ASML Billy Tang：光源技術(shù)增強帶來的可持續(xù)性和可用性改進

近日，在第七屆國際先進光刻技術(shù)研討會上，ASML Cymer的市場營銷經(jīng)理Billy Tang，分享了光源技術(shù)增強帶來的可持續(xù)性和可用性改進。Billy Tang表示，可持續(xù)性和可用性改進是我們關(guān)注的核心，需要同時減少對環(huán)境的影響，提高光源的效率和整體性能，本次討論提供自動數(shù)據(jù)分析和性能調(diào)優(yōu)（ADAPT）的軟件。ADAPT這個命名是關(guān)于自動數(shù)據(jù)分析和表單調(diào)優(yōu)的，這是一個人工智能驅(qū)動的產(chǎn)品。

Cymer承諾到2040年實現(xiàn)產(chǎn)品使用的凈零溫室氣體排放2013年，Cymer成為ASML的子公司，Cymer是世界領(lǐng)先的制造設(shè)備制造商之一，主要生產(chǎn)掃描系統(tǒng)。目前Cymer為頭部公司如ASML、尼康和佳能等提供激光技術(shù)。目前，Cymer有兩個制造工廠，一個在美國加利福尼亞的圣地亞哥，另一個在韓國平澤。向世界各地提供了大約4000個光源設(shè)備，包括過去的老一代直到最新的一代，這得到了來自世界各地的工程師和服務團隊的支持。

Cymer可持續(xù)性倡議將降低成本、同時減少電力，提高模塊使用壽命甚至再利用，減少對于水和氣的消耗。另外，Cymer也致力于減少生產(chǎn)運營成本，專注于圖中這些部分，包括電力、長壽命模塊，組件二次利用，然后是水、氖和氦?？梢酝ㄟ^減少運營費用和提高可用性來節(jié)省成本；還可以防止供應連續(xù)性和價格波動，并通過支付這些降低成本的舉措來增加業(yè)務健康度。氣體減量，特指的是特殊氣體。Cymer用的是氦，它在LNM具有很高的熱穩(wěn)定性。在LNM使用各種激光，比如在ELS 7010系列和XL系列中的應用。還有激光室的另一個主要組成部分，仍然是雙室設(shè)計，一個在底部頂部，另一個在最底部。使用一個腔室來產(chǎn)生激光，并使用氖氣和氬氣填滿這個腔室。由于在腔室里主要用的是氖氣，所以減少氖的使用，有助于降低他們自己的成本，也可以緩解供應鏈問題。幾年前，氦的價格上漲了很多，氖氣價格也在上漲，因為局地沖突的原因氖氣價格上漲了20倍左右。

現(xiàn)在，Cymer通過使用人工智能系統(tǒng)來加速環(huán)保進程。ADAPT這個命名是關(guān)于自動數(shù)據(jù)分析和表單調(diào)優(yōu)的，這是一個人工智能驅(qū)動的產(chǎn)品。生產(chǎn)制造會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，激光源的頻率是可以在一秒鐘發(fā)射6000次脈沖。在1秒內(nèi)可以產(chǎn)生成千上萬個數(shù)據(jù)，也包括從激光本身得到的信息，比如氣體溫度、氣體壓力、腔內(nèi)溫度，還有放電等。 Cymer激光公司已經(jīng)有30年歷史了。Cymer能夠了解測量性能和腔室壽命之間的聯(lián)系是什么。通過機器學習根據(jù)腔室的表現(xiàn)來判斷數(shù)據(jù)，Cymer還可以預測在很短的時間內(nèi)，或者100兆次之后腔室會是什么樣的?；谶@些AI算法，我們?yōu)槊總€系統(tǒng)制定了特定的標準，每一個系統(tǒng)都不同，甚至在同一系統(tǒng)或者同一腔室的生命周期內(nèi)，比如一年內(nèi)，腔室的表現(xiàn)也是完全不同的。所以沒辦法設(shè)定固定的參數(shù)或者固定的規(guī)則。因此，Cymer使用自適應的算法來讓某些自動化設(shè)備智能感知自己的材料。這樣的能力可以讓Cymer優(yōu)化機器本身的性能。并且通過使用適應器可以實現(xiàn)多種節(jié)能。有了ADAPT的支持，以及過去幾年擁有的氖氣減排技術(shù)，Cymer可以減少60%以上的氖氣使用量?，F(xiàn)在ADAPT+ArF上，Cymer可以減少68%。因此，這有助于客戶獲得有保障的價格和供應。

Neon recapture是一個新開發(fā)的產(chǎn)品，頂部是目前的氖氣使用案例

詳細來說，就是將氖氣放入Air separation unit(ASU)中，隨著氣體的處理，之后從掃描儀中釋放激光，這時候的氣體有毒性，需要處理掉。有毒氣體處理之后，他們會將氖氣、氬氣和氪氣排放出去，因為這些是無毒的。Cymer的新產(chǎn)品和新工藝是重新捕獲氖氣，還會收集一些氬氣，以及一些雜質(zhì)放在氣缸中。在處理氣體的環(huán)節(jié)，Cymer也進行了純凈物的收集，也能準確地平衡這些組成部分，然后把它帶到Bi-mix和tri-mix的環(huán)節(jié)中，然后再進入工廠。因此，這種環(huán)節(jié)將節(jié)省90%的廢氣捕獲和處理，并得到處理和排放。Cymer的目標是通過主動置換氦來消除腔室中的氦。在完全除去氦之前也在進行一定程度的氦減量動作。對于氟化氪，在2016年他們減少了50%的氟化氪的使用。2019年，Cymer開發(fā)了新的helium-free方法（LNM）來消除氦的排放。而對于氟化氬來說，它的研究進展沒有那么快，因為有安全問題要解決。 如今，通過使用Cymer的人工減量功能，實現(xiàn)了近70%的氦減量。Cymer的目標是在2024年前除去氦，開發(fā)出相應的helium-free方法。至于能源效率的問題，激光需要消耗大量能源，所以需要提高能源效率。通過第一代Arfi光源，以及雙腔室技術(shù)可以達到。

Billy Tang表示，開發(fā)雙腔室的原因是為了將能量使用效率提高到10倍以上。過去，Cymer使用相關(guān)的技術(shù)，在單腔室中減少能耗，這個產(chǎn)品在過去幾十年非常成功。但這還不夠，所以Cymer仍在開發(fā)新的激光室。同時，使用ADAPT技術(shù)，可以進一步提高能源使用效率，并且減少電力消耗?？从疫呥@個圖，大家可以看到從NXT:1950i到NXT:2050，throughput在ASML的產(chǎn)品中一直持續(xù)增加，同時能耗也在不斷降低。這意味著晶圓的成本也會顯著降低，這是從能耗方面得到的結(jié)論。同時，對于ArF Dry（XLA）系統(tǒng)，同時加上ADAPT系統(tǒng)的持續(xù)開發(fā)，Cymer可以在每束激光的年能耗成本上降低6000kWh，這大約節(jié)省了5%的能源。而對于KrF來說，腔室的技術(shù)使得整體使用量的減少。通過使用最新的腔室，Cymer可以節(jié)省大約3%的能源，如果加上ADAPT的持續(xù)開發(fā)輔助，則可以達到8%的節(jié)能效果。這些都是ADAPT系統(tǒng)節(jié)省電力的實例。

然后再說腔室，Cymer的目標是擁有長壽命的腔室。為了將腔室的壽命延長，需要控制腔室的電壓，因為更高的電壓會縮短腔室的使用壽命。從圖中可以看到，最陡峭的一條線是L2。它使用的電壓非常高，所以腔室的壽命在20-30 Bp時就終止了。而最新的KrF技術(shù)很難超過70Bp。可以看到能量增加的斜率，能量變化的斜率更小一點，壽命長的，電壓會更低一點。

Cymer推出的ADAPT，目前有1.0和2.0版本，這些是開發(fā)過的版本，并在世界各大客戶中廣泛使用。ADAPT 3.0還在開發(fā)中。通過使用ADAPT最優(yōu)版本，可以在腔室技術(shù)的基礎(chǔ)上降低13%的功率。同時，需要減少控制系統(tǒng)內(nèi)水的用量，因為需要保持腔室的溫度同時去除系統(tǒng)中產(chǎn)生的額外熱量，所以Cymer可以控制加熱算法，通過一種更有效的交換技術(shù)，可以在未來比競爭對手減少百分之幾的水的消耗。

Cymer的材料循環(huán)長壽命模型和再回收方面，在開發(fā)產(chǎn)品時，我們不僅把性能作為考慮因素、還要考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、適用性，以及產(chǎn)品的可重用性，所以Cymer的大部分產(chǎn)品的很多部件都可以重復使用。Cymer重新使用了大約45%的這些零件，減少了對新制造和浪費的資源需求。每個客戶都有自己的供應鏈，Cymer是ASML最大的部件提供商，因為我們進行了回收利用。我們還在新模型中改進了設(shè)計，增加了wall，因為這意味著我們延長了壽命。更長的替換周期意味著可以減少相當多的材料用量和碳排放。

上圖是Cymer內(nèi)部做的分析，對過去進行的回收利用進行了展示，每年在生產(chǎn)鋁時，重復利用的平均水平是400噸左右，這大概是11節(jié)紐約地鐵車廂的重量。生產(chǎn)鋁也會消耗大量的能源，如果把它轉(zhuǎn)化為二氧化碳釋放，這就相當于800萬公斤的二氧化碳排放，或者是8000個熱氣球飛到空氣中?？梢韵胂笠幌乱荒闏ymer節(jié)省了8000個熱氣球。

同時，Cymer致力于減少運營費用。通過減少水、氣體、電力，如今在ArFi上減少了55%，在KrFi上減少了43%。總而言之，Cymer承諾到2040年產(chǎn)品使用產(chǎn)生的溫室氣體排放達到凈零；同時 Cymer還致力于降低芯片公司的運營成本、碳排放，降低它們在可行性方案上的商業(yè)持續(xù)性風險。Cymer路線圖不斷滿足并超越可持續(xù)性目標。