1x奈米制程將引燃晶圓缺陷檢測技術新戰(zhàn)火。光學檢測囿于解析度限制，已無法滿足1x奈米晶圓驗證要求，遂使得新一代電子束技術快速嶄露頭角；不過，現(xiàn)階段電子束檢測效率仍低，須待可多支電子槍同步掃描的多重電子束技術成熟后，方能進一步擴大市占率。

晶圓缺陷檢測設備市場即將掀起新風暴。自2012年開始，晶圓代工業(yè)者已逐步在28奈米(nm)先進制程中導入高階電子束晶圓缺陷檢測(E-beam Inspection)設備，以克服電晶體密度大幅微縮后，傳統(tǒng)光學檢測失敗率偏高的問題。
隨著一線晶圓代工廠爭相在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，電子束檢測設備需求更將顯著上揚，主要設備供應商漢微科也預估，今年電子束檢測設備產值將上看2億美元，并于2014年飆升至3億美元。

不過，據顧能(Gartner)研究報告指出，目前電子束檢測設備的產值約僅有傳統(tǒng)光學解決方案的十分之一(圖1)，市場滲透率也偏低，顯見此一技術仍處于起步階段，無論是設備價格、產能和晶圓吞吐量皆難匹敵光學檢測；因此，即便電子束具有解析度較高的優(yōu)勢，但要瓜分光學檢測方案的市占達一定水準，相關設備供應商還有一場硬仗要打。


圖1 2007～2017年光學與電子束檢測設備產值分析
為擴大進軍先進制程晶圓檢測市場，電子束檢測設備龍頭漢微科正全速擴產，并積極開發(fā)更高吞吐量的跳躍式電子束檢測技術。

瞄準16/14nm晶圓檢測漢微科強打電子束技術

繼28和20奈米之后，2015年晶圓代工廠將相繼發(fā)布16或14奈米鰭式電晶體(FinFET)制程，對高解析度的電子束檢測設備需求將更加強勁，因而帶動漢微科提早展開布局，將于2013?2014年投入新臺幣10億元擴建新廠房，并于2014下半年正式投產，挹注三倍設備產能。

漢微科行銷副總經理胡瑞卿表示，因應半導體制造市場的強勁需求，該公司已計劃今明兩年各投資新臺幣5億元于南科辟建新的無塵室與設備產線，預估2014年下半年即可完工并隨即加入量產行列，有助旗下電子束檢測設備年產能三級跳，從現(xiàn)有的五十臺躍升至一百五十臺水準，全面滿足晶圓廠部署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設備訂單；同時也與晶圓廠攜手展開1x奈米FinFET晶圓檢測技術合作，可望于2014年開花結果，挹注另一波電子束檢測設備出貨成長動能。

漢微科財務長李學寒則透露，晶圓廠正馬不停蹄備戰(zhàn)先進奈米制程，刺激半導體檢測技術加快演進步伐，且相關設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電子束檢測設備，除將解析度推升至3奈米水準外，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)，從而提高應用價值與吞吐量，鞏固該公司目前在電子束晶圓檢測領域市占高達八成的領先地位。

由于美、日傳統(tǒng)光學檢測方案供應商近來亦積極轉戰(zhàn)電子束應用領域，漢微科正致力開發(fā)更前瞻的技術，期拉開技術差距。李學寒指出，該公司下一代產品將朝2奈米以下超高解析度邁進，并采取多頭布局策略，針對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)相應的檢測設備；同時還將加碼投資多重光束電子束(Multi Column E-beam)技術，并于2014年底推出Beta版本設備，協(xié)助晶圓廠提高數倍1x奈米晶圓檢測速度。

事實上，晶圓制程走到1x奈米后，光學檢測幾乎面臨極限，電子束方案將順勢取而代之；漢微科主攻電子束檢測可謂押對寶，自2011年晶圓廠開始部署28奈米時，該公司就已在半導體晶圓前段制程缺陷檢測領域嶄露頭角，之后2年營收更屢創(chuàng)新高。今年第二季漢微科毛利率不僅維持70.4%，營收也達到新臺幣12億8,796萬元的出色表現(xiàn)，且預估第三季因客戶積極準備量產20奈米，將刺激相關檢測設備需求，并帶動該公司營收持續(xù)走揚。
整合光學/電子束技術科磊力守晶圓檢測龍頭地位
不讓漢微科專美于前，全球首屈一指的光學檢測設備大廠--科磊(KLA-Tencor)也積極補強產品陣容，積極圈地1x奈米晶圓缺陷檢測商機。該公司近期已推出采用NanoPoint技術的光學晶圓缺陷檢測平臺，在維持高吞吐量的前提下，大幅提升檢測解析度，以防堵后進業(yè)者在先進制程市場趁勢崛起。


圖2 KLA-Tencor行銷長Brian Trafas指出，KLA-Tencor擁有完整的光學與電子束檢測設備陣容，將持續(xù)站穩(wěn)先進制程晶圓缺陷檢測市場。
KLA-Tencor行銷長Brian Trafas(圖2)表示，晶圓檢測解析度愈細致，勢將影響掃描時間，然而，科磊運用獨家NanoPoint技術，已將旗下最新光學檢測設備的解析度拉升至10奈米以下水準，卻不影響檢測速度，將有助晶圓廠加速克服20奈米，甚至是16/14奈米量產制程的良率問題，同時減輕制作成本。

NanoPoint可將光學檢測系統(tǒng)的資源集中于電路設計工程師鎖定的關鍵圖案，因而能在數小時內確認相關設計是否出現(xiàn)缺失，使修改的時間從數月縮短至數日之內，爭取產品開發(fā)時程與成本節(jié)省的效益。此外，在量產階段NanoPoint亦能追蹤關鍵圖案內的缺陷狀況，使制程監(jiān)控的靈敏度和速度臻至新境界。

然而，KLA-Tencor也意識到光學檢測方案確有解析度規(guī)格提升的瓶頸，遂同步展開新型電子束檢測系統(tǒng)布局，但考量晶圓廠對量產成本及產出速度的重視，因而率先采取光學與電子束整合型檢測平臺的設計，以兼具晶圓檢測解析度與吞吐量。該套整合型方案可快速偵測并成像位于3D(如FinFET)或高深寬比結構底部的獨特缺陷，提高20奈米以下制程的晶圓缺陷擷取率與精準度，協(xié)助晶圓廠部署更具經濟效益的先進制程服務。

Trafas強調，由于電子束檢測技術的成熟度與傳統(tǒng)光學方案還有一段差距，無法滿足晶圓廠的量產制程需求，也因此，即便電晶體密度和線寬急遽微縮，仍僅有極微小的晶圓缺陷和復雜的圖案才須動用電子束技術；晶圓廠為使先進制程達到足夠產能并確保良率，勢將以高速光學檢測方案為主，再搭配電子束方案做為補強工具，全面換裝電子束設備的機率微乎其微。

晶圓檢測益發(fā)復雜半導體設備支出勁揚 [!--empirenews.page--]

無庸置疑，先進制程已牽動晶圓檢測方案翻新，業(yè)界在解析度與吞吐量的權衡之下，未來在1x奈米制程中極可能同步導入光學和電子束檢測技術，帶動新一波半導體設備商機。

工研院IEK系統(tǒng)IC與制程研究部研究員蕭凱木表示，在進入16/14奈米FinFET后，電晶體線寬縮小且形成三面立體結構，使得傳統(tǒng)光學檢測掃描失敗率大增，須搭配解析度更高的電子束檢測機臺，才能補強晶圓缺陷檢測流程，避免影響最終晶圓產出品質與可靠度。如臺灣漢微科，即挾獨特的高速跳躍式電子束檢測技術，在眾多美日設備大廠環(huán)伺的市場中異軍突起，并持續(xù)研發(fā)解析度達2奈米以下的晶圓檢測方案，搶攻FinFET商機。

不過，蕭凱木也強調，現(xiàn)階段電子束檢測吞吐量遠不及傳統(tǒng)光學方案，而晶圓停留在Fab的時間愈長，晶圓制造成本就愈高；在一次可經由多支電子槍同步掃描的多重光束電子束技術尚未成熟之際，晶圓廠勢將采用雙管齊下的策略，以掃描速度較快的光學檢測設備為主，再搭配少量電子束機臺專攻晶圓關鍵層(Critical Layer)檢測，從而兼顧量產經濟效益與產品品質，因此可預見未來幾年半導體供應鏈設備資本支出將持續(xù)翻升。