繼聯電在2017年進行高階主管大改組，并宣布未來經營策略將著重在成熟制程之后，格芯（GLOBALFOUNDRIES）也在新執行長Tom Caulfield就任半年多后，于日前宣布無限期暫緩7納米制程研發，并將資源轉而投入在相對成熟的制程服務上。

聯電與格芯先后退出先進制程軍備競賽，加上英特爾（Intel）的10納米制程處理器量產出貨時程再度遞延到2019年底，均顯示先進制程的技術進展已面臨瓶頸。展望未來，還有能力持續推動半導體制程微縮的業者，或只剩下臺積電、三星電子（Samsung Electronics）跟英特爾三家公司，但可以肯定的是，即便上述三家業者將更先進的制程推向量產，代價也絕不便宜，用得起的芯片商也只會越來越少。

然而，對聯電跟格芯而言，專注在成熟制程服務，卻也未必意味著公司營運就此步上光明坦途。成熟制程客戶雖多，需求更多樣化，但鎖定這塊市場的晶圓代工業者卻也更多。兩家公司必須盡快做出自己的特色，并爭取市場跟客戶的認同。

一塊芯片的誕生需經歷重重考驗，從設計到制造再到封裝測試，每一關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品加工工序最多，工藝最為密集的環節。

晶圓制造過程及應用設備

芯片需要經過設計、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外制造企業

晶圓制造設備

單晶圓離子注入機??

Optima?XE是一款用于DRAM、NAND和NOR閃存、嵌入式存儲器和邏輯器件制造的高能離子注入機。它可以提供從10?keV到4?MeV范圍的能量。該注入機將公司的RF?Linac高能束斑技術與高速、一流的單晶圓終端平臺結合在一起。先進的束斑技術可以保證在晶圓上所有離子束的角度相同，可以獲得高質量的工藝控制和最大化成品率。

高度精確控制硅片位置片座??

VIISta?Roplat是為高傾斜角度離子注入設計的，可用作高度精確控制硅片位置的片座。Roplat在X、Y軸方向均可傾斜±60°，為環圈式（halo）、SD、SDE和象限式（quad）離子注入提供便利。通過傾斜器的簡單轉動而使晶片重新移動和重新定位的方法，即使quad離子注入，其產能也能維持在300wph以上。單晶片靜電晶座的傾斜角度變動可以控制在±0.2°以內，使高電流、中電流和高能量離子注入的入射角度變動降到最低水平。?

為高度凹凸不平表面設計的光刻系統??

該光刻技術適用于高度凹凸不平的表面，它包含噴霧式光刻膠涂布系統（spray?coating，專利在申請中）、全方位曝光掩模版對準系統和大曝光間隙光學系統。通過這些系統可以在嚴重凹凸不平的表面上得到最佳圖形轉移能力。新的噴霧式涂布系統采用新穎的光刻膠涂布方式，使光刻膠在平坦和凹凸表面上形成分布均勻的涂層；結合專為大聚焦深度優化的對準系統，該技術可以在凹凸變化達幾百微米的平面上部、底部和斜面結構上得到精準的圖形。

步進型光刻機??

NSR－SF200是世界上第一臺KrF?Excimer?Laser寬曝光范圍步進型光刻機，可在90nm以下工藝制程的300mm硅圓片量產線上與ArF光刻機實現Mix&Match的高性價比。而且在26×33mm的寬曝光領域中實現了150nm以下的高解像度，發揮了新一代DRAM和MPU的中間層光刻威力。另外，最新的i線寬曝光范圍步進型光刻機“NSR－SF130”在新一代的DRAM和MPU的非細線寬層曝光上發揮了威力，與DUV?Excimer光刻機實現Mix&Match最優，在300mm硅圓片上達到同行業中最高水平的每小時120片的處理速度

薄膜蝕刻和沉積??

Shuttleline結合了四套系統的技術，適用于R&D和試產階段。它是為薄膜蝕刻和電介質沉積包括ICP、RIE和PECVD開發的多工藝操作平臺，適用于一系列應用包括LED、HBT、HEMT、SAW、光電器件和MEMS。其工藝反應器裝備了標準的真空鎖（loadlock）和界面友好的操作軟件。?

光刻膠涂布與顯影系統??

CLEAN?TRACK?LITHIUSTM依托CLEAN?TRACK?ACT的平臺的技術優勢，以制造出穩定的７０?nm技術的制品為目標。總體檢查和線寬（CD）測定技能裝載在從本裝置的制程處理部件獨立出來的測定器裝載件（MIB）內。CLEAN?TRACK?LITHIUSTM的CD測定，運用了ODP（Optical?Digital?Profilometry）技術予以解決。這一技術是針對反射光光譜的變化，實現劃時代的高速演算，計算出CD值。將ODP技術與分光反射計相結合，作為模塊裝載在CLEAN?TRACK?ACT和CLEAN?TRACK?LITHIUS內。這一模塊組裝后，可對CD進行實時監控，一旦發生制程異常不僅可迅速應對，而且可實現制程的高度控制。另外，這一系統可減少非生產晶片數，在光刻工序結束后無須將晶片傳送到非線上的測定機作測定。從而縮短了光刻系統全體TAT（Turn?Around?Time），提高了生產效率。

單晶圓表面清洗設備??

單晶圓表面預旋轉清洗設備Da?Vinci（達芬奇）系列，代表了業界第一個高產能的濕式旋轉處理解決方案。Da?Vinci系列產品包括一些最初的產品、300毫米DV-38F以及新近推出的DV-28F、DV-34BF?和DV-24BF，它們用于后段工藝過程（BEOL）聚合物的清洗，背面蝕刻和清洗以及新興應用的處理，如用于90納米以及以下技術標準200毫米和300毫米晶圓制造的高k（介電率）、金屬門極、鐵電存儲（FRAM）和磁隨機存儲（MRAM）等技術。Da?Vinci？系列的主要優勢包括：最大的產出量，最小的空間占用，減少的介質損耗，靈活的化學應用等。

外延反應爐??

LPE?PE3061外延反應爐適合小批量、高靈活性和多種工藝，如新一代分立器件技術、IGBT、PowerMos?及薄層、掩埋層，它使用低頻IGBT功率發生器加熱，可以節省電力；外延片質量接近于單片爐產品；成本（COO）接近于高產能外延爐，是業界唯一可淀積外延膜厚達200微米以上的外延反應爐。

臭氧化去離子水生成系統??

LIQUOZON是IC制造和薄膜工藝中為晶片和襯底清洗提供超純凈臭氧化去離子水（DIO3）的整合系統。當去離子水（DI）的流速為50L/min時，溶解的臭氧（O3）濃度最高可達65ppm。該系統清潔、安全，是傳統化學清洗的替代技術，大大減少了有毒廢棄副產物的產生。作為第二代系統，LIQUOZON不僅減小了占地面積，而且降低了化學品和去離子水的消耗量，安裝也更加容易，成本更低。臭氧化去離子水可以在用戶端通過臭氧濃度快速反饋系統進行控制。該系統幾乎不需要任何維護，MTBF大于20，000小時。未溶解的臭氧在進入廢氣排放系統前會重新轉變為氧氣。該系統的設計還避免了NOX的產生，減少了對金屬管道的污染和損害。

鼓式混合機??

用于CMP研磨漿料和高純度化學品的PureBlend混合機可裝配到鼓式、槽式混合機以及儲存罐中，進行快速或低速的漿料和化學品混合。利用100%的PFA或聚丙烯中的空槳葉和攪拌墊可以消除沾污風險。低速混合動作可以快速有效地完成混合，并且抑制了剪切力引發漿料團聚的可能。如果加裝了可選的轉速機，則可進一步監控攪拌速度。

CMP研磨墊??

VisionPad?500是一款CMP研磨墊，可以降低65?nm及以下工藝節點中淺槽隔離和層間介電材料的缺陷。其特點是采用了先進的高分子材料可以降低所有商用掩膜漿料造成的缺陷。該研磨墊還對墊上孔的尺寸和孔的密度進行了優化，將CMP引起的劃痕和擦傷降低了50%。

FA刻蝕設備??

Plasma?Accelerator干法刻蝕設備主要用于先進芯片的失效分析。它具有更高的刻蝕速度、高質量的復制率、直觀的操作和低損傷，可以支持全范圍的干法刻蝕失效分析流程。該工具可以去除鈍化層和金屬間/層間介電材料，可以保證獲得清潔、平滑的刻蝕平面，而不產生金屬分層或腐蝕現象。Primo?D-RIE介電質刻蝕設備??

Primo?D-RIE是一款用于300mm晶圓制造的多反應室、雙反應臺室介電刻蝕系統。具有單芯片獨立加工環境。?此設備擁有具自主知識產權的、甚高頻和低頻混合射頻去耦合反應離子刻蝕的等離子體源，可加工65、45納米芯片，并可延伸到下一代更高端芯片制造。系統可安裝多達3個反應器，包括6個單芯片反應臺，在占用較少潔凈室空間的同時，大大提高了芯片加工的輸出量。刻蝕機的應用包括極深接觸孔刻蝕、硬模板刻蝕、金屬接觸孔刻蝕、淺槽刻蝕等各種介電質刻蝕。量計量工具Metryx?Mentor?SF3??

內嵌的Mentor?SF3?是一種單一負載端口?300?mm?的質量計量工具，該工具可監測任何一個流程步驟之后發生的所有產品晶圓的質量變化，從而快速確定該設備制造的制程是否如預期般順暢進行。該工具使流程變化在沉積、濕蝕、干蝕或是化學機械研磨（CMP）制程后能夠被可靠精確地測定。Mentor?SF3?提供原子層計量精度并可測量精度等同埃（？級材料厚度的質量變化。小型?Mentor?SF3?工具每小時能夠計量60個晶圓，可對產品、測試和空白晶圓實施納米技術質量測量——不論基片尺寸或材料。作為一項獨立工具的?SF3?在正常用戶界面右側90度的位置擁有一個單獨的?300mm?FOUP。

300mm/200mm?PVD系統??

Clusterline?300?是多模組單晶圓工藝的高產量生產系統。它的特定設計可滿足最大300mm晶圓工藝，還有200/300mm轉換裝置。最多可配備6個完善的工藝腔體從而實現工藝的高度靈活性和最佳的產能。主要應用領域是先進的封裝及背面金屬化等，最新開發的超薄晶圓工藝能力適合于費用級敏感元器件的制造。新型的Clusterline200?II提供先進的最大200mm晶圓工藝的批量生產設備。開放式系統架構實現了簡易靈活的系統配置用于PVD、PECVD和預刻蝕的工藝。它可應用于許多尖端和特殊工藝領域，?例如：薄片晶圓工藝、先進封裝（包括3D?封裝）、RF-MEMS、壓電式、BAW、IC互連線及其他特殊的薄膜濺射。

全自動晶圓檢測系統MX2000IR??

除了作為桌面型解決方案的晶圓檢測系統MX100IR外，?Viscom?還提供具有自動處理功能的檢測系統MX2000IR。這一解決方案最適于對半導體生產過程中的大批量和中型批量產品進行檢測。?MX2000IR系統的運用范圍有：對微機電系統（MEMS）、Wafer-Bonds、絕緣體上硅（SOI）、?FlipChips、裸晶圓以及光電學領域產品的檢測。其中，晶圓可以由各種材料如硅、砷化鎵或者三五價化合物半導體組成。

鎢CMP研磨墊調節劑??

3000系列是用于鎢CMP的金剛石研磨墊調節劑，采用共燒技術控制金剛石的放置，并具有強勁的金剛石保持能力，會降低可能的微劃痕。嚴格的平坦度規格提高了研磨墊消耗的均勻性和平坦度，可獲得優化的研磨墊壽命。改進的工藝性能可以提供一致的去除率，可以減少晶圓的非均勻情況以及降低缺陷率。

介電層刻蝕系統??

Lean?Etch是一款為需要腐蝕介電層的客戶開發的制造系統。其主機具有高產量的特點，帶有晶圓處理系統，可以實現200?wph的吞吐率。高度靈活的模塊平臺支持多達六個獨立的工藝腔室。獨特的“T源”等離子技術和“即刻”脈沖能力簡化了工藝調節并可實現無損傷的原位等離子清潔。?

PECVD系統??

Vector?Extreme是一款PECVD工具，其生產率高達250?wph。該工具可以集成多達三個順序工藝操作模塊，在一個中心晶圓處理腔的基礎上可以實現12個沉積臺。如果采用這樣的設置沉積用于存儲器器件較厚的薄膜，其吞吐率可加倍。

45nm光刻掩膜刻蝕技術??

Centura?Tetra?III是一款先進掩膜刻蝕系統，可用于刻蝕納米制造技術需要的45?nm光刻掩膜。該系統可以將整個石英掩模板的深度控制在低于10A范圍內，將CD損失降低到小于10?nm，這樣可以采用交替式相移掩模和最尖端的OPC技術。該系統的特征是零缺陷、高產率的刻蝕工藝，以及可用于下一代光刻應用的各種材料。??

深槽刻蝕納米系統??

Applied?Centura（R）MarianaTMTrench?Etch系統特別針對深槽刻蝕納米制造技術，具有先進的技術性能和優化的生產能力，能夠刻蝕的深槽的長寬比達80:1，高出現有系統30%，可以擴展DRAM電容到70nm技術節點。雙頻調諧功能夠精密控制刻蝕輪廓和臨界尺寸，使刻蝕深度不一致性小于2%。系統獨特的等離子化學反應提供了優異的硬掩膜選擇性。?

晶體管刻蝕Carina系統??

近日，應用材料公司推出Centura?Etch系統用于世界上最先進晶體管的刻蝕。運用創新的高溫技術，它能提供45納米及更小技術節點上采用高K介電常數/金屬柵極（HK/MG）的邏輯和存儲器件工藝擴展所必需的材料刻蝕輪廓，是目前唯一具有上述能力并可以用于生產的解決方案。應用材料公司的Carina技術具有獨一無二的表現，它能達到毫不妥協的關鍵刻蝕參數要求：平坦垂直，側邊輪廓不含任何硅材料凹陷，同時沒有任何副產品殘留物。??

薄膜沉積系統??

Clusterline?200?II系統給用戶提供了先進的晶圓處理能力、最新的工藝性能和具有擴展性的預處理和后處理工序。該系統適用的晶圓直徑達200?mm。開放的設計結構可以讓用戶方便靈活地進行PVD、PECVD和軟刻蝕工藝。