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想做出良率更高的芯片?这一点绝不能轻视!

2018-12-01
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一般集成电路产业的人,应该都知道,芯片从设计到量产,再到交付到客户手上的过程中,必然会经过很多道测试步骤。但你听说过制程控制(Process Control)吗?


按照科天(KLA-Tencor)公司资深副总裁暨首席营销官Oreste Donzella介绍,所谓制程控制,简单来说就是检测与量测这两大技术。我们知道,晶圆代工厂制造芯片会经过上千道流程,如何保证芯片在生产过程中碰到的问题,及时被发现,协助生产者矫正,这就是制程控制的主要用途。


科天(KLA-Tencor)公司资深副总裁暨首席营销官Oreste Donzella(右二)科天中国区总裁张智安(左二)


“在过往,半导体制造产业是没有制程控制的,一般的半导体厂商会通过雇佣一批工程师,用显微镜看缺陷。但经过了近二十多年的发展,制程控制技术已经成为晶圆制造厂不可或缺的重要组成部分,而这个市场也成长到五十亿美元,”Oreste Donzella告诉记者。“而科天正是这个领域的专家,”他补充说。


制程控制市场的成长


在Oreste Donzella看来,制程控制中主要关注三个方面,分别是检测、量测和数据分析。只有这三点紧密结合到一起,才能把制程控制做得更好、更完善。科天要做的工作就是帮助客户解决整个芯片制造流程中遇到的各种挑战,包括套刻是否对齐、对准和方向角度是否准确等问题。


借助于所谓的在线检测,也就是在每一个工艺步骤之后,为客户提供检测和量测的数据,反馈生产工艺问题。科天能在第一时间把缺陷找出来,并且在接下来的芯片生产中解决这些问题。公司也在集成电路的转变中,提供更多新的产品和技术,进一步帮助客户提高。


正是在这种工作态度的推动,经过42年发展的科天已经在全球拥有了6700多名员工,公司也有23400多台设备被部署在全球十八个国家和地区的工厂里,而公司在2017年创造的营收也高达38亿美元。从数据可以看出,科天是制程控制市场的绝对领导者。


“科天业务最核心部门当然是芯片制造业,但我们除了芯片制造方面,也对光罩制造,晶圆裸片(bare wafer)制造,半导体业材料,及下游封装测试方面提供支持,这些都是科天业务范围之内。” Oreste Donzella进一步指出。


面对技术变化做出的新调整


正如前面所说,市场是一直在变化的,如近年来,自动驾驶汽车,汽车电子这个行业,IoT,虚拟实景(VR)和5G倍受芯片公司青睐;AI也开始在各个领域大放异彩;摩尔定律变慢、对封装的重视和晶圆级封装的出现,也成为了半导体领域的热点。面对这些新趋势,科天正在行动。将AI引入制程控制,就是其中一个范例。


IC制造面临的Patterning挑战


因为机器学习的大跃进,让基于数据的AI拥有了更强大的能力,拥有庞大数据优势的科天也借着这股优势,为客户提供更高质量的服务。


首先在检测方面;


过去这个流程主要依靠数学演算法,但在现在新的数据产生之后,科天在当中应用了机器学习,改善了过去自动判断需要靠光学比对的方式,而是通过把对过去的大数据分析,标记哪些是缺陷,哪些不是缺陷,并将其输入到机器学习上,然后就可以告诉机器,让他们在不用对比的情况下,自动判断其是否是缺陷。


其次在量测方面;


以3D NAND为例,这个从平面存储器到垂直的转变,让我们很难去量测它的深度。整个3D的高度、形貌,过往是需要靠光学散射测量法(scatterometry)方式去对照原来数学的模型,去建立modeling,来判断预测。但现在有了机器学习,我们可以用过去的经验,直观快速地把整个3D的形貌计算和预测出来。相比以前,引入了机器学习可以做得更快更准。


而在面对现在制程节点越来越小、摩尔定律逐渐失效以及包括晶圆级封装等新兴封装技术渐成主流的现状,科天也给出了他们的应对之法。


在今年年中,针对硅晶圆和芯片制造领域先进技术节点的逻辑和内存元件带来的设备和工艺监控问题,科天发布了VoyagerTM 1015和Surfscan® SP7缺陷检测系统。据了解,VoyagerTM 1015系统提供了检测图案化晶圆的新功能,包括在光刻胶显影后并且晶圆尚可重新加工的情况下,立即在光刻系统中进行检查。而Surfscan® SP7系统为裸片晶圆、平滑和粗糙的薄膜提供了前所未有的缺陷检测灵敏度,这对于制造用于7nm节点逻辑和高级内存元件的硅衬底非常重要,同时也是在芯片制造中及早发现工艺问题的关键。这两款新的检测系统都旨在通过从根源上捕捉缺陷偏移,以加快创新电子元件的上市时间。


在面对集成电路新封装技术引起的难题时,科天推出了Kronos™ 1080和ICOS™ F160检测系统。据介绍,Kronos™ 1080系统为先进封装提供适合量产的、高灵敏度的晶圆检测,为工艺控制和材料处置提供关键的信息。ICOS™ F160系统在晶圆切割后对封装进行检查,根据关键缺陷的类型进行准确快速的芯片分类,其中包括对侧壁裂缝这一新缺陷类型(影响高端封装良率)的检测。这两款全新检测系统加入科天缺陷检测、量测和数据分析系统的产品系列,将进一步协助提高封装良率以及芯片分类精度。


在发布这些产品之前,科天其实一直都在为现在的这个形势做准备。据半导体行业观察了解,早在2008年,科天就收购了一家名为ICOS Vision Systems的比利时公司,后者的主要业务是设计和制造用于半导体封装和互连应用的检测设备。多年的投入,让科天除了能提供我们所熟悉的产品外,他们还能提供包括分检 (die sorting),晶圆级封装和量测方面的新产品。


中国市场带来的新挑战


和很多其他半导体设备公司一样,中国也成为了科天的重要“战场”。财报显示,2018年Q2,中国大陆的出货量占了 32%,这个数字和排名第一的韩国相差无几。最重要的一点,他们在中国大陆的业务发展迅猛,2017年在中国的订单是2016年的三倍。但科天中国区总裁张智安表示,在大陆高成长的同时,他们也迎来了更大的挑战。那就是中国的晶圆厂分散非常广,所带来的物流和基本建设等方面的挑战,但科天会加大投入,与产业链上下游一起,把这个生态建立起来;至于另一个挑战则是人才问题,这个问题在最近两年也变得越来越严峻,科天同样会在这方面加倍重视。


“中国的市场肯定还会增长,我们会根据中国半导体未来成长趋势,适当加快步伐,继续往前走”,张智安补充说。


文/半导体行业观察 李寿鹏


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1783期内容,欢迎关注。

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