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半导体前道设备行业研究涂胶显影机

在日常工业生产持续合作中，半导体前道设备行业研究涂胶显影机供应厂商在不断进行产品架构优化、平台升级。相比于公司初 期交付客户的前道涂胶显影机产品，第二代设备对第一代使用的架构平台进行了大幅度优化改造， 机械手也使用了公司自研的机械手；目前在客户端验证的第三代平台产品设备产能相比第二代机 型大幅提升、效率良率提升、并且针对更先进制程工艺需求对核心零部件进行了升级换代。半导体设备在芯片制造中发挥着重要作用。半导体设备是半导体制造的基石，是半导体行业的基 础和核心。半导体工艺流程主要包括硅片制造、IC 设计、芯片制造和芯片封测，从产业链来看， 半导体设备在硅片制造以及芯片制造的前道/后道工艺中均发挥着重要作用。

半导体生产过程中有哪些工艺步骤，需要用到哪些设备？ 前道晶圆制造工艺复杂，分别为氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化， 清洗和检测是贯穿半导体制造的重要环节，简化来看，按照工艺次序可分为： 氧化：在硅片表面形成二氧化硅层，由于二氧化硅硬度高且致密，可以保护晶圆表面不被划伤并 且阻挡污染物。 涂胶：通过涂胶机在晶圆表面均匀涂覆光刻胶。 光刻：通过光刻曝光将设计好的电路图从掩膜版转移到晶圆表面。 显影：在显影机中利用显影剂去除被曝光的光刻胶，在光刻胶膜上显示出电路图形。 刻蚀：在刻蚀机中通过离子撞击去除多余的氧化层或其他薄膜层，将电路图形从光刻胶膜永久转 移到晶圆表面。 离子注入：将掺杂剂材料射入晶圆表面（也可通过热扩散工艺实现）。该步骤的主要目的是形成 PN 结，PN 结是晶体管工作的基本结构。（即利用 PN 结的导通和截止分别代表 1 和 0） 去胶：光刻胶仅作为转移电路图形的中介，最终并不在电路中发挥实际作用，因此需要通过去胶 机去除。

薄膜沉积：前述操按照预定的电路图在相应位置形成了核心器件 PN 结，但这些结构是分立的， 需要添加导电层实现互连（相当于电路中的导线），薄膜沉积操作可将金属层等结构添加在晶圆 表面。薄膜沉积也可以在晶圆表面添加绝缘介质或其他半导体，沉积好的薄膜将作为电路的功能 材料层（类比 3D 打印）。 CMP（化学机械抛光）：该过程可去除之前晶圆表面形成的多余材料，并实现晶圆表面平坦化。 直观理解即集成电路的制造过程好比建多层的楼房，每搭建一层楼层都需要让楼层足够平坦齐整， 才能在其上方继续搭建另一层楼，否则楼面就会高低不平，影响整体性能和可靠性。

技术壁垒： 从技术角度看，我们认为半导体设备技术壁垒可分为三个层次：

1） 半导体设备是由成千上万的零部件组成的复杂系统，将成千上万的零部件有机组合在一起实 现精细至 nm 级别的操作是第一个难点。

2） 保障设备在 nm 级别的操作基础上的超高良率是半导体设备制造过程中的第二个难点。制造 一块芯片通常需要上百台设备紧密配合，历经 400-500 道工序，若单工序良率仅能做到 99%， 则历经 500 道工序最终良率不足 1%；提升至小数点后两位的水平才能使良率达到 95%以上。

3） 保障设备在实现以上两个要求的基础上长时间稳定的运行是半导体设备制造过程中的第三个 难点。与上述同理，一条芯片产线上百台设备，每一台设备稳定运行时间的微小降低将在整 个体系内被巨额放大。若发生设备宕机造成该批假设 1000 片晶圆的报废，在 28nm 及以下的 制程级别对应的损失超过 300 万美元，近 2000 万人民币。