什么是半导体工业?有什么工艺和设备?

半导体行业的行业分类:

半导体设备可分为半导体工艺设备、半导体封装设备、半导体工艺周边设备和半导体测试设备。

1. 半导体工艺设备及零部件:半导体制造过程中使用的机器、设备或装置适用范围包括氧化、扩散、沉积、光刻、蚀刻、蒸发和其他工艺所需的设备。
2. 半导体封装设备及零部件:半导体工业装配过程中使用的机器、设备或装置范围包括圆片切割、研磨、模具粘接、线材粘接、封口、成型、冲压等所需设备。
3. 半导体工艺周边设备及零件:半导体工艺中使用的与外围设备有关的设备。范围包括纯水、洁净室、精密自动阀、工艺中超精密加工管件等相关工厂设备。
4. 半导体测试设备及配件:半导体工业检验过程中使用的机器、设备或装置适用范围包括逻辑、线性、存储器、针测机、分拣机等所需设备。

半导体工业有什么工艺和设备?

半导体设备一般是指生产各种半导体产品所需的生产设备，属于半导体产业链的关键配套环节。半导体设备是半导体行业的技术领先者。芯片设计、晶圆制造、封装和测试必须在设备技术的范围内进行设计和制造。装备技术的进步也促进了半导体工业的发展。

以半导体产业链中技术难度最高、附加值最大、工艺最复杂的集成电路为例，集成电路领域使用的设备通常可以分为前端工艺设备(晶圆制造)和后端工艺设备(封装和检测)。

前端加工设备(晶圆制造):

前端晶圆制作的七个主要步骤是氧化/扩散、光刻、蚀刻、清洗、离子注入、薄膜生长和抛光。每一步使用的半导体设备如下:

1. /扩散/氧化退火过程:
• 氧化程序及氧化炉:
  氧化是将硅片置于氧气或水蒸气等氧化剂的大气中进行高温热处理，硅片表面发生化学反应形成氧化膜的过程。为半导体材料的氧化处理提供所需的氧化气氛，实现半导体设计所期望的氧化处理，是半导体加工工艺中不可缺少的一部分。
• 扩散程序和扩散炉:
  扩散是指在高温条件下利用热扩散原理，按照工艺要求将杂质元素掺杂到硅衬底中，使其具有特定的浓度分布，从而改变硅材料的电学性能。扩散炉用于扩散、氧化、退火、合金化和烧结工艺，如大型集成电路、离散器件、电力电子、光电器件和光纤等行业。扩散工艺的主要目的是在高温条件下对半导体晶圆进行涂覆，即将磷和硼元素扩散到硅晶圆中，从而改变和控制半导体中杂质的类型、浓度和分布，以建立不同电特性的区域。
• 退火炉和退火炉:
  退火是指对离子注入后的硅片加热，修复离子注入造成的晶格缺陷的过程。用于制造半导体器件的工艺设备涉及加热多个半导体晶圆以影响其电学性能。热处理的设计有不同的效果。晶圆可通过加热激活掺杂剂、将薄膜转化为薄膜或将薄膜转化为晶圆基板界面、使沉积的薄膜致密化、改变生长薄膜的状态、修复植入损伤、移动掺杂剂或转移掺杂剂(将掺杂剂从一层膜转移到另一层膜或从薄膜转移到晶圆基板上)。
2. 光刻过程:

   平面晶体管和集成电路生产中的主要工艺是一种打开半导体晶圆表面掩模以使杂质局部扩散的加工技术。一般的光刻工艺需要经过硅片表面的清洗和干燥、底漆、旋涂光刻胶、软烤、对准曝光、烤后、显影、硬烤、蚀刻、测试等工序。

   • 涂胶显影设备:
     涂胶显影设备利用机器人实现晶圆在各系统之间的转移和加工，与光刻机实现完美配合，完成晶圆的光刻胶涂胶、固化和显影。作为光刻机的输入，即曝光前的光刻胶涂布，和输出。曝光后图案的显影，涂布和显影机的性能不仅直接影响到精细曝光的形成，而且影响到显影过程中的图案质量和误差控制。它对后续蚀刻和离子注入过程中的图案转移结果也有深远的影响。
   • 光刻设备:
     掩模对准是制造晶圆片的核心设备。它使用一种类似照片打印的技术，通过光照将掩模上的精细图案打印到硅片上。光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，需要掌握深厚的光电子工业技术。
   • 校准检测设备:
     对中检测设备主要用于光刻工艺中掩模与晶圆的对中，晶圆粘接时晶圆与基板的对中，以及表面组装工艺中元器件与PCB基板的对中。它也用于各种加工过程中。其中，如晶圆测试、晶圆切片、各种激光加工工艺等。精密检测技术是对准检测的基础，检测方法主要包括光学检测方法和光电检测方法。

后端工艺设备(包装测试):

半导体封装和测试是半导体制造过程中极为重要的点睛之笔。半导体封装是一种利用薄膜微加工等技术将芯片布局、固定并连接到基板上，然后用塑料绝缘介质装入容器中形成电子产品的过程。目的是保护芯片不受损坏，保证芯片的散热性能，实现电信号的供电和传输，保证系统的正常运行;半导体测试主要是测试晶圆的外观和性能，目的是保证产品质量。具体来说，主要的半导体封装和测试设备包括:

1. 稀释剂:
   由于制造工艺的要求，对晶圆片的尺寸精度、几何精度、表面清洁度、表面微晶格结构等都有很高的要求。因此，在工艺流程中，只有一定厚度的晶圆才能在工艺中进行转移和贴合。通常情况下，晶圆背面多余的基板材料需要在IC封装前去除一层厚度。此工艺称为晶圆背面减薄工艺，对应的设备为晶圆减薄机。减薄机通过减薄/研磨对晶圆基板进行减薄，以提高晶圆的散热效果。细化到一定厚度有利于后期的包装工艺。
2. 切丁机:
   切丁机有两种:砂轮切丁机和激光切丁机。其中，砂轮切丁机是集水、气、电、气静压高速主轴、精密机械传动、传感器、自动控制等技术于一体的精密数控设备。主要用于硅集成电路、发光二极管、铌酸锂、压电陶瓷、砷化镓、蓝宝石、氧化铝、氧化铁、石英、玻璃、陶瓷、太阳能电池等材料的切丁加工。激光切丁机是利用高能激光束照射工件表面，使被照射区域部分熔化汽化，达到切丁的目的。由于激光经过特殊的光学系统聚焦成为非常小的光斑，能量密度高，而且由于加工是非接触的，对工件本身没有机械冲孔力，工件不易变形。热影响极小，刻划精度高。广泛用于太阳能电池板和薄金属片的切割和划线。
3. 测试机:
   晶圆测试仪是测试晶圆片功能和性能的专用设备。在测试过程中，测试人员将输入信号施加到被测晶圆上，并将得到的输出信号与期望值进行比较，以判断晶圆的电性能和产品功能的有效性。在CP和FT测试环节中，测试机将测试结果分别传送到探测站和分选机。当探针站接收到测试结果时，进行喷墨操作，在晶圆上标记有缺陷的芯片。当分选机收到来自测试仪的结果时，它对晶圆进行选择和排序。
4. 分类器:
   分选设备用于芯片封装后的FT测试环节。它是一种提供芯片筛选和分类功能的后端测试设备。分拣机负责将输入芯片按照系统设计的取放方法输送到测试模块，完成电路压力测试。在这一步中，分选机根据测试结果对电路进行选择和分类。分拣机按系统结构可分为重力分拣机、转塔分拣机和拣放分拣机。
5. 探针机:
   探头站用于晶圆加工后和封装前的CP测试环节。负责晶圆的运输和定位，使晶圆上的模具依次与探头接触，逐个测试。探头站的工作流程是将晶圆相机下的晶圆移动过晶圆台，通过晶圆相机捕捉晶圆图像，确定晶圆位置，移动探头卡下的探头摄像机。确定探头头的位置，然后移动探头卡下的晶圆片，通过滑台的垂直运动实现针对准。

台湾半导体装备产业特点:

• 半导体设备制造商的区域效应:
  北方的设备制造商占总数的76%。主要原因是大部分半导体制造商都在新竹。为了服务附近的客户，大多数设备制造商选择在北方地区建厂。
• 半导体设备制造商主要是中小企业:
  国内设备制造企业员工数量不足50人，占所有设备制造企业的67%，说明台湾半导体设备行业以中小企业为主。
• 国内对半导体设备的需求远远大于产值:
  产值低于市场需求，说明国内设备制造商有相当大的发展潜力。
• 国内半导体设备的销售主要是国内:
  台湾国内半导体产业蓬勃发展，市场对半导体设备的需求远远大于国内产值。因此，台湾半导体设备制造商的营销领域主要是国内，少数销往国外。
• 半导体设备制造商没有生产关键设备的技术:
  台湾设备厂家主要生产后端设备，前端工艺技术水平比较高。目前，台湾本土制造商仍无法生产此类关键设备。
• 高工业相关性:
  半导体、光伏、LED等产业的制造过程类似。台湾半导体装备产业的发展，也可以同时支撑LED和光伏装备产业。