半導(dǎo)體材料：無機(jī)元素分析技術(shù)是如何助力芯片良率的？

半導(dǎo)體制造中對材料的純度要求非常高，一旦有多余的雜質(zhì)就會直接影響到半導(dǎo)體的良品率，所以對進(jìn)廠原材料和工藝過程產(chǎn)生的雜質(zhì)進(jìn)行檢測分析就顯得尤為重要。

雜質(zhì)中有很大一部分屬于無機(jī)元素，就需要用到無機(jī)元素分析技術(shù)。本期我們邀請到了珀金埃爾默高級產(chǎn)品經(jīng)理朱敏先生給我們介紹一下半導(dǎo)體材料中關(guān)于無機(jī)元素分析技術(shù)的一些新的觀點和看法。

芯片揭秘主播幻實對話
珀金埃爾默高級產(chǎn)品經(jīng)理朱敏先生

本期話題

1. 檢測分析在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用
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2. 無機(jī)元素分析儀器的使用場景
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3. 分析儀器助力物聯(lián)大數(shù)據(jù)
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4. 檢測分析行業(yè)的未來趨勢

1、檢測分析在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

幻實（主播）

無機(jī)元素的檢測，對大家來說比較陌生，先請您給我們做一個解讀，你們是做哪一方向的服務(wù)，解決什么問題的？

朱敏（嘉賓）

珀金埃爾默是一家跨國企業(yè)，公司成立于 1937 年，經(jīng)過 80 多年的成長，已經(jīng)成為一家非常著名的分析儀器廠商。

我們公司現(xiàn)在有 4 個業(yè)務(wù)單元，包括診斷、生命科學(xué)、食品，以及應(yīng)用市場部，已經(jīng)不僅僅局限于分析儀器的設(shè)備制造。

應(yīng)用市場部實際上是負(fù)責(zé)整個（PerkinElmer）分析儀器這一業(yè)務(wù)，相關(guān)的設(shè)備包括了做元素分析的，我們叫原子光譜技術(shù)，也有做色譜質(zhì)譜，包括液相色譜、氣相色譜、液質(zhì)質(zhì)和氣質(zhì)等等，還有是做材料表征這部分，從分子光譜產(chǎn)品到熱分析產(chǎn)品等，都是屬于 PerkinElmer 的一些產(chǎn)品。

（圖源：PerkinElmer 官網(wǎng)）

PerkinElmer 在無機(jī)元素分析儀器里面是佼佼者，也誕生了很多我們的明星產(chǎn)品。

今年 4 月，我們有一款新發(fā)布的針對無機(jī)元素分析的產(chǎn)品叫 NexION 5000 電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）已經(jīng)在進(jìn)行推廣了。

半導(dǎo)體的主要材料是硅，我們需要把材料做成硅片，硅片上面我們?nèi)ドw房子，成為我們的芯片。除了硅以外，其他不發(fā)揮作用的元素實際上就變成了雜質(zhì)，這些雜質(zhì)就可以用 ICP-MS 技術(shù)進(jìn)行檢測。

幻實（主播）

您說的特別言簡意賅，給我們界定了 PerkinElmer 檢測儀器的應(yīng)用范圍，我們之前也跟 NI，包括是德科技做過訪談，他們也在做檢測儀器，我不知道和您是不是同領(lǐng)域。

朱敏（嘉賓）

不完全是同一領(lǐng)域。我們在半導(dǎo)體里面屬于設(shè)備領(lǐng)域，設(shè)備里面分成生產(chǎn)設(shè)備和檢測設(shè)備。我們 PerkinElmer 其實屬于檢測設(shè)備里面的分析檢測。分析檢測在里面不算一個特別大的領(lǐng)域，比如說中國的設(shè)備檢測有 500 多億美金的市場規(guī)模，我們所在的分析檢測大概有 1 億美金左右的業(yè)務(wù)量，但它承擔(dān)的工作還是相當(dāng)重要的。

因為大家都知道芯片廠肯定是在一個很干凈的環(huán)境中生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中會碰到很多的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)里面可能有無機(jī)的，有有機(jī)的，還有一些是顆粒狀的。

我們今天聊的無機(jī)元素，它實際上在生產(chǎn)過程中，不管是從化學(xué)品，還有一些其他的設(shè)備器材（帶來的溶出，或者擴(kuò)散等原因），包括人員的流動（即使穿了防護(hù)服）會帶來一些雜質(zhì)。這部分我們其實跟 NI、是德科技做的不一樣，他們是偏向電學(xué)方面的參數(shù)檢測，而我們是對雜質(zhì)，特別是對無機(jī)元素的一個測試。

2、無機(jī)元素分析儀器的使用場景

幻實（主播）

無機(jī)元素分析是如何參與到半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)中的？

朱敏（嘉賓）

通常會用在 Fab 里面，而且是用一種離線的方式在一個獨立的化學(xué)分析實驗室里。來料檢測的時候，會用到很多的化學(xué)品，像硫酸、鹽酸、氫氟酸等等，還包括一些氣體和水，就要拿到化學(xué)實驗室進(jìn)行相應(yīng)的檢測。

早先的時候，比如說化學(xué)品到了一個集中的單元，然后把它取樣過來拿到實驗室進(jìn)行檢測。現(xiàn)在為了適應(yīng) 12 英寸晶圓制造線生產(chǎn)，對于雜質(zhì)控制的要求越來越高，會出現(xiàn)一些在線檢測的新需求，但總體而言分析檢測是非常獨立的部分。

幻實（主播）

我們知道半導(dǎo)體在生產(chǎn)的過程中會用到非常多的材料，尤其是化學(xué)制劑，比如上海新陽生產(chǎn)的拋光液，這些是不是都要經(jīng)過你們的檢測？你們對材料設(shè)備公司有生殺予奪的判定權(quán)嗎？

朱敏（嘉賓）

并沒有，我們只是給他們提供檢測的一種途徑，其實就相當(dāng)于一雙眼睛，我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)材料里面相關(guān)的可能潛在的金屬元素，特別是雜質(zhì)方面的一個水平，因為 ICP 質(zhì)譜能做到 PPT 級別，也就是 10-12，精度非常的高。從材料廠到整個生產(chǎn)過程，F(xiàn)ab 里面都會用到檢測的設(shè)備。

幻實（主播）

好像除了半導(dǎo)體行業(yè)，其他的行業(yè)也可能會運用到分析儀器？

朱敏（嘉賓）

沒錯。實際上半導(dǎo)體是分析儀器行業(yè)里面不算特別大的一個細(xì)分市場，大的市場大家比較熟悉的比如環(huán)境，食品和制藥這些方面。

比如說日常喝的水，我們通過對水里面有機(jī)和無機(jī)的一些參數(shù)進(jìn)行檢測來評價這個水是不是達(dá)標(biāo)了。其中比如說元素，不同的水對應(yīng)不同的元素都會有相應(yīng)的限制要求，而這個要求就可以用分析設(shè)備來進(jìn)行檢測。

因為分析儀器是個通用型的儀器，它是利用我們物理的一些現(xiàn)象、物體的參數(shù)，通過工程制造成一臺儀器。

像我們這次推的 NexION 5000，我們叫電感耦合等離子體質(zhì)譜，它只是一個質(zhì)譜儀，利用一個叫電感耦合的 ICP 離子源，把它打碎變成離子，然后經(jīng)過接口引入后用四極桿進(jìn)行分離并進(jìn)行檢測的一個技術(shù)。應(yīng)用面還是相對比較廣的，從常規(guī)的食品環(huán)境，再到半導(dǎo)體，甚至包括核工業(yè)等方面都有應(yīng)用。

NexION 5000 多重四極桿 ICP-MS
（圖源：PerkinElmer 官網(wǎng)）

3、分析儀器助力物聯(lián)大數(shù)據(jù)

幻實（主播）

從您的經(jīng)驗來看，國內(nèi)的客戶和國外的客戶在檢測方面或者是分析上面差距大嗎？

朱敏（嘉賓）

有些行業(yè)我們國內(nèi)應(yīng)用水平是領(lǐng)先的，比如說在做食品檢測的時候，國內(nèi)比國外還領(lǐng)先一些，但是在半導(dǎo)體行業(yè)，我們跟國外是有些差距的，相應(yīng)分析檢測的技術(shù)對人員的要求、對廠商的要求是不一樣的。隨著越來越多的人才引入以及我們國內(nèi)自身的發(fā)展，實際上差距也會慢慢縮小。

幻實（主播）

那么以您目前觀測到的這種行情，不局限于半導(dǎo)體行業(yè)，您對未來的市場有一個什么樣的預(yù)估？

朱敏（嘉賓）

總體來說我覺得分析儀器還是一個非常值得期待的行業(yè)。盡管早期已經(jīng)應(yīng)用在環(huán)境領(lǐng)域和食品領(lǐng)域，但是它依然會以其他的方式表現(xiàn)出來。

比如傳統(tǒng)的是放在實驗室，實際上更多的是把這些儀器變成一些通用的產(chǎn)生數(shù)據(jù)端，會作為物聯(lián)或者是大數(shù)據(jù)的分析支持，為我們科學(xué)決策等方面提供很好的幫助。在半導(dǎo)體里面，這是一個必不可少的技術(shù)，隨著我們國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的大力發(fā)展，我相信分析儀器肯定會扮演很重要的角色。

幻實（主播）

您從事的這個方向有沒有什么挑戰(zhàn)？或者是面臨的一些困難？

朱敏（嘉賓）

對我們儀器廠商來說，其實更重要的是給不同的客戶，不同的應(yīng)用場景來提供更好的服務(wù)方向。

事實上服務(wù)方向和客戶的需求是在變的，就像傳統(tǒng)的把分析儀器也叫做科學(xué)儀器，大家認(rèn)為科學(xué)有可能離生活相對比較遠(yuǎn)，但事實上我們跟應(yīng)用很近，跟大家的生活也越來越近。就像剛剛提到的用數(shù)據(jù)來決策相關(guān)的方面，對分析儀器產(chǎn)品來說，在滿足更多的應(yīng)用端的客戶需求方面下更多的功夫，我覺得算是機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

幻實（主播）

更貼近市場需求，也更理解客戶的需求。

朱敏（嘉賓）

客戶的應(yīng)用場景已經(jīng)發(fā)生變化了，原來我們和客戶可能只講儀器，現(xiàn)在會更多的一起解決一些實際的問題，做出一些對應(yīng)的方案，整體來滿足不同的客戶需求，更加有針對性。

4、檢測分析行業(yè)的未來趨勢

幻實（主播）

國內(nèi)有很多這種第三方的檢測分析實驗室，包括食品藥品方面，集成電路好像也慢慢有這樣的趨勢，你們會打算用這種方式來服務(wù)嗎？

朱敏（嘉賓）

目前還沒有這方面的想法，因為現(xiàn)在一些傳統(tǒng)的第三方，包括國外的第三方，已經(jīng)開始進(jìn)入國內(nèi)，肯定會促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。大家各自都有著不同的分工，而我們的目標(biāo)著眼于更好的去滿足終端客戶的整體需求。

幻實（主播）

最后我想替聽眾里面的學(xué)生來問一下，您覺得什么樣的專業(yè)適合從事你們現(xiàn)在這種工作？

朱敏（嘉賓）

其實就像我本人一樣，學(xué)的就是化學(xué)，往下細(xì)分就屬于分析化學(xué)，我相信只要大家把時間投入到你喜歡的這個地方，不管你學(xué)什么專業(yè)，你都可以在里面收獲到你自己的成功和快樂。

幻實（主播）

最后讓您給我們整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提一個號召或者是期許，你會講什么？

朱敏（嘉賓）

首先把我們檢測分析的服務(wù)做的更好，提供到各個行業(yè)，響應(yīng)國家號召，各行各業(yè)都發(fā)揮自己的努力，一起推進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)，乃至整個科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為國家建設(shè)添磚加瓦。

檢測分析技術(shù)雖然在半導(dǎo)體行業(yè)中占據(jù)很小的份額，但是對提高半導(dǎo)體良品率卻能起到很大的作用，也對整個半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展提供了大量數(shù)據(jù)的支持。

隨著國內(nèi)對晶圓廠的大力建設(shè)，未來對半導(dǎo)體分析檢測的需求會越來越多，而深入半導(dǎo)體最基礎(chǔ)最前沿材料工藝研究的分析檢測行業(yè)也會面對更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。