EUV產(chǎn)量到位了，是不是也該考慮良率了？

在當(dāng)前的半導(dǎo)體制程不斷往7nm以下發(fā)展時(shí)，EUV光刻機(jī)就成了IDM和代工廠(chǎng)必不可少的工具之一。隨著臺(tái)積電、三星、英特爾和SK海力士等企業(yè)的EUV光刻機(jī)紛紛到位，這些頂級(jí)半導(dǎo)體制造廠(chǎng)商和EUV光刻機(jī)的唯一制造者ASML還有另一個(gè)問(wèn)題需要擔(dān)心，那就是光罩防塵膜。

90%透射率這道坎

光刻機(jī)防塵膜 / 三井化學(xué)

光罩防塵膜是一種透明的薄膜，主要用于保護(hù)昂貴的光罩，保持清潔，以此提高半導(dǎo)體生產(chǎn)效率。盡管光刻機(jī)一般都位于相當(dāng)嚴(yán)格的潔凈室內(nèi)，EUV光刻機(jī)面世初期也有不少人認(rèn)為EUV不需要防塵膜，因?yàn)椴粫?huì)出現(xiàn)顆粒的存在，但實(shí)際情況下還是難免避免生產(chǎn)過(guò)程中雜質(zhì)的出現(xiàn)。據(jù)ASML的說(shuō)法，EUV每曝光1萬(wàn)次就會(huì)生成一個(gè)雜質(zhì)顆粒。通過(guò)使用防塵膜，晶圓廠(chǎng)可以有效避免污染而產(chǎn)生的缺陷。

雖然這是一個(gè)有效解決晶圓缺陷的辦法，卻影響了光刻機(jī)的光線(xiàn)透射。被防塵膜吸收的紫外光線(xiàn)雖然肉眼看不出，但在光刻機(jī)的表現(xiàn)上就成了功耗損失。當(dāng)前DUV防塵膜的透射率都已經(jīng)做到了99%以上，EUV防塵膜卻始終差強(qiáng)人意。因此，ASML和相關(guān)代工廠(chǎng)商都在研究如何生產(chǎn)出透射率更高的防塵膜。

然而，ASML因?yàn)樾枰獙?zhuān)心去做EUV光刻機(jī)的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)，很難再兼顧防塵膜的生產(chǎn)，而且在他們的研究下，透射率一直進(jìn)展緩慢。2016年，ASML推出的首批EUV防塵膜只有78%左右的透射率。2019年時(shí)，經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的持續(xù)研發(fā)，平均透射率也僅僅提升了3.5%，達(dá)到83%的水平。

三星更是明確表示，不到90%以上的透射率不會(huì)使用EUV防塵膜。畢竟在當(dāng)前半導(dǎo)體缺貨的情況下，透射率下降影響的是產(chǎn)量，而沒(méi)用防塵膜最多只能影響小部分良率。因此，當(dāng)前無(wú)論是三星和臺(tái)積電都沒(méi)有在EUV光刻機(jī)上使用防塵膜。

除了透射率之外，EUV的防塵膜還有兩道坎，那就是散熱和成本問(wèn)題，不過(guò)這兩個(gè)問(wèn)題其實(shí)也和透射率一樣，都可能要從材料上解決。

離正式使用還有多久？

EUV防塵膜 / 三井化學(xué)

為此，2019年5月31日，ASML與日本三井化學(xué)公司達(dá)成協(xié)議，前者將EUV防塵膜技術(shù)授權(quán)給三井化學(xué)，由多年防塵膜生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的后者來(lái)負(fù)責(zé)生產(chǎn)。ASML聯(lián)手加拿大企業(yè)Teledyne負(fù)責(zé)EUV防塵膜技術(shù)的開(kāi)發(fā)，而三井則在日本大竹市進(jìn)行防塵膜生產(chǎn)。

今年5月，ASML韓國(guó)銷(xiāo)售經(jīng)理提到，經(jīng)過(guò)與Teledyne的攜手開(kāi)發(fā)，他們已經(jīng)可以將EUV防塵膜做到90.6%的透射率，可以實(shí)現(xiàn)400W的持久功率。三井化學(xué)也在同月26日發(fā)布消息，正式宣布EUV防塵膜開(kāi)始商用量產(chǎn)。

生產(chǎn)EUV防塵膜的并不只有三井化學(xué)一家，韓國(guó)企業(yè)FST和S&S Tech同樣在生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品，三星作為這兩家廠(chǎng)商的大客戶(hù)，也向他們投資了不少資金。就拿FST來(lái)說(shuō)，利用碳納米管材料，他們也成功將透射率做到了90%以上，還推出了自動(dòng)安裝和檢測(cè)防塵膜的設(shè)備工具。畢竟在運(yùn)用EUV防塵膜的生產(chǎn)過(guò)程中，防塵膜上的顆粒檢測(cè)和防塵膜清洗與替換也是相當(dāng)耗時(shí)耗力的步驟。

不過(guò)，別說(shuō)是保證半導(dǎo)體生產(chǎn)的良率了，這兩家的EUV防塵膜尚在研發(fā)或初期階段，自己的良率還沒(méi)保證，雖然EUV防塵膜已經(jīng)變?yōu)樗麄兊难邪l(fā)重心，但與ASML和三井化學(xué)相比，還有一段差距。

然而，韓媒報(bào)道，三星這家韓國(guó)巨頭很可能還是會(huì)用ASML自家的光罩防塵膜。因?yàn)镋UV光刻機(jī)只有ASML一家制造，如果不用他們自己推薦的防塵膜，很可能難以保證后續(xù)的售后維護(hù)工作，十幾億元一臺(tái)的機(jī)器，壞了沒(méi)處修可就難辦了。

碳納米管EUV防塵膜 / IMEC

比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）其實(shí)也在研究EUV防塵膜，他們將多片碳納米管防塵膜安裝在NXE：3300 EUV光刻機(jī)上，測(cè)得單次極紫外光的透射率可高達(dá)97%，所能承受的功率更是可以達(dá)到600W。

結(jié)語(yǔ)

雖然已有EUV防塵膜開(kāi)始投入量產(chǎn)，但業(yè)內(nèi)人士爆料，三星很可能會(huì)在2023年才開(kāi)始在EUV光刻機(jī)上使用防塵膜。畢竟即便是90.8%的透射率，依然對(duì)產(chǎn)量會(huì)有一定影響，與DUV光刻機(jī)99%以上的透射率相比，還是有差距。目前基本所有晶圓廠(chǎng)都在滿(mǎn)載運(yùn)行，在產(chǎn)量和良率的抉擇上，影響更小的后者明顯不是首選。