1x奈米挑战剧增　电子束车拼光学晶圆检测技术

1x奈米制程将引燃晶圆缺陷检测技术新战火。光学检测囿于解析度限制，已无法满足1x奈米晶圆验证要求，遂使得新一代电子束技术快速崭露头角；不过，现阶段电子束检测效率仍低，须待可多支电子枪同步扫描的多重电子束技术成熟后，方能进一步扩大市占率。

晶圆缺陷检测设备市场即将掀起新风暴。自2012年开始，晶圆代工业者已逐步在28奈米(nm)先进制程中导入高阶电子束晶圆缺陷检测(E-beam Inspection)设备，以克服电晶体密度大幅微缩后，传统光学检测失败率偏高的问题。
随着一线晶圆代工厂争相在2013年推出20奈米制程，并接续于2014~2015年往下跨入16或14奈米世代，电子束检测设备需求更将显著上扬，主要设备供应商汉微科也预估，今年电子束检测设备产值将上看2亿美元，并于2014年飙升至3亿美元。

不过，据顾能(Gartner)研究报告指出，目前电子束检测设备的产值约仅有传统光学解决方案的十分之一(图1)，市场渗透率也偏低，显见此一技术仍处于起步阶段，无论是设备价格、产能和晶圆吞吐量皆难匹敌光学检测；因此，即便电子束具有解析度较高的优势，但要瓜分光学检测方案的市占达一定水准，相关设备供应商还有一场硬仗要打。


图1 2007～2017年光学与电子束检测设备产值分析
为扩大进军先进制程晶圆检测市场，电子束检测设备龙头汉微科正全速扩产，并积极开发更高吞吐量的跳跃式电子束检测技术。

瞄准16/14nm晶圆检测汉微科强打电子束技术

继28和20奈米之后，2015年晶圆代工厂将相继发布16或14奈米鳍式电晶体(FinFET)制程，对高解析度的电子束检测设备需求将更加强劲，因而带动汉微科提早展开布局，将于2013?2014年投入新台币10亿元扩建新厂房，并于2014下半年正式投产，挹注三倍设备产能。

汉微科行销副总经理胡瑞卿表示，因应半导体制造市场的强劲需求，该公司已计划今明两年各投资新台币5亿元于南科辟建新的无尘室与设备产线，预估2014年下半年即可完工并随即加入量产行列，有助旗下电子束检测设备年产能三级跳，从现有的五十台跃升至一百五十台水准，全面满足晶圆厂部署20奈米以下制程的需求。

今年上半年汉微科已陆续接获20奈米晶圆的电子束检测设备订单；同时也与晶圆厂携手展开1x奈米FinFET晶圆检测技术合作，可望于2014年开花结果，挹注另一波电子束检测设备出货成长动能。

汉微科财务长李学寒则透露，晶圆厂正马不停蹄备战先进奈米制程，刺激半导体检测技术加快演进步伐，且相关设备需求也将逐年攀升。因此，汉微科将于今年底发表新一代eScan 500电子束检测设备，除将解析度推升至3奈米水准外，亦将整合跳跃式扫描系统(Leap Scan)和连续式扫描系统(Continuous Scan)，从而提高应用价值与吞吐量，巩固该公司目前在电子束晶圆检测领域市占高达八成的领先地位。

由于美、日传统光学检测方案供应商近来亦积极转战电子束应用领域，汉微科正致力开发更前瞻的技术，期拉开技术差距。李学寒指出，该公司下一代产品将朝2奈米以下超高解析度迈进，并采取多头布局策略，针对10奈米极紫外光(EUV)微影方案，以及三维晶片(3D IC)矽穿孔(TSV)制程研发相应的检测设备；同时还将加码投资多重光束电子束(Multi Column E-beam)技术，并于2014年底推出Beta版本设备，协助晶圆厂提高数倍1x奈米晶圆检测速度。

事实上，晶圆制程走到1x奈米后，光学检测几乎面临极限，电子束方案将顺势取而代之；汉微科主攻电子束检测可谓押对宝，自2011年晶圆厂开始部署28奈米时，该公司就已在半导体晶圆前段制程缺陷检测领域崭露头角，之后2年营收更屡创新高。今年第二季汉微科毛利率不仅维持70.4%，营收也达到新台币12亿8,796万元的出色表现，且预估第三季因客户积极准备量产20奈米，将刺激相关检测设备需求，并带动该公司营收持续走扬。
整合光学/电子束技术科磊力守晶圆检测龙头地位
不让汉微科专美于前，全球首屈一指的光学检测设备大厂--科磊(KLA-Tencor)也积极补强产品阵容，积极圈地1x奈米晶圆缺陷检测商机。该公司近期已推出采用NanoPoint技术的光学晶圆缺陷检测平台，在维持高吞吐量的前提下，大幅提升检测解析度，以防堵后进业者在先进制程市场趁势崛起。


图2 KLA-Tencor行销长Brian Trafas指出，KLA-Tencor拥有完整的光学与电子束检测设备阵容，将持续站稳先进制程晶圆缺陷检测市场。
KLA-Tencor行销长Brian Trafas(图2)表示，晶圆检测解析度愈细致，势将影响扫描时间，然而，科磊运用独家NanoPoint技术，已将旗下最新光学检测设备的解析度拉升至10奈米以下水准，却不影响检测速度，将有助晶圆厂加速克服20奈米，甚至是16/14奈米量产制程的良率问题，同时减轻制作成本。

NanoPoint可将光学检测系统的资源集中于电路设计工程师锁定的关键图案，因而能在数小时内确认相关设计是否出现缺失，使修改的时间从数月缩短至数日之内，争取产品开发时程与成本节省的效益。此外，在量产阶段NanoPoint亦能追踪关键图案内的缺陷状况，使制程监控的灵敏度和速度臻至新境界。

然而，KLA-Tencor也意识到光学检测方案确有解析度规格提升的瓶颈，遂同步展开新型电子束检测系统布局，但考量晶圆厂对量产成本及产出速度的重视，因而率先采取光学与电子束整合型检测平台的设计，以兼具晶圆检测解析度与吞吐量。该套整合型方案可快速侦测并成像位于3D(如FinFET)或高深宽比结构底部的独特缺陷，提高20奈米以下制程的晶圆缺陷撷取率与精准度，协助晶圆厂部署更具经济效益的先进制程服务。

Trafas强调，由于电子束检测技术的成熟度与传统光学方案还有一段差距，无法满足晶圆厂的量产制程需求，也因此，即便电晶体密度和线宽急遽微缩，仍仅有极微小的晶圆缺陷和复杂的图案才须动用电子束技术；晶圆厂为使先进制程达到足够产能并确保良率，势将以高速光学检测方案为主，再搭配电子束方案做为补强工具，全面换装电子束设备的机率微乎其微。

晶圆检测益发复杂半导体设备支出劲扬 [!--empirenews.page--]

无庸置疑，先进制程已牵动晶圆检测方案翻新，业界在解析度与吞吐量的权衡之下，未来在1x奈米制程中极可能同步导入光学和电子束检测技术，带动新一波半导体设备商机。

工研院IEK系统IC与制程研究部研究员萧凯木表示，在进入16/14奈米FinFET后，电晶体线宽缩小且形成三面立体结构，使得传统光学检测扫描失败率大增，须搭配解析度更高的电子束检测机台，才能补强晶圆缺陷检测流程，避免影响最终晶圆产出品质与可靠度。如台湾汉微科，即挟独特的高速跳跃式电子束检测技术，在众多美日设备大厂环伺的市场中异军突起，并持续研发解析度达2奈米以下的晶圆检测方案，抢攻FinFET商机。

不过，萧凯木也强调，现阶段电子束检测吞吐量远不及传统光学方案，而晶圆停留在Fab的时间愈长，晶圆制造成本就愈高；在一次可经由多支电子枪同步扫描的多重光束电子束技术尚未成熟之际，晶圆厂势将采用双管齐下的策略，以扫描速度较快的光学检测设备为主，再搭配少量电子束机台专攻晶圆关键层(Critical Layer)检测，从而兼顾量产经济效益与产品品质，因此可预见未来几年半导体供应链设备资本支出将持续翻升。