光刻工艺的成本-汶颢股份
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光刻工艺的成本

一个在研的新光刻工艺最终是否被生产线采纳用于量产,不仅取决于其技术指标是否达到要求,更重要的是它能否为芯片生产带来足够的经济效益。芯片造价的30%~40%是花费在光刻部分的,包括光刻设备、掩模、光刻材料以及与之相关联的测量。为此,光刻工艺成本计算一直是业界的一个热点。

国际半导体制造协会(SEMATECH)提出了一个模型来定量计算光刻工艺的成本(cost of ownership,CoO)。根据SEMATECH的模型,用一层掩模完成一片晶圆曝光的成本是

Cpwle=(Ce+Cl+Cf+Cc+CrQrwNc)/Ng+Cm/Nwm

式中,Ce是每年光刻机、匀胶显影机的成本(包括折旧费、设备维护费和安装调试费用);Cl是每年光刻技术人员工资;Cf是每年光刻设备占用的净化间成本;Cc是每年光刻耗材的成本(比如parts的更换等等);Cr是光刻胶的单价;Qrw是每片晶圆耗费的光刻胶的数量;Nc是一年中旋涂的晶圆数;Ng是一年中曝光的晶圆数。Cm是掩模版的花费;Nwm是掩模版所能曝光的晶圆数目。上式把光刻工艺中设备、材料、场地、维护及人员工资做了综合考虑。使用上式可以推算出光刻工艺的成本与光刻设备价格、产能、掩模版的造价、晶圆返工率等的关系,如下图所示:

光刻工艺的成本与光刻设备价格、产能、掩模版的造价、晶圆返工率等的关系 

在没有晶圆返工的情况下,随着晶圆上器件良率的提高,光刻工艺的平均成本大幅下降。在设备材料成本方面,掩模和光刻设备的造价是构成光刻工艺成本的两个主要方面。在32nm技术节点中,假设每一块掩模版可以用于50000片晶圆的曝光,或只能用于小于1000片晶圆的曝光。前一种情况对应大批量的生产(掩模版、光刻材料、激光器、人工、设备折旧)所占的比重如下图所示。小批量生产中掩模版成本所占的比重大幅度上升。大批量生产中光刻设备的折旧占主要部分。

因此在制造工艺中,第一是要提高晶圆上器件工艺的良率。保证光刻工艺不返工;第二是要设法降低掩模版和光刻设备的成本,要尽量延长掩模版和光刻设备的使用寿命。

归一化的输入参数 

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