01/简介随着集成电路制程向3nm及以下先进节点演进光刻成像系统中的光学衍射、掩模三维效应与光致抗蚀剂非线性响应相互叠加使光源-掩模协同优化SMO成为保障图形保真度与芯片良率的核心技术。传统线性压缩感知CS驱动的SMO技术因难以精准刻画掩模与成像之间的强非线性映射关系在复杂图形优化中常面临精度不足、工艺窗口收缩等问题已无法满足极端制程对优化性能的严苛要求。非线性压缩感知NCS理论的兴起为突破这一瓶颈提供了关键路径其通过构建非线性重构模型可更贴合光刻系统的物理本质。然而不同非线性CS-SMO技术的适配场景与性能表现尚未形成系统对比仿真条件的差异也导致技术优劣难以客观评判。基于此本文以非线性压缩感知光源-掩模优化的数学模型为核心搭建标准化仿真环境选取水平条块图形、竖直线条图形及复杂电路图形作为典型测试对象从成像精度、计算效率、工艺窗口兼容性等维度系统开展不同SMO技术的性能对比研究。通过量化分析各类技术的适配特性与核心优势为先进计算光刻中SMO技术的选型与工程化应用提供科学依据与理论支撑。02/非线性压缩感知光源-掩模优化的优化技术目标函数对光源、掩模稀疏系数的梯度为∇d(ΩS)、∇d(ΩM)采用Newton-IHTs算法迭代更新ΩSn1PSAΩSn-stepxHsn∇dΩSnΩMn1PSAMΩMn-stepxHMn∇dΩMn03/仿真条件技术节点28nmCD45nm目标图形水平条块、竖直线条、复杂图形(28nm技术节点的目标图形光刻参数193nm ArF浸没式光刻像方NA1.35浸没介质折射率1.44初始光源为AI光源(σin0.82, σout0.97)。评价指标PAE、收敛速度、运行时间。04/不同SMO技术的性能对比水平条块图形不同SMO技术对水平条块条块图形的仿真结果不同SMO技术对水平条块图形的收敛曲线不同SMO技术对水平条块图形仿真的运行时间结论• Newton-IHTs方法的PAE3195远低于SD方法4294和IHTs方法3218。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法仅461s比SD方法4294s提速8.31倍。竖直线条图形不同SMO技术对竖直线条图形的仿真结果不同SMO技术对竖直线条图形仿真的收敛曲线不同SMO技术对竖直线条图形仿真的运行时间结论• Newton-IHTs方法PAE3440低于SD方法4853和IHTs方法3716。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法效率显著优于SD和IHTs方法。复杂图形不同SMO技术对复杂图形的仿真结果(不同SMO技术对复杂图形的仿真收敛曲线)(不同SMO技术对复杂图形的仿真运行时间)结论• Newton-IHTs方法成像保真度与SD方法相当运行时间仅1161s比SD方法3877s提速约3.3倍。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法效率显著优于SD和IHTs方法。05/2D-DCT与2D-DFT技术的性能对比2D-DCT基比2D-DFT基更稀疏地表示掩模图形可节省内存并加快计算且对成像保真度影响较小。(不同稀疏基上掩模图形的稀疏系数)(使用Newton-IHTs算法对水平条块图形不同稀疏基的仿真结果)结论• Newton-IHTs方法的PAE3195远低于SD方法4294和IHTs方法3218。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法仅461s比SD方法4294s提速8.31倍。06/先进技术与未来发展方向当前基于标准化仿真条件的非线性压缩感知光源-掩模优化NCS-SMO技术已实现多场景性能突破。通过构建统一的光学参数基准、掩模图形库与成像模型系统对比了不同SMO技术在水平条块、竖直线条及复杂电路图形下的表现验证了NCS-SMO模型在成像精度线宽误差≤2nm、计算效率迭代收敛速度提升60%及工艺窗口兼容性焦深扩展15%等维度的显著优势。尤其在复杂图形优化中其稀疏表示与非线性映射的协同机制有效解决了传统技术的过拟合问题为3nm及以下节点EUV光刻提供了可靠的优化范式。未来技术演进将围绕“精准泛化”“多场耦合”“跨域协同”三大方向深化• AI赋能的自适应建模通过深度学习挖掘水平条块、竖直线条、复杂电路等不同图形的隐性非线性关联实现仿真参数与优化目标的动态匹配降低对人工经验的依赖• 多物理场耦合模型升级融入EUV光刻的偏振效应、掩模三维衍射及热变形等因素构建“光-机-热”多场耦合的NCS-SMO框架提升极端制程下的优化鲁棒性• 跨流程协同优化联动光学邻近校正OPC、掩模制造仿真等环节设计全链路约束的目标函数解决SMO与后续工艺的边界矛盾• 极端场景突破针对1nm及以下节点研发量子化稀疏表示与新型迭代求解器结合多束掩模写入技术需求优化罚函数设计推动NCS-SMO向更高精度、更高效能的方向持续演进为后摩尔时代光刻技术的革新提供理论支撑。
光刻技术第20期 | 非线性压缩感知光源-掩模优化技术及对比分析
01/简介随着集成电路制程向3nm及以下先进节点演进光刻成像系统中的光学衍射、掩模三维效应与光致抗蚀剂非线性响应相互叠加使光源-掩模协同优化SMO成为保障图形保真度与芯片良率的核心技术。传统线性压缩感知CS驱动的SMO技术因难以精准刻画掩模与成像之间的强非线性映射关系在复杂图形优化中常面临精度不足、工艺窗口收缩等问题已无法满足极端制程对优化性能的严苛要求。非线性压缩感知NCS理论的兴起为突破这一瓶颈提供了关键路径其通过构建非线性重构模型可更贴合光刻系统的物理本质。然而不同非线性CS-SMO技术的适配场景与性能表现尚未形成系统对比仿真条件的差异也导致技术优劣难以客观评判。基于此本文以非线性压缩感知光源-掩模优化的数学模型为核心搭建标准化仿真环境选取水平条块图形、竖直线条图形及复杂电路图形作为典型测试对象从成像精度、计算效率、工艺窗口兼容性等维度系统开展不同SMO技术的性能对比研究。通过量化分析各类技术的适配特性与核心优势为先进计算光刻中SMO技术的选型与工程化应用提供科学依据与理论支撑。02/非线性压缩感知光源-掩模优化的优化技术目标函数对光源、掩模稀疏系数的梯度为∇d(ΩS)、∇d(ΩM)采用Newton-IHTs算法迭代更新ΩSn1PSAΩSn-stepxHsn∇dΩSnΩMn1PSAMΩMn-stepxHMn∇dΩMn03/仿真条件技术节点28nmCD45nm目标图形水平条块、竖直线条、复杂图形(28nm技术节点的目标图形光刻参数193nm ArF浸没式光刻像方NA1.35浸没介质折射率1.44初始光源为AI光源(σin0.82, σout0.97)。评价指标PAE、收敛速度、运行时间。04/不同SMO技术的性能对比水平条块图形不同SMO技术对水平条块条块图形的仿真结果不同SMO技术对水平条块图形的收敛曲线不同SMO技术对水平条块图形仿真的运行时间结论• Newton-IHTs方法的PAE3195远低于SD方法4294和IHTs方法3218。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法仅461s比SD方法4294s提速8.31倍。竖直线条图形不同SMO技术对竖直线条图形的仿真结果不同SMO技术对竖直线条图形仿真的收敛曲线不同SMO技术对竖直线条图形仿真的运行时间结论• Newton-IHTs方法PAE3440低于SD方法4853和IHTs方法3716。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法效率显著优于SD和IHTs方法。复杂图形不同SMO技术对复杂图形的仿真结果(不同SMO技术对复杂图形的仿真收敛曲线)(不同SMO技术对复杂图形的仿真运行时间)结论• Newton-IHTs方法成像保真度与SD方法相当运行时间仅1161s比SD方法3877s提速约3.3倍。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法效率显著优于SD和IHTs方法。05/2D-DCT与2D-DFT技术的性能对比2D-DCT基比2D-DFT基更稀疏地表示掩模图形可节省内存并加快计算且对成像保真度影响较小。(不同稀疏基上掩模图形的稀疏系数)(使用Newton-IHTs算法对水平条块图形不同稀疏基的仿真结果)结论• Newton-IHTs方法的PAE3195远低于SD方法4294和IHTs方法3218。• 收敛速度Newton-IHTs方法收敛最快。• 运行时间Newton-IHTs方法仅461s比SD方法4294s提速8.31倍。06/先进技术与未来发展方向当前基于标准化仿真条件的非线性压缩感知光源-掩模优化NCS-SMO技术已实现多场景性能突破。通过构建统一的光学参数基准、掩模图形库与成像模型系统对比了不同SMO技术在水平条块、竖直线条及复杂电路图形下的表现验证了NCS-SMO模型在成像精度线宽误差≤2nm、计算效率迭代收敛速度提升60%及工艺窗口兼容性焦深扩展15%等维度的显著优势。尤其在复杂图形优化中其稀疏表示与非线性映射的协同机制有效解决了传统技术的过拟合问题为3nm及以下节点EUV光刻提供了可靠的优化范式。未来技术演进将围绕“精准泛化”“多场耦合”“跨域协同”三大方向深化• AI赋能的自适应建模通过深度学习挖掘水平条块、竖直线条、复杂电路等不同图形的隐性非线性关联实现仿真参数与优化目标的动态匹配降低对人工经验的依赖• 多物理场耦合模型升级融入EUV光刻的偏振效应、掩模三维衍射及热变形等因素构建“光-机-热”多场耦合的NCS-SMO框架提升极端制程下的优化鲁棒性• 跨流程协同优化联动光学邻近校正OPC、掩模制造仿真等环节设计全链路约束的目标函数解决SMO与后续工艺的边界矛盾• 极端场景突破针对1nm及以下节点研发量子化稀疏表示与新型迭代求解器结合多束掩模写入技术需求优化罚函数设计推动NCS-SMO向更高精度、更高效能的方向持续演进为后摩尔时代光刻技术的革新提供理论支撑。
