什么是半导体产业?有哪些工艺和设备?

半导体行业分类:

半导体设备可分为半导体制程设备、半导体封装设备、半导体制程外围设备、半导体测试设备。

1. 半导体制程设备及零部件:半导体设备半导体工业制造过程中使用的机器、设备或装置范围包括氧化、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:半导体设备:用于半导体工业组装过程的机器、设备或装置范围包括晶圆切割，研磨，模具粘合，焊丝粘合，密封，成型，冲压等所需的设备。
3. 半导体制程外围设备及零部件:在半导体工艺中使用的与外设有关的设备。范围包括纯净水、洁净室、精密自动阀门、过程中超精密加工管件等相关工厂设备。
4. 半导体检测设备及零部件:用于半导体工业检验过程的机器、设备或装置。范围包括逻辑，线性，内存，针头测试机，分选机等所需的设备。

半导体行业有哪些流程和设备?

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支撑环节。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、封装测试都必须在设备技术范围内设计制造。设备技术的进步也促进了半导体产业的发展。

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(封装测试)。

前端工艺设备(晶圆制造):

前端晶圆制造的七个主要步骤是氧化/扩散、光刻、蚀刻、清洁、离子注入、薄膜生长和抛光。每一步所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:
  氧化是将硅片置于含有氧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，是半导体加工过程中不可缺少的一环。
• 扩散程序及扩散炉:
  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性能。扩散炉用于大规模集成电路、分立器件、电力电子、光电器件和光纤等行业的扩散、氧化、退火、合金化和烧结工艺。扩散过程的主要目的是在高温条件下对半导体晶片进行掺杂，即将磷和硼元素扩散到硅片中，从而改变和控制半导体中杂质的类型、浓度和分布，从而建立不同电特性的区域。
• 退火程序及退火炉:
  退火是指离子注入后对硅片进行加热，修复离子注入引起的晶格缺陷的过程。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性能。热处理有不同的效果。晶圆可以通过加热来激活掺杂剂，将薄膜转化为薄膜或将薄膜转化为晶圆衬底界面，使沉积的薄膜致密化，改变薄膜生长的状态，修复植入的损伤，移动掺杂剂或转移掺杂剂，将药剂从一个薄膜转移到另一个薄膜或从薄膜转移到晶圆衬底。
2. 光刻过程:

   平面晶体管和集成电路生产中的主要工艺是在半导体晶圆表面打开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晶片表面的清洗和干燥、底漆、旋涂光刻胶、软烘烤、对准曝光、后烘烤、显影、硬烘烤、蚀刻和测试等过程。

   • 涂胶显影设备:
     涂胶显影设备采用机器人实现各系统之间对晶圆的传递和加工，并与光刻机实现完美配合，完成光刻胶的涂胶、固化和晶圆的显影。作为光刻机的输入，即曝光前的光刻胶涂层，和输出。曝光后的图案的显影，涂布和显影机的性能不仅直接影响到精细曝光的形成，而且还影响到显影过程中的图案质量和误差控制。它还对随后的蚀刻和离子注入过程中的图案转移结果产生深远的影响。
   • 光刻设备:
     掩模对准是晶圆制造的核心设备。它使用一种类似照片打印的技术，通过曝光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，需要掌握深厚的光学和电子工业技术。
   • 对准检测设备:
     对准检测设备主要用于光刻过程中掩模与晶圆的对准，晶圆粘合时晶圆与基板的对准，以及表面组装过程中元件与PCB基板的对准。它也用于各种加工过程中。其中，如晶圆测试、晶圆切割、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(封装测试):

半导体封装和测试是半导体制造过程中极其重要的收尾工作。半导体封装是利用薄膜微加工等技术，将芯片放置、固定、连接在衬底上，然后用塑料绝缘介质进行封装，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，实现电源和电信号的传输，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提出了很高的要求。因此，在工艺流程中，只有具有一定厚度的晶圆才能在工艺中进行转移和贴出。通常，在集成电路封装之前，晶圆背面多余的衬底材料需要去除一层厚度。这个过程叫做晶圆背面减薄工艺，相应的设备就是晶圆减薄机。薄化机通过薄化/研磨对晶圆基板进行薄化，以提高晶圆的散热效果。减薄到一定厚度有利于后期的包装工艺。
2. 切丁机:
   切割机有两种:砂轮切割机和激光切割机。其中，砂轮切割机是集水、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割加工。激光切割机利用高能激光束照射工件表面，使照射区域部分熔化汽化，达到切割的目的。由于激光通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。广泛应用于太阳能电池板和金属薄板的切割和划线。
3. 测试机:
   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，测试仪将输入信号加到待测晶圆上，并将得到的输出信号与期望值进行比较，以判断晶圆的电气性能和产品功能的有效性。在CP和FT测试环节，试验机分别将测试结果传送到探测站和分选机。当探测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。当分选器从测试器接收到结果时，它选择并分选晶圆。
4. 分类器:
   分选设备用于芯片封装后的FT测试环节。它是一个后端测试设备，提供芯片筛选和分级功能。分选机负责按照系统设计的取放方式将输入芯片运送到测试模块，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。分选机按系统结构可分为重力分选机、转塔分选机和拾放分选机。
5. 探针机:
   探针站用于晶圆加工后和封装前的CP测试环节。它负责晶圆片的运输和定位，使晶圆片上的模具依次与探头接触，逐一进行测试。探针站的工作流程是通过晶圆台移动晶圆相机下的晶圆，通过晶圆相机捕捉晶圆图像，确定晶圆的位置，移动探针卡下的探针相机。确定探针头的位置，然后移动探针卡下的晶圆片，通过滑台的垂直运动实现对针。

台湾半导体设备产业特点:

• 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%。主要原因是大多数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部地区设厂。
• 半导体设备制造商主要是中小企业:
  国内设备制造商员工不足50人，占所有设备制造商的67%，说明台湾半导体设备产业以中小企业为主。
• 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，说明国内设备生产企业具有相当的发展潜力。
• 国内半导体设备的销售主要是国内:
  台湾国内半导体产业发展蓬勃，半导体设备的市场需求远远大于国内产值。因此，台湾半导体设备制造商的销售区域以国内为主，少数销往国外。
• 半导体设备制造商不具备生产关键设备的技术:
  台湾设备厂商主要生产后端设备，前端工艺技术水平相对较高。目前，台湾国内制造商仍无法生产此类关键设备。
• 高产业关联性:
  半导体、光伏、LED产业的制造过程也很相似。台湾半导体设备产业的发展也可以同时支撑LED和光伏设备产业。