【半导体】应用材料颠覆EUV光刻？夸张了

早前，SPIE 高级光刻会议隆重举行，应用材料公司在会议上宣布了他们的 Sculpta® 图案成形工具，这在媒体中引起狂呼我，有人甚至以为ASML的EUV终于迎来了对手。
但在本文作者Scotten Jones看来，这个设备远非革命性的。上周，他还采访了先进产品集团（Advanced Products Group ）的董事总经理兼总经理 Steven Sherman，并讨论了新工具。

介绍

曝光系统的分辨率由瑞利准则给出：
R =k1λ/NA
其中k 1是工艺相关因素，λ是曝光波长，NA是光学系统的数值孔径。半导体行业不断向更小的尺寸发展，以实现更大的晶体管/位密度。
随着 EUV 延迟多年，DUV 通过多种技术得到扩展，其中多次曝光相结合以创建比单次曝光更高分辨率的图案。一旦 EUV 进入生产，多重图案化在许多情况下被单一 EUV 曝光所取代。
根据瑞利标准，当前 0.33 NA EUV 系统的最终分辨率应该约为 20 纳米，但我们目前还远未意识到这一点。ASML 在工厂用简单的一维图案在平坦晶圆上测试 EUV 系统至 26nm，但在生产中 30nm 是当前的实际限制，即使那样，在某些情况下，尖端到尖端的要求可能需要额外切割或块掩码。对于单次 EUV 曝光，尖端到尖端的间距目前限制在大约 25 到 30 纳米，并且需要第二个 EUV 掩模才能达到 15 到 20 纳米的尖端到尖端。下一代工艺将需要多个 EUV 多重图案化层。Sculpta® 工具旨在解决这种情况。

应用材料的介绍

在他们的演示中，Applied Materials 描述了两个常见的案例，其中两个 EUV 掩模用于创建图案。第一个是通过 EUV 掩模形成密集互连线，然后使用第二个 EUV 掩模切割或阻挡图案以在正交方向上实现紧密的尖端到尖端。第二种情况是，一个 EUV 掩模用于创建细长接触阵列，然后使用第二个 EUV 掩模创建第二个接触阵列，与第一个阵列相比，尖端到尖端的间距更小。细长的触点对于降低对放置错误与线路的敏感性是可取的。
Applied Materials 在他们的演示中展示了一个简化的光刻-蚀刻光刻-蚀刻工艺流程，该流程使用两个 EUV 掩模结合两个蚀刻来创建图案，见图 1。
图 1. EUV 双图形工艺流程。
在图 1 中，说明了两次光刻蚀刻。在每次通过沉积步骤时沉积薄膜，薄膜被平面化，光刻图案形成并测量，图案被蚀刻到薄膜中，然后被清洗并再次测量。Applied Materials 将每次光刻蚀刻过程的成本描述为大约 70 美元。
单次 EUV 曝光成本大约是整个光刻通过成本 70 美元的 2 倍，整个光刻通过成本是 Applied Materials 保守估计的 70 美元的几倍。通过关联处理消除 EUV 曝光具有很大的价值。
Sculpta® 工具是建立在 Applied material Centura® 平台上的蚀刻工具，它使用成角度的反应带状光束来拉长硬掩模中的图案。讨论的两个例子是：

• 形成具有相对较宽的尖端间距的线条和空间光栅，然后使用 Sculpta® 工具缩小尖端到尖端，见图 2。

• 形成密集的圆形接触孔阵列，然后使用 Sculpta® 工具拉长接触孔，见图 3。

在这两种情况下，具有两次 EUV 曝光和相关处理的 Litho-Etch - Litho-Etch 工艺被简化为单个 EUV Litho-Etch 工艺，然后是 Scultpa® 工具成型工艺。
图 2. 互连线的图形整形。
图 3. 触点的图形整形。
图 4 展示了 Sculpta® 工具，它是一个 Centura® 集群工具，带有四个带状束蚀刻室。
图 4.Centura® Sculpta® 工具。
Applied Materials 表示，Sculpta® 工具是领先逻辑客户的多层记录工具，他们在新闻稿中引用了英特尔和三星的正面评价。

我们的分析

首先要了解的是 Sculpta® 工具解决的是端到端的问题，而不是通用的分辨率增强解决方案。如果您今天需要低于 30 纳米的分辨率，您仍然会关注 EUV 多重图案化，例如基于 EUV 的 SADP。Sculpta® 不会“修复”基本的 0.33 NA EUV 限制，也不会消除未来的High NA EUV 工具的需求。然而，它可以消除一些用于创建紧密尖端到尖端的 EUV 掩模，这有助于缓解 EUV 曝光系统短缺并节省成本、工艺复杂性和可能的环境影响。
这就提出了节省成本的问题。一个标准的 4 室集群工具蚀刻机的成本应该在一千万美元的范围内。Sculpta® 工具可能有专门的腔室，会增加成本，但如果它的成本超过 1500 万美元，我会感到惊讶（Applied Materials 没有提供任何指导）。根据 ASML 的财务报告，到 2022 年，ASML 的 EUV 系统的平均 ASP 接近 2 亿美元。加上沉积、蚀刻、CMP、清洁、检查和计量设备，并将其与 Sculpta® 工具、一些检查和计量工具以及可能的清洁工具进行比较，资本成本的节省应该是可观的。关键问题是 Scupta® 工具的吞吐量是多少。我向 Applied Materials 询问了这个问题，被告知这取决于成形量和所使用的硬掩模材料（图案成形是在图案蚀刻到最终薄膜之前对硬掩模完成的）。由于所需的精度，如果蚀刻时间相对较长，因此工具吞吐量相对较低，我不会感到惊讶，但 Sculpta® 工具的速度必须非常慢，才不会成为比EUV 光刻-蚀刻循环。其他问题是该技术的实际过程限制在哪些地方可以应用。
事实上，它已经被多层采用 - 至少在一个主要的逻辑生产商认为这是一个有前途的解决方案。
总之，我认为这是对平版印刷师工具集的有用补充。它可能不是革命性的，但会很好地增强 EUV 工具的能力，并且可以看到前沿逻辑和 DRAM 制造的广泛采用。
来 源|半导体行业观察编译自semiwiki
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