列数芯片制造所需设备

芯片是未来众多高技术产业的食粮，芯片设计制造技术成为世界主要大国竞争的最重要领域之一。而芯片生产设备又为芯片大规模制造提供制造基础，因此更是整个半导体芯片产业金字塔顶端的尖尖。下面是小编带领大家看一看，数一数，制造一枚合格的芯片都需要哪些设备？
光刻机
光刻机是芯片制造的核心设备之一，按照用途可以分为好几种：有用于生产芯片的光刻机；有用于封装的光刻机；还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。
在高端光刻机上，除了龙头老大ASML，尼康和佳能也曾做过光刻机，而且尼康还曾经得到过Intel的订单。但是近些年，尼康在ASML面前被打的毫无还手之力，高端光刻机市场基本被ASML占据。

• 光刻机工作原理
  

在加工芯片的过程中，光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。
等离子刻蚀刻机
等离子刻蚀机，又叫等离子蚀刻机、等离子平面刻蚀机、等离子体刻蚀机、等离子表面处理仪、等离子清洗系统等。等离子刻蚀，是干法刻蚀中最常见的一种形式，其原理是暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放高能电子组成的气体，从而形成了等离子或离子，电离气体原子通过电场加速时，会释放足够的力量与表面驱逐力紧紧粘合材料或蚀刻表面。

某种程度来讲，等离子清洗实质上是等离子体刻蚀的一种较轻微的情况。进行干式蚀刻工艺的设备包括反应室、电源、真空部分。工件送入被真空泵抽空的反应室。气体被导入并与等离子体进行交换。等离子体在工件表面发生反应，反应的挥发性副产物被真空泵抽走。等离子体刻蚀工艺实际上便是一种反应性等离子工艺。
反应离子刻蚀系统
反应离子刻蚀技术是一种各向异性很强、选择性高的干法腐蚀技术。它是在真空系统中利用分子气体等离子来进行刻蚀的，利用了离子诱导化学反应来实现各向异性刻蚀，即是利用离子能量来使被刻蚀层的表面形成容易刻蚀的损伤层和促进化学反应，同时离子还可清除表面生成物以露出清洁的刻蚀表面的作用。

在反应离子刻蚀中，气体放电产生的等离子体中有大量化学活性的气体离子，这些离子与材料表面相互作用导致表面原子产生化学反应，生成可挥发产物。这些挥发产物随真空抽气系统被排走。随着材料表层的“反应-剥离-排放”的周期循环，材料被逐层刻蚀到指定深度。除了表面化学反应外，带能量的离子轰击材料表面也会使表面原子溅射，产生一定的刻蚀作用。所以，反应离子刻蚀包括物理和化学刻蚀两者的结合。
通常情况下，反应离子刻蚀机的整个真空壁接地, 作为阳极, 阴极是功率电极, 阴极侧面的接地屏蔽罩可防止功率电极受到溅射。要腐蚀的基片放在功率电极上。腐蚀气体按照一定的工作压力和搭配比例充满整个反应室。对反应腔中的腐蚀气体, 加上大于气体击穿临界值的高频电场, 在强电场作用下, 被高频电场加速的杂散电子与气体分子或原子进行随机碰撞, 当电子能量大到一定程度时, 随机碰撞变为非弹性碰撞, 产生二次电子发射, 它们又进一步与气体分子碰撞, 不断激发或电离气体分子。
这种激烈碰撞引起电离和复合。当电子的产生和消失过程达到平衡时, 放电能继续不断地维持下去。由非弹性碰撞产生的离子、电子及及游离基(游离态的原子、分子或原子团) 也称为等离子体, 具有很强的化学活性, 可与被刻蚀样品表面的原子起化学反应, 形成挥发性物质, 达到腐蚀样品表层的目的。同时, 由于阴极附近的电场方向垂直于阴极表面, 高能离子在一定的工作压力下, 垂直地射向样品表面, 进行物理轰击, 使得反应离子刻蚀具有很好的各向异性。
离子注入机
离子注入机是高压小型加速器中的一种。它是由离子源得到所需要的离子，经过加速得到几百千电子伏能量的离子束流，用做半导体材料、大规模集成电路和器件的离子注入，还用于金属材料表面改性和制膜等。

离子注入机由离子源、离子引入和质量分析器、加速管、扫描系统和工艺腔组成，可以根据实际需要省去次要部位。离子源是离子注入机的主要部位，作用是把需要注入的元素气态粒子电离成离子，决定要注入离子的种类和束流强度。离子源直流放电或高频放电产生的电子作为轰击粒子，当外来电子的能量高于原子的电离电位时，通过碰撞使元素发生电离。碰撞后除了原始电子外，还出现正电子和二次电子。正离子进入质量分析器选出需要的离子，再经过加速器获得较高能量，由四级透镜聚焦后进入靶室，进行离子注入。
单晶炉
单晶炉是一种在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化,用直拉法生长无错位单晶的设备。

把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；
接着，控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；
接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。
晶圆划片机
晶圆划片机主要功能：把晶圆，切割成小片。

晶片减薄机
通常在集成电路封装前，需要对晶片背面多余的基体材料去除一定的厚度。这一工艺过程称之为晶片背面减薄工艺，对应装备就是晶片减薄机。

晶片减薄机的作用：
1.通过减薄/研磨的方式对晶片衬底进行减薄，改善芯片散热效果。
2.减薄到一定厚度有利于后期封装工艺。
气相外延炉
气相外延是一种单晶薄层生长方法。是化学气相沉积的一种特殊方式，其生长薄层的晶体结构是单晶衬底的延续，而且与衬底的晶向保持对应的关系。

在半导体科学技术的发展中，气相外延发挥了重要作用，典型代表是Si气相外延和GaAs以及固溶体气相外延。Si气相外延是以高纯氢气作为输运和还原气体，在化学反应后生成Si原子并沉积在衬底上，生长出晶体取向与衬底相同的Si单晶外延层，该技术已广泛用于Si半导体器件和集成电路的工业化生产。
气相外延炉主要是为气相外延生长提供特定的工艺环境，实现在单晶上，生长与单晶晶相具有对应关系的薄层晶体，为单晶沉底实现功能化做基础准备。
氧化炉（VDF）
氧化炉作用主要是提供要求的氧化氛围，实现半导体预期设计的氧化处理过程，为半导体材料进行氧化处理，是半导体加工过程的不可缺少的一个环节。

低压化学气相淀积系统
LPCVD工艺在衬底表面淀积一层均匀的介质薄膜，用作微机械结构层材料、牺牲层、绝缘层、掩模材料，LPCVD工艺淀积的材料有多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃。不同的材料淀积采用不同的气体。其中在用于表面微机械结构中薄膜的应力控制是本工艺的最重要的指标。

设备功能：把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入LPCVD设备的反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜。
等离子体增强化学气相淀积系统
在沉积室利用辉光放电使其电离后在衬底上进行化学反应沉积的半导体薄膜材料制备和其他材料薄膜的制备方法。等离子体增强化学气相沉积是：在化学气相沉积中，激发气体，使其产生低温等离子体，增强反应物质的化学活性，从而进行外延的一种方法。
该方法可在较低温度下形成固体膜。例如在一个反应室内将基体材料置于阴极上，通入反应气体至较低气压(1～600Pa)，基体保持一定温度，以某种方式产生辉光放电，基体表面附近气体电离，反应气体得到活化，同时基体表面产生阴极溅射，从而提高了表面活性。在表面上不仅存在着通常的热化学反应，还存在着复杂的等离子体化学反应。沉积膜就是在这两种化学反应的共同作用下形成的。

等离子体增强化学气相沉积的主要优点是沉积温度低，对基体的结构和物理性质影响小；膜的厚度及成分均匀性好；膜组织致密、针孔少；膜层的附着力强；应用范围广，可制备各种金属膜、无机膜和有机膜。
磁控溅射台
磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。

设备功能：通过二极溅射中一个平行于靶表面的封闭磁场，和靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域，实现高离子密度和高能量的电离，把靶原子或分子高速率溅射沉积在基片上形成薄膜。
化学机械研磨机
晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography)技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高。化学机械研磨亦称为化学机械抛光，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。

化学机械研磨技术综合了化学研磨和机械研磨的优势。单纯的化学研磨，表面精度较高，损伤低，完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但是研磨速率较慢，材料去除效率较低，不能修正表面型面精度，研磨一致性比较差；单纯的机械研磨，研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高，但是容易出现表面层/亚表面层损伤，表面粗糙度值比较低。化学机械研磨吸收了两者各自的优点，可以在保证材料去除效率的同时，获得较完美的表面，得到的平整度比单纯使用这两种研磨要高出1-2个数量级，并且可以实现纳米级到原子级的表面粗糙度。
引线键合机
引线键合（Wire Bonding）是一种使用细金属线，利用热、压力、超声波能量为使金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通。在理想控制条件下，引线和基板间会发生电子共享或原子的相互扩散，从而使两种金属间实现原子量级上的键合。
引线键合的作用是从核心元件中引入和导出电连接。

探针测试台
探针台主要应用于半导体行业、光电行业、集成电路以及封装的测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发，旨在确保质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。
探针测试台通过探针与半导体器件的pad接触，进行电学测试，检测半导体的性能指标是否符合设计性能要求。