在嘉興，600多位專家談光刻未來

作者：ICVIEWS編輯部

光刻技術(shù)是半導(dǎo)體制造的核心工藝，它決定了芯片的集成度和性能。在芯片制造業(yè)的浩瀚宇宙中，光刻技術(shù)無疑是最為璀璨的星辰之一，引領(lǐng)著整個行業(yè)的創(chuàng)新與前沿發(fā)展。近年來，集成電路產(chǎn)業(yè)在世界各國的地位愈發(fā)重要，已然成為各國高度重視的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)?；谶@樣的形勢，國際先進(jìn)光刻技術(shù)研討會（International Workshop on Advanced Patterning Solutions, IWAPS）應(yīng)運(yùn)而生。自2017年以來，IWAPS已經(jīng)成功舉辦七屆。

今日，第八屆國際先進(jìn)光刻技術(shù)研討會在浙江嘉興舉行。本屆國際先進(jìn)光刻技術(shù)研討會（IWAPS）由中國集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟、中國光學(xué)學(xué)會、國際光學(xué)工程學(xué)會（SPIE）主辦，中國科學(xué)院微電子研究所、南京誠芯集成電路技術(shù)研究院有限公司承辦，中國科學(xué)院大學(xué)集成電路學(xué)院、廣東省大灣區(qū)集成電路與系統(tǒng)應(yīng)用研究院、中國光學(xué)學(xué)會光刻技術(shù)專業(yè)委員會、浙江省產(chǎn)投集團(tuán)有限公司、浙江芯晟半導(dǎo)體科技有限責(zé)任公司協(xié)辦。來自國內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)、高校、名企的600多位專家學(xué)者、企業(yè)家、青年學(xué)者齊聚一堂。

組委會秘書長，中國科學(xué)院大學(xué)教授、中國科學(xué)院微電子研究所研究員、SPIE會士韋亞一主持會議。IWAPS會議主席、中國集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟理事長研究員曹健林、中國光學(xué)學(xué)會副秘書長、加拿大工程院院士、中國光學(xué)學(xué)會會士、美國光學(xué)學(xué)會會士、SPIE會士、美國激光學(xué)會會士顧波、中國科學(xué)院微電子研究所副所長/研究員、中國科學(xué)院大學(xué)集成電路學(xué)院副院長李泠等出席開幕式并講話。

中國科學(xué)院大學(xué)教授、中國科學(xué)院微電子研究所研究員、SPIE會士韋亞一主持會議，他表示，在這個不斷變化且復(fù)雜的世界中，存在著很多不確定性。在這種背景下，學(xué)術(shù)交流對于技術(shù)創(chuàng)新至關(guān)重要，特別是在圖形化技術(shù)領(lǐng)域，以努力解決這些問題。在過去的幾年里，研討會（IWAPS）不斷發(fā)展壯大。

自第一次研討會以來，參會演講者的數(shù)量和提交的論文數(shù)量都在不斷增加。今年，IWAPS 和 SPIE 之間建立了合作關(guān)系，以促進(jìn)領(lǐng)先的機(jī)構(gòu)軟件和圖形化技術(shù)的發(fā)展以及全球校準(zhǔn)。WAPS會議主席、中國集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟理事長、研究員曹健林分享了三點(diǎn)感受。

第一點(diǎn)，本屆國際先進(jìn)光刻技術(shù)是第八屆會議，會議地點(diǎn)選擇在嘉興南湖，這是每一位中國人都熟知的名字。代表21世紀(jì)初期，先進(jìn)集成電路技術(shù)中最復(fù)雜的工藝Patterning technology或者Lithography technology，所需要的裝備是整個前道光刻中最復(fù)雜的設(shè)備，現(xiàn)在許多國人都在持續(xù)努力。我相信，今后國際先進(jìn)光刻技術(shù)今后還會一屆一屆地持續(xù)開展，同時也會更多像今天參會者一樣的專家、企業(yè)家和學(xué)者聚集到這里。

第二點(diǎn)，SPIE（國際光學(xué)工程學(xué)會）對中國科技界的重大影響。30多年前，SPIE還在討論對于像中國這樣的發(fā)展中國家是否可以介紹一些中國學(xué)生到此參會。如今，希望大家能夠繼續(xù)堅持將工程光學(xué)和先進(jìn)技術(shù)推向全世界。工程科學(xué)、工程技術(shù)，包括相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)該造福于全人類。我們希望與SPIE的合作能夠成功，并在明年吸引更多國際友人到此。

第三點(diǎn)，今天世界上都遇到了一些經(jīng)濟(jì)困難，各個國家都在尋求解決方案。今年諾貝爾獎物理學(xué)獎和化學(xué)獎都給了AI，經(jīng)濟(jì)學(xué)獎則給予研究經(jīng)濟(jì)發(fā)展與制度關(guān)系的經(jīng)濟(jì)學(xué)家，我覺得這個非常不錯。中國特色發(fā)展道路也值得全球經(jīng)濟(jì)學(xué)家研究探討，科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與制度的聯(lián)系非常復(fù)雜，它不僅僅屬于某種制度。我相信中國人民和中國科學(xué)家將用實(shí)踐證明中國特色發(fā)展道路有效果，我們也能夠與發(fā)達(dá)國家迅速縮小差距，走到全球技術(shù)發(fā)展前列。我相信在Patterning technology或者叫Lithography technology的方面，在中國一定會迅速發(fā)揚(yáng)光大。中國光學(xué)學(xué)會副秘書長、加拿大工程院院士、中國光學(xué)學(xué)會會士、美國光學(xué)學(xué)會會士，SPIE會士、美國激光學(xué)會會士顧波表示，目前，中國的先進(jìn)光刻技術(shù)發(fā)展存在許多限制和障礙。然而，這也為該領(lǐng)域的研究人員提供了許多機(jī)會。我希望大家能夠?qū)€人的研究與國家的實(shí)際需求緊密結(jié)合，真正服務(wù)于中國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。我們還需要始終關(guān)注超精密、深紫外（DUV）和極紫外（EUV）光學(xué)技術(shù)等技術(shù)的最新發(fā)展。人工智能輔助技術(shù)、GPU 加速技術(shù)等等。這些技術(shù)將有助于并加速該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，尤其是人工智能技術(shù)。

中國科學(xué)院微電子研究所副所長/研究員、中國科學(xué)院大學(xué)集成電路學(xué)院副院長李泠表示，目前遵循摩爾定律的集成電路微縮已經(jīng)面臨挑戰(zhàn)，晶體管的物理極限日益逼近，而人們對低功耗和高性能芯片的需求卻愈加的迫切，這些為光刻技術(shù)的發(fā)展帶來了巨大的壓力，在這樣的背景下，加強(qiáng)國際合作和學(xué)科交叉，共同推動光刻技術(shù)的進(jìn)步，勢必為人類的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)的影響。這次會議聚焦光刻技術(shù)前沿，為國內(nèi)外半導(dǎo)體工業(yè)界和學(xué)術(shù)界提供了一個重要的交流平臺，參會者圍繞材料、裝備、測量、軟件和設(shè)計等主題，分享研究成果，探討圖形化的解決方案，研討即將面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，這對于促進(jìn)國際交流，推動學(xué)科發(fā)展和產(chǎn)學(xué)研合作同樣具有重要的意義。

?01、光刻會議之聲

自上世紀(jì)六十年代問世以來，光刻技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)次革新，從最初的微米級圖案到如今的納米級加工，不斷推動著芯片制造工藝的進(jìn)步。光刻設(shè)備、工藝、檢測與計量、掩模與材料……兩天的研討會上，來自國內(nèi)外光刻技術(shù)領(lǐng)域的專家學(xué)者將依次登臺，分享各自在各個前沿課題上取得的新突破，展示學(xué)術(shù)成果，公布技術(shù)開發(fā)成果和產(chǎn)品。ASML高級電子束和工藝專家Hong Xiao，分享了掩埋圖案和掩埋缺陷的掃描電子顯微鏡（SEM）信號增強(qiáng)。通過在掃描電子顯微鏡（SEM）中去除低能（<100 eV）二次電子（SE）和高能彈性背散射電子（EBSE）來獲取掩埋結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的背散射電子（BSE）圖像。

二次電子和彈性背散射電子來自樣品表面，因此對掩埋結(jié)構(gòu)成像和掩埋缺陷檢測沒有貢獻(xiàn)。我們使用帶有高通能量濾波器（EF）的電子束檢測（EBI）系統(tǒng)對具有不同殘留硅鍺的 300 毫米全環(huán)繞柵極（GAA）納米片（NS）結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。成功地證明了通過調(diào)整能量濾波器的設(shè)置，可以改善掩埋硅鍺的背散射電子成像，并且該技術(shù)可以應(yīng)用于其他掩埋結(jié)構(gòu)成像和掩埋缺陷檢測。ASML子公司Cymer的市場營銷經(jīng)理Billy Tang，分享了光源技術(shù)增強(qiáng)帶來的可持續(xù)性和可用性改進(jìn)。ASML致力于整個組織的可持續(xù)發(fā)展，目標(biāo)是到2025年ASML運(yùn)營/制造、商務(wù)旅行和通勤的凈排放量為零，2030 年實(shí)現(xiàn)凈零供應(yīng)鏈，到2040 年：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品使用凈零排放。

Billy Tang表示，可持續(xù)性和可用性改進(jìn)是我們關(guān)注的核心，需要同時減少對環(huán)境的影響，提高光源的效率和整體性能，本次討論提供自動數(shù)據(jù)分析和性能調(diào)優(yōu)（ADAPT）的軟件。ADAPT這個命名是關(guān)于自動數(shù)據(jù)分析和表單調(diào)優(yōu)的，這是一個人工智能驅(qū)動的產(chǎn)品。Cymer 自第一代 ArF 光源推出以來，通過其雙腔室（MOPA）技術(shù)提高了能效比。腔室和 ADAPT技術(shù)通過進(jìn)一步降低功耗，為效率提升做出了貢獻(xiàn)。

基于這些AI算法，ASML為每個系統(tǒng)制定了特定的標(biāo)準(zhǔn)，每一個系統(tǒng)都不同，甚至在同一系統(tǒng)或者同一腔室的生命周期內(nèi)，比如一年內(nèi)，腔室的表現(xiàn)也是完全不同的。因此，我們使用自適應(yīng)的算法來讓某些自動化設(shè)備智能感知自己的材料。有了這個，可以優(yōu)化機(jī)器本身的性能。并且通過使用適應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)多種節(jié)能，這是關(guān)于氖氣的第一個減量，氖氣在氣體腔室內(nèi)被使用。因此，有了ADAPT的支持，加上我們過去幾年擁有的氖氣減排技術(shù)，我們可以減少60%以上的氖氣使用量?，F(xiàn)在ADAPT+ArF上，我們可以實(shí)現(xiàn)大約減少60%以上，這有助于客戶獲得有保障的價格和供應(yīng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉揚(yáng)，分享了用于光刻設(shè)備的智能超精密運(yùn)動控制技術(shù)。他表示對于步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)而言，掩模臺與晶圓臺的同步伺服性能將直接影響光刻機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。掩模臺與晶圓臺是典型的六自由度超精密運(yùn)動平臺。其核心控制問題是在耦合動力學(xué)以及復(fù)雜內(nèi)外部干擾的條件下平衡高動態(tài)與超精密運(yùn)動。集成電路光刻機(jī)超精密運(yùn)動平臺控制技術(shù)的研究與開發(fā)對于實(shí)現(xiàn)高端光刻機(jī)的國產(chǎn)化制造具有重大意義。

在本次報告中，他首先描述高端光刻機(jī)超精密運(yùn)動平臺的伺服性能要求以及滿足這些要求所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。然后，從解耦控制、反饋控制、前饋控制、軌跡生成以及協(xié)同控制這五個方面介紹光刻機(jī)超精密運(yùn)動平臺控制的研究成果與最新進(jìn)展。最后，對現(xiàn)存問題以及發(fā)展趨勢進(jìn)行討論。國微芯研究院的Hong Chen分享了關(guān)于掩模厚度對 28 納米及以下節(jié)點(diǎn)影響的重要性研究。

隨著半導(dǎo)體制造中的特征尺寸接近 28 納米及更小，光刻中掩模厚度的影響變得越來越顯著，導(dǎo)致關(guān)鍵尺寸（CD）變化和邊緣放置誤差（EPE），統(tǒng)稱為三維效應(yīng)。掩模三維效應(yīng)的影響主要來自三個因素：吸收體形貌耦合、掩模結(jié)構(gòu)引起的電磁場變化以及光刻引起的陰影效應(yīng)。這些效應(yīng)對傳統(tǒng)的掩模校正工具提出了挑戰(zhàn)，并對維持芯片生產(chǎn)中的高良率構(gòu)成風(fēng)險。

具有捕捉和校正三維厚度效應(yīng)能力的更準(zhǔn)確建模對于生成掩模數(shù)據(jù)以執(zhí)行具有高保真特征的預(yù)期光刻成像過程至關(guān)重要。通過這樣可以實(shí)現(xiàn)兩個目標(biāo)：（1）生成的圖案盡可能接近設(shè)計意圖；（2）在 RET 和 OPC 技術(shù)的結(jié)合下，最大化制造工藝窗口（PW）。

研究工作將按以下三個部分依次進(jìn)行：（1）在各種預(yù)先設(shè)計的工藝條件下，通過專門的虛擬模擬對 CD 和 EPE 的偏差進(jìn)行全面而完整的研究調(diào)查；（2）選擇最典型和具有代表性的復(fù)雜掩模近場透射情況進(jìn)行研究，并與 “基爾霍夫” 領(lǐng)域的情況進(jìn)行比較；（3）總結(jié)和得出從更高復(fù)雜性的選定校正方法中獲得的效果，為在基于全芯片 OPC 的掩模數(shù)據(jù)優(yōu)化中如何在所需精度和運(yùn)行性能之間取得平衡提供更現(xiàn)實(shí)和實(shí)用的見解。聯(lián)電Dejian Li 分享了成熟節(jié)點(diǎn)光掩模制造中的光刻可印刷性評估綜述。在掩模制造過程中，主要分為圖案化和質(zhì)量控制過程。檢測、修復(fù)和 AIMS（自動圖像測量系統(tǒng)）可以確保掩模無缺陷。

為了提高我們成熟掩模制造的效率并減少周期時間，引入了光刻可印刷性評估（LPR）作為一種有效的缺陷處理方法，并且可以作為 AIM系統(tǒng)的有價值的補(bǔ)充或備用方法。在 PDM 掩模中，LPR 分別在 L/S（線和空間）和 CT（接觸孔）PDM 缺陷上表現(xiàn)出高效率，并且與 AIMS顯示出良好的線性關(guān)系，不會遺漏關(guān)鍵缺陷。對于 L/S 和 CT 圖案，在臨界尺寸偏差（CDE）小于 ±15% 的范圍內(nèi)，AIMS 結(jié)果與 LPR 結(jié)果之間的差距在 2% 以內(nèi)。

因此，如果將 AIMS 的 10% 的 CDE 結(jié)果用作確定缺陷是否需要修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)，那么可以將 8% 用作 LPR 確定缺陷是否通過的閾值。在生產(chǎn)掩模中，大多數(shù)缺陷可以在不進(jìn)行 AIMS 可印刷性確認(rèn)的情況下被過濾掉，這提高了掩模制造的周期時間和效率。