2022年11月29日消息，据知名半导体及微电子智能供应商TechInsights报道，长江存储232层3D NAND Flash X3-9070正在量产，领先三星、美光、SK海力士等厂商，这是中国品牌首次在半导体领域领先国际竞争对手。中国半导体在先进工艺制造方面的持续重大突破，对国家生产检测仪器的发展提出了同样的要求，只有追求全产业链的完善，才能真正保持国际领先地位。作为国内集成电路核心谱元器件供应商，冯润光学将与设备厂商合作，解决各类芯片工艺控制中的体积检测核心问题，实现集成电路产业全链突破。近日，福享光学旗下上海微纳米过程智能检测工程中心首次提出薄膜神经网络，突破了百层3D NAND测量的关键技术，相关成果发表在国际知名光学杂志Light Advanced Manufacturing上。

业界对3D NAND堆叠层的持续追求，源于市场对单芯片存储容量的需求不断增长。由于芯片的小型化正在接近2× nm的性价比极限，因此垂直堆叠存储单元可以大大提高NAND芯片的性能和存储密度。业界预测，3D NAND将在2025年左右达到500层，在2030年左右达到800层。100层厚度检测和三维NAND制造的新问题多层薄膜制造是三维NAND的前一步。由于层间应力的存在，工艺完成后的实际层厚与设计值相比有很大的变化，多层膜的不均匀性对芯片生产的成品率构成了严峻的挑战。3D NAND工艺的挑战

目前市场上可用的薄膜厚度测量方法使用参数摄动差分来获得梯度，并将其与Levenberg-Marquardt算法结合起来，建立用于在线优化的映射关系。对于参数大于20层的多层结构，该方案必须假定其为周期性结构，才能适用。此外，更多的结构参数可能需要几个小时的优化时间，相当于一次迭代进行数百次计算，大大增加了等待时间。由此可见，传统的厚度测量方法在3D NAND领域存在着很大的局限性，迫切需要开发新的厚度测量方法，以满足生产线在线实时检测的需求。薄膜神经网络，一种新的百层厚度检测路径在深度学习领域，在多参数神经网络的优化过程中，经常使用反向传播算法来优化神经网络中的大量参数。反向传播算法是一种适合于多层神经网络的学习算法。与传统的差分梯度相比，反向传播算法是优化神经网络的一种非常有效的方法，可以将效率提高数百甚至数千倍。复合光学将光学逆问题的研究对象（多层膜）作为神经网络，建立映射关系并进行优化训练。这是世界上第一个将反向传播算法引入膜优化过程，并在复共享深度光谱法框架下率先开发了薄膜神经网络技术，与传统的摄动差分法相比，大大缩短了100层膜厚的优化时间，将单次优化时间缩短到原来的2%。薄膜神经网络技术原理

Image credit：Light（Advanced Manufacturing2021，24，395-402）目前，Replied Optics希望将该技术应用于232层非周期性薄膜结构的厚度测量，解决100层三维NAND测量的问题。除了大大缩短时间外，薄膜神经网络技术的另一个优点是，该技术无需预先准备大量数据集用于神经网络的训练学习，直接建立在精确的电磁模拟计算映射关系上，即使是232层的薄膜层，也能保证光谱结果的准确性。232层胶片优化案例

图片来源：Light（Advanced Manufacturing2021，2（4），395-402.研究证实，复享光学公司提出的薄膜神经网络技术方案不仅可以实现多层厚度的快速检测，还可以判断样品中是否存在异常以及异常层的位置。

图片来源：光学先进制造202124395-402。在芯片厚度测量中，薄膜神经网络测量结果与国际测量标准数据进行了比较，误差小于1/10，000（<0.1纳米）结果表明，该技术在晶圆级薄膜厚度测量方案中的可行性。薄膜厚度测量结果

微纳米光学逆问题使微纳米制造成为可能，是三维NAND多层薄膜厚度测量中典型的逆光学问题。逆光学问题的解是从已知的光学响应向相反方向推定微纳米结构的过程。除了3D NAND的测量外，微纳米光学和半导体过程检测领域还存在一系列重要问题，这些问题是典型的光逆问题。薄膜神经网络技术的提出，实现了多年来对微纳米光学逆问题的研究，并深入引入神经网络算法，实现了多维光谱量检测的复杂应用，在光学算法方面具有坚实的基础和应用经验。光谱测量技术存在于各种微纳米制造和测量仪器中，是支持集成电路和光电子芯片行业制造工艺的关键技术之一。

目前，Optical的多系列光谱模块已成功应用于半导体前通道工艺，并获得了众多半导体客户的验证、生产引进和小批量订单。凭借复享深度光谱技术，复享光学希望与国内定量检测仪器制造商合作，解决先进工艺的核心技术问题，并以光谱硬技术支持产业发展。关于复享光学复享光学10多年来，深入挖掘微纳米光电子领域，开发智能全光谱技术，专注于光子学与人工智能的融合，形成了世界领先的深度光谱技术平台，从技术到产品，从模块到系统，我们为市场提供了一个全面的解决方案。成立了满足行业需求的“上海微纳米工艺智能检测工程技术研究中心”，并与复旦大学联合成立了“复旦大学光检测与光集成学院与企业联合研究中心”，研究微纳米制造领域最前沿的共性关键技术，深入响应市场需求，不断推出突破性产品。菲顺光学在国内外拥有3000多家优质客户，与170多家半导体、高端材料、生物医药企业形成了交流与合作关系，致力于与客户共同实现科技创新，推动微纳米制造业的发展。

参考文献：轻型先进制造2021，2（4），395？402。