半導(dǎo)體制造設(shè)備系列(9)-過(guò)程控制檢測(cè)設(shè)備

電子系統(tǒng)故障檢測(cè)存在“十倍法則”，即如果一個(gè)芯片中的故障沒(méi)有在芯片測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，則在電路板（PCB）環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)故障的成本為芯片級(jí)別的十倍。因此，檢測(cè)設(shè)備在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中扮演著十分重要的角色，從設(shè)計(jì)驗(yàn)證到最終測(cè)試都不可或缺，貫穿整個(gè)半導(dǎo)體制造過(guò)程。

表1：檢測(cè)、量測(cè)在半導(dǎo)體前道制程中的應(yīng)用

半導(dǎo)體檢測(cè)的分類(lèi)及應(yīng)用：

半導(dǎo)體檢測(cè)包括設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試、工藝控制檢測(cè)、晶圓測(cè)試（CP，Circuit Probe）和成品測(cè)試（FT，F(xiàn)inal Test）。從涉及的設(shè)備類(lèi)型來(lái)看，工藝工程控制測(cè)試可分為一類(lèi)，設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試、CP測(cè)試以及FT測(cè)試可以歸為一類(lèi)。

工藝控制檢測(cè)應(yīng)用于晶圓的加工環(huán)節(jié)，所以也稱(chēng)為是前道測(cè)試，主要內(nèi)容包括形狀、膜厚、線(xiàn)寬、缺陷檢測(cè)、電阻率、離子注入濃度等，測(cè)試類(lèi)型主要為光學(xué)測(cè)試，目標(biāo)客戶(hù)為芯片制造企業(yè)及代工廠。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試、CP及FT測(cè)試所使用的設(shè)備類(lèi)型基本一致，包括測(cè)試機(jī)、分選機(jī)以及探針臺(tái)，主要測(cè)試內(nèi)容則包括DC/AC參數(shù)測(cè)試、功能測(cè)試，基本為電學(xué)性能測(cè)試，應(yīng)用環(huán)節(jié)包括芯片前期的設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)節(jié)、晶圓加工完成后環(huán)節(jié)、芯片封裝前后。設(shè)備的下游目標(biāo)客戶(hù)主要為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)以及封測(cè)企業(yè)。

圖1：檢測(cè)在集成電路全過(guò)程中的應(yīng)用

根據(jù)測(cè)試目的，過(guò)程控制檢測(cè)可以細(xì)分為量測(cè)和檢測(cè)。量測(cè)主要是對(duì)芯片的薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、套準(zhǔn)精度等制成尺寸和膜應(yīng)力、摻雜濃度等材料性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，以確保其符合參數(shù)設(shè)計(jì)要求；而檢測(cè)主要用于識(shí)別并定位產(chǎn)品表面存在的雜質(zhì)顆粒沾污、機(jī)械劃傷、晶圓圖案缺陷等問(wèn)題。

檢測(cè)和量測(cè)對(duì)于提高芯片制造的良率以及經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。晶圓不合格的原因來(lái)源于制造過(guò)程中發(fā)生的技術(shù)誤差或者外部環(huán)境污染， 幾乎每個(gè)工藝環(huán)節(jié)如氧化、光刻、刻蝕、離子注入等都有可能成為導(dǎo)火索。因此必須在各工藝步驟之間穿插進(jìn)行測(cè)量、檢查，以便及時(shí)定位出問(wèn)題的工藝環(huán)節(jié)，并發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，可以有效避免重大經(jīng)濟(jì)損失。

圖2：缺陷檢測(cè)&尺寸量測(cè)

市場(chǎng)規(guī)模及競(jìng)爭(zhēng)格局：

2020 年全球過(guò)程控制設(shè)備市場(chǎng)空間約 73 億美元，其中光刻相關(guān)（套刻誤差量測(cè)、掩膜板測(cè)量及檢測(cè)等）相關(guān)需求約20億美元、缺陷檢測(cè)需求約39億美元、膜厚測(cè)量需求約11 億美元。過(guò)程控制市場(chǎng)中在全球市場(chǎng)比例基本維持在11~13%之間，相對(duì)穩(wěn)定，隨著制程微縮、3D堆疊推進(jìn)，晶圓制造對(duì)于量測(cè)、檢測(cè)需求不斷增加，精度要求也不斷提高，過(guò)程控制設(shè)備持續(xù)有升級(jí)需求。

圖3：全球過(guò)程控制檢測(cè)市場(chǎng)（百萬(wàn)美元）

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