不想做萬年老二!臺積電死敵研發秘密武器 專家曝:靠這材料殺出重圍

臺積電與三星彼此競爭相當激烈。(示意圖/shutterstock)

在全球晶圓代工市場,臺積電以超過5成的市佔率穩居龍頭寶座,南韓三星電子則以約18%的市佔率排名第二。不過雙方在先進製程上競爭激烈,專家指出,三星雖在3奈米搶先,良率卻是痛點。爲了大幅提升良率,三星正在積極開發石墨烯(Graphene)光罩護膜(Pellicle)作爲彎道超車臺積電的秘密武器。

「曲博科技教室」的創辦人曲博在YT頻道上解釋三星視爲秘密武器的石墨烯光罩護膜。曲博表示,積體電路的光學曝光系統必須在非常乾淨的潔淨室內操作,但是無論多幹淨,都無法避免有少量的灰塵,如果灰塵掉落到光罩上,經由光學曝光系統投影到晶圓上,就會產生「對焦」的陰影,這時候就會造成元件的缺陷。

曲博指出,如果在光罩上成長一層「光罩護膜」,就算有灰塵掉落,但由於光罩護膜有一個厚度與距離,經由光學曝光系統,再投影到晶圓上,就會產生「失焦」(Defocused)的陰影,由於陰影沒有對焦,因此不會影響投影的結果,基本上就不會產生缺陷,這樣就可以提升晶片的良率,同時減少光罩使用時的清潔與檢驗工作。

曲博表示,光罩護膜是一種超薄的薄膜型態,安裝在光罩(Reticle)表面上方几毫米的地方,屬於需要定期更換的高階消耗品,必須讓紫外光穿透率越高越好,才能減少能量損耗。極紫外光(EUV)會穿透光罩護膜2次,穿透的次數越多,就會使溫度升高,因此極紫外光的光罩護膜材料特性要求相當嚴格。

曲博直言,2019年以來,臺積電一直在其量產線上使用自己開發的極紫外光光罩護膜,而2021年極紫外光光罩護膜生產能力已比2019年提升20倍。三星電子顯然也意識到極紫外光光罩護膜在提升良率上的重要性,一直在積極開發,計劃用石墨烯製造極紫外光的光罩護膜,彎道超車臺積電。

不過曲博也指出,石墨烯是全球已知最薄最輕最強的材料,目前離商業化最近的領域應該是極紫外光的光罩護膜,一旦商業化成功,將大幅提升晶片良率,但目前石墨烯奈米薄膜的相關技術仍有待開發。

曲博強調,光罩護膜是幾十奈米厚的薄膜,非常脆弱,在安裝拆卸或輸送的過程中,如果不小心弄破,會嚴重污染反應設備,在晶圓廠是非常嚴重的問題,因此相關製程都是非常大的技術挑戰。臺積電與三星都在想盡方法克服困難,而這樣的技術將來也成爲不同晶圓代工廠彼此競爭的關鍵。