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计算光刻

半导体术语

光刻工艺过程可以用光学和化学模型，借助数学公式来描述。光照射在掩模上发生衍射，衍射级被投影透镜收集并会聚在光刻胶表面，这一成像过程是一个光学过程；投影在光刻胶上的图像激发光化学反应，烘烤后导致光刻胶局部可溶于显影液，这是化学过程。计算光刻就是使用计算机来模拟、仿真这些光学和化学过程，从理论上探索增大光刻分辨率和工艺窗口的途径，指导工艺参数的优化。

计算光刻起源于20世纪80年代，它一直是作为一种辅助工具而存在。从180nm技术节点开始，器件上最小线宽开始小于曝光波长，光学邻近效应修正变得必不可少，成为掩模图形处理中的一个关键步骤。随着技术节点的进一步缩小，修正技术不断完善，得到了更高的修正准确度。到2008年左右，光刻机波长的缩小和透镜的增大遇到瓶颈，更短波长的光刻机不能按时交付使用。工程师不得不使用已有的193nm浸没式光刻机从事32nm至10nm逻辑器件光刻工艺的研发[1]。这时，光刻工艺分辨率的提高完全依赖于所谓的分辨率增强技术，包括优化光照条件使得图形的分辨率达到最佳、光学邻近效应修正和添加曝光辅助图形。2010年左右出现的光照条件和掩模图形协同优化技术以及反演光刻技术更是把计算光刻推到了一个新的高峰。毫不夸张地说，从32nm技术节点以下，计算光刻已经成为光刻工艺研发的核心。
计算光刻是依靠专用软件包来实现的，这些软件包都是有专门的供应商提供的。一个芯片的尺寸最大可达32mmx26mm，其中最小图形的线宽只有10nm，因此，一个光刻层的版图文件可达几百个GB。而且随着技术节点的推进，计算光刻的模型也越来越复杂，所需要的计算时间也更多。因此，计算光刻的运算量巨大，需要多CPU的并行计算。光刻工程师使用一些专用的测试图形曝光，收集晶圆上的线宽数据，用来修正软件里的模型，使之计算出的结果和实验尽量吻合。
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