什么是光掩膜版？光掩膜版的应用

目前国产化的推进，半导体公司对于掩膜版的需求也不断增加；同时半导体材料处于整个产业链的上游环节，这也将对半导体产业发展起着重要的作用....

如今，光刻技术是制造芯片所必需的一项关键技术，而光刻技术中的光掩膜版则是非常重要的一环。

开宗明义，定义先行。首先，我们要知道什么是光掩膜版？

想必大家都有所了解，***对芯片制造的重要性，而光掩膜版又称光罩，光掩膜等；

光掩膜版是由制造商通过光刻制版工艺将威廉希尔官方网站 图刻制于基板上制作而成，主要作用体现为利用已设计好的图案，通过透光与非透光方式进行威廉希尔官方网站 图形复制，从而实现芯片的批量生产。

其中，光掩膜版中包含集成威廉希尔官方网站 的图案，随着晶体管变得越来越小，光掩膜的制造变得越来越复杂，以便将图案精确地转移到硅晶片上。

此外，光掩膜版应用也十分广泛，在涉及光刻工艺的领域都需要使用光掩膜版，主要用于集成威廉希尔官方网站 （IC）、平板显示器（FPD）、印刷威廉希尔官方网站 板（PCB）等领域；

图片来自：Google

伴随着半导体产业整体需求持续扩张，全球光掩膜版规模表现也开始逐渐增长：

根据SEMI对全球掩膜版相关行业的市场预测，在2023年至2028年期间，全球掩膜版行业市场规模将以年均复合增速约16%的速度增长；预计到2028年，全球掩膜版行业的市场规模将达到约623亿元。

对此，在半导体领域，光掩膜生产应商可以分为：晶圆厂/IDM厂自行配套的工厂和独立第三方光掩膜厂商两大类，包括英特尔、三星、台积电、中芯国际等均有自制掩膜版业务。

其中，各厂商市场规模占比中，晶圆厂/IDM厂占比稳步提升，2008年占比仅为 39%，2018 年已达到64%，2019年达到 65%，独立第三方掩膜厂商占比35%。

全球来看，掩膜版厂商主要集中在日本和美国，包括日本Toppan（凸版印刷）、日本DNP（大日本印刷）、美国Photronics（福尼克斯）、日本HOYA（豪雅）、韩国 LG-IT（LGInnotek，LG集团子公司）等厂商。

全球光掩膜市场规模预测趋势图

视线回到国内，目前中国掩膜版或因以下问题与国外掩膜版大厂仍有较大差距：

1、技术瓶颈：相较于国际领先水平，中国光掩膜版的制造技术还存在较大差距，无法满足高精度、高可靠性的应用需求。

2、设备更新：相较于国际领先水平相比，中国光掩膜版生产设备的更新换代速度较慢，也制约了其技术水平的提高。

3、知识产权：中国光掩膜版板在知识产权保护方面存在问题，一些技术和产品被盗用或侵权，会直接影响企业的利益和创新积极性。

某种意义上来说，我国半导体产业的不断发展和政府加大对产业支持力度，中国光掩膜版产业也在逐步提高技术水平和市场竞争力。

那么，从技术层面上而言，光掩膜版又是如何组成的呢？

就工艺流程而言，光掩膜版主要由：基版和遮光膜两个部分组成；其中，基版又分为树脂基版和玻璃基版，玻璃基版的主流产品为石英基版和苏打基版。

石英掩膜基版使用石英玻璃作为基基版材料，是因为：光学透过率高，热膨胀率低，相比苏打玻璃更为平整和耐磨，使用寿命长，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细光掩膜图形的感光空白板，而厂商只需根据客户所需要的图形，用***在掩膜基版上光刻出相应的图形，将不需要的金属层和胶层洗去，将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜基版上，从中得到掩膜版成品。

图片来自：TOPPAN官网

正如上文提到的一样：相较于将AI运用于日常的生活、生产与工作中，英伟达也终于将AI的智能化概念“反作用”于芯片制造的关键步骤。

除此之外，芯片在制程中，光刻的原理类似于拍照，将掩膜版上的设计图形转移到光刻胶上，再经过刻蚀，把图形刻到衬底上，从而实现图形到硅片的转移。

当然，我们知道***所用光源也有过几次大的迭代，到现在谈论最多的就是DUV和EUV。

尤其，EUV极紫外光刻是波长显著变小的一代光源了。

不过，即便是昂贵的EUV，其波长与器件间距之间的差异，也将变得比过去更小。

图片来自：NVIDIA

上图所表达的是：英伟达呈现了上世纪90年代，光掩膜和光刻成像原本的所见即所得，到后续“dog ears”、基于模型的OPC（光学临近效应修正），以及RBAF（基于规则的辅助特征）加上OPC。

其次，图片中的ILT（Inverse Lithography Technology，反演光刻技术）和前面的OPC都属于计算光刻的组成部分。

因为，计算光刻通常包括光学邻近效应修正（OPC）、光源-掩膜协同优化技术（SMO）、多重图形技术（MPT）、反演光刻技术（ILT）等四大技术；

由此可以看出，当芯片的关键尺寸小于光源波长的时候，所需要的掩膜版越来越复杂。因此这几十年来，芯片在制造过程中制作掩膜一直是半导体制造中的关键环节。

尤其是芯片逐渐来到3nm及以下，不仅需要更加精准的光刻计算，反而光刻计算所需的时间也越来越长。

细究我们可以发现，英伟达从3月21日开始就已经改变了游戏规则：

正因为，英伟达在GPU之上构建了cuLitho计算光刻技术软件库，这也是英伟达四年秘密研发的成果。

再者，cuLitho已被EDA工具厂商新思采用，cuLitho已集成到新思科技Proteus全芯片掩膜合成解决方案和Proteus ILT逆光刻技术。

一般情况下，晶圆厂在改变工艺时需要修改OPC，因此也会遇到瓶颈。

特别是，cuLitho不仅可以帮助突破这些瓶颈，还可以提供曲线式光掩膜、High-NA EUV光刻、亚原子光刻胶等新技术节点所需的新型解决方案和创新技术。

图片来自：NVIDIA

正如英伟达所言：使用cuLitho的晶圆厂每天的光掩膜产量可增加3-5倍，而耗电量可以比当前配置降低9倍。

目前，基于GPU的cuLitho计算光刻技术，其性能比当前光刻技术工艺提高了40倍。

对此，原本需要两周时间才能完成的光掩膜现在只需在一夜之间即可完成。

写在文章最后：

或许，随着计算光刻效率的提升，行业对掩膜版处理效率将数十倍的提高，也利好掩膜版企业发展。在光刻过程中，掩膜版是设计图形的载体，其性能的好坏对光刻有着重要影响。

审核编辑：刘清