应用于超越摩尔器件的三种制造设备类型的现状

李倩 发表于 2018-10-16 08:49:31 收藏 已收藏
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应用于超越摩尔器件的三种制造设备类型的现状

李倩 发表于 2018-10-16 08:49:31

由5G无线技术、电动汽车和先进移动设备等应用驱动的超越摩尔器件,将推动光刻技术、永久键合以及临时键合和解键合设备市场增长。

大势所趋,超越摩尔器件或将破局主流键合和光刻技术的应用

据麦姆斯咨询介绍,5G无线技术、电动汽车和先进移动设备等大趋势应用需要小型化和多功能的半导体器件。因此,制造下一代超越摩尔(More than Moore, MtM)器件需要具有新技术规格的制造设备。这些与遵从摩尔定律的主流半导体行业设备在分辨率、套刻精度、焦深(DOF)、晶圆弯曲度和背面对准等方面有很大不同。MEMS、传感器和功率器件具有更宽松的技术指标,因此光刻机台能够以更低的成本实现。然而,上述大趋势应用正在推动具有更严格要求的器件,光刻特征尺寸低于1um。这将推动步进式光刻机的更广泛应用。

超越摩尔器件推动了晶圆间(W2W)键合,目前由基于熔融键合的CMOS图像传感器(CIS)驱动,可实现相位差自动对焦(PDAF)以及更快的拍摄功能。不过,W2W工艺的增长将主要由无TSV(硅通孔)的集成混合键合来引领发展。这些工艺可用于新的消费类CIS方案,如全局快门和飞行时间(ToF)技术,以及汽车行业的高级驾驶辅助系统(ADAS)。展望未来,3D NAND存储器和片上3D系统(SoC)等新兴主流产品,预计将在未来几年内重塑W2W业务。它们将取代芯片到晶圆(D2W)和引线键合,以最大化存储器单元的数量和良率,并解决堆叠层的限制问题。

我们原本预计W2W会因为3D DRAM堆叠存储器而提前上量。然而实际上,目前的成本和技术问题,限制了W2W对D2W组装方案的替代。

本报告全面概述了应用于超越摩尔器件的三种制造设备类型的现状,更深入剖析了大趋势应用所带来的技术趋势和影响。

关键设备技术应用路线图

超越摩尔产业的制造复杂性,为键合和光刻设备市场带来了新商机整个半导体设备市场规模已达数十亿美元。相比之下,超越摩尔产业的永久键合、临时键合和解键合以及光刻设备市场还仅是百万美元级别的小利基市场。

不过,大趋势应用市场将超越摩尔器件的复杂度推向了新高度,从而带来了巨额投资。在此背景下,这些工艺步骤的设备市场总营收在2017年超过了4亿美元。预计到2023年将达到约7.5亿美元,在此期间的复合年增长率(CAGR)为10%。这主要是由光刻驱动,其后为W2W永久键合。

超越摩尔器件的新光刻设备市场主要由先进封装驱动。目前,该细分领域占整个超越摩尔光刻设备市场的近60%,并将继续通过步进式技术主导该产业。同时,MEMS和传感器、CIS和功率器件的光刻设备营收很高比例来自传统半导体产业的设备改造。不过,新光刻系统即将出货,以满足旧设备面临的更小的对准和特征尺寸限制。

W2W键合市场主要受CIS成像驱动,预期将受到来自新兴CIS产品的推动。不过,3D NAND和3D SoC等新主流半导体应用,也将在未来五年内大力推动W2W键合市场的增长。2017年,临时键合和解键合设备市场仍然仅是一个营收超过5500万美元的相当小的利基市场。然而,它已经应用于许多超越摩尔领域,例如3D TSV平台、扇出型晶圆级封装(FO WLP)、MEMS和传感器、功率器件和光子学应用等。

从技术角度来看,激光解键合代表了主流技术,目前广泛应用于FO WLP和2.5D内插器封装。预计它将继续成为领先工艺,主要由三星、SK海力士和美光等主要内存制造商推动。由于良率问题,以及支持2019年末到来的大规模量产,这些公司预计将为下一代HBM2存储器,从机械/热滑动解键合转向激光解键合。本报告针对2017~2023年期间,详细分析了超越摩尔制造设备市场的产量和市场规模预测,并按超越摩尔细分应用和技术进行了分解。

2017~2023年超越摩尔器件应用的W2W永久键合、临时键合和解键合设备市场预测

超越摩尔器件引领更广阔的键合和光刻市场从竞争格局来看,超越摩尔设备市场是多元化的,供应商来自多个不同方向。

超越摩尔领域主要设备供应商

因此,键合设备市场高度集中在EVG和SUSS MicroTec等专业设备供应商的控制之下。这些公司在非常特定的设备产品线已经拥有成熟的专业技术,而传统设备供应商没有能力支持这些工艺。不过,东京电子有限公司(TEL)是个例外,它在永久键合设备领域非常活跃。相比之下,超越摩尔器件的光刻设备市场则以不同的方式呈现碎片化,因为该领域主要由两类主要厂商提供服务:- Veeco、EVG、SUSS Microtec、SMEE等专业设备供应商,专为超越摩尔行业提供全新的光刻设备;- ASML、佳能、尼康等顶级半导体设备供应商,大多主要支持翻新设备。然而,目前设备领域在键合和光刻方面正朝着更多样化的方向发展。

例如,亚洲设备供应商最近就为市场带来了较大的价格压力,可能会重新洗牌超越摩尔设备市场。中国本土新厂商受益于地方政府的有力补贴,已进入市场并准备开始与产业顶级厂商展开竞争。目前,SMEE(上海微电子装备有限公司)是中国该领域的主导企业,提供低成本的键合和光刻设备,在量方面占据了中国本土LED市场约70%的市场份额。其他亚洲设备供应商包括韩国EO Technics和台湾Kinyoup Optronics,主要提供专用于FO WLP的激光解键合设备。

同时,在超越摩尔领域寻求市场份额的过程中,大型半导体前端或后端设备供应商采取了不同的策略。他们通过收购其他公司来扩大其光刻业务,以完善产品组合并实现多样化。例如,ASML分拆的Liteq被Kulicke & Soffa收购,Veeco则收购了Ultratech,KLA Tencor收购了Orbotech。最后,佳能是一家主要的前端光刻设备供应商,正通过开发成本合理的全新设备来挑战超越摩尔领域的设备供应商。此外,它近期还通过利用物理气相沉积(PVD)推出了基于金属界面的永久键合设备,在键合业务领域实现了跨越。本报告按超越摩尔器件细分,量化并详细介绍了主要的键合和光刻设备供应商以及市场竞争格局。

2017年超越摩尔领域设备供应商的市场份额

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