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隨著摩爾定律(Moore's Law)持續進展至未來的半導體技術節點——11nm和7nm，業界需要更先進的測量工具——一種更精密的比例尺——，至少必須比目前測量的半導體更精密10倍以上，才能取得成功，從而推動摩爾定律持續進展。 

目前最精密的測量工具可達到4nm精密度，是由美國加州的aBeam Technologies Inc.聯手勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Lab；LBNL)共同開發的，他們結合採用了電子束微影、原子層沈積以及奈米壓印技術。針對新標準持續擴展摩爾定律至7nm，美國能源部阿崗國家實驗室(Argonne National Laboratory；ANL)最近攜手aBeam與LBNL，共同開發了至今最精密的測量工具——線距可縮小至1.5nm。

1.5nm隨機測試圖案(左)以及掃描電子顯微鏡(SEM)影像(右)
（來源：aBeam Technologies）

「在這項設計中所使用的技術來自於半導體產業；不過，目前還不到討論細節的時機。然而，這並不是一個典型的 CMOS 製造流程。由於我們需要材料的對比度來表徵與調整奈米級測量設備，因此我們採用了矽晶與矽化鎢。不過，該技術本身並不受到材料選擇的限制，各種廣泛的材料都可使用，」aBeam Technologies總裁Sergey Babin表示。 

1.5nm隨機測試圖案的透射電子顯微鏡(TEM)影像圖(左)以及雙特寫(右)
（來源：aBeam Technologies） 

利用新材料作為測試圖案，使其得以校準與測試測量儀器，以便用於製造先進的半導體。這些測試圖案包括具有精確線寬的數千條隨機線路，並可用於測量任何有關的線路線寬。

aBeam Technologies、LBNL與ANL的研究人員們並開發出一種能以低至1.5nm線寬製造測試圖案的技術。儘管所製造出的奈米結構似乎是隨機的，但可讓奈米級測量儀器整個動態範圍內實現調變轉換函數，表徵最完整的晶片特性。

「對於半導體產業來說，測量工具至關重要，因為它為製造過程提供反饋，」Babin指出，「調變轉換函數被廣泛應用於光學中，也使光學系統突破繞射極限。在奈米測量學領域中，常見的問題是一直缺少具有已知空間頻率的自然樣本，而我們的技術則彌補了這一鴻溝。利用製造出具有奈米級線寬的虛擬隨機測試圖案，奈米級測量系統能夠更準確的進行特性表徵。」 

測試圖案本身交錯使用矽和矽化鎢線路，以便能最大限度地提高對比度，從而提供給測量系統使用。典型的樣本尺寸約為6x6微米，每個樣本上都有數千行線路。

「我們的下一步是要將所製造的測試圖案應用在各種測量系統上，如掃描顯微鏡、原子力顯微鏡、軟X射線顯微鏡，以及開發出自動化的完整解決方案以表徵與調整系統」，Babin表示。

編譯：Susan Hong 

(參考原文：1.5 nm Metrology Extends Moore's Law，by R. Colin Johnson)

資料來源:電子工程專輯