超大规模集成电路制造装备基础问题分析项目申报书毕业论文

1、超大规模集成电路制造设备的基本问题研究一、研究能力该项目以线宽32nm及以下集成电路制造装备面临的纳米精密图形转移、超低应力平坦化、高密度封装、高速高精度运动、超精密测量等关键共性技术为突破口，围绕以下三个重要科学问题开展研究:科学1。纳米精密制造中的界面和尺度效应及精度控制随着未来IC制造向32nm及以下线宽发展，尺寸效应导致的铜线电阻率呈指数级增长。因此，由互连结构的电阻和电容引起的信号延迟效应变得越来越严重。超低k介质材料的引入已成为必然趋势。由于其与铜的力学性能存在巨大差异，界面问题成为图形转移和平坦化过程中的关键瓶颈之一。在平坦化方面，如何在大尺寸晶圆的微区粗糙度、中区波纹度和全局平

2、坦度三个跨尺度(纳米-微米-毫米)域实现高精度控制，如何避免互连损伤和界面剥离，如何在降低平坦化压力的条件下实现高效、大面积、均匀的材料去除，成为亟待克服的壁垒。同时，作为高保真图形转移的关键方法之一，即纳米压印光刻技术，随着线宽的变窄，界面的物理化学性质会对光刻胶的流变产生很强的约束，其流变特性会表现出明显的尺度效应。为了实现图形的高保真转移，界面的分子相互作用机理、纳米间隙的流变规律、静电场诱导的分子自组装过程的界面行为是亟待研究的问题。鉴于这些困难，确定了两个方面的研究能力:1)超低压下异质表面纳米精密平坦化的新原理与实现为了制造线宽32nm或更小、晶片直径300-450mm、Cu互连和

3、超低K介电材料的VLSI，有必要探索超低压化学机械平坦化(CMP)的新原理和异质材料CMP过程中材料的原子级去除规律，揭示表面间的摩擦化学和机械耦合对原子级材料去除的影响。证明了逃逸原子的数量和分布、多场耦合下界面分子刷倾向和刚度的控制机理、超低应力平坦化过程中均匀快速去除异质材料的机理以及纳米两相流的流动规律。因此，提出了一种新的超低应力平坦化方法，并开发了一种新的CMP系统。本研究由五部分组成:原子级材料的去除机理；超低应力平坦化新方法柔性分子刷；超低应力平面化中的界面行为和损伤控制；外部电场辅助整体平坦化的原理和方法；超低应力平坦化的原理原型和工艺实现。2)外场诱导纳米结构的流变规律及控

4、制。以及由电场和紫外光诱导的图案化过程。将纳米结构的图案模板以纳米间距放置在聚合物膜(光刻胶)上方，施加静电场驱动光刻胶分子运动并聚集在基底表面形成图案，然后用紫外光使液态分子膜固化成型。这种图形化方法的本质是外场诱导的纳米尺度几何约束的变形过程，抗蚀剂与各种工艺要素的相互作用与现有的光学投影光刻工艺有显著的不同。在光刻过程中，抗蚀剂在激光能量的作用下只发生原位化学或物理作用。但当外场诱导流变变形时，抗蚀胶必须先进行机械流变，然后在外界光能场的照射下进行光聚合固化反应。为了提高图案化效率，需要应用激光和热场等辅助能量形式来提高分子的自由能。显然，在这种新的纳米结构图案化过程中，界面约束、流变规

5、律和纳米尺度的控制是核心问题。因此，计划进行以下研究:纳米尺度空间材料的流变行为；纳米成形中的界面分子相互作用规律和外场诱导机制；形成结构的几何形状和物理特征的演化规律；纳米成形中的场传输控制及设备实现。科学2。纳米键合快速能量通道的形成机理及性能调控为满足封装向系统集成、小型化、超薄化的发展，基于引线键合的芯片堆叠三维封装和基于倒装互连的高密度封装将成为32 nm及以下集成电路封装的主流技术。预计到2013年，晶圆厚度将降至40微米，凸点间距降至15微米，三维封装最小厚度降至0.5 mm，倒装芯片I/O数增至5000个/cm2。封装的空间约束将发生根本改变，键合工艺的复杂性将更加突出，这将对

6、现有的键合原理和技术提出挑战，如:三维堆叠芯片的悬臂键合处于不稳定状态。绑定接口如何响应？如何形成可靠的超低弧引线？高密度超细凸点倒装焊中如何精确控制热、力、流体、运动等物理量？机械振动、温度变化等环境因素对超薄芯片多自由度精密运行的影响等。需要研究“高密度封装多能场复合作用机理”这一核心科学问题。主要研究内容包括:1)超薄芯片堆叠组合互连中的多畴能量转移和键合形成在3D封装中堆叠芯片导致了悬臂键合和超低弧引线等特殊要求，大大提高了互连的可靠性和稳定性。迫切需要解决以下问题:1)芯片悬臂键合的动态参数匹配。悬臂端位移过大( 50 m)导致超声加载时悬臂振动，导致互连失效、强度降低、悬臂硅片开裂

7、等问题；2)超低回线领先稳定性。超薄芯片、悬臂下引线以及整个封装高度的降低都需要发展超低弧 75 m，对弧高/弧一致性的要求更加严格，以避免同层线之间或上下层线之间短路。因此，有必要研究如何在堆叠芯片的悬臂上有效地施加和吸收外场能量，以实现高强度、高可靠性的悬臂键合。为了提高弧高/弧的一致性，研究了空间引线成形过程中微位移、微力、刚度和电弧稳定性的动态匹配。主要研究能力:芯片悬臂键合中多种键合能量的输入和响应及键合微结构的生成；复杂条件下铅成形过程的建模:产生焊接头的精确运动并控制高精度引线运动；监控粘接过程和粘接质量的理论和方法。2)高密度倒装焊中多物理量协同控制的机理与实现对于线宽32nm

8、及以下的IC封装，在超薄芯片( 40m)、高密度凸点(5000个/cm2)、超细间距( 15m)的倒装焊工艺中，尺度效应和表面效应明显。超薄芯片与基板之间多自由度的翻转、定位、对准、对齐等精密操作，容易受到机械振动和温湿度等环境因素的影响，难度很大。由于高密度封装导致热功率密度增加、有机基板扭曲翘曲、芯片与有机基板热膨胀系数差异大(1: 6)等因素的综合影响，倒装键合工艺容易产生较大的残余热应力和应力集中现象，导致封装界面脱层失效，对热、力、流体等键合参数的精确控制提出了挑战。因此，建立了多自由度微精密快速对准的新原理，提出了大尺寸超薄晶圆或微小芯片快速转移和精确定位的新方法。研究了热、力、流

9、体等物理场共同作用下高密度倒装键合界面的精确形成机理，提出了耦合热、力、流体等物理量的多参数精确协调控制方法。研究内容如下:多自由度高密度倒装键合，快速精确对准；超薄晶片/芯片的表面效应和可靠拾取；高密度微互连中多物理场的机理与精确控制；键合工艺缺陷的在线检测、实时诊断和质量评估；高密度和超细间距倒装焊样机的研制。科学三:纳米制造系统的高速精确响应机制和运动精度生成原理随着光刻工艺逐渐进入32nm及以下的节点，当前光刻机平台运动控制系统中不需要特别关注的弱扰动、测量时延的非线性和未建模动态特性对系统的精度和动态性能有着明显的影响，光刻机平台运动精度的“极端化”会带来一系列原则性问题。对环境的要

10、求也在向超高真空/超净方向发展，在晶圆、薄膜、电路图形的制造过程中进行在线检测和质量检验的难度越来越大。这些问题对现有的运动系统建模、测量和控制的理论和方法提出了新的挑战，如:作为一个大惯性的多体多场跨尺度系统，光刻机工作台中力-热-光-电磁-流场等多物理场如何共同作用；如何补偿环境的微弱扰动，形成大范围高速运动的亚纳米测量精度；如何实现多轴测量数据和时间的同步，从而解决测量离散空间高动态纳米精度运动表示的不确定性；如何实现大尺寸晶圆的高效超净传输，超精密加工的在线测量等。围绕“纳米制造系统的高速精确响应机理和运动精度生成原理”这一核心科学问题，应进行以下三个方面的研究:1)大惯性多体系统的多

11、领域、多尺度建模和纳米精度运动生成光刻机平台是一个大惯性的多体混合系统。在复合场的复杂作用下，它从多个方面影响着纳米电子制造精度的产生。影响精度生成的各种因素并不是完全独立的，存在着静态和动态的相关性，其中环境扰动和运动系统本身复杂的力学特性是影响系统精度的主要因素。运动系统多结构串联特性引起的误差放大效应也是影响系统整体精度的重要因素。为了解决这些问题，有必要建立和分析复杂环境下的扰动和动态模型，分析各种误差的形成机理。只有精确补偿动静态扰动，控制精密振动，才能保证纳米电子制造最终的纳米精密运动。主要研究内容如下:大惯性多体多尺度多场系统的动力学建模与分析；曝光过程中动态流场对激光干涉测量精

12、度的影响分析；精密运动机构的结构优化与振动控制；亚精度下轨迹跟踪和曝光移动的动态精度生成:光刻机动力学分析与纳米精度生成的综合实验验证。2)复杂环境下大尺寸超薄晶圆高效稳定传输的原理及实现。随着IC集成度和复杂度的不断提高，对环境的要求也在向超高真空/超净方向发展，如CVD、PVD、等离子刻蚀等制造阶段。为了防止工件被氧化或污染，要求晶片工作环境的真空度达到10-9托的数量级。大型IC生产设备要求0.1m的尘粒要控制到1级，甚至更严格。在如此恶劣的环境下工作，对晶圆输送设备的运动产生提出了更高的要求。随着晶圆向大尺寸(300mm)发展，集成电路制造能力不断提高，传输设备的高效性和可靠性成为重要

13、的制约因素。在快速传输和取片的过程中，容易出现振动、划伤、晶片滑落等问题。随着超薄晶圆(50m)的发展，如何避免超薄晶圆在运输过程中的表面划伤和变形是超薄晶圆成功取放的首要条件。主要研究内容如下:传动摩擦界面固体膜润滑的机理与控制；传动机构的磁流体密封和高性能磁力传动；高效可靠的大尺寸超薄晶圆拾取机构及方法；轨迹优化和控制，实现大型超薄晶圆的高效稳定运输。3)晶圆表面加工中纳米精度几何参数的在线测量方法及表征。在集成电路制造过程中，晶圆、薄膜和电路图案的质量检测是必不可少的。为了解决32 nm及以下和300-450mm晶圆平坦化过程中铜膜厚度变化的实时在线检测，以及晶圆加工过程中高速、高精度的

14、全局和局部微形貌测量问题，本研究提出了一种非接触式快速、高精度的硅片微几何参数测量方法，实现了32nm及以下集成电路制造过程中硅片表面质量的在线测量。主要研究内容如下:基于涡流原理的高频微波反射涡流检测仪的设计原理；构建高频反射式涡流检测系统以集成CMP工艺；在线检测晶片表面微观形貌的快速测量原理；非均匀晶片表面光学特性对莫尔条纹形成的影响因素；大纳米分辨率微形貌测量技术与方法。二。预期目标总体目标针对高精度、高可靠性、高性能集成电路制造技术和装备面临的技术挑战，通过上述七个课题的研究，实现集成电路制造部分关键技术和先进装备的自主创新，造就一批从事该领域前沿科学研究的高技术人才，奠定支撑我国新

15、一代集成电路制造技术和产业体系发展的理论和技术基础。 这将为中国在集成电路制造装备领域的跨越式发展提供支撑，成为全球集成电路制造的主要生产和创新中心。五年目标第一个方面:理论研究。通过研究，建立了32纳米及以下工艺节点集成电路制造装备的理论体系，并在以下方面取得突破:(1)通过研究晶圆互连层表面平坦化机理和外场诱导的流变规律，揭示了纳米精密制造中的界面和尺度效应，提出了纳米精密制造的精确控制方法；(2)通过对高密度键合过程中多能量场(热、流变应力、超声、摩擦化学)耦合规律的实验和理论研究，揭示了纳米尺度键合中快速能量通道的形成机理，调控了键合性能。(3)通过对光刻机运动系统不确定因素的数学表达

16、，解决了多主体、多领域、多尺度制造设备的耦合建模问题，进而揭示了纳米制造系统的高速、精确响应机制，提出了新的运动精度生成原理。第二个方面:技术成果保持0毫米PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABI

17、C0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE

18、 * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARA

19、BIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PA

20、GE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * A

21、RABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0PAGE * ARABIC0

22、通过此项研究，在以下关键技术上取得了具有自主知识产权的原创性成果，建立了我国高性能集成电路制造装备关键技术平台。建立超低k介质和Cu互连层超低应力平坦化的新方法和原理装置；实现了32nm以下线宽结构的外场诱导流变图形转移，并建立了原理装置。32nm芯片三维叠层封装，实现超薄(40-50m)芯片与超低弧(75m弧高)引线的可靠互连；研制了高密度倒装焊样机，实现了高密度(5000凸点/cm2)和超细间距(2Hz)，扫描定位精度可同步到3nm。研制了适用于高真空(10-9乇)和高洁净度(1级)环境的超薄(40-80 m)晶片的可靠拾取系统和大尺寸(300mm)晶片的高效稳定传输装置。开发了分辨率 2

23、nm的晶片表面金属膜厚度在线测量技术和分辨率 10nm的直径为26mm33mm的晶片表面局部形貌在线测量技术。第三个方面:知识产权本项目研究期间，计划在该领域国际权威期刊上发表一系列高质量论文，其中SCI论文100余篇，撰写专著2-3部，申请专利或软件著作权登记20-30项。培养一批从事集成电路制造装备的高层次人才，其中博士后、博士、硕士100名左右。三。研究计划学术思想本项目总体学术思路分为四个层次:1)针对ic设备制造到32nm以下线宽的瓶颈，总结出五大技术挑战，即低k材料和Cu布线层表面的超低应力平坦化、纳米精密图形的高保真转移、光刻机定位、套印和同步精度的进一步提高、封装互连的高密度、

24、大尺寸超薄晶圆的高效稳定传输；2)在此基础上，重点解决三个关键科学问题:纳米精密制造中的界面与尺度效应及精确控制、纳米尺度键合的快速能量通道形成机理及性能调控、纳米制造系统的高速精密响应机理及运动精度生成原理；3)利用交叉学科和最新的理论方法和实验技术探索集成电路制造的新原理，丰富和完善集成电路装备制造的理论体系；4)研发具有自主知识产权的关键技术和设备样机，突破32nm线宽IC制造瓶颈。技术方法(1)结合柔性分子刷和外加电场控制实现超低应力平坦化。通过对界面原子-分子相互作用的研究和多尺度数值模拟，揭示了材料原子级去除的机理和规律，建立了包含机械/化学相互作用的CMP模型，探索了一种新的平坦

25、化原理，以减少平坦化过程中异质材料界面的损伤和缺陷。(2)采用先进的表面改性和新型能量场感应方式，突破界面流动成型工艺的阻力，提高图形转印的分辨率和保真度。针对纳米空间中受限介质流变性质和流动规律的变化，利用电场诱导图形化分子自组装和激光或热场辅助驱动，克服表面粘附和流动阻力，实现纳米尺度结构的精确形成。(3)利用多普勒振动测试、高速图像和表面分析技术，提取键合过程中的相关信息，建立能量传递、界面结构和引线运动之间的关系。实现高密度三维叠层封装中的高可靠性互连。(4)通过数值仿真和多物理场分析，建立了大惯量多体运动系统的动力学和精度模型。揭示气固耦合运动系统中磁场和流场的扰动规律和控制方法。结

26、合优化算法，利用坐标映射原理和最小信息熵理论，建立了误差分离的数学模型和动态精度生成算法。(5)利用混合约束建模和多变量协同精度控制，提出了一种新的倒装焊多自由度实时自动对准方法。利用热/声激励和主动红外检测技术，开发了倒装焊工艺在线缺陷检测、实时诊断和质量评价系统，并通过样机考察了实际应用效果。(6)通过轨迹规划、结构参数优化、多尺度接触分析等，建立搬运机械手的静态和动态模型。，研制高性能磁发射机和密封系统，开发低应力夹持方式，减少传送中的损耗和失效，实现集成电路制造特殊环境下大尺寸超薄晶圆的高效稳定传送。(7)采用高频微波扫描、可变光源快速频移等现代光学技术。实现制造过程中的高精度在线测量

27、。比如引入共振机理和反卷积技术提高精度，利用免疫算法消除环境干扰，利用矩形光栅提高对比度，利用解缠相位法提高测量周长。创新理论研究方法的创新本项目拟运用原子/分子尺度数值模拟、多尺度分析、多体动力学、多物理场耦合分析、现代优化算法、混合约束建模和多变量协调等理论方法，研究和探索实现纳米精密表面、结构制造和与宏观设备互联的新原理。研究思路与技术创新本项目提出了新的技术路线和研究思路。如提出柔性分子刷技术实现超低下压力平坦化，采用图案化自组装和超声波/静电场表面能控制方法提高图案转移精度，利用高频微波反射涡流检测原理实现薄膜厚度的高精度在线测量。此外，利用现代视频图像技术实现信息采集和精确定位，利

28、用主动红外检测、高频微波扫描、可变光源快速频移等最新现代光学技术，实现制造过程中的高精度在线检测。与国外同类研究相比在这个项目中，实现32nm或更小的线宽是国际集成电路制造业尚未实现和努力的目标。各个课题中提出的技术指标，如表面超精加工的精度、纳米压印的特征线宽、封装互连的密度、动平台的响应速度和定位精度等，也是国际上尚未达到的先进水平。组织模式这个项目集中了国内几个优势研究所的一批实力雄厚的学术团体。在发挥各自专长的同时，要定期组织学术交流，避免分散、孤立、重复的研究。还需要加强交流，与国际同行保持密切的学术联系，以确保研究工作的前沿。为了顺利、高效地实施项目，我们计划成立一个核心领导小组和

29、一个管理小组。该项目的参与单位如下:清华大学:摩擦学国家重点实验室清华大学研究院那威工程实验室交通大学:机械制造系统工程国家重点实验室现代设计与转子轴承系统教育部重点实验室中南大学: HYPERLINK ./%20%20%20%20:/Archive/200712/20071224085607627.shtml t _blank 现代装备设计与极限制造教育部重点实验室ASM-中南大学微电子封装联合实验室华中科技大学:数字化制造装备与技术国家重点实验国家光电实验室(待建)工业大学:机器人与系统国家重点实验室项目设置根据三个关键科学问题，项目研究能力可分为三大类七个课题，如图1所示。针对第一个科学

30、问题，即揭示集成电路制造过程中界面的新现象和规律，提出了新的制造原理和方法，新的制造原理和方法可以通过设备设计和制造来实现。从物理层面入手，将解决重大科学问题和关键技术瓶颈结合起来，为解决ic制造中的两大关键问题，即超低应力平坦化和图形保真转移，提供新的解决方案和技术。因此，设置了两个研究课题。针对第二个科学问题，即集成电路制造中的能量转换与传输，结合高密度三维封装中的键合互连，设置第三、四个课题。主要解决高密度3D互连实现倒装焊设备的问题。针对第三个科学问题，设置了第五、六、七专题，主要结合集成电路制造的共性基础问题，即高精度、高速、高可靠性运动的形成、测量和控制，为集成电路制造提供基础平台

31、。总体目标为32纳米及以下的集成电路制造提供了新的方法和技术。科学问题纳米精密制造中的问题界面、尺度效应和精度控制有问题的两纳米尺度键合中快速能量通道的形成机理及性能控制问题三纳米制造系统的高速精确响应机制和运动精度生成原理超低压下异质表面纳米精密平坦化的新原理及实现。外场诱导两种纳米结构流变变形的规律及控制主题:三个超薄芯片堆组合互连中多畴能量演化规律和结构控制四高密度倒装焊中多物理量协同控制的机理与实现五大惯性多体系统的多领域多尺度建模和纳米精度运动生成。议题六:复杂环境下大尺寸超薄晶圆高效、稳定、可转移的原理与实现议题7:纳米精度晶圆表面加工几何参数在线测量方法及表征。项目设置技术挑战具

32、有超低k电介质的铜互连表面的超低应力平坦化32纳米和下图之间的高保真传输光刻机3nm运动精度的实现500 I/O点高密度3D复合封装的精确可靠互连40m超薄大尺寸晶片的高效稳定转移图1选题思路通过以上七个课题的研究，从不同层面解决三个科学问题，从而建立32nm及以下集成电路芯片制造装备的基础理论。同时在关键技术上取得原创性成果，建立共性关键技术平台，为集成电路制造提供理论基础和技术支撑。课题之间的关系是:课题1和课题2揭示了界面在制造过程中的影响机理和规律，提出了集成电路制造中表面平坦化和图形转移的新原理和新方法，并搭建了样机，实现了关键技术的突破。第三、四课题主要解决IC制造后封装互连中的多

33、能场影响规律和制造原理问题，为突破高密度3D封装设备提供新的途径。第五、第六和第七个主题是支持前四个制造过程的运动控制和传动问题。七大课题的共同成果构成了集成电路制造装备的关键技术和基础理论平台。议题1:超低压下异质表面纳米精密平坦化的新原理与实现。研究目标:为了制造线宽32nm或更小、晶片直径300-450mm、Cu互连和超低K介质材料的VLSI，需要解决超低压力CMP的新原理、不同物理性质材料在CMP过程中的原子尺度去除规律、多场耦合下界面分子刷的倾向和刚度控制机制、探索新的超低应力平坦化方法和开发新的CMP系统等科学问题。研究能力:(1)原子尺度(Am水平)材料的去除机理通过分子动力学和

34、量子化学的多尺度模拟计算，揭示了表面间的摩擦化学和机械耦合对原子尺度材料去除的影响。研究了环境温度、压力和表面移动速度对表面去除率和表面质量的影响。(2)超低应力平坦化的创新方法柔性分子刷。研究柔性分子刷的产生和表征；讨论软层的形成、软化和表征；揭示了柔性分子刷和抛光液对抛光片软层的影响。(3)化学机械抛光中的界面行为和损伤控制研究了超精密抛光中纳米固体颗粒的运动规律和加工表面间纳米两相流的流动规律。讨论了平坦化过程中缺陷的产生机理和控制方法。(4)超低应力平坦化的原理样机和工艺实现。设计大尺寸、高精度、自适应的区域压力控制抛光头；建立高稳定性低压气动加载系统；完成超低下压力展平原理样机的设计

35、制造；研究了低介电常数材料和铜线的协同平坦化技术。(5)外加电场辅助整体平坦化的原理和方法。研究了外加电场调控柔性分子刷平坦化表面的机理。揭示了外电场对平坦化过程中化学-机械耦合的影响。比例:21%承办单位:清华大学项目负责人:罗建斌教授学术骨干:胡、国顺、智勇、古卡利、于洪、马天宝。议题2:外场诱导纳米结构的流变规律与控制。研究目标:面对32nm以下纳米结构的图形转移，从分子动力学和分子结构设计的角度，探索高分子抗蚀胶材料与模板和基底固体界面分子相互作用的规律和可控性，找出在光、热场、静电等能量场作用下材料分子结构的演化和相互作用规律，从而找到外场控制材料本体和界面流变行为的方法，为材料的设

36、计和制备提供理论依据。同时，从纳米电磁动力学和分子运动热力学的角度，分析了各种能量场在材料、纳米结构和界面的传播和分布，为感应模板的制备、能量场的产生和控制等设备元件的设计奠定了理论基础。研究能力:(1)纳米尺度空间材料的流变行为建立了纳米尺度下聚合物耐腐蚀粘接材料的表征模型，建立了流动和变形力学的材料本构方程。研究纳米级高分子材料的流变性能与分子链的物理化学结构之间的关系；研究材料流变行为的实验观察和理论模拟方法。(2)纳米成形中的界面分子相互作用规律和外场诱导机理。研究抗蚀剂分子之间的分子相互作用以及基底的固体表面和模板间隙中的空气之间的界面；研究了激光、热场和电场驱动下的光刻胶分子链相对

37、于基底和模板的阻力和运动规律，找出了工艺参数对流变过程的影响规律。(3)成形过程中结构的几何形状和物理特性的演变规律。研究了抗蚀胶在紫外光照射下物理相变过程中的几何变形行为和力学性能的演化规律，找到了纳米结构成型中误差和缺陷的来源及控制方法。研究模板误差在光刻胶上的传递和转移规律，探索通过模板修正补偿最终形成图形的方法；研究多层套印过程中套印误差与工艺因素和参数的关系，寻求降低套印误差的流变成型工艺优化途径。(4)纳米成形中的场传输控制及设备实现。研究强电场在模板体和模板纳米结构多尺度介质中的分布和传输规律，为模板材料的选择和模板结构的设计制作提供理论依据；研究电场作用下模板纳米结构的尖端效应

38、和纳米间距条件下光刻胶分子的激发规律，探索新的流变控制方法和设备实现技术。比例:10%承办单位:交通大学项目负责人:丁玉成教授学术骨干:洪忠、段玉刚、余德梅、秦始皇、王力、本强、王一清。主题三:超薄芯片堆组合互连中的多畴能量转移和键合形成。研究目标:针对3D叠层封装互连中较为复杂的能量输入和响应机制，探索高可靠性悬臂芯片键合界面的强度生成原理，研究实现低弧/大跨度互连引线快速高精度成形工艺的新方法，揭示键合过程中多参数的相互作用规律及其与键合质量的关系，建立叠层封装键合界面科学与工艺装备体系，提出高可靠性3D叠层封装互连新原理。研究能力:(1)芯片悬臂键合中多种键合能量的输入和响应以及键合微结

39、构的生成研究了多能量输入通道、多能量场的匹配与融合、多能量场的产生与输入系统、多形态键合能量的响应/吸收以及悬臂键合动态条件下互连界面的微结构生成规律，研究了高强度悬臂键合界面的生成条件，得到了悬臂键合的工艺窗口。(2)复杂条件下铅成形过程的建模。在空间引线成形过程中，研究了微位移、微力、刚度的动态匹配与成形稳定性的相关性规律，研究了键合点状态对引线参数的影响，建立了引线成形模型，提出了键合头轨迹规划方法。(3)精确的键合头运动生成和高精度的引线运动控制。提出了键合头精密运动平台的结构，建立了键合头运动平台的机电耦合动力学模型，提出了高精度引线运动控制的理论和方法。(4)粘接过程和粘接质量的监

40、控理论和方法。建立包装工艺技术和设备各种特征信号的传感采集系统；研究各种粘接特征信号的提取、信息交叉和融合识别；建立键合质量与特征信息的关联模型，形成键合质量与特征信息相互映射的评价基础。比例:15.5%单位:中南大学项目负责人:雷教授学术骨干:韩雄、林永成、龙志立、胡、于。议题四:高密度倒装键合中多物理量的协同控制机制及实现。研究目标:揭示了超薄芯片精密定位和操作中的尺度效应和表面效应，提出了超薄芯片多自由度微精密对准的新原理。研究了低介电常数材料、超薄芯片和有机衬底对键合界面性能和可靠性的影响。提出了高密度倒装键合中热、力、流体等物理量的精确协调控制方法，提出了热/声激励结合主动红外检测在

41、线检测和诊断键合缺陷的新方法。研制了高密度微间距倒装键合样机，为我国微电子制造装备的自主研发提供了理论依据和技术支持。研究能力:(1)具有多自由度的高密度倒装结合的快速和精确对准揭示了倒装焊工艺中机械振动、温度变化、冲击变形等因素对多自由度对准精度的影响。提出了一种基于多传感器的微芯片姿态测量和实时误差补偿的新方法。提出了一种抗噪声污染、信息缺失等干扰的鲁棒快速定位方法，建立了高速工况下倒装焊多自由度微精密对准的新原理和新方法。(2)超薄晶片/芯片的表面效应和可靠拾取研究了超薄晶圆/芯片拾取和转移过程中的尺度效应，揭示了不同温湿度环境下表面粘附对芯片拾取可靠性和准确性的影响机理。建立了微夹持器

42、与超薄晶圆/芯片的表面接触模型，提出了适用于不同芯片材料和表面形状的高效操作策略，实现了大尺寸超薄晶圆或微小芯片的可靠拾取和高效转移。(3)高密度微互连中多物理场的机理和精确控制。研究了低k材料、超薄芯片、异质衬底以及键合温度、压力、时间等工艺参数对键合界面性能和可靠性的影响。揭示了热、力、流体等物理场共同作用下粘结界面的精确形成机理。建立了倒装键合界面失效与工艺参数的定量关系，提出了热、力、流体等物理量的精确协调控制方法。(4)粘接过程中的在线缺陷检测、实时诊断和质量评估。探索了高密度倒装芯片键合过程中异质材料和高密度微互连实时缺陷检测的新原理，提出了热/声激励与主动红外检测相结合的键合缺陷

43、诊断新方法，开发了键合过程在线缺陷监测系统，实现了对高密度芯片倒装键合质量的预测和评价。(5)高密度超细间距倒装焊原型开发。根据典型器件高密度封装的要求，研制了倒装键合样机，集成了精确定位、多物理量精确控制、高速高精度运动控制、在线检测等单元技术，实现超薄芯片、异质衬底、高密度凸点的高精度、高效率、高可靠性倒装键合。比例:18.5%承担单位:华中科技大学项目负责人:周平教授学术骨干:熊有伦、石、廖、唐、林、王俊峰、赖武星。议题五:大惯量多体系统多领域多尺度建模与纳米精度运动生成。研究目标:根据32nm及以下节点光刻机运动系统高动态、高精度性能的要求，运用多学科理论和方法，分析了磁-气-热复合作

44、用下多体结构振动和多源非线性流场弱扰动的形成机理。探索了运动机构构型优化、精密振动抑制、动态误差补偿和多轴时间同步修正等解决动态极限精度问题的原理和方法，揭示了复合场下多体结构相互作用和超精密测量误差的分离规律，满足了纳米电子制造的要求。研究能力:(1)大惯性多体系统多领域多尺度动力学建模与分析研究磁-气-热相互作用对精密运动机构结构的作用机理，研究大惯性多体多尺度多场系统动力学建模方法，研究多场相互作用下大惯性多体结构动力学参数识别方法，研究复杂多体多尺度多场系统动力学计算分析方法。(2)曝光过程中动态流场对激光干涉测量精度的影响分析。研究了掩模光刻机干涉测量中多源复杂动态流场的结构模型。研

45、究了基于最小信息梯度的动态流场测量与识别算法。研究多组分分析算法，揭示影响测量精度的关键因素，提出全面优化的测量方案。(3)精密运动机构的构型优化和振动控制。研究光刻机中精密运动机构的拓扑优化，分析“传感-反馈-作动-受控体”一体化智能结构的机电耦合行为规律，研究主被动振动控制的统一模式和全局优化理论方法，研究光刻机的运动结构和主被动减振规律，研究主被动振动控制器的设计方法。(4)亚纳米精度下轨迹跟踪和曝光运动的动态精度生成。研究了动态非线性弱扰动流场下亚纳米精度、高泛化能力的补偿算法。研究了多自由度测量的耦合误差模型及其空间精度修正。研究了时基弱同步的误差传递模型和预测校正算法。建立了曝光对

46、准测量的非线性映射模型，研究了运动信息融合系统的高动态精度补偿方法。开发高时钟同步性能的通信板。(5)光刻机动力学分析和纳米精度生成的综合实验验证。研制了具有典型光刻机工作台运动和环境特性的大惯性多自由度超精密气浮实验平台。通过多自由度自标定模型的优化和自标定算法的研究，设计了三维模板对物理平台进行标定。研发主被动振动控制器样机，开发光刻机运动系统半实物仿真实验平台，开展半实物仿真和综合物理实验，开展动力学建模、求解和结构优化仿真研究，研究纳米精密运动生成中的振动控制、扰动补偿、同步补偿和结构自标定算法。比例:17%承担单位:华中科技大学、清华大学项目负责人:朱昱教授学术骨干:、于、胡锦春、文

47、生、明、小平、罗欣、曾、巴东、徐登峰。议题六:复杂环境下大尺寸超薄晶圆高效稳定传输的原理与实现。研究目标:面向集成电路制造装备对晶圆自动转移的发展需求，研究了超高真空、超洁净极端环境下固体薄膜的干摩擦润滑、低应力拾取、高效稳定转移控制等科学问题，提出了复杂环境下大尺寸超薄晶圆高效稳定转移的新原理和新方法，为我国集成电路制造装备具有自主知识产权的晶圆转移自动化提供了关键的理论和技术基础。研究能力:(1)传动摩擦界面固体膜的润滑机理和运动控制研究了基于分子动力学模型和有限元分析的传动机构干润滑剂多尺度摩擦磨损机理分析、设计、工艺实现和评价，摩擦与运动控制耦合的多尺度数值模拟技术，以及基于干润滑剂设

48、计的运动控制技术。(2)传动机构的磁流体密封和高性能磁力传动。研究了传动机构磁流体轴封结构和超高真空环境下传动机构径向磁致动器的设计方法，包括密封参数对密封耐压和洁净度的影响规律，以及基于非线性弹簧分析控制磁致动器位置的高效低转矩转速波动的磁耦合。(3)高效可靠的大尺寸超薄晶圆拾取机构和方法。研究了拾取大尺寸超薄晶圆的失效模式和失效机理，建立了晶圆拾取过程的交互接触模型，提出了基于表面微凸块控制的接触式超真空拾取新方法，研究了传输系统末端夹持工具的结构尺寸和表面粗糙度的优化设计方法。(4)大尺寸超薄晶片高效稳定运输的轨迹优化与控制。建立了多自由度并联传动系统运动-晶圆夹持耦合的宽带数学模型，分析了晶圆在高速传动过程中的振动/滑移规律。研究了基于传动运动系统的关节速度/加速度/扭矩约束、晶圆应力/夹紧力约束和环境约束等复杂约束的时间最优轨迹规划算法和振动抑制控制方法。比例:8%承担单位:交通大学、工业大学项目负责人:李宁教授学术骨干:蔡、毛、荣伟斌、董广能、李果。题目7:在线测量技术和晶圆加工表面质量表征。研究目标:针对下一代化学机械抛光中金属薄膜厚度和晶片微观形貌的测量技术，研究了测量金属薄膜厚度和晶片微观形貌的新理论和新方法，构建了相应的实验装置，利用高频微波扫频技术实现了探测器的最佳工作频率，提高了金属薄膜厚度的在线测量精度和速度， 并采用无机械运动的可变光源快速频移技术，