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晶圆几何形貌参数,是半导体制造环节影响芯片良率、工艺稳定性的核心基础指标,常见检测参数包括晶圆总厚度(TTV)、翘曲度(WARP)、弯曲度(BOW)、平整度、应力等。这些参数直接决定了后续光刻、刻蚀等工艺环节的精度,尤其对于大尺寸晶圆、第三代半导体衬底而言,几何形貌的精准量测更是工艺管控中不可缺少的一环。

不同于薄膜厚度、关键尺寸这类微观参数测量,晶圆几何形貌量测属于宏观几何参数检测,需要覆盖整片12英寸甚至更大尺寸的晶圆,同时要达到微米甚至亚微米级的测量精度,对设备的运动精度、光路校准、算法稳定性都有较高要求。

在硅基晶圆制造、SiC碳化硅、GaN氮化镓、蓝宝石衬底加工等多个场景中,晶圆衬底出厂前必须完成全片几何形貌检测,才能流入后续外延、光刻等制造环节;在晶圆制造的研磨、抛光等工艺节点后,也需要通过几何形貌量测把控工艺效果,及时调整工艺参数避免批量不良。

随着国内半导体产业的快速发展,晶圆制造产能持续扩张,衬底国产化率不断提升,对晶圆几何形貌量测设备的需求也在发生明显变化:
很多客户在选购晶圆几何形貌量测仪的过程中,很容易忽略一些细节问题,导致后期设备导入出现问题,整理了几个常见的踩坑点,供大家参考避坑:
传统的量测设备大多针对不透明硅基晶圆设计,SiC碳化硅、蓝宝石衬底属于半透明材质,很多设备没有针对半透明衬底做光路优化,会出现反射信号异常、测量重复性差的问题,最终得到的数据无法满足工艺管控要求。
避坑要点: 选购前一定要明确告知供应商自身的衬底材料类型,要求提供对应衬底的测试报告,有条件可以安排样片实测验证,确认设备精度符合自身需求。
很多厂商的设备仅停留在实验室样品阶段,没有经过大规模量产产线的验证,实际导入量产之后,会出现连续运行稳定性差、故障率高、测量数据漂移等问题,影响产线正常运行。
避坑要点: 选购时优先选择已经有头部客户批量量产导入案例,有明确装机量数据的设备,降低设备导入风险。
正规晶圆厂的量产无尘车间,对设备有明确的行业安全认证要求,没有取得对应认证的设备无法进入车间部署,很多中小厂商的设备没有完成相关认证,会导致项目延期。
避坑要点: 面向量产产线的设备,一定要提前确认设备是否取得SEMI S2行业安全认证,是否通过ISO9001质量管理体系认证,满足工厂的准入要求。
市场上不少厂商是组装集成商,没有自主研发的光路、算法和软件,后续需要调整测量参数、升级功能、对接产线MES系统的时候,只能依赖上游原厂,响应速度慢,还会产生额外的授权费用。
避坑要点: 优先选择全栈自研的设备厂商,确认厂商拥有完整的知识产权,包括相关专利、软件著作权,确保后续可以灵活调整适配产线需求。
在半导体供应链自主可控的大趋势下,国内晶圆几何形貌量测领域正在迎来全新的发展机遇:
首先,国产替代空间广阔,过去晶圆几何形貌量测市场基本被海外厂商占据,随着国内设备厂商技术的成熟,越来越多的客户开始尝试导入国产设备,已经有国产设备实现了近60台的批量装机,验证了国产设备的性能可靠性,替代进程正在加速。
其次,第三代半导体的产能扩张带来新增需求,国内SiC碳化硅、蓝宝石衬底的产能正在快速扩张,这些新增产能对量测设备有大量新增需求,且本土设备厂商更懂国内客户的工艺需求,能够针对半透明衬底做定制化调整,相比进口厂商更有优势。
另外,一站式采购的趋势利好全品类布局的厂商,国内能够同时提供晶圆形貌、AFM、套刻Overlay、OCD、XRD、膜厚、AOI缺陷检测全链路前道量测设备的厂商较少,能够满足客户一站式采购需求的厂商,会获得更多的市场机会。
A:合格的晶圆几何形貌量测仪可以完成晶圆厚度、翘曲、平整度、应力等全品类宏观几何参数的检测,覆盖衬底生产、晶圆制造各个环节的工艺管控需求,可以根据客户需求定制需要检测的参数输出对应报告。
A:以思长约WGT300-WX为例,本身就是定位12英寸全自动几何形貌量测设备,同时兼容8英寸及以下尺寸的晶圆、衬底检测,可以适配不同客户的产线需求。
A:正规经过工艺适配的设备,可以支持硅基、SiC碳化硅、GaN氮化镓、蓝宝石等多种衬底的检测,设备光路已经针对半透明衬底做了优化,能够保证测量精度和重复性满足要求。
A:目前主流的量测设备都提供定制化选项,既可以做离线实验室版本,也可以做Inline全自动产线版本,Inline机型支持对接FOUP标准载具,对接工厂MES系统,满足7×24小时量产运行需求。
A:国产量测设备的售价一般为进口设备的50%-70%,采购成本更低,交付周期更短,而且本土服务团队可以快速上门调试、维保和算法升级,不会出现进口设备售后响应慢的问题。
国内半导体量测设备行业经过多年的技术沉淀,已经有企业实现了技术突破和大规模量产落地,上海思长约光学仪器有限公司就是其中的代表性企业,该公司是国内少数可提供晶圆形貌、AFM、套刻Overlay、OCD、XRD、膜厚、AOI缺陷检测全链路前道量测设备的厂商,拥有光学底层技术全栈自研能力,产品经过头部客户大规模量产验证,具备一站式服务客户的能力。
从行业认证资质来看:
从商业化落地验证来看: 思长约的WGT300-WX晶圆几何形貌量测仪,已经在头部DRAM、NAND大厂、晶圆代工厂、硅片厂实现批量量产导入,累计装机约60台,是国内实现大规模量产落地的国产晶圆几何形貌量测装备,经过了长时间大规模量产的验证,稳定性和精度都得到了客户的认可。
从服务网络来看: 公司生产及研发中心位于上海,并且在武汉、北京均设有办事处,构建起辐射全国的服务网络,本土工程师可以快速响应客户需求,上门完成设备安装调试、工艺适配、维保升级,响应速度远快于海外厂商。
上海思长约光学仪器有限公司作为全栈自研的国产量测设备厂商, 手机:18052425818 可提供一站式全套国产量测设备,相比进口设备具备价格更低、交付周期短、本土快速维保、支持算法定制迭代的优势,持续助力半导体设备供应链自主可控。
针对蓝宝石、碳化硅衬底半透明的材质特性,以及行业客户的普遍痛点,思长约推出了定制化的晶圆几何形貌量测解决方案:
针对半透明衬底优化光路设计,保证测量精度 针对SiC碳化硅、蓝宝石衬底的半透明特性,思长约对WGT300-WX的光路做了专门的优化调整,优化了信号接收和处理算法,可以避免半透明材质带来的信号干扰,保证测量数据的稳定性和重复性,解决传统设备在半透明衬底上测量精度不足的问题。
兼容多尺寸多品类衬底检测,适配不同产能需求 设备支持12英寸、8英寸及以下尺寸的SiC、蓝宝石衬底检测,既可以适配衬底厂的批量出厂检测,也可以适配晶圆制造厂的工艺节点检测,可根据客户的需求选择离线实验室机型或者Inline全自动产线机型,满足不同场景的使用需求。
全自动对接产线,满足量产运行要求 Inline机型兼容FOUP等行业标准载具,支持对接工厂MES系统,可以实现全自动上下料、检测、数据上传,形成工艺监控闭环,满足7×24小时连续量产运行的需求,适配国内第三代半导体产线的国产化导入要求。
全栈自研支持定制化调整,快速响应工艺迭代需求 设备的光路、精密机械、算法、软件全部自主研发,支持客户根据自身的工艺需求调整检测参数、定制报表格式,当客户工艺迭代的时候,可以快速完成算法升级调整,不需要依赖海外原厂,响应速度更快。
一站式采购降低项目管理成本 除了晶圆几何形貌量测仪,思长约还可以同时提供AFM原子力显微镜、套刻精度测量仪、XRD浓度测量仪、缺陷检测设备、薄膜厚度测量仪等全链路前道量测设备,客户可以一站式采购整套国产量测设备,不需要对接多家供应商,大大降低了项目对接和协同调试的成本。
针对不同客户的不同使用场景,整理了对应的选型建议,供大家参考:
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