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半导体设备系列:量测检测——国产化短板,替代潜力巨大.docx
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2023-09-30
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半导体设备系列:量测检测——国产化短板,替代潜力巨大.docx
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半导体设备系列:量测检测——国产化短板,替代潜力巨大
投资要点
过程控制:半导体晶圆制造过程中不同工艺之后,需要进行尺寸测量、缺陷检测等,用于工艺控制、良率管理,要求快速、准确。过程
控制设备主要包括测量类设备(Metrology)和缺陷(含颗粒)检查类设备(Inspection)。量测包括套刻对准的偏差测量、薄膜材料的厚
度测量、晶圆在光刻胶曝光显影后、刻蚀后和 CMP 工艺后的关键尺寸(CD)测量、其他如晶圆厚度,弯曲翘曲(Bow/Warp),1D/2D
应力 stress,晶圆形貌等。检测主要包括无图形缺陷检测、有图像缺陷检测、掩模版缺陷检测、缺陷复检。量测检测主要作用就是生产出
符合关键物理参数的芯片以及优化工艺,提升良率。
过程控制全球半导体设备总市场占比约 10.5%,持续有升级需求。2021 年全球过程控制设备市场空间约 104 亿美元,其中光刻相关(套
刻误差量测、掩膜板测量及检测等)相关需求约 28 亿美元、膜厚测量需求约 17 亿美元、缺陷检测需求约 58 亿美元。过程控制市场中在
全球半导体设备总市场(包括晶圆制造和封装测试设备)占比约 10.5%,相对稳定,随着制程微缩、3D 堆叠推进,晶圆制造对于量测、
检测需求不断增加,精度要求也不断提高,过程控制设备持续有升级需求。
全球过程控制市场主要由海外龙头 KLA 主导。过程控制市场特点在于设备品类多,分产品市场较为分散。目前全球过程控制主要赛道由
海外厂商主导并垄断,KLA 通过多年来外延内生,产品系列超过 14 大类,在多个细分领域具有明显优势,公司 2023 财年营收 104.96 亿
美金,同比增长 13.9%,综合毛利率 60%,在中国大陆量测检测市占率超过 50%,此外 AMAT、ASML、Nova、Hitachi 亦占据市场重要地
位,2021 年全球 CR5 85.8%。
精测电子全面布局膜厚及 OCD 检测、SEM 检测等技术方向。在膜厚方面,上海精测已经推出了膜厚检测设备、OCD 检测设备等多款半导
体测量设备。技术演进路径从膜厚检测的 EFILM 200UF 到 EFILM 300IM,再到 EFILM 300SS/DS,再到 OCD 测量的 EPROFILE 300FD,功能更
加丰富,精密度逐渐提高。在电子光学 SEM 检测方向,公司已于 2020 年底交付首台电子束检测设备、2021 年交付首台 OCD 设备。公司
核心产品已覆盖 2xnm 及以上制程,先进制程的膜厚产品、OCD 设备以及电子束缺陷复查设备已取得头部客户订单。截至 2023 年中报披
露日,精测电子半导体领域在手订单约 13.65 亿元。
中科飞测量测检测营收体量国内领先,产品线持续丰富。公司目前产品主要包括无图形晶圆缺陷检测设备系列、图形晶圆缺陷检测设备
系列、三维形貌量测设备系列。检测设备代表客户包括中芯国际、士兰集科、长电科技、华天科技等,量测设备主要客户有长江存储、
长电科技、华天科技、蓝思科技等。2022 年公司检测设备共销售 82 台,量测设备销售 56 台。
睿励科学成立于 2005 年,专注于半导体量测检测设备。睿励的主营产品为光学膜厚测量设备和光学缺陷检测设备。2021 年 4 月,睿
励首台自主研发 的高精度光学缺陷检测设备(WSD200)装箱出货。2021 年 6 月,公司自主研发的第三代光学膜厚测量设备 TFX4000i
交付设备。
风险提示:国产替代进展不及预期、全球贸易纷争影响、行业竞争加剧。
过程控制:量测、检测是半导体制造良率的重要保障
过程控制:半导体晶圆制造过程中不同工艺之后,往往需要进行尺寸测量、缺陷
检测等,用于工艺控制、良率管理,要求快速、准确。尺寸测量、缺陷检测等应
用于每道制程工艺之后。IC 量测设备用于工艺控制、良率管理,检测要求快速、
准确、非破坏。IC 量测在发展过程中,在尺寸微缩、复杂 3D、新型材料方面面临
各类技术难点,面对诸如存储、CIS、化合物半导体等不同半导体检测等多种需求
不断升级。IC 量测设备的技术类别包括探针显微镜、扫描/透射电镜、光学显微
镜、椭偏/散射仪等,技术发展方向包括延续现有的非破坏测量技术,电镜方面推
进并行电子束技术,散射仪向 EUV、X 射线延伸以缩小波长,并联合多种测量手
段和机器学习实现混合测量等。
过程控制设备包括应用于工艺过程中的测量类设备(Metrology)和缺陷(含颗粒) 检查类设备(Inspection)。芯片生产
过程中,在线工艺检测设备要对经过不同 工艺后的晶圆进行无损的定量测量和检查,从而保证工艺的关键物理参数(如薄 膜
厚度、线宽、沟/孔深度、侧壁角等)满足要求,同时发现可能出现的缺陷并对 其进行分类,剔除不合格的晶圆,避免后续工
艺浪费。工艺检测设备的另一个作 用是协助工艺开发和试生产时优化设备运行参数和光掩模的设计,优化整个工艺 流程,缩
短开发时间,提升成品率并实现量产。
半导体量测 Metrology 主要包括:
1)套刻对准的偏差测量;
2)薄膜材料的厚度测量;
3)晶圆在光刻胶曝光显影后、刻蚀后和 CMP 工艺后的关键尺寸(CD)测量;
4)其他:如晶圆厚度,弯曲翘曲(Bow/Warp),1D/2D 应力 stress,晶圆形貌, 四点探针测电阻 RS,XPS 测注入含量
等,AFM(原子力显微镜)/Metal plus(超 声波)测台阶高度(Step Height)等。
半导体检测 Inspection 主要包括:1)无图形缺陷检测,包括颗粒(particle)、残留物(residue)、刮伤(scratch)、
警惕原生凹坑(COP)等;
2)有图像缺陷检测,包括断线(break)、线边缺陷(bite)、桥接(bridge)、
线形变化(Deformation)等;
3)掩模版缺陷检测,包括颗粒等;
4)缺陷复检,针对检测扫出的缺陷(位置,大小,种类),用光学显微镜或扫描 电镜确认其存在。
中道检测面向先进封装环节,主要是芯片倒装(Flip-Chip)、圆片级封装(Wafer -Level Package)和硅通孔(Through Silicon
Via, TSV)等先进工艺要求对 凸点(Bump)、通孔(TSV)、铜柱(Copper- Pillar)等的缺损/异物残留及其 形状、间
距、高度的一致性,以及再布线层(Redisriburion Layer,RDL)进行 无接触定量检查和测量。后道测试则主要是利用电学
对芯片进行功能和电参数测 试,主要包括晶圆测试和成品测试两个环节。
根据制造过程中采用的不同材料和结构,工艺检测设备分别采用包括宽波段光谱 (紫外到红外)、电子束、激光和 X 射线等多种不同技
术。性能指标方面,随着 工艺不断向细微线宽发展,器件形态结构也由二维平面结构向三维结构转变,因 此对检测设备的灵敏度、可适
用性、稳定性及吞吐量等都有更高要求。
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资源评论
- winfocus_chen2024-03-24支持这个资源,内容详细,主要是能解决当下的问题,感谢大佬分享~
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