杀手锏|点燃5nm制程之战光刻机巨头推出光检测杀手锏，产能有望提升六倍( 二 ) 台积电|英特尔

2019年2月，台积电就在一次报告中称最近生产的晶圆「来自化学材料供应商的一批光阻剂含有一种特殊成分，经不正常处理后，在光阻剂中生成一种外来聚合物。这种外来聚合物对Fab 14B的12/16纳米晶圆片产生了不良影响。」成千上万的晶圆在此次事故中报废，台积电当季营收减少约5.5亿美元。
所以，前道量检测设备的需求也比较大，占晶圆厂前道制造设备11.5%的投资比例，2020年市场规模约58亿美元。
在晶圆制造过程中，前道量检测和光刻技术相辅相成，前者测量硅晶片上的成像性能，并将数据实时实时反馈到光刻系统中，有助于在大批量芯片制造中保持稳定的光刻性能。二者结合就是一个完整的光刻解决方案。
前道量检测的一种方法是光检测，收集从晶圆处反射回的光确定缺陷，和光刻机技术相似。阿斯麦有三款Yield Star系列光检测设备，作为光刻整体解决方案的一部分。

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YieldStar 375F
2016年，阿斯麦以31亿美元收购了Hermes Microvision Inc. (简称HMI，汉科微)，后者成立于1988年，目前目前已经成为世界各大晶圆代工厂与晶圆记忆体厂最大的电子束检测设备供应商，主要客户是台积电和英特尔，拥有三款HMI eScan系列电子束检测设备。
但是在整个前道量检测市场，光刻机巨头阿斯麦并没能在前排留坐，市占率仅为8.6%左右。这片市场一大半都长期被美国企业科磊（KLA-Tencor）垄断。
二
首台多光束检测机，产能提升600%
市场份额如此之低，阿斯麦显然不甘心如此为人后，一直在潜心研发多光束检测设备。
什么是多光束检测？这要从前道量检测的基本方法说起，它一般分为光学量测和电子束量测。
光学量测通过向晶圆发射光源，通过光的反射、收集从缺陷处反射回来的光进行衍射光谱间接测量，类似于雷达成像原理。
光检测分为明场和暗场，明场在更大角度测量光线，暗场可测量以较小角度反射的光。从缺陷处反射回来的光在白色背景下会显得较暗，借助此特征可定位缺陷区域，然后借助一定手段将缺陷区域数字化。
目前光学检测设备多使用193nm光源。其优点在于成像快，分辨率高，一小时可以检测1到2个晶片。缺点是无法直接成像，需要借助其他工具，检测精度也有限，根据ASML和其他公司的数据，明场在SRAM中的灵敏度低于5nm，而暗场低于15nm。
电子束量测利用电子的特性，来自电子束的电子撞击并穿透样品表面，然后电子散射并反弹回工具中的检测器。

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电子束量测示意图
电子束检查工具可以检测两种类型的信号-背向散射电子（BSE）和二次电子。BSE是源自结构深处的电子。二次电子来自表面。通过信号检测电子束可以在晶圆掩膜上「写」出缺陷处图案。
优点是可以直接呈现缺陷的具体形貌，且检测精度非常高，可以发现低于1nm的结构缺陷。一个缺点是电子束成像量测操作时需要切割晶圆，具有破坏性。
电子束检测最大的问题是吞吐量太慢，比光学检查时间慢1000倍。对于7nm及以上制程的复杂掩膜，写入时间甚至超过了30小时。
目前前道量检测常用的办法是光学检测和电子束检测相结合，先用光束快速确定缺陷区域，再用电子束对缺陷区域精确成像。提高检测效率并降低对晶圆的破坏性。
这种方法存在的问题是，受限于光束的精度缺陷，光量测无法定位高制程的晶圆缺陷，电子束又太慢，7nm及更高制程的晶圆缺陷都很难定位到。