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光刻胶对晶圆厂的影响会放大1500倍

来源:未知 时间:2022-05-20 16:57 发布人:admin 阅读:

据相关报道,2019年,台积电由于其化学原料供应商提供的一批光刻胶中某特定成分处理方式与过去相异,导致光刻胶产生异质聚合物,造成台积电晶圆14B厂生产的12nm及16nm晶圆报废达10万片(初步估算的数字)。10万片晶圆,如果按照台积电每片卖价5,500美元,加起来损失超过5.5亿美元,毛利率减少2.6个百分点。加上股价跌势,台积电的损失超过了40亿美元,影响客户包括苹果、NVIDIA、AMD等重量级客户。

我们简单测算,假设当时主要应用的是Krf的光刻胶,平均每加仑的购买成本是8000人民币,平均一加仑光刻胶可用于大约300片晶圆,那这一批报废晶圆大概对应333加仑光刻胶,总价值250万人民币。而正就是这一批价值仅250万的光刻胶,给台积电带来的直接损失约合人民币38.5亿人民币,是本身价值量的1500倍,如果算上间接损失约280亿人民币,那整个杠杆效应高达11200倍。

由此可见,虽然光刻胶在整个芯片制造中的成本占比约6%,但是这些材料是无法替代的,也是所有材料中技术工艺难度最高的,保质期只有6~9个月,其作用相当于坦克/战机的汽油,一旦品质不过关或者供应不到位,整个芯片制造产业链就会停滞甚至崩溃。

此外,光刻胶还有纯度要求,在储存、运输等环节上也有污染风险。

首先看纯度,这是光刻胶最核心的标准之一。在晶圆厂,一般用金杂(即金属离子表征光刻胶纯度)来衡量光刻胶的纯度,而一般我们衡量的金属含量包括Fe, Zn,Ca,K, Na, Cu等,高端的在1ppb以下(即10^-12), 国内目前慢慢接近2~10ppb。光刻胶纯度不足会造成芯片良率下降,甚至污染事故,例如刚才所提到的台积电光刻胶污染事故。

其次看储存,这方面一般会受下述多个因素的影响:

(1)光照条件:光刻胶在储存过程中会老化,因此通常保存在防紫外光的棕色玻璃试剂瓶中(一加仑包装,部分电子束胶由于对紫外波段不感光,有可能直接使用白色塑料瓶包装),10C以下冷藏保存,并且紫外光刻胶只能在黄光(λ> 500 nm)下进行处理。而就是这样的一个储存瓶子,国内目前的技术还无法生产,100%需要进口。

(2)温度条件:对于绝大多数紫外光刻胶而言,通常的保存条件是5-10℃下保存(除制造商要求的特殊保存温度外)。

(3)膜度控制:如果频繁打开光刻胶试剂瓶会导致溶剂蒸发,光刻胶会增稠并因此产生较厚的膜。对于膜厚为1.4 µm的光刻胶,仅损失1%的溶剂就已经导致4%的膜厚,因此带来的影响是厚度偏移,厚度与CD 的swing curve(入射光与底层反射的二次干涉引起的驻波效应)强相关,一旦偏移会造成产线CD关键尺寸异常,产品返工。所以产线量产型光刻胶绝对不允许开封,都是直接装到机台的光阻chemical box中直接使用,因此一般光刻胶对于膜厚控制的敏感度来自于光刻胶的批次稳定性以及老化稳定性,在装机后的使用周期内,要确保恒温恒压恒湿条件。 

最后,我们看一下光刻胶对运输的要。由于光刻胶属于三类危险品,全程需冷链运输,运输要求非常高。近年来,全球受疫情影响,国际航空货运运力持续紧张,对于光刻胶这种危险品,物流链条上还存在危冷库周转率低、危化品查验时间长等因素。

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