要點總結：
光罩成本並未阻礙前沿製程的演進，但正在日益影響設計、節點與工藝的選擇決策。
高數值孔徑EUV將對CD精度、EPE、局部CDU、光罩三維建模、拼接及材料提出更嚴苛的要求。
高數值孔徑EUV焦深的縮減將推動光刻膠、蝕刻、薄膜與吸收層材料領域的技術革新。
圓桌專家：Semiconductor Engineering就光罩新技術挑戰邀請多位業界專家展開討論，與會者包括D2S首席執行官Aki Fujimura、美光運營經理Glen Scheid、HJL Lithography首席光刻工程師Harry Levinson，以及Synopsys產品管理高級總監Germain Fenger。以下為對話節選。
EUV光罩的可持續性與經濟性
SE：EUV光罩的製作既耗時又昂貴。光罩本身價格高昂，每款器件所需的光罩數量持續攀升，且損耗速度也在加快。當前的光罩模式是否具有可持續性？光罩的經濟因素是否已開始影響設計決策，以限制光罩的使用量？
Fujimura：在7nm時代EUV引入之前，光罩數量已經急劇增加，某些情況下甚至超過100張。而EUV能夠以單次圖案化實現193nm需要雙重乃至三重圖案化才能達到的效果，這一局面因此有所改善。在無法使用EUV的領域，企業可能需要採用三重或四重圖案化才能突破7nm製程。
市場已呈現明顯分化。許多企業即便能夠購買EUV設備，也會選擇不購入，因為其產線或晶圓廠的商業規劃是專注於降低成本。在28nm節點同樣可以滿足大量電子產品的需求，甚至無需下探至14nm。業界已經釐清哪些應用場景適合使用EUV、哪些無此必要，眾多專注於成熟製程的晶圓廠同樣運營出色。
對於前沿製程而言，EUV的價值毋庸置疑。在近期的GTC大會上，黃仁勛表示GPU訂單規模已達1萬億美元，較六個月前的5000億美元翻番。這將持續為該領域注入資金。AI所帶來的是一個有力的證明：軟體有能力消耗大量算力並創造更高價值——不僅是速度的提升，更是價值的躍遷。這正是人們競相收購核電站為AI工廠供電的根本原因。與此相比，EUV的成本微不足道。AI領域發生的變革同樣映射到了我們所在的行業——更強的算力能帶來質的突破，因此值得持續加大投資。高數值孔徑EUV設備的預計單價高達3.5億美元，這個數字確實驚人，但顯然物有所值。未來的世界將繼續呈現這一趨勢：對算力的持續投入將被視為必要的成本。
Scheid：一旦將EUV引入生產，企業必然經過ROI測算並得出正向結論，才會做出這一決策。但在EUV投入量產、基礎設施完備之後，每當考慮將某一層次轉換為EUV或擴大EUV應用範圍時，光罩成本仍是需要審慎權衡的重要因素，因為它會顯著增加總體運營支出。規模效應確實存在，針對EUV專門採購的設備可以通過生產更多光罩來分攤成本，但EUV材料相對於總成本而言依然昂貴。即便在當前半導體市場景氣時ROI為正，未來也未必如此。我們必須持續降低成本，並與供應商密切合作，在規格要求日趨嚴格的情況下，尋找不增加額外成本的技術演進路徑。
高產量產品有助於改善攤銷效果，但成本壓力依然存在。在光罩成本對設計決策的影響方面，光罩成本單獨導致某項決策無法推進的情況並不常見，但它始終是討論桌上不可忽視的因素，業界需要持續推動降本。
Fenger：在比較不同設計策略時，光罩成本確實會被納入考量，但這高度取決於具體應用場景。對於前沿高性能計算產品而言，光罩成本的重要性遠低於低利潤產品。不同的生態系統定位決定了不同的決策權衡。
另一方面，EUV曲線形光罩的成本最終將逐步接近傳統曼哈頓光罩。隨著多束流寫入設備的日益普及，曲線形光罩的成本將僅略高於曼哈頓光罩。此外，若在光罩設計中採用逆向光刻技術（ILT），本身就有可能減少單顆晶片所需的光罩總數，實現從多重圖案化到單次圖案化的跨越。這一技術本身可以通過減少光罩數量來降低晶片的綜合成本。
Levinson：我們目前還遠未到因光罩成本而放棄下一代節點的地步。當產量足夠大且晶片能夠維持較高售價時，這些技術必然會被採用，而且何時會停止目前並不明朗。但在其他應用領域，確實有企業沒有採用最先進的技術，光罩成本是其中的考量因素之一。我曾有一位客戶服務於軍用晶片製造商。你或許會認為軍方預算充裕，這不成問題，但仔細想想，全球只有19架B-2隱形轟炸機。如果要為整個機隊升級電子系統，總共也不過19顆晶片加上備用件的需求量。因此即便在軍用領域，光罩成本同樣是問題。
此外，從功耗角度而言，如果能夠使用專用集成電路替代通用晶片，優勢顯而易見。我們有充分理由將功耗降至最低——延長手機續航、增加電動車續航里程。但我們不希望因專用晶片價格過高而喪失這些優勢，畢竟其市場規模天然有限。在當前階段，對於高頻寬內存、GPU等高需求產品，前沿製程持續增加的高價光罩成本尚在可承受範圍之內；與此同時，持續致力於降低成本同樣至關重要，因為這是擴大市場的必由之路。所有這些經濟力量正在同步博弈之中。
Wise：光罩經濟學影響設計決策已有相當一段時間。這一趨勢在低數值孔徑EUV向3x納米邏輯節距延伸以及DRAM領域中尤為明顯——成本壓力催生了將外圍區域與陣列成像整合於單張光罩的布局方式。隨著光罩數量與成本的增加，設計師們越來越傾向於優化架構、節距及布局策略，以最大化光罩復用率、最小化光罩套數，清晰體現了光罩經濟學對技術選擇日益深遠的影響。
高數值孔徑EUV的技術挑戰與創新方向
SE：展望高數值孔徑EUV，需要在材料、圖案化技術、拼接等方面實現哪些創新，才能支撐這一級別的光刻技術？
Scheid：高數值孔徑EUV無疑會放大現有光罩誤差，並在局部CD、EPE、局部CDU等各項指標上推動更嚴格的規格要求，同時對解析度的要求也將提升。這些目標都是可以實現的，我們正走在正確的技術路線圖上。每一次技術轉型都會帶來新的規格要求，拼接就是其中之一。高數值孔徑EUV需要進行拼接，目前存在幾種不同的光罩交叉方式，而拼接所帶來的獨特挑戰仍需在技術開發階段持續攻克。
此外，高數值孔徑EUV的三維效應預計將更為顯著，這要求我們進一步推進光罩基底材料的演進——例如更薄的吸收層，乃至不同的多層膜結構。這一領域仍有大量未知有待探索，但我預見材料將持續演進，甚至包括基板本身。在上屆BACUS會議上，已有人討論基板如何承受更高的熱負荷，這一需求同樣適用於高功率低數值孔徑掃描儀。這類變化將持續推動光罩廠、光刻團隊與供應商之間的深度協作，共同突破材料與規格的邊界。
Fenger：高數值孔徑EUV將在精度要求上帶來階躍式的跨越，全流程各環節的模型與實際之間的規格容差都將更加嚴苛。非對稱放大率、偏振效應、光罩三維效應等EUV新效應，Synopsys已基本解決。但隨著製程持續微縮、工藝餘量不斷收窄，模型精度的提升始終是永恆的課題。
在拼接方面，對光罩製造本身影響不大，但對光罩檢測影響顯著。光罩檢測通常需要模擬掃描儀，並將光罩圖像與晶圓目標進行比對。在拼接區域，生成完整晶圓圖像需要同時調用兩張光罩，而目前還沒有工具能夠加載雙光罩並生成單一晶圓圖像。我認為這是一個潛在的技術缺口。雖然理想情況下希望能夠規避，但我認為這是無法繞過的問題。一旦兩張光罩都出現缺陷，如何確認修復是否有效？這將是一個亟待解決的難題。
Levinson：在這個問題上，我比不久前要樂觀一些。從光罩三維效應來看，它對現有技術構成了根本性限制，必須正面應對。這在客觀上需要新材料，並大幅增加計算複雜度，但我們已經開始把握其規律。今年SPIE Frits Zernike獎得主、弗勞恩霍夫研究所的Andreas Erdmann，在近期舉辦的SPIE先進光刻與圖案化研討會上發表了一篇受邀演講，他提出了一個頗具啟發性的問題：能否利用光罩三維效應實現超越，而非僅僅克服它？他認為，一旦深入理解其內在機制，便可以因勢利導地加以利用，進而針對性地調整材料特性。將這些想法轉化為現實還有大量工作要做，但這表明那些幾年前我認為幾乎無解的難題，如今已經開始有了突破的曙光。
羅切斯特理工學院的Bruce Smith正在重新審視我們沿用了十餘年的鉬矽多層膜結構，揭示了在邁向高數值孔徑EUV的過程中需要更為細緻關注的若干問題。前路漫漫，但我對業界的聰明人才充滿信心。只要產品銷售持續向好，研發投入就有資金來源，這些問題終將得到解決。
Fujimura：這個行業令人嘆服之處在於，數十年來我們面對無數艱巨挑戰，從未有過敗績。有時需要跨越多個節點，但我們總能找到出路。這是一個了不起的群體——競爭對手之間協作共進，攜手推動技術前行。我同樣對這個社群懷有堅定的信心。
在技術層面，一個關鍵問題是光罩上亞解析度輔助圖形（SRAF）所需的尺寸。SRAF是設計上不應在晶圓上成像、但用於輔助離軸照明和擴大焦深的極小圖形。焦深由公式k?×λ/NA?決定，分母中的平方項正是癥結所在。焦深在高數值孔徑EUV中已是公認的挑戰，因此必須使用SRAF，且必須足夠小，以避免意外成像。問題是究竟要小到什麼程度？部分觀點認為在光罩尺度上需要達到15nm，而15nm在光罩上並不容易實現。當前寫速足夠快的光刻膠無法可靠地實現15nm的圖形，變異量將過大。我認為瓶頸不在於多束流光罩寫入機，而在於光刻膠本身——光刻膠的速度與性能將成為決定性因素。我們在研究ILT和MPC，因此需要釐清需要應對的問題邊界在哪裡。如果是20nm，完全沒問題；如果是15nm，就處於臨界區域了。使用先進多束流光罩寫入機配合金屬氧化物光刻膠可以實現極小圖形的製作，納米壓印也在常規操作範圍之內。但納米壓印光罩是1:1尺寸比例，尺寸僅為光罩的1/16，寫入時間也相應縮短至1/16。若需寫入完整的光罩，且高數值孔徑EUV還需要兩張光罩，寫入時間將成為不可忽視的制約因素。
Scheid：在這一尺度上如何實現圖形分辨，我也沒有明確答案。這是一個漸進演化的過程。每當到達技術瓶頸，業界總能找到突破之道。我們應該有理由期待，束流速度將持續提升。每一代多束流寫入機的束流數量都在增加，並行束流數量未來還有進一步擴大的可能。今天看似是寫入時間瓶頸的限制，往往在明天就不再是問題。如果行業有此需要，一定能找到解決方案。
Wise：高數值孔徑EUV在圖案化領域開啟了重大挑戰，也帶來了全新機遇。其中一項關鍵變化是更高數值孔徑導致光刻膠內焦深減小，這直接影響到允許的光刻膠厚度，並對光刻膠輪廓控制與工藝窗口提出更嚴格要求。為支持更薄的光刻膠，需要採用新的圖案化方案，包括引入本徵蝕刻選擇比更高的金屬氧化物基光刻膠材料。這類材料進而推動了與光刻膠協同優化的新型蝕刻與薄膜技術的發展，以應對應力管理、缺陷控制與選擇比等方面的挑戰。此外，高數值孔徑系統固有的焦深縮減問題，可以通過創新技術加以部分緩解，例如泛林集團的三維工程化Aether乾式光刻膠。乾式光刻膠支持光刻膠特性的縱向調控，提供了調節吸收率的手段，從而有效增加下一代光刻所需的無缺陷焦深範圍。
Q&A
Q1：高數值孔徑EUV光罩成本是否會阻礙先進制程的推進？
A：光罩成本目前並未阻礙前沿製程的推進，但已成為決策中的重要考量因素。對於高性能計算或GPU等高價值產品，EUV及高數值孔徑設備的高昂成本是合理的投入；而對於低利潤或小批量產品，光罩成本確實會影響技術選型。業界普遍認為，持續降低光罩成本是擴大市場、維持競爭力的必要條件。
Q2：高數值孔徑EUV對光罩拼接技術有哪些新要求？
A：高數值孔徑EUV需要對兩張光罩進行拼接才能完成完整的晶圓圖案，目前存在幾種不同的拼接方式，但各自面臨獨特挑戰。尤其在光罩檢測環節，現有工具尚不支持同時加載兩張光罩並生成單一晶圓圖像，這是一個亟待解決的技術缺口。此外，一旦兩張光罩均存在缺陷，如何驗證修復效果也是尚未釐清的難題。
Q3：高數值孔徑EUV焦深減小會帶來哪些材料和工藝挑戰？
A：高數值孔徑EUV更高的數值孔徑導致焦深顯著縮小，直接限制了光刻膠的可用厚度，並對輪廓控制和工藝窗口提出更高要求。為此，行業正在探索金屬氧化物基光刻膠等新材料，以提升蝕刻選擇比；同時需要開發與之協同優化的新型蝕刻與薄膜技術。此外，乾式光刻膠（如泛林集團的Aether）通過縱向調控光刻膠特性，有望在一定程度上彌補焦深不足的問題。
