掩膜技术迎来全新挑战

当前掩膜技术面临的各类挑战，曲线掩膜技术的适配进展如何？近日，D2S首席执行官Aki Fujimura、美光科技运营经理Glen Scheid、HJL光刻技术首席光刻工程师Harry Levinson，以及新思科技产品管理高级总监Germain Fenger进行了一次深度交流。

从左至右依次为：D2S Fujimura、美光科技 Scheid、HJL Levinson、新思科技 Fenger

提问：各位认为目前掩膜技术最大的技术瓶颈是什么？是产能吞吐量、检测局限，还是其他问题？

Levinson：如果从耗时角度来看，拿到设计图纸后制作掩膜的全流程中，各工艺节点始终绕不开掩膜缺陷检测与修复工作。整套流程耗时漫长，包含缺陷筛查、缺陷确认、缺陷修复、修复效果核验等多个环节。掩膜制版工序曾是主要难题，不过多光束制版设备普及后，这一情况得到大幅改善。现阶段，掩膜缺陷检测仍是最核心的技术瓶颈。

Fujimura：数据处理也是一大难题。曲线图形设计的应用，带来了海量的数据处理压力。如今智能手机存储容量可达1TB，单从存储层面而言，数据体量并不算难以攻克的阻碍，但整个行业普遍将其视作棘手问题，相关压力较以往明显加剧。曲线图形需要更多数据点位才能完整勾勒设计轮廓，掩膜工厂还需归档留存设计文件，数据量随之成倍增加，数据存储、传输、读写全流程都会受到影响。虽说处理耗时并未达到无法承受的地步，但全行业都必须适配调整。放在数十年前，庞大的数据体量根本无法处理，当下行业已经可以应对5TB大小的文件，不过各类软硬件配套都需要同步优化升级。

Scheid：先进制程掩膜，尤其是极紫外掩膜的整体交付周期不断拉长。一旦掩膜供货延迟，会直接拖累终端产品量产进度。掩膜数据预处理的运算时长，受数据规模直接影响。提升处理器核心数量、优化运算架构能够加快处理速度，但全芯片曲线化设计会再度推高数据体量，极易形成新的瓶颈。除此之外，Harry提到的制造端缺陷管控环节，还需要提前精细处理掩膜基板，精准定位、记录缺陷位置并提前规避，避免加工后出现无法修复的缺陷。极紫外掩膜正式投产前，数据调试与基板预处理的前期工作量大幅增加，产能吞吐瓶颈也需要严格把控。

Fenger：先进制程下，极紫外光刻的瓶颈并非单一设备导致，而是数据运算、掩膜制备、晶圆加工相互联动，最终影响良率的循环体系。与此同时，掩膜检测也开始制约整体产能。如今行业不仅要求具备缺陷识别能力，更要验证图形实际光刻成像效果，将检测结果与晶圆良率、晶圆缺陷相互关联，从海量检出缺陷中甄别出真正影响产品品质的关键缺陷。

提问：随着曲线型反向光刻技术与先进光学邻近校正技术落地，掩膜数据规模与图形复杂度急剧攀升。目前掩膜数据预处理与制版工序是否已经触及性能上限？面对日趋复杂的设计，行业采取了哪些应对举措，曲线掩膜技术的适配进展如何？

Fujimura：我认为行业尚未触及性能极限。对比各类工业研发项目，当前所需处理的数据量仍在可控范围。相关研发成本有所上涨，但并未超出承受区间。关键在于行业要认可曲线设计的实际价值，确认这项技术具备落地必要性，进而配套搭建对应的软硬件基础设施。现有设备架构大多适配十年前的掩膜工艺，难以匹配当下需求，这也是现阶段面临的主要阻碍，后续配套体系完善后难题将会逐步化解。

Scheid：需要客观衡量曲线图形设计软件的输出能力，以及实际量产落地的适配程度。目前数据规模并非无序暴涨，而是处于可控增长状态。实际生产中，曲线图形工艺会针对性应用，仅在图形结构复杂的核心区域发挥价值。搭配合理的图形拆分与分段近似处理方式，既能最大化发挥工艺优势，也能有效控制文件体积。行业也借助分布式算力平台应对复杂设计，在不大规模扩充本地硬件设备的前提下，顺利承载大容量文件处理工作。

Fenger：我赞同Aki的观点，数据体量并未触顶，真正受限的是整体交付周期。面对复杂的图形设计，如何缩短掩膜成品交付时间成为核心问题，这也是行业大力研发图形处理器加速运算、优化反向光刻与光学邻近校正技术的原因。图形拆分耗时需要纳入光学邻近校正设计考量，在前期设计阶段规避拖累后续制版流程的问题，甚至有望省去图形拆分步骤。设计重心也从基础多边形绘制转向功能需求定义。正如Glen所说，调整多边形结构可以简化拆分流程，减少多余拆分节点。行业需要明确掩膜制造的核心目标，通过前端设计优化，在不额外增加成本负担的前提下，收获工艺升级带来的效益。

Levinson：图形设计复杂度提升始终带来挑战，每一代工艺节点迭代，都会同步增加数据处理量，同时压缩交付周期，行业技术标准持续抬高。好在人工智能领域投入力度巨大，海量技术资源投入到大容量数据运算研发中，光刻行业也顺势受益。同时业内也不断研发全新技术，持续突破性能边界。早年研发新一代工艺测试芯片时，庞大的数据量常会让制版运算设备宕机，如今回看当时的数据规模已不值一提。数据存储单位从兆字节、吉字节逐步发展到太字节，技术门槛不断提升，行业也始终随之迭代升级。

提问：曲线掩膜在先进制程中的应用愈发普遍，量产相关数据持续增多。从实际应用成果来看，掩膜技术当下与未来的发展态势如何？曲线掩膜技术落地可行性是否提升，能否带来以往不具备的设计加工方案？

Scheid：实测结果证明，曲线掩膜技术具备长期应用价值。行业相关生态正全力适配工艺复杂度提升，相关研究论文也频繁出现在BACUS国际光刻掩膜技术研讨会上。目前曲线掩膜量产规模尚且有限，但可以有效提升复杂图形的成像精度与工艺稳定性。现有制版设备已经能够生产曲线掩膜，不过图形边缘位置偏差等精密检测指标，逐渐成为把控图形品质与一致性的必要检测项目。总体而言，曲线掩膜已经具备量产条件，应用范围会持续拓宽，后续还会逐步向上游设计环节渗透。

Fenger：实践证实曲线掩膜能够优化晶圆加工性能，但这项技术仅适用于特定设计与特定工艺层，不会全面普及至所有制程层。随着多光束制版设备广泛应用，未来直角图形掩膜与曲线掩膜的制造成本有望持平，届时曲线掩膜将会成为优先选择。目前技术落地最大难题在于工艺认证，虽然可以完成图形光刻加工，但规模化量产、标准化认证以及加工稳定性仍存在短板。各家掩膜厂商的检测标准、参数规范互不统一，行业尚未形成通用的曲线掩膜认证体系，亟需制定统一行业标准。

Levinson：曲线掩膜的技术优势十分显著。数十年前反向光刻技术初步研发阶段，业内就发现掩膜曲线图形可以优化加工效果，如今将曲线设计实际应用于晶圆加工，更是能收获多重增益。行业已经正视这项技术价值，全力攻克各类技术难题，推动其融入标准化生产流程。我任职《微纳图案、材料与计量学》期刊编辑，目前期刊正征集曲线图形精密检测相关论文，该领域研发活跃度较高。行业整体稳步推进技术攻关，距离实现设计文件直接生成合格曲线掩膜还有一段距离，目前正处于技术攻坚关键阶段。

Fujimura：国际半导体产业协会P49标准等行业规范，正着力优化数据体量问题，行业整体在主动推进技术优化。评判曲线设计的核心，在于工艺可制造性。部分曲线图形无法落地生产，而直角拐角结构也难以适配实际加工。设计阶段优先选用符合制版工艺要求的图形样式，才能最大化发挥曲线设计优势。非关键工艺层无需苛求图形边角精度，但决定芯片性能的核心工艺层，建议全面采用曲线设计，即便是常规线宽间距图形也同样适用。图形线条末端提前做圆角处理，契合实际加工成型效果，搭配掩膜工艺修正技术，不仅能够精准成型，还能提升生产稳定性。

不符合加工工艺的图形区域，曝光容错率普遍偏低，合规图形则具备更优异的工艺适配空间。想要严控掩膜加工偏差，设计阶段就应选用可量产成型的图形结构。设计要贴合实际加工能力，成品效果才能契合设计预期。反向光刻算法需要设定边界范围，仅生成可制版的图形样式，掩膜工厂便可稳定复刻标准设计图形。

合规图形还能减少无效缺陷误判，降低检测难度。不会出现因圆角尺寸细微偏差，难以界定正常工艺误差与真实缺陷的情况。图形精密检测依旧是行业难点，电子束技术领域年度调研显示，数据配套体系、反向光刻技术位列行业前两大亟待解决问题，图形检测难题则位居第三。行业长期沿用一维关键尺寸检测方式，通过多组扫描测算取平均值保障精度，曲线图形的检测测算方式尚无统一方案，美光科技等企业已展开相关研究，目前相关技术仍未形成统一定论。