來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

作者：蔣思瑩

2018年10月18日，第二屆國際先進(jìn)光刻技術(shù)研討會(huì)（IWAPS 2018）在廈門隆重舉行。作為光刻產(chǎn)業(yè)的一場(chǎng)盛會(huì)，IWAPS為來自國內(nèi)外半導(dǎo)體工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的資深技術(shù)專家和優(yōu)秀研究人員提供了一個(gè)廣泛的技術(shù)交流平臺(tái)，參會(huì)者可以就材料、設(shè)備、工藝、測(cè)量、計(jì)算光刻和設(shè)計(jì)優(yōu)化等主題分享各自的研究成果，探討圖形化解決方案研討即將面臨的挑戰(zhàn)。

本屆會(huì)議由集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟主辦，中國科學(xué)院微電子研究所和廈門半導(dǎo)體投資集團(tuán)有限公司承辦，中國光學(xué)學(xué)會(huì)協(xié)辦；參會(huì)者包括了大會(huì)副主席、中國科學(xué)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(xué)學(xué)會(huì)秘書長、浙江大學(xué)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(tái)商投資區(qū)黨工委書記林文生。來自世界各地的眾多名企、廠商、科研機(jī)構(gòu)、高校的300余名參會(huì)代表出席本次會(huì)議。

光刻技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)日益提升

從誕生的那刻起，光刻技術(shù)的持續(xù)發(fā)展從三個(gè)方面為集成電路技術(shù)的進(jìn)步提供了保證：其一是大面積均勻曝光，在同一塊硅片上同時(shí)做出大量器件和芯片，保證了批量化的生產(chǎn)水平；其二是圖形線寬不斷縮小，使用權(quán)集成度不斷提高，生產(chǎn)成本持續(xù)下降；其三，由于線寬的縮小，器件的運(yùn)行速度越來越快，使用權(quán)集成電路的性能不斷提高。但隨著集成度的提高，光刻技術(shù)所面臨的困難也越來越多。

一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。在這其中，光刻設(shè)備的重要地位自然不言而喻。

TEL(東電電子)是半導(dǎo)體制造設(shè)備與平板顯示器 (FPD)制造設(shè)備的世界領(lǐng)跑企業(yè)，其產(chǎn)品主要包括半導(dǎo)體制造設(shè)備（涂膠顯影設(shè)備、熱處理成膜設(shè)備、干法刻蝕設(shè)備、化學(xué)氣相沉積設(shè)備、物理氣相沉積設(shè)備、電化學(xué)沉積設(shè)備、清洗設(shè)備，封測(cè)設(shè)備等）以及平板顯示設(shè)備（干法刻蝕設(shè)備、涂膠顯影設(shè)備）等。公司產(chǎn)品在制造工藝、量產(chǎn)方面擁有卓越的特點(diǎn)，已被世界各地的半導(dǎo)體生產(chǎn)商、FPD生產(chǎn)商廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)線中。

在本次大會(huì)上，來自TEL的專家Hiromitsu Maejima以及TEL 中國的市場(chǎng)部總監(jiān)錢立群為與會(huì)者介紹了最新Coater / Developer產(chǎn)品的工藝技術(shù)以及Coater / Developer系統(tǒng)未來十年的最新發(fā)展方向，并指出在晶圓制造中需要重視缺陷控制的問題。Maejima先生表示：“在缺陷改善的過程中，應(yīng)該以如何有效降低設(shè)備與工藝所造成的缺陷為重點(diǎn)，而這就需要加強(qiáng)設(shè)備管理，對(duì)此，TEL增強(qiáng)了對(duì)晶圓狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及日志數(shù)據(jù)分析?！?

錢立群

光刻仿真面對(duì)先技術(shù)進(jìn)節(jié)點(diǎn)的挑戰(zhàn)

如今，先進(jìn)工藝已經(jīng)演進(jìn)到7nm，為了解決隨之而來的，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)面對(duì)的圖形失真，圖形分辨率和芯片良率等問題，分辨率增強(qiáng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用就日益成為光刻界研究的熱點(diǎn)。

分辨率增強(qiáng)技術(shù)是光刻中用來實(shí)現(xiàn)高分辯光刻成像質(zhì)量的重要手段，目前主要的兩個(gè)分辨率增強(qiáng)技術(shù)分別是光學(xué)鄰近校正（OPC）和移相掩模技術(shù)（PSM），而這些技術(shù)都需要光刻仿真的過程來支持。

通過光刻仿真預(yù)測(cè)實(shí)際光刻條件下掩模在硅片表面所成的圖像，以此縮短有效光刻解決方案在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)所需要的時(shí)間，從而解決從設(shè)計(jì)到制造的問題。

那么如何確保仿真是正確的？如何確保輸入?yún)?shù)就是要仿真的參數(shù)？對(duì)于光刻仿真OPC的供應(yīng)商來講，如何利用光刻信息便成為仿真成功的重要基礎(chǔ)。

Mentor所推出的Calibre系列產(chǎn)品則是業(yè)界一個(gè)完整的物理驗(yàn)證與亞波長解決方案。

Calibre物理驗(yàn)證套裝工具，包括Calibre DRC與Calibre LVS，在實(shí)際應(yīng)用中可確保集成電路物理設(shè)計(jì)遵守代工制造規(guī)格要求，元件功能也符合原設(shè)計(jì)規(guī)格。針對(duì)亞波長設(shè)計(jì)，Calibre則利用階層式驗(yàn)證引擎提供一組套裝工具，可以新增或建立模型，并且驗(yàn)證四種主要的解析度強(qiáng)化技術(shù)——光學(xué)臨近效應(yīng)修正（OPC）、相位移光罩（PSM）、光學(xué)輔助圖形（Scattering Bar）和偏軸照明（OAI）技術(shù)。目前Calibre套件已經(jīng)成為許多廠商采用標(biāo)準(zhǔn)。

在本次大會(huì)上，Mentor演講重點(diǎn)介紹了Calibre最新的創(chuàng)新技術(shù)及解決方案。按照Mentor中國區(qū)總經(jīng)理Pete Ling的說法，公司致力于減少驗(yàn)證循環(huán)，更快地完成設(shè)計(jì)并管理設(shè)計(jì)流程交互；創(chuàng)建和驗(yàn)證無壞點(diǎn)設(shè)計(jì)；使用高級(jí)OPC和RET了解工藝限制并擴(kuò)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(fù)雜度及成本。

Mentor中國區(qū)總經(jīng)理Pete表示：“Mentor以設(shè)計(jì)鏈為主，從早期開始與上下游廠商合作，實(shí)現(xiàn)全流程參與的研究開發(fā)?！?

左：Mentor中國區(qū)總經(jīng)理Pete Ling，右：Mentor全球半導(dǎo)體解決方案技術(shù)團(tuán)隊(duì)資深總監(jiān)Minghui Fan

掩模技術(shù)在光刻系統(tǒng)中的角色

在實(shí)際的半導(dǎo)體制造流程中，我們同時(shí)應(yīng)重視光掩模的重要性。光掩膜是光刻工藝所使用的圖形母版，是由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜圖形，再通過曝光將圖形轉(zhuǎn)印到產(chǎn)品基板上形成的。這是半導(dǎo)體制造流程中的關(guān)鍵部分，是流程中造價(jià)最高的一部分，也是限制最小線寬的瓶頸之一。

作為全球領(lǐng)先的光掩模供貨商，Toppan集團(tuán)擁有業(yè)界最先進(jìn)的研發(fā)能力及全方位的光掩模生產(chǎn)技術(shù)與產(chǎn)能，能滿足全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)日益復(fù)雜且多樣化的產(chǎn)品及服務(wù)需求。而他們面對(duì)下一代ArF浸沒式及EUV掩模的研究也已經(jīng)有了新的進(jìn)展。

面對(duì)先進(jìn)節(jié)點(diǎn)，Toppan通過電子束直寫技術(shù)已經(jīng)將光掩模生產(chǎn)工藝已經(jīng)達(dá)到了10nm。目前，Toppan正在從材料方面研發(fā)新的技術(shù)，以確保達(dá)到7nm及以下節(jié)點(diǎn)的要求。

Toppan中國光刻項(xiàng)目總監(jiān) Tom Obayashi 左

光刻膠國產(chǎn)化的道路上應(yīng)該哪些問題？

光刻膠的質(zhì)量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素。在半導(dǎo)體制造的過程中，光刻膠材料約也占到IC制造材料總成本的4%。因此，我國在發(fā)展光刻技術(shù)的同時(shí)，也要重視光刻膠材料的發(fā)展。

“光刻膠企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，主要不僅在于達(dá)到光刻膠性能要求，同時(shí)還要確保光刻膠品質(zhì)及保障能夠及時(shí)供應(yīng)產(chǎn)品?！碧帐匣瘜W(xué)表示光刻業(yè)務(wù)部總經(jīng)理呂志堅(jiān)表示：“陶氏化學(xué)擁有一套完整的研發(fā)和生產(chǎn)體系，以保障品質(zhì)和供應(yīng)鏈的穩(wěn)定。此外，創(chuàng)新和人才是一個(gè)企業(yè)保持前進(jìn)的動(dòng)力?！?

從光刻膠發(fā)展的歷史來看，光刻膠的曝光波長由寬譜紫外g線(436nm)/i線(365nm)向激光KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向移動(dòng)。隨著曝光波長的縮短，光刻膠所能達(dá)到的極限分辨率不斷提高，光刻得到的線路圖案精密度更佳，而對(duì)應(yīng)的光刻膠的價(jià)格也更高。

陶氏化學(xué)表示光刻業(yè)務(wù)部總經(jīng)理 呂志堅(jiān)

但是，中國光刻膠市場(chǎng)基本由外資企業(yè)占據(jù)。

資料顯示，在各類半導(dǎo)體光刻膠中，日美企業(yè)基本壟斷了g/i 線光刻膠、KrF/ArF 光刻膠市場(chǎng)，生產(chǎn)商主要有JSR、信越化學(xué)工業(yè)、TOK、陶氏化學(xué)等。我國半導(dǎo)體光刻膠生產(chǎn)企業(yè)主要有蘇州瑞紅、北京科華等，兩家企業(yè)持續(xù)加大研發(fā)投入和創(chuàng)新，加之相關(guān)科研單位的創(chuàng)新，有望持續(xù)引領(lǐng)半導(dǎo)體光刻膠國產(chǎn)化進(jìn)程，逐漸降低我國對(duì)半導(dǎo)體光刻膠的進(jìn)口依賴程度。但從目前看來，他們的產(chǎn)品還是處于中低端的位置，未來還有很長的一段路要走。

“我國現(xiàn)已重視光刻膠方面的研究，在高端光刻膠領(lǐng)域，我國科研單位已取得了一定成果。但在實(shí)現(xiàn)商用化的道路上，研究單位更應(yīng)該注重于Fab之間的聯(lián)系。以EUV為例，由于生產(chǎn)模式的不同，在超精細(xì)光刻中，需要很好的邊緣粗糙度?！敝袊茖W(xué)院大學(xué)副校長、中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究院楊國強(qiáng)博士說：“光刻膠相關(guān)人才需要科研單位和企業(yè)共同培養(yǎng)，只有產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，才能更加健康地促進(jìn)光刻膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！?

借助這個(gè)大會(huì)，希望能夠?yàn)橹袊饪坍a(chǎn)業(yè)開創(chuàng)一個(gè)更好的未來。

中國科學(xué)院大學(xué)副校長、中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究院 楊國強(qiáng)博士