看一看，數(shù)一數(shù)，制造一枚合格的芯片都需要哪些設(shè)備？

芯片是未來眾多高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的食糧，芯片設(shè)計(jì)制造技術(shù)成為世界主要大國競(jìng)爭(zhēng)的最重要領(lǐng)域之一。而芯片生產(chǎn)設(shè)備又為芯片大規(guī)模制造提供制造基礎(chǔ)，因此更是整個(gè)半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)金字塔頂端的尖尖。下面是小編帶領(lǐng)大家看一看，數(shù)一數(shù)，制造一枚合格的芯片都需要哪些設(shè)備？

光刻機(jī)

光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)；有用于封裝的光刻機(jī)；還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板，國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。

在高端光刻機(jī)上，除了龍頭老大ASML，尼康和佳能也曾做過光刻機(jī)，而且尼康還曾經(jīng)得到過Intel的訂單。但是近些年，尼康在ASML面前被打的毫無還手之力，高端光刻機(jī)市場(chǎng)基本被ASML占據(jù)。

光刻機(jī)工作原理

在加工芯片的過程中，光刻機(jī)通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過程。

等離子刻蝕刻機(jī)

等離子刻蝕機(jī)，又叫等離子蝕刻機(jī)、等離子平面刻蝕機(jī)、等離子體刻蝕機(jī)、等離子表面處理儀、等離子清洗系統(tǒng)等。等離子刻蝕，是干法刻蝕中最常見的一種形式，其原理是暴露在電子區(qū)域的氣體形成等離子體，由此產(chǎn)生的電離氣體和釋放高能電子組成的氣體，從而形成了等離子或離子，電離氣體原子通過電場(chǎng)加速時(shí)，會(huì)釋放足夠的力量與表面驅(qū)逐力緊緊粘合材料或蝕刻表面。

某種程度來講，等離子清洗實(shí)質(zhì)上是等離子體刻蝕的一種較輕微的情況。進(jìn)行干式蝕刻工藝的設(shè)備包括反應(yīng)室、電源、真空部分。工件送入被真空泵抽空的反應(yīng)室。氣體被導(dǎo)入并與等離子體進(jìn)行交換。等離子體在工件表面發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的揮發(fā)性副產(chǎn)物被真空泵抽走。等離子體刻蝕工藝實(shí)際上便是一種反應(yīng)性等離子工藝。

反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)

反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)是一種各向異性很強(qiáng)、選擇性高的干法腐蝕技術(shù)。它是在真空系統(tǒng)中利用分子氣體等離子來進(jìn)行刻蝕的，利用了離子誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕，即是利用離子能量來使被刻蝕層的表面形成容易刻蝕的損傷層和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)離子還可清除表面生成物以露出清潔的刻蝕表面的作用。

在反應(yīng)離子刻蝕中，氣體放電產(chǎn)生的等離子體中有大量化學(xué)活性的氣體離子，這些離子與材料表面相互作用導(dǎo)致表面原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成可揮發(fā)產(chǎn)物。這些揮發(fā)產(chǎn)物隨真空抽氣系統(tǒng)被排走。隨著材料表層的“反應(yīng)-剝離-排放”的周期循環(huán)，材料被逐層刻蝕到指定深度。除了表面化學(xué)反應(yīng)外，帶能量的離子轟擊材料表面也會(huì)使表面原子濺射，產(chǎn)生一定的刻蝕作用。所以，反應(yīng)離子刻蝕包括物理和化學(xué)刻蝕兩者的結(jié)合。

通常情況下，反應(yīng)離子刻蝕機(jī)的整個(gè)真空壁接地, 作為陽極, 陰極是功率電極, 陰極側(cè)面的接地屏蔽罩可防止功率電極受到濺射。要腐蝕的基片放在功率電極上。腐蝕氣體按照一定的工作壓力和搭配比例充滿整個(gè)反應(yīng)室。對(duì)反應(yīng)腔中的腐蝕氣體, 加上大于氣體擊穿臨界值的高頻電場(chǎng), 在強(qiáng)電場(chǎng)作用下, 被高頻電場(chǎng)加速的雜散電子與氣體分子或原子進(jìn)行隨機(jī)碰撞, 當(dāng)電子能量大到一定程度時(shí), 隨機(jī)碰撞變?yōu)榉菑椥耘鲎? 產(chǎn)生二次電子發(fā)射, 它們又進(jìn)一步與氣體分子碰撞, 不斷激發(fā)或電離氣體分子。

這種激烈碰撞引起電離和復(fù)合。當(dāng)電子的產(chǎn)生和消失過程達(dá)到平衡時(shí), 放電能繼續(xù)不斷地維持下去。由非彈性碰撞產(chǎn)生的離子、電子及及游離基(游離態(tài)的原子、分子或原子團(tuán)) 也稱為等離子體, 具有很強(qiáng)的化學(xué)活性, 可與被刻蝕樣品表面的原子起化學(xué)反應(yīng), 形成揮發(fā)性物質(zhì), 達(dá)到腐蝕樣品表層的目的。同時(shí), 由于陰極附近的電場(chǎng)方向垂直于陰極表面, 高能離子在一定的工作壓力下, 垂直地射向樣品表面, 進(jìn)行物理轟擊, 使得反應(yīng)離子刻蝕具有很好的各向異性。

離子注入機(jī)

離子注入機(jī)是高壓小型加速器中的一種。它是由離子源得到所需要的離子，經(jīng)過加速得到幾百千電子伏能量的離子束流，用做半導(dǎo)體材料、大規(guī)模集成電路和器件的離子注入，還用于金屬材料表面改性和制膜等。

離子注入機(jī)由離子源、離子引入和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔組成，可以根據(jù)實(shí)際需要省去次要部位。離子源是離子注入機(jī)的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態(tài)粒子電離成離子，決定要注入離子的種類和束流強(qiáng)度。離子源直流放電或高頻放電產(chǎn)生的電子作為轟擊粒子，當(dāng)外來電子的能量高于原子的電離電位時(shí)，通過碰撞使元素發(fā)生電離。碰撞后除了原始電子外，還出現(xiàn)正電子和二次電子。正離子進(jìn)入質(zhì)量分析器選出需要的離子，再經(jīng)過加速器獲得較高能量，由四級(jí)透鏡聚焦后進(jìn)入靶室，進(jìn)行離子注入。

單晶爐

單晶爐是一種在惰性氣體（氮?dú)?、氦氣為主）環(huán)境中,用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化,用直拉法生長無錯(cuò)位單晶的設(shè)備。

把高純度的多晶硅原料放入高純石英坩堝，通過石墨加熱器產(chǎn)生的高溫將其熔化；然后，對(duì)熔化的硅液稍做降溫，使之產(chǎn)生一定的過冷度，再用一根固定在籽晶軸上的硅單晶體（稱作籽晶）插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便會(huì)在籽晶下端生長；

接著，控制籽晶生長出一段長為100mm左右、直徑為3～5mm的細(xì)頸，用于消除高溫溶液對(duì)籽晶的強(qiáng)烈熱沖擊而產(chǎn)生的原子排列的位錯(cuò)，這個(gè)過程就是引晶；隨后，放大晶體直徑到工藝要求的大小，一般為75～300mm，這個(gè)過程稱為放肩；

接著，突然提高拉速進(jìn)行轉(zhuǎn)肩操作，使肩部近似直角；然后，進(jìn)入等徑工藝，通過控制熱場(chǎng)溫度和晶體提升速度，生長出一定直徑規(guī)格大小的單晶柱體；最后，待大部分硅溶液都已經(jīng)完成結(jié)晶時(shí)，再將晶體逐漸縮小而形成一個(gè)尾形錐體，稱為收尾工藝。這樣一個(gè)單晶拉制過程就基本完成，進(jìn)行一定的保溫冷卻后就可以取出。

晶圓劃片機(jī)

晶圓劃片機(jī)主要功能：把晶圓，切割成小片。

晶片減薄機(jī)

通常在集成電路封裝前，需要對(duì)晶片背面多余的基體材料去除一定的厚度。這一工藝過程稱之為晶片背面減薄工藝，對(duì)應(yīng)裝備就是晶片減薄機(jī)。

晶片減薄機(jī)的作用：

1.通過減薄/研磨的方式對(duì)晶片襯底進(jìn)行減薄，改善芯片散熱效果。

2.減薄到一定厚度有利于后期封裝工藝。

氣相外延爐

氣相外延是一種單晶薄層生長方法。是化學(xué)氣相沉積的一種特殊方式，其生長薄層的晶體結(jié)構(gòu)是單晶襯底的延續(xù)，而且與襯底的晶向保持對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

在半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，氣相外延發(fā)揮了重要作用，典型代表是Si氣相外延和GaAs以及固溶體氣相外延。Si氣相外延是以高純氫氣作為輸運(yùn)和還原氣體，在化學(xué)反應(yīng)后生成Si原子并沉積在襯底上，生長出晶體取向與襯底相同的Si單晶外延層，該技術(shù)已廣泛用于Si半導(dǎo)體器件和集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)。

氣相外延爐主要是為氣相外延生長提供特定的工藝環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在單晶上，生長與單晶晶相具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的薄層晶體，為單晶沉底實(shí)現(xiàn)功能化做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

氧化爐（VDF）

氧化爐作用主要是提供要求的氧化氛圍，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體預(yù)期設(shè)計(jì)的氧化處理過程，為半導(dǎo)體材料進(jìn)行氧化處理，是半導(dǎo)體加工過程的不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

低壓化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)

LPCVD工藝在襯底表面淀積一層均勻的介質(zhì)薄膜，用作微機(jī)械結(jié)構(gòu)層材料、犧牲層、絕緣層、掩模材料，LPCVD工藝淀積的材料有多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃。不同的材料淀積采用不同的氣體。其中在用于表面微機(jī)械結(jié)構(gòu)中薄膜的應(yīng)力控制是本工藝的最重要的指標(biāo)。

設(shè)備功能：把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣及反應(yīng)所需其它氣體引入LPCVD設(shè)備的反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)

在沉積室利用輝光放電使其電離后在襯底上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)沉積的半導(dǎo)體薄膜材料制備和其他材料薄膜的制備方法。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積是：在化學(xué)氣相沉積中，激發(fā)氣體，使其產(chǎn)生低溫等離子體，增強(qiáng)反應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)活性，從而進(jìn)行外延的一種方法。

該方法可在較低溫度下形成固體膜。例如在一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)將基體材料置于陰極上，通入反應(yīng)氣體至較低氣壓(1～600Pa)，基體保持一定溫度，以某種方式產(chǎn)生輝光放電，基體表面附近氣體電離，反應(yīng)氣體得到活化，同時(shí)基體表面產(chǎn)生陰極濺射，從而提高了表面活性。在表面上不僅存在著通常的熱化學(xué)反應(yīng)，還存在著復(fù)雜的等離子體化學(xué)反應(yīng)。沉積膜就是在這兩種化學(xué)反應(yīng)的共同作用下形成的。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的主要優(yōu)點(diǎn)是沉積溫度低，對(duì)基體的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)影響?。荒さ暮穸燃俺煞志鶆蛐院?；膜組織致密、針孔少；膜層的附著力強(qiáng)；應(yīng)用范圍廣，可制備各種金屬膜、無機(jī)膜和有機(jī)膜。

磁控濺射臺(tái)

磁控濺射是為了在低氣壓下進(jìn)行高速濺射，必須有效地提高氣體的離化率。通過在靶陰極表面引入磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的約束來提高等離子體密度以增加濺射率的方法。

設(shè)備功能：通過二極濺射中一個(gè)平行于靶表面的封閉磁場(chǎng)，和靶表面上形成的正交電磁場(chǎng)，把二次電子束縛在靶表面特定區(qū)域，實(shí)現(xiàn)高離子密度和高能量的電離，把靶原子或分子高速率濺射沉積在基片上形成薄膜。

化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)

晶圓制造中，隨著制程技術(shù)的升級(jí)、導(dǎo)線與柵極尺寸的縮小，光刻(Lithography)技術(shù)對(duì)晶圓表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越來越高?；瘜W(xué)機(jī)械研磨亦稱為化學(xué)機(jī)械拋光，其原理是化學(xué)腐蝕作用和機(jī)械去除作用相結(jié)合的加工技術(shù)，是目前機(jī)械加工中唯一可以實(shí)現(xiàn)表面全局平坦化的技術(shù)。

化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)綜合了化學(xué)研磨和機(jī)械研磨的優(yōu)勢(shì)。單純的化學(xué)研磨，表面精度較高，損傷低，完整性好，不容易出現(xiàn)表面/亞表面損傷，但是研磨速率較慢，材料去除效率較低，不能修正表面型面精度，研磨一致性比較差；單純的機(jī)械研磨，研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高，但是容易出現(xiàn)表面層/亞表面層損傷，表面粗糙度值比較低?；瘜W(xué)機(jī)械研磨吸收了兩者各自的優(yōu)點(diǎn)，可以在保證材料去除效率的同時(shí)，獲得較完美的表面，得到的平整度比單純使用這兩種研磨要高出1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，并且可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)到原子級(jí)的表面粗糙度。

引線鍵合機(jī)

引線鍵合（Wire Bonding）是一種使用細(xì)金屬線，利用熱、壓力、超聲波能量為使金屬引線與基板焊盤緊密焊合，實(shí)現(xiàn)芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通。在理想控制條件下，引線和基板間會(huì)發(fā)生電子共享或原子的相互擴(kuò)散，從而使兩種金屬間實(shí)現(xiàn)原子量級(jí)上的鍵合。

引線鍵合的作用是從核心元件中引入和導(dǎo)出電連接。

探針測(cè)試臺(tái)

探針臺(tái)主要應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)、光電行業(yè)、集成電路以及封裝的測(cè)試。 廣泛應(yīng)用于復(fù)雜、高速器件的精密電氣測(cè)量的研發(fā)，旨在確保質(zhì)量及可靠性，并縮減研發(fā)時(shí)間和器件制造工藝的成本。

探針測(cè)試臺(tái)通過探針與半導(dǎo)體器件的pad接觸，進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，檢測(cè)半導(dǎo)體的性能指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)性能要求。