芯片制造是高精密的产业,是当代高科技的标志。
芯片工厂建设
芯片工厂建造
要建造一座能生产世界最尖端的芯片的工厂是一项复杂的系统工程。
工厂要求极其严格,需要防强地震、防台风、防火。整个工厂的生产车间要达到超精密洁净水准的无菌无尘等级。
一座工厂从动工到量产,需要4年左右的时间。
芯片工厂内部集成
芯片生产工厂一般有2~3个足球场大,除了厂房建设,还需要在所有的生产线建设无菌无尘室,这些无尘室所使用的水、电、气和空调系统都是非常复杂的,这个领域不是一般公司能够轻易入门的。
目前台湾的“汉唐集成”是最顶尖的集成商。
超纯水设备
芯片生产过程中需要使用大量的超纯水,超纯水主要用于对晶元进行清洗。
生炒超纯水的公司有
ORGANO,日本的奥加诺公司可生产超纯水处理设备
精密设备
光刻机
(1)ASML
荷兰的阿斯麦(ASML)是这个领域的王者,目前ASML的EUV光刻机,也就是极紫外线光刻机每一台的价值为2.5亿美金。
7nm以下的先进制程都需要使用ASML的EUV光刻机,先进制程领域ASML的市场占有率为100%。
(2)尼康和佳能
日本的尼康和佳能也曾经是这个领域强有力的竞争者。
在成熟制程(DUV光刻机),尼康和佳能也有一定的市场占有率。
因为ASML的光刻机设备性能和质量的稳定性都非常高,尼康和佳能的市场占有率在逐步下降过程中。
沉积设备
负责在晶元表面沉积一层薄膜,用于形成电路和隔离层。这个领域的设备供应商有
(1)ASM
荷兰的公司
(2)Applied Materials
美国的公司
(3)Tokyo Electron
日本的公司
(4)Lam Research
美国的公司
等离子刻蚀
有了沉积薄膜衣后,我们还需要刻蚀设备,通过干刻法或湿刻法去除不需要的材料,实现晶圆图案的精细转移。主要设备供应商有:
(1)Lam Research
美国公司
(2)Applied Materials
美国公司
(3)Tokyo Electron
日本公司
晶圆清洗
完成刻蚀之后,需要使用清洗设备来对晶圆进行清洗,去除颗粒和污染物,确保晶圆达到超高洁净度。主要的设备供应商有:
(1)Applied Materials
(2)Lam Research
(3)Tokyo Electron
离子注入
完成清洗之后,需要使用离子注入设备改变晶圆中半导体材料的电学性质,形成源极、漏极和其他的功能区域。主要的设备供应商有:
(1)Applied Materials
(2)Axcelis Technologies
美国公司
晶圆平坦化加工
在形成了电极之后,需要使用化学机械抛光设备对晶圆表面进行平坦化加工,确保后续的光刻和沉积工艺的准确性。主要的设备供应商有:
(1)Applied Materials
检测和计量
在芯片的每个加工和生产环节都需要进行不断的检测和测量,而且是超精密的测量,需要超精密设备来对芯片的每一个部分进行精确的检测。主要的设备供应商有:
(1)KLA Corporation
美国公司,也是检测设备领域市场占有率最高的公司,市场占有率超过了50%。
(2)Hitachi High-Tech
日本公司
(3)Applied Materials
快速热处理
在芯片的加工中,还需要使用热处理设备对晶圆进行退火、快速热处理、以及氧化等工艺,方便调控晶圆的物理和化学性质。主要设备供应商有:
(1)Applied Materials
(2)Tokyo Electron
机器人和机械臂
晶圆生产过程中,工厂空间有着无数个运输晶圆的小机器人,还有芯片生产过程移动晶圆的机器臂,他们在芯片生产过程中起到了连接每一步加工工序的作用。主要的产品供应商有:
(1)FANUC
日本公司
(2)KUKA
德国公司
以上两家公司在全球高科技工厂当中的市场占有率非常高。
芯片封装测试
芯片组装、测试和封装是芯片生产的最后一步。知名的封测设备供应商主要有:
(1)DISCO Corporation
日本公司
(2)TOWA Corporation
日本公司
(3)Advantest
东京精密公司
(4)Tokyo Electron
先进制程芯片整个生产、封装、测试过程使用的设备中,有40%以上来自美国公司,30%来自日本公司,剩下的来自欧洲。
芯片生产的原材料
硅片
芯片生产最重要的原材料之一是硅片,目前按照市场占有率进行排名如下:
(1)信越半导体
日本公司
(2)台塑盛高
日本公司
(3)Global Wafers
美国公司,全球晶
(4)世创电子
德国公司
(5)SK
韩国公司
电子特气
电子特气是芯片生产第二重要的原材料,因为在芯片的生产过程中,需要使用各种各样的特殊气体,这些气体的质量和纯度要求极高,同样也是被世界上一些先进的企业所垄断着。
(1)Air Liquide
法国的液化空气集团,占有巨大的市场分额,
(2)Air Products
美国公司
(3)中央玻璃
日本公司
(4)Entegris
美国公司
(5)Praxair
美国公司
(6)SK
(7)大阳日酸
日本公司,在全球市场占有率排名第一
掩膜板
也叫做光罩
台积电可生产掩膜板自用
光刻胶
光刻胶领域,日本处于绝对的领先地位,日本的以下三家公司垄断了全球光刻胶80%市场份额。而对于EUV光刻机使用的光刻胶,占有100%的市场份额。
(1)JSR
(2)东京应化工业
(3)信越化学工业
目前光刻胶技术属于绝对的保护当中,而且光刻胶的使用量并不高,所以这三家公司都没有在日本本土以外设立任何的工厂。
抛光材料
化学机械抛光设备使用的抛光材料也是重要的原材料,包括研磨液、研磨垫、钻石碟。抛光材料供应商主要有:
(1)美国的3M
(2)日本的AGC
(3)美国的杜邦
(4)日本的爱媛Fujibo
(5)日本的Fujimi
Fujimi是全球最大的研磨材料供应商。
化学试剂
芯片生产过程中还会使用大量的化学试剂。主要供应商有:
(1)法国的Air Liquide
(2)德国的巴斯夫
(3)美国的杜邦
(4)美国的英特格
(5)日本的关东鑫林
(6)德国的默克
(7)日本的RASA
(8)日本的德山
(9)台湾的胜一化工
(10)台湾的华立企业
化学试剂一般是以吨来计算,长途运输成本高,并会对产业链安全造成影响,一般会在芯片制造工厂所在地设厂生产。