三星电子最近宣称其极紫外光刻(EUV)技术在关键指标上取得了重大进展，称EUV薄膜的透射率已达到90%，并计划进一步提高到94-96%。这一消息一出，立刻在业内引起了强烈反响。

有人认为，这标志着三星电子EUV技术的商业化又近了一步。毕竟，EUV光刻被业界视为次世代制程的“救世主”，其极高的光源能量可以显著提高光刻的分辨率，有望打破光刻技术的物理极限，让芯片持续摩尔定律式地迭代发展下去。

但另一些专家则持怀疑态度。他们认为，虽然90%的透射率看似不错，但与主流的氟化氩(ArF)工艺中的99%还存在差距。更关键的是，EUV工艺本身极其复杂，涉及许多系统性挑战有待攻克。三星这次的小小进展，与商业化实际应用还差得很远。


1、不起眼却重要无比的防尘薄膜

光罩防尘膜作为半导体制造光刻工艺中用到的一项关键材料，除了防尘避免异物附着造成缺陷外，也有着保护光罩不被损坏的作用。DUV 光刻机经历了长时间的发展，其光罩防尘膜技术已经趋于成熟，其透光率基本都能达到 99% 以上。

然而在 EUV 光刻机上，光罩防尘薄膜却难倒了不少厂商。极紫外光很容易被各种有机材料吸收，对 EUV 波长带具有完全透明性的材料还不存在，所以高透光率的实现是个大难题。为此，防尘薄膜必须做到非常薄才能尽可能减少光线的吸收，以 ASML 与三井化学开发的光罩防尘薄膜为例，其厚度只有 13nm，只有头发的0.1% 左右。可即便如此，这个 13nm 厚度的防尘薄膜也只能做到 90.6% 的透光率。

除了透光率外，防尘薄膜能够承受的功率也必须要进一步提高，比如单次 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，就必须要对其结构进行创新。


2、90%透射率这道坎

光罩防尘膜是一种透明的薄膜，主要用于保护昂贵的光罩，保持清洁，以此提高半导体生产效率。尽管光刻机一般都位于相当严格的洁净室内，EUV光刻机面世初期也有不少人认为EUV不需要防尘膜，因为不会出现颗粒的存在，但实际情况下还是难免避免生产过程中杂质的出现。据ASML的说法，EUV每曝光1万次就会生成一个杂质颗粒。通过使用防尘膜，晶圆厂可以有效避免污染而产生的缺陷。

虽然这是一个有效解决晶圆缺陷的办法，却影响了光刻机的光线透射。被防尘膜吸收的紫外光线虽然肉眼看不出，但在光刻机的表现上就成了功耗损失。当前DUV防尘膜的透射率都已经做到了99%以上，EUV防尘膜却始终差强人意。因此，ASML和相关代工厂商都在研究如何生产出透射率更高的防尘膜。

然而，ASML因为需要专心去做EUV光刻机的生产开发，很难再兼顾防尘膜的生产，而且在他们的研究下，透射率一直进展缓慢。2016年，ASML推出的首批EUV防尘膜只有78%左右的透射率。2019年时，经过了一段时间的持续研发，平均透射率也仅仅提升了3.5%，达到83%的水平。

三星更是明确表示，不到90%以上的透射率不会使用EUV防尘膜。毕竟在当前半导体缺货的情况下，透射率下降影响的是产量，而没用防尘膜最多只能影响小部分良率。因此，当前无论是三星和台积电都没有在EUV光刻机上使用防尘膜。

除了透射率之外，EUV的防尘膜还有两道坎，那就是散热和成本问题，不过这两个问题其实也和透射率一样，都可能要从材料上解决。


3、还是选择了日厂

据传三星早在一开始的 EUV 生产中并未使用防尘薄膜，从而导致了良率不高等一系列问题。对于更为复杂的 EUV 光刻技术而言，这样的结果也在预料之内。毕竟除了防尘外，保护均价 30 万美元的光罩也是防尘薄膜的任务之一。

为此，三星选择投资本土材料厂商 S&S Tech 和 FST，为的就是开发透光率 90% 以上的防尘薄膜，且已经有相关产品出货。然而业界一直有消息称三星并没有用到他们生产的防尘薄膜，因为其虽然透光率达标，但强度并不够，很有可能会进一步损坏光罩，致使对整个 EUV 光刻机进行清洁，同时还要停止产线。

尽管三星在研发和投资防尘薄膜上付出了不少努力，但从今年KISM2023 大会上三星电子研究员Young Seog Kang的分享来看，三星电子目前在 EUV 上用到的也是来自三井化学的光罩防尘膜，且三井化学是其唯一供应商。据了解，其所使用的防尘薄膜透光率已经达到了 90%，且下一步是提高到 94% 到 96%。

先进工艺的制造并不只是依赖EUV 光刻机这一台机器即可，配套的所有设备、材料等都需要进一步升级。况且高 NA EUV 光刻机尚未投入使用，新的机器到位后，我们或许又将面临新一轮的良率爬坡。