在半導體制造領域，計算光刻技術是推動芯片制程不斷突破的關鍵因素之一。隨著積體電路的尺寸不斷縮小，計算光刻技術應運而生，成為提升光刻精度和芯片效能的重要手段。在國內尖端光刻裝置受限的背景下，其重要性更是不言而喻。
在這一技術革新的浪潮中，東方晶源以其前瞻性的布局和強大的研發能力，成為推動計算光刻技術發展的先鋒，以及國內半導體制造行業實作技術飛躍的關鍵力量。
從基於規則、模型到基於ILT，計算光刻進入3.0時代
光刻是將積體電路器件的結構圖形從掩膜轉移到矽片或其他半導體基片表面上的工藝過程，是實作芯片制造的關鍵技術。在莫耳定律的推動下，積體電路的尺寸不斷縮小，光刻技術同樣逐步逼近其分辨率的物理極限，同時光刻系統的繞射受限特性，以及各類系統像差、誤差和工藝偏差，導致圖案模糊或失真，嚴重影響光刻成像精度。
在此背景下，計算光刻技術應運而生，它基於光學成像和光刻工藝模型，采用數學方法對光刻系統參數和工藝參數進行獨立或綜合最佳化設計，透過電腦模擬和最佳化光刻過程，能夠預測和改善光刻過程中的成像效果，補償因繞射或光學、抗蝕劑和蝕刻鄰近效應而導致的各種影像誤差，從而提高芯片制造的良率和效能。計算光刻技術的發展對於實作積體電路更小的特征尺寸、更高的整合度和更好的效能至關重要。
進入0.18um工藝節點以後，就需要采用計算光刻來提升光刻系統的成像效能。從誕生至今，計算光刻的發展經歷了三個階段。首先是基於規則的OPC（光學鄰近校正），早期的計算光刻技術依賴於經驗和規則，透過預先設定的規則庫對光刻掩膜進行調整，以補償光刻過程中的各種誤差。隨後，隨著技術的發展，基於物理模型的OPC技術取代了基於規則的方法，透過數學模型來預測光刻過程，提高了光刻精度和效率。現在，計算光刻技術已經進入基於ILT（反向光刻技術）的3.0時代。
東方晶源EDA軟體研發負責人丁明博士指出，ILT技術基於精準的光刻數學模型，從目標芯片圖形出發，逆向推導獲得最佳化掩膜圖形，極大地提升最佳化的靈活性和精準度，更能滿足先進制程對圖形精度的苛刻需求。在工藝制程不斷縮微的征途中，ILT技術無疑將是提升制造良率的關鍵技術。
「相比傳統光刻技術，ILT的優勢在於，第一，無需提前建立曝光輔助圖形規則，通常這一過程非常耗時、復雜； 第二，ILT基於實際的物理過程模型並以制造良率為目標驅動，獲得的掩膜結果更為精準；第三，ILT掩膜最佳化自由度更高，采用更為先進的最佳化演算法，獲得的最佳化解更優。」丁博士表示。
不過他也指出，這項技術起源於2000年左右，雖然已有超過20年歷史，但是一直以來尚未突破廣泛量產套用的諸多挑戰。一是ILT計算光刻所需計算量龐大，無法被量產采用。二是傳統計算光刻方法在28nm及以上工藝節點，相對成熟，使用者切換到ILT技術的意願性不強。三是復雜掩膜制造難度大。
「ILT的計算過程比傳統OPC更為復雜，計算時間要長出許多，尤其是芯片制程逐漸來到10nm及以下，圖形密度增加且光刻工藝更為復雜，計算所需的時間也越來越長，對於芯片制造商是一個巨大的負擔。」丁博士表示，「同時ILT技術得到的初始理想掩膜結果需要轉換為可制造的掩膜圖形。這就需要對所生成的掩膜復雜度進行控制，保證掩膜的可制造性，不可避免會對最佳化品質或者說光刻效能有所犧牲。因此在掩膜復雜度和光刻效能的平衡上也是需要認真考慮的一個現實問題。」
顯然，隨著人工智慧、高效能計算芯片等驅動工藝制程繼續向前，ILT已經成為行業發展的必然選擇。丁博士認為，鑒於國際上對EUV光刻在2nm工藝制程時必須引入ILT達成一致共識，而國內在尖端光刻裝置受限的情況下，對ILT的迫切性更高，因此國內ILT計算光刻時代將會提前到來。
突破技術難點，東方晶源ILT解決方案再革新
東方晶源作為專註於積體電路制造良率管理的企業，在制造端EDA方面取得了諸多傲人的成績，圍繞計算光刻環節，旗下PanGen®平台已經形成八個產品矩陣，包括精確的制程仿真、DRC、SBAR、OPC、LRC、DPT、SMO、DMC，具備完整的計算光刻相關EDA工具鏈條，產品體系完備，技術成熟。目前已透過國內各主流邏輯、儲存芯片制造廠商驗證並投入大規模使用，量產掩膜超6000張，工藝覆蓋90~1x奈米節點。
在計算光刻領域，丁博士指出，東方晶源自公司創立以來就前瞻性地圍繞ILT進行研究，在國內率先實作了全芯片級別的基於ILT技術的掩膜最佳化。面對當前國內工藝制程的迫切需求，近期東方晶源ILT解決方案又成功攻克眾多技術難題，包括最佳化收斂性、結果一致性、人工智慧加速、掩膜復雜度重整化等，目前正在國內各大儲存、邏輯晶圓廠商加緊驗證。
東方晶源ILT解決方案創新之處以及優勢體現在：
第一，支持矩形圖形（Rectangle）、曼哈頓圖形（Manhattan）以及未來曲線圖形（Curvilinear）等不同復雜度掩膜設計，適應不同客戶及套用場景需求。
第二，基於獨創的混合圖形影像最佳化演算法，控制ILT最佳化變量數目，提升最佳化效率；同時對理想最佳化掩膜結果進行物理性約束，提升最佳化品質。
圖 1 人工智慧賦能東方晶源全芯片ILT解決方案
圖 2 PanGen ILT®支持生成不同復雜度的掩膜圖形
第三，領先地采用CPU+GPU的混合超算架構以及開放式的軟體架構，核心計算模組采用CUDA進行加速，結合自研的booster加速演算法使得全芯片ILT成為現實。與此同時，引入人工智慧技術，進一步提升東方晶源全新產品PanGen ILT®解決方案計算效率，實作更好的收斂結果以及更好的掩膜一致性。其深度學習模型預測結果與ILT計算結果相似度高達95%，同時獲得幾十倍的提速。
圖 3 PanGen ILT®結果相比傳統OPC結果工藝視窗增大超過10%
丁博士表示，東方晶源革新後的全芯片ILT解決方案完整驗證預計將於今年底完成，從目前已獲得的部份驗證結果來看，對於客戶關註的關鍵點位，其在工藝視窗及成像品質等方面均有較為明顯的改善。另外，除了前沿工藝節點，ILT技術在成熟制程中也可實作工藝開發流程的加速，降低對各種復雜工藝規則建立的依賴，減少工藝研制中的試驗輪次，提高工藝開發的效率和準確性。
隨著半導體工藝繼續演進，在人工智慧和雲端運算的發展推動下，ILT技術也將更為全面地走向AI based ILT，在效率和效能上的優勢更加突顯。與此同時，結合雲端運算，透過「上雲」進一步加速ILT的廣泛運用，也將為中小型芯片設計與制造企業提供更為經濟和靈活的解決方案。
當前的ILT技術積累可以套用於更先進的制程節點，當然更先進的制程節點將會帶來更大的挑戰。丁博士指出，首先是最佳化變量的增加將會使ILT的計算量劇增；其次對掩膜復雜度要求會進一步提高，曲線圖形將會廣泛采用，需要更高效的曲線掩膜儲存及表征最佳化技術；最後需要支持各種不斷湧現的新型工藝。
「隨著國內半導體制造技術的不斷進步，東方晶源的ILT技術將繼續引領計算光刻技術的變革，推動整個行業進入更加精準、高效的3.0時代。」丁博士強調，「未來ILT進一步完善方向包括：第一，充分利用算力發展的紅利，充分挖掘釋放計算潛能；第二，聯合硬體廠商針對ILT實作客製化加速；第三，探索更為高效的演算法，提升最佳化收斂速度和掩膜結果品質。」
結語
經過20多年的發展，ILT技術終於迎來了大規模量產的轉折點，這得益於人工智慧技術的興起和關鍵算力水平的顯著提升。這些進步使得ILT技術在全芯片套用中的部署變得切實可行，為未來半導體工藝的持續進步提供了關鍵動力。
面對國際市場的壟斷和出口限制，以及國內在起步時間、資金投入和技術積累方面的不足，國內計算光刻技術，特別是ILT技術的自主研發尤為迫切。作為國內計算光刻技術的先驅和領導者，東方晶源在ILT領域的最新突破，為國內先進半導體制造工藝的快速發展註入了新的動力。在計算光刻3.0時代，東方晶源的技術將成為中國半導體產業鏈自主可控和自立自強的關鍵支撐技術之一。
