文章来源：http://www.chinatimes.com/cn/newspapers/20170615000113-260204
臺積電已宣布將在2018年第二代7奈米制程中開始導入EUV微影技術，以做為5奈米全面采用EUV的先期準備。盡管目前EUV設備曝光速度仍不如期待且價格極為高昂，但與采用雙重或多重曝光技術相比，EUV的投資對解決先進制程不斷攀升的成本問題仍是相對有力的解決方案。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/360356.htm 每一季的臺積電法說會上，張忠謀董事長或是共同執行長對于極紫外光(ExtremeUltraviolet,EUV)的發展進度必會對臺下觀眾做一專門的報告，法人代表對于EUV的導入時程亦表示高度興趣。到底EUV的發展對于臺積電未來發展甚至是半導體制程到底有甚么樣的影響?相信這對于摩爾定律的演進一定有很重要且深遠的沖擊，不然怎會讓眾人引頸期盼EUV的導入;屆時真的可以如共同執行長所說的在7奈米量產后第二年的加強版制程導入，并于5奈米制程時全面使用?屆時導入時程還會被延誤嗎?從制程成本的觀點來看，相信這將會是箭在弦上，不得不發的情況。 隨著制成節點的演進，線寬不斷地微縮，制造成本從過去的線性成長到現在的指數型成長;即便摩爾定律仍舊可以不受到物理極限的影響而得以延續，單位閘極的成本也難以降低甚至是增加，閘極制造成本與制程節點的趨勢如圖1所示;且消費者是否可以接受IC制造成本的上升而導致最終產品價格的上揚?都值得令人探討。消費市場的不穩定，導致各大IC制造廠商是否仍愿意繼續投入巨大的資源進行先進制程的開發與設備的投資，這種種的問題，不斷地困擾IC制造廠商的決策，并影響著未來發展的走向。 圖1閘極成本與制程節點趨勢圖 本文想要探討的并不是EUV是否可如期在5奈米制程中導入，而是想要從制造成本的觀點來探討EUV的重要性，各大IC制造廠商為何抱著一定要成功的心態發展EUV;成功與否為何將會嚴重地影響到摩爾定律的持續演進。 晶圓制造成本分析 既然本文所要探討的是EUV對晶圓生產成本的影響，那就不得不先解釋晶圓制造成本的主要組成成分，如圖2所示。 圖2晶圓制造成本分析 晶圓制造成本主要來自于設備機臺的折舊。近年臺積電的資本支出持續地維持在高檔，一年約一百億美元上下，機臺設備的高折舊費用對于財報亦是一股沉重的壓力;假設今年于設備的資本支出為六百萬元，預計用五年作為折舊攤提的時間，故每一年的攤提費用為一百二十萬元(600÷5)，每一個月份則為十萬元(120÷12)，每一分鐘的費用則為二點三元(10÷30÷24÷60)。 由此可知，生產設備一旦購入，平均分配到每一分鐘，甚至是每一秒，都將會是成本，而這成本將會被計入到各晶圓生產成本之上。根據這樣的會計原則，相信各位讀者已可以輕松了解到，生產設備越少(注：相對應的即是生產流程越少)將會大幅度的降低生產成本。但以上提到了這么多，究竟與EUV的發展到底有何關系? 目前的先進制程，仍是使用浸潤式的曝光機，其實以其現有光源的波長，已無法滿足現有的制程需求，而必須使用雙重甚至是多重曝光的方式來達到線寬微縮的目的，雙重曝光與使用EUV制程流程比較如圖3所示。(多重曝光將會較雙重曝光更為復雜)。 從流程圖上看來，似乎只是少了幾道制程，其實在每一道蝕刻、顯影與去光阻等步驟之后都會有一些清洗制程;為了達到廠商默認的產能，多重曝光所增加的流程步驟勢必將增加更多的蝕刻、清洗設備。相信各位讀者讀到這已可以與前文互相鏈接了，晶圓制造成本最主要來自于機臺設備折舊，但如果為了多重曝光添購了許多設備，不只在設備折舊方面的成本增加，多重曝光越來越復雜的圖形造成曝光次數大大增加，光罩的成本也會隨著倍增;其他在機臺維護、原物料等方面上的支出，也必將有非常顯著的增加。 全球最大曝光機設備商荷蘭的艾司摩爾(ASML)于2010年時以一張圖片顯示出EUV在相關制程設備的所需數量與空間上，具有極大的優勢，如圖4所示。假設月產能十三萬片，并使用雙重曝光制程，所需的無塵室空間約為1,200平方米;但如果使用EUV來進行圖案曝光，所需的無塵室空間為雙重曝光的一半，約為627平方米，產能卻可提升一倍至每月二十五萬片。相信對于多重曝光來說，所需的無塵室空間與設備投資應該是更驚人;市場上預估，四重曝光所需的設備支出將會較現行雙重曝光多出約60%，增加的制造成本反應到終端產品的價格，消費者是否可以接受，仍須觀察。 另一方面，EUV設備的價格亦極為驚人，約為一億美元，約當其他微影設備金額的兩倍，并且每小時的單位產出仍無法與現行的浸潤式曝光機相比;但從省下的無塵室空間與額外設備投資的降低觀點而言，雖然實際數字需要細算，但相信對于IC制造廠商而言，與多重曝光相比，仍是一項值得投入資源開發的投資。從以上成本的觀點看來，如果EUV未被導入于先進制程使用，摩爾定律將會因不斷墊高的成本而難以延續。 EUV設備當前挑戰 當然，從以上所提，我們都知道EUV必須要被導入先進制程，但其所面臨的挑戰到底為何?目前，EUV主要面臨的挑戰仍是光源強度的不足，目標是每一小時可完成約125片晶圓曝光的250W，達此目標即有量產價值的經濟效益;但目前的光源強度為125W，每一小時約僅可完成65片晶圓的曝光，與目標仍有一段差距，可否于2018年達到如EUV設備廠商ASML所說的光源強度250W的目標，值得令人期待。至于到了2020年，臺積電量產5奈米制程產品時，或許更可接近現行浸潤式微影的每小時200片的水平。 當眾人目光皆放在設備上的演進與開發，其實在EUV的導入后，線寬的微縮，制程對于缺陷與外來微粒污染的容忍度將會大幅降低。故對于清洗制程的挑戰也將會伴隨而來;其主要分為兩個部分： 一是曝光顯影后的清洗制程。當晶圓完成曝光顯影后所伴隨著的副產物生成，是否可被完整的清洗，必定將會影響到后段蝕刻及其他制程的表現，進而影響到IC產品的良率。 二是EUV光罩的清洗與保存。光罩是決定晶圓上圖案的關鍵;請試想當光罩上存在著一顆微粒子，這是否會被轉移到晶圓上?想當然答案是肯定的。那么在光罩使用后的清洗與保存，將會是另一外一個挑戰。 另外其他的挑戰將會是來自于制程整合，蝕刻制程是否可以消弭因EUV所造成線寬邊緣粗糙度(LineEdgeRoughness,LER);化學機械研磨(ChemicalMechanicalPlanarization,CMP)是否會因為線寬而造成凹陷(Dishing)等其他問題，將會如雨后春筍一般地冒出來。 EUV發展令人期待 制程的演進，線寬的微縮，伴隨而來的是巨大人力以及物力的投資，投入的金額更是令人難以想象，而其中最重要的一部分則是制程材料與設備的開發;這些投入的成本，最終將會轉嫁到消費者身上，消費者是否接受將有可能會嚴重影響廠商的決定;每一次的投資或是發展決策，迎來的是繁榮或衰敗，將反映著決策的正確與否，故隨時必須保持著亦步亦趨，如履薄冰的態度，審慎面對。 從急劇增加的生產成本角度看來，EUV絕對會是推進摩爾定律的重要因素之一，但除了EUV本身設備的開發與挑戰，制程整合亦是另一巨大的挑戰;例如晶圓的清洗制程，光罩的清洗與保存，甚至是后面的蝕刻或化學機械研磨等等，都必須要與EUV一同開發。 新科技總是讓人感到興奮，但其中仍有許多惱人的挑戰必須克服，我們樂見摩爾定律繼續地被推進，相信相關產業鏈將會再一次的被帶動，值得令人期待。
關鍵字標籤：無塵室施工規劃
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