LAM和電子束光刻

轉(zhuǎn)眼到了2021年，改了改作為新年開篇?jiǎng)?lì)志:-)
一、

我們在《光刻機(jī)之戰(zhàn)》中討論跨越193nm時(shí)，曾提到尼康和IBM押寶EBDW(E-beam Direct Write，電子束直寫；或叫EPL，電子束投射)。
100KeV電子束的波長只有0.004nm，分辨率對比EUV優(yōu)勢太大了。而且電子束可以穿過光學(xué)透鏡，不像EUV那樣會(huì)被吸收。
然而，因?yàn)殡娮又g的庫倫效應(yīng)會(huì)引起電子束偏移，而且會(huì)有下圖這種散射霧化效應(yīng)，電子束光刻難以做到簡單加大電流來提高效率。

尼康的第一代EPL生產(chǎn)60nm晶圓才7-10wph。根據(jù)Tennant的5次方定律，生產(chǎn)15nm的效率將降低到只有0.1%，一天出一片晶圓就不錯(cuò)了。
EUV雖然也功率寶貴，但一次掃描一片光場，比電子束一個(gè)像素一個(gè)像素寫的效率還是高太多了。

電子束因?yàn)榈托е贿m用于Mask等小批量產(chǎn)品上，以及晶圓的檢測和修復(fù)之類的應(yīng)用。
多電子束(Multi-Beam，千百支電子槍形成陣列)似乎理論上效率高，但技術(shù)難度也大大增加了，而且像素越小整塊晶圓就需要越多的電子束，成本變成無底洞。

不過，多電子束的一些優(yōu)點(diǎn)說服了Dr. David K. Lam(林杰屏)，傳奇的泛林集團(tuán)(Lam Research)的唯一創(chuàng)始人。


二、
Lam Research曾被翻譯成拉姆研究，這就像Toyota被翻譯成“拖油塔”一樣好玩。Lam是“林”姓的廣東拼音，這種翻譯遍及東南亞。

林先生出生在中國，70年代曾在德州儀器和惠普工作。當(dāng)年大廠都自己做半導(dǎo)體設(shè)備，所以林先生敏銳捕捉到了當(dāng)時(shí)自研蝕刻設(shè)備的瓶頸。

因?yàn)闈穹ㄎg刻難以繼續(xù)降低精度，林先生創(chuàng)建了用自己名字命名的泛林公司，主攻等離子蝕刻。

林先生曾深入一線，所以思路非常接地氣。他設(shè)計(jì)的設(shè)備核心出發(fā)點(diǎn)就是適合量產(chǎn)，充分考慮到產(chǎn)線可能碰到的污染和效率等核心問題。
林非常有前瞻性地把數(shù)字技術(shù)用于設(shè)備控制，以避免操作員的失誤。他也是第一個(gè)把內(nèi)嵌Modem的遠(yuǎn)程診斷加進(jìn)設(shè)備的人。

結(jié)果，林先生只靠一款離子蝕刻機(jī)就打了天下，隨即公司上市。那也是在神奇的1984年，他成為第一位創(chuàng)建納斯達(dá)克上市公司的亞裔移民。
林先生說這款設(shè)備比當(dāng)時(shí)市面上的競爭對手貴了好幾倍，但他認(rèn)為好產(chǎn)品應(yīng)該按給客戶帶來的價(jià)值定價(jià)，而不是成本定價(jià)。這種理念和ASML、AMAT異曲同工。

自此，泛林蝕刻近三十年一直笑傲江湖，而東京電子也是通過代理及與泛林合資后來成為蝕刻雙雄之一。

三、
林先生在泛林上市后逐步淡出公司，追尋更多的挑戰(zhàn)。

也許有人覺得，林先生如果一直呆在泛林到今天，百億美金營業(yè)額的光環(huán)加上百億身家豈不是更靚麗。
然而人生的追求又何止日復(fù)一日的重復(fù)。

林先生后來參與的公司包括兩家IPO(ITex和Caliper)，被蔡司收購的XRadia，被Synopsis收購的FabCentric，被Dell收購的Link，被ASMI收購的NuTool，被Veeco收購的SSEC等等。
林先生最近十年的奮斗就是做多電子束的Multibeam公司。

電子束光刻的突出優(yōu)點(diǎn)是不需要昂貴的Mask。
但最讓人絕望的是，基本上所有在電子束努力過的巨頭，都在晶圓大批量生產(chǎn)(HVM)上放棄了。

林先生也一樣很不順利。
四、

早期業(yè)界認(rèn)為多電子束可以成為DUV光刻的補(bǔ)充，比如打孔和切割什么的。這種思路的贊同者甚至曾包括浸入光刻大佬林本堅(jiān)。
然而，隨著蝕刻黑科技的飛速發(fā)展，使得FinFET和NAND等3D技術(shù)成熟度超乎想象的高，多電子束作為DUV補(bǔ)充的需求幾乎不再存在。

從某種意義上說，林先生創(chuàng)建的泛林在這十年打敗了自己的HVM電子束夢想。

林先生倒不那么容易承認(rèn)失敗，他找到了電子束的一個(gè)Niche應(yīng)用：用自己的機(jī)器在光刻后給每顆芯片再刻一個(gè)的Unique ID。

傳統(tǒng)光刻無法給每個(gè)芯片打不同的ID或者密鑰，因?yàn)镸ask是一樣的。

這個(gè)ID有什么用呢？芯片級唯一的ID和不可訪問的私鑰是關(guān)鍵應(yīng)用的最底層信用源，這超出了PCB級的TPM。

美國國防部購買了此技術(shù)，理論上為黑客遙控軍方無人機(jī)和導(dǎo)彈設(shè)置了最高障礙。
林先生認(rèn)為核電站和****等也應(yīng)該采用帶光刻密鑰的主芯片，但說實(shí)話實(shí)用性似乎仍舊有限，因?yàn)橄到y(tǒng)漏洞的短板通常在人身上。
五、

EUV苦戰(zhàn)20多年，最終和智能手機(jī)廠商產(chǎn)生的驚天需求勝利會(huì)師。
到了明年，ASML的High NA設(shè)備EXE:5000將點(diǎn)亮奔向1nm的道路。按摩爾第二定律，這臺(tái)最新光刻機(jī)單價(jià)將是2.5億美元。
多電子束也是EUV Mask制作的重要革新，然而再往后的埃米時(shí)代呢？
從IBM開始研究到現(xiàn)在50年仍不放棄的電子束，也許能成為新技術(shù)的小基石。
林先生本科學(xué)習(xí)的是工程物理，但到讀研的時(shí)候，核能已經(jīng)不吃香了。他艱難轉(zhuǎn)系到化工，離子成為連接兩段知識的橋梁，也帶給他第一個(gè)偉大成就：
掛著“林”這個(gè)名字的機(jī)器造出的芯片躺在我們每個(gè)人的手機(jī)里。
今天，年近8旬的林先生仍然走在半導(dǎo)體業(yè)一條看不到盡頭的艱難路上。這給了此文一點(diǎn)勇氣踩一踩“成功”的那個(gè)庸俗定義，來致敬Dr. Lam。