在多年被承诺提高良率、降低缺陷率和减少芯片空间浪费的一种方式之后，光掩模向曲线形状的转变正在获得动力——所有这些都对于半导体的持续扩展和提高可靠性至关重要。
在今年的SPIE光掩模技术+ EUV光刻会议上，人们对这种方法的兴趣很高。简而言之，曲线形状是特征的更精确表示，这些特征将打印在掩模上并最终蚀刻到晶圆上，从而允许这些特征之间的间距更小。如果整个行业都支持这种方法，其影响可能会很大。但是，这种规模的任何举措都存在挑战，特别是当它适用于大批量制造时，而且这种转变并非易事。此外，即使有广泛的支持，也需要数年时间才能完全实现这些好处。
“Curvilinear 已经存在了很长一段时间，”西门子 EDA Calibre 半导体解决方案副总裁 Steffen Schulze 说。“已经有关于这项技术的演示，例如内存公司在高密度阵列中使用它，重复率很高，但它总是受到制造框架的约束。现在，大坝几乎因为采用曲线而破裂了。
当然，人们对它的潜力更加乐观。“几十年来，人们一直在谈论曲线面具，”Fractilia 首席执行官 Chris Mack 说。“但一直存在这种成本效益比，成本已经超过了收益。现在，几个关键的推动因素已经改变了成本效益比，曲线掩模实际上可能是实用的。
其中一个推动因素是采用多波束掩模写入器。从历史上看，掩模书写依赖于单光束电子束光刻，这对于创建复杂图案既费时又效率低。然而，随着对复杂设计和更小节点的需求不断增长，对更快、更精确的掩模写入的需求变得越来越明显。这些工具于 2010 年代初推出，通过允许同时写入多个图案、大幅缩短写入时间并能够创建更复杂的设计，彻底改变了掩模生产。
“多光束掩模刻录机已经存在了好几年，”D2S 董事长兼首席执行官 Aki Fujimura 说。“现在，特别是对于EUV，掩模几乎总是100%由多光束掩模写入器编写。曲线形状没有额外的惩罚，因为弯曲的蒙版不需要额外的时间来制作。
这使得曲线采用的情况变得更加简单。“该行业已经在转向曲线，”Synopsys高级产品营销经理Travis Brist说。“数据量一直是一个障碍，这有点像'正在开发中'，而掩码写入器一直是一个障碍。但是多光束掩模写入器开始出现，你开始看到更多的使用。
该设备的性能得到了显着提高。“在老式的蒙版写作中，我们一次只写一个像素，”Mack补充道。“使用曲线掩码，你必须具有更小的像素尺寸和更小的地址大小，这将大大增加写入时间，从而增加掩码的成本。但在过去的十年中，我们已经看到多光束掩模刻录机变得可用并流行起来。现在，他们可以以与编写曼哈顿几何蒙版相同的速度编写曲线蒙版，而且精度也很高。
曲线掩膜的另一个关键推动因素是表示曲线特征的“多边形”格式。多边形专为表示曲线特征而设计，可确保数据量保持可管理性，尽管这些设计具有复杂性。
“逆光刻或曲线光刻是10多年前创造的，”imec高级图案项目主任Kurt Ronse说。“问题是它们是面具上的随机图案，有时是非常小的图案，有时是较大的图案和各种方向，所以没有人能够制作这样的面具。此外，没有以标准数据格式存储您计算出的此图像的方法。数据变得太大了，掩模店无法将其加载到写入器中。
这是曲线形状的挑战之一。直线可以由两个点定义，但曲线需要沿曲线的许多点才能获得准确的表示，如果起伏很大，则需要很多点。这种设计的数据量将是巨大的。
这就是多边形格式发挥作用的地方。多边形格式不是仅依赖于分段线性表示，而是引入了表示曲线多边形的方法，例如二次贝塞尔曲线拟合或样条拟合。这些方法可以用更少的数据点捕捉曲线形状的本质，从而有可能减小文件大小和提高数据处理效率。
“三次样条是人们最常关注的多边形，因为它们非常灵活，”Mack 说。“把几个立方样条放在一起，你可以用一组小得多的数字来描述一个非常复杂的形状。但这是一项标准化工作，需要整个行业合作才能实现这一目标。这项工作正在进行中。完成后会很有帮助。
即使过渡到这种格式也很复杂。“除了这些弯曲的特征之外，曲线还带来了更多的数据量和复杂性，”Synopsys的Brist说。“因此，我们正在研究多边形格式作为表示GDS文件中数据的不同方式，以减少数据量，以及人工智能和机器学习等功能，以处理数据的复杂性并加快部署速度。
针对曼哈顿结构优化的现有工具和流程可能会产生曲线形状的不准确结果。这需要开发新的工具、算法和检查，以有效地处理曲线设计的复杂性。
“你可以想象，现在你有了这些弯曲的特征，习惯于观察曼哈顿结构和在曼哈顿特征之间进行测量的东西不再适用于弯曲特征，”布里斯特补充道。“因此，你真的必须创建新的检查类型，以便在不识别误报或遗漏的情况下识别这些特征。这成为一个新的挑战。
