一塊芯片的誕生需經(jīng)歷重重考驗，從設計到制造再到封裝測試，每一關(guān)都需用到大量的設備和材料。而在半導體加工的過程中，集成電路制造更是半導體產(chǎn)品加工工序最多，工藝最為密集的環(huán)節(jié)，因此本文將以晶圓制造為例，說明前道過程中所需要的設備，并闡述其市場情況。

一、晶圓制造過程及應用設備

芯片需要經(jīng)過設計、制造（包括硅片制造以及晶圓制造）、封裝測試才能最終落到客戶手中。 

芯片制造流程圖 

從圖中的集成電路制造廠板塊我們可以看到，晶圓制造過程中有幾大重要的步驟：氧化、沉積、光刻、刻蝕、離子注入/擴散等。這幾個主要步驟都需要若干種半導體設備，滿足不同的需要。 

晶圓制造主要步驟使用工藝及設備 

設備中應用較為廣泛的有氧化爐、沉積設備、光刻機、刻蝕設備、離子注入機、清洗機、化學研磨設備等。 

主要設備介紹及其國內(nèi)外制造企業(yè)

二、晶圓制造主要設備市場情況

根據(jù)2017年SEMI公布的數(shù)據(jù)，在集成電路制程中，晶圓制造設備投入占比約占設備投資的80%，而封裝、測試設備投入則占比分別為9%和6%。在制造過程中，最主要、價值最昂貴的三類分別是沉積設備，包括PECVD,LPCVD等、刻蝕設備、光刻機，占半導體晶圓廠設備總投資的15%、15%、20-25%。 

而這些設備因為被應用于制造，因此其精度和穩(wěn)定性也要求最高。而憑借技術(shù)資金等優(yōu)勢占據(jù)大份額的龍頭企業(yè)在這些領域尤為領先。

2017年全球營收前十大半導體設備公司 

幾乎壟斷了高端光刻市場份額高達80%的ASML，在CVD設備和PVD設備領域都保持領先的美國應用材料（AMAT）以及刻蝕機設備領域龍頭Lam Research穩(wěn)坐前三。下面將就沉積、刻蝕、光刻這三大領域及代表公司進行詳解。 

1. 沉積設備

沉積是半導體制程工藝中的一個非常重要的技術(shù)，分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。 

PVD是英文Physical Vapor Deposition的縮寫，中文意思是“物理氣相沉積”，是指在真空條件下，用物理的方法使材料沉積在被鍍工件上的薄膜制備技術(shù)。 

PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類，真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜。對應于PVD技術(shù)的三個分類，相應的真空鍍膜設備也就有真空蒸發(fā)鍍膜機、真空濺射鍍膜機和真空離子鍍膜機這三種。 

CVD是英文Chemical Vapor Deposition的縮寫，中文意思為“化學氣相沉積”，是半導體工業(yè)中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，其可用于沉積大范圍的絕緣材料、大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，化學氣相沉積法時將兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導入到一個反應室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學反應，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。 

在集成電路制成中，經(jīng)常使用的CVD技術(shù)有：大氣壓化學氣相沉積（APCVD）、低氣壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）以及新型氣相外延生長技術(shù)金屬有機化合物化學氣相沉積（MOCVD）等。相應的設備也就有APCVD設備，LPCVD設備，PECVD設備以及MOCVD設備。 

2. 刻蝕設備

刻蝕是采用物理或者化學的方法，通過掩膜圖形使薄膜材料選擇性銷蝕的技術(shù)，是薄膜制備的“反”過程。 

刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。濕法刻蝕是將硅片浸泡在可與被刻蝕薄膜進行反應的溶液中，用化學方法除去不要部分的薄膜。早期制造業(yè)以濕法為主。當半導體制造業(yè)進入微米、亞微米時代以后，要求刻蝕的線寬越來越細，傳統(tǒng)的濕法化學刻蝕因其固有的橫向鉆蝕，無法控制線寬，甚至造成斷裂，已不再適應科研及生產(chǎn)的要求，取而代之的是以等離子體技術(shù)為基礎的干法刻蝕方法。這種方法是將被加工的硅片置于等離子體中，在帶有腐蝕性、具有一定能量離子的轟擊下，反應生成氣態(tài)物質(zhì)，去除被刻薄膜，此種方法具有各向異性。 

干法刻蝕種類較多，常見的有等離子體刻蝕（分為圓筒型和平行電極型）、反應離子刻蝕、濺射刻蝕、離子束刻蝕、反應離子束刻蝕等。相應的設備就有等離子體刻蝕機、反應離子刻蝕機、離子束刻蝕機等。 

3. 光刻機

光刻機是芯片制造的核心設備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產(chǎn)芯片的光刻機；有用于封裝的光刻機；還有用于LED制造領域的投影光刻機。 

在加工芯片的過程中，光刻機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)物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學方法顯影，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、對準曝光、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。 

三、中國半導體制造設備企業(yè)

2016年中國半導體設備銷售收入總計57.33億元，同比增長21.5%，其中前十強單位完成銷售收入47.7億元，同比增長28.5%，也就是說，前十強的增速快于整體增速，市場集中度在不斷提高，可喜可賀。 

2016全國半導體設備十強  數(shù)據(jù)來源：中國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會 

目前，中國半導體設備已有了一定的基礎，雖然設備總量不大，但一直并保持著高速增長的態(tài)勢。但需要認清的是，目前我國的技術(shù)實力與國外相比仍存在較大的差距，尤其與市占率超80%的設備企業(yè)如ASML、應用材料等相比，實力偏弱且絕大部分設備廠商無法滿足國際已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)的制程，較難進入國際代工巨頭的產(chǎn)線。 

當然，在落后的局面下，我國半導體設備也在奮起直追，并取得了一定成績，在國內(nèi)產(chǎn)線上已經(jīng)進行了一部分國產(chǎn)替代。半導體設備是我國發(fā)展半導體集成電路的基石，我們要把握好先行條件，率先推進，爭取早日完成進口替代。