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中国光刻,重大进展!

分享于 2021-06-15 09:24:26
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近日,中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室提出一种基于虚拟边(Virtual Edge)与双采样率像素化掩模图形(Mask pixelation with two-phase sampling)的快速光学邻近效应修正技术(Optical proximity correction, OPC),仿真结果表明该技术具有较高的修正效率。


光刻是极大规模集成电路制造的关键技术之一,光刻分辨率决定集成电路的特征尺寸。随着集成电路图形的特征尺寸不断减小,光刻系统的衍射受限属性导致明显的光学邻近效应,降低了光刻成像质量。在光刻机软硬件不变的情况下,采用数学模型和软件算法对照明模式、掩模图形与工艺参数等进行优化,可有效提高光刻分辨率、增大工艺窗口,此类技术即计算光刻技术(Computational Lithography)。该技术被认为是推动集成电路芯片按照摩尔定律继续发展的新动力。


OPC技术通过调整掩模图形的透过率分布修正光学邻近效应,从而提高成像质量。基于模型的OPC技术是实现90nm及以下技术节点集成电路制造的关键计算光刻技术之一。上海光机所科研人员提出的这种基于虚拟边与双采样率像素化掩模图形的快速光学邻近效应修正技术,能够将不同类型的成像失真归结为两种类型的成像异常,即内缩异常与外扩异常。利用不同的成像异常检测模板,依次在掩模图形的边缘和拐角等轮廓偏移判断位置进行局部成像异常检测,确定异常类型及异常区域的范围。根据异常检测位置与异常区域范围,自适应产生虚拟边。通过移动虚拟边调整掩模的局部透过率分布,从而修正局部成像异常。借助修正策略和修正约束,实现高效的局部修正和全局轮廓保真度控制。另外,双采样率像素化掩模充分利用了成像系统的衍射受限属性,在粗采样网格上进行成像计算与异常检测,在精采样网格上进行掩模修正,兼顾了成像计算效率与掩模修正分辨率。利用多种掩模图形进行验证,仿真结果表明该OPC技术的修正效率优于常用的基于启发式算法的OPC技术。


相关研究成果发表在Optics Express上。研究工作得到国家重大科技专项和上海市自然科学基金项目的支持。



延伸阅读:


国产光刻机现状如何?技术全面进步,但90nm之后依然困难


最近华为鸿蒙系统的火爆以及全球芯片紧缺的现状,使得“国产芯片”这个话题再一次回到了人们议论的中心。尽管国内中芯国际在14nm工艺上已经能够做到高良率的量产,但是一方面产能规模尚不能和海外芯片代工厂相比,另外由于生产线上的半导体设备严重依赖海外技术,特别是美国技术,所以也要受到相关的限制,比如说无法给华为代工芯片。


事实上,要说国内不重视自主芯片发展那是不可能的,关键还是生产芯片的光刻机这部分,技术门槛的确比较高。从技术角度而言,我国的确已经取得了不小的进步,比如上海微电子在去年就传出了今年年底会推出支持生产28nm芯片的国产DUV光刻机,而像中科院这几年也在光刻技术上屡有建树,之前还提出了快速光学邻近效应修正技术,使得我国自主光刻技术有了重大的进展。


但技术进步只是一方面,真正要将光刻机相关的技术发展到可用阶段,甚至达到商用,难度还是非常大的。目前全球光刻机主要被荷兰ASML、日本佳能和尼康所垄断,三家厂商合计占据了约99%的市场份额。当然,我们熟知的生产EUV光刻机的荷兰ASML,这几年更是一家独大,所有先进制程的芯片生产全部依靠ASML的光刻机。


至于我国国产光刻机的现状,目前上海微电子依然走在了前端。上海微电子已经量产了自主研发的光刻机,包括了SSX600和 SSX500两个系列,但问题是上海微电子的国产光刻机,在技术上的确和海外差距非常大。从芯片生产的角度来看,上海微电子量产的国产光刻机,目前可以制造 90nm、110nm、280nm的芯片,相比ASML的EUV光刻机已经可以量产3nm芯片相比,还是很难相提并论的。


而且除了光刻机在基础技术和芯片工艺上的差异之外,上海微电子的国产光刻机在良率和小效率上也无法和海外相比。据悉上海微电子的国产光刻机只是单工台,过货能力只有每小时75片,这个生产效率使得有芯片制造需求的厂商,为了成本而不得不考虑采用海外的光刻机,因为即使是生产90nm以及更古老的芯片,上海微电子的国产光刻机在良率和产能上,也是无法满足厂商的需求的。


至于传闻中今年年底上海微电子会推出的28nm国产光刻机,其实这个说法有点不完整。准确地说,上海微电子号称年底推出的新一代国产光刻机,从技术上应该说是193nm ArF浸润式光刻机,从技术上可以和之前ASML的DUV光刻机相比,算是国产的DUV光刻机,它当然可以生产28nm的芯片,但是在技术提升后,多次曝光甚至可以支持7nm制程的芯片制造。所以说它是28nm光刻机,实际上有点小瞧它了。


但问题是这款国产DUV光刻机,真的能在年底推出么?


不出意外的话,在未来几年时间里,国内的芯片厂商想要制造芯片,还是得以海外光刻机为主,一方面可以生产工艺更为先进的芯片,另一方面在商业角度而言,考虑到成本、效率,国产光刻机也没法和海外同类产品相比,厂商怎么选择并没有什么疑问。


当然现在国内在自主研发光刻机上的确下了不少功夫,上海微电子也好,中科院也好,现在实际上都是处于一个积累的过程,这样一个门槛较高的领域,我们又落后海外太多,想要从技术以及商业上追赶上来,绝非一朝一夕之功,而且我们在进步,海外也在进步,我们国产光刻机还在努力突破40nm工艺,海外已经搞定了3nm的制程,甚至IBM都已经生产出2nm的芯片,这不得不让人感慨差距的确非常大。


值得一提的是,业内一直传闻华HUWEI为在考虑自己建造芯片生产线,并已经开始自主研发光刻机。


来源:中国科学院,杰夫视点

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