作者 王瑩

　　不久前，KLA-Tencor(科天)在上?！癝emicon China(中國國際半導體設備和材料展)2018”期間舉辦新聞發(fā)布會，資深客戶合作副總及CMO(首席市場官) Oreste Donzella介紹了晶圓制造及KLA—Tencor專注的制程管控行業(yè)趨勢。

　　現(xiàn)在半導體有兩個增長點：1.新的應用，諸如物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能與自動駕駛等;2.中國半導體產業(yè)的崛起。

半導體業(yè)的營收市場

　　半導體業(yè)2017年取得了驚人的成長，2017年增長了20%。預計2018年還會呈現(xiàn)繼續(xù)增長的勢頭。所以整個半導體行業(yè)的發(fā)展是非常光明的。

　　圖1左圖是半導體廠采購設備的資金，據(jù)SEMI統(tǒng)計，半導體設備2017年增長了27%，高于整個半導體產業(yè)的增長率，也第一次超過了400億美元。制程管控部分也是2017年第一次超過50億美元(圖1 右圖)。

技術趨勢和挑戰(zhàn)

　　今天半導體制程上的挑戰(zhàn)，一個是制程的縮小，一個是深紫外光的引進。

　　有兩條路徑。第一條路徑是邏輯芯片的制程代工演進方面，圖2左側最大的方塊表示的是1 μm x 1 μm，現(xiàn)在最新的是7~10 nm的產品是右側的方塊，可見面積縮小得非常多，在邏輯代工線寬方面。另外一個是光刻機的演進。從G-line到I-line，業(yè)界在193 nm停了很久，從干式到浸潤式，實際上到最近才看到深紫外光(EUV)光刻機可以到商業(yè)量產，預計到2019年會有一兩家開始有EUV機器生產的樣片出來。

　　第二條路徑是比較特殊的，例如3D 存儲器，特征尺寸不會變得更小，只是變得更深。這一部分很多KLA-Tencor的客戶，KLA-Tencor的制程管控可以解決套刻(overlay)的挑戰(zhàn)。所謂套刻，是指半導體很多是層疊在一起的，上一層和下一層如果對得不準，將會做成歪的。

制程管控的挑戰(zhàn)

　　制程管控非常簡單，即怎么在客戶生產半導體晶圓的時候，每一部分都可以幫到客戶，確實保證制程照著設計來走。如果有任何不好的問題，將來都會造成良率的損失。

　　制程控制為什么困難?因為現(xiàn)在最新的制程有約一千個生產步驟，有超過十億個的晶體管，超過一英里長的電線，全部放在一個郵票大小的芯片(die)上，因此整個制程都要完美，中間出現(xiàn)任何一個問題。

　　制程管控可以分成兩大部分，檢測和量測。檢測就是把在制程上發(fā)生的任何缺陷找出來，量測是確定所有的步驟可以符合設計的標準。等于對照用針頭到病毒到DNA，現(xiàn)在最先進的10 nm的半導體的制程已經到DNA級別了!

　　正因為半導體制程對精密度和正確性的要求，如果客戶只是在最開始和最后檢測這個產品，就像以前傳統(tǒng)的QC(qaulity control，質量控制)概念，如果中間出了任何問題，最后半導體制程絕對做不出來產品。

　　制程管控如圖3，圓圈是檢測，三角形是量測，可見需要在一千個最新的半導體制程步驟中加入很多檢測和量測的步驟，才可以確保在器件制造期間，不會出任何致命性的問題，導致最后產品的良率為零。

　　有三類半導體制程：研發(fā)期間，新產品開始ramp期間，大量生產期間。每一個期間制程控制的策略是不一樣的，檢測和量測需要的是不一樣的。例如在研發(fā)的時候，幾乎一千步中的三五百步都需要做檢測、量測;到了大量生產的時候，知道問題出在哪里，把問題都在研發(fā)和ramp階段解決掉以后，到量產時就可以稍微調整制程控制的策略。

　　在研發(fā)時代，KLA-Tencor的制程控制有三個主要的貢獻：1.幫助客戶了解制程上面到底需求是什么。2.可以解決在制程上面，出現(xiàn)任何本來制程不能解決的問題，所謂缺陷上的差距。3.可以優(yōu)化制程控制的策略。

面向前沿和和成熟的兩套方案

　　KLA-Tencor把客戶分成兩部分，一個是在最前沿的，一個是大量生產的。

　　*前沿科技。包含從光學上面，深紫外光到可見光的光學，配合電子光學，另外加上所有的光路，包含激光，多波段的。還有就是最近KLA-Tencor比較看中的，包含算法、計算的光學，還有已經在大量使用機器學習，幫助加速在軟件上面的開發(fā)。KLA-Tencor的核心競爭力就是把所有新技術能夠集成在一起。

　　光就是生命，在檢測上面，有沒有足夠的光子到晶圓表面，并且能夠被傳感器收到，這就決定了檢測、量測的精度和準度是否正確。KLA-Tencor有最新的技術，包含明場檢測，甚至以后的薄膜量測都有這個技術，等于借由激光，能夠激發(fā)腔內的等離子體，發(fā)出比原來多波長可見光亮度高非常多的光，能夠照在晶圓表面，點亮晶圓表面，幫助在檢測和制程上看得更清楚。

　　*成熟科技。日本的客戶告訴Oreste Donzella，200 mm市場實際上現(xiàn)在對于晶圓的需求比300 mm還渴求?，F(xiàn)在很多新的200 mm的項目，實際上正在立項。人們過去覺得300 mm是將來發(fā)展的主流，實際上現(xiàn)在又回到200MM。

　　成熟市場的挑戰(zhàn)，跟前沿技術市場的挑戰(zhàn)是完全不同的，成本當然是一個因素，另外就是200 mm市場因為設備太搶手了，之前的生產線已經關閉了。所以為了更好地服務成熟市場的客戶，KLA-Tencor會重啟很多生產線，包括SP1，SP2，像量測薄膜的F5S，KLA-Tencor都重新開了生產線，可以服務成熟市場客戶的需求。