半导体工艺设备基础知识概况.docx

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半导体工艺设备基础知识概况

半导体工艺设备

半导体工艺设备

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Q/D6i2I半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless表一、半导体工艺主要设备大全

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W+x#u"t6C4}6M6f7G9[,f半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless

清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅片的清洗。

超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。

超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。

CSQ系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。

CSQ系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。

　　恒威公司生产CSQ系列超声波清洗机具有以下特点：

不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。

$]#c+g3~4P7E%r%b2|）|反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。

纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。

净化设备  主要产品：

水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。

风淋室：

运用国外先进技术和进口电器控制系统,组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广泛用于微电子医院\制药\生化制品\食品卫生\精细化工\精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用,防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备.

+w1U6D,T7{）q2b-L半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。

化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP为游离磨料CMP。

2s1g0t;D6W!

o,n/r电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。

将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。

它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。

其方法与电解磨削类似。

导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。

光刻胶  又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。

感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。

经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。

光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。

光刻胶的技术复杂，品种较多。

根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。

光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。

利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。

基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。

①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。

②光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。

③光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。

柯达公司的产品KPR胶即属此类。

感光树脂在用近紫外光辐照成像时，光的波长会限制分辨率（见感光材料）的提高。

为进一步提高分辨率以满足超大规模集成电路工艺的要求，必须采用波长更短的辐射作为光源。

由此产生电子束、X射线和深紫外（＜250nm）刻蚀技术和相应的电子束刻蚀胶，X射线刻蚀胶和深紫外线刻蚀胶，所刻蚀的线条可细至1□m以下。

%|1s7p0P&u'o2r半导体技术天地光刻机光刻机用于将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺设备，可以在晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。

刻蚀机电子回旋共振等离子体刻蚀机涉及的是一种集成电路制作工艺中的微电子芯片加工设备。

结构具有真空室、微波系统、磁场、真空抽放气系统、配气系统、监控系统，真空抽放气系统由机械泵、扩散泵和相应管道、阀门组成，其特征是真空室由等离子体发生室，等离子体约束室，处理室组成，等离子体发生室外套有两组串接的磁场线圈，在等离子体约束室周围均布永久磁钢，处理室内装有基片架。

去胶机用于半导体集成电路、太阳能电池以及功率器件等刻蚀、去胶工艺，刻蚀方式为等离子体各向同性刻蚀。

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m-x4P"g扩散炉半导体器件及大规模集成电路制造过程中用于对晶片进行扩散、氧化、退火、合金及烧结等工艺的一种热加工设备。

有卧式扩散系统及立式扩散系统两种类型。

按控制方式又分为微控和程控两种。

其组成有：

电阻加热炉、净化工作台、送片系统、气源柜、控制柜等。

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M+WZ8y半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fablessPECVD等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。

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C0g'M$%  金属有机化学气相沉积系统（MOCVD）主要应用于化合物半导体材料的研究和生产，是当今世界上生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，如激光器、发光二极管、高效太阳能电池、光电阴极的制备，是光电子等产业不可缺少的设备。

LPCVD  LPCVD工艺在衬底表面淀积一层均匀的介质薄膜，用作微机械结构层材料、牺牲层、绝缘层、掩模材料，LPCVD工艺淀积的材料有多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃。

不同的材料淀积采用不同的气体。

PVDPVD（物理气相沉积）涂层也被证明有效加工高温合金。

TiN（氮化钛）PVD涂层是最早使用的并仍然是最受欢迎的。

最近，TiAlN（氮铝化钛）和TiCN（碳氮化钛）涂层也能很好使用。

过去TiAlN涂层应用范围和TiN相比限制更多。

但是当切削速度提高后它们是一个很好的选择，在那些应用提高生产率达40%。

溅射台以离子束溅射为例，它由离子源、离子引出极和沉积室3大部分组成，在高真空或超高真空中溅射镀膜法。

利用直流或高频电场使惰性气体（通常为氩）发生电离，产生辉光放电等离子体，电离产生的正离子和电子高速轰击靶材，使靶材上的原子或分子溅射出来，然后沉积到基板上形成薄膜。

磁控溅射磁控溅射技术已经成为沉积耐磨、耐蚀、装饰、光学及其他各种功能薄膜的重要手段.探讨了磁控溅射技术在非平衡磁场溅射、脉冲磁控溅射等方面的进步,说明利用新型的磁控溅射技术能够实现薄膜的高速沉积、高纯薄膜制备、提高反应溅射沉积薄膜的质量等,并进一步取代电镀等传统表面处理技术.最后呼吁石化行业应大力发展和应用磁控溅射技术.

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e8]2d%{）I半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless真空烘箱真空烘箱广泛应用于各实验室和各工业领域。

真空烘箱可在低温下对热敏材料进行干燥。

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P-R;W;{-y7B/g划片机    为了适应集成电路的发展，划片设备技术和工艺也有了较快发展。

国外已经推出代表最高技术水平的双轴对装式Ф300mm（12英寸）全自动划片机，而国内也克服技术难点，推出Ф200mm（8英寸）系列划片设备，这些设备已陆续进入实用化阶段。

.c-R（h4b1~/c,F0]  国内外新划片设备满足市场高要

）h）z-V0B*Q2v  随着集成电路由大规模向超大规模发展，集成度越来越高，到划片工艺，晶圆片成本大幅增加；晶片直径越来越大，目前已达到Φ300mm，划切槽越来越窄，一般在30μm-40μm，这对于以金刚石砂轮作为刃具的强力磨削加工工艺来说，已进入临界尺寸；硅片由Ф150mm（6英寸）增大到Ф200mm，面积只增加78%，但其中可供芯片利用的面积增加了90%，晶圆片的成本和价值大幅度增加，这些给划片机的加工精度、可靠性稳定性提出越来越苛刻的要求，使划片设备的设计技术更加复杂，加工制造更加困难。

  为了适应集成电路的发展，划片设备技术和工艺也有了较快发展。

  2000年，占有国际划片机市场最大份额的日本DISCO公司推出了引领划片机潮流，代表了划片机最高技术水平的双轴对装式Ф300mm全自动划片机，它已逐渐进入实用化阶段。

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M*B#{"w7E）W4D半导体技术天地  国内划片机研制起步晚，但发展较快，特别是我们中国电子科技集团公司第45研究所推出的Ф150mm划片机，已将控制平台提升到了国际上普遍采用的通用计算机操作系统，有效缩短了与国际水平的差距。

我所研制的HP-602型精密自动划片机，其主要性能指标已接近或达到国际同类机型先进水平，在此基础上研制的HP-801型精密自动划片机是国内第一台Ф200mm自动划片机，已于2004年达到实用化，新型的双轴精密自动划片机HP-821，日前已发给用户进行工艺考核。

  与Ф150mm划片机相比，Ф200mm划片机总体继承了Ф150mm的机械机构和成熟单元技术，控制系统平台由DOS操作系统上升为WindowsNT操作系统，并在设备机械结构尺寸变大的同时，精度进一步提高，而控制功能也进一步增强，自诊断系统更加完善，可靠性进一步提高。

  本土克服大尺寸划片机技术难点

  由于其技术复杂性问题，大尺寸精密划片机需要有效解决一系列技术问题：

-~,u'z%,Y  机械系统要高刚度、高稳定性、低损耗

  当划片机的工作台处在高速运动状态（400mm/s）之下时，产生加速度的驱动力及相应的反作用力极易使机械结构产生共振。

在划片独特的高速运行条件下，许多高频的共振状态也受到激发，使得在低速条件下完全刚性的结构显示出显著的柔性，极大地影响设备的性能。

划片设备典型的密集短促往复运动更加剧了这种情况。

高精度的要求，需要设备具有高速运动下抗振动的极大刚度，通常对应着厚重的机械结构；而极高的速度要求，又必须采用轻质的结构来尽量减轻负载。

因此，对高精度和高速度的要求，促使机械结构设计向两个截然相反的方向发展，存在着本质的矛盾。

这也正是划片设备机械结构设计的困难和挑战所在。

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m半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless  空气静压主轴设计制造技术

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O  空气静压主轴是划片机的核心，在60000r/min的高转速下实现振动值小于μm，消除它与不锈钢冷却防水罩、机械系统的共振或共鸣，以及它高速旋转引起的部件材料变形等，是划片机设计的最大挑战。

这具体体现在材料、设计和加工手段3个方面：

一是国内基础工业滞后，材料性能满足不了要求，需要进行材料研究和分析替换；二是设计过程中大部分参数及其组合需要反复试验来摸索总结，工作量巨大。

三是加工手段要求高，必须具备空气车床、空气磨床等高精度加工设备。

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半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless  高速高精度运动定位及控制技术

&F1`4j"h,]'i+f半导体技术天地  从国际划片机发展过程来看，从Ф150mm到Ф200mm，精度仅提高1μm，但这是在行程增大的条件下提高的，对导轨、丝杠等机械部件的精度及变形要求极严，要确保划切精度和芯片安全，决不允许有误差积累，因此，只能选择闭环控制。

要在不影响或尽量小地影响效率的前提下实现闭环控制，必须采用高速高精度定位及其控制系统。

高效能、快速响应驱动系统Ф200mm硅片尺寸大、密度高、划切刀痕小，因此，它对各方向动态响应和静态稳定性都有极高的要求，而各方向运行的速度曲线也比较特殊。

在做图像对准时，各运动方向的动态响应、运动速度和精度都直接影响到自动对准的准确性、对准效率和硅片的对准通过率。

  全自动划片机一般由主机部分、自动对准、自动上下片和自动清洗4个单元组成，其核心部分是主机。

HP-821精密自动划片机是作为全自动划片机的主机部分进行研制的，已具有双轴划切和自动对准功能，并留有其他配套部分的软硬件接口，具备良好的可扩展性。

该机的研制成功，在为生产线提供一种Ф200mm自动划片机的同时，为Ф200mm全自动划片机的整机研制奠定了基础。

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_/`8H半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless分子束外延分子束外延技术（L-MBE）是近年来发展的一种先进的薄膜生长技术,在氧化锌薄膜生长的研究中因其独特的优越性显示出越来越强的竞争力.在讨论ZnO薄膜基本特性的基础上,较为详细地论述了激光分子束外延技术及其在氧化锌薄膜制备中的应用和取得的新进展.

成像系统PHOTO-CHROM是全新的薄层成像系统，无需电脑即可打印输出。

图象可以储存在软盘中（3张TIFF或BMP图片，或30张JPEG图片），再转移到电脑中。

系统带PHOTO-CHIROMRF分析软件，可以和PC机整合

2Q0O）i（~/R-@$b（^半导体技术天地气体过滤器气体过滤器系高压级,使用于空气,氮气等介质.用于滤去气体中固体颗粒.具有重量轻,易于安装,通气流量大等特点.

液体过滤器  一种液体过滤器装置，包括一具有入口、出口的筒体，于该出口处设有盖体，该筒体中设有至少两组磁铁单元，该磁铁单元由多个磁铁组合而成，且相邻之磁铁单元相对面具有相同磁极性，于该筒体中磁铁单元后装置有过滤单元，该过滤单元由可透析液体之滤网片设成筒状。

本实用新型亦可过滤液体中之铁质异物并使液体中之水软化。

油过滤器油液污染是系统故障的最主要原因，它会降低系统性能、缩短零部件寿命、增加换油次数和延长停机时间，给系统正常运行带来极大的负面影响。

油过滤器用来对油液进行合理有效过滤与净化来控制油液污染。

扩散片  LCD光扩散片

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LCD光反射片

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l（H5g4L）^半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fablessLED光扩散片

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显影剂显影剂包括NPDNegativeResistDevelopers（负性光刻胶显影剂）和PositiveResistRemovers（正性光刻胶去除剂）

;B9K9n]&\|8l3U曝光机微电脑电子曝光机由光源系统,冷却系统,上/下框移动及真空系统,曝光控制系统四大系统构成.光源系统由两只7KW金属卤素灯,遮光罩等组成.冷却系统由中间送冷气冷却灯管的两层玻璃套管（PYREX管及石英玻璃管）,冷却塔,换热器,冷气机组成.上下框架移动及真空系统由上/下框架,上/下框架驱动部分,玻璃面,MYLAR（PE布）,两处真空吸气口组成.曝光控制系统由紫外线强度计（将曝光光量正确地显示出来）,温度传感器,液面传感器,压力传感器,位置传感器,PLC控制器组成.

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匀胶机/甩胶机匀胶机适应于半导体,硅片,晶片,基片,导电玻璃等工艺,制版的表面涂覆.匀胶机稳定的转速和快速的启动,可以保证半导体中胶厚度的一致性和均匀性

烘胶台烘胶台产品用于光刻工艺中的前烘和坚膜。

本产品具有烘胶速度快、均匀、控温精度高等特点，并可长时间连续稳定工作。

.G*\;u-J（\）F半导体封装封装（Package）对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。

封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。

e;R*y$s9J+{/]I+q半导体技术天地封装设备  封装工程将是为未来高精密携带式电子机器的主要核心技术。

这是以为封装工程技术能将各种微小半导体元件,密封于一小空间内,除体积小之外,功能更大。

引线引线封装

市场上第一种获得广泛接纳的封装是双列直插式（DIP，DualInLine），可用陶瓷和塑料封装体。

这种封装于20世纪60年代未开发出来，正如其名，引线从封装两边引出，并与封装垂直。

这是低成本封装，电气性能相对较差，通过将引脚插到电路板的通孔中，便可将封装安装在PCB上，引线会在电路板的另一面夹断，再利用波峰焊接技术来焊接。

该封装可容纳最多的引线数目为40，而电路板间距则为。

这种封装形式至今仍在使用。

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在20世纪70年代末80年代初，一种新的电路板装配技术出现，名为表面安装（surfacemount）。

在这种方法中芯片上的引线（引脚）和元件都被焊接在电路板的某一表面，而不是穿过板体。

这使得电路板两面都可用于粘结芯片，安装过程使用了焊料回流技术，今天，超过95％的封装都采用了表面安装技术，为了支持这项工艺，小外形的封装应运而生，其引线也是从封装的两边伸出，并做成海鸥翅膀的形状以便板级安装，这类型封装一般比DIP更薄，能支持最大的引线数为80。

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到20世纪80年代中期四边都有引线的封装出现，这类封装称为四方扁平封装（QuadFlatPacks，QFP）（引线呈海鸥翅膀形状）或引线芯片载体（LeadedChipCarriers）（引线呈弯曲的J字形状）。

最常用的典型四方扁平封装间距为或，引线数高达208。

这些封装在20世纪90年代初期之硬盘驱动器和图形市场获得广泛应用。

在电气方面它们大约与SO封装相近，但能提供更多的引线，因此在相同的尺寸上具备更多功能，这种封装备有多种不同的尺寸和厚度。

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m半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless20世纪80年代末90年代初，客户需求在相同的占位面积上享有更高的热性能，于是，裸露焊盘引线封装（Exposed－PadLeadedPackage）得以诞生。

这种封装就是把芯片粘接端暴露于底部的四方扁平或更小