半导体设备前沿技术速递——“湾芯展”与设备论坛精彩观点分享

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2024年10月16-18日,由深圳市半导体与集成电路产业联盟(SICA)(简称“深芯盟”)主办,深圳市重大产业投资集团有限公司和深圳市芯盟会展有限公司承办的首届“湾芯展SEMiBAY”——湾区半导体产业生态博览会在深圳会展中心(福田)成功举办。芯谋研究作为支持单位深度参与此次盛会及15日的高层闭门交流会。

“湾芯展”吸引了全产业链众多企业参展,其中尤其以设备企业热情高涨。本届湾芯展展览面积40000平方米,设置晶圆制造、封装测试、化合物半导体、汽车半导体、EDA/IP与设计服务、核心零部件六大专业展区,覆盖半导体全产业链条与重点应用场景,成功吸引国际行业巨头美国应用材料、泛林、TEL、KLA、爱德万测试、迪恩士、德国卡尔蔡司、默克以及国内行业翘楚北方华创、中微公司、盛美上海、拓荆科技、华海清科、上海微电子等400多家国内外半导体龙头企业集中展示最新产品和前瞻技术。

与展会交相辉映的是,10月17日,国际半导体设备技术与工艺论坛在“湾芯展SEMiBAY”会场举办。来自产业各领域的产业专家分享了行业前沿技术与市场走向。

国际半导体设备技术与工艺论坛由星奇半导体副总经理杨绍辉主持,午后场有星奇半导体副总经理杨绍辉、弥费科技首席技术官李宏伟、拓荆科技副总裁郭万里、尼康精机(上海)IC技术部支援一课课长杨震宇、研微(江苏)半导体研发副总/VP许正昱、中导光电徐景瑞、盛美销售经理姚婷分别做了主题演讲。

图片星奇半导体副总经理杨绍辉

星奇半导体副总经理杨绍辉作了题为《半导体设备产业格局和未来趋势分析》的主题演讲。杨绍辉表示,目前半导体设备行业呈现高成长、盈利能力强、现金流充裕等财务特征。行业格局依然是日美欧企业高度垄断,而且半导体设备龙头企业均为产品平台化发展,向全球晶圆制造新技术、新工艺提供新设备。

但从半导体设备行业70年发展历程动态看,全球半导体设备格局并不是很稳定,平均每20年发生一次巨变,80-90年代的行业排名与现在的行业排名完成不同,过去10年内Lam Research、ASM的销售增速也超越行业平均速度。

半导体技术的进步体现在新器件、新结构、新工艺、新材料,如ASML崛起于浸没式光刻机路线,AMAT围绕先进制程推出薄膜沉积与刻蚀新设备,Lam Research与TEL争相推出低温刻蚀设备,ASM专注于单片ALD与Epi技术。这些案例为国内半导体设备企业指明努力方向。

国内头部设备企业也明显出现平台化趋势,如拓荆持续丰富CVD技术,推出一系列高产能、高性能产品;中微All in one及高深宽比刻蚀走向成熟,并差异化布局金属薄膜沉积工艺解决卡脖子难题;盛美坚定技术差异化、产品平台化、市场全球化的发展战略,从湿法设备发展到干法设备;华海清科持续丰富CMP工艺,并覆盖减薄切割、清洗、量测设备。随着制程技术的进步,对设备零部件提出更高要求,例如制程进步和新材料增多对流控部件、电控部件的高洁净度、漏率、耐腐蚀性、开关次数等提出更高要求。位于上海临港的星奇半导体专注于集成电路领域的流控部件和电控部件,其产品已广泛应用于芯片晶圆制造产线,刻蚀、CVD、PVD、离子注入、热处理、清洗、CMP、Track等在内的半导体制程设备、电子气体公司等。

弥费科技首席技术官李宏伟

弥费科技首席技术官李宏伟做了题为《半导体全产业链AMHS整体解决方案》的主题演讲。李宏伟表示,AMHS(物料自动搬运系统)是能够快速、准确且平稳地按照工艺流程在设备之间搬运装有芯片和光罩的运输系统,是现代化半导体生产工厂单项投资最大的项目,在半导体前道设备投资比为3%,中国大陆市场规模为40-50亿元。

其广泛应用于晶圆制造、显示面板、锂电工厂和光伏高端制造项目。在先进产线中AMHS的天车方案已经成为标配,对AMHS的安全可靠性提出较高要求,一旦出现故障,整条产线将陷入瘫痪,造成巨大损失。

AMHS的核心特点是更快、更好、更可视。更快是要全面提升生产效率,更好是代替人力搬运,减少振动,避免运输不可控因素,相比人工操作碎片率减少99%;更可视是实时过程跟踪,产品不良和设备出现问题时可以快速定位,大幅减少分析追溯时间。

制造工艺越先进,对AMHS的要求更高,AMHS的技术演进路线是从当前的全自动化向未来的智能化前进。一定程度上未来AMHS就像自动驾驶一样,通过Ai算法实现动态自主通过,进一步提高安全与效率。弥费科技为半导体产线提供全自研的AMHS整体方案。AMHS系统包括传输,存储和净化设备。

拓荆科技副总裁郭万里

拓荆科技副总裁郭万里作了题为《先进键合技术赋能IC创新》的主题演讲,郭万里表示,随着摩尔定律的放缓,先进键合技术在芯片迭代中扮演重要角色,从各大厂披露的技术路线图中可以看到,Logic,DRAM, 3D NAND, CIS, 3DIC, 异质集成等各个领域都在利用键合技术进行器件创新,架构创新,互连创新,拓荆科技积极拥抱这一重要创新赛道,全面布局先进键合技术相关设备的研发,并成功实现多套核心设备的产业化。

尼康精机(上海)IC技术部支援一课课长杨震宇

尼康精机(上海)IC技术部支援一课课长杨震宇作了题为《针对半导体器件构造的多样化尼康的解决方案》的主题演讲,尼康针对多样化需求开发了一系列新技术和解决方案。

研微(江苏)半导体研发副总/VP许正昱

研微(江苏)半导体研发副总/VP许正昱作了题为《原子层沉积设备的应用和国产化探索》的主题演讲。目前无论是逻辑还是存储芯片都由传统结构走向3D结构,3D结构对各道薄膜工艺提出了更高的要求,如厚度控制、组分控制、电学性能控制、界面控制、保形性要求等。ALD的特点是可以实现原子级别的厚度控制,精确控制薄膜的厚度和成分;能够沉积出非常均匀且具有良好的台阶覆盖率的薄膜。目前全球ALD设备需求持续增长,全球市场主要由TEL和ASM主导。

演讲第二部分介绍了PEALD的自对准多重图形技术的发展:在EUV发明以前,为了突破DUV极限分辨率从而获得更小的芯片线宽,多种图形化技术被发展起来,主流常用的有自对准多重图形技术(SADP),在SADP的帮助下,突破光刻机分辨率的极限。多重图形技术再重复几次,理论上可以得到更小的线宽,但是每引入一次SADP需要引入多道沉积/刻蚀工艺,导致良率降低。不过引入新材料或许可以简化图形技术工艺流程,进而提高良率。

演讲第三部分为基于tALD的新金属材料的探索:芯片的缩放通常会带来布线拥挤和线宽减少等问题,导致电阻和寄生电容的增加,引发严重的RC延迟、读写延迟和发热等问题。此时金属材料的有效电阻率成为制约材料导电性能的关键性能参数,有效电阻率随着线宽变小而增大。目前Ru和Mo成为极具新引力的新兴半导体材料。目前研微已经开发出多款应用于先进制程的ALD设备,包括HKMG,新金属和patterning的应用,产品全面覆盖28-2nm。

图片中导光电副总裁徐景瑞

中导光电副总裁徐景瑞做了题为《国产半导体设备的未来之路——离子注入技术创新发展历程》的主题演讲,目前中国离子注入设备企业主要有凯世通、烁科中科信等,量检测主要有中科飞测、中导光电精测电子等。

从基本原理来讲,离子注入是在高真空的环境下,将具有一定能量的离子束注入到固体材料中。离子束以高速射入非导体材料中,离子在材料中会与原子发生碰撞,产生一系列的缺陷和杂质。这些缺陷和杂质可以改变材料的电子结构,使其从非导体转变为半导体。离子注入需要退火技术,重离子注入会产生缝隙和缺陷需要退火。

中国离子注入设备的产业化需要从原理上着手,很多设备问题出在原理问题、工程化问题、市场需求和资金问题。中国离子注入设备国产化的经典案例是2010年中车株洲为国产高铁项目启动的IGBT项目,以极大的勇气和极大的投入,经过艰苦奋斗最终取得成功,为中国高铁国产化立下汗马功劳。国产设备的创新之路需要关注客户痛点和体验,关注产品和服务,决策前要充分论证,决策后要坚决执行。中导光电的NanoPro-150工艺能力比肩国际厂商,产线应用于硅基/化合物半导体/无图形晶圆领域,全面覆盖逻辑、功率、存储等前道制程。

盛美半导体销售经理姚婷

盛美半导体销售经理姚婷作了《探讨本土清洗设备产业面临的挑战和机遇》的主题演讲,演讲分为三个部分,半导体设备市场新形势、盛美的平台化发展策略、设备与零部件协同发展。

姚婷表示,目前中国大陆半导体设备销售额高速增长,20082023年的年复合增长为30%2023年国产设备中标率超过40%。当前下游晶圆制造商倾向于采购国产设备,推动国产设备加速发展。202120222023年盛美在全球清洗设备市场占比分别为3.7%5%6.6%,呈现出高速增长之势。

预计明年盛美的清洗设备覆盖95%以上的清洗工艺步骤,同时向面板级先进封装产品线延升,接下来盛美开启客户国际化、技术差异化、产品平台化的发展阶段。盛美不断开拓创新,除核心产品SAPSTEBOTahoe等清洗设备外,还布局了超临界CO2清洗设备、后道湿法设备、大硅片湿法设备、电镀设备、炉管设备(氧化、退火、LPCVDALD)、独特腔体设计的PECVD、高产能Track、无应力抛光设备等。

盛美也致力于零部件产业链的培育。零部件具备品类多、细分市场规模小、原材料产业滞后、验证周期长等特点,盛美清洗设备和电镀设备零部件开发取得成效,与国内外供应链合作开发,实现进一步跨越式发展。

芯谋研究作为国内领先的半导体产业研究机构,高端半导体产业智库,连续十年成功举办“张江高科·芯谋研究集成电路产业领袖峰会”,现已成为行业标杆性会议。现在芯谋研究与深重投开启深度重磅合作,共同助力大湾区半导体产业生态高质量发展。