半導體制造設備系列(9)-過程控制檢測設備

電子系統(tǒng)故障檢測存在“十倍法則”，即如果一個芯片中的故障沒有在芯片測試時發(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別的十倍。因此，檢測設備在半導體產業(yè)中扮演著十分重要的角色，從設計驗證到最終測試都不可或缺，貫穿整個半導體制造過程。

表1：檢測、量測在半導體前道制程中的應用

半導體檢測的分類及應用：

半導體檢測包括設計驗證測試、工藝控制檢測、晶圓測試（CP，Circuit Probe）和成品測試（FT，F(xiàn)inal Test）。從涉及的設備類型來看，工藝工程控制測試可分為一類，設計驗證測試、CP測試以及FT測試可以歸為一類。

工藝控制檢測應用于晶圓的加工環(huán)節(jié)，所以也稱為是前道測試，主要內容包括形狀、膜厚、線寬、缺陷檢測、電阻率、離子注入濃度等，測試類型主要為光學測試，目標客戶為芯片制造企業(yè)及代工廠。

設計驗證測試、CP及FT測試所使用的設備類型基本一致，包括測試機、分選機以及探針臺，主要測試內容則包括DC/AC參數(shù)測試、功能測試，基本為電學性能測試，應用環(huán)節(jié)包括芯片前期的設計驗證環(huán)節(jié)、晶圓加工完成后環(huán)節(jié)、芯片封裝前后。設備的下游目標客戶主要為芯片設計企業(yè)以及封測企業(yè)。

圖1：檢測在集成電路全過程中的應用

根據(jù)測試目的，過程控制檢測可以細分為量測和檢測。量測主要是對芯片的薄膜厚度、關鍵尺寸、套準精度等制成尺寸和膜應力、摻雜濃度等材料性質進行測量，以確保其符合參數(shù)設計要求；而檢測主要用于識別并定位產品表面存在的雜質顆粒沾污、機械劃傷、晶圓圖案缺陷等問題。

檢測和量測對于提高芯片制造的良率以及經(jīng)濟效益至關重要。晶圓不合格的原因來源于制造過程中發(fā)生的技術誤差或者外部環(huán)境污染， 幾乎每個工藝環(huán)節(jié)如氧化、光刻、刻蝕、離子注入等都有可能成為導火索。因此必須在各工藝步驟之間穿插進行測量、檢查，以便及時定位出問題的工藝環(huán)節(jié)，并發(fā)現(xiàn)和解決生產過程中出現(xiàn)的問題，可以有效避免重大經(jīng)濟損失。

圖2：缺陷檢測&尺寸量測

市場規(guī)模及競爭格局：

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

圖3：全球過程控制檢測市場（百萬美元）

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