先进半导体设备制造技术及趋势图文

先进半导体设备制造技术及趋势

张云王志越

中国电子科技集团公司第四十五研究所

摘要：本文首先介绍了国内外半导体设备市场，认为市场虽有起伏，但前景良好。从晶圆处理和封装的典型设备入手介绍了当前最先进半导体设备技术，之后总结出半导体设备技术发展的四大趋势

。

１国内外半导体设备市场

根据ＳＥＭＩ的研究，２００６年全球半导体设备市场为３８８．１亿美元，较２００５年增长１８％，主要原因是各地区投资皆有一定程度的成长，少则２０％（日本），多则２２９％（中国大陆），整体设备订单成长率则较２００５年成长５１％，比２００５年底预测值多出２８．４亿美元。

ＳＥＭＩ在ＳＥＭＩＣＯＮＪａｐａｎ展会上发布了年终版半导体资本设备共识预测（ＳＥＭＩＣａｐｉｔａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｎ－ｓｅｎｓｕｓＦｏｒｅｃａｓｔ），预计２００７年全球半导体制造设备市场销售增长减缓为３％，达到４１６．８亿美元；２００８年全球半导体设备市场将出现衰退，下滑１．５％；而到２００９年及２０１０年恢

长６％达到３０６．１亿美元，封装设备领域增长１１％至２７．２亿美元，而测试设备领域预计将出现１５％下滑

了１２．４％。表二为按地区划分的市场销售额，包括往年的实际销售额和未来的预测。

虽然半导体设备市场有一定的起伏，但是很明显，市场的前景非常好，总体一直是稳中有升。中国大陆２００６年半导体设备销售额超过２３亿美元，比２００５年增长了７４．４％，中国大陆的市场销售额一直呈上升趋势，国内半导体设备具有非常诱人的市场前景。这和中国半导体产业的快速发展有着直接关系，中国的市场也越来越引起国际半导体设备厂商的重视，投资的力度会越来越大，对我们国内半

复增长，预计实现高个位数增速，至５４．７亿美元。表一为按设备类型２０１０年销售额达到４７９．９亿美元。

ＳＥＭＩ总裁兼ＣＥＯＳｔａｎｌｅｙＴ．Ｍｙｅｒｓ表示，２００７年半导体制造、封

划分的市场销售额，包括往年的实际销售额和未来的预测。

从区域市场分析，北美、日本及

下降装及测试设备销售情况略高于去年，欧洲半导体设备市场出现下滑，成为业界历史上销售额第二高的一年。ＳＥＭＩ成员将继续推进半导体制造设备的强势增长，预计到２０１０年市场销售额达到４８０亿美元。

从设备类型分析，占有最大份额的晶圆处理设备领域２００７年将增

幅度分别为８．９％、３．１％及１１．７％；而台湾和中国大陆销售增长幅度最大，分别为２８．９％和２３．８％，台湾地区销售额达到９４．２亿美元，有史以来第二次超过日本；南韩市场略微增长５．２％，其余地区市场也下降

４０半导体行业

2008 / 2

导体设备厂商是机遇，更是挑战。

从技术上来讲，半导体专用设备的技术门槛越来越高，在高阶制程设备需求方面，半导体制程发展快速，线宽也不断朝向物理、化学、光学的极限前进。２００６年６５ｎｍ集成电路成套设备已投入使用，４５ｎｍ设备正在逐步进入市场。

推动全球半导体市场的主动力是消费电子，近两年主要是ＰＣ和手机，未来推动全球导体场的主动力是无线通讯、消费电了和汽车电子。２００６年全球半导体市场增长率达二位数以上的ＩＣ是ＤＲＡＮ、闪存、ＤＳＰ、标准线性ＩＣ（电源ＩＣ）和图像传感器等［１］。

２最新半导体设备技术

当前，国外９０ｎｍ集成电路成套设备已大量投入使用，６５ｎｍ设备已逐步进入市场，早在２００４年１２英寸芯片制造设备销售额在整个芯片制造设备中已占到５０％以上，适应新工艺要求的一代新设备已形成气候。当前半导体设备的技术水平越来越高，制造难度也是越来越大。进入纳米时代后，制造技术难度进一步增大，对加工能力的挑战使设备复杂度增加，价格也是持续上升。设备的高投入和设备运行的高消耗也是困扰ＩＣ加工厂的一个难题。

随着半导体技术的进步，器件的集成度越来越高及线宽越来越细。一个典型的品种，一套光刻掩膜有３０至４０块，金属引线间连接有七层以上，工艺多达数百步，因而要保持每道工艺的高成品率非常重要。目前，国际主流集成电路生产线正在

从３００ｍｍ／９０ｎｍ工艺技术逐步转向Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ，化学机械平坦化）３００ｍｍ／６５ｎｍ工艺技术，３００ｍｍ／设备也是晶圆处理过程中的一种非４５ｎｍ工艺技术在２００７年底将由常关键的设备，该设备的技术进展Ｉｎｔｅｌ公司率先流片生产。为了解决一定程度上代表了晶圆处理设备技

高集成度和更小线宽的难题，必然术进展的趋势，而且平坦化技术已对晶圆处理设备和封装设备提出更成为与光刻、刻蚀等技术同等重要高的要求。

且相互依赖的不可缺少的关键技术之一。是目前最有效、最成熟的平

２．１晶圆处理设备技术

坦化技术，是集清洗、干燥、在晶圆处理设备中的典型设备是线检测、终点检测等技术于一体的光刻机。在光刻机的机型从接触式曝技术，是集成电路向微细化、多层光、接近式曝光、分步重复式曝光发化、薄型化发展的重要技术基础，展到步进扫描式曝光；曝光波长（从也是集成电路进入０．２５μｍ以下节４３６ｎｍ、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ发展到点以后，提高生产效率、降低成本１９３ｎｍ甚至１５７ｎｍ；光学镜头的数的关键技术之一。

值孔径（ＮＡ）也在不断加大。

１３０ｎｍ节点的多层金属互连为近年来，由于继续降低ë和加

７～８层，９０ｎｍ节点的多层金属互大ＮＡ难度的增加，包括离轴照明

连为１０层，６５ｎｍ节点的多层金属

（ＯＡＩ）、光学邻近效应修正（ＯＰＣ）、互连为１１层，互连金属层的增加，移相掩膜（ＰＳＭ）在内的分辨率增强技引起晶圆表面严重的不平整，以致术（ＲＥＴ）已成为光刻设备的主攻方无法满足图形曝光时的焦深要求。向，尤其是浸没式曝光技术的发展为了减轻对光刻设备在技术上的压又一次打破了关于传统光学光刻技力，ＣＭＰ技术就成为不可或缺的关术极限的预测，已经延伸到６５ｎｍ以键技术了。ＣＭＰ发展历程从工艺上下。按照国际半导体技术发展路线可分为以下三个阶段：第一阶段在图（ＩＴＲＳ）的预测，２０１８年将会推出铜布线工艺之前，主要平坦化材料１６ｎｍ技术，作为集成电路的支撑条为钨和氧化物；第二阶段在１９９７件，半导体和集成电路专用设备的研年～２０００年进入金属双嵌工艺之制技术将继续向纵深发展［２］。