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

近日，在第七屆國(guó)際先進(jìn)光刻技術(shù)研討會(huì)上，ASML Cymer的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Billy Tang，分享了光源技術(shù)增強(qiáng)帶來(lái)的可持續(xù)性和可用性改進(jìn)。Billy Tang表示，可持續(xù)性和可用性改進(jìn)是我們關(guān)注的核心，需要同時(shí)減少對(duì)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(dòng)數(shù)據(jù)分析和性能調(diào)優(yōu)（ADAPT）的軟件。ADAPT這個(gè)命名是關(guān)于自動(dòng)數(shù)據(jù)分析和表單調(diào)優(yōu)的，這是一個(gè)人工智能驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品。

Cymer承諾到2040年實(shí)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(gè)制造工廠，一個(gè)在美國(guó)加利福尼亞的圣地亞哥，另一個(gè)在韓國(guó)平澤。向世界各地提供了大約4000個(gè)光源設(shè)備，包括過(guò)去的老一代直到最新的一代，這得到了來(lái)自世界各地的工程師和服務(wù)團(tuán)隊(duì)的支持。

Cymer可持續(xù)性倡議將降低成本、同時(shí)減少電力，提高模塊使用壽命甚至再利用，減少對(duì)于水和氣的消耗。另外，Cymer也致力于減少生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，專注于圖中這些部分，包括電力、長(zhǎng)壽命模塊，組件二次利用，然后是水、氖和氦。可以通過(guò)減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和提高可用性來(lái)節(jié)省成本；還可以防止供應(yīng)連續(xù)性和價(jià)格波動(dòng)，并通過(guò)支付這些降低成本的舉措來(lái)增加業(yè)務(wù)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(yīng)用。還有激光室的另一個(gè)主要組成部分，仍然是雙室設(shè)計(jì)，一個(gè)在底部頂部，另一個(gè)在最底部。使用一個(gè)腔室來(lái)產(chǎn)生激光，并使用氖氣和氬氣填滿這個(gè)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(yīng)鏈問(wèn)題。幾年前，氦的價(jià)格上漲了很多，氖氣價(jià)格也在上漲，因?yàn)榫值貨_突的原因氖氣價(jià)格上漲了20倍左右。

現(xiàn)在，Cymer通過(guò)使用人工智能系統(tǒng)來(lái)加速環(huán)保進(jìn)程。ADAPT這個(gè)命名是關(guān)于自動(dòng)數(shù)據(jù)分析和表單調(diào)優(yōu)的，這是一個(gè)人工智能驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品。生產(chǎn)制造會(huì)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(wàn)個(gè)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(cè)量性能和腔室壽命之間的聯(lián)系是什么。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)根據(jù)腔室的表現(xiàn)來(lái)判斷數(shù)據(jù)，Cymer還可以預(yù)測(cè)在很短的時(shí)間內(nèi)，或者100兆次之后腔室會(huì)是什么樣的?；谶@些AI算法，我們?yōu)槊總€(gè)系統(tǒng)制定了特定的標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)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(méi)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(yīng)的算法來(lái)讓某些自動(dòng)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(jī)器本身的性能。并且通過(guò)使用適應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)多種節(jié)能。有了ADAPT的支持，以及過(guò)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(jià)格和供應(yīng)。

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

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，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(shí)候的氣體有毒性，需要處理掉。有毒氣體處理之后，他們會(huì)將氖氣、氬氣和氪氣排放出去，因?yàn)檫@些是無(wú)毒的。Cymer的新產(chǎn)品和新工藝是重新捕獲氖氣，還會(huì)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(jìn)行了純凈物的收集，也能準(zhǔn)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(jìn)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(biāo)是通過(guò)主動(dòng)置換氦來(lái)消除腔室中的氦。在完全除去氦之前也在進(jìn)行一定程度的氦減量動(dòng)作。對(duì)于氟化氪，在2016年他們減少了50%的氟化氪的使用。2019年，Cymer開(kāi)發(fā)了新的helium-free方法（LNM）來(lái)消除氦的排放。而對(duì)于氟化氬來(lái)說(shuō)，它的研究進(jìn)展沒(méi)有那么快，因?yàn)橛邪踩珕?wèn)題要解決。 如今，通過(guò)使用Cymer的人工減量功能，實(shí)現(xiàn)了近70%的氦減量。Cymer的目標(biāo)是在2024年前除去氦，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的helium-free方法。至于能源效率的問(wèn)題，激光需要消耗大量能源，所以需要提高能源效率。通過(guò)第一代Arfi光源，以及雙腔室技術(shù)可以達(dá)到。

Billy Tang表示，開(kāi)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(guò)去，Cymer使用相關(guān)的技術(shù)，在單腔室中減少能耗，這個(gè)產(chǎn)品在過(guò)去幾十年非常成功。但這還不夠，所以Cymer仍在開(kāi)發(fā)新的激光室。同時(shí)，使用ADAPT技術(shù)，可以進(jìn)一步提高能源使用效率，并且減少電力消耗?？从疫呥@個(gè)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(shí)能耗也在不斷降低。這意味著晶圓的成本也會(huì)顯著降低，這是從能耗方面得到的結(jié)論。同時(shí)，對(duì)于ArF Dry（XLA）系統(tǒng)，同時(shí)加上ADAPT系統(tǒng)的持續(xù)開(kāi)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(duì)于KrF來(lái)說(shuō)，腔室的技術(shù)使得整體使用量的減少。通過(guò)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(kāi)發(fā)輔助，則可以達(dá)到8%的節(jié)能效果。這些都是ADAPT系統(tǒng)節(jié)省電力的實(shí)例。

然后再說(shuō)腔室，Cymer的目標(biāo)是擁有長(zhǎng)壽命的腔室。為了將腔室的壽命延長(zhǎng)，需要控制腔室的電壓，因?yàn)楦叩碾妷簳?huì)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(shí)就終止了。而最新的KrF技術(shù)很難超過(guò)70Bp。可以看到能量增加的斜率，能量變化的斜率更小一點(diǎn)，壽命長(zhǎng)的，電壓會(huì)更低一點(diǎn)。

Cymer推出的ADAPT，目前有1.0和2.0版本，這些是開(kāi)發(fā)過(guò)的版本，并在世界各大客戶中廣泛使用。ADAPT 3.0還在開(kāi)發(fā)中。通過(guò)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(shí)，需要減少控制系統(tǒng)內(nèi)水的用量，因?yàn)樾枰３智皇业臏囟韧瑫r(shí)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(guò)一種更有效的交換技術(shù)，可以在未來(lái)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手減少百分之幾的水的消耗。

Cymer的材料循環(huán)長(zhǎng)壽命模型和再回收方面，在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)，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(fù)使用。Cymer重新使用了大約45%的這些零件，減少了對(duì)新制造和浪費(fèi)的資源需求。每個(gè)客戶都有自己的供應(yīng)鏈，Cymer是ASML最大的部件提供商，因?yàn)槲覀冞M(jìn)行了回收利用。我們還在新模型中改進(jìn)了設(shè)計(jì)，增加了wall，因?yàn)檫@意味著我們延長(zhǎng)了壽命。更長(zhǎng)的替換周期意味著可以減少相當(dāng)多的材料用量和碳排放。

上圖是Cymer內(nèi)部做的分析，對(duì)過(guò)去進(jìn)行的回收利用進(jìn)行了展示，每年在生產(chǎn)鋁時(shí)，重復(fù)利用的平均水平是400噸左右，這大概是11節(jié)紐約地鐵車(chē)廂的重量。生產(chǎn)鋁也會(huì)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(dāng)于800萬(wàn)公斤的二氧化碳排放，或者是8000個(gè)熱氣球飛到空氣中。可以想象一下一年Cymer節(jié)省了8000個(gè)熱氣球。

同時(shí)，Cymer致力于減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。通過(guò)減少水、氣體、電力，如今在ArFi上減少了55%，在KrFi上減少了43%?？偠灾?，Cymer承諾到2040年產(chǎn)品使用產(chǎn)生的溫室氣體排放達(dá)到凈零；同時(shí) Cymer還致力于降低芯片公司的運(yùn)營(yíng)成本、碳排放，降低它們?cè)诳尚行苑桨干系纳虡I(yè)持續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)。Cymer路線圖不斷滿足并超越可持續(xù)性目標(biāo)。