ASML Billy Tang：光源技术增强带来的可持续性和可用性改进

近日，在第七届国际先进光刻技术研讨会上，ASML Cymer的市场营销经理Billy Tang，分享了光源技术增强带来的可持续性和可用性改进。Billy Tang表示，可持续性和可用性改进是我们关注的核心，需要同时减少对环境的影响，提高光源的效率和整体性能，本次讨论提供自动数据分析和性能调优（ADAPT）的软件。ADAPT这个命名是关于自动数据分析和表单调优的，这是一个人工智能驱动的产品。

Cymer承诺到2040年实现产品使用的净零温室气体排放2013年，Cymer成为ASML的子公司，Cymer是世界领先的制造设备制造商之一，主要生产扫描系统。目前Cymer为头部公司如ASML、尼康和佳能等提供激光技术。目前，Cymer有两个制造工厂，一个在美国加利福尼亚的圣地亚哥，另一个在韩国平泽。向世界各地提供了大约4000个光源设备，包括过去的老一代直到最新的一代，这得到了来自世界各地的工程师和服务团队的支持。

Cymer可持续性倡议将降低成本、同时减少电力，提高模块使用寿命甚至再利用，减少对于水和气的消耗。另外，Cymer也致力于减少生产运营成本，专注于图中这些部分，包括电力、长寿命模块，组件二次利用，然后是水、氖和氦。可以通过减少运营费用和提高可用性来节省成本；还可以防止供应连续性和价格波动，并通过支付这些降低成本的举措来增加业务健康度。气体减量，特指的是特殊气体。Cymer用的是氦，它在LNM具有很高的热稳定性。在LNM使用各种激光，比如在ELS 7010系列和XL系列中的应用。还有激光室的另一个主要组成部分，仍然是双室设计，一个在底部顶部，另一个在最底部。使用一个腔室来产生激光，并使用氖气和氩气填满这个腔室。由于在腔室里主要用的是氖气，所以减少氖的使用，有助于降低他们自己的成本，也可以缓解供应链问题。几年前，氦的价格上涨了很多，氖气价格也在上涨，因为局地冲突的原因氖气价格上涨了20倍左右。

现在，Cymer通过使用人工智能系统来加速环保进程。ADAPT这个命名是关于自动数据分析和表单调优的，这是一个人工智能驱动的产品。生产制造会产生大量的数据，激光源的频率是可以在一秒钟发射6000次脉冲。在1秒内可以产生成千上万个数据，也包括从激光本身得到的信息，比如气体温度、气体压力、腔内温度，还有放电等。 Cymer激光公司已经有30年历史了。Cymer能够了解测量性能和腔室寿命之间的联系是什么。通过机器学习根据腔室的表现来判断数据，Cymer还可以预测在很短的时间内，或者100兆次之后腔室会是什么样的。基于这些AI算法，我们为每个系统制定了特定的标准，每一个系统都不同，甚至在同一系统或者同一腔室的生命周期内，比如一年内，腔室的表现也是完全不同的。所以没办法设定固定的参数或者固定的规则。因此，Cymer使用自适应的算法来让某些自动化设备智能感知自己的材料。这样的能力可以让Cymer优化机器本身的性能。并且通过使用适应器可以实现多种节能。有了ADAPT的支持，以及过去几年拥有的氖气减排技术，Cymer可以减少60%以上的氖气使用量。现在ADAPT+ArF上，Cymer可以减少68%。因此，这有助于客户获得有保障的价格和供应。

Neon recapture是一个新开发的产品，顶部是目前的氖气使用案例

详细来说，就是将氖气放入Air separation unit(ASU)中，随着气体的处理，之后从扫描仪中释放激光，这时候的气体有毒性，需要处理掉。有毒气体处理之后，他们会将氖气、氩气和氪气排放出去，因为这些是无毒的。Cymer的新产品和新工艺是重新捕获氖气，还会收集一些氩气，以及一些杂质放在气缸中。在处理气体的环节，Cymer也进行了纯净物的收集，也能准确地平衡这些组成部分，然后把它带到Bi-mix和tri-mix的环节中，然后再进入工厂。因此，这种环节将节省90%的废气捕获和处理，并得到处理和排放。Cymer的目标是通过主动置换氦来消除腔室中的氦。在完全除去氦之前也在进行一定程度的氦减量动作。对于氟化氪，在2016年他们减少了50%的氟化氪的使用。2019年，Cymer开发了新的helium-free方法（LNM）来消除氦的排放。而对于氟化氩来说，它的研究进展没有那么快，因为有安全问题要解决。 如今，通过使用Cymer的人工减量功能，实现了近70%的氦减量。Cymer的目标是在2024年前除去氦，开发出相应的helium-free方法。至于能源效率的问题，激光需要消耗大量能源，所以需要提高能源效率。通过第一代Arfi光源，以及双腔室技术可以达到。

Billy Tang表示，开发双腔室的原因是为了将能量使用效率提高到10倍以上。过去，Cymer使用相关的技术，在单腔室中减少能耗，这个产品在过去几十年非常成功。但这还不够，所以Cymer仍在开发新的激光室。同时，使用ADAPT技术，可以进一步提高能源使用效率，并且减少电力消耗。看右边这个图，大家可以看到从NXT:1950i到NXT:2050，throughput在ASML的产品中一直持续增加，同时能耗也在不断降低。这意味着晶圆的成本也会显著降低，这是从能耗方面得到的结论。同时，对于ArF Dry（XLA）系统，同时加上ADAPT系统的持续开发，Cymer可以在每束激光的年能耗成本上降低6000kWh，这大约节省了5%的能源。而对于KrF来说，腔室的技术使得整体使用量的减少。通过使用最新的腔室，Cymer可以节省大约3%的能源，如果加上ADAPT的持续开发辅助，则可以达到8%的节能效果。这些都是ADAPT系统节省电力的实例。

然后再说腔室，Cymer的目标是拥有长寿命的腔室。为了将腔室的寿命延长，需要控制腔室的电压，因为更高的电压会缩短腔室的使用寿命。从图中可以看到，最陡峭的一条线是L2。它使用的电压非常高，所以腔室的寿命在20-30 Bp时就终止了。而最新的KrF技术很难超过70Bp。可以看到能量增加的斜率，能量变化的斜率更小一点，寿命长的，电压会更低一点。

Cymer推出的ADAPT，目前有1.0和2.0版本，这些是开发过的版本，并在世界各大客户中广泛使用。ADAPT 3.0还在开发中。通过使用ADAPT最优版本，可以在腔室技术的基础上降低13%的功率。同时，需要减少控制系统内水的用量，因为需要保持腔室的温度同时去除系统中产生的额外热量，所以Cymer可以控制加热算法，通过一种更有效的交换技术，可以在未来比竞争对手减少百分之几的水的消耗。

Cymer的材料循环长寿命模型和再回收方面，在开发产品时，我们不仅把性能作为考虑因素、还要考虑产品的生产效率、适用性，以及产品的可重用性，所以Cymer的大部分产品的很多部件都可以重复使用。Cymer重新使用了大约45%的这些零件，减少了对新制造和浪费的资源需求。每个客户都有自己的供应链，Cymer是ASML最大的部件提供商，因为我们进行了回收利用。我们还在新模型中改进了设计，增加了wall，因为这意味着我们延长了寿命。更长的替换周期意味着可以减少相当多的材料用量和碳排放。

上图是Cymer内部做的分析，对过去进行的回收利用进行了展示，每年在生产铝时，重复利用的平均水平是400吨左右，这大概是11节纽约地铁车厢的重量。生产铝也会消耗大量的能源，如果把它转化为二氧化碳释放，这就相当于800万公斤的二氧化碳排放，或者是8000个热气球飞到空气中。可以想象一下一年Cymer节省了8000个热气球。

同时，Cymer致力于减少运营费用。通过减少水、气体、电力，如今在ArFi上减少了55%，在KrFi上减少了43%。总而言之，Cymer承诺到2040年产品使用产生的温室气体排放达到净零；同时 Cymer还致力于降低芯片公司的运营成本、碳排放，降低它们在可行性方案上的商业持续性风险。Cymer路线图不断满足并超越可持续性目标。