光刻工藝的成本
一個(gè)在研的新光刻工藝最終是否被生產(chǎn)線(xiàn)采納用于量產(chǎn)，不僅取決于其技術(shù)指標(biāo)是否達(dá)到要求，更重要的是它能否為芯片生產(chǎn)帶來(lái)足夠的經(jīng)濟(jì)效益。芯片造價(jià)的30%~40%是花費(fèi)在光刻部分的，包括光刻設(shè)備、掩模、光刻材料以及與之相關(guān)聯(lián)的測(cè)量。為此，光刻工藝成本計(jì)算一直是業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)。
國(guó)際半導(dǎo)體制造協(xié)會(huì)（SEMATECH）提出了一個(gè)模型來(lái)定量計(jì)算光刻工藝的成本（cost of ownership，CoO）。根據(jù)SEMATECH的模型，用一層掩模完成一片晶圓曝光的成本是
Cpwle=(Ce+Cl+Cf+Cc+CrQrwNc)/Ng+Cm/Nwm
式中，Ce是每年光刻機(jī)、勻膠顯影機(jī)的成本（包括折舊費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)和安裝調(diào)試費(fèi)用）；Cl是每年光刻技術(shù)人員工資；Cf是每年光刻設(shè)備占用的凈化間成本；Cc是每年光刻耗材的成本（比如parts的更換等等）；Cr是光刻膠的單價(jià)；Qrw是每片晶圓耗費(fèi)的光刻膠的數(shù)量；Nc是一年中旋涂的晶圓數(shù)；Ng是一年中曝光的晶圓數(shù)。Cm是掩模版的花費(fèi)；Nwm是掩模版所能曝光的晶圓數(shù)目。上式把光刻工藝中設(shè)備、材料、場(chǎng)地、維護(hù)及人員工資做了綜合考慮。使用上式可以推算出光刻工藝的成本與光刻設(shè)備價(jià)格、產(chǎn)能、掩模版的造價(jià)、晶圓返工率等的關(guān)系，如下圖所示：
在沒(méi)有晶圓返工的情況下，隨著晶圓上器件良率的提高，光刻工藝的平均成本大幅下降。在設(shè)備材料成本方面，掩模和光刻設(shè)備的造價(jià)是構(gòu)成光刻工藝成本的兩個(gè)主要方面。在32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，假設(shè)每一塊掩模版可以用于50000片晶圓的曝光，或只能用于小于1000片晶圓的曝光。前一種情況對(duì)應(yīng)大批量的生產(chǎn)（掩模版、光刻材料、激光器、人工、設(shè)備折舊）所占的比重如下圖所示。小批量生產(chǎn)中掩模版成本所占的比重大幅度上升。大批量生產(chǎn)中光刻設(shè)備的折舊占主要部分。
因此在制造工藝中，第一是要提高晶圓上器件工藝的良率。保證光刻工藝不返工；第二是要設(shè)法降低掩模版和光刻設(shè)備的成本，要盡量延長(zhǎng)掩模版和光刻設(shè)備的使用壽命。
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