近日，應(yīng)用材料公司推出了一款新的電子束測(cè)量設(shè)備，用于EUV和High-NA EUV光刻技術(shù)對(duì)芯片的高精度檢測(cè)，可有效降低光刻工藝的成本。不僅僅是應(yīng)用材料公司，如今很多設(shè)備廠商都在密切關(guān)注電子束技術(shù)在芯片制造以及測(cè)量測(cè)試方面的應(yīng)用，甚至連光學(xué)鏡頭領(lǐng)域的巨頭蔡司以及光刻機(jī)領(lǐng)域的巨頭阿斯麥，都接連推出電子束相關(guān)產(chǎn)品。長(zhǎng)期以來(lái)，電子束技術(shù)盡管擁有諸多優(yōu)勢(shì)，但是在半導(dǎo)體制造與測(cè)量測(cè)試領(lǐng)域依舊處于邊緣狀態(tài)，仿佛是一個(gè)“還沒有穿上水晶鞋的灰姑娘”，永遠(yuǎn)都被光學(xué)設(shè)備“壓上一頭”。

　　電子束有望替代EUV？

　　在芯片制造方面，電子束硅片直寫（EBL）一度被認(rèn)為有望成為能在先進(jìn)制程領(lǐng)域替代EUV光刻機(jī)技術(shù)，甚至還能動(dòng)搖光學(xué)鏡頭在芯片制造領(lǐng)域的“卡脖子”地位。

　　知名業(yè)內(nèi)專家莫大康介紹，電子束波長(zhǎng)較短，使其分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光學(xué)鏡頭。據(jù)了解，EUV光刻機(jī)的波長(zhǎng)為13.5nm，而100KeV電子束的波長(zhǎng)只有0.004nm，波長(zhǎng)短使其在分辨率方面與EUV相比有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，也使得電子束能夠?qū)崿F(xiàn)EUV光刻機(jī)都實(shí)現(xiàn)不了的先進(jìn)制程技術(shù)。

　　如今EUV光刻機(jī)產(chǎn)能不足，很大一部分原因是由于光學(xué)鏡頭供貨不足。蔡司公司是EUV光刻鏡頭的唯一供應(yīng)商，且短時(shí)間內(nèi)難以有新的企業(yè)在EUV光刻鏡頭領(lǐng)域打破蔡司的技術(shù)壟斷，而僅憑蔡司公司一家企業(yè)，難以滿足如今龐大的市場(chǎng)需求。由于電子束刻蝕采用電子源發(fā)出電子束而并非光源，因此可以有效擺脫光刻機(jī)對(duì)光學(xué)鏡頭的依賴，這也成了電子束備受關(guān)注的主要原因之一。

　　同理，在測(cè)量測(cè)試方面，相較于光學(xué)檢測(cè)而言，應(yīng)用電子束技術(shù)的測(cè)量設(shè)備（CD-SEM）及檢測(cè)設(shè)備（EBI）能夠?qū)π酒�進(jìn)行更精密的檢測(cè)。尤其是在先進(jìn)制程芯片方面，采用電子束檢測(cè)能夠大大增加檢測(cè)的精準(zhǔn)度，保證芯片的良品率，從而有效降低芯片制造的成本。

　　東方晶源董事長(zhǎng)兼首席技術(shù)官俞宗強(qiáng)向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，電子束硅片直寫技術(shù)在芯片制造領(lǐng)域中，對(duì)于生產(chǎn)量少且種類繁多的芯片非常有優(yōu)勢(shì)。主流光刻機(jī)制造芯片就像蓋章一樣，需要提前將圖案制成模板（掩膜）然后再用光刻機(jī)進(jìn)行光刻成像，因此利用光刻機(jī)制造芯片只能同一批次生產(chǎn)一種芯片，且往往只能大批量生產(chǎn)，成本才能更加劃算，這就導(dǎo)致若該款芯片出現(xiàn)了問(wèn)題，整個(gè)批次生產(chǎn)的芯片都會(huì)浪費(fèi)，增加了制造成本。而電子束是利用點(diǎn)掃描技術(shù)來(lái)刻制芯片圖案，雖然很慢但是可以在同一個(gè)硅片上刻出不同種類的芯片，所以具有靈活性和低成本等優(yōu)勢(shì)，適合制造小批量、多品種的芯片，因此若該批量芯片出現(xiàn)問(wèn)題，即使銷毀，也不會(huì)造成大量的浪費(fèi)。因此電子束常用于研究所或高校制造研發(fā)用的“打樣”芯片，或在企業(yè)中用于滿足對(duì)芯片需求量少但樣式多的客戶需求。

　　此外，在測(cè)量測(cè)試方面，電子束對(duì)于先進(jìn)制程芯片的檢測(cè)更有優(yōu)勢(shì)。俞宗強(qiáng)介紹，光學(xué)檢測(cè)的波長(zhǎng)一般在200～400nm之間，只能檢測(cè)到制程在20nm以上芯片的缺陷，而對(duì)于20nm以下的芯片，光學(xué)檢測(cè)就像“近視眼”，無(wú)法清晰地捕捉到缺陷所在。而電子束由于波長(zhǎng)短，可以清晰地捕捉到20nm制程以下芯片的缺陷，更精確地找出更小的缺陷。

　　盛世投資管理合伙人、盛世智達(dá)總經(jīng)理陳立志也表示，在先進(jìn)制程的芯片制造過(guò)程中，電子束設(shè)備是不可或缺的�！安徽撌荄UV還是EUV，甚至是High-NA EUV光刻機(jī)，都會(huì)與電子束設(shè)備搭配使用，以達(dá)到降本增效的目的，這并非是新涌現(xiàn)的需求與路徑，而是長(zhǎng)期存在且持續(xù)發(fā)展的，只不過(guò)EUV光刻機(jī)所配套的電子束檢測(cè)及測(cè)量設(shè)備的精度要求會(huì)更高�！标惲⒅菊f(shuō)。

　　CINNO半導(dǎo)體事業(yè)部總經(jīng)理Elvis Hsu介紹，近年來(lái)，新的電子束測(cè)量工具可用于10nm及更低節(jié)點(diǎn)的缺陷檢測(cè)應(yīng)用，并且正在開發(fā)30～50列或以上測(cè)量通道的多電子束工具，以滿足大量生產(chǎn)5nm以下芯片的需求。

　　“速度慢”痛點(diǎn)難解決

　　盡管電子束在芯片制造以及芯片測(cè)量測(cè)試方面都有非常亮眼的技術(shù)特點(diǎn)，但是難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模的普及應(yīng)用，這主要的原因都可以歸結(jié)為一個(gè)字：慢。

　　莫大康表示，在芯片制造中，電子束的曝光速度太慢，曝光一片硅片需要10分鐘，而EUV曝光速度可達(dá)到每分鐘超過(guò)2片硅片。因此采用電子束刻蝕的技術(shù)目前僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，或者制造礦機(jī)芯片等小規(guī)模出貨量的芯片。

　　在測(cè)量測(cè)試方面，雖然電子束精準(zhǔn)度更高，但是檢測(cè)速度很慢，因此現(xiàn)階段只能主要用于吞吐量要求較低的芯片測(cè)量測(cè)試環(huán)節(jié)中，如納米級(jí)尺度缺陷的復(fù)查、部分關(guān)鍵區(qū)域的表面尺度測(cè)量以及部分關(guān)鍵區(qū)域的抽檢等。半導(dǎo)體測(cè)量測(cè)試的大部分市場(chǎng)應(yīng)用，仍被光學(xué)占據(jù)，而電子束仍舊處于相對(duì)邊緣的位置。

　　未來(lái)，電子束技術(shù)要想在芯片制造與測(cè)量測(cè)試中得到大規(guī)模的應(yīng)用，“速度慢”的痛點(diǎn)需要解決。

　　俞宗強(qiáng)表示，如今，業(yè)界主要從兩個(gè)方面來(lái)加快電子束的工作速度。一是增加電子束的數(shù)量，來(lái)提升工作效率。二是提前在電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)分析，從而增加電子束檢測(cè)的精準(zhǔn)度，使得電子束在數(shù)量不變的情況下，優(yōu)先檢測(cè)真正對(duì)芯片良率有直接影響的缺陷，把有限的產(chǎn)能用在刀刃上，以效率換速度。

　　但無(wú)論是哪一種方式，都面臨著一些困難。例如，應(yīng)用材料、阿斯麥等企業(yè)都在采用增加電子束數(shù)量的方式來(lái)提升電子束的工作速度。但是該方式在操作過(guò)程中也非常困難，因?yàn)殡S著電子束的數(shù)量增加，各個(gè)電子束之間相互產(chǎn)生排斥，最終影響檢測(cè)精度，并導(dǎo)致在工作中產(chǎn)生的問(wèn)題呈指數(shù)增長(zhǎng)。目前實(shí)現(xiàn)電子束數(shù)量最高的應(yīng)用材料公司可以達(dá)到51束，但是產(chǎn)品成熟度低，且設(shè)備的工作速度依舊和光學(xué)設(shè)備相差甚遠(yuǎn)。

　　“如果能解決速度慢的問(wèn)題，電子束一定會(huì)成為不亞于光學(xué)設(shè)備的搶手貨，會(huì)受到業(yè)內(nèi)人士的更多關(guān)注和投入�！庇嶙趶�(qiáng)說(shuō)。