摘要：近日，《半导体工程》杂志与四位专家就掩模制造的现状和未来方向进行了探讨，其中，HJL Lithography 首席光刻师 Harry Levinson、D2S首席执行官 Aki Fujimura、美光公司掩模技术高级总监 Ezequiel Russell 以及

近日，《半导体工程》杂志与四位专家就掩模制造的现状和未来方向进行了探讨，其中，HJL Lithography 首席光刻师 Harry Levinson、D2S首席执行官 Aki Fujimura、美光公司掩模技术高级总监 Ezequiel Russell 以及 Photronics 执行副总裁兼首席技术官 Christopher Progler 发表了真知灼见。

SE：掩模成本历来都是一个主要问题，但现在似乎在前沿领域越来越被接受。这种趋势会持续下去吗？未来企业可以采取哪些措施来管理或降低掩模成本？

Russell：说实话，我没听说过有人说掩模版便宜或无关紧要。在前沿领域，由于工艺步骤、工具复杂性和设备先进性的增加，晶圆制造成本飙升。相对而言，掩模版现在在总成本中所占的比例可能更小。但每台设备的掩模层数量正在大幅增加。而且，使用EUV光刻技术后，光罩的使用寿命也会缩短，因此必须更频繁地更换掩模版。这使得掩模版成为一项经常性成本，而不仅仅是一次性投资。因此，虽然单个掩模版的成本可能看起来比整个工艺流程中的其他部分要小，但整套掩模版的总成本——以及随着时间的推移需要补充的成本——仍然非常高昂。

Progler：我认为没有人真正接受如今的掩模版成本。这仍然是一个巨大的担忧，尤其是在EUV工艺中。问题在于，选择实在太少。话虽如此，对我们的客户来说，速度通常比成本更重要。如果你打算在一个掩模版上投入那么多钱，你肯定希望它能快速拿到。而且它最好能正常工作，这样你才能更快地将芯片推向市场。所以我们更多地讨论速度而不是标价。但是，确实有一些降低成本的策略。这包括提高良率、降低材料成本（尤其是EUV空白版），以及利用计算工具减少实验浪费并更快地找到解决方案。这些只是一些小的优化，但综合起来会有所帮助。这和我们在早期节点看到的模式相同——45纳米掩模版在推出时每套价格超过一百万美元。现在价格要低得多。EUV工艺将随着时间的推移遵循这一轨迹，但我们仍处于这条曲线的早期阶段。关于EUV，有一点可以肯定：没有什么比选择和竞争更能降低成本了。因此，只要用户群体（其中许多拥有专属用户）支持培育可行的 EUV 光罩商业供应，就能有效降低整个生态系统中所有用户的成本。此前的每个节点都发生过类似的事情，EUV 也不例外。

Levinson：这很大程度上取决于你生产的产品类型。现在就职于蔡司的Moshe Preil说得对。他说，对于一个高度复杂的逻辑设计，你的设计成本可能高达数亿美元。在这种情况下，一套价值1000万到2000万美元的掩模版只是将产品推向市场的一项税收。现在，没有人喜欢交税，所以人们总是会抱怨。但如果产品价值足够高，掩模版成本是可以接受的。在低端市场，情况就不同了，尤其是在价格极其敏感的汽车或消费市场。在这些市场，每一项成本都很重要，包括掩模版。设计成本较低，因此掩模版成本在总投资中所占的比例要大得多。我们一直在努力尽可能地降低成本。但目前，我不认为掩模版成本正在拖累整个行业。它们确实很高，但根据具体用途，是可以控制的。

Fujimura：我来谈谈一个略有不同的观点。18年前，我刚入行时，说“我们应该提高掩模成本来提升晶圆质量”几乎是禁忌。你甚至会因为提出这个建议而受到攻击。但这种心态已经改变了。例如，我最近听到有人说，提高晶圆关键尺寸均匀性的最便宜、最有效的方法是提高掩模关键尺寸均匀性。这很有道理。掩模上的任何变化都会在每个晶圆上重复出现，因此改进掩模可以提高所有下游性能。我们在曲线ILT中也看到了这一点。没错，它确实会增加掩模成本，因为它增加了计算负荷，但它扩展了晶圆工艺窗口，从而提高了良率。英特尔的Frank Abboud曾多次表示，掩模界永远不应该阻碍更好的晶圆制造。如果更好的晶圆结果需要一种新的掩模技术（这至少在初期可能会增加成本），那么掩模厂会想办法解决。一个例子就是大尺寸掩模——用于高数值孔径EUV的6 x 12英寸掩模。这些技术价格昂贵，需要大规模的改造，但它们正受到人们的重视。如果它们能提高晶圆性能，那么投入这些技术或许是值得的。

SE：高数值孔径 EUV 将带来新的功能，但也会带来新的要求——包括可能转向使用 6 x 12 英寸掩模版。这将带来多大的颠覆性影响？它会对更广泛的生态系统产生什么影响？

Progler：如果行业采用 6 x 12 英寸的掩模版格式，那将带来重大变革。它会影响方方面面，从制造掩模版基板的方式，到掩模版写入器、蚀刻机和检测工具。基本上，所有涉及制造掩模版的工具都需要不同程度地重新设计或更换。如果发生这种变化，将会波及整个供应链。除了 6 x 12 英寸之外，高数值孔径还对掩模版提出了新的要求，包括变形曝光、拼接以及图案保真度、薄膜和基板（例如平整度）的规格。

Levinson：High NA带来了一些挑战。其中之一是亚分辨率辅助特征（SRAF）。最近的研究表明，在High NA下，SRAF可以在晶圆上4.5纳米左右开始印刷，而印刷SRAF是不可接受的。为了避免这种情况，我们可能需要更严格地控制掩模分辨率——低于大多数掩模厂目前的产能。这是High NA可能迫使行业升级产能的一个方面。另一个是吸收层堆叠的定制。如果我们需要针对线距和接触层优化不同的空白材料，那将非常具有破坏性。目前，我们大多数层都依赖于单一空白材料。转向多空白策略将使从空白制造到蚀刻和计量的所有环节变得复杂。

Fujimura：曲线已经是一个巨大的变革，如果大尺寸掩模版也加入进来，变革将会更加巨大。这不仅仅是成本问题，尽管成本很高。整个掩模版基础设施都必须改变。所以，如果行业决定走这条路，这将是一次重大转变。

Russell：让我再补充一点，这会让事情变得更加棘手。ASML 宣布，他们的新光刻机平台将是一个统一的平台，这意味着如果他们为高数值孔径 EUV 采用大尺寸掩模版，他们很可能也会将该尺寸移植到低数值孔径 EUV。这将产生巨大的影响。与其采用分离式基础设施（低数值孔径使用 6 x 6 掩模版，高数值孔径使用 6 x 12 掩模版），不如将所有设备都迁移到更大的尺寸。从掩模厂的角度来看，这意味着要为整条生产线配备大尺寸工具，设备数量翻倍，并承担巨大的资金负担。但这在经济上也是合理的。如果要投资这种级别的工具，就需要将成本分摊到更多掩模版上，而不仅仅是高数值孔径的掩模版。使用大尺寸掩模版将提高高数值孔径 (NA) 和 0.33 数值孔径 EUV 设备的 EUV 机器生产率（每小时晶圆产量），因为一次扫描的曝光区域将加倍，从而降低成本并提高大批量生产的产量。这种生产率的提升将以更复杂、更昂贵的掩模版为代价。大尺寸 EUV 掩模版可能会在行业中造成真正的分化。对于尚未准备好近期采用高数值孔径 (NA) 的公司来说，避免转向大尺寸掩模版可能是一个死路。如果他们无法证明掩模版车间基础设施的变革是合理的，他们可能无法获得最新一代的扫描仪。

SE：展望未来五年，您认为掩膜版技术最具颠覆性的变化是什么？

Progler：我们已经讨论过 6 x 12 了，这里就不再赘述了。目前关于掩模版分辨率的争论很有意思。我们现在的分辨率可能已经超出了需求。问题在于，未来的图案化模式是否会需要更高的分辨率，或者掩模版制作分辨率路线图是否会停滞不前，就像当年双平台和 193i 将扫描仪转向生产力作为差异化因素一样。如果更高的分辨率不再能在晶圆级上带来价值，那将是一个颠覆性的思维转变。这意味着掩模版供应商需要找到其他差异化方法，而不仅仅是提高分辨率。此外，在缺乏从设计到最终晶圆的详细实验的情况下，准确预测和优化光刻结果的能力，有可能颠覆我们所有工作的方式。我们正在接近目标，但尚未完全实现。因此，将人工智能引入掩模版流程具有巨大的潜力。在新进展方面，掩模版一直落后于晶圆和设计，但我们可以从中学习并抓住机遇。因此，高性能计算的更广泛应用将能够构建一个模型驱动的光掩模生态系统。如果我们能够让客户相信它是安全的并且可以降低风险，那么它将释放出巨大的潜力。

Levinson：如果采用 6 x 12 英寸的掩模版格式，那绝对会造成颠覆性的影响。掩模版制造过程的每个环节都会受到影响，从生产更大的掩模版坯料到重新设计所有工具平台。曲面特征的广泛使用可能会带来颠覆性的影响，因为它会影响掩模版制造过程的诸多环节——数据格式、数据准备、缺陷检测和计量。我希望我们看到的不仅仅是冰山一角。如果我们最终需要定制吸收层堆叠——比如，根据打印的是线条、间隔还是触点，采用不同的材料或厚度——那将颠覆我们目前依赖的标准化。因此，未来肯定会发生重大变化。

Fujimura：曲线工艺将继续带来巨大的变革，而且它对我们的影响还远不止于此。如果业界真的采用大尺寸掩模版，那将是一件大事。它将改变一切，从经济效益到工具链。问题不在于它在技术上是否可行，而在于它在晶圆级的效益是否足以证明对掩模版基础设施的巨额投资是合理的。

Russell：我同意目前为止所说的一切，我还想补充一个关键点。ASML 的下一代光刻机平台将采用统一的格式。因此，如果他们为高数值孔径 EUV 采用大格式光罩，他们也会将同样的格式应用于低数值孔径 EUV。这将对所有人产生巨大影响，而不仅仅是高数值孔径的早期采用者。突然之间，所有使用 EUV 的设备都需要过渡到大格式光罩。对于光罩厂来说，这意味着要复制整条生产线。这不仅仅是资本成本，还包括操作复杂性、检测工具、蚀刻工具、写入器、计量技术——所有这些都会发生变化。这也会带来潜在的差异。那些尚未为高数值孔径做好准备的公司可能会陷入困境。如果他们无法支持大格式光罩的基础设施，他们可能会被排除在下一代光刻机之外。这是一个巨大的风险，整个行业必须谨慎应对。

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来源：半导体行业观察一点号