装备制造之01-集成电路装备及分类

什么是半导体装备？

半导体装备，通常也称为集成电路装备或芯片制造设备，是指在半导体材料（主要是硅片）上制造晶体管、电阻、电容等电子元器件，并将它们连接成集成电路所必需的一系列超高精度、超高复杂度的机器、工具和系统的总称。它是半导体产业的基石，其技术水平和供应能力直接决定了芯片的制程先进程度、性能优劣和产业安全。半导体制造是人类工业皇冠上的明珠，整个过程需要在超净、真空、恒温等极端环境下，实现对材料原子尺度的加工与控制，因此半导体装备是集物理、化学、光学、机械、电子、软件等尖端技术于一体的最高端工业母机。

按加工工序分类的半导体装备（25个细分领域以上）

半导体制造流程高度复杂，可分为几个核心工艺模块，每个模块都对应着一系列关键装备：

一、 晶圆制造与前道工艺

1. 单晶炉：用于生长超高纯度、无缺陷的圆柱形硅单晶棒，是制造硅片的源头装备。

2. 晶圆切片机：将单晶硅棒精确切割成薄薄的硅片（Wafer）。

3. 晶圆研磨抛光机：对硅片进行研磨和化学机械抛光（CMP），使其表面达到纳米级甚至原子级平整度。

二、 薄膜沉积（在晶圆上生长各种材料的薄膜层）
4. 化学气相沉积设备：通过化学反应在晶圆表面沉积绝缘层（如二氧化硅）或导体层（如多晶硅）。
5. 物理气相沉积设备：通过物理方法（如溅射）沉积金属薄膜（如铜、铝），用于制作互连线。
6. 原子层沉积设备：通过交替脉冲反应前驱体，实现单原子层级别的极致均匀的薄膜沉积。
7. 外延反应器：在单晶衬底上生长一层新的、电学性能更优的单晶薄膜。

三、 图形化（将电路图案转移到晶圆上，是最核心的环节）
8. 涂胶显影机：在晶圆上均匀涂覆光刻胶，并在曝光后进行显影。
9. 光刻机：最核心、最昂贵的装备，通过光源将掩膜版上的电路图形精确投影到晶圆上。主要包括浸没式光刻机和更先进的极紫外光刻机。
10. 电子束光刻机：主要用于制作光刻工艺所需的掩膜版。
11. 计算光刻软件：不可或缺的“大脑”，通过算法预先补偿光学误差。

四、 刻蚀（将图形化后的图案永久地转移到下方的薄膜上）
12. 干法刻蚀机：在真空环境下利用等离子体进行各向异性刻蚀，精度极高，是主流技术。
13. 湿法刻蚀机：利用化学溶液进行清洗和特定材料的各向同性刻蚀。

五、 掺杂（改变硅特定区域的电学特性，形成晶体管结构）
14. 离子注入机：将特定杂质离子高速注入硅中，精确控制掺杂浓度和深度。
15. 热扩散炉：通过高温使杂质原子扩散进入硅片。

六、 工艺检测与量测（确保每一道工序都符合规格，良率的保障）
16. 光学检测设备：检测晶圆表面的颗粒、划伤等宏观缺陷。
17. 电子束检测设备：进行更高分辨率的缺陷检测和电路形貌观测。
18. 套刻精度测量机：测量不同光刻层之间的对准精度。
19. 膜厚与关键尺寸测量仪：无损测量薄膜的厚度和电路线条的宽度。
20. 缺陷复查与分析系统：对检测到的缺陷进行精确定位和成分分析。

七、 后道工艺（将制造完成的晶圆变成独立的芯片产品）
21. 晶圆减薄机：从背面将晶圆磨薄，以利于封装和散热。
22. 晶圆探针测试台：对晶圆上的每一个芯片进行电学性能测试，标记合格品。
23. 划片机：将晶圆切割成单个的芯片颗粒。
24. 引线键合机：用金属细线将芯片的焊盘与封装外壳的管脚连接起来。
25. 倒装芯片键合机：将芯片正面朝下，通过微小的焊球与基板直接连接，效率更高。
26. 塑封压机：将芯片用环氧树脂等材料包裹起来，形成最终的保护外壳。