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)。基于這樣的形勢，國際先進光刻技術(shù)研討會（International Workshop on Advanced Patterning Solutions, IWAPS）應運而生。自2017年以來，IWAPS已經(jīng)成功舉辦七屆。

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

組委會秘書長，中國科學院大學教授、中國科學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、中國光學學會副秘書長、加拿大工程院院士、中國光學學會會士、美國光學學會會士、SPIE會士、美國激光學會會士顧波、中國科學院微電子研究所副所長/研究員、中國科學院大學集成電路學院副院長李泠等出席開幕式并講話。

中國科學院大學教授、中國科學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雜的世界中，存在著很多不確定性。在這種背景下，學術(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，以促進領(lǐng)先的機構(gòu)軟件和圖形化技術(shù)的發(fā)展以及全球校準。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感受。

第一點，本屆國際先進光刻技術(shù)是第八屆會議，會議地點選擇在嘉興南湖，這是每一位中國人都熟知的名字。代表21世紀初期，先進集成電路技術(shù)中最復雜的工藝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)家和學者聚集到這里。

第二點，SPIE（國際光學工程學會）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生到此參會。如今，希望大家能夠繼續(xù)堅持將工程光學和先進技術(shù)推向全世界。工程科學、工程技術(shù)，包括相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)應該造福于全人類。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，今天世界上都遇到了一些經(jīng)濟困難，各個國家都在尋求解決方案。今年諾貝爾獎物理學獎和化學獎都給了AI，經(jīng)濟學獎則給予研究經(jīng)濟發(fā)展與制度關(guān)系的經(jīng)濟學家，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)濟學家研究探討，科技發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展與制度的聯(lián)系非常復雜，它不僅僅屬于某種制度。我相信中國人民和中國科學家將用實踐證明中國特色發(fā)展道路有效果，我們也能夠與發(fā)達國家迅速縮小差距，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)揚光大。中國光學學會副秘書長、加拿大工程院院士、中國光學學會會士、美國光學學會會士，SPIE會士、美國激光學會會士顧波表示，目前，中國的先進光刻技術(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會。我希望大家能夠?qū)€人的研究與國家的實際需求緊密結(jié)合，真正服務于中國集成電路產(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)。

中國科學院微電子研究所副所長/研究員、中國科學院大學集成電路學院副院長李泠表示，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，加強國際合作和學科交叉，共同推動光刻技術(shù)的進步，勢必為人類的發(fā)展帶來深遠的影響。這次會議聚焦光刻技術(shù)前沿，為國內(nèi)外半導體工業(yè)界和學術(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)，這對于促進國際交流，推動學科發(fā)展和產(chǎn)學研合作同樣具有重要的意義。

?01、光刻會議之聲

自上世紀六十年代問世以來，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。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。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)增強帶來的可持續(xù)性和可用性改進。ASML致力于整個組織的可持續(xù)發(fā)展，目標是到2025年ASML運營/制造、商務旅行和通勤的凈排放量為零，2030 年實現(xiàn)凈零供應鏈，到2040 年：實現(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)通過進一步降低功耗，為效率提升做出了貢獻。

基于這些AI算法，ASML為每個系統(tǒng)制定了特定的標準，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)化機器本身的性能。并且通過使用適應器可以實現(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。現(xiàn)在ADAPT+ArF上，我們可以實現(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。哈爾濱工業(yè)大學劉揚，分享了用于光刻設(shè)備的智能超精密運動控制技術(shù)。他表示對于步進掃描投影光刻機而言，掩模臺與晶圓臺的同步伺服性能將直接影響光刻機的技術(shù)指標。掩模臺與晶圓臺是典型的六自由度超精密運動平臺。其核心控制問題是在耦合動力學以及復雜內(nèi)外部干擾的條件下平衡高動態(tài)與超精密運動。集成電路光刻機超精密運動平臺控制技術(shù)的研究與開發(fā)對于實現(xiàn)高端光刻機的國產(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超精密運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超精密運動平臺控制的研究成果與最新進展。最后，對現(xiàn)存問題以及發(fā)展趨勢進行討論。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)點影響的重要性研究。

隨著半導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。掩模三維效應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。這些效應對傳統(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)成風險。

具有捕捉和校正三維厚度效應能力的更準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期光刻成像過程至關(guān)重要。通過這樣可以實現(xiàn)兩個目標：（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行：（1）在各種預先設(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雜掩模近場透射情況進行研究，并與 “基爾霍夫” 領(lǐng)域的情況進行比較；（3）總結(jié)和得出從更高復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行性能之間取得平衡提供更現(xiàn)實和實用的見解。聯(lián)電Dejian Li 分享了成熟節(jié)點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的標準，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)缺陷可以在不進行 AIMS 可印刷性確認的情況下被過濾掉，這提高了掩模制造的周期時間和效率。