半导体制造装备系列(2)-涂胶/显影装备

涂胶/显影装备是在光刻工艺中与光刻机配相助业的主要装备。在曝光前，由涂胶机举行光刻机的涂覆；此后是光刻机对光刻胶举行曝光；在曝光后由显影装备举行光刻图案的显影。在后道的先进封装中，使用类似前道的制造方法，所需涂胶/显影装备种别也概略相同，只在要害尺寸与精度上同前道有区别。

一、涂胶/显影装备原理：

涂胶/显影机作为光刻机的输入（曝光前光刻胶涂覆）和输出（曝光后图形的显影）， 主要通过机械手使晶圆在各系统之间传输和处置惩罚， 从而完成晶圆的光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等工艺历程，其不但直接影响到光刻工序细微曝光图案的形成，显影工艺的图形质量对后续蚀刻和离子注入等工艺中图形转移的效果也有着深刻的影响， 是集成电路制造历程中不可或缺的要害处置惩罚装备。

图1. 光刻工艺流程

涂胶显影装备是光刻工序中与光刻机配套使用的涂胶、烘烤及显影装备，包括涂胶机（又称涂布机、匀胶机，英文简称Spin Coater）、喷胶机（适用于不规则外貌晶圆的光刻胶涂覆，英文简称 Spray Coater）和显影机（英文简称 Developer）。在早期的集成电路和较低端的半导体制造工艺中，此类装备往往单独使用（Off Line）。随着集成电路制造工艺自动化水平及客户对产能要求的一直提升，在 200mm（8 英寸）及以上的大型生产线上，此类装备一样平常都与光刻装备联机作业（In Line），组成配套的圆片处置惩罚与光刻生产线，与光刻机配合完成细腻的光刻工艺流程。

二、涂胶/显影装备应用和分类：

涂胶显影装备应用普遍。以芯源微为例，其装备可以划分为6英寸及以下的涂胶显影装备以及8/12英寸的涂胶显影装备。前者主要用于LED芯片制造、化合物半导体制造以及功率器件；后者用于先进集成电路的前道晶圆加工以及后道先进封装工艺。

前道晶圆加工：在前道晶圆制造中需要用到差别种类的光刻胶和涂胶显影装备。微米级别线宽往往接纳在前道晶圆制造中需要用到差别种类的光刻胶和涂胶显影装备。微米级别线宽往往接纳 iline 光刻胶，Krf 光刻胶用到 90nm 制程，Arf 光刻胶用于 90nm 以下，Arf-i（浸没式）在 40-55nm 最先切入，最为先进的 EUV 光刻则需要用到 EUV 光刻胶。这导致在制造产线上需要用到从 Arf 到 i-line 的多种光刻机、光刻胶、涂胶显影装备。别的，除了光刻胶以外，前道制造的光刻环节往往还需要用到 Barc（底部抗反射涂层）、PI等胶质料，亦需要用到对应的涂胶显影装备，这类装备往往不与光刻机联机（offline），自力事情。

后道先进封装：在后道的封装环节中，古板封装工艺为先将晶圆划片，再对单个的芯片举行固晶（die bond）、焊线（wire bond）和塑封，称为芯片级封装（CSP，chip-scale package）。随着工艺前进，芯片体积微缩的要求，晶圆级封装（WLSCP，wafer level CSP）泛起。WLSCP 在划片之前，先在完整晶圆上，接纳晶圆制造的制程及电镀手艺取代现有打金线及机械灌胶封模的制程举行封装工艺，不需导线架或基板。晶圆级封装只有晶粒般尺寸，能够有较好的电性效能，由于是按每批或每片芯片来生产，因此能用较低的本钱生产。由于接纳了类似前道的光刻、薄膜、电镀等工艺，涂胶显影应用到该历程中。

图2. 全球前道涂胶显影装备市场规模

三、涂胶/显影装备生产企业：

在光刻工序涂胶显影装备领域，全球规模内日本东京电子（TEL）一家独大，市场份额靠近 87%，其他生产企业包括日本迪恩士（DNS）、德国苏斯微（SUSS）、中国台湾亿力鑫（ELS）、韩国 CND 等，海内企业主要是芯源微。

东京电子（TEL）:主要产品包括涂布/显像装备、热处置惩罚成膜装备、干法刻蚀装备、CVD、湿法洗濯装备及测试装备。TEL 垄断了全球 88%和中国 91%的涂胶显影装备市场份额。

日本迪恩士（DNS）:半导体制造装备主要包括洗濯装备、涂布/显影装备、退火装备等。DNS在全球和中国都占有 5%的涂胶显影装备市场份额。

德国苏斯微（SUSS）: 主要产品包括高精度光刻装备（如光刻机、旋涂机、喷胶机等）及大规模封装市场用键合机。

台湾亿力鑫（ELS）:专注于制造小尺寸全自动黄光制程量产装备，主要产品包括光阻涂布装备、曝光装备、光罩洗濯装备、显影装备、金属/光阻剥离装备等。

芯源微(688037.SH)是海内第一家在涂胶显影装备上取得突破的企业，在LED封装以及集成电路后道先进封装的涂胶显影装备以及具有一定的市占率，前道涂胶显影装备手艺节点抵达28nm，现在已通过一些前道客户的验证并获得了小部分订单。然而，由于涂胶显影装备需要和光刻机连用，同时陪同着制程手艺节点的一直前进，国产化替换的蹊径仍有很长的蹊径。

图3. 全球后道涂胶显影装备市场规模

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