台灣半導體業界的年度盛事–Semicon Taiwan 2018於日前圓滿落幕，本屆展會規模再創歷屆之最，展出攤位逾2,000個，吸引超過45,000位專業人士參觀，聚集680家國內外領導廠商，舉辦22場國際論壇，超過200位重量級講師蒞臨演說。這也使得Semicon Taiwan正式超越Semicon Korea，成為全球第二大半導體專業展。
不過，在展覽規模破紀錄的同時，參展廠商跟專業研討會主力探討的議題，已經不再是製程微縮，而是如何用先進封裝技術實現異質整合。在聯電、格芯(GLOBALFOUNDRIES)先後宣布停止先進製程研發後，先進封裝料將成為未來帶動半導體產業發展的新引擎。
這不是說先進製程已經不重要，而是在只剩下台積電、三星(Samsung)跟英特爾(Intel)能提供更先進製程，用得起的IC設計、系統廠客戶也越來越少的情況下，先進製程未來將會變成小眾議題。未能留在先進製程競技場的半導體業者，則必然要尋求其它成長動能。
扇出封裝將是基本功RDL First考驗OSAT
自從台積電在2016年成功將InFO推向量產以來，晶圓級扇出封裝(FOWLP)就一直是封裝業內最熱門的技術話題之一。由於手機應用處理器是封裝業者獲利空間較大的產品，台積電的InFO封裝技術一直讓封裝業者深感威脅，並試圖發展出自己的FOWLP技術。
不過，即便排除掉台積電分食高階產品訂單的威脅，對封裝業者來說，FOWLP也是一條必然要走的路。由於晶片的I/O數量越來越多，裸晶尺寸卻沒有明顯成長，使得凸塊(Bumping)封裝技術的密度將逼近物理極限。因此，未來封裝業者必然要設法把過度密集的I/O散布開來，才能把晶片整合到載板上，而這也是這種技術被命名為扇出封裝的原因。
然而，對晶圓製造跟封裝業者來說，一樣是扇出封裝，技術難度卻是天差地遠。晶圓製造業者要做扇出封裝，可以採用晶片優先(Chip First)製程，但如果是封裝業者，卻只能採用RDL優先(RDL First)製程。
Chip First製程的步驟如下：首先，在晶圓上挑選出已知合格裸晶(KGD)，然後將KGD放到基板上，再以模壓樹脂包覆成重構晶圓；接著將重構晶圓以暫時接合材料黏貼到載板，使其平坦化。最後才是在晶圓上製造出線路重布層(Redistribution Layer, RDL)。
RDL First製程(圖1)則是先在載具晶圓上製造出RDL，並塗上暫時接合材料，然後再將KGD放置在合格的RDL上，隨後進行壓模與模具研磨製程。在壓模跟模具研磨製程中，裸晶還要再經過金屬化(Metalization)、微影、介電質沉積、電鍍等製程，這意味著相關材料不僅要通過更多道製程，而且會接觸到更多化學品。
當然，RDL Last也有其挑戰，因為要在晶圓上製造RDL，相關材料還是得暴露在高溫環境跟各種化學品中，只是在材料跟製程技術上，其困難度比RDL First來得低。
布魯爾科技(Brewer Science)研發執行總監Rama Puligadda表示，使用在RDL First製程上的材料，必須具備更穩定的機械、化學跟熱特性，才能在後續多道製程步驟中存活下來。這也意味著暫時接合材料必須有更強大的性能，方可發揮保護元件的效果。事實上，暫時接合材料不只是用來把晶圓或RDL暫時黏貼在載具上而已，該材料本身也是晶圓或RDL的防護罩，使用具有適當特性的暫時接合材料，對提升製程良率有很大的幫助。
在本屆Semicon Taiwan期間，布魯爾特別發表一款專為RDL優先製程而設計的BrewerBUILD材料，該材料就具有比一般暫時接合材料更強的機械、化學與熱性能，可以協助封裝業者克服RDL First製程的挑戰。此外，該材料一旦與載具體剝離，建構層就會被移除，且可用紫外(UV)雷射剝離。
值得一提的是，該材料不僅可以用在晶圓封裝，同時也適用於面板封裝，這項特性也是為封裝業者的需求而開發的。封裝業者通常傾向於採用面板封裝，因為面板封裝的生產效率優於晶圓封裝。
RDL線寬或成新摩爾定律
無獨有偶，檢測設備與製程控制方案業者KLA-Tencor在本次展會也主打兩款為封裝應用設計的缺陷檢測產品。Kronos 1080系統為先進封裝提供適合量產的、高靈敏度的晶圓檢測，為製程控制和材料處置提供關鍵資訊。 ICOS F160系統在晶圓切割後對封裝進行檢查，根據關鍵缺陷的類型進行準確快速的晶片分類，其中包括對側壁裂縫這一新缺陷類型的檢測。
KLA-Tencor資深副總裁暨行銷長Oreste Donzella(圖2)表示，隨著製程線寬微縮的速度逐漸放緩，晶片封裝技術的進步，已成為提升半導體元件性能的重要因素。先進封裝技術不僅可以縮小元件尺寸，也能藉由異質整合在有限空間內整合更多功能，是推動半導體產業繼續往前邁進的重要動能。
然而，這也意味著先進封裝將越來越複雜。未來的先進封裝將具有不同的2D和3D結構，並且每一代都會越做越小。與此同時，封裝晶片的價值在大幅增長，電子製造商對於產品品質和可靠性的期望也在不斷地提升。為了滿足這些期望，無論是晶片製造廠的後端還是在封裝業者的工廠，都需要靈敏度和成本效益更高的檢測、量測和資料分析，同時需要更準確地識別不良品。
以目前最受關注的扇出封裝為例，雖然目前已經量產的RDL線間距(L/S)為10/10微米，但做為檢測設備供應商，KLA-Tencor發現許多客戶的技術藍圖上，已經存在5/5微米、甚至2/2微米節點。因此，該公司推出的缺陷檢測方案，必然要跑在客戶之前，支援更高的解析度。以Kronos 1080為例，該機台對RDL L/S的解析度已經有把握可以達到1/1微米，甚至進一步挑戰0.5/0.5微米。
除了更高的解析度之外，未來封裝業者需要的缺陷檢測方案，還必須更面面俱到。特別是在晶片普遍導入低K介電材料後，在晶圓切割的過程中，很容易出現側壁裂縫。但傳統的紅外線檢測設備通常只會從固定角度對裸晶進行檢測，不容易偵測到側壁裂縫這種缺陷。
此外，雷射切割在切割面所留下來的Laser Groove缺陷，也是現有檢測設備比較不容易偵測到的小瑕疵，而這些都是ICOS F160在功能上特別強化之處。
毫米波帶動AiP需求 封/測各有挑戰
除了扇出封裝外，將天線整合在晶片封裝內的AiP(Antenna in Package, AiP)，也是先進封裝中的一大熱點。由於毫米波訊號的線路損失非常大，因此對通訊設備而言，如果要支援毫米波通訊，必須要把天線跟射頻前端間的線路縮到最短，也就是直接把天線整合到射頻前端模組的封裝內。
力成科技處長范文正指出，AiP是5G毫米波通訊不可或缺的封裝技術。5G使用的通訊頻段可分成6GHz以下與28GHz以上兩大區塊，6GHz以下所採用的設計架構跟目前的4G通訊類似，收發器跟射頻前端仍會獨立存在，但28GHz以上的毫米波頻段由於訊號損失太大，必須使用收發器、射頻前端與天線完全整合在單一封裝內的超高整合度設計，而天線的整合則是一大重點。
可以整合在封裝內的天線選擇有二，分別是平面陣列(Patch Array)與Yagi-Uda。這兩種天線各有所長，為了提高訊號收發品質，業界未來應該會採用在單一封裝內整合兩種天線的設計。
在基板材料選擇方面，由於Dk跟Df值越低越好，使用玻璃基板會得到更好的材料特性。但由於玻璃基板成本較高，而且會為製程帶來新挑戰，故採用傳統導線載板會是比較合理的選擇。
至於在測試方面，毫米波通訊對測試端所帶來的挑戰，絲毫不下於封裝。從探針卡起家，近年來成功開發出自有探針的中華精測就認為，針對5G通訊晶片測試，測試廠必然要發展兩套不同的測試方法。
中華精測總經理黃水可(圖3)指出，由於6GHz以下的5G，在射頻端的特性很接近現有的4G，因此可以沿用現有的測試方法，但如果是28GHz以上的毫米波通訊，由於訊號的線路損失太大，因此一定要採用OTA測試手法。目前該公司正在發展相關測試方案，但由於許多關鍵儀器都受到美國政府高度管制，因此在採購方面還要等上一段時間。
但黃水可也提醒，由於通訊走向高速化的趨勢非常明顯，因此很多測試技術跟架構，都必須與時俱進。傳統半導體測試設備是以Pogo Tower作為探針卡與待測晶片間的介面，但這種架構很難測試高速訊號。
因此，在需要測量高速訊號時，必須改用Direct Docking測試架構，方能解決訊號衰減的問題。另一方面，傳統的探針片設計不太講究電氣特性，只注重機械特性，這點也不利於高速訊號測試。這也使得中華精測決定自行發展自有的探針技術。
經過多年努力，中華精測已經發展出自有的MEMS探針，比傳統探針具有更優異的熱、電氣與機械特性，並已經有應用在量產測試上的實績。
Mini/MicroLED封裝商機誘人
除了一般的半導體先進封裝外，近來話題不斷的Mini/MicroLED顯示、照明，最大的技術挑戰–巨量轉移(Massive Transfer)其實也跟封裝有關，因此在本屆Semicon Taiwan中，就有封裝設備業者推出專為MiniLED設計的解決方案。
看好MiniLED背光未來為商機，半導體封裝設備廠商庫力索法(Kulicke&Soffa, K&S)於近日與Rohinni攜手推出MiniLED轉移設備PIXALUX。該MiniLED解決方案相較於傳統的單顆取放(Pick&Place)轉移方法相比，速度可以提升3~5倍。
Kulicke&Soffa(K&S)集團高級副總裁張贊彬說明，目前傳統的LED背光電視大約使用50顆LED，然而隨著MIniLED於背光應用的普及，LED背光數量將提升至2萬顆以上。因此，將需要更有效率的轉移方式。PIXALUX解決方案一秒能夠轉移50顆LED晶粒，轉移速度是Pick&Place方法的3~5倍，更重要的是，該解決方案能夠在轉移過程同時完成目揀(Sorting)程序，為轉移節省更多作業時間，進而降低生產成本。
Rohinni副總裁Brad Telin(圖4)則指出，目前該解決方案可以做到100×100微米(Micrometer, μm)尺寸晶粒的轉移工作，並且良率可以達到99.9999%。在未來，也將隨著MicroLED的發展持續推進該轉移技術，期望能在縮小晶粒尺寸的同時維持其轉移良率。
Telin進一步提到，事實上目前PIXALUX設備已能夠做到50微米MicroLED晶粒的轉移，在MicroLED的技術發展中，主要的技術局限依然在於晶粒製程的技術能力，而非轉移設備。因此，只要晶粒廠商能夠量產MicroLED等級的晶粒，PIXALUX就有能力轉移。在未來3年將會是MiniLED的技術開發關鍵時期，並將由大型顯示器優先開始導入MiniLED應用，該市場也將是PIXALUX最初實現的應用範疇。
先進製程考驗新材料開發
為滿足在產量、可靠度及性能方面等要求，先進製程對特用化學及新材料需求大增，對此，英特格(Entegris)副技術長Montray(圖5)表示，像是在薄膜沉積(Deposition)、過濾器(Filter)和運送晶圓的晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pod, FOUP)設計、要求都有所改變，促使半導體材料商的開發挑戰也日漸增加。
Montray指出，過往28奈米以上的製程，在進行薄膜沉積時，多使用液體化學材料；然而，隨著製程走到10奈米以下(如7、5、3奈米)，不僅所使用的材料越來越稀有，也從原本的液體化學材料轉變成固體化學材料。也因此，對於材料商而言，要如何將固體化學材料氣化，並且在晶片上呈現均勻的薄膜層，而不是厚薄不平均導致晶圓良率降低，是一大挑戰。
另一方面，10奈米以下的先進製程對於雜質過濾的要求也越來越高，晶圓廠必須導入效能更強的過濾、淨化產品，才能確保半導體晶圓不受汙染，提升生產良率，也因此，過濾器的純淨度勢必得再度提升。
Montray說明，從28奈米走到7奈米，產品的金屬雜質要求須下降100倍，汙染粒子的體積也必須要縮小4倍，而隨著製程走到10奈米以下，對於潔淨度要求只會愈來愈嚴格，例如28奈米晶圓可能可以有10個污染粒子，但7奈米晶圓上只能有1個。也就是說，為因應先進製程，過濾器必須更乾淨，這也意味著材料商必須花費更多的時間設計產品，確保更高的潔淨度。
除此之外，晶圓運送盒也因先進製程而產生新的需求。Montray解釋，當晶圓擺放至晶圓運送盒當中時，不代表馬上就會運送，可能會經過一段時間待所有準備就緒後才開始運送(約2~3小時)。也因此，在這段期間內，要如何確保盒內環境對晶圓不會有所影響，便是研發晶圓運送盒時須考量的關鍵。
Montray指出，特別是採用先進製程的晶圓，其薄膜層非常薄，對氧氣十分敏感，很容易被氧化，也因此，晶圓運送盒的設計重點便在於如何實現更嚴格的「汙染控制」，也就是要有更緊密的密合度、更高的排氣、充氣效果，使晶圓在運送過程中不至於產生損壞。
總而言之，半導體持續朝向先進製程發展，連帶使得新材料開發的挑戰逐漸增加，也因此，英特格不斷提升其技術能力與業務版圖，像是在台灣技術中心引進KLA SP3晶圓檢測系統，讓該公司在台灣的晶圓檢測能力擴展至19奈米，得以自行產出晶圓缺陷的數據，以引導新產品開發及改善產品性能。
電子特殊氣體成就先進半導體製程
半導體製程越來越複雜，未來的3、5奈米已經進入原子等級的尺度，製程的精細與複雜不言而喻，再加上許多新興技術如3D堆疊、異質整合系統級封裝(SiP)等，製程中有更多細節必須兼顧，電子特殊氣體(Electronic Special Gases, ESGs)將在半導體製程中協助平坦化、清潔、間隔不同Layer等，聯華林德看好台灣半導體產業發展，積極投資研發與生產活動。
專長電子氣體與化學品技術的聯華林德，在Semicon Taiwan推出SPECTRA EM系列的電子材料，強調純度、包裝和分析技術，該公司電子材料副總裁Anshul Sarda(圖6)表示，其ESGs產品包括全氟丙烷(C3F8)、四氟甲烷(CF4)、一氧化碳(CO)、氟氮混合氣體、溴化氫(HBr)、六氯乙矽烷(HCDS)、三氟化氮(NF3)、六氟化硫(SF6)等。
一般半導體製程包括：沉積、蝕刻(Etch)/清洗(Cleaning)、摻雜(Doping)、光刻(Lithography)等階段都需要使用電子特殊氣體，聯亞科技總經理周祖菴形容，若將半導體製造過程以做菜來形容，特殊氣體扮演的就是調味料的角色，SPECTRA-N氮氣產生器為半導體和面板產業提供彈性、高效能的氮氣供應；SPECTRA光刻氣體推出可靠、精確的氖氣與鹵素氣體混合物，使得深紫外線(Deep UV, DUV)光刻能夠應用於高性能、高效率製造。
聯華林德近期投入兩種SPECTRA EM新產品的生產，氟氣混合氣體及溴化氫。氟氣是一種高活性氣體，與20%的氮氣混合後會產生可用於安全壓縮、包裝和運輸的混合氣體，可用於清潔半導體製造設備。此外，也在中國投資建廠，提供電子級溴化氫(HBr)產品，用於選擇性蝕刻劑的壓縮氣體，將其用於去除一種材料物質的同時能保留所需的材料物質不受影響，特別會應用在3D構裝製程中。
另外，晶片製程精細因此在氣體應用時也不容差錯，林德電子技術及創新研發總監Carl Jackson解釋，電子特殊氣體純度不夠會使電路產生誤差，尤其在先進製程，因此該公司也非常重視氣體的純化程度，希望提供半導體廠純度最高的電子特殊氣體。未來，聯華林德也將持續投資台灣，提供品質、可靠度、一致性兼具的電子特殊氣體，並加強安全控管，除了訓練客戶使用安全性之外，也透過駐廠人員在嚴謹的標準化步驟下，直接操作具危險性的氣體，確保使用的安全性。
