应用材料推全新EUV图案化技术：产线可减少2.5亿美元投资，每片晶圆成本可降低50美元！

3月6日消息，半导体设备大厂应用材料 (Applied Materials)近日发布了一项突破性的图案化（patterning）技术，可协助芯片制造商以更少的EUV光刻步骤生产更高性能的晶体管和互联布线（interconnect wiring），进而降低先进芯片的制造成本、复杂性和环境影响性。

众所周知，芯片的制造工艺很大程度上依赖于光刻机的分辨率。而通过双重曝光或多重曝光，可以在光刻机本身所能够提供的最小分辨率的基础上进一步大幅缩小金属间距，提供了一种继续提升分辨率的方案。早期在EUV光刻机出现，双重曝光或多重曝光曾经被广泛应用于提升浸没式DUV光刻工艺的分辨率。

目前ASML的主流EUV光刻机是第一代数值孔径NA为0.33的型号，其单次曝光最小分辨率可达25-20纳米（这里定义的最小分辨率是L/S间距或tip-to-tip间距）；而如果采用双重曝光，其最小分辨率则可以达到15-20纳米。

应用材料指出，为了使芯片的面积和成本更优化，越来越多客户运用极紫外光双重图案化技术（EUV double-patterning），来制造比 EUV光刻本身分辨率极限更小的芯片特征（chip features）。基于 EUV 双重图案化技术，芯片制造商需要将高密度的图案分成两个步骤，并产生两个符合 EUV 分辨率极限的光罩，再将这两个图案在中间图案化薄膜上结合，然后蚀刻到晶圆上。虽然双重图案化能有效提高芯片特征的密度，但这不但会提高设计和图案化的复杂性，也增加了消耗时间、能源、材料和水的制程步骤，造成晶圆厂和晶圆生产成本的增加，同时还可能会让两种掩模之间的对准出现误差风险，降低芯片性能和功率效率，并导致良率降低。

△双重EUV曝光，需要两步EUV曝光（LE1和LE2）：先完成L/S图案的曝光，再完成tip-to-tip图案的曝光。

应用材料强调，为协助芯片制造商在持续缩小设计之际，却不增加 EUV 双重图案化的成本、复杂性以及能源和材料消耗，应用材料已经与一流客户密切合作，开发出了 Centura Sculpta 图案化系统。现在，芯片制造商可以转印单一的 EUV 图案，然后利用 Sculpta 系统在任何选定的方向拉长形状，以减少特征之间的空隙并提高图案的密度。由于最终图案是通过单一的光罩所产生，不但降低设计和制造的成本和复杂性，也消除了双重图案化对齐错误所带来的良率风险。

Centura Sculpta图案化系统的具体工作步骤如下：

1，先直接使用1次EUV包括，同时留下L/S线条图案及tip-to-tip图案；

2，通过Centura Sculpta图案化系统对tip-to-tip的图案进行“拉伸”，使其间距缩小到指定的分辨率。

我们再看另一个实例对比。比如下图的复杂椭圆形阵列，如果用EUV双重曝光，则需要先用LE1完成其中一半图案，再用LE2完成另一半图案。而使用Centura Sculpta图案化系统，只需1次EUV曝光即可完成。

简单来说就是，原本需要两次EUV曝光才能完成的过程，现在借助应用材料公司的 Centura Sculpta图案化系统，就只需要一次EUV曝光就能完成。

应用材料进一步解释称，采用 EUV 双重图案化不仅仅是两次曝光，而且还需要增加一些制程步骤，一般包括 CVD 图案化薄膜沉积、CMP 清洗、光阻剂沉积和移除、EUV 微影、电子束量测、图案化薄膜蚀刻和晶圆清洗。

据介绍，Sculpta 系统可以为需要用到EUV光刻的芯片制造商来说，可以带来以下效益：包括每月 10 万片初制晶圆（wafer starts）的产能将可节省约 2.5 亿美元的资本成本、每片晶圆可节省约 50 美元的制造成本、每片晶圆可节约能源超过 15 千瓦时（kwh）、每片晶圆可直接减少约当 0.35 公斤以上二氧化碳的温室气体排放、以及每片晶圆可节省约 15 公升的水等。

应用材料资深副总裁暨半导体产品事业群总经理 Prabu Raja 表示，新的 Sculpta 系统充分证明了材料工程的进步，可以补强 EUV 光刻技术，协助芯片制造商最佳化芯片面积和成本，并解决先进芯片制程日益增加的经济和环境挑战。Sculpta 系统独特的图案成形技术，结合了应用材料公司在带状离子束（ribbon beam）和材料移除技术方面的深厚专业知识，为图案化工程师提供了突破性的创新工具。

Intel副总裁Ryan Russell 也表示：“随着摩尔定律推动我们实现更高的计算性能和密度，Centura Sculpta被证明是一项重要的新技术，可以帮助降低制造成本和工艺复杂性，并节约能源和资源。英特尔将部署Centura Sculpta技术，以帮助我们降低设计和制造成本、流程周期时间和环境影响。”

编辑：芯智讯-浪客剑 综合自网络