通過高級分析和可持續(xù)性實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體行業(yè)轉(zhuǎn)型

半導(dǎo)體行業(yè)趨勢和洞察

盡管存在季節(jié)性波動和宏觀環(huán)境不確定性，但半導(dǎo)體行業(yè)在 2024 年大幅反彈后，在 2025 年表現(xiàn)出韌性，這主要是由于人工智能應(yīng)用的繁榮。 目前，全球半導(dǎo)體銷售額預(yù)計(jì)將達(dá)到 1 萬億美元，需求由技術(shù)創(chuàng)新推動，包括對生成式 AI 的持續(xù)興趣、數(shù)字孿生的日益普及以及自動駕駛技術(shù)的進(jìn)步。 數(shù)據(jù)流量和發(fā)電量的爆炸式增長也推動了對額外計(jì)算能力的需求。
為了克服這些挑戰(zhàn)并保持其增長軌跡，半導(dǎo)體行業(yè)必須不斷創(chuàng)新。通過利用新技術(shù)（例如高級分析工具），它可以增強(qiáng)其響應(yīng)不斷變化的市場需求和推動進(jìn)步的能力。

挑戰(zhàn)和機(jī)遇

半導(dǎo)體行業(yè)面臨幾項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括產(chǎn)量損失和提高其可持續(xù)性的壓力。幸運(yùn)的是，先進(jìn)的分析儀器可以通過提供精確的雜質(zhì)檢測和改進(jìn)的質(zhì)量控制 （QC） 在克服這些障礙方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這對于降低故障率和提高整體生產(chǎn)效率至關(guān)重要。
良率是半導(dǎo)體工廠 （fab） 競爭力的關(guān)鍵，直接影響成本和產(chǎn)能利用率。周邊 污染造成的 50% 的產(chǎn)量損失，1、2 Yield 增強(qiáng)和污染控制是制造商的首要任務(wù)。然而，這可能要求很高，因?yàn)槲廴疚锟梢栽诙鄠€階段進(jìn)入制造過程，包括注入、蝕刻、沉積、平坦化、清潔和光刻。
此外，由于線寬越來越小，薄膜層越來越?。ǖ椭?10 納米），雜質(zhì)含量必須保持在十億分之幾，以確保集成電路 （IC） 制造的一致產(chǎn)量。 超痕量污染物會降低產(chǎn)量并影響產(chǎn)品可靠性，雜質(zhì)分析必須涵蓋制造過程的所有階段，從超純水和晶圓制造材料到最終產(chǎn)品的質(zhì)量保證 （QA），甚至來自潔凈室空氣和制造設(shè)備的污染物。
晶圓廠材料（例如晶圓、加工化學(xué)品、光刻膠、電子特種氣體、濺射靶材等）的質(zhì)量控制 至關(guān)重要。因此，在供應(yīng)鏈的每個階段，使用既定的標(biāo)準(zhǔn)化測試和檢驗(yàn)程序來保持最佳的 QA/QC 至關(guān)重要，因?yàn)檫@可以減少污染、材料可變性和配方差異。
隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，芯片制造與環(huán)保之間的沖突日益凸顯。為了解決這個問題，公司正在制定環(huán)境、社會和治理 （ESG） 指南和政策，以支持綠色制造、綠色設(shè)計(jì)、綠色采購和綠色產(chǎn)品。 S ustainable 化學(xué)品管理——一種優(yōu)先考慮人類健康和環(huán)境保護(hù)的化學(xué)品處理方法——是成功的 ESG 政策的另一個關(guān)鍵組成部分，因?yàn)樗鼜?qiáng)調(diào)化學(xué)品管理實(shí)踐的透明度、協(xié)作和持續(xù)改進(jìn)。
這種轉(zhuǎn)變的例子是全氟和多氟烷基物質(zhì) （PFAS） 的替代品以及 PFAS 減排的研究。含有 PFAS 的材料在半導(dǎo)體制造中至關(guān)重要，因?yàn)閥 具有許多半導(dǎo)體應(yīng)用所需的一系列獨(dú)特特性，包括表面張力、穩(wěn)定性和化學(xué)相容性。 這些化合物用于加工化學(xué)品和制造設(shè)備，確?？煽啃院托阅堋Ｈ欢?，PFAS 帶來了重大的環(huán)境和健康挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體行業(yè)一直在識別、測試和實(shí)施改進(jìn)的過程控制，以最大限度地減少有害物質(zhì)（包括含 PFAS 的材料）釋放到環(huán)境中。

幫助半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)對挑戰(zhàn)的技術(shù)

新技術(shù)的出現(xiàn)使半導(dǎo)體行業(yè)能夠應(yīng)對現(xiàn)有挑戰(zhàn)并抓住新的增長機(jī)會。建立伙伴關(guān)系和促進(jìn)合作對于推進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)和增強(qiáng)整個半導(dǎo)體價值鏈的服務(wù)能力至關(guān)重要。這包括過程監(jiān)控、晶圓廠材料的質(zhì)量控制、無機(jī)和有機(jī)雜質(zhì)的檢測、納米顆粒的鑒定、遵守環(huán)境健康和安全標(biāo)準(zhǔn)以及真空泄漏檢測等領(lǐng)域。
雜質(zhì)檢測和 QC 技術(shù)的開發(fā)對于保持高產(chǎn)量和降低加工成本至關(guān)重要。 最麻煩的污染物是金屬雜質(zhì)和顆粒，它們可能導(dǎo)致元件泄漏，降低元件的擊穿電壓，并可能導(dǎo)致故障和失效。
電感耦合等離子體質(zhì)譜法 （ICP-MS） 等先進(jìn)技術(shù)對于在制造過程的每個階段檢測痕量和超痕量元素雜質(zhì)和顆粒是必不可少的。 電感耦合等離子體發(fā)射光譜 （ICP-OES） 也適用于 IC 制造中使用的高基體材料測試。
除了元素雜質(zhì)外，在整個制造過程中監(jiān)測和控制有機(jī)污染也至關(guān)重要，因?yàn)榧词故呛哿侩s質(zhì)也會降低產(chǎn)量。
半導(dǎo)體行業(yè)面臨著原材料和一系列物質(zhì)（包括光刻膠和化學(xué)機(jī)械平坦化 （CMP） 材料）的 QC 挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括提高生產(chǎn)質(zhì)量的研究，以及分析聚合物分子量、控制合成過程、進(jìn)行配方研究、鑒定雜質(zhì)和凈化化學(xué)品等任務(wù)。困難在于缺乏可用數(shù)據(jù)。
一種策略是利用多平臺檢測技術(shù)，例如凝膠滲透色譜 （GPC）、高效液相色譜 （HPLC）、液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜 （LC-QQQ）、液相色譜-四極桿飛行時間 （LC-QTOF）、氣相色譜 （GC） 和氣相色譜-質(zhì)譜 （GC-MS）.這些可以共同收集確保商品符合最嚴(yán)格要求所需的綜合數(shù)據(jù)。
為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的制造，自動化和智能解決方案（例如在線/在線監(jiān)測 水、加工化學(xué)品和環(huán)境中的污染物）有助于確保制造過程的每個階段（從晶圓制造材料到晶圓測試和最終產(chǎn)品質(zhì)量保證）都符合最高標(biāo)準(zhǔn)。這有助于改進(jìn)根本原因分析并加快良率提高。

分析半導(dǎo)體材料的光學(xué)特性也很重要。為此，紫外/可見光 （UV/Vis） 光譜用于測試 CPU 和 RAM 等設(shè)備中薄膜涂層晶圓的透射、散射和反射。這有助于評估鍍膜層的光學(xué)性能并檢查其均勻性。結(jié)果可以幫助識別和解決涂層過程中的任何問題。
除了支持生產(chǎn)、提高純度和產(chǎn)量外，先進(jìn)的分析工具還支持合規(guī)性。半導(dǎo)體和電子行業(yè)必須遵守一系列環(huán)境健康與安全 （EH&S） 法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如化學(xué)品注冊、評估、授權(quán)和限制 （REACH）、限制在電氣和電子設(shè)備中使用某些有害物質(zhì) （RoHS）、電氣和電子設(shè)備中的廢物 （WEEE） 和 SEMI.這些標(biāo)準(zhǔn)管理著從原材料測試到最終產(chǎn)品的 QA/QC、輔助過程（如排放監(jiān)測和控制）以及廢水排放。
例如，解決 PFAS 挑戰(zhàn)需要大量研發(fā)投資，以找到與其性能和穩(wěn)定性相匹配的可行替代品，同時遵守法規(guī)以減少 PFAS 排放并確保安全處理和處置。
先進(jìn)的分析工具在這項(xiàng)工作中至關(guān)重要，能夠精確監(jiān)測制造設(shè)施、材料和環(huán)境中的 PFAS 水平。這些工具可幫助制造商檢測和減少 PFAS 排放，確保符合嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)。

半導(dǎo)體行業(yè)的未來

在一系列要求苛刻的技術(shù)發(fā)展的推動下，半導(dǎo)體行業(yè)正處于變革性增長的邊緣。它同時面臨著監(jiān)管機(jī)構(gòu)和客戶對提高可持續(xù)性的呼吁。平衡這兩個需求，同時保持生產(chǎn)力，是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，最新的測試和 QC 技術(shù)的使用已經(jīng)幫助晶圓廠交付下一代高性能產(chǎn)品，提高產(chǎn)量，同時加強(qiáng)行業(yè)的環(huán)保認(rèn)證。