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2019 年最新版“瓦森納安排 Wassenaar Arrangement”的“軍民兩用技術(shù)清單”中，在 2018 年版的基礎(chǔ)上，將原“物理模擬軟件 Physics-based simulation software”修改為“計(jì)算光刻軟件 Computational lithography software”。
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2018 年版的內(nèi)容表述為：物理模擬軟件

2019 年版的內(nèi)容直接表述為：計(jì)算光刻軟件。

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芯思想研究院對(duì)歷年“瓦森納安排”的“軍民兩用技術(shù)清單”進(jìn)行了仔細(xì)研讀后發(fā)現(xiàn)，針對(duì)這一條款，在“瓦森納安排”24 年的歷史中，經(jīng)過(guò)兩次修訂，第一次修訂是 2003 年版，將最初的“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 Computer-aided-design（CAD） software”修訂為“物理模擬軟件 Physics-based simulation software”。
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芯思想研究院認(rèn)為，這一條款修訂非常關(guān)鍵，每次修訂都將范圍擴(kuò)大，而且這次修訂特別指明極紫外光（Extreme Ultra-violet，EUV）光刻，直接擊打在中國(guó)半導(dǎo)體光刻工藝研發(fā)的七寸上。

光刻（lithography）是集成電路制造中最重要的步驟，是目前最主要的在晶圓上制作亞微米和納米精度圖形的技術(shù)。光刻是利用光化學(xué)反應(yīng)（Photo-Chemical Reaction，PCR）原理把制備在掩模上的圖形通過(guò)光刻投影系統(tǒng)轉(zhuǎn)印至晶圓上的過(guò)程。光照射在掩模上發(fā)生衍射，衍射級(jí)被投影透鏡收集并會(huì)聚在光刻膠表面，這一成像過(guò)程是一個(gè)光學(xué)過(guò)程；投影在光刻膠上的圖像激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，烘烤后導(dǎo)致光刻膠局部可溶于顯影液，這是化學(xué)過(guò)程。如此說(shuō)來(lái)，光刻包括光學(xué)和化學(xué)過(guò)程。
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計(jì)算光刻技術(shù)其實(shí)就是利用軟件和高性能計(jì)算，來(lái)模擬仿真光刻過(guò)程中的光學(xué)和化學(xué)過(guò)程，或者說(shuō)是模擬光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（Optical Proximity Correction，OPC），從理論上探索增大最小可分辨特征尺寸（Minimum Resolvable Feature size，MRF）和工藝窗口（Process Window，PW）的途徑，指導(dǎo)工藝參數(shù)的優(yōu)化。
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要了解計(jì)算光刻技術(shù)的意義，我們要先了解一下有關(guān)光刻投影系統(tǒng)的幾個(gè)概念。
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1、光刻投影系統(tǒng)的最小可分辨特征尺寸（Minimum Resolvable Feature size，MRF）?
投射到晶圓上的特征圖的精度，取決于投影系統(tǒng)的光波長(zhǎng)，以及經(jīng)過(guò)光掩模板（illuminated mask）衍射光的衍射級(jí)次有多少能被投影透鏡系統(tǒng)（Projection Optical System）捕獲。當(dāng)前最常用的光刻投影系統(tǒng)使用的深紫外光（Deep Ultra-violet，DUV）是由波長(zhǎng)為 248nm 和 193nm 的準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的。但是先進(jìn)制造工藝已經(jīng)進(jìn)展到了 7 納米和 5 納米，這些工藝使用的極紫外光（EUV）是由波長(zhǎng) 13.5nm 的激光器產(chǎn)生的。
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光刻投影系統(tǒng)能夠刻印的最小可分辨特征尺寸（Minimum Resolvable Feature size，MRF）的計(jì)算公式如下：

MRF=曝光光源波長(zhǎng)（λ）* k1/NA

*k1 是一個(gè)獨(dú)立于光學(xué)成像的因子，取決于光刻投影系統(tǒng)和光刻膠的性質(zhì)等因素，通常為一個(gè) 0.25-1 之間的常數(shù)（從 1996 年至今，最初是 0.7，也有過(guò) 0.4，現(xiàn)在是 0.35）

*NA 是投影鏡頭的數(shù)值孔徑（Numerical Aperture，NA）
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通過(guò)這個(gè)公式，我們可以看到 MRF 與λ是成正比的，與 NA 成反比的。要提高 MRF，可以減小曝光光源波長(zhǎng)λ，增大數(shù)值孔徑 NA 。當(dāng)掩模版圖形尺寸遠(yuǎn)大于光源波長(zhǎng) λ ,?亦即遠(yuǎn)大于 MRF 時(shí)，由衍射產(chǎn)生的圖形偏差可以忽略不計(jì)，在這種情況下光刻膠膜中通過(guò)曝光形成的光刻圖形與掩模版圖形基本相同。然而由于技術(shù)發(fā)展和資金規(guī)模的限制，光刻投影系統(tǒng)所用光源波長(zhǎng)的減小速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于電路特征尺寸的減小速度。
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這樣我們就可以理解 ASML 的 EUV 光刻投影系統(tǒng)要加大 NA，目前 NEX:3400C 的 NA 是 0.33，ASML 正在和 Carl Zeiss（卡爾蔡司）努力將 NA 提升至 0.55，以裝備在 EXE:5000 光刻投影系統(tǒng)中，如果完成，MRF 將縮小 30%，工藝進(jìn)展可至 3 納米。
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2、光刻投影系統(tǒng)可清晰成像的尺度范圍 / 焦深（Depth of Focus，DoF）
由于晶圓平整度誤差、光刻膠厚度不均勻、調(diào)焦誤差以及視場(chǎng)彎曲等因素的存在，最佳成像平面與實(shí)際成像平面之間總是存在一定誤差，這被稱之為離焦。離焦一般會(huì)導(dǎo)致成像質(zhì)量下降，并且由于光刻膠層有一定的厚度，要保證蝕刻質(zhì)量也要求其上下表面的成像有一定的一致性。這都要求成像系統(tǒng)能夠保證在理想成像平面上下一定范圍之內(nèi)都有較佳的成像效果。一般將這一范圍稱之為焦深（Depth of Focus，DoF）。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在芯片表面最高處和最低處都必須達(dá)到分辨率的要求。
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焦深可以通過(guò)下面的公式計(jì)算：

DoF=曝光光源波長(zhǎng)（λ）* k2/NA2

*NA 是投影鏡頭的數(shù)值孔徑（Numerical Aperture）

*k2 因子隨照明方式的不同而變化，理論上可以大于 1
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通過(guò)這個(gè)公式，我們可以看到 DoF 與λ是成正比的，與 NA 成反比的。要提高 DoF，可以增加光源波長(zhǎng)λ，減小數(shù)值孔徑 NA 。
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那么問(wèn)題來(lái)了，MRF 是越小越好，DoF 則是越大越好。因此通過(guò)減小光源波長(zhǎng)λ以及增大 NA 的方法，在提高分辨率的同時(shí)，也會(huì)降低系統(tǒng)的焦深，兩者是矛盾的。所以增加 NA 要和 DoF 折中考慮。
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專家還對(duì)筆者表示，設(shè)計(jì)曝光系統(tǒng)時(shí)還需要折中考慮曝光區(qū)域（exposure field）。曝光區(qū)域越小，就需要更多的時(shí)間來(lái)完成整片晶圓的曝光。
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3、曝光區(qū)域（exposure field）

在光刻工藝中，光刻投影系統(tǒng)單次實(shí)現(xiàn)曝光所能支持的最大區(qū)域范圍為曝光區(qū)域。先進(jìn)步進(jìn)掃描式（Scanner）光刻投影系統(tǒng)所能支持的最大曝光區(qū)域面積是 26mm×33mm，目前 ASML 的最先進(jìn)的光刻投影系統(tǒng) TWINSCAN NXE:3400C 就是這個(gè)曝光區(qū)域；而步進(jìn)式光刻投影系統(tǒng)（Stepper）的曝光區(qū)域只有 22mm×22mm，不過(guò) 2019 年 12 月佳能（Canon）發(fā)布的 i 線步進(jìn)式光刻投影系統(tǒng) FPA-3030iWa 的曝光區(qū)域可達(dá) 52mm x52mm。
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事實(shí)上，光刻工藝中，在曝光時(shí)，實(shí)際芯片可能小于這個(gè)尺寸，光刻投影系統(tǒng)的曝光區(qū)域必須能夠隨之做調(diào)整。也可以把幾個(gè)不同的版圖放在同一張掩模版上，這樣一個(gè)曝光區(qū)域中就可以有幾個(gè)不同的器件設(shè)計(jì)（die），最終制造成幾個(gè)不同功能的芯片。

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隨著工藝的不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)尺寸不斷縮小，器件中最小線寬開(kāi)始小于曝光波長(zhǎng)，越來(lái)越逼近光刻投影系統(tǒng)的極限，光的衍射效應(yīng)變得越來(lái)越明顯，導(dǎo)致最終對(duì)設(shè)計(jì)圖形產(chǎn)生光學(xué)影像退化，實(shí)際形成的光刻圖案相對(duì)于掩模版上的圖案發(fā)生嚴(yán)重畸變，比如晶圓表面成像相對(duì)于原始版圖會(huì)出現(xiàn)拐角處圓化、線端縮短、線條寬度變窄等嚴(yán)重的不一致，最終在硅片上經(jīng)過(guò)光刻形成的實(shí)際圖形和設(shè)計(jì)圖形不同，這種現(xiàn)象稱為光學(xué)鄰近效應(yīng)（Optical Proximity Effect，OPE）。
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我們知道，摩爾定律的推動(dòng)下，為了更高的性能，更低的功耗以及更低的成本，用于光刻的光源波長(zhǎng)從 436nm（g 線，汞燈），405nm（h 線，汞燈），365nm（i 線，汞燈），248nm（DUV，KrF 準(zhǔn)分子激光），193nm（DUV，ArF 準(zhǔn)分子激光），到目前最先進(jìn)的 13.5nm（EUV）。也就是說(shuō)當(dāng) MRF 進(jìn)入 0.5μm 以下時(shí)，MRF 和光源波長(zhǎng)一直存在間隔，且一直在擴(kuò)大，掩模圖形和晶圓表面實(shí)際印刷圖形之間的光學(xué)鄰近效應(yīng)越發(fā)明顯，就要開(kāi)始進(jìn)行圖形修正。

事實(shí)上，在 0.5μm 以下的工藝中，從 i 線到深紫外線，由于 DoF 的要求，業(yè)界提出并廣泛采用了在不改變光刻波長(zhǎng)的前提下通過(guò)控制光刻投影系統(tǒng)的其他各項(xiàng)參數(shù)，如減小 k1 或增大 k2（使用 NA 可變的鏡頭），來(lái)實(shí)現(xiàn)提高圖形轉(zhuǎn)移質(zhì)量；還有就是采用減小光刻畸變和提高系統(tǒng)焦深的分辨率增強(qiáng)技術(shù)（Resolution Enhancement Technology，RET）。目前業(yè)界把這些技術(shù)統(tǒng)稱計(jì)算光刻技術(shù)。
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具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算光刻技術(shù)包括光學(xué)鄰近效應(yīng)校正（Optical Proximity Correction，OPC）、光源 - 掩模協(xié)同優(yōu)化技術(shù)（Source Mask Optimization，SMO）、多重圖形技術(shù)（Multi Patterning Technology，MPT）、反演光刻技術(shù)（Inverse Lithography Technique，ILT）、離軸照明（Off Axis Illumination，OAI）、亞分辨率輔助圖形（Sub-Resolution Assist Feature，SRAF），也包括有效填補(bǔ)（dummy fill）、工藝變化帶寬（Process Variation band，PV-band）分析、邊緣放置誤差（Edge Placement Error，EPE）改善。
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現(xiàn)在，在先進(jìn)工藝特別是 FinFET 工藝中，計(jì)算光刻已經(jīng)成為光刻工藝研發(fā)的核心。計(jì)算光刻是依靠專用 EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，Electronics Design Automation）工具來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些 EDA 工具都是有專門的供應(yīng)商提供的。
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下面我們簡(jiǎn)單介紹一下幾大計(jì)算光刻技術(shù)的情況。
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光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（Optical Proximity Correction，OPC）
前文提到，在光刻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生光學(xué)鄰近效應(yīng)，為了修正光學(xué)鄰近效應(yīng)，便產(chǎn)生了光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)。隨著工藝的進(jìn)一步發(fā)展，光學(xué)臨近效應(yīng)修正已經(jīng)成為光刻圖形處理的關(guān)鍵步驟，變得必不可少。
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光學(xué)鄰近效應(yīng)校正可以算是最早的計(jì)算光刻技術(shù)。前文說(shuō)到，當(dāng)晶圓上的線寬小于曝光波長(zhǎng)時(shí)，必須對(duì)掩模上的圖形做光學(xué)鄰近效應(yīng)修正。光學(xué)鄰近效應(yīng)修正中應(yīng)用了一種被稱為圖像分割（Fracturing）的技術(shù)，將需要成像的圖形劃分成許多小塊，并且利用衍射光束之間的相互干涉效應(yīng)，在掩模板上將需要成像的圖形的形狀進(jìn)行一些改變，并在轉(zhuǎn)角等處添加或減少一些小塊圖形，這樣就可以利用衍射效應(yīng)來(lái)消除最終在晶圓上成型的圖像轉(zhuǎn)角等邊緣處可能出現(xiàn)的圖像邊緣缺陷。
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光學(xué)鄰近效應(yīng)校正有兩種，一是早期基于規(guī)則的 OPC（Rule-Based OPC，RB-OPC），二是現(xiàn)在基于模型的 OPC（Model-Based OPC，MB-OPC）。
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RB-OPC 首先于 0.25μm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)被引入光刻工藝中，由于其簡(jiǎn)單和計(jì)算快速的特點(diǎn)被廣泛使用。然而這種方法需要人為制定 OPC 規(guī)則，OPC 軟件根據(jù)事先確定的規(guī)則對(duì)設(shè)計(jì)圖形做光學(xué)鄰近效應(yīng)修正。這種方法的關(guān)鍵是修正規(guī)則，它規(guī)定了如何對(duì)各種曝光圖形進(jìn)行修正。其形式與內(nèi)容會(huì)極大的影響 OPC 數(shù)據(jù)處理的效率和修正的精度。修正規(guī)則是從大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納出來(lái)的，隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，修正規(guī)則也可以通過(guò)計(jì)算的方法產(chǎn)生。修正規(guī)則都是在一定照明條件下產(chǎn)生的。如果工藝條件發(fā)生了變化，這些修正規(guī)則必須重新修訂[1][2][3]。

隨著光學(xué)畸變加劇，這些規(guī)則變得極為龐雜而難以延續(xù)，必須在結(jié)合 RB-OPC 的情況下引入 MB-OPC，并讓 MB-OPC 承擔(dān)主要的修正職責(zé)。
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MB-OPC 從 90nm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始被廣泛應(yīng)用，使用光學(xué)模型和光刻膠化學(xué)反應(yīng)模型來(lái)計(jì)算出曝光后的圖形。MB-OPC 通過(guò)光學(xué)仿真建立精確的計(jì)算模型，然后調(diào)整圖形的邊沿不斷仿真迭代，直到逼近目標(biāo)圖形。
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MB-OPC 的流程更加復(fù)雜，對(duì)計(jì)算資源的需求呈指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)。光刻工程師還使用一些專用的測(cè)試圖形曝光，收集晶圓上的數(shù)據(jù)，用來(lái)修正軟件里的模型，使之計(jì)算出的結(jié)果和實(shí)際盡量吻合。顯然實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)越多，模型擬合越精確。但是太多的測(cè)試圖形會(huì)使得晶圓數(shù)據(jù)的收集量太大。因此，測(cè)試圖形的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵[1][2][3]。

隨著器件尺寸向 10nm 以下發(fā)展，各種不常見(jiàn)的物理現(xiàn)象層出不窮。例如從掩模表面散射的電磁波需要更嚴(yán)格地建模（Mask 3D 效應(yīng)），以表示掩模版表面立體結(jié)構(gòu)對(duì)光衍射的影響。OPC 工程師不僅要考慮光學(xué)畸變，還要考慮光刻膠工藝（Resist 3D 效應(yīng)）的影響，例如烘烤和顯影。這時(shí)的 OPC 已經(jīng)不再是單純的數(shù)據(jù)處理，而是綜合考慮物理、化學(xué)、光學(xué)、高性能計(jì)算的跨學(xué)科應(yīng)用，使得實(shí)現(xiàn) OPC 的 EDA 工具也非常復(fù)雜。此時(shí)，工程師的經(jīng)驗(yàn)在計(jì)算光刻解決方案部署過(guò)程中起非常關(guān)鍵的作用，它們將決定解決方案的效能和效率，進(jìn)而影響到整個(gè)節(jié)點(diǎn)工藝的成敗。
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說(shuō)到底，光學(xué)臨近效應(yīng)修正技術(shù)就是掩模優(yōu)化（Mask Optimization，MO），根據(jù)已定的光源，通過(guò)修正掩模形狀來(lái)改善圖形的光學(xué)表現(xiàn)。
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多重圖形技術(shù)（Multi Patterning Technology，MPT）
前文提到，由于工藝制程的提升，最小可分辨特征尺寸（MRF）已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光源波長(zhǎng)，利用 DUV 曝光系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法一次刻蝕成型。
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既然無(wú)法一次刻蝕成型，那就多刻蝕幾次，每一次刻蝕一部分，然后拼湊成最終圖案。于是業(yè)界提出了多重圖形技術(shù)。目前有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一是曝光 - 刻蝕 - 曝光 - 刻蝕（Litho Etch Litho Etch，LELE），二是自對(duì)準(zhǔn)多重曝光技術(shù)（Self-Aligned Multi Patterning，SAMP）。
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LELE 是將設(shè)計(jì)版圖分解成兩套獨(dú)立的低密度圖形，通過(guò)兩次單獨(dú)曝光和兩次單獨(dú)刻蝕，然后疊加在一起，形成更精細(xì)的圖案。但是 LELE 要求設(shè)計(jì)人員對(duì)版圖做拆分，即所謂的分配顏色，把原始繪制的版圖拆分到兩塊掩模上。在 LELE 工藝中，后續(xù)曝光時(shí)必須對(duì)先前的圖形進(jìn)行結(jié)構(gòu)保護(hù)；更大的難題是兩次光刻的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。目前 LELE 工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于 14nm 及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的器件中。目前 LELE 已經(jīng)演變成 TPT LELELE（Triple Patterning Pattern spilt Litho Etch Litho Etch Litho Etch）。
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SAMP 是通過(guò)一次光刻形成核心圖形，然后通過(guò)沉積（Deposition）在核心圖案兩側(cè)形成側(cè)墻（Side Wall），最后通過(guò)刻蝕（Etch）和修剪曝光來(lái)實(shí)現(xiàn)所要的圖形。SAMP 已經(jīng)從 SADP（Self-Aligned Double Patterning）演變出自對(duì)準(zhǔn)三重曝光技術(shù)（Self-Aligned Triple Patterning，SATP）和自對(duì)準(zhǔn)四重曝光技術(shù)（Self-Aligned Quad Patterning，SAQP）。SAMP 工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于 FinFET 的制造中。
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光源掩模協(xié)同優(yōu)化技術(shù)（Source Mask Optimization，SMO）?
前文提到，OPC 是根據(jù)已定光源對(duì)掩模進(jìn)行優(yōu)化，增大工藝窗口。對(duì)于 28nm 及以上技術(shù)節(jié)點(diǎn)，最常用的照明光源是固定形狀的，例如環(huán)型（Annular）、雙極型（Dipole）、四極型（Quasar）等。
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隨著工藝節(jié)點(diǎn)的不斷推進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)來(lái)到 20nm，且更先進(jìn)的已經(jīng)進(jìn)入 10nm 以下，pitch 越來(lái)越小，對(duì)分辨率的要求越來(lái)越高，已經(jīng)逼近了 193nm 浸沒(méi)式光刻技術(shù)所能達(dá)到的極限，常規(guī)照明方式下使用 OPC 無(wú)法獲得足夠的工藝窗口，就需要光源上光強(qiáng)分布盡量集中。于是光源優(yōu)化（Source Optimization，SO）概念應(yīng)運(yùn)而生。
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SMO 技術(shù)出現(xiàn)于 2000 年，是一種針對(duì)極小尺寸圖形光刻的計(jì)算光刻技術(shù)，對(duì)光刻工藝中的光源和掩模進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，來(lái)改善在超小尺寸節(jié)點(diǎn)中的光刻工藝窗口，增強(qiáng)光學(xué)表現(xiàn)。很快 SMO 技術(shù)就獲得大范圍應(yīng)用。
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光源優(yōu)化通過(guò)針對(duì)具體出現(xiàn)的多類圖形，如實(shí)際版圖中的不同 pitch 的 line & space 和 line end 以及 C 型 dipole 等各類圖形，對(duì)光源的形狀進(jìn)行修飾，形成定制形狀的光源，使之能夠照顧到絕大多數(shù)圖形和最關(guān)鍵的圖形，獲得較好的工藝窗口。
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光源形狀和掩模形狀對(duì)工藝窗口的影響并不是相互獨(dú)立，將以上的 MO 和 SO 的概念結(jié)合在一起，對(duì)光源和掩模進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，便是 SMO 所做的工作，即根據(jù)給定的光刻條件和實(shí)際版圖，通過(guò) SMO 給出優(yōu)化后光源和與之對(duì)應(yīng)的掩模板圖形，雖然掩模板圖形并不能作為最終 OPC 的結(jié)果，但可以為 OPC 的工作提供一定的參考。

典型的 SMO?

SMO 除了優(yōu)化光源，提升光刻的工藝窗口外，還可以為 design rule（設(shè)計(jì)規(guī)則）的制定提供依據(jù)。
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反演光刻技術(shù)（Inverse Lithography Technology，ILT）?
反演光刻技術(shù)（Inverse Lithography Technology，ILT），是以晶圓上要實(shí)現(xiàn)的圖形為目標(biāo)，反演計(jì)算出掩模版上所需要圖形的算法。就是將光學(xué)鄰近效應(yīng)校正（OPC）或光源 - 掩模交互優(yōu)化（SMO）的過(guò)程看做作為逆向處理的問(wèn)題，將光刻后的目標(biāo)圖形設(shè)為理想的成像結(jié)果，根據(jù)已知成像結(jié)果，根據(jù)投影系統(tǒng)空間像的變換模型，反演計(jì)算出掩模圖像[4]。
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反演光刻技術(shù)能夠使光刻掩模圖像獲得最大的自由度。結(jié)合光刻掩模技術(shù)的發(fā)展，反演光刻技術(shù)提供單次曝光所能獲得解析度的極限。
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雖然 ILT 和 OPC 的目的是完全一樣的，使曝光后晶圓上的圖形和設(shè)計(jì)圖形一致，但是其方法卻有著完全不同的思路。相較 OPC 需要事先進(jìn)行切割，ILT 是對(duì)整個(gè)版圖進(jìn)行離散化處理。
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ILT 不僅是對(duì)設(shè)計(jì)圖形做修正以期在晶圓上得到所要的圖形，而是把要在晶圓上實(shí)現(xiàn)的圖形作為目標(biāo)反演計(jì)算出在掩模上所需要的圖形。反演光刻通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算得到一個(gè)理想的掩模圖形。用這種方法設(shè)計(jì)出的掩模，在曝光時(shí)能提供比較高的成像對(duì)比度[1]。
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由于反演光刻技術(shù)非常復(fù)雜，特別是對(duì)整個(gè)芯片而言計(jì)算量很大，所以從 2005 年 Luminescent Technologies（2014 年被 KLA 收購(gòu)）推出第一套可商用反演光刻軟件以來(lái)，業(yè)界認(rèn)為在在整個(gè)芯片布局中使用 ILT 是不切實(shí)際的。
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目前普遍的做法是先使用通常的模型修正（OPC+SRAF）來(lái)完成掩模數(shù)據(jù)的處理，然后找出其中不符合要求的部分，也稱為“壞點(diǎn)”。把這些“壞點(diǎn)”截取出來(lái)，局部做 ILT 處理，得到最佳的修正。最后再把經(jīng) ILT 處理后的部分貼回到數(shù)據(jù)中去。這種局部的 ILT 處理，可以節(jié)省大量的計(jì)算時(shí)間[1]。
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最近，內(nèi)存制造商美光科技和 ILT 軟件提供商 D2S 合作，在對(duì)工藝窗口要求嚴(yán)格的接觸層（contact layers）和切割層（cut layers）方面進(jìn)行了一些測(cè)試。數(shù)據(jù)表明，對(duì)工藝窗口有明顯的改善作用。

計(jì)算光刻技術(shù)的作用?
遙想當(dāng)年，整個(gè)集成電路制造界，包括英特爾、臺(tái)積電、三星都在 28nm、22nm 節(jié)點(diǎn)卡殼，想必就是遇到 193nm ArF 的極限問(wèn)題。然而現(xiàn)在利用 193nm+浸入式技術(shù) +多重圖形技術(shù)已經(jīng)完成了 7 納米節(jié)點(diǎn)工藝，半導(dǎo)體不可謂不神奇。
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不過(guò)發(fā)展到今天，最小可分辨特征尺寸（MRF）已經(jīng)不同于以往的叫法。xx nm 節(jié)點(diǎn)不意味著晶體管的結(jié)構(gòu)真有那么小，原先這個(gè)數(shù)字（xxx nm）是指結(jié)構(gòu)的 half pitch，而到了現(xiàn)在“水份”更多，一般是指最小 feature-size。所以現(xiàn)在 22nm、16nm、14nm、7nm、5nm 只是一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)志，其對(duì)應(yīng)的最小結(jié)構(gòu)要比節(jié)點(diǎn)數(shù)字大兩倍左右。
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這一成績(jī)的取得，也多虧了計(jì)算光刻技術(shù)，不管 OPC、SMO、DPT 還是 ILT 都是對(duì)現(xiàn)有光刻工藝技術(shù)的一種有效補(bǔ)充，盡可能的增大工藝窗口，提高分辨率。
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1、仿真運(yùn)算加速工藝研發(fā)周期。先進(jìn)工藝必須依賴大量的仿真計(jì)算，這樣可以在工藝開(kāi)發(fā)初期就對(duì)光刻、蝕刻、設(shè)計(jì)目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化（Design Technology Co－optimization，DTCO）、可制造性設(shè)計(jì)（Design for Manufacturability，DFM）所協(xié)同效應(yīng)帶來(lái)的工藝窗口優(yōu)化、工藝能力分析、材料選擇、光源選擇、OPC 效應(yīng)，通盤考慮之后，最后通過(guò)晶圓實(shí)際曝光數(shù)據(jù)驗(yàn)證，最優(yōu)化的選取最佳材料、工藝參數(shù)、OPC 模型。
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2、全芯片優(yōu)化。目前針對(duì)圖形的 OPC，特別是負(fù)顯影（negative tone develop，NTD）工藝的 OPC 校準(zhǔn)，必須有大量的基于物理與化學(xué)模型的 OPC 算法進(jìn)行全芯片（full chip）優(yōu)化，考慮各種 3D 效應(yīng)（Mask 3D、Wafer 3D、Resist 3D/R3D），運(yùn)用大量的物理建模和卷積運(yùn)算，加上對(duì)于光刻膠 PEB（Post Exposure Bake）和顯影的化學(xué)擴(kuò)散模型，NTD 光刻膠的物理彈性形變等等效應(yīng)的建模計(jì)算。
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據(jù)悉，在進(jìn)入 28 納米工藝節(jié)點(diǎn)后，各種不常見(jiàn)的物理現(xiàn)象層出不窮，因此在 OPC 建模時(shí)必須考慮掩模（Mask）、光刻膠（Resist）、晶圓襯底（Wafer Substrate）在 3D 形貌上的變化對(duì)于工藝窗口帶來(lái)的影響，因此通過(guò) R3D（Resist）模型對(duì)光源形狀（Source Shape）、光瞳形狀（Pupil Shape）以及 OPC 模型進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳 Resist Profiles & Common Overlapping 工藝窗口。

3、光源掩模協(xié)同優(yōu)化成為工藝研發(fā)的必須。SMO 技術(shù)成為先進(jìn)工藝特別是 20 納米以下工藝的必須。因?yàn)樵谙冗M(jìn)工藝中，每一個(gè)關(guān)鍵層都需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖形進(jìn)行光源和光罩圖形，包括亞分辨率輔助圖形（Sub-Resolution Assist Feature，SRAF）進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整。如果沒(méi)有 SMO 就無(wú)法得到最優(yōu)化的光刻工藝條件，工藝窗口大幅降低，甚至沒(méi)有。這部分目前由 ASML/Brion 掌握最核心算法，即使購(gòu)買 ASML 的光刻機(jī)，也需要單獨(dú)購(gòu)買 SMO 軟件。
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假如計(jì)算光刻軟件斷供：
1、就會(huì)大大增加研發(fā)的學(xué)習(xí)周期（learning cycle），最終事倍功半。
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2、根本無(wú)法進(jìn)行電路圖形的 OPC 和對(duì)于工藝變化的補(bǔ)償，最終導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)光刻工藝。
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3、在 EUV 方案中，由于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（Point Spread Function，PSF）在 OPC 建模時(shí)非常重要，如果無(wú)法獲取 ASML 曝光投影系統(tǒng)的具體 beam 特性，OPC 模型肯定受影響，進(jìn)而影響到工藝研發(fā)。
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4、盡管每一代工藝節(jié)點(diǎn)都只要一次 SMO 就可以，但是新產(chǎn)品，由于客戶設(shè)計(jì)千變?nèi)f化，沒(méi)有兩個(gè)設(shè)計(jì)相同的芯片（否則就侵權(quán)了），所以每一個(gè)新產(chǎn)品都要進(jìn)行 OPC、DFM、tape out flow，如果沒(méi)有計(jì)算光刻軟件支持，新項(xiàng)目將無(wú)法進(jìn)行。
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5、即使現(xiàn)有的計(jì)算光刻軟件，對(duì)方也設(shè)有時(shí)間鎖，只要 license 到期就會(huì)鎖定，將無(wú)法使用。
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關(guān)鍵的是，文中提到的計(jì)算光刻軟件被海外公司壟斷，光刻投影系統(tǒng)巨頭阿斯麥（ASML）、全球 EDA 三巨頭新思科技（Synopsys）、楷登電子（Cadence）和明導(dǎo)（MENTOR）都有專用的計(jì)算光刻軟件提供，如阿斯麥 ASML 的 Tachyon/Tflex（由旗下睿初 Brion 提供）、新思科技的 Proteus 系列、楷登電子的（Process Proximity Compensation，PPC）、明導(dǎo)的 Calibre 系列都獲得了廣泛的應(yīng)用。
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目前國(guó)內(nèi)從事計(jì)算光刻技術(shù)研究的不多。中國(guó)科學(xué)院微電子研究所計(jì)算光刻研發(fā)中心做出了很多有價(jià)值的工作，成果被國(guó)內(nèi)主流 Fab（包括中芯國(guó)際、長(zhǎng)江存儲(chǔ)）和設(shè)計(jì)公司采用。還有就是 2019 年成立的全芯智造主要集中在計(jì)算光刻軟件的研發(fā)。