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。


(相关资料图)

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。

责任编辑:宪瑞

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