(gòu)中引入透光區(qū)、阻光區(qū)、180°相移區(qū)和90°相移區(qū)四種結(jié)構(gòu)（圖3）。利用優(yōu)化的四種結(jié)構(gòu)寬度比例消除了衍射級(jí)次中的+1級(jí)和+2級(jí)，順利解決了傳統(tǒng)方法在超大NA光學(xué)系統(tǒng)中靈敏度系數(shù)低的問(wèn)題，成功將焦面位置檢測(cè)靈敏度提高到了。相比現(xiàn)有方法，新型焦面位置測(cè)量標(biāo)記將檢測(cè)靈敏度提高了25%以上。

　　高精度光刻套刻對(duì)準(zhǔn)決定了核心芯片的光刻質(zhì)量。課題組就產(chǎn)業(yè)界提出的先進(jìn)光刻套刻對(duì)準(zhǔn)晶圓質(zhì)量（WQ）問(wèn)題進(jìn)行了攻關(guān)，成功開(kāi)發(fā)出面向先進(jìn)光刻工藝的光刻套刻對(duì)準(zhǔn)仿真平臺(tái)，順利解決了不同探測(cè)波長(zhǎng)、不同薄膜圖層、不同套刻結(jié)構(gòu)對(duì)套刻WQ的影響。該仿真結(jié)果與193納米光刻機(jī)實(shí)際量測(cè)結(jié)果相符，與先進(jìn)計(jì)算光刻某專(zhuān)用商業(yè)軟件仿真結(jié)果一致。課題組進(jìn)一步采用簡(jiǎn)化仿真算法，提出了幾種新的套刻標(biāo)記（見(jiàn)圖4），比ASML設(shè)計(jì)的AH53和AH74衍射對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記具有更高的第一級(jí)、第五級(jí)或第七級(jí)衍射光強(qiáng)，即新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有更高的套刻對(duì)準(zhǔn)WQ，可獲得更可靠的晶圓套刻質(zhì)量。該成果已申請(qǐng)專(zhuān)利。

　　上述研究成果得到了合作單位武漢新芯、美國(guó)賽普拉斯以及計(jì)算光刻軟件商ASML和Mentor Graphics的高度認(rèn)可，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。