佳能在超越摩尔领域野心勃勃，积极布局键合和光刻设备
2018-11-13 20:32:09 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
几十年来，佳能一直在为半导体前道工艺提供光刻设备。作为一家关键光刻设备供应商，佳能引领功率器件和CMOS图像传感器的翻新设备市场。为了夺取超越摩尔设备这块额外的市场份额，佳能公司提出了新的战略，提供比其前道光刻设备价格更低的全新超越摩尔设备。
微访谈：佳能市场经理Doug Shelton
据麦姆斯咨询报道，未来超越摩尔器件将越来越复杂，从而引发设备投入的白热化。事实上，2017年用于永久键合、光刻、临时键合及解键合工艺的设备市场规模已超过4.5亿美元。到2023年，这一数字预计将达到8.5亿美元，期间的复合年增长率（CAGR）达10%。
Yole在10月份刚刚发布了《超越摩尔领域的键合和光刻设备市场-2018版》，对超越摩尔领域的键合和光刻设备市场进行了全方位的分析。这份报告的作者——Yole技术和市场分析师Amandine Pizzagalli近期采访了佳能（Canon）市场经理Doug Shelton，就键合和光刻应用的观点进行了交流。
几十年来，佳能一直在为半导体前道工艺提供光刻设备。作为一家关键光刻设备供应商，佳能引领功率器件和CMOS图像传感器的翻新设备市场。为了夺取超越摩尔设备这块额外的市场份额，佳能公司提出了新的战略，提供比其前道光刻设备价格更低的全新超越摩尔设备，旨在改进其产品组合。此外，在后道封装的键合业务中，佳能正试图利用其物理气相沉积（PVD）专业能力，推出用于金属界面的永久键合设备。
以下是Yole的分析师Amandine Pizzagalli（以下简称AP）和佳能市场经理Doug Shelton（以下简称DS）的采访内容整理。
AP：请您简要介绍佳能的发展历程和目前的主要业务。
DS：佳能成立于1937年，原名为精机光学工业株式会社（Precision Optical Industry, Co., Ltd），1947年更名为佳能照相机株式会社（Canon Camera Co. Inc.），1969年更名为佳能公司（Canon Inc.）。依托佳能在相机镜头设计和制造的精密光学技术，最初面向市场的是35mm焦平面快门相机。如今，佳能现已成长为在全球拥有376家分公司、超过197000名员工的大型企业。
产品组合方面，在20世纪80年代，佳能进入打印机市场，产品成多样化。今天，佳能产品业务分成：办公用品、成像系统、医疗系统、工业和其他。
应用领域方面，佳能产品支持个人、专业、电影和广播成像、印刷和视频媒体制作、医疗诊断和治疗，以及半导体、显示器、工业制造和自动化产品。
佳能在2017年的总营收超过4万亿日元（超过36亿美元），大部分营收来自大型成熟的办公和成像系统市场。工业和医疗系统市场正在享受更高的增长率，并成为佳能优先级更高的领域。
佳能2017财年营收按业务细分
AP：以往半导体业界的共识是佳能只为前道代工厂提供光刻设备。如今，佳能产品组合越来越广泛，已经开发了专用于超越摩尔领域的设备。您能描述下佳能在超越摩尔领域光刻和键合设备的投入吗？
DS：1984年，佳能推出首款步进式光刻机（stepper），并不断利用佳能专有技术来更新和改进我们的光刻平台。在超越摩尔领域，佳能已经开发了新的光刻设备和功能，适用于透明晶圆、不同尺寸的晶圆、翘曲（warped）晶圆的处理和晶圆背面的红外线对准。
2011年，佳能推出第一款用于后道的步进式光刻机FPA-5510iV，宣告进入先进封装领域的光刻市场。I线步进式光刻机FPA-5510iV在生产率方面非常具有优势，已被倒装芯片封装工艺广泛采用。
2016年，佳能推出更高分辨率和高套刻精度步进式光刻机FPA-5520iV，能满足扇出型晶圆级封装（FOWLP）工艺的严格要求，FPA-5520iV目前已投入FOWLP量产、下一代精细重布线层（fine-RDL）和FOWLP研发。
最近，佳能还开发了新款原子扩散键合设备，该设备将佳能的子公司Canon ANELVA的薄膜沉积和超高真空技术集成到同一系统，能够在室温和低压的条件下实现任何镜面抛光表面的永久键合。这是一种非常通用的技术，几乎可以完成任何两种不同材料的键合。
AP：您能描述在超越摩尔领域，佳能有哪些光刻和键合设备吗？这些设备能支持哪些工艺、细分市场或应用？
DS：佳能已经开发了一系列广泛的光刻系统，主要满足先进封装领域超越摩尔工艺的特殊要求。目前佳能开始提供用于先进封装的第二代光刻机FPA-5520iV，用于支持FOWLP、中介层（interposer）和fine-RDL应用所需的小于2 µm的成像分辨率。
对于CMOS图像传感器，佳能已经开发出具备500 nm分辨率的宽场I线步进式光刻机FPA 5510iX和曝光场达33 x 42.2 mm、分辨率为130 nm的KrF扫描式光刻机FPA-6300ESW，能够完美实现35 mm图像传感器所需的成像分辨率。
物联网、射频、MEMS和电源器件为满足实际应用需要，通常采用尺寸较小的特殊衬底。佳能开发的I线步进式光刻机FPA-3030i5+和KrF扫描式光刻机FPA-3030EX6主要用于200 mm以下的晶圆加工。FPA-3030平台是佳能已通过验证的步进式光刻机平台FPA-3000的升级版，并更新了硬件和软件设计，满足超越摩尔应用对兼容新功能的需求。
为了支持晶圆键合应用，Canon AELVA开发了新款原子扩散键合设备BC7000，利用其薄膜技术专长，为先进封装、MEMS和诸多超越摩尔市场提供可靠性更高的晶圆间（W2W）永久键合设备。原子扩散键合可在室温下进行，金属-金属键合界面提供了更优秀的键合强度、可靠性和耐久性。室温键合对一些应用领域来讲非常具有吸引力，特别是对关注热预算的工艺。
AP：佳能的光刻设备产品组合有哪些？
DS：佳能的FEOL（生产线前道工序）产品阵容强大，包括深紫外光（DUV）扫描式光刻机FPA-6300ES6a和I线步进式光刻机FPA-5550iZ2，得益于其高生产率和低成本的优势而受到存储器制造厂商的青睐。
我们最新的光刻系统FPA-1200NZ2C是一套利用纳米压印光刻技术提供超精细图案化和整体工艺成本低的创新设备。
佳能还专为超越摩尔应用开发设计了一系列系统，包括可用于4寸、6寸和8寸晶圆加工的步进式光刻机FPA-3030EX6和FPA-3030i5+，用于高端图像传感器制造的I线步进式光刻机FPA-5510iX和宽场DUV扫描式光刻机FPA-6300ESW，用于先进封装领域的步进式光刻机FPA-5520iV。
佳能的光刻设备产品组合
AP：您能谈谈佳能的晶圆间（W2W）键合设备产品组合吗？
DS：利用Canon ANELVA的PVD和超高真空技术，我们提供全新的W2W永久键合系统。永久键合工艺包括在超高真空腔体内在晶圆表面上形成高度均匀的超薄金属层，然后在室温下将两片晶圆进行低压键合。由于金属的自扩散性高，晶圆表面薄膜中的原子相互扩散并重新排列，从而形成牢固的永久W2W键合。
Canon ANELVA提供的原子扩散键合设备BC7000能全自动地执行晶圆传送、薄膜沉积、对准、键合和收集完成键合的晶圆等操作。
任何材料的晶圆经过镜面抛光后都可以在室温下完成键合，这适用于低热预算的应用，例如不同热膨胀系数的W2W键合。选择键合界面金属并优化沉积薄膜厚度，以提供低压条件下不同材料的W2W键合。
Canon的原子扩散键合设备BC7000
AP：佳能为设备赋予了哪些附加值？佳能为半导体行业提供的产品竞争优势体现在哪些方面？
DS：佳能的关键优势之一是产品覆盖半导体前道市场和半导体后道市场，产品组合广泛。为了满足组合市场的需求，佳能在全球布局了强大的服务网络，为终端客户提供快速和高质量的支持。
另一优势是佳能在前道技术开发过程中积累了宝贵的经验，在开发后道产品时可借鉴早期平台研发的经验，并利用经过验证的专有光学制造技术，不断改进光刻系统的性能。
佳能将前期积累的专业技术运用到设计和制造中，从而为超越摩尔应用提供稳定的成像性能、高可靠性、高生产率和最低的最终成本。
佳能的一项额外优势值得在这里谈谈，那就是财务实力和工程组织确保佳能参与半导体市场的各个领域。佳能具备不断升级和开发新功能的技术专长和资源，为不同市场提供满足具体要求的光刻系统。
AP：您认为下一个驱动光刻设备市场和永久键合市场的应用会是什么？
DS：我们看好自动驾驶。因为自动驾驶技术需要先进的GPU、FPGA和传感器阵列。先进的GPU和FPGA需要与多个高带宽存储器芯片连接，并且我们相信对于高密度先进封装和异构集成工艺而言小于2 µm成像分辨率是必要的，这样才能最大化发挥先进GPU和FPGA设计的优势。这些应用对光刻系统提出了独特的挑战，需要在较宽的曝光场提供精确成像和套刻精度，实现高成品率。
AP：请你预测下未来几年超越摩尔领域的光刻设备产业格局将发生什么演变？
DC：第一发展方向是RDL分辨率更高。超越摩尔领域的范围将继续扩大，并将支持实现更强大的芯片，但是这些芯片需要更多的输入输出（I/O）引脚，以便与外围芯片（如存储器堆栈）有效地集成。佳能将利用纳米压印光刻技术继续支持超越摩尔领域，同时继续为先进封装和FOWLP提供更高成像分辨率。
另一个重要变化是后道工艺对设备稳定性和可靠性的要求越来越高。采用先进封装技术的芯片通常价格昂贵，对整个系统成本影响很大，这证明投资提高可靠性和后道工艺良率是合理的。佳能提供的先进封装光刻系统基于前道光刻平台，功能先进，包括在线监测系统，允许快速排除故障并响应，系统可靠性高。
AP：您认为哪种应用或工艺步骤要求先进封装厂商对光刻设备投入巨大资金？下一轮驱动光刻设备市场增长的超越摩尔应用和工艺步骤是什么？
DS：我们相信先进FOWLP需要更精细的RDL，这将产生对光刻设备的新需求。尽管可以使用前道光刻设备来完成高分辨率的硅中介层，但是FOWLP需要光学系统的数值孔径（NA）较小以提供大焦深（DoF），从而达到对晶圆形貌的补偿。
传统的生产线后道工序（BEOL）的光刻设备难以实现非常精细的图案，因为BEOL光刻设备的数值孔径极小，水平系统不能在曝光期间将晶圆可靠地定位在较小的DoF范围内。
为了满足以上要求，佳能为步进式光刻机FPA-5520iV开发了名为NA0.24的投影透镜选项，该选项经过优化以平衡小于1.0 µm RDL工艺的分辨率和DoF。
AP：目前市场上使用全新设备代替翻新设备的主要原因是什么？
DS：先进封装工艺对光刻机提出了区别于前道光刻设备和普通后道设备的概念。新设备集成了最新的硬件和软件，对性能进行改进，并提高生产力、稳定性和正常运行时间。新设备也为设备备件提供了长期的可视性，设计之初就考虑到了与下一代功能的兼容性。
AP：与前道设备相比，超越摩尔领域对光刻设备有何特殊或不同的技术要求吗？能否提供下这些关键产品的更多技术特性信息呢？
DS：佳能已经开发出了新款投影式光学系统，数值孔径为0.24，能够为0.8 µm RDL工艺提供大焦深。利用我们与光刻胶供应商和涂胶设备厂商的密切关系，对FPA-5520iV成像性能进行了测试和认证，结果显示可以完成高保真0.8 µm RDL图案化。
与FEOL光刻工艺相比，超越摩尔应用同样需要厚胶，对应的曝光能量较高，因此步进式光刻机FPA-5520iV配有光刻胶除气装置，能有效消除因厚胶曝光引发的透镜污染风险。
AP：与前道光刻设备相比，超越摩尔领域光刻设备是否增加了某些特定功能？
DS：佳能的优势之一是我们可以开发定制解决方案以帮助客户克服挑战。例如，超越摩尔应用经常出现变形和翘曲晶圆，佳能的步进式光刻机FPA-5520iV采用先进的夹具处理翘曲晶圆，实现晶圆水平面找平。
FPA-5520iV还可以采用管芯对管芯（D2D）套刻补偿策略，以校正FOWLP工艺中发生的管芯随机移位误差。
通过增加穿硅对准（Through Silicon Alignment ，简称TSA）的可选配置，FPA-5520iV可以使用红外线观察位于硅晶圆背面的对准目标，从而确保后通孔（via-last）工艺的实现。
佳能的I线步进式光刻机FPA-5520iV
AP：在超越摩尔应用领域，是否有替代扫描式或步进式光刻技术的技术方案？请列举例子。
DS：超越摩尔应用已经提出了高性能光刻系统的要求，为满足这一需求，佳能为分辨率为90 nm的KrF扫描式光刻机FPA-6300ES6a和生产率最高的I线步进式光刻机FPA-5550iZ2开发了处理200 mm晶圆的选项。
佳能还开发了基于FEOL DUV扫描技术的KrF光刻系统FPA-6300 ESW。FPA-6300 ESW适合用于高端CMOS图像传感器，其大视场、高分辨率性能还可以扩展到先进封装应用。
AP：作为领先半导体设备供应商之一，请您谈谈佳能在超越摩尔领域是如何定位的？
DS：佳能拥有的强大技术组合能为我们的客户带来持续创新，佳能将对现有系统和功能不断调整和开发，以满足新工艺要求。
AP：您如何预测未来佳能在光刻设备产业中的地位？与该领域的诸多竞争者展开竞争，佳能将如何作为？
DS：我们相信佳能在这个产业中地位强大而独特，因为我们对推动市场营销、设计、制造和支持创新的光刻市场、核心光刻专业知识和资源都有广泛且深入的了解。为满足每个客户的独特工艺、生产力和成本要求，佳能提供不同的功能和系统供选择，这是佳能的优势所在。
所有FEOL和超越摩尔应用对光刻系统的需求都非常强劲，佳能将继续投入新设备的研发，以满足市场需求。
AP：在您看来，未来几年光刻和键合业务的主要发展方向是什么？
DS：今年，佳能交付了第一台装有数值孔径为0.24投影系统的光刻机，我们相信在2019年小于1.0 µm先进封装选项将投入商业使用。佳能将与光刻胶供应商和其他设备厂商共同研发新工艺来支持这一演进。
AP：佳能在光刻和键合领域的下一步计划是什么？
DS：佳能一直在研究如何最好地支持高分辨率板级封装工艺，包括扇出型板级封装（FOPLP）。佳能持续关注快速发展的FOPLP的需求和挑战，并将努力实现高分辨率、高良率的FOPLP工艺。
佳能展示在300 mm面板上实现0.8 µm分辨率
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