2024/11/15
本文的3个要点
1.尖端半导体需求因生成式AI热潮等原因而快速增长
2.新的半导体制造方式将创造“中工序”市场
3.从制造到搬运的新设备开发竞争趋于过热
以生成式AI（人工智能）热潮为起点，尖端半导体的需求正在快速增长。但是，由于微细化带来的半导体高度集成已经接近极限，芯粒（Chiplet）集成等新制造方法开始兴起。其舞台是介于形成半导体电路的前工序和组装半导体的后工序等传统工序之间的“中工序”。由于AI的快速扩大和半导体微细化的极限，中工序的需求正在迅速增加，日本的半导体制造设备厂商正纷纷涌入这一领域。
日本的半导体制造设备厂商等把中工序视为新的增长领域，正在积极向市场投放产品。半导体制造设备是日本在世界上具有优势的领域，能否在新市场上也保持优势正处于关键时期。
“认为今后中工序的市场体量会越来越大”。半导体清洗设备巨头SCREEN控股的ADPKG事业室长秋光六七春带着强烈的信心如此表示。处于其视线前方的是SCREEN于2023年7月投入市场的直接成像式曝光设备“LeVina”。
SCREEN控股的直接成像式曝光设备“LeVina”（照片由SCREEN控股提供）
进化自身的基础技术
半导体的制造过程分为在晶圆上形成电路的前工序和切出电路、进行布线和封装等之后制成各个半导体的后工序。但是，以往通过电路微细化来提高集成度、提升处理能力的方法逐渐接近极限。
最近出现了通过微细化以外的方法实现高性能的技术。把多个用途不同的半导体芯片组合在一起的芯粒集成，以及把芯片自身堆叠起来的2.xD、3D技术开始正式得到使用。特别是在用于生成式AI等的尖端半导体上得到使用。
在芯粒集成等的制造过程中，传统的前工序和后工序技术都被使用，因难以区分而被称为中工序。目前，像LeVina这样的新设备正在相继涌现。一家欧洲调查公司预测称，中工序制造设备的市场规模到2028年将达到160亿美元。
负责SCREEN控股的直接成像式曝光设备的ADPKG室长秋光六七春（右）和技术/营销担当部长西村让一（照片由SCREEN控股提供）
LeVina改进了传统前工序的核心技术之一——光刻。在前工序中，通常使用被称为光掩模（Photomask）的图案原版，通过光刻将电路缩小并转印到晶圆等基板上。而直接成像式曝光设备不使用光掩模，能直接在涂有药液的基板等上绘制电路。
其特征之一是能够转印布线间隔为2微米的极其微细的电路。在中工序的芯粒集成中，多个半导体通过被称为转接板的大型中间基板（interposer）进行电气连接。第二个特征是，由于中间基板较大，有些会产生翘曲，LeVina可以在应对这些变化的同时转印电路，从而提升了生产的良品率。
现在，很多寻求开展中工序业务的企业都在扩展自身在前工序和后工序中所拥有的技术优势。SCREEN也是基于其祖业——印刷用制版的曝光和直接绘图技术。据悉用于直接曝光的直接绘图技术自2000年代初便开始持续开发。
在半导体检测中使用CT技术
半导体的制造工序为了追求高速化和大容量化（如内存），把微细化推进到极限，结果使得制造工序数量变得非常庞大，据说已经达到了600~800个，甚至接近1000个工序。由于制造设备增加，检测设备也会相应增加，导致流程必然变得更加复杂。在中工序领域也是如此。
欧姆龙将在2024年度内推出以中工序为中心的X射线检测装置“VT－X950”。使用计算机断层扫描（CT）技术，从360度全方位拍摄被检测对象，并以图像为基础制作被检测对象的三维模型进行检测。
欧姆龙的X射线检测装置“VT－X950”（照片由欧姆龙提供）
在先进半导体等领域，基板与芯片使用被称为焊锡凸点的小型球状物体进行连接。在芯粒集成等的检测中，将拍摄这些焊锡凸点的剖面，检查基板和半导体是否脱落，或受到冲击时是否脱落等。
这样一来“以前难以通过传统的电气检测或从上方拍摄的检查发现的微小问题，也能够通过X射线数据检测出来”（PMG高级产品经理安达佳孝）。据称不仅限于焊锡凸点，基板的电极检测和整体的结构检测等各种需求也在不断出现。
中工序市场还将从其他方面扩大。以往，前工序为了形成电路，对清洁度的要求非常高，极微小的异物也不允许出现。后工序则存在由生产线员工搬运半导体的场面，严密程度稍低。
中工序虽然使用了封装和切割等后工序的技术，但对于清洁却格外严格。这种情况下出现的是追求清洁度的搬运装置。
日本的半导体晶圆搬运设备厂商Rorze从2019年左右开始开发和交付面向中工序的搬运装置，目前销售额开始增长。
Rorze的中工序搬运装置（图片由Rorze提供）
Rorze的董事早﨑克志表示：“过去，在作为我们核心的前工序，用一个晶圆制造一种半导体。搬运装置也是单一的，只搬运相应的晶圆。但是在中工序，用于转接板的薄的硅晶圆和起支撑作用的玻璃等搬运对象大幅增加，清洁度也受到极度重视”。
预计2024财年（截至2025年2月）Rorze的营业收入达到约1200亿日元，半导体相关装置约占85%。虽然没有公开面向中工序的相关信息，但早﨑董事自信地表示：“预计年平均增长率达到30~50%”。
生产中工序搬运装置的Rorze的越南工厂（照片由Rorze提供）
“力争成为中工序厂商”的企业
技术的进步为中工序创造了更多的新业务。在东京证券交易所标准市场（Standard Market）上市的Aoi Electronics的核心业务是半导体组装等后工序业务，但该公司的董事兼第一技术本部长相泽吉昭表示：“今后力争成为中工序业务的参与者”。
Aoi Electronics能够在面板水平上进行芯粒集成（照片由Aoi Electronics提供）
Aoi Electronics于2018年开发出了在搭载半导体的面板上形成被称为再布线层（RDL）的布线层、并将其多层叠加的技术。相泽所说的中工序业务的参与者，就是以此技术为核心，在面板上搭载芯片并切割后，形成多个芯粒集成的状态。之后，还考虑将切割面板、制造芯粒集成的工序交给其他企业。
中工序今后可能会进一步改变日本的半导体制造设备厂商。
By Kenji Tamura
资料来源：《日经Business》电子版
https://business.nikkei.com/atcl/gen/19/00141/090900064/
https://business.nikkei.com/atcl/gen/19/00141/090900064/
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Original article: http://cn.nikkei.com/columnviewpoint/column/57071-2024-11-15-05-00-00.html?print=1
