近日，應(yīng)用材料公司推出了一款新的電子束測量設(shè)備，用于EUV和High-NA EUV光刻技術(shù)對芯片的高精度檢測，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)在芯片制造以及測量測試方面的應(yīng)用，甚至連光學(xué)鏡頭領(lǐng)域的巨頭蔡司以及光刻機領(lǐng)域的巨頭阿斯麥，都接連推出電子束相關(guān)產(chǎn)品。長期以來，電子束技術(shù)盡管擁有諸多優(yōu)勢，但是在半導(dǎo)體制造與測量測試領(lǐng)域依舊處于邊緣狀態(tài)，仿佛是一個“還沒有穿上水晶鞋的灰姑娘”，永遠都被光學(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制程領(lǐng)域替代EUV光刻機技術(shù)，甚至還能動搖光學(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，電子束波長較短，使其分辨能力遠遠超過光學(xué)鏡頭。據(jù)了解，EUV光刻機的波長為13.5nm，而100KeV電子束的波長只有0.004nm，波長短使其在分辨率方面與EUV相比有絕對的優(yōu)勢，也使得電子束能夠?qū)崿F(xiàn)EUV光刻機都實現(xiàn)不了的先進制程技術(shù)。

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

　　東方晶源董事長兼首席技術(shù)官俞宗強向《中國電子報》記者表示，電子束硅片直寫技術(shù)在芯片制造領(lǐng)域中，對于生產(chǎn)量少且種類繁多的芯片非常有優(yōu)勢。主流光刻機制造芯片就像蓋章一樣，需要提前將圖案制成模板（掩膜）然后再用光刻機進行光刻成像，因此利用光刻機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)了問題，整個批次生產(chǎn)的芯片都會浪費，增加了制造成本。而電子束是利用點掃描技術(shù)來刻制芯片圖案，雖然很慢但是可以在同一個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，適合制造小批量、多品種的芯片，因此若該批量芯片出現(xiàn)問題，即使銷毀，也不會造成大量的浪費。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)中用于滿足對芯片需求量少但樣式多的客戶需求。

　　此外，在測量測試方面，電子束對于先進制程芯片的檢測更有優(yōu)勢。俞宗強介紹，光學(xué)檢測的波長一般在200～400nm之間，只能檢測到制程在20nm以上芯片的缺陷，而對于20nm以下的芯片，光學(xué)檢測就像“近視眼”，無法清晰地捕捉到缺陷所在。而電子束由于波長短，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、盛世智達總經(jīng)理陳立志也表示，在先進制程的芯片制造過程中，電子束設(shè)備是不可或缺的。“不論是DUV還是EUV，甚至是High-NA EUV光刻機，都會與電子束設(shè)備搭配使用，以達到降本增效的目的，這并非是新涌現(xiàn)的需求與路徑，而是長期存在且持續(xù)發(fā)展的，只不過EUV光刻機所配套的電子束檢測及測量設(shè)備的精度要求會更高。”陳立志說。

　　CINNO半導(dǎo)體事業(yè)部總經(jīng)理Elvis Hsu介紹，近年來，新的電子束測量工具可用于10nm及更低節(jié)點的缺陷檢測應(yīng)用，并且正在開發(fā)30～50列或以上測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”痛點難解決

　　盡管電子束在芯片制造以及芯片測量測試方面都有非常亮眼的技術(shù)特點，但是難以實現(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曝光速度可達到每分鐘超過2片硅片。因此采用電子束刻蝕的技術(shù)目前僅限于實驗室研究，或者制造礦機芯片等小規(guī)模出貨量的芯片。

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

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

　　俞宗強表示，如今，業(yè)界主要從兩個方面來加快電子束的工作速度。一是增加電子束的數(shù)量，來提升工作效率。二是提前在電路設(shè)計環(huán)節(jié)進行精準(zhǔn)分析，從而增加電子束檢測的精準(zhǔn)度，使得電子束在數(shù)量不變的情況下，優(yōu)先檢測真正對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)量的方式來提升電子束的工作速度。但是該方式在操作過程中也非常困難，因為隨著電子束的數(shù)量增加，各個電子束之間相互產(chǎn)生排斥，最終影響檢測精度，并導(dǎo)致在工作中產(chǎn)生的問題呈指數(shù)增長。目前實現(xiàn)電子束數(shù)量最高的應(yīng)用材料公司可以達到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。

　　“如果能解決速度慢的問題，電子束一定會成為不亞于光學(xué)設(shè)備的搶手貨，會受到業(yè)內(nèi)人士的更多關(guān)注和投入。”俞宗強說。