幾年前，光刻界開(kāi)始探索在光掩模上寫(xiě)入電路圖案時(shí)引入曲線形狀（curvilinear shapes）的想法。多電子束掩模版寫(xiě)入工具的出現(xiàn)促進(jìn)了這一想法，該工具首次實(shí)現(xiàn)了在掩模版上寫(xiě)入復(fù)雜形狀。這有助于進(jìn)一步減少?gòu)幕诼D的設(shè)計(jì)到晶圓上曲線表示過(guò)程中出現(xiàn)的誤差。

最近，業(yè)界還考慮使用新的OPC算法，將曼哈頓設(shè)計(jì)版圖調(diào)整為掩模版和晶圓上更復(fù)雜的曲線形狀。傳統(tǒng)OPC和逆向光刻技術(shù)（ILT：inverse lithography technology）中的新型“曲線”O(jiān)PC技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，作為改善光刻步驟工藝窗口的一種方式。

曲線掩模和OPC技術(shù)近期已成為半導(dǎo)體行業(yè)的熱門(mén)研發(fā)課題，2025 SPIE先進(jìn)光刻和圖形化會(huì)議上投稿數(shù)量的不斷增長(zhǎng)也反映了這一點(diǎn)。

曲線（Curvilinear）OPC和掩模策略仍然基于曼哈頓電路設(shè)計(jì)布局。下一步，imec提議在設(shè)計(jì)階段就引入曲線幾何形狀和路徑（ curvilinear geometries and paths），這是一個(gè)創(chuàng)新概念，其優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)超曲線OPC和掩模策略。與當(dāng)前的路線圖演進(jìn)不同，曲線設(shè)計(jì)有望在降低晶圓制造成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)過(guò)渡，同時(shí)提升電氣性能。因此，正如imec在2025年SPIE先進(jìn)光刻與圖案化會(huì)議上的受邀論文中所展示的那樣，它有望徹底改變半導(dǎo)體行業(yè)。我們通過(guò)三個(gè)用例展示了其優(yōu)勢(shì)。

曲線設(shè)計(jì)被證明有益的第一個(gè)用例是標(biāo)準(zhǔn)單元的布線練習(xí)以及緊密間距金屬層的布局布線設(shè)計(jì)。

曲線設(shè)計(jì)的第二個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是構(gòu)成 CMOS 器件的 n 型和 p 型晶體管的源漏接觸和柵極之間的布線。在當(dāng)今的一維曼哈頓設(shè)計(jì)中，它們只能形成“南北”（north-south）方向的電氣連接。因此，連接 n 型和 p 型晶體管的源漏和柵極的唯一方法是添加額外的金屬層和過(guò)孔層。這使得電流可以向上穿過(guò)過(guò)孔，沿著額外層中的布線金屬流動(dòng)，然后向下穿過(guò)另一個(gè)過(guò)孔連接到另一個(gè)源漏接觸。因此，會(huì)產(chǎn)生電氣和成本方面的損失。

然而，使用曲線形狀連接源極/漏極觸點(diǎn)和柵極可以消除使用額外金屬層的電連接（圖5）。降低M0布線資源的利用率可以進(jìn)一步縮小單元面積。將此概念應(yīng)用于業(yè)界代工廠14A節(jié)點(diǎn)的邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元，可實(shí)現(xiàn)20%的面積縮小（相當(dāng)于從5T單元設(shè)計(jì)過(guò)渡到4T單元設(shè)計(jì)），同時(shí)抑制晶圓制造成本。

與用例 1 和 2 相比，imec 認(rèn)為曲線幾何在布局布線層面具有最大的潛力，其應(yīng)用范圍涵蓋標(biāo)準(zhǔn)單元上方的所有金屬布線層。與之前描述的用例不同，這種方法需要更大的工業(yè)投入，包括全面啟用布局布線工具和在整個(gè)設(shè)計(jì)空間內(nèi)提供寄生參數(shù)提取 EDA 解決方案。imec 預(yù)計(jì)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，曲線技術(shù)將在未來(lái)的邏輯技術(shù)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

使用曲線設(shè)計(jì)的整體優(yōu)勢(shì)可以通過(guò)功率-性能-面積-成本 (PPAC) 品質(zhì)因數(shù)來(lái)體現(xiàn)。目前，雖然具體目標(biāo)各不相同，但節(jié)點(diǎn)間轉(zhuǎn)換目標(biāo)的一個(gè)典型示例包括面積減少 20%、性能提升 15% 和功耗降低 15%。如今，這些 PPA 優(yōu)勢(shì)是以晶圓制造成本為代價(jià)的：業(yè)界試圖將成本增幅限制在節(jié)點(diǎn)間 20% 以內(nèi)。根據(jù) imec 的估計(jì)，與使用 14A 曼哈頓 1-D 設(shè)計(jì)相比，通過(guò)在設(shè)計(jì)版圖中添加曲線形狀，可以進(jìn)一步減少面積，同時(shí)提升功率/性能。這意味著業(yè)界可以在不縮小尺寸（即間距）的情況下實(shí)現(xiàn) 10A 的進(jìn)展。更重要的是，這些優(yōu)勢(shì)還帶來(lái)了成本的降低。這是圖案化領(lǐng)域的設(shè)計(jì)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化 (DTCO) 如何進(jìn)一步增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)間轉(zhuǎn)換的 PPAC 優(yōu)勢(shì)的絕佳示例。

由于多種原因，建立曲線設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性。迄今為止，尚未找到能夠精確表示曲線形狀數(shù)據(jù)，同時(shí)控制整個(gè)制造生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的解決方案。一種方案是使用分段直線數(shù)據(jù)表示法（一種由連接點(diǎn)的直線組成的幾何結(jié)構(gòu)）來(lái)近似曲線形狀（圖 6）。然而，使用這種表示法會(huì)大幅增加數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)量過(guò)大是業(yè)界關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)樯逃?EDA 工具難以處理如此龐大的數(shù)據(jù)量，而且數(shù)據(jù)還必須在整個(gè)制造生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。