EUV、光刻膠、計算光刻等先進光刻技術(shù)的桎梏和突破

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1947 年，貝爾實驗室發(fā)明第一只點接觸晶體管，從此光刻技術(shù)開始了發(fā)展。

隨著第一個單結(jié)構(gòu)硅晶片的誕生，到第一臺 2 英寸集成電路生產(chǎn)線的建成，再到圖形線寬從 1.5μm 向 0.5μm、0.3μm 節(jié)點的迭代，以及后面 193nm 波長步進掃描曝光機的出現(xiàn)，使得光學光刻分辨率到達 70nm 的“極限”。

20 世紀以來，在光學光刻技術(shù)努力突破分辨率“極限”的同時，國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)、機構(gòu)都正在積極研究，包括 EUV 光刻技術(shù)，電子束光刻技術(shù)，計算光刻等內(nèi)容方向。

在光刻技術(shù)發(fā)展如此重要的關(guān)鍵節(jié)點，10 月 18 日，第二屆國際先進光刻技術(shù)研討會在廈門隆重召開，行業(yè)內(nèi)各界人士和相關(guān)企業(yè)應邀而來，共聚一堂商討國際先進光刻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢。

嘉賓合影

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會議開始，大會副主席，中國科學院微電子研究所所長、集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副理事長兼秘書長葉甜春研究員，中國光學學會秘書長、浙江大學光電工程研究所所長劉旭教授，廈門市委常委、海滄區(qū)委書記、海滄臺商投資區(qū)黨工委書記林文生先后為大會致開幕詞，大會秘書長、中科院微電子研究所計算光刻研發(fā)中心主任韋亞一研究員主持開幕式。

按照大會安排，本次論壇針對光刻領(lǐng)域相關(guān)的“使能部分、計算光刻技術(shù)、掩模技術(shù)、材料、仿真和優(yōu)化、測試測量以及設備部分”等幾方面進行分享討論。由來自 Intel、IBM、ASML、Mentor、Brion、Synopsys、ICRD、Photronics、Toppan、Carl Zeiss、JSR、DowDuPont、Applied Materials、Cymer、北京理工大學、University of Delaware、KLA-Tencor、Nova measuring instruments、HLMC、Tokyo Electron Limited、Gigaphtoton、Canon 等機構(gòu)和公司的特邀嘉賓分別就擬定的主題做了特邀報告，深入分析了光刻領(lǐng)域先進節(jié)點最新的技術(shù)手段和解決方案，包含 7nm 及以下先進節(jié)點的計算光刻技術(shù)、SMO、DTCO、EUV、DSA、Deep Learning、光刻設備、材料等。

光刻技術(shù)作為集成電路產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)中非常重要的部分，發(fā)揮著舉足輕重的作用，當今電路板與半導體元件變得更加復雜，要把一個具有創(chuàng)意的想法轉(zhuǎn)換成市場上的產(chǎn)品，其中的困難度已大幅增加，為此 EDA 廠商可以提供技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品與完整的軟件和硬件設計解決方案，讓客戶得以克服他們所面臨的設計挑戰(zhàn)。

Mentor manager?Gandharv Bhatara

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會上，來自全球 EDA 領(lǐng)導廠商 Mentor, A Siemens Business 的 Gandharv Bhatara 分享了關(guān)于“使用 Calibre 平臺在先進技術(shù)節(jié)點上實現(xiàn)高效的 IC 生命周期開發(fā)”的報告。Gandharv Bhatara 表示，在先進及新興工藝節(jié)點中，受制于半導體光刻工藝的發(fā)展水平的系統(tǒng)性缺陷或者受設計風格影響的缺陷已經(jīng)成為良率的限制因素。盡管光刻系統(tǒng)正在被推向極限，先進材料與光刻膠也被不斷應用，但是臨界工藝窗口仍然不足以支持半導體的密度縮放。OPC 和 RET 技術(shù)的改進不再是問題解決方案的唯一方法，還要依賴于半導體供應鏈中的設計、工藝對操作輸入及約束的管理。

本次演講重點還介紹了目前最新的創(chuàng)新技術(shù)及解決方案，利用大量的進化算法和革命性計算技術(shù)，來滿足以下行業(yè)需求：

減少驗證循環(huán)，更快地完成設計并管理設計流程交互；

創(chuàng)建和驗證無壞點設計，確保平坦化（planarity）不會成為設計問題；

通過使用高級 OPC 和 RET 了解工藝限制并擴展工藝余量；

提高晶圓廠的生產(chǎn)力，縮短研發(fā)和生產(chǎn)周期，從而降低工藝復雜度及成本。

大會期間，Mentor 的中國區(qū)總經(jīng)理凌琳（Pete Ling）和全球半導體解決方案技術(shù)團隊資深總監(jiān)范明暉（Minghui Fan）接受了我們的采訪。

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對于“計算光刻目前的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，以及 EUV 光刻技術(shù)成熟以后是否會對計算光刻產(chǎn)生影響”的問題，范明暉表示，計算光刻一定是光刻工藝接下來發(fā)展的趨勢所在，而 Mentor 公司對應的 Calibre 平臺允許直接從設計版圖中將特定幾何配置定義為視覺圖形，利用這種視覺表示，Calibre 開辟了一種定義成熟工藝和先進工藝的設計規(guī)則的全新方式，并支持設計、驗證和測試領(lǐng)域的各種創(chuàng)新應用。

至于 EUV 光刻技術(shù)對于計算光刻的影響，范明暉認為“EUV 光刻技術(shù)在目前 7nm 工藝方面確實會存在一些優(yōu)勢，但是考慮到 EUV 面臨的整體經(jīng)濟效益、成本控制和生產(chǎn)效率等諸多限制因素，以及接下來更先進的工藝制程時，EUV 光刻技術(shù)不會太大程度的影響計算光刻的地位和發(fā)展趨勢”

近期英特爾、格羅方德等一些廠家紛紛宣布暫停或延緩 7nm 工藝的研發(fā)，是否會影響到 EDA 公司在光刻方面的業(yè)務？凌琳對此表示影響不大，即使這些公司暫時不往更深一步的工藝節(jié)點發(fā)展，但是其業(yè)務寬度和體量對應會有一定的提升，所以影響不會太大。

期間還討論道“為何國內(nèi) EDA 公司發(fā)展如此艱難，始終和先進水平存在較大差距？” 凌琳認為，EDA 行業(yè)的發(fā)展不是一蹴而就的，體系化的產(chǎn)業(yè)需要時間的積累和沉淀；另外，國內(nèi) EDA 公司可以選擇從前端設計、仿真等一些節(jié)點切入，進而尋找突破點。相信隨著時間的推移和 EDA 廠商們的努力，能較快的縮小這一差距，對此持樂觀態(tài)度。

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掩摸是光刻工藝不可缺少的部件，掩模上承載有設計圖形，光線透過它，把設計圖形透射在光刻膠上。掩模的性能直接決定了光刻工藝的質(zhì)量。

中國項目總監(jiān) Tom Obayashi

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對于如今掩摸的發(fā)展狀況和態(tài)勢，來自 Toppan 的 Tom Obayashi 分享了關(guān)于“凸版先進光掩模技術(shù)”的報告。

Tom Obayashi 表示，Toppan 對下一代 ArF 浸沒式以及 EUV 掩模的研究已經(jīng)有所進展。先進的電子束直寫技術(shù)已經(jīng)成熟，并且光掩模生產(chǎn)工藝已經(jīng)下降到 10nm 節(jié)點。目前，Toppan 正在從材料方面研發(fā)新的技術(shù)，以確保達到 7nm 及以下節(jié)點的要求。

會后采訪到了 Toppan 的中國項目總監(jiān) Tom Obayashi。

中國項目總監(jiān) Tom Obayashi（左）

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Tom Obayashi 圍繞光掩模技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)進行介紹。如今，Toppan 已逐步確立在中國半導體制造業(yè)中優(yōu)質(zhì)光掩模產(chǎn)品主要供應廠商的地位，對于下一代工藝節(jié)點的掩模產(chǎn)品情況，Tom Obayashi 表示大多處于研發(fā)階段，還沒有進行大規(guī)模的應用。

光刻膠是微電子技術(shù)中微細圖形加工的關(guān)鍵材料之一，特別是近年來大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，更是大大促進了光刻膠的研究開發(fā)和應用。光刻技術(shù)的創(chuàng)新對半導體行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。如今，先進的光刻膠和圖形增強材料的不斷創(chuàng)新使超大規(guī)模集成電路持續(xù)小型化成為可能。

DowDuPont 總經(jīng)理 呂志堅

大會上，由來自 DowDuPont 的呂志堅總經(jīng)理對“先進光刻膠技術(shù)”進行了分享。呂志堅介紹，DowDuPont 是全球最大的電子材料供應商之一，提供廣泛的材料以供整個器件制造工藝使用，包括光刻，蝕刻，化學機械平坦化，清洗和先進封裝。光刻技術(shù)的創(chuàng)新對半導體行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。如今，先進的光刻膠和圖形增強材料的不斷創(chuàng)新使超大規(guī)模集成電路持續(xù)小型化成為可能。

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演講中還討論了新型光刻膠的產(chǎn)品和圖形增強材料為現(xiàn)有的工藝帶來的質(zhì)量和缺陷的改善。

大會期間，呂志堅接受了我們的采訪，首先介紹了陶氏和杜邦合并成為陶氏杜邦的進展，以及目前陶氏杜邦在集成電路生產(chǎn)工藝中需要的各種光刻材料。

呂志堅還告訴我們，明年陶氏杜邦會拆分為 DOW、DUPONT 和 CORTEVA 三家公司, 每家公司將專注于各自擅長的領(lǐng)域，其中光刻膠部分由新 DUPONT 的一個部門負責。

陶氏杜邦拆分情況

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對于中國本土材料廠商的發(fā)展水平問題，呂志堅表示，光刻膠作為集成電路流程中的第二大耗材，目前我國政府正在重點扶持此領(lǐng)域，也有一些廠商在做相關(guān)的研發(fā)和量產(chǎn)，相信在古國家政策和客戶支持情況下，加上本土廠商們的不斷積累和沉淀，即使不容易做到彎道超車，也必將通過時間的積累縮小差距,并最終獲得客戶信任。

最后問道，“如何看待中興事件加速了行業(yè)內(nèi)中國國產(chǎn)化的進程？”呂志堅表示，杜邦注重中國市場,將加大和中國本土廠商的合作力度。

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Tokyo Electron Limited?manager Hiromitsu Maejima

來自 Tokyo Electron Limited 的 Hiromitsu Maejima 分享了“可以滿足未來需求的最新旋涂 / 顯影系統(tǒng)”。Hiromitsu Maejima 表示，半導體器件的不斷縮小使得其制造成本大幅降低，半導體市場不斷擴大。在過去十年中，引入了多圖形化技術(shù)以協(xié)助光刻來實現(xiàn)連續(xù)縮放。預計 EUV 將作為下一代光刻技術(shù)并且成為下一個連續(xù)縮放的候選者。

同時，工藝穩(wěn)定性（例如晶圓到晶圓和模塊到模塊的性能）和機器質(zhì)量（例如 Wafer-Per-Day 穩(wěn)定性和 fast ramp-up 的性能）是近年來高產(chǎn)率機器投資回報的重點領(lǐng)域。

在本次演講中，Hiromitsu Maejima 介紹了最新的 Coater / Developer 工藝技術(shù)以及 Coater / Developer 系統(tǒng)未來十年的最新發(fā)展方向。

會后，我們采訪到了 Tokyo Electron Limited（TEL）的中國戰(zhàn)略市場部總監(jiān)錢立群

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中國戰(zhàn)略市場部總監(jiān) 錢立群

我們了解到，TEL 產(chǎn)品主要領(lǐng)域為芯片制造所需的涂膠顯影、刻蝕、成膜，清洗，和測試設備，以及平板顯示制造所需的干法刻蝕、涂膠顯影工藝設備。錢立群介紹了 TEL 在中國的三個主體公司：東電電子（上海）有限公司、東電半導體設備（上海）有限公司、東電光電半導體設備（昆山）有限公司，分別負責產(chǎn)品的銷售和售后、零部件的進出口銷售、平板顯示設備制造。TEL 作為一家輻射國際性市場的公司，憑借其領(lǐng)先的技術(shù)和扎實的客戶服務基礎(chǔ)在中國取得了較大的市場份額。

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面對中國本土設備廠商的崛起之勢，錢立群認為各自都有擅長和專攻的領(lǐng)域，擁有著不同的技術(shù)水平，所以在一定時間內(nèi)應該有各自的成長空間。

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在光刻膠領(lǐng)域，我國大部分材料仍舊依賴于進口，本土廠商的生工藝和技術(shù)與國際先進水平仍有較大差距。

大會期間，我們采訪到了中國科學院大學副校長、中國科學院化學研究所楊國強研究員。從我國研發(fā)機構(gòu)的視角來解讀光刻膠的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

中國科學院大學副校長、中國科學院化學研究所研究院 楊國強

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對于我國光刻膠的發(fā)展水平，楊國強講到，目前我國只能做出一些中低端產(chǎn)品，中高端的產(chǎn)品幾乎都還處于研發(fā)階段，現(xiàn)在國家也在立項目來大力扶持。至于發(fā)展過程中的難點，“光刻工藝是需要配套發(fā)展的，這是一個體系化的產(chǎn)業(yè)，我國在此領(lǐng)域發(fā)展時間還較短，以前被拉開的距離需要時間來追趕。其實光刻材料在研發(fā)領(lǐng)域的水平還是可以的，難的是在評測和應用領(lǐng)域”，楊國強解釋道。

對于中美貿(mào)易戰(zhàn)問題，楊國強認為，我國在光刻材料的研發(fā)和對光刻材料的理解方面是不落后于人的，站在研發(fā)者的角度考慮，有信心應對中美貿(mào)易對光刻材料產(chǎn)業(yè)帶來的影響?；蛟S，美國貿(mào)易戰(zhàn)方式的“卡一卡”能給本土廠商和企業(yè)帶來出乎意料的機遇，因為只有增加上場機會才有可能得到收獲和認可。

隨著時代和科技的發(fā)展，微電子工業(yè)幾乎要變成一個基礎(chǔ)工業(yè)，因此我們國家才更有必要發(fā)展自己的實力，一來可以擺脫外界的牽制，再來還可以帶動其他行業(yè)和產(chǎn)品的發(fā)展。

可能是作為研發(fā)者對技術(shù)、產(chǎn)品的了解和理解，“有信心、不怕”是楊國強一直傳遞給我們的樂觀態(tài)度。

2018 年，從貝爾實驗室發(fā)明的第一只點接觸晶體管到如今，70 多年來，光刻技術(shù)已經(jīng)衍生出了如此巨大的產(chǎn)業(yè)鏈和市場規(guī)模。

光刻技術(shù)作為晶圓加工過程中極為重要的一環(huán)，決定了芯片的性能，成品率和可靠性。工欲善其事，必先利其器，要想半導體產(chǎn)業(yè)突破技術(shù)封鎖，要想開發(fā)先進的半導體制程，就必需要掌握先進的光刻技術(shù)。

此次研討會，國際光刻領(lǐng)域廠商進行相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品動態(tài)的交流分享，共同推動光刻技術(shù)、推動半導體產(chǎn)業(yè)的進步。同時，可以讓中國本土廠商和研發(fā)機構(gòu)看到在此領(lǐng)域存在的差距和不足，在接下來的發(fā)展中秉承著“有信心、不怕”的態(tài)度積極去發(fā)展中國的集成電路產(chǎn)業(yè)。

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