半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備的市場(chǎng)概況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 中科飛測(cè) 2023-10-23
半導(dǎo)體設(shè)備分類(lèi)由半導(dǎo)體制造工藝衍生而來(lái),從工藝角度看,主要可以分為:光刻、刻蝕、薄膜沉積、質(zhì)量控制、清洗、CMP、離子注入、氧化等環(huán)節(jié)。
傳統(tǒng)的集成電路工藝主要分為前道和后道,隨著集成電路行業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步,后道封裝技術(shù)向晶圓級(jí)封裝發(fā)展,從而衍生出先進(jìn)封裝工藝。
先進(jìn)封裝工藝指在未切割的晶圓表面通過(guò)制程工藝以實(shí)現(xiàn)高密度的引腳接觸,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝以及2.5/3D等集成度更高、尺度更小的器件的生產(chǎn)制造。鑒于此,集成電路工藝進(jìn)一步細(xì)分為前道制程、中道先進(jìn)封裝和后道封裝測(cè)試。
貫穿于集成電路領(lǐng)域生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)進(jìn)一步可分為前道檢測(cè)、中道檢測(cè)和后道測(cè)試,半導(dǎo)體質(zhì)量控制通常也廣義地表達(dá)為檢測(cè)。
其中,前道檢測(cè)主要是針對(duì)光刻、刻蝕、薄膜沉積、清洗、CMP等每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制的檢測(cè);中道檢測(cè)面向先進(jìn)封裝環(huán)節(jié),主要為針對(duì)重布線(xiàn)結(jié)構(gòu)、凸點(diǎn)與硅通孔等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制;后道測(cè)試主要是利用電學(xué)對(duì)芯片進(jìn)行功能和電參數(shù)測(cè)試,主要包括晶圓測(cè)試和成品測(cè)試兩個(gè)環(huán)節(jié)。
應(yīng)用于前道制程和先進(jìn)封裝的質(zhì)量控制根據(jù)工藝可細(xì)分為檢測(cè)(Inspection)和量測(cè)(Metrology)兩大環(huán)節(jié)。
檢測(cè)指在晶圓表面上或電路結(jié)構(gòu)中,檢測(cè)其是否出現(xiàn)異質(zhì)情況,如顆粒污染、表面劃傷、開(kāi)短路等對(duì)芯片工藝性能具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷;量測(cè)指對(duì)被觀測(cè)的晶圓電路上的結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性做出的量化描述,如薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數(shù)的量測(cè)。
根據(jù)檢測(cè)類(lèi)型的不同,半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備可分為檢測(cè)設(shè)備和量測(cè)設(shè)備。隨著技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展,集成電路前道制程的步驟越來(lái)越多,工藝也更加復(fù)雜。28nm工藝節(jié)點(diǎn)的工藝步驟有數(shù)百道工序,由于采用多層套刻技術(shù),14nm及以下節(jié)點(diǎn)工藝步驟增加至近千道工序。
根據(jù)YOLE的統(tǒng)計(jì),工藝節(jié)點(diǎn)每縮減一代,工藝中產(chǎn)生的致命缺陷數(shù)量會(huì)增加50%,因此每一道工序的良品率都要保持在非常高的水平才能保證最終的良品率。當(dāng)工序超過(guò)500道時(shí),只有保證每一道工序的良品率都超過(guò)99.99%,最終的良品率方可超過(guò)95%;當(dāng)單道工序的良品率下降至99.98%時(shí),最終的總良品率會(huì)下降至約90%,因此,制造過(guò)程中對(duì)工藝窗口的挑戰(zhàn)要求幾乎“零缺陷”。
檢測(cè)和量測(cè)環(huán)節(jié)貫穿制造全過(guò)程,是保證芯片生產(chǎn)良品率非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。隨著制程越來(lái)越先進(jìn)、工藝環(huán)節(jié)不斷增加,行業(yè)發(fā)展對(duì)工藝控制水平提出了更高的要求,制造過(guò)程中檢測(cè)設(shè)備與量測(cè)設(shè)備的需求量將倍增。
從技術(shù)原理上看,檢測(cè)和量測(cè)包括光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、電子束檢測(cè)技術(shù)和X光量測(cè)技術(shù)等。目前,在所有半導(dǎo)體檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備中,應(yīng)用光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備占多數(shù),光學(xué)檢測(cè)技術(shù)基于光學(xué)原理,通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析以獲得檢測(cè)結(jié)果,光學(xué)檢測(cè)技術(shù)對(duì)晶圓的非接觸檢測(cè)模式使其具有對(duì)晶圓本身的破壞性極小的優(yōu)勢(shì);通過(guò)對(duì)晶圓進(jìn)行批量、快速的檢測(cè),能夠滿(mǎn)足晶圓制造商對(duì)吞吐能力的要求。在生產(chǎn)過(guò)程中,晶圓表面雜質(zhì)顆粒、圖案缺陷等問(wèn)題的檢測(cè)和晶圓薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、套刻精度、表面形貌的測(cè)量均需用到光學(xué)檢測(cè)技術(shù)。
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