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良率控制為芯片制造關鍵,檢測+量測環節貫穿前道制程和先進封裝全過程

發布時間:2024-01-03  來源:立鼎產業研究網  點擊量: 243 

集成電路制造可劃分為晶圓制造和封裝測試環節,半導體測試可分為前道測試、中道測試和后道測試。半導體測試環節貫穿集成電路生產全過程,同樣被劃分為前道檢測、中道檢測和后道測試。其中,前道檢測主要是針對光刻、刻蝕、薄膜沉積、清洗、CMP 等每個工藝環節的質量控制的檢測;中道檢測主要面向先進封裝環節的重布線結構、凸點與硅通孔等環節進行質量控制;后道測試主要是利用電學對芯片進行功能和電參數測試,主要包括晶圓測試(CP 測試)和成品測試(FT 測試)兩個環節。

半導體測試覆蓋半導體制造全過程


資料來源:華測測控招股說明書

前道制程和先進封裝的質量控制可劃分為檢測(Inspection)和量測(Metrology)環節。檢測指在晶圓表面上或電路結構中,檢測其是否出現異質情況,如顆粒污染、表面劃傷、開短路等對芯片工藝性能具有不良影響的特征性結構缺陷;量測指對被觀測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出的量化描述,如薄膜厚度、關鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數的量測。根據檢測類型的不同,半導體質量控制設備可分為檢測設備和量測設備。

半導體檢測和量測技術介紹


資料來源:中科飛測招股說明書

先進半導體制程每道工序良率需超過99.99%才能保證整體良率達到95%。根據Yole數據(轉引自《中國集成電路檢測和測試產業技術創新路線圖》(集成電路測試儀器與裝備產業技術創新聯盟)),工藝節點每縮減一代,工藝中產生的致命缺陷數量會增加50%,每一道工序的良率都要保持在非常高的水平才能保證最終的良品率。根據中科飛測公告,28nm 工藝節點的工藝步驟有數百道工序,由于采用多層套刻技術,14nm 及以下節點工藝步驟增加至近千道工序。當工序超過500道時,只有保證每一道工序的良品率都超過99.99%,最終的良品率方可超過95%;當單道工序的良品率下降至99.98%時,最終的總良品率會下降至約90%。因此,制造過程中對工藝窗口的挑戰要求幾乎“零缺陷”。

工藝節點和致命缺陷數量對應關系


資料來源:Yole

14nm以下節點工藝步驟數量增長較快


資料來源:KLA-Tencor

檢測+量測環節貫穿前道制程和先進封裝全過程,光刻和刻蝕等工藝均需至少7 種類型檢測+量測設備。檢測+量測設備主要應用于前道制程和先進封裝,基本覆蓋了各子環節,是保證芯片生產良率的關鍵要素之一。根據VLSI Research 數據,檢測設備銷售額占比較高,約為62.6%,其中納米圖形晶圓缺陷檢測設備為銷售額占比最高的設備,2020 年銷售額為18.9 億美元;量測設備中關鍵尺寸量測設備銷售額占比最高,2020 年銷售額為7.8億美元。在前道以及先進封裝的具體工藝當中,光刻、刻蝕以及CMP 對于檢測和量測設備需求較高,均需至少7 種不同類型的檢測+量測設備。

半導體檢測和量測設備的主要類型及其在不同工序中的分布情況


資料來源:VLSI Research


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