被一層膜卡住的三星EUV，透射率已達到90%，這道坎趟過去了？

三星電子最近宣稱其極紫外光刻(EUV)技術在關鍵指標上取得了重大進展，稱EUV薄膜的透射率已達到90%，并計劃進一步提高到94-96%。這一消息一出，立刻在業內引起了強烈反響。

有人認為，這標志著三星電子EUV技術的商業化又近了一步。畢竟，EUV光刻被業界視為次世代制程的“救世主”，其極高的光源能量可以顯著提高光刻的分辨率，有望打破光刻技術的物理極限，讓芯片持續摩爾定律式地迭代發展下去。

但另一些專家則持懷疑態度。他們認為，雖然90%的透射率看似不錯，但與主流的氟化氬(ArF)工藝中的99%還存在差距。更關鍵的是，EUV工藝本身極其復雜，涉及許多系統性挑戰有待攻克。三星這次的小小進展，與商業化實際應用還差得很遠。


1、不起眼卻重要無比的防塵薄膜

光罩防塵膜作為半導體制造光刻工藝中用到的一項關鍵材料，除了防塵避免異物附著造成缺陷外，也有著保護光罩不被損壞的作用。DUV 光刻機經歷了長時間的發展，其光罩防塵膜技術已經趨于成熟，其透光率基本都能達到 99% 以上。

然而在 EUV 光刻機上，光罩防塵薄膜卻難倒了不少廠商。極紫外光很容易被各種有機材料吸收，對 EUV 波長帶具有完全透明性的材料還不存在，所以高透光率的實現是個大難題。為此，防塵薄膜必須做到非常薄才能盡可能減少光線的吸收，以 ASML 與三井化學開發的光罩防塵薄膜為例，其厚度只有 13nm，只有頭發的0.1% 左右。可即便如此，這個 13nm 厚度的防塵薄膜也只能做到 90.6% 的透光率。

除了透光率外，防塵薄膜能夠承受的功率也必須要進一步提高，比如單次 EUV 曝光的功率可能在 200W 以上，在 13nm 的厚度下要想承受大功率的曝光，就必須要對其結構進行創新。


2、90%透射率這道坎

光罩防塵膜是一種透明的薄膜，主要用于保護昂貴的光罩，保持清潔，以此提高半導體生產效率。盡管光刻機一般都位于相當嚴格的潔凈室內，EUV光刻機面世初期也有不少人認為EUV不需要防塵膜，因為不會出現顆粒的存在，但實際情況下還是難免避免生產過程中雜質的出現。據ASML的說法，EUV每曝光1萬次就會生成一個雜質顆粒。通過使用防塵膜，晶圓廠可以有效避免污染而產生的缺陷。

雖然這是一個有效解決晶圓缺陷的辦法，卻影響了光刻機的光線透射。被防塵膜吸收的紫外光線雖然肉眼看不出，但在光刻機的表現上就成了功耗損失。當前DUV防塵膜的透射率都已經做到了99%以上，EUV防塵膜卻始終差強人意。因此，ASML和相關代工廠商都在研究如何生產出透射率更高的防塵膜。

然而，ASML因為需要專心去做EUV光刻機的生產開發，很難再兼顧防塵膜的生產，而且在他們的研究下，透射率一直進展緩慢。2016年，ASML推出的首批EUV防塵膜只有78%左右的透射率。2019年時，經過了一段時間的持續研發，平均透射率也僅僅提升了3.5%，達到83%的水平。

三星更是明確表示，不到90%以上的透射率不會使用EUV防塵膜。畢竟在當前半導體缺貨的情況下，透射率下降影響的是產量，而沒用防塵膜最多只能影響小部分良率。因此，當前無論是三星和臺積電都沒有在EUV光刻機上使用防塵膜。

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題，不過這兩個問題其實也和透射率一樣，都可能要從材料上解決。


3、還是選擇了日廠

據傳三星早在一開始的 EUV 生產中并未使用防塵薄膜，從而導致了良率不高等一系列問題。對于更為復雜的 EUV 光刻技術而言，這樣的結果也在預料之內。畢竟除了防塵外，保護均價 30 萬美元的光罩也是防塵薄膜的任務之一。

為此，三星選擇投資本土材料廠商 S&S Tech 和 FST，為的就是開發透光率 90% 以上的防塵薄膜，且已經有相關產品出貨。然而業界一直有消息稱三星并沒有用到他們生產的防塵薄膜，因為其雖然透光率達標，但強度并不夠，很有可能會進一步損壞光罩，致使對整個 EUV 光刻機進行清潔，同時還要停止產線。

盡管三星在研發和投資防塵薄膜上付出了不少努力，但從今年KISM2023 大會上三星電子研究員Young Seog Kang的分享來看，三星電子目前在 EUV 上用到的也是來自三井化學的光罩防塵膜，且三井化學是其唯一供應商。據了解，其所使用的防塵薄膜透光率已經達到了 90%，且下一步是提高到 94% 到 96%。

先進工藝的制造并不只是依賴EUV 光刻機這一臺機器即可，配套的所有設備、材料等都需要進一步升級。況且高 NA EUV 光刻機尚未投入使用，新的機器到位后，我們或許又將面臨新一輪的良率爬坡。