电子束将摆荡光学镜头在光刻机中的位置？

宣布时间：2023-03-20 21:14来源：电子信息网

近日，应用质料公司推出了一款新的电子束丈量设备，用于EUV和High-NA EUV光刻技术对芯片的高精度检测，可有效降低光刻工艺的本钱。不但仅是应用质料公司，如今许多设备厂商都在密切关注电子束技术在芯片制造以及丈量测试方面的应用，甚至连光学镜头领域的巨头蔡司以及光刻机领域巨头阿斯麦，都接连推出电子束相关的产品。恒久以来，电子束技术尽管拥有诸多优势，可在半导体制造与丈量测试领域依旧处于边沿状态，似乎是一个“还没有穿上水晶鞋的灰女人”，永远都被光学设备“压上一头”。

电子束有望替代EUV？

在芯片制造方面，电子束硅片直写（EBL）一度被认为有望成为能在先进制程领域替代EUV光刻机技术，甚至还能摆荡光学镜头在芯片制造领域的“卡脖子”职位。

知名业内专家莫大康介绍，电子束波长较短，使其区分能力远远凌驾光学镜头。据了解，EUV光刻机的波长为13.5nm，而100KeV电子束的波长只有0.004nm，波是非使其在区分率方面与EUV相比有绝对的优势，也使得电子束能够实现EUV光刻都实现不了的先进制程技术。

如今EUV光刻机产能缺乏，很大一部分原因是由于光学镜头的供货缺乏。蔡司公司是EUV光刻镜头的唯一供应商，且短时间内难以有新的企业在EUV光刻镜头领域突破蔡司的技术垄断，而仅凭蔡司公司一家企业，难以满足如今庞大的市场需求。由于电子束刻蚀接纳电子源发出电子束而并非光源，因此可以有效挣脱光刻机对光学镜头的依赖，这也成为了电子束备受关注的主要原因之一。

同理，在丈量测试方面，相较于光学检测而言，应用电子束技术的丈量设备（CD-SEM）及检测设备(EBI)能够对芯片进行更精密的检测。尤其是在先进制程芯片方面，接纳电子束检测能够大大增加检测的精准度，包管芯片的良品率，从而有效降低芯片制造的本钱。

电子束缺陷检测设备（EBI）

东方晶源董事长兼首席技术官俞宗强向《中国电子报》记者体现，电子束硅片直写技术在芯片制造领域中，关于生产量少且种类繁多的芯片很是有优势。主流光刻机制造芯片就像盖章一样，需要提前将图案制成模板（掩膜）然后再用光刻机进行光刻成像，因此利用光刻机制造芯片只能同一批次生产一种芯片，且往往只能大批量生产本钱才华越发划算，这就导致若该款芯片泛起问题，整个批次生产的芯片都会浪费，增加了制造本钱。而电子束是利用点扫描技术来刻制芯片图案，虽然很慢可是可以在同一个硅片上刻出差别种类的芯片，所以具有灵活性和低本钱等优势，适合制造小批量、多品种的芯片，因此若该批量芯片泛起问题，纵然销毁，也不会造成大宗的浪费。因此电子束常用于研究所或高校制造研发用的“打样”芯片，或在企业中用于满足对芯片需求量少但样式多的客户需求。

别的，在丈量测试方面，电子束关于先进制程芯片的检测更有优势。俞宗强介绍，光学检测的波长一般在200nm～400nm之间，只能检测到制程在20nm以上芯片的缺陷，而关于20nm以下的芯片，光学检测就像得了“近视眼”，无法清晰捕获到缺陷所在。而电子束由于波是非，可以清晰捕获到20nm制程以下芯片的缺陷，能更精确地找出更小的缺陷。

盛世投资治理合资人、盛世智达总经理陈立志也体现，在先进制程的芯片制造历程中，电子束设备是不可或缺的。“岂论是DUV照旧EUV，甚至是High-NA EUV光刻机，都会与电子束设备搭配使用，以抵达降本增效的目的，这并非是新涌现的需求与路径，而是恒久保存且连续生长的，只不过EUV光刻机所配套的电子束检测及量测设备的精度要求会更高。”陈立志说。

CINNO半导体事业部总经理 Elvis Hsu介绍，近年来，新的电子束丈量工具可用于10nm及更低节点的缺陷检测应用，并且正在开发30～50列或以上丈量通道的多电子束工具，以满足5nm以下大宗生产芯片的需求。

“速度慢”痛点难解决

尽管电子束在芯片制造以及芯片丈量测试方面都有很是亮眼的技术特点，可是难以实现规模的普及应用，这主要的原因都可以归结为一个字：慢。

莫大康体现，在芯片制造中，电子束的曝光速度太慢，曝光一片硅片需要10分钟，而EUV曝光速度可抵达每分钟凌驾2片硅片。因此接纳电子束刻蚀的技术目前仅限于实验室研究，或者制造矿机芯片等小规模出货量的芯片。

在丈量测试方面，虽然电子束精准度更高，可是检测速度很慢，因此现阶段只能主要用于吞吐量要求较低的芯片丈量测试环节中，如纳米级标准缺陷的复查、部分要害区域的外貌标准丈量以及部分要害区域的抽检等。半导体丈量测试的大部分市场应用，仍被光学占据，而电子束仍旧处于相对边沿的位置。

未来，电子束技术要想在芯片制造与丈量测试中获得大规模的应用， “速度慢”的痛点需要解决。

俞宗强体现，如今，业内主要从两个方面来加速电子束的事情速度。一是增加电子束的数量，来提升事情效率。二是提前在电路设计环节进行精准剖析，从而增加电子束检测的精准度，使得电子束在数量稳定的情况下，优先检测真正对芯片良率有直接影响的缺陷，把有限的产能用在刀刃上，以效率换速度。

但无论是哪一种方法，都面临着一些困难，例如，应用质料、阿斯麦等企业都在接纳提升电子束数量的方法来提升电子束的事情速度。可是该方法在操作历程中也很是困难，因为随着随着电子束的数量增加，各个电子束之间相互爆发排斥，最终影响检测精度，并导致在事情中爆发的问题呈指数增长。目前实现电子束数量最高的应用质料公司可以抵达51束，可是产品成熟度低，且设备的事情速度依旧和光学设备相差甚远。

“如果能解决速度慢的问题，电子束一定会成为不亚于光学设备的抢手货，会受到业内的更多关注和投入。”俞宗强说。

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