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來源：內容編譯自semiengineering。
近日，《半導體工程》雜誌與四位專家就掩模製造的現狀和未來方向進行了探討，其中，HJL Lithography 首席光刻師 Harry Levinson、D2S執行長 Aki Fujimura、美光公司掩模技術高階總監 Ezequiel Russell 以及 Photronics 執行副總裁兼首席技術官 Christopher Progler 發表了真知灼見。
SE：掩模成本歷來都是一個主要問題，但現在似乎在前沿領域越來越被接受。這種趨勢會持續下去嗎？未來企業可以採取哪些措施來管理或降低掩模成本？
Russell：說實話，我沒聽說過有人說掩模版便宜或無關緊要。在前沿領域，由於工藝步驟、工具複雜性和裝置先進性的增加，晶圓製造成本飆升。相對而言，掩模版現在在總成本中所佔的比例可能更小。但每臺裝置的掩模層數量正在大幅增加。而且，使用EUV光刻技術後，光罩的使用壽命也會縮短，因此必須更頻繁地更換掩模版。這使得掩模版成為一項經常性成本，而不僅僅是一次性投資。因此，雖然單個掩模版的成本可能看起來比整個工藝流程中的其他部分要小，但整套掩模版的總成本——以及隨著時間的推移需要補充的成本——仍然非常高昂。
Progler：我認為沒有人真正接受如今的掩模版成本。這仍然是一個巨大的擔憂，尤其是在EUV工藝中。問題在於，選擇實在太少。話雖如此，對我們的客戶來說，速度通常比成本更重要。如果你打算在一個掩模版上投入那麼多錢，你肯定希望它能快速拿到。而且它最好能正常工作，這樣你才能更快地將晶片推向市場。所以我們更多地討論速度而不是標價。但是，確實有一些降低成本的策略。這包括提高良率、降低材料成本（尤其是EUV空白版），以及利用計算工具減少實驗浪費並更快地找到解決方案。這些只是一些小的最佳化，但綜合起來會有所幫助。這和我們在早期節點看到的模式相同——45奈米掩模版在推出時每套價格超過一百萬美元。現在價格要低得多。EUV工藝將隨著時間的推移遵循這一軌跡，但我們仍處於這條曲線的早期階段。關於EUV，有一點可以肯定：沒有什麼比選擇和競爭更能降低成本了。因此，只要使用者群體（其中許多擁有專屬使用者）支援培育可行的 EUV 光罩商業供應，就能有效降低整個生態系統中所有使用者的成本。此前的每個節點都發生過類似的事情，EUV 也不例外。
Levinson：這很大程度上取決於你生產的產品型別。現在就職於蔡司的Moshe Preil說得對。他說，對於一個高度複雜的邏輯設計，你的設計成本可能高達數億美元。在這種情況下，一套價值1000萬到2000萬美元的掩模版只是將產品推向市場的一項稅收。現在，沒有人喜歡交稅，所以人們總是會抱怨。但如果產品價值足夠高，掩模版成本是可以接受的。在低端市場，情況就不同了，尤其是在價格極其敏感的汽車或消費市場。在這些市場，每一項成本都很重要，包括掩模版。設計成本較低，因此掩模版成本在總投資中所佔的比例要大得多。我們一直在努力盡可能地降低成本。但目前，我不認為掩模版成本正在拖累整個行業。它們確實很高，但根據具體用途，是可以控制的。
Fujimura：我來談談一個略有不同的觀點。18年前，我剛入行時，說“我們應該提高掩模成本來提升晶圓質量”幾乎是禁忌。你甚至會因為提出這個建議而受到攻擊。但這種心態已經改變了。例如，我最近聽到有人說，提高晶圓關鍵尺寸均勻性的最便宜、最有效的方法是提高掩模關鍵尺寸均勻性。這很有道理。掩模上的任何變化都會在每個晶圓上重複出現，因此改進掩模可以提高所有下游效能。我們在曲線ILT中也看到了這一點。沒錯，它確實會增加掩模成本，因為它增加了計算負荷，但它擴充套件了晶圓工藝視窗，從而提高了良率。英特爾的Frank Abboud曾多次表示，掩模界永遠不應該阻礙更好的晶圓製造。如果更好的晶圓結果需要一種新的掩模技術（這至少在初期可能會增加成本），那麼掩模廠會想辦法解決。一個例子就是大尺寸掩模——用於高數值孔徑EUV的6 x 12英寸掩模。這些技術價格昂貴，需要大規模的改造，但它們正受到人們的重視。如果它們能提高晶圓效能，那麼投入這些技術或許是值得的。
SE：高數值孔徑 EUV 將帶來新的功能，但也會帶來新的要求——包括可能轉向使用 6 x 12 英寸掩模版。這將帶來多大的顛覆性影響？它會對更廣泛的生態系統產生什麼影響？
Progler：如果行業採用 6 x 12 英寸的掩模版格式，那將帶來重大變革。它會影響方方面面，從製造掩模版基板的方式，到掩模版寫入器、蝕刻機和檢測工具。基本上，所有涉及製造掩模版的工具都需要不同程度地重新設計或更換。如果發生這種變化，將會波及整個供應鏈。除了 6 x 12 英寸之外，高數值孔徑還對掩模版提出了新的要求，包括變形曝光、拼接以及圖案保真度、薄膜和基板（例如平整度）的規格。
Levinson：High NA帶來了一些挑戰。其中之一是亞解析度輔助特徵（SRAF）。最近的研究表明，在High NA下，SRAF可以在晶圓上4.5奈米左右開始印刷，而印刷SRAF是不可接受的。為了避免這種情況，我們可能需要更嚴格地控制掩模解析度——低於大多數掩模廠目前的產能。這是High NA可能迫使行業升級產能的一個方面。另一個是吸收層堆疊的定製。如果我們需要針對線距和接觸層最佳化不同的空白材料，那將非常具有破壞性。目前，我們大多數層都依賴於單一空白材料。轉向多空白策略將使從空白製造到蝕刻和計量的所有環節變得複雜。
Fujimura：曲線已經是一個巨大的變革，如果大尺寸掩模版也加入進來，變革將會更加巨大。這不僅僅是成本問題，儘管成本很高。整個掩模版基礎設施都必須改變。所以，如果行業決定走這條路，這將是一次重大轉變。
Russell：讓我再補充一點，這會讓事情變得更加棘手。ASML 宣佈，他們的新光刻機平臺將是一個統一的平臺，這意味著如果他們為高數值孔徑 EUV 採用大尺寸掩模版，他們很可能也會將該尺寸移植到低數值孔徑 EUV。這將產生巨大的影響。與其採用分離式基礎設施（低數值孔徑使用 6 x 6 掩模版，高數值孔徑使用 6 x 12 掩模版），不如將所有裝置都遷移到更大的尺寸。從掩模廠的角度來看，這意味著要為整條生產線配備大尺寸工具，裝置數量翻倍，並承擔巨大的資金負擔。但這在經濟上也是合理的。如果要投資這種級別的工具，就需要將成本分攤到更多掩模版上，而不僅僅是高數值孔徑的掩模版。使用大尺寸掩模版將提高高數值孔徑 (NA) 和 0.33 數值孔徑 EUV 裝置的 EUV 機器生產率（每小時晶圓產量），因為一次掃描的曝光區域將加倍，從而降低成本並提高大批次生產的產量。這種生產率的提升將以更復雜、更昂貴的掩模版為代價。大尺寸 EUV 掩模版可能會在行業中造成真正的分化。對於尚未準備好近期採用高數值孔徑 (NA) 的公司來說，避免轉向大尺寸掩模版可能是一個死路。如果他們無法證明掩模版車間基礎設施的變革是合理的，他們可能無法獲得最新一代的掃描器。
SE：展望未來五年，您認為掩膜版技術最具顛覆性的變化是什麼？
Progler：我們已經討論過 6 x 12 了，這裡就不再贅述了。目前關於掩模版解析度的爭論很有意思。我們現在的解析度可能已經超出了需求。問題在於，未來的圖案化模式是否會需要更高的解析度，或者掩模版製作解析度路線圖是否會停滯不前，就像當年雙平臺和 193i 將掃描器轉向生產力作為差異化因素一樣。如果更高的解析度不再能在晶圓級上帶來價值，那將是一個顛覆性的思維轉變。這意味著掩模版供應商需要找到其他差異化方法，而不僅僅是提高解析度。此外，在缺乏從設計到最終晶圓的詳細實驗的情況下，準確預測和最佳化光刻結果的能力，有可能顛覆我們所有工作的方式。我們正在接近目標，但尚未完全實現。因此，將人工智慧引入掩模版流程具有巨大的潛力。在新進展方面，掩模版一直落後於晶圓和設計，但我們可以從中學習並抓住機遇。因此，高效能計算的更廣泛應用將能夠構建一個模型驅動的光掩模生態系統。如果我們能夠讓客戶相信它是安全的並且可以降低風險，那麼它將釋放出巨大的潛力。
Levinson：如果採用 6 x 12 英寸的掩模版格式，那絕對會造成顛覆性的影響。掩模版製造過程的每個環節都會受到影響，從生產更大的掩模版坯料到重新設計所有工具平臺。曲面特徵的廣泛使用可能會帶來顛覆性的影響，因為它會影響掩模版製造過程的諸多環節——資料格式、資料準備、缺陷檢測和計量。我希望我們看到的不僅僅是冰山一角。如果我們最終需要定製吸收層堆疊——比如，根據列印的是線條、間隔還是觸點，採用不同的材料或厚度——那將顛覆我們目前依賴的標準化。因此，未來肯定會發生重大變化。
Fujimura：曲線工藝將繼續帶來巨大的變革，而且它對我們的影響還遠不止於此。如果業界真的採用大尺寸掩模版，那將是一件大事。它將改變一切，從經濟效益到工具鏈。問題不在於它在技術上是否可行，而在於它在晶圓級的效益是否足以證明對掩模版基礎設施的鉅額投資是合理的。
Russell：我同意目前為止所說的一切，我還想補充一個關鍵點。ASML 的下一代光刻機平臺將採用統一的格式。因此，如果他們為高數值孔徑 EUV 採用大格式光罩，他們也會將同樣的格式應用於低數值孔徑 EUV。這將對所有人產生巨大影響，而不僅僅是高數值孔徑的早期採用者。突然之間，所有使用 EUV 的裝置都需要過渡到大格式光罩。對於光罩廠來說，這意味著要複製整條生產線。這不僅僅是資本成本，還包括操作複雜性、檢測工具、蝕刻工具、寫入器、計量技術——所有這些都會發生變化。這也會帶來潛在的差異。那些尚未為高數值孔徑做好準備的公司可能會陷入困境。如果他們無法支援大格式光罩的基礎設施，他們可能會被排除在下一代光刻機之外。這是一個巨大的風險，整個行業必須謹慎應對。
參考連結
https://semiengineering.com/disruptive-changes-ahead-for-photomasks/
*免責宣告：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支援，如果有任何異議，歡迎聯絡半導體行業觀察。
END
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