目前國(guó)產(chǎn)化的推進(jìn)，半導(dǎo)體公司對(duì)于掩膜版的需求也不斷增加；同時(shí)半導(dǎo)體材料處于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，這也將對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著重要的作用....

如今，光刻技術(shù)是制造芯片所必需的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，而光刻技術(shù)中的光掩膜版則是非常重要的一環(huán)。

開宗明義，定義先行。首先，我們要知道什么是光掩膜版？

想必大家都有所了解，***對(duì)芯片制造的重要性，而光掩膜版又稱光罩，光掩膜等；

光掩膜版是由制造商通過(guò)光刻制版工藝將電路圖刻制于基板上制作而成，主要作用體現(xiàn)為利用已設(shè)計(jì)好的圖案，通過(guò)透光與非透光方式進(jìn)行電路圖形復(fù)制，從而實(shí)現(xiàn)芯片的批量生產(chǎn)。

其中，光掩膜版中包含集成電路的圖案，隨著晶體管變得越來(lái)越小，光掩膜的制造變得越來(lái)越復(fù)雜，以便將圖案精確地轉(zhuǎn)移到硅晶片上。

此外，光掩膜版應(yīng)用也十分廣泛，在涉及光刻工藝的領(lǐng)域都需要使用光掩膜版，主要用于集成電路（IC）、平板顯示器（FPD）、印刷電路板（PCB）等領(lǐng)域；

圖片來(lái)自：Google

伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體需求持續(xù)擴(kuò)張，全球光掩膜版規(guī)模表現(xiàn)也開始逐漸增長(zhǎng)：

根據(jù)SEMI對(duì)全球掩膜版相關(guān)行業(yè)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)，在2023年至2028年期間，全球掩膜版行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將以年均復(fù)合增速約16%的速度增長(zhǎng)；預(yù)計(jì)到2028年，全球掩膜版行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約623億元。

對(duì)此，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，光掩膜生產(chǎn)應(yīng)商可以分為：晶圓廠/IDM廠自行配套的工廠和獨(dú)立第三方光掩膜廠商兩大類，包括英特爾、三星、臺(tái)積電、中芯國(guó)際等均有自制掩膜版業(yè)務(wù)。

其中，各廠商市場(chǎng)規(guī)模占比中，晶圓廠/IDM廠占比穩(wěn)步提升，2008年占比僅為 39%，2018 年已達(dá)到64%，2019年達(dá)到 65%，獨(dú)立第三方掩膜廠商占比35%。

全球來(lái)看，掩膜版廠商主要集中在日本和美國(guó)，包括日本Toppan（凸版印刷）、日本DNP（大日本印刷）、美國(guó)Photronics（福尼克斯）、日本HOYA（豪雅）、韓國(guó) LG-IT（LGInnotek，LG集團(tuán)子公司）等廠商。

全球光掩膜市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)趨勢(shì)圖

視線回到國(guó)內(nèi)，目前中國(guó)掩膜版或因以下問(wèn)題與國(guó)外掩膜版大廠仍有較大差距：

1、技術(shù)瓶頸：相較于國(guó)際領(lǐng)先水平，中國(guó)光掩膜版的制造技術(shù)還存在較大差距，無(wú)法滿足高精度、高可靠性的應(yīng)用需求。

2、設(shè)備更新：相較于國(guó)際領(lǐng)先水平相比，中國(guó)光掩膜版生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代速度較慢，也制約了其技術(shù)水平的提高。

3、知識(shí)產(chǎn)權(quán)：中國(guó)光掩膜版板在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面存在問(wèn)題，一些技術(shù)和產(chǎn)品被盜用或侵權(quán)，會(huì)直接影響企業(yè)的利益和創(chuàng)新積極性。

某種意義上來(lái)說(shuō)，我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和政府加大對(duì)產(chǎn)業(yè)支持力度，中國(guó)光掩膜版產(chǎn)業(yè)也在逐步提高技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

那么，從技術(shù)層面上而言，光掩膜版又是如何組成的呢？

就工藝流程而言，光掩膜版主要由：基版和遮光膜兩個(gè)部分組成；其中，基版又分為樹脂基版和玻璃基版，玻璃基版的主流產(chǎn)品為石英基版和蘇打基版。

石英掩膜基版使用石英玻璃作為基基版材料，是因?yàn)椋?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/4854/" target="_blank">光學(xué)透過(guò)率高，熱膨脹率低，相比蘇打玻璃更為平整和耐磨，使用壽命長(zhǎng)，主要用于高精度掩膜基版。

其上游原材料掩膜基版是制作微細(xì)光掩膜圖形的感光空白板，而廠商只需根據(jù)客戶所需要的圖形，用***在掩膜基版上光刻出相應(yīng)的圖形，將不需要的金屬層和膠層洗去，將微米級(jí)和納米級(jí)的精細(xì)圖案刻制于掩膜基版上，從中得到掩膜版成品。

圖片來(lái)自：TOPPAN官網(wǎng)

正如上文提到的一樣：相較于將AI運(yùn)用于日常的生活、生產(chǎn)與工作中，英偉達(dá)也終于將AI的智能化概念“反作用”于芯片制造的關(guān)鍵步驟。

除此之外，芯片在制程中，光刻的原理類似于拍照，將掩膜版上的設(shè)計(jì)圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，再經(jīng)過(guò)刻蝕，把圖形刻到襯底上，從而實(shí)現(xiàn)圖形到硅片的轉(zhuǎn)移。

當(dāng)然，我們知道***所用光源也有過(guò)幾次大的迭代，到現(xiàn)在談?wù)撟疃嗟木褪荄UV和EUV。

尤其，EUV極紫外光刻是波長(zhǎng)顯著變小的一代光源了。

不過(guò)，即便是昂貴的EUV，其波長(zhǎng)與器件間距之間的差異，也將變得比過(guò)去更小。

圖片來(lái)自：NVIDIA

上圖所表達(dá)的是：英偉達(dá)呈現(xiàn)了上世紀(jì)90年代，光掩膜和光刻成像原本的所見(jiàn)即所得，到后續(xù)“dog ears”、基于模型的OPC（光學(xué)臨近效應(yīng)修正），以及RBAF（基于規(guī)則的輔助特征）加上OPC。

其次，圖片中的ILT（Inverse Lithography Technology，反演光刻技術(shù)）和前面的OPC都屬于計(jì)算光刻的組成部分。

因?yàn)?，?jì)算光刻通常包括光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（OPC）、光源-掩膜協(xié)同優(yōu)化技術(shù)（SMO）、多重圖形技術(shù)（MPT）、反演光刻技術(shù)（ILT）等四大技術(shù)；

由此可以看出，當(dāng)芯片的關(guān)鍵尺寸小于光源波長(zhǎng)的時(shí)候，所需要的掩膜版越來(lái)越復(fù)雜。因此這幾十年來(lái)，芯片在制造過(guò)程中制作掩膜一直是半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

尤其是芯片逐漸來(lái)到3nm及以下，不僅需要更加精準(zhǔn)的光刻計(jì)算，反而光刻計(jì)算所需的時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)。

細(xì)究我們可以發(fā)現(xiàn)，英偉達(dá)從3月21日開始就已經(jīng)改變了游戲規(guī)則：

正因?yàn)?，英偉達(dá)在GPU之上構(gòu)建了cuLitho計(jì)算光刻技術(shù)軟件庫(kù)，這也是英偉達(dá)四年秘密研發(fā)的成果。

再者，cuLitho已被EDA工具廠商新思采用，cuLitho已集成到新思科技Proteus全芯片掩膜合成解決方案和Proteus ILT逆光刻技術(shù)。

一般情況下，晶圓廠在改變工藝時(shí)需要修改OPC，因此也會(huì)遇到瓶頸。

特別是，cuLitho不僅可以幫助突破這些瓶頸，還可以提供曲線式光掩膜、High-NA EUV光刻、亞原子光刻膠等新技術(shù)節(jié)點(diǎn)所需的新型解決方案和創(chuàng)新技術(shù)。

圖片來(lái)自：NVIDIA

正如英偉達(dá)所言：使用cuLitho的晶圓廠每天的光掩膜產(chǎn)量可增加3-5倍，而耗電量可以比當(dāng)前配置降低9倍。

目前，基于GPU的cuLitho計(jì)算光刻技術(shù)，其性能比當(dāng)前光刻技術(shù)工藝提高了40倍。

對(duì)此，原本需要兩周時(shí)間才能完成的光掩膜現(xiàn)在只需在一夜之間即可完成。

寫在文章最后：

或許，隨著計(jì)算光刻效率的提升，行業(yè)對(duì)掩膜版處理效率將數(shù)十倍的提高，也利好掩膜版企業(yè)發(fā)展。在光刻過(guò)程中，掩膜版是設(shè)計(jì)圖形的載體，其性能的好壞對(duì)光刻有著重要影響。

審核編輯：劉清