【編者按】2024年，集成電路行業(yè)在變革與機(jī)遇中持續(xù)發(fā)展。面對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的新常態(tài)、技術(shù)創(chuàng)新的加速以及市場(chǎng)需求的不斷變化，集成電路企業(yè)如何在新的一年里保持競(jìng)爭(zhēng)力并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展？為了深入探討這些議題，《集微網(wǎng)》特推出展望2025系列報(bào)道，邀請(qǐng)集成電路行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，分享過(guò)去一年的經(jīng)驗(yàn)與成果，展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)與機(jī)遇。
本期企業(yè)視角來(lái)自：東方晶源微電子科技（北京）股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“東方晶源”）
隨著人工智能（AI）和高性能計(jì)算（HPC）的迅猛發(fā)展，集成電路制程節(jié)點(diǎn)正以前所未有的速度不斷演進(jìn)，2025年將進(jìn)入2nm量產(chǎn)時(shí)代。這一進(jìn)程不僅帶來(lái)了計(jì)算能力的飛躍，也使得集成電路的工藝復(fù)雜程度急劇增加。每一代制程技術(shù)的迭代，都伴隨著對(duì)材料、設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)的極高要求，而良率問(wèn)題則是集成電路行業(yè)發(fā)展中必須面臨的最大挑戰(zhàn)之一。
電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具作為集成電路設(shè)計(jì)與制造的重要支撐，在挖掘潛力、提升良率方向上可以發(fā)揮重要作用，大幅提升芯片從設(shè)計(jì)到制造的轉(zhuǎn)換效率與成功率。東方晶源創(chuàng)立之初便提出HPO（Holistic Process Optimization）良率最大化技術(shù)路線(xiàn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，是DTCO（Design-Technology Co-Optimization，設(shè)計(jì)與技術(shù)協(xié)同優(yōu)化）方面的重要實(shí)踐?；贑PU+GPU混合超算架構(gòu)的反向光刻技術(shù)（ILT）通過(guò)深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)對(duì)光刻制程精確建模，優(yōu)化工藝窗口，也能更好地滿(mǎn)足先進(jìn)制程對(duì)圖形精度的苛刻需求，提高芯片制造的良率和性能。
同時(shí)，東方晶源也在持續(xù)深耕電子束量測(cè)檢測(cè)核心技術(shù)。隨著半導(dǎo)體制程不斷微縮，電子束量檢技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越多。近年來(lái)，電子束量測(cè)檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)逐漸成為芯片制造裝備中除光刻機(jī)之外技術(shù)難度最高的設(shè)備類(lèi)別之一。這不僅是因?yàn)槠浼夹g(shù)的復(fù)雜性，還因?yàn)槠湓诖_保芯片性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。東方晶源在這一領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品覆蓋了EBI（電子束缺陷檢測(cè)設(shè)備）、CD-SEM（關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備）與DR-SEM（電子束缺陷復(fù)檢設(shè)備）等關(guān)鍵領(lǐng)域，這些產(chǎn)品在提升集成電路產(chǎn)品性能方面發(fā)揮著重要作用
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和消費(fèi)升級(jí)的推動(dòng)，集成電路市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。與此同時(shí)，外部國(guó)際環(huán)境也正變得日益嚴(yán)峻，對(duì)中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成挑戰(zhàn)。中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)只有持續(xù)加大研發(fā)投入，堅(jiān)持自主技術(shù)創(chuàng)新，包括在先進(jìn)制程工藝、量測(cè)檢測(cè)技術(shù)、EDA等領(lǐng)域不斷推進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的整體壯大。在此過(guò)程中，以東方晶源HPO為代表的相關(guān)EDA工具、電子束量測(cè)檢測(cè)設(shè)備都將發(fā)揮重要作用。
HPO助力降低芯片制造門(mén)檻
近年來(lái)，集成電路制程技術(shù)不斷向更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。3nm制程技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、數(shù)據(jù)中心等高端領(lǐng)域。臺(tái)積電、英特爾、三星均把2nm的量產(chǎn)時(shí)程瞄向2025年。比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）預(yù)測(cè)，2025年后，晶體管微縮化將進(jìn)入埃米尺度。生產(chǎn)方面，SEMI最新發(fā)布的全球晶圓廠季度報(bào)告預(yù)計(jì)，2025年全球?qū)?dòng)18座新晶圓廠建設(shè)項(xiàng)目，其中包括15座300毫米晶圓設(shè)施，以滿(mǎn)足先進(jìn)制程芯片的生產(chǎn)需求。
然而，隨著集成電路技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷演進(jìn)，工藝復(fù)雜程度不斷增加，良率變得極具挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，對(duì)于尖端的邏輯晶圓廠而言，1%的良率就意味1.5億美元的凈利潤(rùn)。良率過(guò)低往往代表晶圓廠工藝的低效與不合格，也很難贏得用戶(hù)的青睞。
近年來(lái)，我國(guó)對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)給予高度重視，隨著國(guó)內(nèi)芯片自給率的大幅提升，晶圓廠工藝不斷向先進(jìn)節(jié)點(diǎn)演進(jìn)。針對(duì)這一發(fā)展形勢(shì)，東方晶源指出，僅僅利用國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)鏈流片成功是不夠的，如何在已有的工具基礎(chǔ)上，更充分地挖掘潛力，提升良率將變得越來(lái)越關(guān)鍵。
東方晶源從創(chuàng)立之初便提出的HPO（Holistic Process Optimization）良率最大化技術(shù)路線(xiàn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)與制造工藝的協(xié)同優(yōu)化（DTCO）是當(dāng)前業(yè)界針對(duì)良率問(wèn)題的主流解決思路。HPO正是基于DTCO發(fā)展形成，其核心在于通過(guò)全面的工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)晶圓制造過(guò)程中的良率最大化。通過(guò)HPO，東方晶源可以幫助用戶(hù)有效降低芯片制造的門(mén)檻，使其在相對(duì)受限供應(yīng)鏈支撐下，通過(guò)協(xié)同優(yōu)化的方式也能夠制造出高端芯片。這對(duì)于后摩爾時(shí)代的中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)顯得尤為重要。
HPO理念的實(shí)施對(duì)于東方晶源公司自身來(lái)說(shuō)同樣具有重要意義。經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，基于HPO理念，東方晶源已經(jīng)與客戶(hù)實(shí)現(xiàn)了深度綁定，不僅根據(jù)客戶(hù)現(xiàn)有需求提供點(diǎn)工具，還致力于將這些工具串成線(xiàn)，為客戶(hù)提供全新的系統(tǒng)性良率管理解決方案。采訪中，東方晶源打了一個(gè)比方，HPO一體化良率方案有些類(lèi)似于港珠澳大橋，公司的計(jì)算光刻軟件產(chǎn)品、電子束裝備、良率管理軟件等點(diǎn)工具都是橋墩或者中繼島。經(jīng)過(guò)近10年的努力，現(xiàn)在各個(gè)“橋墩”都已經(jīng)立得差不多了，后續(xù)將進(jìn)行有效連通，把“跨海大橋”建設(shè)起來(lái)。
無(wú)縫耦合AI+計(jì)算光刻解決方案
EDA作為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。其不僅能夠通過(guò)算法優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效率的提升，在制造領(lǐng)域同樣舉足輕重。EDA工具通過(guò)高精度的計(jì)算和優(yōu)化算法，能夠生成精確的掩模數(shù)據(jù)，這是制造集成電路的關(guān)鍵一步。掩模數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響到制造出的芯片的性能和良率。
圍繞計(jì)算光刻環(huán)節(jié)，東方晶源旗下PanGen?平臺(tái)已經(jīng)形成八個(gè)產(chǎn)品矩陣，包括精確的制程仿真、DRC、SBAR、OPC、LRC、DPT、SMO、DMC，具備完整的計(jì)算光刻相關(guān)EDA工具鏈條。如東方晶源開(kāi)發(fā)的計(jì)算光刻產(chǎn)品OPC，應(yīng)用于光刻掩模版優(yōu)化及光刻機(jī)光源優(yōu)化，已經(jīng)成為決定產(chǎn)品良率的重要環(huán)節(jié)之一。
目前越來(lái)越多的半導(dǎo)體公司捕捉到AI技術(shù)的巨大潛力，紛紛將其作為推動(dòng)自身技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)引入AI技術(shù)，優(yōu)化研發(fā)流程，加速新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，提高生產(chǎn)良率，降低成本。早在2015年?yáng)|方晶源開(kāi)始啟動(dòng)計(jì)算光刻這個(gè)產(chǎn)品方向時(shí)，創(chuàng)始人俞宗強(qiáng)博士就提出要基于GPU加速來(lái)做全芯片的反向光刻，即ILT。目前，整個(gè)東方晶源的計(jì)算光刻產(chǎn)品PanGen?都是完全基于CPU+GPU的混合超算架構(gòu)和CUDA開(kāi)發(fā)的，可以和AI框架運(yùn)行在同樣的運(yùn)算環(huán)境里的，能夠無(wú)縫地將AI程序耦合進(jìn)計(jì)算光刻主體功能，將強(qiáng)大的AI算法更充分地和計(jì)算光刻領(lǐng)域know-how結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建更高效、更智能化的解決方案，并且天然可以更有效地享受當(dāng)下AI技術(shù)突飛猛進(jìn)的紅利。
據(jù)了解，東方晶源已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于AI的快速光刻反饋模型，能夠以高于普通OPC recipe 100 倍的速度直接從輸入設(shè)計(jì)版圖獲得Contour。這樣設(shè)計(jì)者就可以快速知道其設(shè)計(jì)版圖是不是有工藝不友好的地方，防患于未然。
此外，東方晶源還在開(kāi)發(fā)有AI助力的Process Model，將既有的比較物理化的光刻、刻蝕模型和AI技術(shù)有效結(jié)合起來(lái)，能更動(dòng)態(tài)、更全面地隨測(cè)量數(shù)據(jù)反映工藝表現(xiàn)，進(jìn)而為Fab和Designer提供更有效、及時(shí)的反饋。
在EDA領(lǐng)域，全球頂尖的公司已經(jīng)在資本市場(chǎng)支持，以及相關(guān)國(guó)家政府的政策扶持下進(jìn)行了超百次的并購(gòu)。這才形成如今完整的工具鏈。對(duì)此，東方晶源指出，國(guó)內(nèi)企業(yè)要在短時(shí)間內(nèi)按照原有點(diǎn)工具逐個(gè)開(kāi)發(fā)的方式重走一遍老路，所需的時(shí)間和資源是非常大的。因此，中國(guó)企業(yè)要較快實(shí)現(xiàn)EDA全流程自主可控，就要走一條創(chuàng)新之路。
軟硬件結(jié)合助力集成電路產(chǎn)業(yè)升級(jí)
隨著摩爾定律的演進(jìn)，集成電路的復(fù)雜度和性能要求不斷提升，這對(duì)設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試等環(huán)節(jié)都提出了更高的挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體的量測(cè)檢測(cè)設(shè)備貫穿整個(gè)芯片制造工藝的全流程，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵性作用。而電子束檢測(cè)設(shè)備作為主要的技術(shù)類(lèi)型之一，在半導(dǎo)體制程不斷微縮，光學(xué)檢測(cè)在先進(jìn)工藝圖像識(shí)別的靈敏度逐漸減弱情況下，應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越多。
創(chuàng)立伊始，東方晶源就致力于電子束的納米級(jí)量測(cè)檢測(cè)設(shè)備開(kāi)發(fā)，目前產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋EBI（電子束缺陷檢測(cè)設(shè)備）、CD-SEM（關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備）與DR-SEM（電子束缺陷復(fù)檢設(shè)備）等關(guān)鍵領(lǐng)域，配合良率管理系統(tǒng)YieldBook的應(yīng)用，產(chǎn)品線(xiàn)布局日臻完善。
EBI 作為東方晶源的成熟產(chǎn)品線(xiàn)，經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)迭代，已經(jīng)取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步。這一系列產(chǎn)品不僅能夠檢測(cè)電性能缺陷，還具備物理缺陷的檢測(cè)能力。目前產(chǎn)品i525兼容步進(jìn)式和連續(xù)式掃描模式，相較于之前版本，速度有了3倍-5倍的提升。此外，i525的電子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持negative mode檢測(cè)方式，并能夠提供40nA以上的檢測(cè)束流，同時(shí)引入多種wafer荷電控制方案，有效降低了荷電效應(yīng)對(duì)圖像的影響。新一代EBI中，電子光學(xué)系統(tǒng)采用了電子束預(yù)充電技術(shù)，專(zhuān)門(mén)解決高深寬比（HAR）及存儲(chǔ)芯片特殊制程缺陷檢測(cè)需求。通過(guò)一系列設(shè)計(jì)升級(jí)，新一代產(chǎn)品也提供了更高精度的物理缺陷檢測(cè)能力和更快的成像能力。
CD-SEM設(shè)備方面，東方晶源繼12吋c430和6/8吋c310之后，新一代CD-SEM電子光學(xué)系統(tǒng)（EOS），采用了球色差優(yōu)化的物鏡、像差補(bǔ)償技術(shù)和自動(dòng)校正技術(shù)等新方案，實(shí)現(xiàn)了高成像分辨率和高量測(cè)精度，同時(shí)具備低劑量（low dose）輻照成像能力和去電荷積累技術(shù)，保證了量測(cè)的精度和穩(wěn)定性，同時(shí)減少了對(duì)樣品的損傷。高速傳片系統(tǒng)采用優(yōu)化的真空和機(jī)械設(shè)計(jì)方案，顯著提升了關(guān)鍵尺寸量測(cè)產(chǎn)能。
DR-SEM設(shè)備是東方晶源最新涉足的細(xì)分領(lǐng)域。2023年推出的首款SEpA-r600TM設(shè)備，其圖像質(zhì)量已滿(mǎn)足客戶(hù)要求，D2D算法的捕獲率（Capture Rate）超過(guò)95%，接近成熟機(jī)臺(tái)的水平，已經(jīng)正式進(jìn)入客戶(hù)產(chǎn)線(xiàn)。新一代DR-SEM電子光學(xué)系統(tǒng)采用多通道探測(cè)器，能夠全方位立體表征缺陷信息，并通過(guò)電子光路和探測(cè)器的設(shè)計(jì)優(yōu)化提升采圖速度。同時(shí)，高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的升級(jí)研發(fā)將實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的缺陷定位和檢測(cè)能力。
東方晶源還在不斷拓展電子束量測(cè)設(shè)備的能量范圍，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)高能電子束量測(cè)的空白。這些技術(shù)的進(jìn)步和新產(chǎn)品的推出，展示了東方晶源在半導(dǎo)體檢測(cè)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和技術(shù)實(shí)力。
東方晶源指出，技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵力量，需要持續(xù)加大研發(fā)投入，致力于先進(jìn)制程工藝、量測(cè)檢測(cè)技術(shù)、EDA等領(lǐng)域的創(chuàng)新，以提升和保證產(chǎn)品性能及品質(zhì)，適應(yīng)并滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。中國(guó)政府高度重視集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2024年在國(guó)家政策的大力支持下，國(guó)產(chǎn)替代取得顯著成效，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，國(guó)產(chǎn)芯片的自給率將大幅提升，逐步縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，對(duì)應(yīng)產(chǎn)能及需求，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)品及技術(shù)也會(huì)隨之加速進(jìn)步，得到進(jìn)一步完善。
在新的一年里，公司首先就是要緊跟國(guó)內(nèi)最先進(jìn)工藝，作為點(diǎn)工具，能夠持續(xù)為客戶(hù)提供堅(jiān)實(shí)的計(jì)算光刻解決方案。第二是更多地與AI技術(shù)相結(jié)合，從而更全面、高效地反饋Fab工藝。第三是實(shí)現(xiàn)EDA 軟件更多地和量測(cè)硬件結(jié)合，加速落地HPO一體化良率方案。
