Waarom ASML niet wakker ligt van Applieds pattern-shaping-tool

Paul van Gerven
Leestijd: 4 minuten

Alles wat de wet van Moore voedt, is ook in het voordeel van ASML.

De aandelen van ASML doken onlangs in het rood toen Applied Materials machines aankondigde die sommige beleggers als een bedreiging beschouwen voor de afzet van EUV-scanners. Die vrees is overdreven. Zelfs als Applieds pattern-shaping technology zo goed werkt als het bedrijf beweert, heeft de Veldhovense machinebouwer er baat bij als diens klanten Applieds Centura Sculpta-systeem massaal gaan toepassen.

De Sculpta is een etstool die is ontworpen om asymmetrisch materiaal weg te nemen. Door een plasmabundel onder een instelbare hoek en snelheid over een wafer te bewegen, knabbelen reactieve deeltjes aan de zijwanden van eerder gefabriceerde structuren. Zo kunnen gaten bijvoorbeeld worden uitgerekt tot ellipsoïden.

De Sculpta-plasmabundel in één richting over de wafer. Bron: stilgezet beeld uit een video van Applied Materials.

Hoewel deze techniek de resolutie niet kan verhogen, maakt zij het wel mogelijk om patronen te verdichten zonder double patterning toe te passen. Neem een gatenpatroon: maak je de gaten kleiner, dan passen er meer van op een oppervlak. Maar chipmakers zijn gebonden aan een minimale diameter (de gaten dienen, opgevuld met een metaal, meestal als verbindingsstukken tussen chiplagen). Je kunt de gaten ook dichter bij elkaar leggen, maar daar is de lithografie beperkend. Voor een écht kleine afstand is double patterning noodzakelijk, waarbij het gatenpatroon in twee aparte lithografische cycli wordt aangebracht.

Applied liet in een perspresentatie zien dat de Sculpta de tweede cyclus van depositie, lithografie, etsen en andere processtappen kan vervangen. Eerst worden ‘te kleine’ maar dicht opeengepakte gaatjes gemaakt met een standaard lithografisch procedé. Vervolgens wordt de Sculpta-tool ingezet om de gaten op te rekken, waardoor ze dichter bij elkaar komen te liggen dan met een enkele patroneringsstap mogelijk zou zijn.

Een enkele lithografiestap aangevuld met een Sculpta-bewerking (rechts) levert een patroon op dat vergelijkbaar is met het resultaat van double patterning. Bron: bewerking van afbeelding op Semianalysis.

Herschikken

Applied zet de Sculpta toeterend in de markt, als een manier om EUV-lithografie minder vaak in te zetten. In het persmateriaal doet het bedrijf twee double patterning-gevallen uit de doeken, waarvan er één hierboven is toegelicht, maar er kunnen meer use cases zijn. Hoe dan ook is de Sculpta geen vervanging voor EUV-lithografie. Het is een aanvulling.

Niettemin claimt Applied aanzienlijke kostenbesparingen. Voor elke EUV double-patterning sequentie die het vervangt, zou de Sculpta 50 dollar per wafer of 250 miljoen dollar per 100 duizend waferstarts per maand besparen. Bovendien zegt Applied dat de techniek na zes jaar ontwikkeling bij toonaangevende klanten klaar is voor het grote werk. Intel en Samsung hadden er aardige dingen over te zeggen.

Analisten zijn het niet eens over de potentiële impact van de Sculpta. Robert Maire van Semiconductor Advisors is niet onder de indruk en noemt het ‘de zoveelste etstool’, die bovendien erg lijkt op een product van Tokyo Electron. ‘De suggestie dat de Sculpta EUV double patterning kan vervangen is vergezocht, want dat gaat lang niet in alle gevallen op.’

Scotten Jones van IC Knowledge ziet meer brood in de Sculpta en noemt het een ‘nuttige aanvulling op de lithografische gereedschapskist.’ Hij tekent aan dat de doorvoersnelheid in belangrijke mate bepaalt hoeveel kosten ermee kunnen worden bespaard, ‘al zou hij ongelooflijk traag moeten zijn om niet een veel goedkopere optie te zijn dan een EUV-litho-etch-loop.’

Dylan Patel en collega’s van Semianalysis zijn ronduit enthousiast. Ze schrijven dat ‘de shaping use case duidelijk uniek is’ en dat de Sculpta ‘de lithografie- en patroneringsmarkt gaat herschikken.’ De marktonderzoeker schat dat ASML op termijn 4,5 miljard dollar per jaar aan EUV-omzet moet inleveren. Wanneer precies, dat weten alleen betalende klanten van Semianalysis, maar het kan nog ver weg zijn. Voor de context: ASML’s omzet uit de verkoop van EUV-systemen bedroeg vorig jaar 7 miljard dollar, een stijging van 13 procent op jaarbasis.

Baten

Chipfabrikanten passen nu al EUV double patterning toe in de productie, en naarmate ze nog dichtere chipstructuren gaan fabriceren, zullen ze dat steeds meer doen, ook als high-NA EUV lithografie zijn intrede doet. Uiteindelijk zal high-NA double patterning gemeengoed worden. Dit drijft de vraag naar ASML’s machines op en de Sculpta kan een deel van die vraag afsnoepen.

Maar de Sculpta zal ook nieuwe vraag helpen creëren. In deze fase van de wet van Moore, waarin het krimptempo vertraagt, is elke technologie die kosten bespaart meer dan welkom, omdat het de industrie als geheel helpt te groeien. Daar profiteren veel bedrijven van. Zo ook ASML. ‘Wij verwelkomen elke mogelijkheid om chipfabricageprocessen te verbeteren’, beantwoordde een woordvoerder van ASML een verzoek om commentaar van Bits&Chips.

‘De afgelopen jaren hebben we met veel partners gewerkt aan fotolak-, masker- en etstechnologieën voor EUV. Verbeterde fotolakgevoeligheid, contrastverhogingen en andere zaken hebben geleid tot een aanzienlijke verbetering van de productiviteit en de afbeeldingsprestaties. Die verbeteringen hebben op hun beurt geleid tot grote kostenbesparingen voor onze klanten in de EUV-ramp. In de komende maanden zullen we, waar nodig, met klanten samenwerken om te zien welke baten de Sculpta met zich meebrengt.’

Hoofdbeeld: Applied Materials