集成電路裝備，即在芯片制造和封測(cè)流程中應(yīng)用到的設(shè)備，廣義上也包括生產(chǎn)半導(dǎo)體原材料所需的機(jī)器設(shè)備。整個(gè)芯片制造和封測(cè)過(guò)程包含上千道加工工序，涉及的設(shè)備種類大體有8大類，細(xì)分又可以劃出上百種不同的機(jī)臺(tái)，其中關(guān)鍵產(chǎn)品主要包括光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、熱處理設(shè)備、濕法設(shè)備、化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備、離子注入設(shè)備、量測(cè)設(shè)備等。

其中，半導(dǎo)體裝備的零部件性能、質(zhì)量和精度直接決定著設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，是中國(guó)在半導(dǎo)體制造能力上向高端化躍升的關(guān)鍵基礎(chǔ)要素。零部件產(chǎn)業(yè)通常具有高技術(shù)密集、學(xué)科交叉融合、市場(chǎng)規(guī)模占比小且分散，但在價(jià)值鏈上卻舉足輕重等特點(diǎn)。
一般而言，設(shè)備零部件的支出占設(shè)備價(jià)值的50%~80%，而其中關(guān)鍵零部件的支出占比很高。以刻蝕機(jī)為例，10種主要關(guān)鍵零部件占設(shè)備總零部件支出的85%左右。可見(jiàn)，核心零部件技術(shù)是半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)賴以生存和發(fā)展的關(guān)鍵支撐，其水平直接決定中國(guó)在半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新方面的基礎(chǔ)能級(jí)。
2022年，北方華創(chuàng)科技集團(tuán)股份有限公司董事長(zhǎng)趙晉榮等在《前瞻科技》發(fā)表文章，聚焦4大類核心工藝裝備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，具體剖析了集成電路裝備及其關(guān)鍵部件的主要技術(shù)發(fā)展和挑戰(zhàn)。中國(guó)粉體網(wǎng)編輯選取部分內(nèi)容分享與讀者。

刻蝕設(shè)備是集成電路裝備中最重要的核心設(shè)備之一，根據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年刻蝕設(shè)備全球市場(chǎng)規(guī)模近210億美元，在全球集成電路裝備市場(chǎng)的規(guī)模占比約23%。全球刻蝕設(shè)備呈現(xiàn)泛林半導(dǎo)體、東電電子和應(yīng)用材料3家寡頭壟斷格局，3家合計(jì)占據(jù)了超過(guò)90%的市場(chǎng)份額。

中國(guó)大陸主要刻蝕設(shè)備廠商包括北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體、屹唐半導(dǎo)體等，整體規(guī)模不足全球3%?？涛g設(shè)備按等離子體產(chǎn)生的方式可分為：電感耦合等離子體（ICP）刻蝕、電容耦合等離子體（CCP）刻蝕、電子回旋共振（ECR）等離子體刻蝕、無(wú)等離子體（Dryclean）刻蝕4大類；按刻蝕工藝又可分為：硅刻蝕、金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕、去膠、干法去除等。
刻蝕設(shè)備的水平主要取決于關(guān)鍵零部件的技術(shù)性能。隨著線寬節(jié)點(diǎn)的不斷變小，對(duì)刻蝕技術(shù)的均勻性、負(fù)載控制能力、高深寬比刻蝕能力、顆?？刂颇芰Φ确矫娴囊笠餐苿?dòng)了關(guān)鍵零部件的技術(shù)演進(jìn)。刻蝕機(jī)通常的關(guān)鍵技術(shù)主要包括靜電卡盤技術(shù)、射頻電源及其匹配器技術(shù)、終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)和腔室內(nèi)壁涂層技術(shù)。

例如，先進(jìn)制程對(duì)靜電卡盤的溫度控制要求更高，因而需要設(shè)置超過(guò)100個(gè)區(qū)域來(lái)精確控制局部溫度的補(bǔ)償調(diào)整；需要射頻電源具備功率輸出的高穩(wěn)定性和高可靠性，具備脈沖調(diào)制和脈沖管理功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)多層級(jí)功率控制；需要更精確的終點(diǎn)檢測(cè)（如光學(xué)發(fā)射光譜儀（OES））識(shí)別精細(xì)刻蝕工藝過(guò)程中信號(hào)強(qiáng)度變化；需要新型的腔室內(nèi)壁涂層材料（如氟氧化釔（YOF）、釔鋁石榴石（YAG）等）來(lái)滿足越來(lái)越苛刻的顆?？刂埔?。可以說(shuō)，更高性能的刻蝕機(jī)依賴于更高性能的零部件，裝備技術(shù)的創(chuàng)新依賴于零部件技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

薄膜沉積是芯片制造的核心工藝環(huán)節(jié)，約占設(shè)備投資額的18%。隨著薄膜沉積工藝的不斷發(fā)展，根據(jù)不同應(yīng)用演化出了物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD，含外延（EPI）、原子層沉積（ALD）等）等不同工藝設(shè)備用于晶圓制造的不同工藝制程。

據(jù)Gartner數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約167億美元。薄膜沉積設(shè)備目前基本由應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體、東電電子、先晶半導(dǎo)體等國(guó)際巨頭壟斷。中國(guó)主要薄膜沉積設(shè)備廠商包括北方華創(chuàng)、拓荊科技等，其整體規(guī)模不足全球2%。

薄膜沉積設(shè)備根據(jù)薄膜材料的不同，可以分為金屬薄膜（Al/Cu/W/Ti）、介質(zhì)薄膜（SiO₂/Si₃N₄）以及半導(dǎo)體材料薄膜（單晶Si、多晶Si）；按照設(shè)備工藝原理不同，可以大致分為PVD和CVD兩大類，其中CVD設(shè)備又根據(jù)具體反應(yīng)機(jī)理不同分為EPI、金屬化學(xué)氣相沉積（MCVD）、介質(zhì)沉積、ALD等設(shè)備。

不同應(yīng)用原理的薄膜沉積設(shè)備對(duì)核心零部件技術(shù)的要求也不盡相同，但整體來(lái)說(shuō)控制材料產(chǎn)生的方式（濺射源或氣體源）、基座溫控技術(shù)、薄膜應(yīng)力控制技術(shù)等是薄膜沉積設(shè)備的核心技術(shù)要點(diǎn)。

一是PVD設(shè)備通常的關(guān)鍵技術(shù)包括濺射源技術(shù)、靜電卡盤技術(shù)、射頻匹配器技術(shù)和腔室工藝內(nèi)襯組件技術(shù)等。
二是CVD設(shè)備的主要關(guān)鍵技術(shù)包括反應(yīng)源傳輸系統(tǒng)的溫控和時(shí)控技術(shù)，反應(yīng)源勻流分布及快速和均勻排氣技術(shù)，基座真空吸附和溫控技術(shù)，快速射頻啟輝，射頻饋入及匹配技術(shù)等。
三是外延工藝作為CVD技術(shù)的另一種應(yīng)用方向，其要求設(shè)備對(duì)熱場(chǎng)與流場(chǎng)有很好的控制能力。主要技術(shù)包括廣域測(cè)溫儀技術(shù)、耐腐蝕壓力計(jì)技術(shù)和超純石英石墨加工技術(shù)。

根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2021年全球半導(dǎo)體熱處理設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約為50億美元。在全球熱處理工藝設(shè)備市場(chǎng)，科意半導(dǎo)體、應(yīng)用材料、東電電子三巨頭占據(jù)70%的市場(chǎng)份額，中國(guó)主要熱處理設(shè)備廠商包括北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體等，整體規(guī)模已占據(jù)全球市場(chǎng)的3%。
熱處理工藝主要分為氧化、擴(kuò)散、退火3大類，所使用的半導(dǎo)體設(shè)備有爐管式（Furnace）、單片式快速熱處理（RTP）等設(shè)備。其中，立式爐按工藝應(yīng)用可以分為氧化退火設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備。單片快速熱處理工藝包括浸入式退火（Soak Anneal）、尖峰退火（Spike Anneal）、毫秒級(jí)退火（Millisec‐ond Anneal）、原位氧化等種類。

熱處理設(shè)備的核心零部件及技術(shù)包括高精度的溫控算法技術(shù)、加熱器部件、高溫計(jì)部件、晶圓載具、高純碳化硅、高純石英等。

濕法清洗是貫穿集成電路制造的重要工藝環(huán)節(jié)，也是影響半導(dǎo)體芯片良率的最重要的因素之一。清洗工藝步驟是先進(jìn)工藝步驟中占比最大的工序，在邏輯電路工藝中占比大于30%，在3DNAND和DRAM工藝中占比近40%。伴隨半導(dǎo)體制造技術(shù)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步，清洗工序的數(shù)量和重要性將繼續(xù)提高。
根據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年濕法設(shè)備全球市場(chǎng)規(guī)模約為50.8億美元，全球濕法設(shè)備呈現(xiàn)迪恩士、東電電子、細(xì)美事和泛林半導(dǎo)體4家寡頭壟斷格局，4家合計(jì)占據(jù)了超過(guò)90%的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)濕法設(shè)備廠商北方華創(chuàng)、盛美半導(dǎo)體、沈陽(yáng)芯源、至純科技整體規(guī)模不足全球5%。

濕法設(shè)備主要包括槽式清洗設(shè)備、單片清洗設(shè)備和批式旋轉(zhuǎn)噴淋清洗設(shè)備等。濕法清洗是針對(duì)不同的工藝需求，采用特定的化學(xué)藥液和去離子水，對(duì)晶圓表面進(jìn)行濕法刻蝕，清洗或表面處理，達(dá)到去除多余膜層以及可能產(chǎn)生不良影響的顆粒、有機(jī)物、金屬污染等。
濕法設(shè)備的工藝能力主要取決于其搭載的核心零部件及技術(shù)。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的延伸，對(duì)晶圓表面的清洗及腐蝕均勻性、納米級(jí)顆?？刂颇芰Φ忍岢龈叩囊?。濕法設(shè)備涉及的核心零部件包括精密化學(xué)傳輸裝置、二流體清洗噴嘴和晶圓卡盤等。濕法設(shè)備工藝能力的進(jìn)一步提升，一方面依賴更高性能的零部件，另一方面依賴各類超高純材料，這兩者的持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展推動(dòng)濕法設(shè)備的持續(xù)更新變革。

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