由于三星5nm良率遲遲無法盡快提高，最近傳出高通將放棄三星5nm轉(zhuǎn)向臺(tái)積電生產(chǎn)其最新移動(dòng)SOC 驍龍875。面對(duì)7nm、5nm等更先進(jìn)的制程，三星和臺(tái)積電同樣使用了AMSL的EUV光刻機(jī)，但是為什么良率和產(chǎn)量沒有臺(tái)積電高呢？為什么現(xiàn)在全球只有臺(tái)積電才能在EUV工藝中實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量？
其實(shí)EUV光刻機(jī)只是一個(gè)工具，拿來怎么用大有學(xué)問！臺(tái)積電是通過付出不懈努力，通過制造過程中的很多創(chuàng)新，才得已實(shí)現(xiàn)成功高量產(chǎn)的。這其中最重要的一個(gè)法寶是臺(tái)積電的EUV光罩干式清潔技術(shù)！
獨(dú)門絕技：干式EUV光罩潔凈技術(shù)
臺(tái)積電首創(chuàng)環(huán)境友善的「干式EUV光罩潔凈技術(shù)」取代傳統(tǒng)的沖洗流程，透過分析落塵、排除污染源的方式，成功使機(jī)臺(tái)內(nèi)每一萬片晶圓曝片的落塵數(shù)從數(shù)百顆減少到個(gè)位顆數(shù)，落塵率削減99%；導(dǎo)入試產(chǎn)迄今累計(jì)節(jié)水量約735公噸，降低化學(xué)品使用量約36公噸。
依制程的需求，EUV微影制程光罩分為有／無保護(hù)膜二種。臺(tái)積電選用無保護(hù)膜的EUV光罩以提高透光性，減少EUV微影制程曝光光能損耗；為進(jìn)一步解決無保護(hù)膜EUV光罩的落塵問題，臺(tái)積電品質(zhì)暨可靠性組織攜手技術(shù)發(fā)展、營(yíng)運(yùn)組織，共同開發(fā)落塵分析技術(shù)。
臺(tái)積電以顛覆傳統(tǒng)的創(chuàng)新思維，研發(fā)「干式EUV光罩潔凈技術(shù)」，透過干式技術(shù)快速去除落塵，取代需要使用純水與化學(xué)品的濕式清潔手法；同時(shí)，以次納米級(jí)分析技術(shù)精準(zhǔn)定位落塵來源，從根本排除污染源。經(jīng)不斷的測(cè)試與優(yōu)化，成功使落塵削減率超過99%。
當(dāng)使用不帶防護(hù)膜的EUV掩模時(shí)，（1）能量損失減少且生產(chǎn)率提高，但是（2）沒有阻擋落下顆粒的膜，因此，當(dāng)使用帶防護(hù)膜的EUV掩模時(shí)與上述相比，濕式清潔的頻率增加了，純水和化學(xué)藥品的消耗也增加了。（3）經(jīng)常返修光罩會(huì)降低生產(chǎn)能力。因此，通常，根據(jù)傳統(tǒng)的濕式清潔流程（左下）通過濕式清潔去除顆粒，但是臺(tái)積電根據(jù)創(chuàng)新的干式清潔流程（右下）分析和識(shí)別顆粒以確定來源。建立了一種機(jī)制，可以通過識(shí)別顆粒并消除其來源來提高產(chǎn)量，以防止將來粘附顆粒（來源：TSMC網(wǎng)站）
通過分析，跟蹤和消除掉落的顆粒來提高產(chǎn)品質(zhì)量
與使用物理方法而不是化學(xué)藥品或純水來用物理方法去除顆粒來清潔晶圓表面的技術(shù)不同，干洗技術(shù)通過執(zhí)行成分分析以識(shí)別顆粒來源來識(shí)別每個(gè)顆粒。這是一種通過識(shí)別和消除生成源來防止顆粒粘附到掩模上的方法。干式EUV光罩潔凈技術(shù)是臺(tái)積電的唯一名稱。通過在所有批量生產(chǎn)線中引入干式EUV光罩潔凈技術(shù)，可以清楚地證明EUV工藝的生產(chǎn)良率得到了提高。
臺(tái)積電的質(zhì)量和可靠性部門與技術(shù)開發(fā)和Fab操作部門合作，從2018年開始聯(lián)合開發(fā)成分分析方法，以了解粒子的真實(shí)來源，以解決從2018年開始落在面罩上的顆粒導(dǎo)致產(chǎn)量下降的問題。
從分析技術(shù)精確識(shí)別下降源以來，粒子可以完全消除。通過分析掉落的粒子和消除污染源，每10000個(gè)掩膜粘附粒子數(shù)量從傳統(tǒng)的幾百個(gè)減少到個(gè)位數(shù)字，到2020年，其減少率達(dá)到99%。據(jù)該公司稱，自引進(jìn)以來，節(jié)水量約為735噸，節(jié)約化學(xué)品約36噸。
臺(tái)積電利用這種創(chuàng)新的干式EUV光罩潔凈技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了全球首屈一指的 EUV 工藝的大規(guī)模生產(chǎn)，還提高了資源的利用率。除了減少超純水和化學(xué)品外，面罩循環(huán)的頻率還基于生產(chǎn)周期時(shí)間的控制和管理系統(tǒng)。
自 2018 年推出以來，EUV 光罩的老化周期增加了 80% 以上，延長(zhǎng)了高級(jí) EUV 面罩的使用壽命，累計(jì)提高 20 億新臺(tái)幣（約 7 億美元）。
2019 年，臺(tái)積電成功地實(shí)現(xiàn)了干式EUV光罩潔凈技術(shù)。因此，在 2020 年 1 月，所有負(fù)責(zé) EUV 的 300mm 晶圓晶圓（Fab12B、15B 和 18）都采用了已完成的自動(dòng)大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)。
目前，臺(tái)積電的質(zhì)量和可靠性部門正在不斷分析較小的跌落顆粒和清潔技術(shù)，并將繼續(xù)致力于環(huán)保綠色制造，為未來先進(jìn)工藝的質(zhì)量控制奠定基礎(chǔ)。
臺(tái)積公司干式EUV光罩潔凈技術(shù)發(fā)展歷程
總結(jié)
目前，英特爾和三星正在加快將EUV光刻技術(shù)引入先進(jìn)邏輯器件的原型/批量生產(chǎn)線的步伐，但是它們正遭受著產(chǎn)量下降的困擾，只有臺(tái)積電成功量產(chǎn)并且是唯一的贏家。
有了EUV光刻機(jī)僅僅是第一步，關(guān)鍵還要看如何用的更好。臺(tái)積電成功的背后正是通過付出提高產(chǎn)量的各種努力，通過各種創(chuàng)新，例如顆粒分析/源數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建和自動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)EUV先進(jìn)制成真正的高量產(chǎn)。