1x奈米挑戰(zhàn)劇增 電子束車(chē)拼光學(xué)晶圓檢測(cè)技術(shù)
晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)即將掀起新風(fēng)暴。自2012年開(kāi)始,晶圓代工業(yè)者已逐步在28奈米(nm)先進(jìn)制程中導(dǎo)入高階電子束晶圓缺陷檢測(cè)(E-beam Inspection)設(shè)備,以克服電晶體密度大幅微縮后,傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)失敗率偏高的問(wèn)題。
隨著一線(xiàn)晶圓代工廠(chǎng)爭(zhēng)相在2013年推出20奈米制程,并接續(xù)于2014~2015年往下跨入16或14奈米世代,電子束檢測(cè)設(shè)備需求更將顯著上揚(yáng),主要設(shè)備供應(yīng)商漢微科也預(yù)估,今年電子束檢測(cè)設(shè)備產(chǎn)值將上看2億美元,并于2014年飆升至3億美元。
不過(guò),據(jù)顧能(Gartner)研究報(bào)告指出,目前電子束檢測(cè)設(shè)備的產(chǎn)值約僅有傳統(tǒng)光學(xué)解決方案的十分之一(圖1),市場(chǎng)滲透率也偏低,顯見(jiàn)此一技術(shù)仍處于起步階段,無(wú)論是設(shè)備價(jià)格、產(chǎn)能和晶圓吞吐量皆難匹敵光學(xué)檢測(cè);因此,即便電子束具有解析度較高的優(yōu)勢(shì),但要瓜分光學(xué)檢測(cè)方案的市占達(dá)一定水準(zhǔn),相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商還有一場(chǎng)硬仗要打。
圖1 2007~2017年光學(xué)與電子束檢測(cè)設(shè)備產(chǎn)值分析
為擴(kuò)大進(jìn)軍先進(jìn)制程晶圓檢測(cè)市場(chǎng),電子束檢測(cè)設(shè)備龍頭漢微科正全速擴(kuò)產(chǎn),并積極開(kāi)發(fā)更高吞吐量的跳躍式電子束檢測(cè)技術(shù)。
瞄準(zhǔn)16/14nm晶圓檢測(cè)漢微科強(qiáng)打電子束技術(shù)
繼28和20奈米之后,2015年晶圓代工廠(chǎng)將相繼發(fā)布16或14奈米鰭式電晶體(FinFET)制程,對(duì)高解析度的電子束檢測(cè)設(shè)備需求將更加強(qiáng)勁,因而帶動(dòng)漢微科提早展開(kāi)布局,將于2013?2014年投入新臺(tái)幣10億元擴(kuò)建新廠(chǎng)房,并于2014下半年正式投產(chǎn),挹注三倍設(shè)備產(chǎn)能。
漢微科行銷(xiāo)副總經(jīng)理胡瑞卿表示,因應(yīng)半導(dǎo)體制造市場(chǎng)的強(qiáng)勁需求,該公司已計(jì)劃今明兩年各投資新臺(tái)幣5億元于南科辟建新的無(wú)塵室與設(shè)備產(chǎn)線(xiàn),預(yù)估2014年下半年即可完工并隨即加入量產(chǎn)行列,有助旗下電子束檢測(cè)設(shè)備年產(chǎn)能三級(jí)跳,從現(xiàn)有的五十臺(tái)躍升至一百五十臺(tái)水準(zhǔn),全面滿(mǎn)足晶圓廠(chǎng)部署20奈米以下制程的需求。
今年上半年漢微科已陸續(xù)接獲20奈米晶圓的電子束檢測(cè)設(shè)備訂單;同時(shí)也與晶圓廠(chǎng)攜手展開(kāi)1x奈米FinFET晶圓檢測(cè)技術(shù)合作,可望于2014年開(kāi)花結(jié)果,挹注另一波電子束檢測(cè)設(shè)備出貨成長(zhǎng)動(dòng)能。
漢微科財(cái)務(wù)長(zhǎng)李學(xué)寒則透露,晶圓廠(chǎng)正馬不停蹄備戰(zhàn)先進(jìn)奈米制程,刺激半導(dǎo)體檢測(cè)技術(shù)加快演進(jìn)步伐,且相關(guān)設(shè)備需求也將逐年攀升。因此,漢微科將于今年底發(fā)表新一代eScan 500電子束檢測(cè)設(shè)備,除將解析度推升至3奈米水準(zhǔn)外,亦將整合跳躍式掃描系統(tǒng)(Leap Scan)和連續(xù)式掃描系統(tǒng)(Continuous Scan),從而提高應(yīng)用價(jià)值與吞吐量,鞏固該公司目前在電子束晶圓檢測(cè)領(lǐng)域市占高達(dá)八成的領(lǐng)先地位。
由于美、日傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)方案供應(yīng)商近來(lái)亦積極轉(zhuǎn)戰(zhàn)電子束應(yīng)用領(lǐng)域,漢微科正致力開(kāi)發(fā)更前瞻的技術(shù),期拉開(kāi)技術(shù)差距。李學(xué)寒指出,該公司下一代產(chǎn)品將朝2奈米以下超高解析度邁進(jìn),并采取多頭布局策略,針對(duì)10奈米極紫外光(EUV)微影方案,以及三維晶片(3D IC)矽穿孔(TSV)制程研發(fā)相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備;同時(shí)還將加碼投資多重光束電子束(Multi Column E-beam)技術(shù),并于2014年底推出Beta版本設(shè)備,協(xié)助晶圓廠(chǎng)提高數(shù)倍1x奈米晶圓檢測(cè)速度。
事實(shí)上,晶圓制程走到1x奈米后,光學(xué)檢測(cè)幾乎面臨極限,電子束方案將順勢(shì)取而代之;漢微科主攻電子束檢測(cè)可謂押對(duì)寶,自2011年晶圓廠(chǎng)開(kāi)始部署28奈米時(shí),該公司就已在半導(dǎo)體晶圓前段制程缺陷檢測(cè)領(lǐng)域嶄露頭角,之后2年?duì)I收更屢創(chuàng)新高。今年第二季漢微科毛利率不僅維持70.4%,營(yíng)收也達(dá)到新臺(tái)幣12億8,796萬(wàn)元的出色表現(xiàn),且預(yù)估第三季因客戶(hù)積極準(zhǔn)備量產(chǎn)20奈米,將刺激相關(guān)檢測(cè)設(shè)備需求,并帶動(dòng)該公司營(yíng)收持續(xù)走揚(yáng)。
整合光學(xué)/電子束技術(shù)科磊力守晶圓檢測(cè)龍頭地位
不讓漢微科專(zhuān)美于前,全球首屈一指的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備大廠(chǎng)--科磊(KLA-Tencor)也積極補(bǔ)強(qiáng)產(chǎn)品陣容,積極圈地1x奈米晶圓缺陷檢測(cè)商機(jī)。該公司近期已推出采用NanoPoint技術(shù)的光學(xué)晶圓缺陷檢測(cè)平臺(tái),在維持高吞吐量的前提下,大幅提升檢測(cè)解析度,以防堵后進(jìn)業(yè)者在先進(jìn)制程市場(chǎng)趁勢(shì)崛起。
圖2 KLA-Tencor行銷(xiāo)長(zhǎng)Brian Trafas指出,KLA-Tencor擁有完整的光學(xué)與電子束檢測(cè)設(shè)備陣容,將持續(xù)站穩(wěn)先進(jìn)制程晶圓缺陷檢測(cè)市場(chǎng)。
KLA-Tencor行銷(xiāo)長(zhǎng)Brian Trafas(圖2)表示,晶圓檢測(cè)解析度愈細(xì)致,勢(shì)將影響掃描時(shí)間,然而,科磊運(yùn)用獨(dú)家NanoPoint技術(shù),已將旗下最新光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的解析度拉升至10奈米以下水準(zhǔn),卻不影響檢測(cè)速度,將有助晶圓廠(chǎng)加速克服20奈米,甚至是16/14奈米量產(chǎn)制程的良率問(wèn)題,同時(shí)減輕制作成本。
NanoPoint可將光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的資源集中于電路設(shè)計(jì)工程師鎖定的關(guān)鍵圖案,因而能在數(shù)小時(shí)內(nèi)確認(rèn)相關(guān)設(shè)計(jì)是否出現(xiàn)缺失,使修改的時(shí)間從數(shù)月縮短至數(shù)日之內(nèi),爭(zhēng)取產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)程與成本節(jié)省的效益。此外,在量產(chǎn)階段NanoPoint亦能追蹤關(guān)鍵圖案內(nèi)的缺陷狀況,使制程監(jiān)控的靈敏度和速度臻至新境界。
然而,KLA-Tencor也意識(shí)到光學(xué)檢測(cè)方案確有解析度規(guī)格提升的瓶頸,遂同步展開(kāi)新型電子束檢測(cè)系統(tǒng)布局,但考量晶圓廠(chǎng)對(duì)量產(chǎn)成本及產(chǎn)出速度的重視,因而率先采取光學(xué)與電子束整合型檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì),以兼具晶圓檢測(cè)解析度與吞吐量。該套整合型方案可快速偵測(cè)并成像位于3D(如FinFET)或高深寬比結(jié)構(gòu)底部的獨(dú)特缺陷,提高20奈米以下制程的晶圓缺陷擷取率與精準(zhǔn)度,協(xié)助晶圓廠(chǎng)部署更具經(jīng)濟(jì)效益的先進(jìn)制程服務(wù)。
Trafas強(qiáng)調(diào),由于電子束檢測(cè)技術(shù)的成熟度與傳統(tǒng)光學(xué)方案還有一段差距,無(wú)法滿(mǎn)足晶圓廠(chǎng)的量產(chǎn)制程需求,也因此,即便電晶體密度和線(xiàn)寬急遽微縮,仍?xún)H有極微小的晶圓缺陷和復(fù)雜的圖案才須動(dòng)用電子束技術(shù);晶圓廠(chǎng)為使先進(jìn)制程達(dá)到足夠產(chǎn)能并確保良率,勢(shì)將以高速光學(xué)檢測(cè)方案為主,再搭配電子束方案做為補(bǔ)強(qiáng)工具,全面換裝電子束設(shè)備的機(jī)率微乎其微。
晶圓檢測(cè)益發(fā)復(fù)雜半導(dǎo)體設(shè)備支出勁揚(yáng) [!--empirenews.page--]
無(wú)庸置疑,先進(jìn)制程已牽動(dòng)晶圓檢測(cè)方案翻新,業(yè)界在解析度與吞吐量的權(quán)衡之下,未來(lái)在1x奈米制程中極可能同步導(dǎo)入光學(xué)和電子束檢測(cè)技術(shù),帶動(dòng)新一波半導(dǎo)體設(shè)備商機(jī)。
工研院IEK系統(tǒng)IC與制程研究部研究員蕭凱木表示,在進(jìn)入16/14奈米FinFET后,電晶體線(xiàn)寬縮小且形成三面立體結(jié)構(gòu),使得傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)掃描失敗率大增,須搭配解析度更高的電子束檢測(cè)機(jī)臺(tái),才能補(bǔ)強(qiáng)晶圓缺陷檢測(cè)流程,避免影響最終晶圓產(chǎn)出品質(zhì)與可靠度。如臺(tái)灣漢微科,即挾獨(dú)特的高速跳躍式電子束檢測(cè)技術(shù),在眾多美日設(shè)備大廠(chǎng)環(huán)伺的市場(chǎng)中異軍突起,并持續(xù)研發(fā)解析度達(dá)2奈米以下的晶圓檢測(cè)方案,搶攻FinFET商機(jī)。
不過(guò),蕭凱木也強(qiáng)調(diào),現(xiàn)階段電子束檢測(cè)吞吐量遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)光學(xué)方案,而晶圓停留在Fab的時(shí)間愈長(zhǎng),晶圓制造成本就愈高;在一次可經(jīng)由多支電子槍同步掃描的多重光束電子束技術(shù)尚未成熟之際,晶圓廠(chǎng)勢(shì)將采用雙管齊下的策略,以?huà)呙杷俣容^快的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備為主,再搭配少量電子束機(jī)臺(tái)專(zhuān)攻晶圓關(guān)鍵層(Critical Layer)檢測(cè),從而兼顧量產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益與產(chǎn)品品質(zhì),因此可預(yù)見(jiàn)未來(lái)幾年半導(dǎo)體供應(yīng)鏈設(shè)備資本支出將持續(xù)翻升。