集成電路裝備，即在芯片制造和封測流程中應用到的設備，廣義上也包括生產半導體原材料所需的機器設備。整個芯片制造和封測過程包含上千道加工工序，涉及的設備種類大體有8大類，細分又可以劃出上百種不同的機臺，其中關鍵產品主要包括光刻設備、刻蝕設備、薄膜沉積設備、熱處理設備、濕法設備、化學機械研磨設備、離子注入設備、量測設備等。
其中，半導體裝備的零部件性能、質量和精度直接決定著設備的可靠性和穩定性，是中國在半導體制造能力上向高端化躍升的關鍵基礎要素。零部件產業通常具有高技術密集、學科交叉融合、市場規模占比小且分散，但在價值鏈上卻舉足輕重等特點。
一般而言，設備零部件的支出占設備價值的50%~80%，而其中關鍵零部件的支出占比很高。以刻蝕機為例，10種主要關鍵零部件占設備總零部件支出的85%左右?？梢?，核心零部件技術是半導體裝備產業賴以生存和發展的關鍵支撐，其水平直接決定中國在半導體裝備產業創新方面的基礎能級。
2022年，北方華創科技集團股份有限公司董事長趙晉榮等在《前瞻科技》發表文章，聚焦4大類核心工藝裝備技術的發展現狀，具體剖析了集成電路裝備及其關鍵部件的主要技術發展和挑戰。中國粉體網編輯選取部分內容分享與讀者。
刻蝕設備是集成電路裝備中最重要的核心設備之一，根據Gartner統計數據，2021年刻蝕設備全球市場規模近210億美元，在全球集成電路裝備市場的規模占比約23%。全球刻蝕設備呈現泛林半導體、東電電子和應用材料3家寡頭壟斷格局，3家合計占據了超過90%的市場份額。
中國大陸主要刻蝕設備廠商包括北方華創、中微半導體、屹唐半導體等，整體規模不足全球3%?？涛g設備按等離子體產生的方式可分為：電感耦合等離子體（ICP）刻蝕、電容耦合等離子體（CCP）刻蝕、電子回旋共振（ECR）等離子體刻蝕、無等離子體（Dryclean）刻蝕4大類；按刻蝕工藝又可分為：硅刻蝕、金屬刻蝕、介質刻蝕、去膠、干法去除等。
刻蝕設備的水平主要取決于關鍵零部件的技術性能。隨著線寬節點的不斷變小，對刻蝕技術的均勻性、負載控制能力、高深寬比刻蝕能力、顆?？刂颇芰Φ确矫娴囊笠餐苿恿岁P鍵零部件的技術演進?？涛g機通常的關鍵技術主要包括靜電卡盤技術、射頻電源及其匹配器技術、終點檢測技術和腔室內壁涂層技術。
例如，先進制程對靜電卡盤的溫度控制要求更高，因而需要設置超過100個區域來精確控制局部溫度的補償調整；需要射頻電源具備功率輸出的高穩定性和高可靠性，具備脈沖調制和脈沖管理功能，并能夠實現多層級功率控制；需要更精確的終點檢測（如光學發射光譜儀（OES））識別精細刻蝕工藝過程中信號強度變化；需要新型的腔室內壁涂層材料（如氟氧化釔（YOF）、釔鋁石榴石（YAG）等）來滿足越來越苛刻的顆粒控制要求?？梢哉f，更高性能的刻蝕機依賴于更高性能的零部件，裝備技術的創新依賴于零部件技術的創新和發展。
薄膜沉積是芯片制造的核心工藝環節，約占設備投資額的18%。隨著薄膜沉積工藝的不斷發展，根據不同應用演化出了物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD，含外延（EPI）、原子層沉積（ALD）等）等不同工藝設備用于晶圓制造的不同工藝制程。
據Gartner數據統計，2021年全球半導體薄膜沉積設備市場規模約167億美元。薄膜沉積設備目前基本由應用材料、泛林半導體、東電電子、先晶半導體等國際巨頭壟斷。中國主要薄膜沉積設備廠商包括北方華創、拓荊科技等，其整體規模不足全球2%。
薄膜沉積設備根據薄膜材料的不同，可以分為金屬薄膜（Al/Cu/W/Ti）、介質薄膜（SiO2/Si3N4）以及半導體材料薄膜（單晶Si、多晶Si）；按照設備工藝原理不同，可以大致分為PVD和CVD兩大類，其中CVD設備又根據具體反應機理不同分為EPI、金屬化學氣相沉積（MCVD）、介質沉積、ALD等設備。
不同應用原理的薄膜沉積設備對核心零部件技術的要求也不盡相同，但整體來說控制材料產生的方式（濺射源或氣體源）、基座溫控技術、薄膜應力控制技術等是薄膜沉積設備的核心技術要點。
一是PVD設備通常的關鍵技術包括濺射源技術、靜電卡盤技術、射頻匹配器技術和腔室工藝內襯組件技術等。
二是CVD設備的主要關鍵技術包括反應源傳輸系統的溫控和時控技術，反應源勻流分布及快速和均勻排氣技術，基座真空吸附和溫控技術，快速射頻啟輝，射頻饋入及匹配技術等。
三是外延工藝作為CVD技術的另一種應用方向，其要求設備對熱場與流場有很好的控制能力。主要技術包括廣域測溫儀技術、耐腐蝕壓力計技術和超純石英石墨加工技術。
根據Gartner數據，2021年全球半導體熱處理設備市場規模約為50億美元。在全球熱處理工藝設備市場，科意半導體、應用材料、東電電子三巨頭占據70%的市場份額，中國主要熱處理設備廠商包括北方華創、屹唐半導體等，整體規模已占據全球市場的3%。
熱處理工藝主要分為氧化、擴散、退火3大類，所使用的半導體設備有爐管式（Furnace）、單片式快速熱處理（RTP）等設備。其中，立式爐按工藝應用可以分為氧化退火設備、薄膜沉積設備。單片快速熱處理工藝包括浸入式退火（Soak Anneal）、尖峰退火（Spike Anneal）、毫秒級退火（Millisec‐ond Anneal）、原位氧化等種類。
熱處理設備的核心零部件及技術包括高精度的溫控算法技術、加熱器部件、高溫計部件、晶圓載具、高純碳化硅、高純石英等。
濕法清洗是貫穿集成電路制造的重要工藝環節，也是影響半導體芯片良率的最重要的因素之一。清洗工藝步驟是先進工藝步驟中占比最大的工序，在邏輯電路工藝中占比大于30%，在3DNAND和DRAM工藝中占比近40%。伴隨半導體制造技術節點的進步，清洗工序的數量和重要性將繼續提高。
根據Gartner統計數據，2021年濕法設備全球市場規模約為50.8億美元，全球濕法設備呈現迪恩士、東電電子、細美事和泛林半導體4家寡頭壟斷格局，4家合計占據了超過90%的市場份額。國內濕法設備廠商北方華創、盛美半導體、沈陽芯源、至純科技整體規模不足全球5%。
濕法設備主要包括槽式清洗設備、單片清洗設備和批式旋轉噴淋清洗設備等。濕法清洗是針對不同的工藝需求，采用特定的化學藥液和去離子水，對晶圓表面進行濕法刻蝕，清洗或表面處理，達到去除多余膜層以及可能產生不良影響的顆粒、有機物、金屬污染等。
濕法設備的工藝能力主要取決于其搭載的核心零部件及技術。隨著技術節點的延伸，對晶圓表面的清洗及腐蝕均勻性、納米級顆?？刂颇芰Φ忍岢龈叩囊?。濕法設備涉及的核心零部件包括精密化學傳輸裝置、二流體清洗噴嘴和晶圓卡盤等。濕法設備工藝能力的進一步提升，一方面依賴更高性能的零部件，另一方面依賴各類超高純材料，這兩者的持續創新和發展推動濕法設備的持續更新變革。
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