检测(Inspection) :指对晶圆表面或电路的特征性结构缺陷进行检测,防止影响芯片成品的工艺性能,比如颗粒污染、表面划伤、开短路等;
(资料图)
量测(Metrology):指对晶圆电路的结构尺寸和材料特性做出量化描述,如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等;
测试(Test):指对已制造完成的半导体元件进行性能确认,是一种电性、功能性的检测。[2]
前道检测:又称为过程工艺检测,面向晶圆制造,检查光刻、刻蚀、薄膜沉积、清洗、CMP等晶圆制造环节后产品加工参数是否达到设计要求或存在影响良率缺陷,偏向物理性检测;
中道检测:一种新兴概念,面向先进封装,以光学等非接触式手段针对重布线结构、凸点与硅通孔等晶圆制造环节的质量控制;
后道测试:面向晶圆检测(CP,Circuit Probing,又称中测)和成品测试(FT,Final Test,又称终测),检查芯片性能是否符合要求,偏向电性能检测。[4]
量测设备:用于测量透明/不透明薄膜厚度、膜应力、掺杂浓度、关键尺寸、光刻套准精度等指标,对应设备分为椭偏仪、四探针、原子力显微镜、CD-SEM、OCD-SEM、薄膜量测等;
检测设备:用于检测晶圆表面缺陷(包括异物缺陷、气泡缺陷、颗粒缺陷等),分为明/暗场光学图形图片缺陷检测设备、无图形表面检测设备、宏观缺陷检测设备等。[2]
量测设备:薄膜测量已从简单的单层厚度测量发展到多层厚度和折射率测量,同时薄膜质量和化学计量已变得和薄膜厚度控制一样重要,随着晶圆尺寸增加,行业对其经济效益、精度和系统对系统匹配上提出更多要求,未来趋势是监测加工腔内加工参数,而不是薄膜特性,此外,因分辨率高、速度低、点扫描等特性,而只能活跃在研究领域的电子显微镜,也已开始在特定缺陷检查中应用,如测量光刻胶中线空间阵列的临界尺寸;[9]
检测设备:从300mm晶圆,再到越来越逼近极限的制程节点,对检测系统灵敏度、吞吐量、可重复性和自动化等指标要求早已不同往日,伴随临界尺寸逐渐缩小,灵敏度要求只会越来越高,与之相对的是,高灵敏度检测成本极高,这是行业不得不面对的现实[10]。未来,新器件结构(GAAFET)、新材料(石墨烯、碳纳米管、二硫化钼等)、新芯片形态(神经拟态计算)等都会为检测设备带来更多难题,而机器学习、深度学习、亚波长成像技术是潜在的颠覆性技术。[11]
业界较为统一的观点是,国产半导体设备自给率低主因在于系统、终端、制造和封测厂商习惯性采购国外大厂产品, 造成本土设备难以自证自身实际生产制造能力,这种情况下,产学研与产业链沟通是关键;[20]
现阶段产业链发展不平衡已成事实,摆在国产厂商面前的路并不只是追求最低的成本,也需要不断改善设备的稳定性、可靠性、一致性,为了扩大应用,应不断推动产业链上下游合作联动;[7]
我国半导体行业起步晚,缺乏高技能高创新人才,且人才黏度不足、人才结构不合理,现有人才水平难以支撑行业发展需求,国内制造业发展大环境正在逐渐改善,但仍需进一步优化人力资源结构;[19]
芯片的制程工艺依然遵循着摩尔定律所规划的路线向前发展,可以说,晶体管密度越大,对相关检测、量测、测试设备的灵敏度、速度等参数要求就越高,谁能更快且非破坏性地找出缺陷所在,谁就能够得到市场青睐,而这种技术的变化也会是国产化的机遇,国产并非没有机会,此时,国内厂商应发挥出自身高性价比和优质服务的优势,持续降本增效;
中道检测是伴随先进封装所提出,其中也包括了行业大热的Chiplet(芯粒),当芯片越来逼近1nm极限,行业正藉由优化其它工艺提升芯片整体性能,这些全新工艺也对检测、测试设备提出新要求,国内应该抓住这样的发展机会。[7]
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