同样的EUV光刻机,为什么只有台积电能实现高量产?独门绝技:一万片晶圆落尘数只有几颗!

2020-08-10 12:46:02 来源:EETOP编译
由于三星5nm良率迟迟无法尽快提高,最近传出高通将放弃三星5nm转向台积电生产其最新移动SOC 骁龙875。面对7nm、5nm等更先进的制程,三星和台积电同样使用了ASMLEUV光刻机,但是为什么良率和产量没有台积电高呢?为什么现在全球只有台积电才能在EUV工艺中实现高产量?

其实EUV光刻机只是一个工具,拿来怎么用大有学问!台积电是通过付出不懈努力,通过制造过程中的很多创新,才得已实现成功高量产的。这其中最重要的一个法宝是台积电EUV光罩干式清洁技术!

独门绝技:干式EUV光罩洁净技术

台积电首创环境友善的「干式EUV光罩洁净技术」取代传统的冲洗流程,透过分析落尘、排除污染源的方式,成功使机台内每一万片晶圆曝片的落尘数从数百颗减少到个位颗数,落尘率削减99%;导入试产迄今累计节水量约735公吨,降低化学品使用量约36公吨。

依制程的需求,EUV微影制程光罩分为有/无保护膜二种。台积电选用无保护膜的EUV光罩以提高透光性,减少EUV微影制程曝光光能损耗;为进一步解决无保护膜EUV光罩的落尘问题,台积电品质暨可靠性组织携手技术发展、营运组织,共同开发落尘分析技术。

EUV光罩:带防护膜(左)和无防护膜的(右)

台积电以颠覆传统的创新思维,研发「干式EUV光罩洁净技术」,透过干式技术快速去除落尘,取代需要使用纯水与化学品的湿式清洁手法;同时,以次纳米级分析技术精准定位落尘来源,从根本排除污染源。经不断的测试与优化,成功使落尘削减率超过99%。

当使用不带防护膜的EUV掩模时,(1)能量损失减少且生产率提高,但是(2)没有阻挡落下颗粒的膜,因此,当使用带防护膜的EUV掩模时与上述相比,湿式清洁的频率增加了,纯水和化学药品的消耗也增加了。(3)经常返修光罩会降低生产能力。因此,通常,根据传统的湿式清洁流程(左下)通过湿式清洁去除颗粒,但是台积电根据创新的干式清洁流程(右下)分析和识别颗粒以确定来源。建立了一种机制,可以通过识别颗粒并消除其来源来提高产量,以防止将来粘附颗粒(来源:TSMC网站)

通过分析,跟踪和消除掉落的颗粒来提高产品质量

与使用物理方法而不是化学药品或纯水来用物理方法去除颗粒来清洁晶圆表面的技术不同,干洗技术通过执行成分分析以识别颗粒来源来识别每个颗粒。这是一种通过识别和消除生成源来防止颗粒粘附到掩模上的方法。干式EUV光罩洁净技术是台积电的唯一名称。通过在所有批量生产线中引入干式EUV光罩洁净技术,可以清楚地证明EUV工艺的生产良率得到了提高。

台积电的质量和可靠性部门与技术开发和Fab操作部门合作,从2018年开始联合开发成分分析方法,以了解粒子的真实来源,以解决从2018年开始落在面罩上的颗粒导致产量下降的问题。

从分析技术精确识别下降源以来,粒子可以完全消除。通过分析掉落的粒子和消除污染源,每10000个掩膜粘附粒子数量从传统的几百个减少到个位数字,到2020年,其减少率达到99%。据该公司称,自引进以来,节水量约为735吨,节约化学品约36吨。

台积电利用这种创新的干式EUV光罩洁净技术,不仅实现了全球首屈一指的 EUV 工艺的大规模生产,还提高了资源的利用率。除了减少超纯水和化学品外,面罩循环的频率还基于生产周期时间的控制和管理系统。

自 2018 年推出以来,EUV 光罩的老化周期增加了 80% 以上,延长了高级 EUV 面罩的使用寿命,累计提高 20 亿新台币(约 70 亿美元)。

2019 年,台积电成功地实现了干式EUV光罩洁净技术。因此,在 2020 年 1 月,所有负责 EUV 的 300mm 晶圆晶圆(Fab12B、15B 和 18)都采用了已完成的自动大规模生产系统。

目前,台积电的质量和可靠性部门正在不断分析较小的跌落颗粒和清洁技术,并将继续致力于环保绿色制造,为未来先进工艺的质量控制奠定基础。

台积公司干式EUV光罩洁净技术发展历程

总结

目前,英特尔和三星正在加快将EUV光刻技术引入先进逻辑器件的原型/批量生产线的步伐,但是它们正遭受着产量下降的困扰,只有台积电成功量产并且是唯一的赢家。

有了EUV光刻机仅仅是第一步,关键还要看如何用的更好。台积电成功的背后正是通过付出提高产量的各种努力,通过各种创新,例如颗粒分析/源数据库构建和自动系统开发,成功实现EUV先进制成真正的高量产。

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