EUV光刻的作用和重要性分析

在 2023 年 SPIE 高级光刻和图案化会议上，ASML 展示了其该领域 EUV 光刻系统的最新动态 。EUV 晶圆曝光输出如下表所示：

根据这些信息，我们可以尝试提取和评估每季度的 EUV 晶圆产量。首先，由于有些季度没有报告产出，我们将使用四次多项式拟合进行插值。使用四次多项式作为最佳拟合，因为已有五个数据点可用。

2019 年至 2022 年累计 EUV 晶圆曝光量。第 0 季度对应 2019 年第一季度之前。

对于每个季度，我们可以计算出每个 EUV 工具每天的平均晶圆数量，方法是取连续两个季度暴露的晶圆之间的差异，除以两个季度可用系统数量的平均值，然后除以 90 天。结果趋势如下图所示：

2019 年至 2022 年每个季度每个 EUV 系统每天的平均晶圆数量。

每个工具的平均 EUV 曝光量在几个季度内突破了每天 1000 片晶圆，但最近已降至每天 904 片晶圆，即每小时不到 40 片晶圆。与每小时 120-180 片晶圆的报告值相比，这看起来是一个令人惊讶的低吞吐量，这意味着什么？

第一种可能性是 EUV 工具根本不经常使用，并且大部分时间都处于闲置状态。第二种可能性是工具大部分时间都处于维护状态。然而，据报道，正常运行时间 >90% 。第三种可能性是更高的剂量（dozes），可能超过 100 mJ/cm2，以解决随机效应。然而，这似乎与为实现已发布的吞吐量目标所做的所有工作背道而驰。另一种可能性是该图表没有单独计算晶圆上的多层曝光。因此，例如，每小时 120 片晶圆的 15 个 EUV 层看起来就像每小时 8 片晶圆。然而，与平均每小时约 40 片晶圆相比，这个数字甚至更低的产出率！差异在哪里？尚未考虑研发 (R&D) 晶圆。如果所有运行的 EUV 晶圆中只有 20% 用于生产，那么这个数字可能会更合理。可能的细分如下：

2022 年第四季度 EUV 使用细分的示例。在这种情况下，正常运行时间分配为 20% 用于生产，20% 用于研发，60% 空闲。由此产生的月产量为 933,333 片晶圆/月。假设晶圆生产速度为 120 WPH，研发速度为 128 WPH。

作为参考，据报道台积电月产量高达 150,000 片晶圆/月 。如果月产量不超过 90 万片/月，但实际约为 25 万片/月（台积电的份额占全球总量的 60%），则产量比例需要约为 5.3%。在晶圆运行速率相同的情况下，研发和空闲时间比例不会发生明显变化。

在此示例中，正常运行时间分配为 5.3% 用于生产，28% 用于研发，67% 用于闲置。由此产生的月产量为 247,333 片晶圆/月。假设晶圆生产速度为 120 WPH，研发速度为 128 WPH。

显著的差异是每个生产晶圆的层数。平均而言，它已增加到 57。这必须包括许多情况下给定图层的多次曝光。例如，14 层进行四次曝光，1 层进行单次曝光，总共提供 15 个 EUV 层和 57 次 EUV 曝光。

在上述两个例子中，均未考虑良率损失。如果我们假设每月的产量实际上是 42 万片，但良率损失使其降至 25 万片，则生产利用率为 9%。33 次 EUV 曝光可能来自 6 层四次曝光和 9 层单次曝光，总共 15 层 EUV。

在此示例中，正常运行时间分配为 9% 用于生产，26% 用于研发，65% 空闲。由此产生的月产量为 420,000 片晶圆/月。假设晶圆生产速度为 120 WPH，研发速度为 128 WPH。

考虑上述场景后得出的结果是，如果我们假设 EUV 系统运行在每小时至少 120 片晶圆。否则，如果工具没有闲置或维护或修理那么长的时间，则实际运行吞吐量通常（平均）<40 片/小时。解决随机效应的非常高的剂量自然会导致如此低的吞吐量。

编辑：黄飞