颠覆EUV光刻？不让ASML独美！

　　ASML 的 EUV 光刻工具很贵。每个 EUV 工具现在接近 1.7 亿美元，但您还是将其中的许多工具用于领先的半导体工厂。未来，每个 High-NA EUV 工具的成本将超过 3.5 亿美元。此外，这些晶圆厂还需要许多 DUV 光刻工具。每个人都想要一种更具成本效益的方式来图案化芯片，因为仅光刻就消耗了 3nm 工艺节点成本的约 35%。
　　
　　想象一下，如果有办法打破这种趋势。
　　
　　上周，世界第二大半导体设备制造商应用材料公司宣布他们有一个潜在的解决方案。该解决方案就是 Centura Sculpta 工具，这是一种可以执行新工艺步骤“pattern shaping”的新工具。
　　
　　根据 Applied Materials 的说法，Sculpta 工具可用于将某些层的 EUV 光刻的使用减少一半之多。如果属实，这将重塑行业的成本结构。不过笔者对 Applied Materials 的说法有很大的怀疑空间，所以让我们来谈谈这个讨论的细微差别。
　　
　　在这篇文章中，我们将深入探讨新的 Centura Sculpta及其相关影响。
　　
　　首先，尽管有一个非常明确的用例，但半导体和金融行业的人们对这个工具有很多不屑一顾的地方。有人争辩说，这并不是什么新鲜事，它只是一种非常昂贵的电感耦合等离子体形式，用于进行反应离子蚀刻，这在大批量制造中已经存在了数十年。对此，人们也可能会争辩说，光刻技术已经存在了 150 年，而 EUV 也不是什么新鲜事物。shaping显然是独一无二的。
　　
　　另一个主要的驳斥是它不成熟，而且还很遥远。那也是错误的。虽然 Sculpta 上周才在 SPIE 的光刻和高级图案会议上正式宣布，但这个新工具已经推出很长时间了。至少从 2015 年开始，应用材料公司就一直在发布关于这种工具类型的公开研究论文。
　　
　　自 2017 年以来，该公司的第一个客户一直在与应用材料公司合作开发该工具。Applied Materials 甚至在去年的 SPIE Advanced Lithography & Patterning 会议上进行了技术演示，并提供了真实的客户测试数据。
　　
　　关于该特定的演示文稿，还有个有趣故事。在应用材料的演示结束后，我们离开了演示室，并与一些与会者进行了交谈。普遍的共识是它非常酷，但行不通。为什么？参与 SPIE的公司演讲分为 3 类。1，什么即将投入生产，2，什么是多年以后，在地上种下一根木桩，3，什么根本不起作用但正在呈现，因为没有其他与数据有关的东西。我们去年的假设是应用材料这个技术是介护#2 和/或#3之间。
　　
　　现在看来，那是一个错误的假设。
　　
　　Applied Material 的 Centura Sculpta 并不是完全不成熟且远离生产的疯狂技术。Sculpta 是真实的，它确实有效，它将在未来几年内产生数亿美元的收入。鉴于它被宣传为在第一个用例中直接去除 EUV 双重图案化，首先让我们快速回顾一下光刻多重图案化过程。
　　
　　光刻多重图案化工艺
　　
　　光刻是大批量半导体制造的核心工艺。一旦突破了光刻工具的限制，您仍然可以通过转向各种多重图案化方案来继续缩放单个特征尺寸。下面是“光刻-蚀刻-光刻-蚀刻 (LELE：litho-etch-litho-etch)”的简化描述，这是最常见的多重图案化方案之一。为了简单起见，我们将把其他方案（如 SADP 和 LELB）放入与 LELE 相同的桶中。
　　
　　LELE 工艺流程经过两次完整的光刻周期，以实现比单个图案化步骤更紧密的特征尺寸。整个周期可以是几十个不同的工艺步骤，包括硬掩模的沉积、底层（underlayers）、中间层（mid-layers）、SARC、CMP、清洁、剥离、旋涂、烘烤、显影、曝光、蚀刻以及其间的各种计量/检查步骤。
　　
　　关键在于，从单一的光刻周期到 LELE 工艺涉及到双倍的光刻成本以及该工艺中涉及的许多其他工具。
　　
　　Applied Materials 专门将 EUV 多重图案化减少作为Sculpta 的第一个用例。他们声称他们可以通过单个光刻周期和 Sculpta 实现与 LELE 相同的特征保真度。
　　
　　按照应用材料的说法，他们预估每个晶圆约 25 千瓦时，每个晶圆约 0.5 千克二氧化碳当量排放量以及每个 LE（光刻蚀刻）循环每个晶圆需要耗费约 15 升水。在右边的框中，我们显示了成本。我们估计每月每 100,000 个晶圆启动的资本成本约为 3.5 亿美元，每个晶圆制造或每个 EUV 循环每个晶圆的运营成本约为 70 美元。通过采用应用材料的新技术，我们估计每月每启动 100,000 个晶圆可节省约 2.5 亿美元的资本成本，每个晶圆可节省约 50 美元的制造成本。
　　
　　从上述可以看到，Applied Materials 宣称的成本、电力、水和 CO2 节约量是巨大的。台积电已将其 7 纳米和 5 纳米节点的产能提高到（大约）每月 200,000 片晶圆。每层，这将为他们节省 5 亿美元的资本支出和超过 1 亿美元的年度运营费用。
　　
　　台积电 5nm 具有 EUV 多重图案化步骤。TSMC 3nm 包含多个 EUV 多重图案化步骤。该技术的目标是插入“2nm”级节点，该节点可能包含 10 多个 EUV 多重图案化步骤，而无需 Applied Materials Sculpta pattern shaping。如果您假设 Sculpta 可以在*任何地方*使用，那么使用 Sculpta 每年可以节省*数十亿美元*。