在很多人的想法里,芯片代工其实不太赚钱,投入大,周期长,且门槛也高,所以利润率低,不如芯片设计赔钱。而美国之前也是这么想的,所以最近几十年,一直不太重...
2025-10-17 0
在半导体产业的“微缩竞赛” 中,光刻技术始终是决定芯片性能天花板的关键。从微米级工艺到纳米级突破,从深紫外(DUV)到极紫外(EUV)的技术迭代,它不仅承载着摩尔定律演进的核心动力,更成为全球科技竞争与产业协同的战略焦点。如今,随着芯片应用向人工智能、新能源汽车、量子计算等领域延伸,市场对更高集成度、更低功耗芯片的需求愈发迫切,而光刻技术面临的物理极限挑战、工艺复杂度提升、全产业链协同难题也随之加剧,一场跨越国界、连接产学研的技术对话,成为推动行业突破的必要支撑。
历经八届沉淀,国际先进光刻技术研讨会(IWAPS)已成长为覆盖光刻设备、工艺制程、计量检测、掩模材料、计算光刻、系统协同优化及新型技术等全产业链交流枢纽,累计吸引数千名国内外科研机构专家、高校学者、企业领军者参与,成为推动全球光刻技术交流与创新的重要力量。
2025年10月14-15日,这场光刻领域的年度盛会将迎来新的里程碑——第九届国际先进光刻技术研讨会(IWAPS)在深圳隆重启幕。本届国际先进光刻技术研讨会(IWAPS)由中国集成电路创新联盟和中国光学学会主办,中国科学院微电子研究所、深圳市半导体与集成电路产业联盟和南京诚芯集成电路技术研究院有限公司承办,国际光学工程学会(SPIE)技术支持,中国科学院大学集成电路学院、中国光学学会光刻技术专业委员会协办。
IWAPS会议主席、中国集成电路创新联盟理事长曹健林,IWAPS会议主席、中国集成电路创新联盟副理事长兼秘书长、中国科学院微电子研究所研究员叶甜春,中国光学学会会士、IEEE会士、美国光学学会会士、SPIE会士、IEEE光子学协会全球主席沈平,深芯盟相关领导等出席开幕式并讲话。开幕式由中国科学院大学教授、中国科学院微电子研究所研究员、SPIE会士、中国光学学会会士韦亚一主持。
IWAPS会议主席、中国集成电路创新联盟理事长曹健林表示,当前光刻技术正呈现出多元化突破态势,极紫外光刻持续向高数值孔径迈进,新一代光刻胶材料也在持续推动技术变革发展。这些技术进步共同描绘了后摩尔时代集成电路发展崭新蓝图。九年来,我们既深耕自主创新,也拥抱全球协作。我们深知,光刻技术的复杂性决定了它必须依靠全球智慧和协同努力才能持续进步。因此,我们坚持自立自强与开放合作并步齐驱,在夯实本土研发根基的同时,更积极地融入全球创新网络。我们欣喜地看到,中国力量正不断为全球光刻产业注入新的活力。同时我们也坚信,人才是光刻技术发展的根本动力。
接着,曹健林分享了三点感受:
第一,光阴似箭,唐朝名士孟浩然曾说“人事有代谢,往来成古今”。曹健林回顾个人经历,40年前导师王大珩先生为其选择了与极紫外光刻(EUV)相关的专业,并送其到日本研究为EUV服务的高反射膜,完成博士学业。40年后的今天,光刻技术精度从微米级发展到亚纳米级,也从小众走向大众,今天中国人都知道光刻,乃至EUV光刻。
第二,一个学科的发展需要强大的经济基础和产业基础,中国已经在全球微电子产业和先进制造产业方面具备良好基础,为光刻技术发展提供了支撑。
第三,学会的组织形式要跟上时代,学会的组织活动应严格按照规程推进,以保证其在学术界、产业界和科技界的引领性。十分期待IWAPS的未来发展,希望大会能够第十届、第二十届、第三十届的持续办下去。
IWAPS会议主席、中国集成电路创新联盟副理事长兼秘书长、中国科学院微电子研究所研究员叶甜春表示,到了2025年,全球科技快速迭代,EUV 进入量产,高数值孔径的EUV开始逐步进入市场工艺验证阶段,集成电路尺寸进入纳米级。以尺寸缩微为驱动力的摩尔定律延展逼近物理和经济极限,光刻技术面临的挑战愈发复杂。光刻技术进入融合创新阶段,人工智能和机器学习深度融入光刻工艺,包括工艺建模、矫正优化和全流程优化,提高图形保真度和开发效率。新兴材料、3D 集成和异质异构整合技术不断扩展光刻技术的应用边界。而未来量产的二维材料等非传统器件的创新需求,对下一代图形化技术提出全新课题。中国作为全球产业链重要板块,正成为全球创新的高地,在光刻及图形化技术各方面取得积极进步,如光刻胶、掩模制造、计算光刻软件相关的各种工艺融合等。他还表示,中国坚定走全球化之路,坚持深化国际合作、开放合作、协同创新的理念,共同维护全球产业供应链的运行和安全。
中国光学学会会士、IEEE会士、美国光学学会会士、SPIE会士、IEEE光子学协会全球主席沈平表示,中国正处于一个关键节点,既面临技术限制,也存在创新机遇,我们鼓励与会者将基础研究与应用相结合,以提升中国的能力。他希望来自国内外的科学家、工程师和青年学生在这两天里加强合作。深圳作为中国改革开放的重要城市和国家创新型城市,提供了理想的背景。
深芯盟相关领导表示,光刻技术作为半导体与集成电路制造的核心环节,贯穿芯片设计验证、前道制造到后道封测的全流程,是推动产业从中低端向高端领域跃升的关键,支撑其精度、效率和工艺水平直接决定芯片的制程节点、功能、性能和良率水平。每一次光刻技术的升级迭代,都推动着半导体产业向更小、更快、更强迈进。光刻技术不仅是微电子制造的关键核心,更是衡量一个国家高端制造能力和科技自主创新能力的重要标志。当前,全球半导体产业正在经历在重构中找机遇、在变革中谋突破的关键阶段,中国已成为光刻技术与设备的重要市场和创新基地,特别是深圳依托庞大的终端应用市场、完善的产业链配套和开放的国际合作环境,在材料、部件、设备等环节不断拓展国际合作空间,逐步形成需求牵引、应用驱动、产业协同的发展路径,正持续为全球光刻技术发展提供丰富的场景支撑与强劲的市场动力,助力我国乃至全球光刻技术迭代突破与产业链韧性提升。
中国科学院大学教授、中国科学院微电子研究所研究员、SPIE会士、中国光学学会会士韦亚一主持开幕式,并汇报了这几年IWAPS的发展情况。他表示,在瞬息万变且日益复杂的全球环境中,学术交流对技术创新至关重要。我们的核心目标是搭建一个高效平台,精准链接产业界与学术界,共同赋能技术进步与产业发展。自首届IWAPS以来, IWAPS报告数量和参会者都在不断增长。
共话光刻难题解法
光刻技术是半导体制造的核心工艺,它决定了芯片的集成度和性能。在芯片制造业的浩瀚宇宙中,光刻技术无疑是最为璀璨的星辰之一,引领着整个行业的创新与前沿发展。
在研讨会上,来自国内外光刻技术领域的专家学者将依次登台,分享各自在各个前沿课题上取得的新突破,展示学术成果,公布技术开发成果和产品。
D2S的庞琳勇博士:全芯片曲线光刻技术——推进技术节点(含成熟节点)量产的关键,及对深紫外光刻的要求。
反演光刻技术(Inverse LithographyTechnology,ILT)长期以来被认为具有提升先进节点图案保真度和工艺窗口的潜力。然而,由于历史性的运行时间限制、分区边界问题以及掩模制造问题,ILT一直被局限于热点优化应用。
2019年,D2S 发布了其基于GPU加速的全芯片无拼接ILT解决方案,以应对ILT面临的挑战。近年来,随着多电子束掩模写入设备在成熟节点得到了采用,D2S的TrueMask ILT凭借其速度和操作简便性,已成为光学邻近效应校正(OPC)的强大替代方案,即使是对于成熟节点亦是如此。
ILT已不再是一种局限于特定领域的技术,而是一种掩模制造与晶圆生产上均属可用的全芯片解决方案,在运算速度、操作简便性乃至掩模制造方面均优于传统的OPC。借助围绕新颖的SIMD计算框架构建的无拼接、GPU加速架构,全芯片曲线ILT在特定情况下甚至比传统0PC更快,并能在掩保真度和晶圆印刷结果上带来更优的表现。
面向整个掩模的曲线掩模制造技术现已在商业掩模厂中准备就绪。它在晶圆厂中,无需额外的基础设施变更(既不需要极紫外光刻(EUV),也不需要更换光刻机或其他设备),并与所有技术节点(从传统节点到使用深紫外光刻(DUV)的最先进节点)兼容。此外,在诸多光刻增强技术中,采用ILT所需的资本投入最低,同时能实现半节点至整节点的性能提升。
复旦大学教授伍强:大规模工艺、设备及材料开发时期的DICO。
随着集成电路制造技术节点逐步迈入5纳米及以下阶段,行业内多数观点认为,EUV(极紫外)光工具、光阻材料、光掩模以及 EDA(电子设计自动化)工具已成为该阶段发展的必要核心要素。
在伍强博士看来,未来EUV技术相关领域将主要朝着两大方向推进:第一个方向是依托 DUV(深紫外)技术,开展先进 DUV 技术节点的研发工作;第二个方向则是重点布局并发展 EUV 相关基础设施,填补当前在该领域的短板。
在技术工具层面,伍强博士重点介绍了 DICO(设计基础设施协同优化)工具体系,包含纯物理光刻建模软件CF Litho、光源-掩模协同优化软件CF SMO、像差补偿工具CF Flexpupil(类似Flexwave计算)。
伍强博士进一步指出,当前全球半导体行业正积极推进 EUV 技术与 HiNA EUV 技术的路线图研发,而 DICO 工具经过多年实践,已在全球范围内得到广泛应用,并成为实现新技术高效开发的关键支撑手段。从实际作用来看,DICO 工具能够在设备、材料、生产工艺尚未完全成熟的早期阶段介入,一方面可以显著加速新技术从研发到落地的进程,缩短技术转化周期;另一方面,还能为设计工程师、工艺工程师、设备工程师及材料工程师提供实践培训的机会,帮助相关人员积累技术经验,这对于半导体技术的长期持续发展具有重要的建设性意义。
除此之外,DICO 工具还具备另一重要价值 —— 能够帮助弥合曝光工具在 OPE(光学邻近效应)中的匹配差距,进一步提升光刻工艺的稳定性与一致性。值得注意的是,CF Litho 与 CF SMO 两款核心软件所依赖的物理光刻模型,其有效性与准确性已通过大量生产数据验证,同时在先进光刻胶配方的开发过程中,也进一步证实了该模型的可靠性。
伍强博士还强调,上述关于 DICO 工具及相关物理光刻模型的研究成果,有望为193纳米先进工艺的优化升级,以及 EUV 基础设施的建设与完善提供有力支持,推动半导体行业相关技术领域的突破与发展。
ASML深紫外光刻成像部门专家Jette van den Broeke:面向浸没式深紫外光刻分辨率极限的光刻技术。
为了扩展浸没式深紫外光刻(ArFi)的图形化技术路线图并降低制造成本(例如,避免使用四重成像技术),芯片制造商正在尝试曝光Pitch低于76nm的图形:他们正在逼近深紫外光刻(DUV)的分辨率极限。
这些极端应用场景可能引发多种问题,包括产能下降和光刻胶内部性能劣化。为确保可靠的量产可行性,同时满足在成像、套刻精度和产能等所有不同方面的性能需求,应将光源-掩模联合优化(SMO)视为关键的解决方案。
Jette van den Broeke在演讲中表示,为实现近分辨率极限节距的最优光刻效果,光线应聚焦在光瞳边缘的叶形区域内。采用这类极端光瞳设计时,计量标记的可印刷性与透镜加热问题会变得更具挑战性,解决方案可通过光瞳优化来实现。值得注意的是,提高偏振填充比(PFR)能够缓解上述问题,但是需以降低产品图形对比度为代价。当偏振填充比越高,透镜局部加热程度越低,计量标记对残余像差的敏感度也越低。因此,在实际应用中,需根据具体应用场景进行针对性优化,并匹配相应的光刻层工艺设置。
西门子MPC产品总监Ingo Bork:在光掩模上绘制曲线图形的实用解决方案。
得益于对晶圆成像质量的提升作用,曲线掩模图形的应用正日益广泛。这一趋势既体现在先进工艺节点中,也适用于成熟工艺节点,其中在成熟节点场景下,曲线图形能够拓展DUV光刻机的可用范围。
在逻辑芯片与存储芯片领域,曲线形状对晶圆光刻具有显著优势,包括扩大工艺窗口,凭借光学邻近校正(OPC)具备更多自由度,从而拓宽工艺窗口;提升掩模均匀性,且有望改善晶圆均匀性;提高OPC模型精度,曲线形状能更真实地还原掩模图形,进而提升模型准确性。
然而,曲线掩模在应用中也面临诸多挑战,例如关键尺寸(CD)计量难度、掩模规则检查(MRC)的规则定义复杂度、掩模工艺校正(MPC)的校正质量与运行时长问题。若使用可变形状束写入器,则会面临掩模写入相关的技术挑战。
鉴于采用可变图形束写入器绘制曲线图形时,必需的“曼哈顿化”处理及格式转换过程,可能对边缘放置误差和掩模工艺窗口产生不利影响,因此Ingo Bork重点关注了此类曲线图形的绘制问题。
Ingo Bork分享了在可变形状束写入器上绘制曲线形状的最佳实践,在曲线域内定义并检查MRC规则,然后对CL掩模形状应用掩模工艺校正,该方法技术成熟,已在生产中验证多年。在掩模数据准备(MDP)的分割(Fracture)阶段转换为可变形状束射束,并采用基于模型的验证方式。
非重叠的可变形状束(VSB)射束可实现更均匀的剂量分布;当与用户指定剂量配合使用时,能够在沉积总剂量与边缘斜率之间达到最佳平衡。
KLA公司的产品营销总监Kevin Huang:应对IC制造和封装挑战的套刻量测解决方案。
他指出,随着半导体技术节点持续缩小及3D堆叠等先进封装技术的兴起,行业对套刻精度(Overlay)控制提出了前所未有的严苛要求。
KLA的“从设计到控制”全流程的解决方案始于利用模拟器进行优化的“靶标设计”(Target Design),随后进入光刻机的工艺优化环节,并通过显影后(ADI)和刻蚀后(AEI)两个关键节点的量测进行监控。整个流程的核心是一个闭环反馈系统,通过“批间控制”(R2R Controller)和非零偏置(NZO)校正,持续优化光刻机的参数设置。
报告重点阐述了KLA在套刻量测领域的三大核心技术支柱。首先是 “基于图像的套刻量测”(IBO),通过升级光源、对焦系统和相机等硬件,并采用 sAIM等更先进的靶标设计,满足前沿技术节点的需求。其次是 “基于散射法的套刻量测”(SCOL),凭借其超连续谱激光、超快调谐器等技术,实现了快速、准确且稳健的套刻控制。最后是 “基于扫描电子显微镜的套刻量测”(SEM-OVL),它利用深度学习等人工智能技术,在提供最高精度的同时,将检测速度提升了1.5至2倍,并用于校准和优化IBO与SCOL的量测方案。
胜科纳米表面分析部总监朱磊分享了光刻胶和光掩模缺陷失效分析技术的应用。失效分析是半导体制造中识别材料或结构失效根本原因的核心环节。对于光刻工艺,其目标是确保图形转移的精确与稳定。他指出,通过综合运用物理与化学表征手段,可以有效诊断光刻胶和光掩模在生产过程中出现的各类缺陷。
朱磊首先介绍了光刻胶的失效分析。他表示,针对光刻胶工艺中常见的污染、化学变化及清洗后残留等问题,需依赖一系列高灵敏度的化学与表面分析技术。报告通过案例展示了如何运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)追溯污染物来源,利用X射线光电子能谱(XPS)研究材料界面化学态,并通过飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)等手段,实现对工艺后痕量有机残留的精准探测。
随后,朱磊介绍了光掩模的缺陷分析。他指出,光掩模的缺陷可能源于设计、材料或刻蚀等多个环节。对此,先进电子显微镜技术是进行物理表征与失效分析的核心工具。报告强调,通过低电压高分辨率扫描电子显微镜(SEM)等设备,可以有效克服掩模材料导电性差所带来的成像困难,从而获取清晰的图形轮廓。而聚焦离子束(FIB)与透射电子显微镜(TEM)的联用,则是在纳米尺度下对掩模结构进行截面分析、表征外来物缺陷、以及评估关键尺寸、侧壁角度等核心工艺参数不可或缺的手段。
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