万年老二谋篡位？ 台积电死敌研发「杀手锏」曝光

台积电与三星彼此竞争相当激烈。（示意图／shutterstock）

在全球晶圆代工市场，台积电以超过5成的市占率稳居龙头宝座，南韩三星电子则以约18%的市占率排名第二。不过双方在先进制程上竞争激烈，专家指出，三星虽在3奈米抢先，良率却是痛点。为了大幅提升良率，三星正在积极开发石墨烯（Graphene）光罩护膜（Pellicle）作为弯道超车台积电的秘密武器。

「曲博科技教室」的创办人曲博在YT频道上解释三星视为秘密武器的石墨烯光罩护膜。曲博表示，积体电路的光学曝光系统必须在非常干净的洁净室内操作，但是无论多干净，都无法避免有少量的灰尘，如果灰尘掉落到光罩上，经由光学曝光系统投影到晶圆上，就会产生「对焦」的阴影，这时候就会造成元件的缺陷。

曲博指出，如果在光罩上成长一层「光罩护膜」，就算有灰尘掉落，但由于光罩护膜有一个厚度与距离，经由光学曝光系统，再投影到晶圆上，就会产生「失焦」（Defocused）的阴影，由于阴影没有对焦，因此不会影响投影的结果，基本上就不会产生缺陷，这样就可以提升晶片的良率，同时减少光罩使用时的清洁与检验工作。

曲博表示，光罩护膜是一种超薄的薄膜型态，安装在光罩（Reticle）表面上方几毫米的地方，属于需要定期更换的高阶消耗品，必须让紫外光穿透率越高越好，才能减少能量损耗。极紫外光（EUV）会穿透光罩护膜2次，穿透的次数越多，就会使温度升高，因此极紫外光的光罩护膜材料特性要求相当严格。

曲博直言，2019年以来，台积电一直在其量产线上使用自己开发的极紫外光光罩护膜，而2021年极紫外光光罩护膜生产能力已比2019年提升20倍。三星电子显然也意识到极紫外光光罩护膜在提升良率上的重要性，一直在积极开发，计划用石墨烯制造极紫外光的光罩护膜，弯道超车台积电。

不过曲博也指出，石墨烯是全球已知最薄最轻最强的材料，目前离商业化最近的领域应该是极紫外光的光罩护膜，一旦商业化成功，将大幅提升晶片良率，但目前石墨烯奈米薄膜的相关技术仍有待开发。

曲博强调，光罩护膜是几十奈米厚的薄膜，非常脆弱，在安装拆卸或输送的过程中，如果不小心弄破，会严重污染反应设备，在晶圆厂是非常严重的问题，因此相关制程都是非常大的技术挑战。台积电与三星都在想尽方法克服困难，而这样的技术将来也成为不同晶圆代工厂彼此竞争的关键。