EUV光刻的作用和重要性分析

在 2023 年 SPIE 高級光刻和圖案化會議上，ASML 展示了其該領(lǐng)域 EUV 光刻系統(tǒng)的最新動態(tài) 。EUV 晶圓曝光輸出如下表所示：

根據(jù)這些信息，我們可以嘗試提取和評估每季度的 EUV 晶圓產(chǎn)量。首先，由于有些季度沒有報告產(chǎn)出，我們將使用四次多項式擬合進行插值。使用四次多項式作為最佳擬合，因為已有五個數(shù)據(jù)點可用。

2019 年至 2022 年累計 EUV 晶圓曝光量。第 0 季度對應 2019 年第一季度之前。

對于每個季度，我們可以計算出每個 EUV 工具每天的平均晶圓數(shù)量，方法是取連續(xù)兩個季度暴露的晶圓之間的差異，除以兩個季度可用系統(tǒng)數(shù)量的平均值，然后除以 90 天。結(jié)果趨勢如下圖所示：

2019 年至 2022 年每個季度每個 EUV 系統(tǒng)每天的平均晶圓數(shù)量。

每個工具的平均 EUV 曝光量在幾個季度內(nèi)突破了每天 1000 片晶圓，但最近已降至每天 904 片晶圓，即每小時不到 40 片晶圓。與每小時 120-180 片晶圓的報告值相比，這看起來是一個令人驚訝的低吞吐量，這意味著什么？

第一種可能性是 EUV 工具根本不經(jīng)常使用，并且大部分時間都處于閑置狀態(tài)。第二種可能性是工具大部分時間都處于維護狀態(tài)。然而，據(jù)報道，正常運行時間 >90% 。第三種可能性是更高的劑量（dozes），可能超過 100 mJ/cm2，以解決隨機效應。然而，這似乎與為實現(xiàn)已發(fā)布的吞吐量目標所做的所有工作背道而馳。另一種可能性是該圖表沒有單獨計算晶圓上的多層曝光。因此，例如，每小時 120 片晶圓的 15 個 EUV 層看起來就像每小時 8 片晶圓。然而，與平均每小時約 40 片晶圓相比，這個數(shù)字甚至更低的產(chǎn)出率！差異在哪里？尚未考慮研發(fā) (R&D) 晶圓。如果所有運行的 EUV 晶圓中只有 20% 用于生產(chǎn)，那么這個數(shù)字可能會更合理?？赡艿募毞秩缦拢?/p>

2022 年第四季度 EUV 使用細分的示例。在這種情況下，正常運行時間分配為 20% 用于生產(chǎn)，20% 用于研發(fā)，60% 空閑。由此產(chǎn)生的月產(chǎn)量為 933,333 片晶圓/月。假設晶圓生產(chǎn)速度為 120 WPH，研發(fā)速度為 128 WPH。

作為參考，據(jù)報道臺積電月產(chǎn)量高達 150,000 片晶圓/月 。如果月產(chǎn)量不超過 90 萬片/月，但實際約為 25 萬片/月（臺積電的份額占全球總量的 60%），則產(chǎn)量比例需要約為 5.3%。在晶圓運行速率相同的情況下，研發(fā)和空閑時間比例不會發(fā)生明顯變化。

在此示例中，正常運行時間分配為 5.3% 用于生產(chǎn)，28% 用于研發(fā)，67% 用于閑置。由此產(chǎn)生的月產(chǎn)量為 247,333 片晶圓/月。假設晶圓生產(chǎn)速度為 120 WPH，研發(fā)速度為 128 WPH。

顯著的差異是每個生產(chǎn)晶圓的層數(shù)。平均而言，它已增加到 57。這必須包括許多情況下給定圖層的多次曝光。例如，14 層進行四次曝光，1 層進行單次曝光，總共提供 15 個 EUV 層和 57 次 EUV 曝光。

在上述兩個例子中，均未考慮良率損失。如果我們假設每月的產(chǎn)量實際上是 42 萬片，但良率損失使其降至 25 萬片，則生產(chǎn)利用率為 9%。33 次 EUV 曝光可能來自 6 層四次曝光和 9 層單次曝光，總共 15 層 EUV。

在此示例中，正常運行時間分配為 9% 用于生產(chǎn)，26% 用于研發(fā)，65% 空閑。由此產(chǎn)生的月產(chǎn)量為 420,000 片晶圓/月。假設晶圓生產(chǎn)速度為 120 WPH，研發(fā)速度為 128 WPH。

考慮上述場景后得出的結(jié)果是，如果我們假設 EUV 系統(tǒng)運行在每小時至少 120 片晶圓。否則，如果工具沒有閑置或維護或修理那么長的時間，則實際運行吞吐量通常（平均）<40 片/小時。解決隨機效應的非常高的劑量自然會導致如此低的吞吐量。

編輯：黃飛

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