定制计算机使反光刻技术首次实用化 | 智能技术

发布日期:2019-10-13 10:00
D2S公司已经建立了一个基于GPU的超级计算机,解决了加速光刻的最后一个问题。


D2S/美光Micron

TrueMask ILT曲线掩模扫描电镜,适用于不同的节距和方向。

总部位于硅谷的D2S公司上周透露,它们已经攻克了一种新技术的最后一个问题,称为反向光刻技术(ILT)。这一突破可以加快芯片的制造过程,并允许半导体工厂在不升级设备的情况下生产更先进的芯片。这个解决方案是一个定制的计算机系统,可以将关键步骤所需的时间从几周缩减到一天。

在大多数用于制造当今人工智能微芯片的光刻技术中,波长为193纳米的光通过透镜和有图案的光罩显示出来,这样图案就缩小并投射到硅片上,在硅片上定义了器件和电路特性。(最现代的芯片制造技术,极紫外光刻技术,工作原理有点不同。但是,只有少数芯片制造商拥有这些工具。)

然而,在大约10年的时间里,这些芯片晶圆的特性已经大大小于193纳米。这意味着掩模上的图案和晶圆上的图案之间的一一对应关系不再适用。如果没有一系列的光学技巧,包括奇数形状的添加和对你能使用的形状的严格限制,你在晶圆上得到的只是一堆模糊的衍射图案。

但如果你能把事情倒过来呢?从你想出现在晶圆上的特征开始,计算出在光罩上哪些奇怪形状的组合会产生它们。这是反向光刻技术(ILT)的前提。到目前为止,在整个芯片布局中使用ILT是如此的不切实际和费时,以至于即使是最先进的芯片制造商也只将其用于小面积和修复。

两个原因使得全芯片进行ILT不再是主流。第一种是掩模写入时间,最近随着多束电子束曝光技术的发展而得到解决。电子束长期以来被用来在空白光掩模上书写图案。然而,如果要绘制曲线,这项技术需要花费大量的时间,而曲线形状是获得ILT优势所需要的。新的系统可以同时写入数千束电子,没有这样的限制,无论需要多少曲线,都可以在大约半天内完成这项工作。

但是,即使具有快速绘制曲线的能力,逆光刻的纯粹计算复杂度使得为整个芯片设计掩模被分开了许多部分。传统的预处理方法试图将掩模设计划分为可计算部分,然后将解决方案拼接在一起。但是,在分区边界上出现了大量错误,将拼接起来的错误修复起来过于耗时,值得去做。

D2S现在提出了一个名为TtrueScript ILT的解决方案,一个基于GPU的计算机系统和运行它的软件,它可以在一天内处理一个完整芯片的ILT计算。“晶圆厂需要在最短的时间内交付晶片,这就要求ILT的加工时间缩短到一天,以实现实用性,”D2S首席执行官兼执行副总裁雷奥.庞( Leo Pang)在一份新闻稿中说。新的系统是“第一个商业的ILT解决方案,在一定的时间约束下提供全芯片ILT。”

计算机的设计允许它处理整个芯片,因为它的软件将系统的许多CPU和GPU结合起来,使它们像一个处理器一样工作。“我们实际上创造了一个虚拟的,巨大的GPU。”庞解释说。为了计算,掩模不再需要被分割成几个较小的。如果你能创建一个巨大的GPU,那么一个分区就变成了一个完整的芯片。

D2S和存储器芯片制造商MICON技术通过需要最严格公差的工艺层(称为接触层和切割层)创建光掩模来测试该系统。在上周发表在SPIE光掩模技术和EUV光刻会议上的结果中,新的ILT系统可以在晶片上产生,而是比现在的技术有更好的耐受聚焦和剂量变化的模式,称为光学邻近校正。“我一生中从未见过这种情况,”庞说,他在ILT工作了十多年。“当我第一次看它的时候,我简直不敢相信。”

这种称为过程窗口的公差转化为芯片制造商的一些非常有用的东西。“过程窗口的100%的改进是一代以上的[光刻]扫描仪可以实现的。”庞说。这意味着芯片制造商有可能在没有购买新的光刻机的情况下向更先进的制造节点移动。

它还可以通过消除对一个或多个光掩模的需要来减少工艺的费用。由于193纳米光刻技术已经达到了极限,芯片制造商不得不使用两个甚至三个掩模来制作一层最小的特性晶圆。庞建议,ILT可以用一个口罩做同样的工作。

目前,最新一代的光刻机不需要ILT,因为它们使用的光,即135纳米极端紫外线,其波长仍然小于被要求生产的特性。但随着少数拥有这种技术的公司继续奉行摩尔定律,这种情况可能会改变。