專家：中國光刻技術體系的建立 需要跨過這幾道坎

2018年10月18日，第二屆國際先進光刻技術研討會（IWAPS 2018）在廈門隆重舉行。作為光刻產業的一場盛會，IWAPS為來自國內外半導體工業界、學術界的資深技術專家和優秀研究人員提供了一個廣泛的技術交流平台，參會者可以就材料、設備、工藝、測量、計算光刻和設計優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。


　　本屆會議由集成電路產業技術創新戰略聯盟主辦，中國科學院微電子研究所和廈門半導體投資集團有限公司承辦，中國光學學會協辦；參會者包括了大會副主席、中國科學院微電子研究所所長、集成電路產業技術創新戰略聯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、海滄區委書記、海滄台商投資區黨工委書記林文生。來自世界各地的眾多名企、廠商、科研機構、高校的300餘名參會代表出席本次會議。

　　光刻技術面臨的挑戰日益提升

　　從誕生的那刻起，光刻技術的持續發展從三個方面為集成電路技術的進步提供了保證：其一是大面積均勻曝光，在同一塊矽片上同時做出大量器件和晶元，保證了批量化的生產水平；其二是圖形線寬不斷縮小，使用權集成度不斷提高，生產成本持續下降；其三，由於線寬的縮小，器件的運行速度越來越快，使用權集成電路的性能不斷提高。但隨著集成度的提高，光刻技術所面臨的困難也越來越多。

　　一般的光刻工藝要經歷矽片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。在這其中，光刻設備的重要地位自然不言而喻。

　　TEL（東電電子）是半導體製造設備與平板顯示器 （FPD）製造設備的世界領跑企業，其產品主要包括半導體製造設備（塗膠顯影設備、熱處理成膜設備、干法刻蝕設備、化學氣相沉積設備、物理氣相沉積設備、電化學沉積設備、清洗設備，封測設備等）以及平板顯示設備（干法刻蝕設備、塗膠顯影設備）等。公司產品在製造工藝、量產方面擁有卓越的特點，已被世界各地的半導體生產商、FPD生產商廣泛運用於生產線中。

　　在本次大會上，來自TEL的專家Hiromitsu Maejima以及TEL 中國的市場部總監錢立群為與會者介紹了最新Coater / Developer產品的工藝技術以及Coater / Developer系統未來十年的最新發展方向，並指出在晶圓製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，應該以如何有效降低設備與工藝所造成的缺陷為重點，而這就需要加強設備管理，對此，TEL增強了對晶圓狀態的監測以及日誌數據分析。」

錢立群錢立群
　　光刻模擬面對先技術進節點的挑戰

　　如今，先進工藝已經演進到7nm，為了解決隨之而來的，實際生產時面對的圖形失真，圖形解析度和晶元良率等問題，解析度增強技術的開發和應用就日益成為光刻界研究的熱點。

　　解析度增強技術是光刻中用來實現高分辯光刻成像質量的重要手段，目前主要的兩個解析度增強技術分別是光學鄰近校正（OPC）和移相掩模技術（PSM），而這些技術都需要光刻模擬的過程來支持。

　　通過光刻模擬預測實際光刻條件下掩模在矽片表面所成的圖像，以此縮短有效光刻解決方案在實際生產時所需要的時間，從而解決從設計到製造的問題。

　　那麼如何確保模擬是正確的？如何確保輸入參數就是要模擬的參數？對於光刻模擬OPC的供應商來講，如何利用光刻信息便成為模擬成功的重要基礎。

　　Mentor所推出的Calibre系列產品則是業界一個完整的物理驗證與亞波長解決方案。

　　Calibre物理驗證套裝工具，包括Calibre DRC與Calibre LVS，在實際應用中可確保集成電路物理設計遵守代工製造規格要求，元件功能也符合原設計規格。針對亞波長設計，Calibre則利用階層式驗證引擎提供一組套裝工具，可以新增或建立模型，並且驗證四種主要的解析度強化技術——光學臨近效應修正（OPC）、相位移光罩（PSM）、光學輔助圖形（Scattering Bar）和偏軸照明（OAI）技術。目前Calibre套件已經成為許多廠商採用標準。

　　在本次大會上，Mentor演講重點介紹了Calibre最新的創新技術及解決方案。按照Mentor中國區總經理Pete Ling的說法，公司致力於減少驗證循環，更快地完成設計並管理設計流程交互；創建和驗證無壞點設計；使用高級OPC和RET了解工藝限制並擴展工藝余量；提高晶圓廠的生產力，縮短研發和生產周期，從而降低工藝複雜度及成本。

　　Mentor中國區總經理Pete表示：「Mentor以設計鏈為主，從早期開始與上下游廠商合作，實現全流程參與的研究開發。」

左：Mentor中國區總經理Pete Ling，右：Mentor全球半導體解決方案技術團隊資深總監Minghui Fan左：Mentor中國區總經理Pete Ling，右：Mentor全球半導體解決方案技術團隊資深總監Minghui Fan
　　掩模技術在光刻系統中的角色

　　在實際的半導體製造流程中，我們同時應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印到產品基板上形成的。這是半導體製造流程中的關鍵部分，是流程中造價最高的一部分，也是限制最小線寬的瓶頸之一。

　　作為全球領先的光掩模供貨商，Toppan集團擁有業界最先進的研發能力及全方位的光掩模生產技術與產能，能滿足全球半導體產業日益複雜且多樣化的產品及服務需求。而他們面對下一代ArF浸沒式及EUV掩模的研究也已經有了新的進展。

　　面對先進節點，Toppan通過電子束直寫技術已經將光掩模生產工藝已經達到了10nm。目前，Toppan正在從材料方面研發新的技術，以確保達到7nm及以下節點的要求。

Toppan中國光刻項目總監 Tom Obayashi 左Toppan中國光刻項目總監 Tom Obayashi 左
　　光刻膠國產化的道路上應該哪些問題？

　　光刻膠的質量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關鍵因素。在半導體製造的過程中，光刻膠材料約也佔到IC製造材料總成本的4%。因此，我國在發展光刻技術的同時，也要重視光刻膠材料的發展。

　　「光刻膠企業所面臨的挑戰，主要不僅在於達到光刻膠性能要求，同時還要確保光刻膠品質及保障能夠及時供應產品。」陶氏化學表示光刻業務部總經理呂志堅表示：「陶氏化學擁有一套完整的研發和生產體系，以保障品質和供應鏈的穩定。此外，創新和人才是一個企業保持前進的動力。」

　　從光刻膠發展的歷史來看，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。隨著曝光波長的縮短，光刻膠所能達到的極限解析度不斷提高，光刻得到的線路圖案精密度更佳，而對應的光刻膠的價格也更高。

陶氏化學表示光刻業務部總經理 呂志堅陶氏化學表示光刻業務部總經理 呂志堅
　　但是，中國光刻膠市場基本由外資企業佔據。

　　資料顯示，在各類半導體光刻膠中，日美企業基本壟斷了g/i 線光刻膠、KrF/ArF 光刻膠市場，生產商主要有JSR、信越化學工業、TOK、陶氏化學等。我國半導體光刻膠生產企業主要有蘇州瑞紅、北京科華等，兩家企業持續加大研發投入和創新，加之相關科研單位的創新，有望持續引領半導體光刻膠國產化進程，逐漸降低我國對半導體光刻膠的進口依賴程度。但從目前看來，他們的產品還是處於中低端的位置，未來還有很長的一段路要走。

　　「我國現已重視光刻膠方面的研究，在高端光刻膠領域，我國科研單位已取得了一定成果。但在實現商用化的道路上，研究單位更應該注重於Fab之間的聯繫。以EUV為例，由於生產模式的不同，在超精細光刻中，需要很好的邊緣粗糙度。」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博士說：「光刻膠相關人才需要科研單位和企業共同培養，只有產、學、研相結合，才能更加健康地促進光刻膠產業的發展。」

　　藉助這個大會，希望能夠為中國光刻產業開創一個更好的未來。

中國科學院大學副校長、中國科學院化學研究所研究院 楊國強博士中國科學院大學副校長、中國科學院化學研究所研究院 楊國強博士