半導(dǎo)體行業(yè)是全球信息化產(chǎn)業(yè)的基石，無論從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來看，重要性都是不言而喻的。5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展源源不斷地給半導(dǎo)體行業(yè)注入嶄新活力。真空技術(shù)作為一門與應(yīng)用科學(xué)緊密結(jié)合的現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)，在半導(dǎo)體行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。其中，分子泵作為很多半導(dǎo)體制造設(shè)備的零部件之一，廣泛應(yīng)用于IC生產(chǎn)制造的各個工藝。下面小編就帶您走進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，并一起探索分子泵在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的半導(dǎo)體支撐產(chǎn)業(yè)，中游的半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)以及下游的半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體支撐產(chǎn)業(yè)包括半導(dǎo)體材料及設(shè)備，其中真空產(chǎn)品主要在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用；中游半導(dǎo)體制造的核心是集成電路制造，包括IC設(shè)計、IC制造以及IC封測；下游的半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域眾多，全球半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域排名前三的行業(yè)是通信及智能手機(jī)、PC/平板、工業(yè)/醫(yī)療。

圖1：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈

IC制造行業(yè)屬于典型的技術(shù)密集型行業(yè)，產(chǎn)品技術(shù)含量非常高，同時對配套產(chǎn)業(yè)要求較高，其中就包括真空設(shè)備配套產(chǎn)業(yè)。真空設(shè)備（真空閥、真空泵、真空腔體及管道等）是半導(dǎo)體各工藝制程環(huán)節(jié)必備的通用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于芯片生產(chǎn)制造過程。

圖2：半導(dǎo)體制造設(shè)備及工藝流程

半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)制造工藝極其復(fù)雜，需要在高純度硅片上執(zhí)行一系列精密的物理或者化學(xué)操作，例如摻入相應(yīng)的其它元素、形成多種金屬薄膜和絕緣膜、進(jìn)行表面的刻蝕處理等。這些復(fù)雜的生產(chǎn)制造工藝都需要在分子泵維持的高真空環(huán)境下進(jìn)行，而且對真空系統(tǒng)和真空設(shè)備的潔凈度也有著很高的要求。

分子泵在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用

在半導(dǎo)體生產(chǎn)制造工藝中，分子泵廣泛應(yīng)用于光刻機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、刻蝕設(shè)備、離子注入機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備。

光刻機(jī)

光刻機(jī)是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備，制造和維護(hù)需要高度的光學(xué)和電子工業(yè)基礎(chǔ)，世界上只有少數(shù)廠家掌握，因此光刻機(jī)價格昂貴。光刻機(jī)光刻過程必須在高真空環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，原因是極紫外光很嬌貴，在空氣中容易損耗。同時，在光刻過程中，設(shè)備的動作時間誤差以皮秒計，這對磁懸浮分子泵的振動值要求極高。（注：皮秒=兆分之一秒）

圖3：某品牌光刻機(jī)內(nèi)部示意圖

薄膜沉積設(shè)備

薄膜沉積指在晶圓表面生成多種薄膜，這些薄膜可以是絕緣體、半導(dǎo)體或?qū)w。它們由不同的材料組成，是使用多種工藝生長或沉積的。通用的沉積技術(shù)有化學(xué)氣相淀積（CVD）、蒸發(fā)和濺射PVD。一般來說，其中還要夾雜低溫（≤500℃）退火工藝等熱處理工藝，用以增進(jìn)金屬層和半導(dǎo)體之間的低電阻接觸、消除內(nèi)應(yīng)力等。設(shè)備運(yùn)行過程中需要高潔凈的真空環(huán)境，一般采用以磁懸浮分子泵為主的無油真空系統(tǒng)。

圖4：某品牌薄膜沉積設(shè)備

刻蝕設(shè)備

刻蝕是用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要材料的過程。刻蝕的基本目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩膜圖形。現(xiàn)代化的干法刻蝕設(shè)備包括復(fù)雜的機(jī)械、電氣和真空系統(tǒng)，同時配有自動化的刻蝕終點(diǎn)檢測和控制裝置。刻蝕應(yīng)用工況復(fù)雜，清潔性差，充入特種氣體種類繁多，因此需要特殊處理的干泵和磁懸浮分子泵。

圖5：某品牌刻蝕設(shè)備

離子注入設(shè)備

離子注入設(shè)備：離子注入是指在真空環(huán)境下，當(dāng)離子束射向固體材料時，受到固體材料的抵抗而速度慢慢減低下來，并最終停留在固體材料中的現(xiàn)象。離子注入是半導(dǎo)體表面附近區(qū)域進(jìn)行摻雜的主要技術(shù)，其目的是改變半導(dǎo)體的載流子濃度和導(dǎo)電類型。離子注入機(jī)是集成電路制造工序中的關(guān)鍵設(shè)備，需要高清潔的真空環(huán)境，以保證離子摻雜濃度和劑量的準(zhǔn)確性。

圖6：某品牌離子注入設(shè)備

發(fā)展真空技術(shù)，助力半導(dǎo)體行業(yè)

我國是世界最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場，但產(chǎn)業(yè)鏈整體價值水平較低，尤其是關(guān)鍵材料與核心設(shè)備和零部件方面，存在較大國外品牌依賴。例如，薄膜沉積、刻蝕、離子注入等半導(dǎo)體制造中關(guān)鍵工藝過程核心部件——磁懸浮分子泵，長期被國外壟斷。面對“卡脖子”問題，中科科儀積極響應(yīng)國家需求，承擔(dān)科技部《極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)及成套工藝》專項中“磁懸浮分子泵系列產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目，攻克多項關(guān)鍵技術(shù)，于2011年成功研制國內(nèi)第一臺磁懸浮分子泵，打破國外產(chǎn)品壟斷。

圖7：KYKY系列磁懸浮分子泵

2018年，中科科儀研制出新一代系列一體磁懸浮分子泵，以其優(yōu)越的性能，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程、鍍膜等領(lǐng)域，為半導(dǎo)體核心零部件國產(chǎn)化注入新活力。

未來，中科科儀將繼續(xù)聚焦半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，全力突破“卡脖子”技術(shù)難題，推動半導(dǎo)體設(shè)備核心零部件國產(chǎn)化，為中國集成電路發(fā)展持續(xù)貢獻(xiàn)力量。