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乘風而起【再生晶圓】產業
2020.12.14(一)
大家早，我是 LEO
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■ 什麼是正片、檔片、控片?
矽晶圓片在晶圓廠的應用，可區分為：一：正片，就是直接用於半導體加工，包括拋光片、外延片等，二：用於監控測試的矽片，包括控片、檔片(測試晶圓片)。
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晶圓廠隨時需要對製造設備的性能進行監控測試，維持穩定，確保最終的產品的良率，如果直接使用正片測試，成本太高，所以廠商會使用較便宜的無圖形矽片，這些用於測試和維持穩定的無圖形矽片就是「控片和檔片」。
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■ 控片分成兩種
「離線測試」：在正式生產之前，先用控片測試，來看機台設備調校是否符合生產標準。「線上測試」：是指控片和真正的產品一起進入生產線，透過控片最後的效果來判斷這一批生產是否符合標準。兩種測都是用來監控機台的製程能力是否穩定、生產環境是否潔凈。
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■ 檔片
主要作用是維持機台的穩定性，在爐管中，擋片用於對爐管內的氣流進行阻擋分層，使爐管內溫度均勻分佈，使氣流中的氣體與被加工的矽晶圓片平均受熱，發生化學及物理反應，沉澱或生長均勻的高質量薄膜。
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隨著晶圓廠製程不斷演進，生產過程中良率與精準度的要求越來越高，幾乎每道製程都需要使用檔控片，用量與需求有擴大的趨勢，在晶圓代工廠65奈米製程，每10片正片，需要耗用6片檔控片，28奈米以下製程，每10片正片需要15-20片檔控片，由此可知耗用量相當驚人。
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■ 再生晶圓
檔控片的來源，除了從「矽晶圓晶棒」兩側取品質較差處使用，主要就是重複回收再利用的檔控片，因為消耗量實在太大，如果每次都使用全新正片，成本太高，於是就有了「再生晶圓」這個產業。
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把用過的檔控片回收，經過化學浸泡， 物理研磨等方法，將檔控片表面因測試而產生的氧化膜、金屬顆粒殘留等去除，使重新具備測試和穩定機台穩定性的功能。
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一般來說，檔片通過研磨拋光，可重複循環使用5次左右；控片則視製程而定， 有些特殊製程的控片完全無法回收使用。
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通常再生晶圓的製程都是使用化學品，將晶圓表面的各種膜層腐蝕掉，會使用多種不同的化學品，洗完以後再對矽晶圓表面進行研磨拋光等處理，並確保表面乾乾淨淨，達到可重複使用標準。
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■ 產業龍頭
日本株式会社RS Technologies(4955.JP) 在1984年就進入這個產業，再來是中砂(1560)1997年，昇陽半(8028)1998年，辛耘(3583)2006年才正式進入再生晶圓產業，展望未來5G、車用、物聯網，對晶片龐大的需求，12吋晶圓先進製程需求大增，大家想想檔片、控片用量有多大，全球目前有138座12吋晶圓代工廠，每個月都大約有4,000至5,000片無法用傳統方式再生檔控片，整體市場規模龐大，更不用說聯電8吋晶圓代工供不應求，製程中會耗用多少檔控片！再生晶圓產業商機龐大！
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原本從事特殊氣體的晶呈科技(4768.興櫃)在今年2020年第四季開始跨入量產12吋再生晶圓，獨家專利氣態分解溶蝕技術，利用氣體分子更小，效果更強的特性，材料用量，僅傳統濕式化學品的百分之一，成本更低、更環保。
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■ 這幾家就壟斷市場
以2019年12吋再生晶圓市場來看，日本RS全球龍頭，每月產能40萬片，占全球33%，另外兩家日本公司，Hamada Heavy與Mimasu約占30%，中砂、辛耘、昇陽半約占30%，晶呈科技才剛剛起步，2020年第四季起月產能3萬片。
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以2019年資料來看，台灣月產能約60萬片，昇陽半月產能24萬片，台灣市場佔有率約40%；中砂月產能18萬片，市場佔有率約 30%；辛耘市場佔有率約20%左右。
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■ 商機龐大&正在漲價
根據SEMI的預測2021年全球8吋、12吋矽晶圓的市場需求將分別達到650萬片/月和680萬片/月,按照再生晶圓需求比例計算，2021年全球再生晶圓市場需求有望超過200萬片/月。
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目前12英寸的矽晶圓為每片100-120美元，再生晶圓每片30-40美元。隨著矽晶圓價格上漲，再生晶圓價格也呈現上漲趨勢。
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■ 台積電的好夥伴
昇陽半雖然成立時間晚，但市占率最高，主要客戶是台積電，除了做再生晶圓以外，晶圓薄化(降低導通電阻)，還有旗下持股71.51%的昇陽電池，研發鋰鐵電池100%台灣製造鋰電池芯與電池組，可應用於太陽能、風電發電，再生能源儲能系統，與台積電目前正在更換不斷電系統電池，用友善環境的「鋰鐵電池」全面取代鉛酸電池，預計2030年前將全面更換完畢。
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未來隨著AI、5G、自駕車、電動車…的發展， 下游晶片需求強勁，晶圓廠滿載供不應求，全球正在擴產12吋半導體廠，再生晶圓的市場一定只會越來越大，就看誰能搶到最多市占，抓住最多商機。
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晶片電阻是什麼 在 台灣應用材料公司 Applied Materials Taiwan Facebook 的最讚貼文
【應材專家晶片談】晶片縮小的同時，成本卻急遽上升？
應材技術專家Regina Freed分享，
因為先進製程含有許多材料層，
而這些種類不同、尺寸不一的材料層，
最終卻要完好地相互連接，並且要一致地縮小架構，
提高了晶片工藝技術的複雜性。
Q1 沒有達到上述兩個條件會如何？
造成邊緣位置錯誤 (Edge placement errors, EPE)，提高電阻值並降低效能，導致良率下降。
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Q2 有什麼方法可以解決呢？
過去透過各個製程步驟來改善，但應材從材料本質切入解決，還協助客戶減少製程步驟、降低研發成本，並加速進入市場！
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Q3 進行先進製程中會遇到什麼問題嗎？
應材專家提出先進製程會遇到的三大挑戰及解決方案！
1️⃣ 使用四重圖案化技術縮小時，多次的沉積及蝕刻會增加成本和複雜性外，也會劣化特徵尺寸 (critical dimension) 的解析度。
解決方案 👉 方形間隔側牆 (Square Spacers)
2️⃣ 傳統的微影及蝕刻技術不論在水平或是垂直方向，圖形之間的距離均有最小極限。當需求無法滿足時，製造商就被迫增加製程步驟來彌補其不足。
解決方案 👉 橫向蝕刻 (Lateral Etch)
3️⃣ 為了解決邊緣位置錯誤 (EPE)，進行沉積時將面臨兩項挑戰，一為晶圓的潔淨度，二為材料垂直沉積時，也會增加水平的厚度。因為這些挑戰，大部份的選擇性沉積膜必須非常薄。
解決方案 👉 選擇性製程技術 (Selective Processing)
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http://blog.appliedmaterials.com/materials-enabled-patterning
by 應材圖案化技術部門協理Regina
