一本书读懂芯片制程设备

本书是围绕集成电路芯片发展和新一代信息产业技术领域（集成电路及专用设备）等重大需求，编著的集成电路芯片制程设备通识书籍。集成电路芯片作为信息时代的基石，是各国竞相角逐的“国之重器”，也是一个国家高端制造能力的综合体现。芯片制程设备位于集成电路产业链的上游，贯穿芯片制造全过程，是决定产业发展的关键一环。本书首先介绍了集成电路芯片制程及其设备，并着重分析了芯片制程设备的国内外市场环境；然后，针对具体工艺技术涉及的设备，详细综述了设备原理及市场情况；并对我国集成电路芯片制程设备的发展做了总结展望。本书可为制造业企业和研究机构提供参考，也可供对集成电路芯片制程设备感兴趣的读者阅读。

适读人群 ：制造业企业和研究机构科研人员
1.详解300多种细分类别设备，阐述工作原理、发展历程及国内外市场情况，助力攻克设备核心技术，实现设备制造自主可控；
2.本书整理了集成电路芯片制程中的各种设备及其国内外发展现状，包括晶圆制备设备、热工艺设备、光刻设备、刻蚀设备、离子注入机、薄膜淀积设备、检测设备、化学机械抛光设备及封装设备，详细介绍了每类设备的工作原理、发展历程以及当前的国内外市场情况，并对每类设备的国内外代表性企业及其代表性产品进行了介绍，本书对集成电路芯片制程设备感兴趣的读者来说，是不错的知识来源。
3.本书是清华大学和电子科大专家倾力打造之作，是作者从业几十年科研研究和教学经验的结晶，内容极具性。

我国已成为世界芯片消费大国，自2013年起，我国集成电路芯片的进口额连续数年超过原油，成为国内大宗的进口商品，2020年芯片进口额达到了3684亿美元，2021年芯片进口额达到近4326亿美元。芯片长期依赖进口，除了与芯片设计、研发技术滞后有关，更关键的在于作为支柱的芯片制造技术被“卡脖子”。一个国家的芯片制造能力是体现国家集成电路乃至整个信息领域自主可控的关键，其中，芯片制程设备作为集成电路产业链的上游基础和源动力，其技术更新和迭代更是支撑了整个集成电路产业的高速发展。根据集成电路行业内“一代设备、一代工艺、一代产品”的经验，每开发一代新产品，每更新一代工艺制程，均需要新一代更为先进的芯片制程设备作为支撑。可以说，要实现芯片的自主可控，必须要掌握先进的芯片制程设备技术。本书整理了集成电路芯片制程中的各种设备及其国内外发展现状，包括晶圆制备设备、热工艺设备、光刻设备、刻蚀设备、离子注入机、薄膜淀积设备、检测设备、化学机械抛光设备及封装设备，详细介绍了每类设备的工作原理、发展历程以及当前的国内外市场情况，并对每类设备的国内外代表性企业及其代表性产品进行了介绍，意在客观陈述国内的设备发展情况及当前与国外存在的一些差距。我们能够看到，在国家的大力支持下，一大批国内优秀的设备厂商正在奋起直追，已掌握了部分核心技术，具备了一定规模和品牌知名度。但我们更应看到，目前我国芯片制程设备的国产化率仍然较低，整体国产化率低于20%，部分高端设备国产化率更是低于2%。设备国产化作为产业发展自主可控的重要基石，势必成为我国集成电路产业崛起的必然之路。因此未来5～10年，攻克设备核心技术、实现设备制造自主可控仍是我们的关键任务。非常感谢北京大学彭练矛院士、张志勇教授，盛美半导体设备（上海）股份有限公司王晖先生，中微半导体设备（上海）股份有限公司刘志强先生，上海微电子装备（集团）股份有限公司沈满华女士，联华电子股份有限公司（新加坡）王润顺先生在本书编写过程中给予的支持与帮助。本书的编写得到了研究生钟业奎、邱安美、贾镜材、杨力豪、陈梦朝、程杰、陈浩林、庄洋、房昭会等的大力协助，他们协助查阅资料、输入文字、插图及校对等，在此向他们表示衷心的感谢。感谢电子科技大学国家集成电路产教融合创新平台和四川省集成电路产教融合创新平台对本书的编写所提供的支持和帮助。受限于编者的学识水平，书中不妥之处在所难免，恳请同行专家和广大读者批评指正。

前 言
第1章 集成电路芯片制程简介1
1.1 集成电路芯片概述1
1.1.1 集成电路芯片的发展1
1.1.2 集成电路的未来发展趋势4
1.2 集成电路芯片工艺流程5
1.2.1 集成电路芯片前道制程
工艺6
1.2.2 集成电路芯片后道制程
工艺9
1.3 全球集成电路芯片制程设备市场
总体概述10
1.3.1 国外市场分析11
1.3.2 国内市场分析15
1.3.3 半导体设备行业发展前景
展望19
参考文献20
第2章 晶圆制备设备23
2.1 单晶生长设备23
2.1.1 单晶生长设备原理24
2.1.2 单晶生长设备发展26
2.1.3 单晶生长设备国内外市场
分析26
2.2 晶片切割设备30
2.2.1 晶片切割设备原理31
2.2.2 晶片切割设备发展32
2.2.3 晶片切割设备国内外市场
分析32
2.3 晶圆清洗设备37
2.3.1 晶圆清洗设备原理37
2.3.2 晶圆清洗设备发展39
2.3.3 晶圆清洗设备市场分析41
2.4 本章小结46
参考文献47
第3章 热工艺设备50
3.1 热氧化相关原理50
3.2 扩散相关原理53
3.3 退火相关原理55
3.4 热工艺设备结构及原理55
3.4.1 立式炉55
3.4.2 卧式炉58
3.4.3 快速热处理设备61
3.5 国内外市场分析63
3.5.1 热工艺设备市场概述63
3.5.2 国外相关设备概述65
3.5.3 国内相关设备概述66
3.6 本章小结68
参考文献69
第4章 光刻及光刻设备71
4.1 光刻原理71
4.2 光刻耗材74
4.2.1 光刻胶74
4.2.2 显影液75
4.2.3 掩模版75
4.3 光刻机分类76
4.4 光刻机原理77
4.5 光刻机演变史79
4.5.1 国外光刻机发展史80
4.5.2 中国光刻机发展史81
目录一本书读懂芯片制程设备 4.6 国内外市场分析83
4.6.1 国外相关设备概述84
4.6.2 国内光刻市场概述88
4.7 本章小结89
参考文献90
第5章 刻蚀设备94
5.1 原理介绍94
5.1.1 湿法刻蚀原理95
5.1.2 干法刻蚀原理97
5.2 刻蚀设备99
5.2.1 干法刻蚀设备原理99
5.2.2 干法刻蚀设备发展104
5.3 国内外市场分析107
5.3.1 刻蚀设备市场概述108
5.3.2 国外刻蚀设备市场分析109
5.3.3 国内刻蚀设备市场分析114
5.4 本章小结119
参考文献119
第6章 离子注入机122
6.1 离子注入相关原理122
6.2 离子注入设备结构125
6.3 国内外市场分析133
6.3.1 离子注入设备市场概述133
6.3.2 国外相关设备概述134
6.3.3 国内相关设备概述136
6.4 本章小结137
参考文献137
第7章 薄膜淀积设备140
7.1 原理介绍140
7.1.1 物理气相淀积141
7.1.2 化学气相淀积146
7.2 设备发展155
7.2.1 物理气相淀积设备155
7.2.2 化学气相淀积设备156
7.3 国内外市场分析157
7.3.1 薄膜淀积设备市场概述157
7.3.2 国外主要淀积设备160
7.3.3 国内主要淀积设备169
7.4 本章小结174
参考文献175
第8章 集成电路检测设备177
8.1 检测原理178
8.1.1 前道量检测178
8.1.2 后道检测188
8.2 国内外市场分析193
8.2.1 检测设备市场分析193
8.2.2 国外检测设备龙头企业
及其设备介绍195
8.2.3 国内检测设备龙头企业
及其设备介绍211
8.3 本章小结212
参考文献212
第9章 化学机械抛光设备215
9.1 化学机械抛光设备原理215
9.2 化学机械抛光设备发展216
9.3 化学机械抛光设备与耗材
市场分析217
9.3.1 CMP设备市场分析217
9.3.2 CMP耗材市场分析221
9.4 本章小结224
参考文献224
第10章 集成电路封装设备226
10.1 封装工艺流程226
10.2 封装工艺发展229
10.3 国内外市场分析233
10.3.1 半导体芯片封装设备
市场分析233
10.3.2 国外封装设备龙头企业
及其设备介绍235
10.3.3 国内封装设备龙头企业及
其设备介绍246
10.4 本章小结248
参考文献248
后记251
4.6.1 国外相关设备概述81
4.6.2 国内光刻市场概述86
4.7 本章小结87
参考文献88
第5章 刻蚀设备92
5.1 原理介绍92
5.1.1 湿法刻蚀原理93
5.1.2 干法刻蚀原理95
5.2 刻蚀设备97
5.2.1 干法刻蚀设备原理97
5.2.2 干法刻蚀设备发展102
5.3 国内外市场分析106
5.3.1 刻蚀设备市场概述106
5.3.2 国外刻蚀设备市场分析107
5.3.3 国内刻蚀设备市场分析