晶圓廠內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備按照類型可大致分為薄膜沉積、光刻、刻蝕、 過(guò)程控制、自動(dòng)化制造和控制、清洗、涂布顯影、去膠、化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）、快速熱處理/氧化擴(kuò)散、離子注入、其他晶圓級(jí)設(shè)備等類別，其中薄膜沉積、光刻、刻蝕、過(guò)程控制占比最大。

圖1：晶圓廠半導(dǎo)體制造流程及相關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備示意圖

圖2：大陸主要晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)一覽

圖3：半導(dǎo)體制程工藝流程及設(shè)備

國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備商積極推進(jìn)上市進(jìn)程?？苿?chuàng)板以來(lái)已有多家半導(dǎo)體設(shè)備公司上市，包括中微公司、芯碁微裝、盛美上 海、華海清科和拓荊科技等。主要的上市公司如下：

PVD&CVD沉積設(shè)備：

薄膜沉積技術(shù)按工藝原理的不同可分為物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）和原子層沉積 （ALD）。①PVD：指在真空條件下采用物理方法將材料源（固體或液體）表面氣化成氣態(tài)原子或分子， 或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣體（或等離子體）過(guò)程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技 術(shù)。②CVD：是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子或光輻射等各種能源，在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽 狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)沉積物的技術(shù)，是一種通過(guò)氣體混合的化學(xué)反應(yīng) 在基體表面沉積薄膜的工藝。③ALD：是利用反應(yīng)氣體與基板之間的氣—固相反應(yīng)，來(lái)完成工藝的需求。

圖4：薄膜沉積設(shè)備技術(shù)分類

涂膠顯影：涂膠顯影設(shè)備與光刻機(jī)緊密協(xié)作，是光刻工序中的核心設(shè)備。涂膠顯影設(shè)備主要包括涂膠 機(jī)、噴膠機(jī)和顯影機(jī)，其中涂膠機(jī)&噴膠機(jī)應(yīng)用于曝光前光刻膠涂覆，顯影機(jī)應(yīng)用于曝光后圖形顯影。涂膠 顯影設(shè)備分別連接光刻機(jī)的輸入&輸出端口，直接影響光刻圖形質(zhì)量&缺陷控制，并對(duì)后續(xù)的蝕刻、離子注 入等工序中的圖形轉(zhuǎn)移也有較大影響。后道先進(jìn)封裝中的涂膠顯影設(shè)備精度要求低于前道晶圓加工。①前道晶圓加工：以8/12英寸設(shè)備為主，主要 與光刻機(jī)配合完成晶圓加工過(guò)程中的精細(xì)光刻工藝流程，對(duì)設(shè)備精度要求極高；②后道先進(jìn)封裝：主要用于 Bump、WLCSP、Fanout 等后道先進(jìn)封裝技術(shù)的涂膠、顯影等工序，對(duì)設(shè)備精度的要求低于前道晶圓加工。

圖5：涂膠顯影是光刻環(huán)節(jié)的核心工序之一

光刻機(jī)

半導(dǎo)體制造商把上面我們所說(shuō)的制作餅干模具（遮蓋物）的過(guò)程叫做光刻工藝。光刻工藝的第一步就是涂覆光刻膠（Photoresist）。光刻膠經(jīng)曝光后化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。具體而言，就是在晶圓上涂覆光刻膠后，用光（激光）照射晶圓，使光刻膠的指定部分的性質(zhì)發(fā)生改變。

圖6-1：光刻工藝基本步驟

     如果直接用激光照射整個(gè)晶圓，那么光刻膠的所有部分都會(huì)發(fā)生質(zhì)變，所以需要使光源通過(guò)特定形狀的母版，再照射到晶圓上，這個(gè)母版就叫掩模版（Photomask）。光源通過(guò)掩模版照射到晶圓上，即可將掩模版的圖案轉(zhuǎn)印到晶圓上。

       在晶圓上繪制圖形后，還要經(jīng)顯影（Develop）處理，即在曝光后，除去曝光區(qū)光刻膠化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的部分，從而制作出所需的“餅干模具”。簡(jiǎn)言之，光刻工藝可以概括為使光源通過(guò)掩模版照射到涂敷光刻膠的晶圓表面，以將掩模版圖形轉(zhuǎn)印到晶圓上的工藝。

先進(jìn)封裝中光刻機(jī)主要應(yīng)用于凸塊、RDL、 TSV等電極接觸點(diǎn)的制作。與在前道制造中用 于器件成型不同， 在先進(jìn)封裝中主要用做金屬電極接觸，例如TSV打孔實(shí)現(xiàn)堆疊芯片之間的垂直互聯(lián)互通， 鉆孔就需要光刻與刻蝕的配合完成；凸塊上實(shí)現(xiàn)在芯片特定位置的電鍍，也需要光刻把Bump的位置打出 來(lái)；在RDL圖形轉(zhuǎn)移和再連接，是通過(guò)掩模版然后光刻機(jī)曝光將圖形打到芯片上。  目前，在泛半導(dǎo)體領(lǐng)域，根據(jù)是否使用掩膜版，光刻技術(shù)主要分為直寫光刻與掩膜光刻。其中，掩膜光刻 可進(jìn)一步分為接近/接觸式光刻以及投影式光刻。

圖6-2:光刻工藝流程直寫光刻、接近/接觸式光刻以及投影式光刻示意圖 

刻蝕機(jī)：

刻蝕工藝是選擇性地從晶圓表面去除不需要的材料以達(dá)到集成電路芯片制造要求 的工藝過(guò)程，用于去除光刻膠（Photo Resist，PR）未覆蓋的底部區(qū)域，僅留下所需的圖案。這一工藝流程旨在將掩模（Mask）圖案固定到涂有光刻膠的晶圓上（曝光→顯影）并將光刻膠圖案轉(zhuǎn)印回光刻膠下方膜層。刻蝕工藝按照對(duì)晶圓的選擇性去除區(qū)域可以分為圖案刻蝕(pattern)與無(wú)圖案刻蝕(blanket)兩類。圖案刻蝕是在指定區(qū)域選擇性地刻蝕材料,從而將晶圓表面上的光刻膠或硬掩模的圖案轉(zhuǎn)移到下方的薄膜上。無(wú)圖案刻蝕則是去除晶圓表面全部或者部分薄膜?？涛g工藝如果按照工藝方法分為3種:純化學(xué)刻蝕、純物理刻蝕以及介于兩者之間的反應(yīng)離子刻蝕(ReactiveIonEtch,RIE)。

刻蝕按工藝方法的分類：   

其中，濕法刻蝕是純化學(xué)刻蝕工，沒(méi)有物理轟擊過(guò)程,僅通過(guò)化學(xué)反應(yīng)除去材料。濕法刻蝕化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物是氣體、液體或可溶于刻蝕劑溶液的物質(zhì)。在完成濕法刻蝕工藝之后,通常需要對(duì)晶圓進(jìn)行沖洗和干燥。由于通常具有很好的刻 蝕選擇性,因此純化學(xué)刻蝕工藝可用于薄膜去除工藝,例如,光刻膠、氮化硅、墊層氧化 物、掩蔽氧化層和犧牲層氧化物的去除。

氬濺射刻蝕工藝是純物理刻蝕。它廣泛用于介質(zhì)層濺射回刻工藝中,可以逐漸減小 開(kāi)口,從而在后續(xù)材料沉積過(guò)程中更容易填充間隙。由于氬氣是惰性氣體,因此在濺射 過(guò)程中不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

RIE的準(zhǔn)確名稱應(yīng)該是離子輔助刻蝕(ion-assistedetch),因?yàn)檫@種刻蝕工藝中的離 子不一定是反應(yīng)性的。先進(jìn)的集成電路芯片制造中幾乎所 有的圖案刻蝕工藝都是 RIE工藝。隨著電路的關(guān)鍵尺寸（Critical Dimension, CD）小型化（2D視角），刻蝕工藝從濕法刻蝕轉(zhuǎn)為干法刻蝕。那你知道為什么會(huì)有這種進(jìn)步么？下面給出講解：

圖7-1：干法和濕法刻蝕的比較    

先進(jìn)封裝中， TSV中需要刻蝕打孔， RDL中需要刻蝕去除多余的UBM等，均有廣泛應(yīng) 用。干法等離子體刻蝕可分為電容性耦合等離子體刻蝕（CCP）和電感性耦合等離子體刻蝕（ICP）。兩者激發(fā)和控制等離子體的方式不同，CCP為電容極板激發(fā)等離子體，ICP由電感線圈激發(fā)等離子體；ICP和CCP刻蝕的應(yīng)用場(chǎng)景有所不同，CCP刻蝕設(shè)備主要以等離子體在較硬的介質(zhì)材料上，刻蝕通孔、 溝槽等微觀結(jié)構(gòu)，ICP刻蝕設(shè)備主要以等離子體在較軟和較薄的材料上，刻蝕通孔、溝槽等微觀結(jié)構(gòu)。

圖7-2：ICP和CCP刻蝕設(shè)備分類圖

CMP拋光機(jī)：

拋光工藝分類如下：

（1）機(jī)械拋光法。機(jī)械拋光的原理與磨片工藝相同，但其采用的磨料顆料更細(xì)些。機(jī)械拋光的硅片一般表面平整度較高，但損傷層較深，若采用極細(xì)的磨料拋光則速度很慢。目前工業(yè)上一般已不采用機(jī)械拋光法。

（2）化學(xué)拋光法?；瘜W(xué)拋光常用硝酸與氫氟酸的混合腐蝕液進(jìn)行。經(jīng)化學(xué)拋光的硅片表面可以做到?jīng)]有損傷，拋光速度也較快，但平整度相對(duì)較差，因此在工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)拋光一般作為拋光前的預(yù)處理，而不單獨(dú)作為拋光工藝使用。

（3）化學(xué)-機(jī)械拋光法?；瘜W(xué)-機(jī)械拋光法（CMP）利用拋光液對(duì)硅片表面的化學(xué)腐蝕和機(jī)械研磨同時(shí)作用，兼有化學(xué)拋光和機(jī)械拋光兩種拋光法的優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)中普遍采用的拋光方法?；瘜W(xué)-機(jī)械拋光法所采用的拋光液一般是由拋光粉和氫氧化鈉溶液釀成的膠體溶液，拋光粉通常為SiO2。

由于目前集成電路元件普遍采用多層立體布線，集成電路制造的前道工藝環(huán)節(jié)需要 進(jìn)行多層循環(huán)。在此過(guò)程中，需要通過(guò)CMP工藝實(shí)現(xiàn)晶圓表面的平坦化。CMP就是能有效令集成電路的“樓層”達(dá)到納米級(jí)全局平整的一種關(guān)鍵工藝技術(shù)。集成電路制造是CMP設(shè)備應(yīng)用的最主要的場(chǎng)景，重復(fù)使用在薄膜沉 積后、光刻環(huán)節(jié)之前；除了集成電路制造，CMP設(shè)備還可以用于硅片制造環(huán)節(jié)與 先進(jìn)封裝領(lǐng)域。

拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。貼有硅片的平板安裝在拋光機(jī)上盤的下面，上盤可以升降和調(diào)整壓力，下盤是一個(gè)直徑很大的圓盤，內(nèi)部需要通水冷卻，表面覆蓋韌性多孔的聚酯或聚氨酯質(zhì)的拋光布。拋光時(shí)下盤在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，粘有硅片的平板可繞自己的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證拋光的均勻，拋光液從下盤中央注入，在離心力的作用下向周圍散開(kāi)。拋光過(guò)程中由測(cè)溫儀控制盤溫。拋光液中的氫氧化鈉起到化學(xué)腐蝕的作用，使硅片表面生成硅酸鋼鹽，通過(guò)二氧化硅膠體，對(duì)硅片產(chǎn)生機(jī)械摩擦，隨之又被拋光液帶走。這樣就實(shí)現(xiàn)了去除表面損傷面的拋光作用。

圖7-1：CMP拋光模塊示意圖

    圖7-2：CMP拋光作業(yè)原理圖

對(duì)直徑為200mm及更小的硅片來(lái)說(shuō)，僅對(duì)上表面進(jìn)行拋光，背面仍保留化學(xué)刻蝕后的表面，這就會(huì)在背面留下相對(duì)粗糙的表面，大約要比經(jīng)過(guò)化學(xué)-機(jī)械拋光后的表面粗糙3倍左右。它的目的是提供一個(gè)粗糙表面來(lái)方便器件傳送。

對(duì)直徑為 300mm 的硅片來(lái)說(shuō)，一般用化學(xué)-機(jī)械拋光法進(jìn)行雙面拋光（DSP）。硅片在拋光盤之間行星式的運(yùn)動(dòng)軌跡在改善表面粗糙度的同時(shí)，也使硅片表面平坦且兩面平行。拋光后硅片的兩面會(huì)像鏡子一樣，拋光后的硅片如圖所示。

隨著先進(jìn)制程工藝逐漸逼近物理極限，越來(lái)越多廠商的研發(fā)方向由“如何把芯片 變得更小”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;如何把芯片封得更小”，先進(jìn)封裝快速發(fā)展。先進(jìn)與傳統(tǒng)封裝最大區(qū)別在于芯片與外部電連接方式， 先進(jìn)封裝省略引線，采取傳輸速度更快的凸塊、中間層等，主要包括凸塊（ Bump ）、倒裝（Flip Chip）、晶圓級(jí)封裝 （Wafer level package）、再分布層技術(shù)（RDL）和硅通孔（TSV）技術(shù)等。

減薄機(jī):晶圓與磨輪（砂輪）通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨削減薄

減薄指的是晶圓（正面已布好電路的硅片）在后續(xù)劃片之前需要進(jìn)行背面減薄(Backside grinding)，目前主 要通過(guò)磨輪（砂輪）磨削晶圓背面，以降低封裝高度，減小芯片體積。標(biāo)準(zhǔn)的減薄流程如下圖所示。減薄機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括粗磨（講究效率）&精磨（講究質(zhì)量）磨輪、成片臺(tái)、機(jī)械手、料籃等。晶圓吸附在承 片臺(tái)上，通過(guò)粗磨、精磨工位上的磨輪進(jìn)行減薄，減薄完成后，通過(guò)機(jī)械手將完成加工的晶圓傳輸?shù)搅匣@里， 然后再把整個(gè)料籃拿到撕貼膜一體機(jī)上，去撕除貼在晶圓表面的保護(hù)膜，并粘貼上劃片膜，為后續(xù)劃切工藝 做好準(zhǔn)備。

圖8：傳統(tǒng)封裝減薄機(jī)構(gòu)示意圖

與硅片可雙面減薄不同，晶圓的減薄加工只能選擇單面（背面）加工方法，可分為轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削（Rotary Grinding）和硅片旋轉(zhuǎn)磨削（In-Feed Grinding）兩種方式，兩種方式的最大差異在于晶圓是否自轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削為磨輪轉(zhuǎn)動(dòng)，但晶圓自身并不自轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削與晶圓分別固定于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的吸盤上，在轉(zhuǎn)臺(tái)的帶 動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)，晶圓本身并不繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿軸向進(jìn)給，砂輪直徑大于晶圓直徑。? 轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削有整面切入式（Face Plunge Grinding）和平面切向式 （Face Tangential Grinding）兩種，區(qū)別在 于磨輪是否能完全覆蓋晶圓。整面切入式加工時(shí)，砂輪寬度大于晶圓直徑，砂輪主軸沿其軸向連續(xù)進(jìn)給直至 余量加工完畢，然后晶圓在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)位；平面切向式磨削加工時(shí)，砂輪沿其軸向進(jìn)給，晶圓在旋轉(zhuǎn) 盤帶動(dòng)下連續(xù)轉(zhuǎn)位，通過(guò)往復(fù)進(jìn)給方式（Reciprocation）或緩進(jìn)給方式（Creep Feed）完成磨削。? 該種方法下實(shí)際磨削區(qū)面積 B 和切入角θ(砂輪外圓與硅片外圓之間夾角)均隨著砂輪切入位置的變化而變化， 導(dǎo)致磨削力不恒定，TTV值較高、容易塌邊、崩邊，轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削不適合300mm（12英寸）以上單晶硅片的磨 削加工。

圖8-1：轉(zhuǎn)臺(tái)式摩削(平面切向式)原理示意圖（左）；轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削的實(shí)際磨削區(qū)和切入角θ一直在變化 （右）

全球減薄設(shè)備主要由日本企業(yè)主導(dǎo)， CR3高達(dá)85%。全球減薄機(jī)廠商主要包括日本DISCO、東京精密、G&N、Okamoto Semiconductor Equipment Division等，減薄機(jī)頭部公司DSICO、東京精密的單臺(tái)設(shè)備在300~500萬(wàn)人民幣左右，且該設(shè)備全自動(dòng)化程度非常高，國(guó)內(nèi)目前制造減薄機(jī)的廠商很少，包括個(gè)別研究所，如鄭州第三研磨所、中電科，還有華海清科、邁為股份、 晶盛機(jī)電等，國(guó)產(chǎn)減薄機(jī)價(jià)格也在300萬(wàn)人民幣左右，一臺(tái)減薄機(jī)一年產(chǎn)能在6萬(wàn)片左右，也與實(shí)際研磨量有關(guān)。

晶盛在半導(dǎo)體的定位大硅片、先進(jìn)封裝、先進(jìn)制程、碳化硅三代半導(dǎo)體等領(lǐng)域，半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈逐步完 整，將形成覆蓋生長(zhǎng)、切片、拋光、外延四大核心裝備為主的產(chǎn)品體系。（1）大硅片領(lǐng)域：?jiǎn)屋S-8寸減薄 機(jī)、單軸-12寸減薄機(jī)已批量出貨；（2）SiC領(lǐng)域：SIC減薄機(jī)已批量出貨；在SOI、功率半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)， Si-8寸減薄機(jī)、雙軸-12寸減薄機(jī)均已批量出貨；

圖9：晶盛機(jī)電的單軸-12寸Si減薄機(jī)

劃片機(jī)：分為砂輪切、激光切，目前砂輪切為主流

一個(gè)晶圓通常由幾百個(gè)至數(shù)千個(gè) 芯片連在一起。它們之間留有80um 至150um的間隙，此間隙被稱之為劃片 街區(qū)（Saw Street）；將每一個(gè)具有獨(dú)立電氣性能的芯片分離出來(lái)的過(guò)程叫做劃片或切割（Dicing Saw）。可分為砂輪切割和激光切割兩種方式。砂輪切割是目前應(yīng)用最為廣泛的一種劃片方式。主要采用金剛石顆粒和粘合劑組成的刀片，經(jīng)主軸聯(lián)動(dòng)高速 旋轉(zhuǎn)，與被加工材料相互磨削，并以一定速度進(jìn)給將晶圓逐刀分割成獨(dú)立芯片。在工藝過(guò)程因殘余應(yīng)力和機(jī) 械損傷導(dǎo)致的崩裂等缺陷，是制約砂輪劃片發(fā)展的主要問(wèn)題。

圖10：砂輪切割原理（左）；刃厚 、刃長(zhǎng)與劃切深度（右）

影響切片質(zhì)量的關(guān)鍵因素包括主軸、水源、承片臺(tái)、刀具等。

隨著器件進(jìn)一步縮小，激光切有望成為下一代主流。隨著芯片特征尺寸的不斷縮小和芯片集成度的不斷提高，特別是在超薄硅晶圓、低k介質(zhì)晶圓領(lǐng)域，砂輪劃 片容易帶來(lái)崩裂、膜層脫落等問(wèn)題，激光切割可避免上述問(wèn)題，同時(shí)在小尺寸及 MEMS 芯片方面，凸顯出 愈發(fā)重要的優(yōu)勢(shì)，激光切割主要可分為激光隱形切割和激光燒蝕切割兩種。

（1）激光隱形切割：隱形切割技術(shù)是將半透明波長(zhǎng)的激光束通過(guò)光學(xué)聚焦透鏡聚焦于晶圓內(nèi)部，在晶圓內(nèi) 部形成分割用的起點(diǎn)，即改質(zhì)層，再對(duì)晶圓施加外力將其分割成獨(dú)立芯片的技術(shù)，一般包括激光切割和芯 片分離兩個(gè)過(guò)程。一方面隱形切割只作用于晶圓內(nèi)部，產(chǎn)生碎屑有限，同時(shí)非接觸加工可有效避免砂輪切 割時(shí)的損傷崩邊；同時(shí)隱形切割不會(huì)造成劃片間道的損失，可以提高晶圓利用率。

圖11：激光束設(shè)計(jì)及改質(zhì)層形成原理（左）；晶圓激光隱形切割示意（右）

（2）激光燒蝕切割：利用高能脈沖激光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直和聚焦后，形成能量密度高、束斑尺寸只有微米 級(jí)的激光束，作用于工件表面，使被照射區(qū)域局部熔化、氣化，從而使劃片間道材料去除，最終實(shí)現(xiàn)開(kāi)槽或 直接劃透。激光燒蝕切割以高溫為作用機(jī)理，在燒蝕邊緣會(huì)形成被加工材料頻繁重鑄等現(xiàn)象的熱影響區(qū)域， 關(guān)鍵在于如何控制熱影響區(qū)大小。根據(jù)所加工材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收特性，選擇相應(yīng)激光器和光學(xué)系統(tǒng)。

圖12：激光燒蝕切割基本原理

 

圖13：各類切片機(jī)技術(shù)對(duì)比

貼片機(jī)：主要起到抓取、貼放芯片作用

貼片機(jī)（Die bonder），也稱固晶機(jī)，將芯片從已經(jīng)切割好的晶圓（Wafer）上抓取下來(lái)，并安置在基板對(duì) 應(yīng)的Die flag上，利用銀膠（Epoxy）把芯片和基板粘接起來(lái)。貼片機(jī)可高速、高精度地貼放元器件，并實(shí)現(xiàn) 定位、對(duì)準(zhǔn)、倒裝、連續(xù)貼裝等關(guān)鍵步驟。固晶機(jī)主要由點(diǎn)膠系統(tǒng)、物料傳輸系統(tǒng)、固晶系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)組成。首先由點(diǎn)膠系統(tǒng)在封裝基板對(duì)應(yīng)位置上 進(jìn)行點(diǎn)膠，而后固晶系統(tǒng)與物料傳輸系統(tǒng)相互配合，從藍(lán)膜上精確地拾取芯片，準(zhǔn)確地將芯片放置在封裝基 板涂覆了粘合劑的位置上；接著對(duì)芯片施加壓力，在芯片與封裝基板之間形成厚度均勻的粘合劑層；在承載 臺(tái)和物料傳輸系統(tǒng)的進(jìn)給/夾持機(jī)構(gòu)上，分別需要一套視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)完成芯片和封裝基板的定位，將芯片位置 的精確信息傳遞給運(yùn)動(dòng)控制模塊，使運(yùn)動(dòng)控制模塊能夠在實(shí)時(shí)狀態(tài)下調(diào)整控制參數(shù)，完成精確固晶。

圖14：貼片機(jī)作業(yè)原理

設(shè)備主要性能指標(biāo)為貼片精度和貼片效率。目前大部分貼片機(jī)要么滿足高精度貼片，要么為高效率貼片，同時(shí) 滿足兩項(xiàng)指標(biāo)是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。貼片機(jī)主要性能指標(biāo)受到精確的視覺(jué)對(duì)位系統(tǒng)、合理的結(jié)構(gòu)布局、精密的運(yùn) 動(dòng)控制和完善的系統(tǒng)軟件等影響。

圖15：貼片機(jī)三代發(fā)展

國(guó)外固晶機(jī)單臺(tái)售價(jià)500萬(wàn)人民幣左右，國(guó)產(chǎn)固晶機(jī)300萬(wàn)人民幣左右。 貼片機(jī)在細(xì)分領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化率呈現(xiàn)兩極分化態(tài)勢(shì)，IC貼片機(jī)因更注重小尺寸精度要求，開(kāi)發(fā)難度較大，國(guó)產(chǎn)化率較低；LED貼片機(jī)則更重視固晶效率和良率，國(guó)產(chǎn)化在成本上更具優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)化率已超90%。

共晶機(jī)：

什么是共晶？和固晶有什么區(qū)別？

首先，我們先來(lái)區(qū)分一下“共晶”和“固晶”的概念。共晶是指在特定配比下，兩種或兩種以上成分的物質(zhì)在固態(tài)條件下形成均勻混合的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，各個(gè)成分相互溶解，并且形成具有特定晶體結(jié)構(gòu)的共晶相。共晶的形成通常與熔融和再結(jié)晶過(guò)程相關(guān)，其中原材料被熔化并通過(guò)適當(dāng)?shù)睦鋮s速度使其固化為具有共晶結(jié)構(gòu)的晶體。而固晶一般是指的環(huán)氧貼片（有時(shí)被稱為環(huán)氧貼片粘結(jié)），是指物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。當(dāng)物質(zhì)被冷卻至其凝固點(diǎn)以下時(shí)，分子或原子會(huì)開(kāi)始重新排列并結(jié)合在一起，形成具有固定空間結(jié)構(gòu)的晶體。固晶過(guò)程中，原子或分子以有序的方式排列，并逐漸形成晶格。晶格的不同形狀和尺寸決定了固體結(jié)晶的形態(tài)和特性。由此可得，共晶和固晶都是與物質(zhì)在固態(tài)下的結(jié)構(gòu)和變化有關(guān)，但共晶強(qiáng)調(diào)不同成分共存的狀況，而固晶更側(cè)重于物質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的相變過(guò)程。

今天我們主要講一下共晶機(jī)，共晶機(jī)主要用于合金材料的制備，其通過(guò)控制溫度和成分比例，使合金在共晶溫度下迅速凝固并形成共晶結(jié)構(gòu)。

圖16：共晶過(guò)程

鍵合機(jī)：種類多元，主要將兩片晶圓進(jìn)行結(jié)合

鍵合（Bonding）是通過(guò)物理或化學(xué)的方法將兩片表面光滑且潔凈的晶圓貼合在一起，以輔助半導(dǎo)體制造工 藝或者形成具有特定功能的異質(zhì)復(fù)合晶圓。鍵合技術(shù)有很多種，通常根據(jù)晶圓的目標(biāo)種類可劃分為晶圓-晶 圓鍵合（Wafer-to-Wafer，W2W）和芯片-晶圓鍵合（Die-to-Wafer，D2W）；根據(jù)鍵合完成后是否需要解 鍵合，又可分為臨時(shí)鍵合（Temporary Bonding）和永久鍵合（Permanant Bonding）；根據(jù)待鍵合晶圓間 是否引入輔助界面夾層，還可分為直接鍵合鍵合、間接鍵合、混合鍵合（Hybrid Bonding）等；根據(jù)傳統(tǒng)和 先進(jìn)與否，傳統(tǒng)方法包括引線鍵合（Wire Bonding），先進(jìn)方法采用倒裝芯片鍵合（Flip Chip Bonding）、 混合鍵合等。

數(shù)據(jù)來(lái)源：《異質(zhì)集成核心工藝晶圓鍵合綜述》，東吳證券研究所

圖17：鍵合機(jī)種類多樣

電子元件中芯片直接粘合在基板上，芯片內(nèi)部輸入和輸出之間的互聯(lián)就需要用到鍵合，包括三種方式——引 線鍵合、載帶自動(dòng)鍵合和倒裝芯片鍵合。（1）引線鍵合（Wire Bonding）是用金屬絲將集成電路芯片上的 電極引線與集成電路底座外引線連接在一起的過(guò)程，是目前應(yīng)用最廣泛的一種鍵合方式。（2）載帶自動(dòng)鍵 合（TAB，Tape Automated Bonding）：隨著WB無(wú)法適應(yīng)電子整機(jī)高密度、超小超薄、芯片尺寸和焊區(qū)越 來(lái)越小而出現(xiàn)的，包括芯片焊區(qū)凸點(diǎn)形成、載帶引線制作、內(nèi)引線焊接、基板粘接和外引線焊接等。（3） 倒裝芯片鍵合（FCB，F(xiàn)lip Chip Bonding）：芯片面朝下、將芯片焊區(qū)和基板焊區(qū)直接互連的鍵合方法，一 般先將芯片的焊區(qū)形成一定高度的金屬凸點(diǎn)后再倒裝焊到基板焊區(qū)上。

圖18：引線鍵合、載帶焊、倒裝焊

引線鍵合根據(jù)鍵合能量使用的不同可以分為熱壓鍵合法、超聲鍵合法和熱超聲鍵合法。（1）熱壓鍵合法：利用微電弧使鍵合絲的端頭熔化成球狀，通過(guò)送絲壓頭壓焊在引線端子上形成第一鍵合點(diǎn)；而后送絲壓頭 提升移動(dòng)，在布線板對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體布線端子上形成第二鍵合點(diǎn)，完成引線連接過(guò)程。（2）超聲鍵合法：超 聲鍵合法主要應(yīng)用于鋁絲的引線連接，超聲波能量被鋁絲中的位錯(cuò)選擇性吸收，使鋁絲在非常低的外力作 用下可處于塑性變形狀態(tài)，鋁蒸鍍膜表面上形成的氧化膜被破壞，露出清潔的金屬表面，便于鍵合。（3） 熱超聲鍵合法：在超聲鍵合機(jī)中引入加熱器輔助加熱，鍵合工具采用送絲壓頭，并進(jìn)行超聲振動(dòng)，具有更 高的效率和更廣泛的用途，但是工藝過(guò)程較復(fù)雜。

圖19：三種引線鍵合方法的比較

臨時(shí)鍵合&解鍵合（TBDB，Temporary bonding and debonding） 是處理超薄晶圓背面制程工藝的關(guān)鍵支撐手段。晶圓朝著大尺寸、多芯片堆疊和超薄化方向發(fā)展，晶圓減?。ǖ陀?100μm）主要是為了滿足 TSV 制 造和多片晶圓堆疊鍵合總厚度受限的需求，但大尺寸薄化晶圓的柔性和易脆性使其很容易發(fā)生翹曲和破損， 為了提高芯片制造的良率、加工精度和封裝精度，需要一種支撐系統(tǒng)來(lái)滿足苛刻的背面制程工藝（如光刻、 刻蝕、鈍化、濺射、電鍍、回流焊和劃切工序等）。在此背景下臨時(shí)鍵合與解鍵合應(yīng)運(yùn)而生，根據(jù)解鍵合方式的不同，臨時(shí)鍵合和解鍵合主要分為機(jī)械剝離、濕 化學(xué)浸泡、熱滑移和激光解鍵合4種方法。

圖20：不同 TBDB 技術(shù)的總結(jié)

海外K&S（庫(kù)力索法）、Hesse、ASM為半導(dǎo)體鍵合機(jī)龍頭。國(guó)外龍頭單臺(tái)售價(jià)25萬(wàn)美金/臺(tái)（按照2024年4月13日匯率7.24計(jì)算，對(duì)應(yīng)人民幣約180萬(wàn)元），國(guó)產(chǎn)設(shè)備130萬(wàn)人民幣左右。全球晶圓鍵合設(shè)備 消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在中國(guó)、日本、歐洲和美國(guó)等地區(qū)，其中中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展較快，晶圓鍵合設(shè)備銷量份額最大，

塑封機(jī)：轉(zhuǎn)注封裝主要用于傳統(tǒng)封裝，壓塑封裝主要用于先進(jìn)封裝

塑封機(jī)能夠?qū)⑿酒煽康胤庋b到一定的塑料外殼內(nèi)，可 分為轉(zhuǎn)注封裝與壓塑封裝，先進(jìn)封裝背景下壓塑封裝為 未來(lái)趨勢(shì)。轉(zhuǎn)注封裝成型主要用于含芯片的引線框架封 裝成型，壓塑封裝成型主要用于大面積的晶圓或板級(jí)封 裝成型，但兩者也有封裝產(chǎn)品的交集，如含芯片的框架 或基板較大面積的封裝成型，如 100mmX300mm QFN 或 BGA 封裝成型，所以兩種成型方式不是孤立的。但 隨著生產(chǎn)效率越來(lái)越高、芯片小型化和扁平化的發(fā)展趨勢(shì)，壓塑封裝將是發(fā)展的方向。

圖21：轉(zhuǎn)注封裝主要用于傳統(tǒng)封裝，壓塑封裝主要用于先進(jìn)封裝

 

圖22：轉(zhuǎn)注封裝與壓塑封裝的區(qū)別對(duì)比

圖23：轉(zhuǎn)注封裝與壓塑封裝的區(qū)別對(duì)比

電鍍機(jī)：有望受益于TSV、凸塊等快速放量

電鍍機(jī)：是指在芯片制造過(guò)程中，將電鍍液中的金屬離子電鍍到晶圓表面形成金屬互連。隨著芯片制 造工藝越來(lái)越先進(jìn)，芯片內(nèi)的互連線開(kāi)始從傳統(tǒng)的鋁材料轉(zhuǎn)向銅材料，半導(dǎo)體鍍銅設(shè)備便被廣泛采用。目前 半導(dǎo)體電鍍已經(jīng)不限于銅線的沉積，還有錫、錫銀合金、鎳、金等金屬，但是金屬銅的沉積依然占據(jù)主導(dǎo)地 位。銅導(dǎo)線可以降低互聯(lián)阻抗，降低器件的功耗和成本，提高芯片的速度、集成度、器件密度等。過(guò)去傳統(tǒng)封裝工藝中電鍍機(jī)主要在封裝體的特定部位上沉積金屬層，例如增加引腳的導(dǎo)電性或在封裝體外殼 上提供一層防護(hù)層，隨著先進(jìn)封裝發(fā)展，例如凸塊、 RDL、 TSV等均需要電鍍金屬銅進(jìn)行沉積，電鍍?cè)O(shè)備 有望充分受益。前道的電鍍需要在晶圓上沉積一層致密、無(wú)孔洞、無(wú)縫隙等其他缺陷，并且分布均勻的銅， 再配以氣相沉積設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備等，完成銅互連線工藝；后道來(lái)看，在硅通孔、重布線、凸塊工 藝中都需要金屬化薄膜沉積工藝，使用電鍍工藝進(jìn)行金屬銅、鎳、錫、銀、金等金屬的沉積。

圖24：芯片制造前道銅互連電鍍工藝示意圖 （左）；芯片制造后道先進(jìn)封裝電鍍工藝示意圖（右）

其中前道晶圓制造的電鍍?cè)O(shè)備領(lǐng)域，目前全球市場(chǎng)主要被 LAM 壟斷；后道先進(jìn)封裝電鍍?cè)O(shè)備領(lǐng)域， 全球范圍內(nèi)的主要設(shè)備商包括美國(guó)的AMAT和 LAM、日本的 EBARA 和新加坡 ASM Pacific 等；國(guó)內(nèi)企業(yè) 中盛美半導(dǎo)體較為領(lǐng)先。

 

本文轉(zhuǎn)載自：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

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