三星和台积电同样使用AMSL的深紫外光刻机，但是为什么良率和产量没有台积电高呢？三星非常的疑惑，原来除了光刻机本身的优势，制造过程中的创新也是更加重要的环节，下面分析台积电的法宝——EUV光罩干清洁技术，希望对我们的半导体发展提供一个创新的思路。

台积电通过去除附着在 EUV 光刻 （EUVL） 工艺中使用的 EUV 光罩上的颗粒，从使用大量传统化学溶液和纯净水的湿清洗工艺中引入更环保的"干清洁技术"（Dry-Clean Technique），并在所有量产生产线上引入更环保的"干清洁技术"，EUV工艺中的制造产量正在提高。

干清洁技术不同于"干洗技术"，通过物理力去除颗粒而不是化学溶液或纯水来清洁晶圆表面，通过逐粒分析粘附的颗粒进行成分分析，通过识别来源来消除其来源，使颗粒不粘附在面罩上，这就是台积电的独特称呼："Dry-Clean Technique "

图表 1 洁净室中光罩表面图像观察（来源：TSMC 网站）

采用无薄膜光掩膜，干洗技术保障良率和效率

EUV光掩膜可分为两种类型，无薄膜（几乎透明的膜，防止颗粒粘附在掩膜上）和有薄膜。

图表 2 EUV 掩模版。 带薄膜（左）和无薄膜的光罩（右）

台积电成功地引进了干清洁技术，将颗粒粘附到光罩上，因此，在大规模生产线上，它选择了无薄膜的EUV光罩。 因此，它提高了透光率，减少了曝光过程中的能量损失。

使用无薄膜的EUV掩膜时有以下几个优缺点对比

当使用无薄膜的EUV掩膜时有以下几个优缺点：

（1）能量损失减少，生产率提高。

（2）没有薄膜屏蔽，掉落颗粒较多，湿洗的频率增加，纯水和化学溶液的消耗增加。

（3）用于光罩维修的退货频率较高，生产能力降低。

因此，根据传统的湿清洁流流程（上图左下），需要通过湿洗去除颗粒，但台积电根据创新的干清洁流程（上图右下）分析粒子，并且逐一识别来源，并通过消除其来源来构建产量改进机制。

分析、跟踪和消除掉落的粒子，提高产品质量

台积电的质量和可靠性部门与技术开发和Fab操作部门合作，从2018年开始联合开发成分分析方法，以了解粒子的真实来源，以解决从2018年开始落在面罩上的颗粒导致产量下降的问题。

从分析技术精确识别下降源以来，粒子可以完全消除。 通过分析掉落的粒子和消除污染源，每10000个掩膜粘附粒子数量从传统的几百个减少到个位数字，到2020年，其减少率达到99%。 据该公司称，自引进以来，节水量约为735吨，节约化学品约36吨。

TSMC 利用这种创新的 EUV 面罩干清洁技术，不仅实现了全球首屈一指的 EUV 工艺的大规模生产，还提高了资源的利用率。 除了减少超纯水和化学品外，面罩循环的频率还基于生产周期时间的控制和管理系统。

自 2018 年推出以来，EUV 面罩的老化周期增加了 80% 以上，延长了高级 EUV 面罩的使用寿命，累计提高 20 亿新台币（约 70 亿美元）。

2019 年，台积电成功地实现了 EUV 面罩的干清洁技术。 因此，在 2020 年 1 月，所有负责 EUV 的 300mm 晶圆晶圆（Fab12B、15B 和 18）都采用了已完成的自动大规模生产系统。

目前，台积电的质量和可靠性部门正在不断分析较小的跌落颗粒和清洁技术，并将继续致力于环保绿色制造，为未来先进工艺的质量控制奠定基础。

台积电干清洁光罩发展历程

目前，英特尔和三星正也在加速将EUV光刻引入先进逻辑器件的原型，并且导入大规模生产线，但产量下降，良率有限。

总结：

如果说光刻机是基础的话，台积电通过大规模生产，建立了自己的成功经验和创新实践，背后，可能有各种产量、质量改善措施和方法，可能是微创新，也可能是持续的分析和质量、数据库建设，以及自动化系统开发。 所以生产就是不断的总结与创新，在设备的基础上找到操作上的创新，这也是对我们半导体产业的一个小小的提醒。

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