來更新一下半導體濕製程設備、濕製程化學品公司,弘塑。
弘塑,自設立初期,即已投入半導體晶圓清洗設備之研發,1999 年即已開發出第一套8吋單晶圓濕式旋轉清洗設備,是國內半導體濕製程設備產業中的領導品牌。公司目前專攻於200至300mm之酸槽設備及單晶圓旋轉設備,提供半導體 IC 封裝製程之濕式設備。其中,機台應用於清洗、顯影、蝕刻、 去光阻、電鍍、化鍍等製程。
在錫鉛凸塊(Solder Bumping)的光阻乾膜去除(Dry Film Stripper)製程,及在凸塊底下金屬層蝕刻(Under-Bump Metallization,UBM)製程,弘塑為國內主要的設備供應商。 以製程技術而言,不但領先國內同業,相較於國外大廠,亦極具競爭力。
為提供客戶完整製程所需服務,弘塑陸續於2013年併購化學品廠添鴻、2018年從事代理及維修業務的佳霖科技、半導體製程軟體設計開發的太引資訊,以提供客戶一站式服務。
弘塑投入半導體設備行業時間逾 20 年,持續打入半導體代工或封測大廠之設備供應鏈,證明弘塑之產品品質有相當之水準,有利其產品之銷售。弘塑台灣主要客戶包括台積電、矽品、日月光、艾克爾、力成、台星科、采鈺、穏懋、漢磊、台半等。中國另設有事業群,服務中芯、宏達、華潤上華等客戶。
目前弘塑主要產品和服務有:
(A)濕製程設備(弘塑科技):單晶圓旋轉設備(Single Wafer Spin Processor)、批次式酸槽設備(Batch type Wet Bench System)、複合式製程設備(Combo System)...等,依製程應用可分為清洗、顯影、蝕刻及去光阻...等;另外尚有化學品調配供應系統 (Chemical Supply System)等設備。提供全廠自動供酸(化學品)之需求以及局部供酸系統。
(B)濕製程化學品(添鴻科技):工業級、試藥級、電子級混酸(蝕刻液)、電鑄藥液等等。
(C)軟體銷售及安裝(太引資訊):半導體製程軟體銷售及安裝。
(D)半導體及電子設備銷售代理、維修服務及其他(佳霖科技):半導體及電子設備銷售代理、半導體及積體電路製造設備之維修、及材料、零件之代理及買賣業務。
以下為弘塑的濕製程設備,和濕製程化學品簡單介紹:
半導體濕製程設備(弘塑)
(1)單晶圓旋轉設備 SINGLE WAFER SPIN PROCESSOR
隨著半導體製程條件的持續緊縮,單片晶圓內以及片與片之間的製程條件一致性及再現性更顯重要,單晶圓旋轉設備可透過自動化的機器手臂傳送及精準定位,製程腔體透過彈性參數設定可精準控制化學反應以滿足製程需求,同時設備佔地面積小,搭載藥液回收系統、藥液蝕刻終點監控、雙面清洗等功能,協助客戶降低生產成本,適用於Metal Etch, Silicon Etch, Oxide Etch, PR Strip, Wafer Clean, Mask Clean等製程應用。
(a).UFO-A系列:
適用的製程有 Etch, PR Strip, Wafer Clean,應用領域在半導體先進封裝、2.5D/3D IC 封裝、化合物半導體、矽晶圓製造、SiC 晶圓製造、MOSFET 晶圓後段製程 (BGBM)。
(b).UFO系列:
適用的製程有 Wafer Clean、Flux Clean、Mask Clean ,應用領域在半導體先進封裝、2.5D/3D IC 封裝、化合物半導體、矽晶圓製造、SiC 晶圓製造、MOSFET 晶圓後段製程 (BGBM)。
(c)UFO Long type系列:
適用的製程有 Etch, PR Strip, Wafer Clean ,應用領域在半導體先進封裝、2.5D/3D IC 封裝、面板級先進封裝、化合物半導體、矽晶圓製造、SiC 晶圓製造、MOSFET 晶圓後段製程 (BGBM)。
(2)批次式酸槽設備 BATCH TYPE WET BENCH SYSTEM
展現高度客製化機種,透過酸槽配置,進行浸泡式製程,搭配溫控機制、流場循環、上下晃動、超音波震盪、混酸補酸機制、乾燥機制等等功能,最佳化製程條件,同時具備高產出、低成本的優勢,同時可處理各種尺寸晶圓及基板,適用於Metal Etch, Silicon Etch, Oxide Etch, Nitride Etch, PR Strip, RCA Clean, Glass Clean, Electric Plating, Electroless Plating等製程應用
(a)VAN系列、DIO系列
適用的製程有Etch, PR Strip, RCA Clean, Plating,應用領域在半導體先進封裝、2.5D/3D IC 封裝、面板級先進封裝、化合物半導體、矽晶圓製造、SiC 晶圓製造、MOSFET 晶圓後段製程 (BGBM)、車用二極體、石英元件、CIS光學元件。
(3)複合式製程設備 COMBO SYSTEM
隨著半導體製程演進,線寬線距持續微縮,以及2.5D/3D先進封裝製程持續發展,多功能濕製程設備愈趨重要,複合式製程設備可整合酸槽浸泡及單晶圓旋轉腔體於同一機台內,最佳化化學力及物理力於濕製程中,達到最佳去除效果,適用於PR Strip, Metal Lift Off, Carrier Recycle等製程應用。
(a)UFO-300C系列
適用的製程有Etch, PR Strip, Debond Clean, Glass Clean, Filmframe Wafer Clean ,應用領域在半導體先進封裝、2.5D/3D IC 封裝。
(b)UFO-150C系列
適用的製程有 PR Strip, Metal Lift Off ,應用領域在化合物半導體、SiC 晶片製造。
以下為弘塑製程應用簡單介紹:
(1)先進封裝(ADVANCED IC PACKAGING)
主要著重於凸塊製程的研究與先進設備開發。
(a)UBM蝕刻
在電鍍積錫鉛凸塊之後會進行光阻去除(PP Stripping)和UBM蝕刻,其中UBM蝕刻是以凸塊或光阻當作蝕刻遮罩層(Etching mask),然後將未被覆蓋之UBM金屬層作蝕刻去除,以隔離個別凸塊。 它是覆晶技術中的一個關鍵製程,因為UBM蝕刻不完全,將會引起電性短路(Short);反之如果UBM過度蝕刻,則會造成底切(Undercut)問題,甚至蝕刻到凸塊本身,最後影響電子元件之可靠度。
UBM蝕刻製程一般使用單晶圓旋轉蝕刻(Single Wafer Spin Etcher)設備。 在UBM蝕刻製程中,根據不同的UBM金屬層種類和厚度、蝕刻液之化學特性、凸塊圖案、必須靈活性地搭配不同的蝕刻方式,以達到最佳之蝕刻均勻性。
(b)TiW Etch
鈦(Ti)、鈦鎢(TiW)和鈦鎢氮(TiW(N))等UBM金屬,具有雙重特性:可作為UBM之附著層(Adhesion Layer)及阻障層(Barrier Layer)。因這些UBM金屬直接接觸到晶片最終金屬層(Final metallization layer)和鈍化層(Passivation Layer),所以蝕刻液需有足夠的蝕刻速率,並且能避免攻擊到最終金屬層、鈍化層和凸塊材料(Bump Material)。
目前銅柱凸塊(Copper Pillar Bumping)之TiW及Ti蝕刻,已有多家先進凸塊構裝廠商(Bumping Fab),使用弘塑科技(GPTC)所設計製造之300 mm Auto Wet Bench設備進行鈦鎢合金(TiW)及鈦(Ti)蝕刻製程,針對TiW和TiW(N)等UBM層,一般採用雙氧水(Hydrogen Peroxide; H2O2)為主成份之蝕刻液。
TiW蝕刻必須注意蝕刻速率(Etch Rate)控制,其中製程溫度(Process Temperature)、蝕刻液壽命(Etching Chemical Lifetime)與微金屬含量(Metal Concentration)對於蝕刻速率影響非常大,深入瞭解TiW蝕刻反應機制(Etching Reaction Mechanism)是機台設計製作之準則。尤其TiW蝕刻需要根據蝕刻所需時間、底切程度和凸塊迴焊後形狀,進行調整蝕刻液之成分比例,蝕刻液溫度,進而達到製程需求。
TiW蝕刻終點(Etching End Point)控制非常重要,當完成TiW蝕刻時,要儘快以DI水沖洗晶圓,以避免過度蝕刻(Over Etching)及底切(Undercut)問題產生。在TiW蝕刻過程中,蝕刻液之雙氧水及穩定劑,會隨時間增加而降低蝕刻性能,所以要嚴格監控蝕刻液成份,以確保製程良率。
(c)PR Stripper
弘塑PR stripper單晶圓設備主要用於8吋或12吋晶圓濕製程光阻去除,利用單晶圓旋轉配合化學品的使用,例如封裝IC製程solder bump、copper pillar bump等經過電鍍製程後晶圓表面的光阻去除,或是3DIC的TSV製程需要將乾蝕刻後產生的殘餘物去除。
通常光阻去除與化學品的選用有很大的關係,一般常見用於去除非金屬層光阻的化學品如硫酸加雙氧水或丙酮等,金屬層光阻會使用鹼性溶液加雙氧水、NMP、DMSO等去除,除了化學品的選用,設備能力也是重點,隨著3DIC及WLCSP製程的演進,光阻的特性、厚度、線寬都會對製程能力增加挑戰,例如光阻特性是需靠外力或是溶解的方式剝除會影響設備的配置以及產出速度,針對micro bump或copper pillar bump等光阻去除製程,因光阻厚度及bump的密集程度也會對清洗製程產生影響,造成光阻無法完全去淨。
目前弘塑單晶圓PR stripper產品在各一線封裝大廠皆有量產機台,其中化學品的使用因具備回收過濾系統,且回收率可高達95%以上,可減少化學品用量。 設備本身具有極富彈性的製程調整能力及可進行客制化的應用,例如去除過程中化學品的噴灑配合轉速的調整,水洗步驟快速且安全洗去化學品,旋乾步驟配合氮氣進行乾燥晶圓表面,滿足客戶在不同產品製程的需求以達到光阻能快速且完全去淨的目的。
(d)乾膜光阻去除 (Dry Film Stripping)
完成凸塊電鍍(Bump Electroplating)後,必須將基板表面上之光阻去除(PR Stripping),微電子構裝所使用光阻層厚度,一般比前段IC製造之光阻層厚,電子構裝使用之光阻厚度範圍為:25~250μm。因為負光阻產生交連作用(Cross-linking),光阻比較不易去除,常用的光阻剝離劑(PR Stripper)為NMP (N-methyl-pyrrolidinone)。
乾膜光阻去除(PR stripping)製程一般使用Wet Bench批次設備,弘塑科技所製造之300mm wafer全自動Wet Bench設備,前兩個製程槽(Process Tank)含有光阻剝離劑,其中第一槽可以使用較舊的光阻剝離劑,作初步之大量光阻去除;第二槽內使用較新鮮光阻剝離劑,在此階段必須將剩餘光阻完全去除,至於第三槽QDR水洗槽之目的在去除殘留化學品及光阻殘留物,最後第四槽作晶圓快速乾燥。
光阻剝離製程必須避免光阻回沾問題。經過十幾年來與客戶的共同進行製程開發,目前弘塑科技所製造之300mm全自動Wet Bench設備,在台灣半導體構裝廠(Bumping Fab)的市場佔有率(Market Share)已達99%。
(e)Flux Clean
Flux Clean機台與Wafer Clean機台相似,但主要應用在於封裝製程中助焊劑的清洗,助焊劑的用途為促進錫鉛之流動性,提供凸塊於Reflow製程,一個乾淨的表面。通常在助熔劑中會添加一些酸性成份以提高助熔劑之活性,如果在reflow製程後未作適當去除酸性成份,則會引起腐蝕和電遷移問題,
助焊劑可分為三大種類:松香基(Rosin-based)助焊劑,水溶性(Water-soluble)助焊劑,免洗式(No-Clean)助焊劑等。 Flux Clean機台在客戶端的使用為清洗水溶性助焊劑,以高壓pump或是氮氣推動熱水的方式到晶圓表面。
(f)Wafer Clean
Wafer Clean機台是水清洗wafer表面,來去除wafer表面外來的微塵顆粒(particle), 為了調整壓力配合不同客戶針對製程上的需求,如清洗大顆粒而需調整壓力加大或是針對micro bump的清洗需調整衝擊力道。於硬體上,除了可直接設定調整壓力外,在nozzle的選用也可依客戶需求也有不同的選擇:例如(1)HPC及 (2)soft spray,這兩種選擇可單選用或是全選,安裝在同一機台上,nozzle的介紹如下:
1. HPC 清洗原理是以高壓幫浦推動水柱於晶圓表面,去除晶圓表面的微塵顆粒(particle),這對較大的particle有佳的移除效率,我們可依製程需要調整壓力去適應不同的製程需求。
2. Softspray 用氮氣推動純水去造成霧化水滴到噴灑晶圓上,此霧化小水滴的其可進入高深寬比的晶圓表面地形,大量的霧化小水滴可以有效的移除晶圓上小的微塵顆粒而且不會造成損壞,於噴嘴(nozzle)兩邊液氣供應管分別為氮氣及純水。
Wafer Clean 機台是針對1um以上的顆粒清洗皆有可達到客戶需求。
(g)Laser de-bond cleaner
晶圓接合(Wafer Bonding)為3D IC整合的關鍵步驟之一,此製程是將晶圓進行對準(Alignment)及接合(Bonding),以實現層對層之導線連接(Layer to Layer Interconnections)。許多晶圓接合方法,都是從MEMS技術所演化而來,然而3D IC晶圓接合平台的精密度比MEMS技術高出5~10倍,3D IC最終產品的對位精密度可達到微米(Micron),甚至次微米(Sub-Micron)等級。晶圓接合操作步驟,包括:晶圓表面準備及清洗、晶圓對位、晶圓接合和接合後量測(Post Bond Metrology)等。
晶圓接合方法,包括: 矽的直接或熔融接合(Silicon Direct or Fusion Bonding) 金屬-金屬接合(Metal-Metal Bonding) 聚合物黏着接合(Polymer Adhesive Bonding)等。
為了3D IC製程設備又延伸開發Single wafer processor在後段封裝技術之應用,弘塑科技在2011年進行開發Laser de-bond cleaner,主要應用在3D IC製程技術中wafer debond後的殘膠去除。弘塑科技又整合Brush、二流體等應用,搭配Solvent chemical及IPA進行wafer de-bonding後的殘膠去除。
在晶圓的傳送及夾持上,為了克服high warpage及正、反兩面的清洗,開發了晶圓翻轉模組與晶圓壓合模組,以達到晶圓洗淨的目的;另外,針對晶圓正反兩面凹凸不平的結構,也開發了全新的晶圓夾持機構(Chuck)。
(h)Mask Clean
Mask clean 光罩清洗機目前主要產品應用於清洗9吋及14吋光罩,清洗方式為利用旋轉光罩配合高壓水、毛刷清洗或是化學品噴灑於光罩上去除沾黏的光阻。
光罩上常因曝光製程中沾黏之光阻造成不同程度的髒污,常見用於清洗的化學品有氫氣化鉀、硫酸、NMP等,配合化學品的使用,光罩清洗機本身構造及清洗室的內部對於不同化學品也會有相對應的抗酸鹼材質,機台的回收過濾系統,可減少化學品的使用量。機台另有配合客制化需求,如採用高壓水清洗的物理方式,物理和化學清洗技術相結合的方式如毛刷搭配溶劑來去除有機和無機污染物。
(2)IC前段製程 IC FRONT END OF LINE, FEOL
主要提供光罩清洗,晶圓清洗,與應力緩解的設備。
(a)光罩清洗機 (Photomask Cleaning)
The purpose of the equipment is a clean system for 150mm EUV mask backside cleaning process.
(b)原材料矽片清洗 (Prime Wafer Cleaning)
弘塑科技在原材料矽晶圓清洗及蝕刻應用上,一般包括以下8種製程設備。
(c)應力緩解機 (Stress Release)
許多IC製程後期都會進行晶圓背面研磨(Wafer Backside Grinding),使晶圓薄形化,以利後續晶圓切割及封裝製程。 例如在智慧卡(Smart Card)應用上,必須將晶圓厚度由600~700 μm研磨到小於180 μm。 由於晶背研磨會產生應力(Stress)和翹曲(Warpage),如果晶圓應力過大,將會延伸到正面之元件區域。所以必須使用HF與HNO3混合液, 進行矽濕式蝕刻製程,來消除晶圓應力及損傷層(Stress & Damaged Layer Removal)。
矽晶圓應力消除製程有以下三大製程重點:
1. 蝕刻均勻度(Etch Uniformity)
弘塑科技所設計製造之8吋自動化Wet Bench設備,進行矽晶圓蝕刻製程。製程結果顯示:經由槽體流場之特殊設計與改良,可以克服使用晶舟(Cassette)裝載晶圓之先天性限制,8吋矽晶圓蝕刻均勻度均可達到5%之內。由於晶圓蝕刻為批次製程,其單機台每月產能可達到40,000片,大大提高設備產能與降低生產成本。
2. 晶圓應力(Stress)和翹曲度(Warpage)消除
矽晶圓背面研磨所產生之缺陷,一般包括:研磨損傷層(damaged layer)、晶體缺陷(Crystal Defect)和微裂痕(Micro-crack)等,經由矽濕式蝕刻製程,可以大大消除應力及損傷層,進而增加晶圓與晶片之強度。
3. 微粗糙化蝕刻表面(Micro-Roughness Surface Etching)增加金屬沈積之附著力
如果在晶背研磨後,需要進行晶圓背面金屬沈積製程時,為了增加金屬沈積之附著力(Adhesion),則可在蝕刻液中添加一些特殊藥劑,使晶圓在消除應力蝕刻後,其晶圓表面能夠具備微粗糙化(Micro-Roughness)特性,以增加金屬沈積時之附著力。
(3)光電產業 OPTOELECTRONICS APPLICATIONS
主要提供 GaAs 濕法蝕刻、金屬剝離、PSS 磷酸蝕刻、RCA 清洗和粗糙度的製程應用。
(a)RCA Clean製程
弘塑科技Wet Bench設備最常應用之濕式化學清洗與蝕刻製程,簡述如下:
1. 濕式化學清洗製程
常用化學品有 SC-1(APM)、SC-2(HPM)、SPM、HF及BHF等。SC-1及SC-2最早由RCA公司所發明用於清洗製程,所以SC-1及SC-2又稱RCA-1及RCA-2。
2. 濕式蝕刻製程
濕式蝕刻技術的優點在於其製程簡單、成本低廉、蝕刻選擇比高且產量速度快。 濕式蝕刻機制: 1.一般是利用氧化劑將蝕刻材料氧化,再利用適當的酸將氧化後的材料溶解於水中。 2.為了讓蝕刻的速率穩定並延長化學品使用時間,常會在蝕刻液中加入介面活性劑及緩衝溶液來維持蝕刻溶液的穩定。
(b)微粗糙化蝕刻表面 (Micro-Roughness Surface Etching)
粗糙化蝕刻表面(Micro-Roughness Surface Etching)目的是增加金屬沈積(metal deposition)之附著力(adhesion),於化學液上是使用氫氟酸(HF)與硝酸(HNO3)混合,進行矽濕式蝕刻製程,則可在蝕刻液中添加一些特殊藥劑,其晶圓表面能夠具備微粗糙化(Micro-Roughness)特性,以增加金屬沈積時之附著力。
(c)高溫熱磷酸製程 (PSS)
近幾年來III族氮化物(III-Nitride)高亮度發光二極體(High Brightness Light Emission Diode; HB-LED)深獲重視,目前廣泛應用於交通號誌、LCD背光源及各種照明使用上。GaN LED是以磊晶(Epitaxial)方式生長在藍寶石基板(Sapphire Substrate)上,由於磊晶GaN與底部藍寶石基板的晶格常數(Lattice Constant)及熱膨脹係數(Coefficient of Thermo Expansion; CTE)相差極大,所以會產生高密度線差排(Thread Dislocation),此種高密度線差排則會限制了GaN LED的發光效率。
使用藍寶石基板之濕式化學蝕刻圖形化(Pattern Sapphire Substrate; PSS)技術,可以有效增加光的萃取效率,因為藉由基板表面幾何圖形之變化,可以改變LED的散射機制,或將散射光導引至LED內部,進而由逃逸角錐中穿出。
(d)砷化鎵蝕刻 (GaAs Etcher)
三五族半導體(砷化鎵為其中一種)主要應用於光電與高頻通訊元件,與一般使用矽(第四族)元件於製程上是相當不同的,弘塑專為為砷化鎵高頻通訊元件提供了單片旋轉式(single wafer spin)濕式蝕刻製程設備。
溼式化學品(添鴻科技)
(1)蝕刻液
(a)銅蝕刻液
半導體封裝製程使用濺鍍銅做為UBM層 (Under Bump Metallization),在凸塊 (Bump) 與RDL (線路重佈,Redistribution Layer) 的電鍍製程中讓電流均勻導通整片晶圓的晶種層 (Seed Layer)。如果UBM蝕刻不完全,將造成電性短路 (Short Circuit) 或漏電流 (Leakage Current);如果UBM蝕刻過度,將造成凸塊底切 (undercut) 或是RDL線寬過窄 (CD loss) 問題,影響電子元件可靠度。
添鴻科技提供多款高品質的銅蝕刻液,滿足一般RDL、Copper Pillar Bump、LF Bump製程需求。對於半導體先進封裝製程也提供Fine Line RDL、Microbump、Cu/Ni/Au RDL、Ni/Au Pad元件的銅蝕刻液解決方案。
(b)鈦蝕刻液
半導體封裝的UBM製程 (Under Bump Metallization) 中的濺鍍鈦功能做為濺鍍銅與底材之間的黏著層與擴散阻障層。如果鈦蝕刻不完全,會造成電性短路 (Short Circuit) 或漏電 (Leakage Current);如果鈦蝕刻過度,將造成底切 (undercut) 問題,影響電子元件可靠度。
早期半導體製程常使用氫氟酸進行鈦蝕刻,但容易損傷元件的其他金屬層。添鴻科技的酸性氟鹽系列鈦蝕刻液可以有效抑制對Cu、Al、LF solder的蝕刻率。
如果客戶廠區無法處理含氟廢水或是考量人員操作時意外接觸到含氟配方的健康危害風險,添鴻科技提供鹼性雙氧水系列鈦蝕刻液。並且克服雙氧水在鹼性環境自生裂解放熱反應造成的異常溫升問題,確保製程穩定與工業安全。
對應先進封裝的Fine Line RDL與Microbump元件尺寸日益縮小,添鴻科技也提供low undercut的鈦蝕刻液產品。
(c)金蝕刻液
顯示器驅動IC封裝的金凸塊製程使用濺鍍金UBM層 (Under Bump Metallization),做為金凸塊 (Bump) 電鍍製程中讓電流均勻導通晶圓的晶種層 (Seed Layer)。光電領域也使用金來製作LED的電極。
添鴻科技提供多款金蝕刻液來對應不同製程需求,包括碘化鉀系列與硝酸系列。因應金凸塊元件結構特性,也推出具鋁保護功能的金蝕刻液,防止金蝕刻製程中損傷下層結構的鋁墊 (Al Pad)。
(d)重工蝕刻液
提供凸塊製程重工蝕刻液。有效去除凸塊,不損傷鈦、鋁與鈍化層。
(f)LED粗化液
化合物半導體LED經由表面粗化製程提升光提取效率,增加發光效率。
(2)去光阻液
光阻在半導體製程中做為定義結構圖形的材料,在電鍍或蝕刻製程後需要將光阻有效的去除乾淨。
去光阻液除了去光阻效能外,還需要降低對底層Cu、Al金屬層的損傷。
近年來先進封裝製程導入低溫型固化型聚醯亞胺 (Polyimide, PI) 薄膜,其耐化性較傳統高溫固化型PI為弱,在接觸有機溶劑製程時很容易受到損傷。另外多層PI結構經過重複烘烤固化、冷卻收縮會造成內應力殘留,在去光阻製程中容易因為應力釋放造成裂痕。這也是去光阻液應用在先進封裝製程中的挑戰。
添鴻科技的去光阻液產品可應對半導體封裝製程與光電製程,有效去除正型光阻、負型光阻、乾膜光阻,適用於spin或wet bench製程機台。除了傳統DMSO或NMP系列去光阻液,因應環保需求在2017年量產台灣第一款符合歐盟REACH環保規範並具有PI保護功能的環保型溶劑系列去光阻液。
(3)米雙晶銅電鍍液
(111)奈米雙晶銅電鍍液,運用特殊的添加劑在銅電鍍液中,以電化學電鍍的方式沉積銅膜,形成專利的銅微結構。
具(111)優選方向的奈米雙晶銅微結構是由交通大學材料科學與工程系陳智教授在2012年發表,運用特殊的添加劑在銅電鍍液中,以電化學電鍍的方式沉積銅膜,形成專利的銅微結構。該微觀結構呈現(111)單一方向柱狀晶,柱狀晶粒內有高密度的雙晶,雙晶晶界間距在數奈米到數百奈米間。
(4)其他
(a)清洗液
半導體製程不同階段需要不同的清洗製程。添鴻科技提供不同製程應用的清洗液。包含RDL氧化層清洗液,UV膠帶殘膠清洗液,玻璃晶圓De-bond清洗液,再生矽晶圓清洗液。
(b)銀蝕刻液
BGBM製程 (Backside Grinding晶背研磨、Backside Metallization晶背金屬化) 使用Ti/NiV/Ag結構。 添鴻科技提供wet bench 與spin製程機台使用的磷酸與硝酸系列銀蝕刻液。
(c)鎳釩蝕刻液
BGBM製程 (Backside Grinding晶背研磨、Backside Metallization晶背金屬化) 使用Ti/NiV/Ag結構。 添鴻科技提供wet bench 與spin製程使用的硝酸系列鎳釩蝕刻液,也可以應用在NiV/Cu蝕刻製程。
(d)矽蝕刻液
添鴻科技提供氫氧化鉀系列矽蝕刻液。其非等向性特性應用於MEMS製程與TSV reveal製程。
(f)鈦鎢蝕刻液
顯示器驅動IC封裝的金凸塊製程使用TiW /Au UBM層。其中TiW功能做為金與底材之間的黏著層。
金凸塊製程傳統上使用高溫 (60~70˚C) 的雙氧水進行鈦鎢蝕刻。但雙氧水在高溫條件會自生裂解並釋放熱量,容易異常溫升甚至是突沸,造成工業安全上的問題。
添鴻科技的雙氧水複合配方型鈦鎢蝕刻液可以在較低溫度40˚C使用,並且添加雙氧水安定配方,提高製程的安全性及穩定性。
全球半導體設備銷售金額
2023年全球半導體設備銷售金額為1063億美元,其中,前段晶圓製造設備為956億美金,在後段設備方面,測試設備為63億美金,組裝與封裝設備為44億美金。設備支出前三大市場—台灣、韓國和中國共佔全球設備市場72%。
台灣半導體設備業產值
(1)半導體生產用設備及零件為主要成長引擎
我國半導體設備業產值在2023年為1497億,含括生產、檢測兩大類之設備及零組件,其中以半導體生產用設備及零組件占7成左右為大宗。受惠政府推動各項企業創新研發計畫,加上鼓勵國內外半導體廠商在台投資,並媒合彼此合作,促進設備製造在地化及國產化,挹注半導體生產用設備及零組件產值自101年以來以2位數的增幅高速成長。
(2)112年半導體設備業直接外銷規模超越內銷
按銷售流向觀察,半導體設備業向以內銷為主,112年直接外銷比重首度突破5成,其中半導體生產用設備及零組件近年在政府積極輔導下,有效提升國際競爭力,致直接外銷占比由107年20.3%,逐年攀升至112年50.7%,增逾30個百分點。
先進封裝
關於先進封裝市場,小晶片(chiplet)架構帶動半導體先進封裝需求, 預估晶圓代工廠及半導體整合元件廠先進封裝產值提升速度,將高於半導體後段專業封測廠。半導體製程接近摩爾定律的物理極限,半導體技術朝向次系統整合(sub system integration)階段發展,半導體製程到 3 奈米及 3 奈米以下,許多晶片設計將以小晶片(Chiplet)架構為主。
小晶片帶動先進封裝需求,預估 2024 年全球小晶片市場規模將成長至 505 億美元,應用以伺服 器及智慧型手機為主,小晶片帶動封裝技術從傳統打線封裝邁向覆晶封裝和 2.5D/3D 先進封裝,其中高速運算(HPC)晶片多採用 2.5D/3D 先進封裝。 預估先進封裝市場規模從 2022 年到 2028 年的年複合成長率(CAGR)將超過 10%,成長性不僅高於傳統封裝,也高於整體半導體業,其中 2.5D/3D 先進封裝市場將由 92 億美元成長至 258 億美元,年複合成長率預估 18.7%。
英特爾和台積電積極投入先進封裝資本支出,預估晶圓代工廠及半導體整合元件廠(IDM)先進封裝產值提升速度,將高於半導體後段專業封測廠 (OSAT)。半導體大廠布局先進封裝,晶圓製造廠台積電、韓國三星( Samsung)、美國英特爾(Intel)等研發先進封裝,布局多晶片整合,鎖定高階行動處理器和高效能運算晶片,封測大廠日月光投控提供高密度晶片整合解決方案。除了英特爾、三星、台積電、日月光投控外,艾克爾(Amkor) 、中國江蘇長電等也積極切入先進封裝,前述 6 家廠商囊括全球超過 80% 的先進封裝晶圓產能。
溼式化學品產業
溼式化學品指的是微電子中濕式製程中用到的液態化學材料。在半導體中製程中,用到濕式製程的有濕式蝕刻,清洗,顯影,去光阻....等等。濕式化學品和製程更新是同步的,一個新的製程就需要一 個新的濕式化學品。
濕式化學品有分一般濕式學品,如硫酸(H2SO4),硝酸 (HNO3),鹽酸 (HCl), 硝酸 (HNO3),氫氟酸(HF).....等等,其成分單一,功能單一,量大。和功能性複方濕式化學品,如稀釋液,顯影液,蝕刻液,清洗液...。功能性複方濕式化學品具有特殊功能,用在濕式製程特定環節。
濕式化學品對純度要求很高,有分G1到G5等級。如太電能電池用在G1濕式化學品,顯示器和LED用在G2到G3等級,積體電路對純度要求最高,一般都是G3等級以上,而12吋晶圓,更是要求G4等級以上。
根據SEMI顯示,2023年半導體材料銷售額為667億美金,其中,晶圓製造材料規模為415億,在晶圓製程中,以矽晶圓Silicon wafer 佔比為32.9%,電子氣體Electronic Gas佔14.1%,光罩Photomask佔12.6%,拋光液和拋光墊CMP (Slurries,PADs)佔7.2%,光阻周邊材料photoresist ancillaries佔6.9%,光阻Photoresist佔6.1%,濕式化學品Wet Chemicals佔4%,濺鍍靶材Sputtering targets佔3%。至於封裝材料,規模為252億美金。
弘塑,是一家半導體濕製程設備、濕製程化學品公司,也提供半導體製程軟體銷售及安裝,半導體及電子設備銷售代理、維修服務。目前主要產品為半導體後段封裝濕式設備。近5年ROE為17%,22%,22%,14%,13%。毛利率為42%,44%,43%,45%,46%,資產負債率為52%,51%,49%,46%,43%。2023年銷售以機台設備產品佔42.55%,化學產品佔24.65%,半導體及電子設備銷售代理佔27.81%,維修服務及其他佔3.29%,軟體銷售及安裝佔1.70%。銷售區域以台灣佔60.41%,亞洲/美洲等佔39.59%。主要客戶行業分為三大類,半導體業佔95%以上,其餘少數為光電業及面板業相關。弘塑研發費用佔營收淨額比例 7.54%。
競爭
弘塑產品主要為半導體後段封裝濕式設備,目前專攻於200至300mm之 酸槽設備及單晶圓旋轉設備。國內生產類似產品之同業如嵩展及辛耘等公司, 皆僅有部分設備產品重疊。
以個別應用產品之國內佔有率估計,據弘塑自行觀察客戶端之機台採購情形,其酸槽設備(Wet Bench)在 12 吋晶圓級封裝中在台灣佔有率為六到八成, 單晶片旋轉機台(UBM Etch)在 12 吋晶圓級封裝中在台灣佔有率約六成,至於化學品調配供應系統多屬配合客戶要求搭售,並非為弘塑主力產品。
(a)前段酸槽設備
由於本土設備商發展較晚,台灣市場目前幾乎為日本業者所壟斷,前幾大廠商分別為 S.E.S.、TEL、DNS、及 Kaijo,市場佔有率超過九成。弘塑主要在 Wafer Reclaim 等中後段製程的市場上努力。
(b)晶圓級封裝產業設備
弘塑為主要的設備供應商,尤其在錫鉛凸塊(Solder bumping)的光阻乾膜去除(Dry Film Stripper)製程中,佔有率為最高。另外在凸塊底下金屬層蝕 刻(under-bump metallization,UBM)中,亦為國內主要的設備供應商,2004年起己逐漸出貨至各大廠。以製程技術而言,不但領先國內同業,相較於國外大廠,亦極具競爭力。
112 年度弘塑營業收入淨額為新台幣 3,543,994 仟元,其中設備類製造與代理等收入為 2,493,740 仟元,佔全球半導體設備市場之市佔率約略為 1%。
(c)濕製程化學品
濕式化學品競爭對手有Entegris、 BASF SE、Avantor Inc.、Honeywell International Inc、Kanto Chemical......等等。
進入障礙
由於半導體生產需靠複雜及精密之設備與製程完成,而每片晶圓之投入成本極高,生產良率與設備之精準度及環境之控制息息相關,為半導體產業獲利之關鍵,因此設備供應商欲切入半導體廠商之合格供應商體系,需經過相當時間配合及認證,期間所累積對設備供應商在產品可靠度與品質之穩定之信賴度,一旦獲得採用,半導體廠商為簡化設備操作之複雜度及增加人員操作之效率,故通常相同製程以相同廠商之設備為主,因此一旦設備獲得採用,其他設備供應商未來將難以進入,尤其全世界前五大封裝廠多於台灣設廠,是否可取得其認證及採用將成為設備廠商成就與否之關鍵。
半導體製程設本土化
本土化半導體製程設備是政府積極輔導產業之一,可享有多項優惠措施及科專經費輔助,國內客戶採購策略開始較著重於建立國內製程設備供應商夥伴關係。
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