光刻机怎么制造芯片

摘要：光刻机顾名思义就是“用光来雕刻的机器”，是芯片产业中宝贵且技术难度最大的机器。光刻机的种类有哪些？光刻机又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，有接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光等光刻机。光刻机怎么制造芯片？下面来了解下。一、光刻机的种类有哪些

1、接触式曝光（ContactPrinting）

掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。接触式，根据施加力量的方式不同又分为：软接触，硬接触和真空接触。

（1）软接触：就是把基片通过托盘吸附住（类似于匀胶机的基片放置方式），掩膜盖在基片上面。

（2）硬接触：是将基片通过一个气压（氮气），往上顶，使之与掩膜接触。

（3）真空接触：是在掩膜和基片中间抽气，使之更加好的贴合（想一想把被子抽真空放置的方式）。

缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，容易损坏，寿命很低（只能使用5～25次）；容易累积缺陷；上个世纪七十年代的工业水准，已经逐渐被接近式曝光方式所淘汰了，国产光刻机均为接触式曝光，国产光刻机的开发机构无法提供工艺要求更高的非接触式曝光的产品化。

2、接近式曝光（ProximityPrinting）

掩膜板与光刻胶基底层保留一个微小的缝隙（Gap），Gap大约为0～200μm。可以有效避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤，使掩膜和光刻胶基底能耐久使用；掩模寿命长（可提高10倍以上），图形缺陷少。接近式在现代光刻工艺中应用最为广泛。

3、投影式曝光（ProjectionPrinting）

在掩膜板与光刻胶之间使用光学系统聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。

投影式曝光分类：

（1）扫描投影曝光（ScanningProjectPrinting）。70年代末～80年代初，〉1μm工艺；掩膜板1：1，全尺寸；

（2）步进重复投影曝光（Stepping-repeatingProjectPrinting或称作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（Iline）～0.25μm（DUV）。掩膜板缩小比例（4：1），曝光区域（ExposureField）22×22mm（一次曝光所能覆盖的区域）。增加了棱镜系统的制作难度。

（3）扫描步进投影曝光（Scanning-SteppingProjectPrinting）。90年代末～至今，用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光区域（ExposureField）26×33mm。优点：增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。

4、高精度双面

主要用于中小规模集成电路、半导体元器件、光电子器件、声表面波器件、薄膜电路、电力电子器件的研制和生产。

高精度特制的翻版机构、双视场CCD显微显示系统、多点光源曝光头、真空管路系统、气路系统、直联式无油真空泵、防震工作台等组成。

适用于φ100mm以下，厚度5mm以下的各种基片的对准曝光。

5、高精度单面

针对各大专院校、企业及科研单位，对光刻机使用特性研发的一种高精度光刻机，中小规模集成电路、半导体元器件、光电子器件、声表面波器件的研制和生产。

高精度对准工作台、双目分离视场CCD显微显示系统、曝光头、气动系统、真空管路系统、直联式无油真空泵、防震工作台和附件箱等组成。

解决非圆形基片、碎片和底面不平的基片造成的版片分离不开所引起的版片无法对准的问题。

二、光刻机怎么制造芯片

1、沉积

制造芯片的第一步，通常是将材料薄膜沉积到晶圆上。材料可以是导体、绝缘体或半导体。

2、光刻胶涂覆

进行光刻前，首先要在晶圆上涂覆光敏材料“光刻胶”或“光阻”，然后将晶圆放入光刻机。

3、曝光

在掩模版上制作需要印刷的图案蓝图。晶圆放入光刻机后，光束会通过掩模版投射到晶圆上。光刻机内的光学元件将图案缩小并聚焦到光刻胶涂层上。在光束的照射下，光刻胶发生化学反应，光罩上的图案由此印刻到光刻胶涂层。

4、计算光刻

光刻期间产生的物理、化学效应可能造成图案形变，因此需要事先对掩模版上的图案进行调整，确保最终光刻图案的准确。

5、烘烤与显影

晶圆离开光刻机后，要进行烘烤及显影，使光刻的图案永久固定。洗去多余光刻胶，部分涂层留出空白部分。

6、刻蚀

显影完成后，使用气体等材料去除多余的空白部分，形成3D电路图案。

7、计量和检验

芯片生产过程中，始终对晶圆进行计量和检验，确保没有误差。检测结果反馈至光刻系统，进一步优化、调整设备。这一部，就需要用到纳米级超精密运动平台这一关键设备了。

8、离子注入

在去除剩余的光刻胶之前，可以用正离子或负离子轰击晶圆，对部分图案的半导体特性进行调整。

9、视需要重复制程步_

从薄膜沉积到去除光刻胶，整个流程为晶圆片覆盖上一层图案。而要在晶圆片上形成集成电路，完成芯片制作，这一流程需要不断重复，可多达100次。

10、封装芯片

最后一步，运用超精密运动平台，进行晶圆切割，获得单个芯片，封装在保护壳中。这样，成品芯片就可以用来生产电视、平板电脑或者其他数字设备了！

芯片测试第一股利扬芯片：压力与机遇并存，市值炒作下莫忘这些坑

是半导体制造的设备。根据查询X技术显示，晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅，晶圆在加工过程中需要使用裂片机对其进行裂片加工；裂片机是通过激光切割将晶圆进行切割，再通过胶辊碾压的方式将激光切割后的晶圆分离开。

近日笔者跟踪了复旦微电子这家准备科创板上市的集成电路设计企业，公司在从事安全与识别芯片、非挥发存储器、智能电表芯片等领域的芯片设计之外，还从事集成电路测试服务这项比较特殊的业务。说它特殊是因为原本这块业务主要由封测厂商承接，但随着集成电路产业分工越发明细，以及一些厂商出于成本、技术等方面的考虑和市场对芯片及晶圆测试的提出的更高要求，专业的第三方集成电路测试服务模式应运而生。

恰逢其时的是复旦微电子科创板IPO申请被受理，而利扬芯片作为专业集成电路测试服务提供商刚好通过科创板上市委审核，因此我们可以通过解读利扬芯片招股书得以了解行业更多的信息，同时也对公司存在的风险进行提示，以免投资者踩雷。

诞生于1987年的台积电开启了专业分工模式的先河， 半导体产业的模式也变为设计、制造和封装测试三个主要环节，即我们常说的Fabless模式、Foundry模式和OSAT模式，其中封装测试处于半导体产业链的后段。封装是将通过测试的晶圆加工得到独立芯片的过程，测试则是检测不良芯片的过程，该过程包括封装前的晶圆测试和封装后的成品测试，经成品测试合格的芯片将向终端用户销售：

独立第三方专业集成电路测试的价值是：第一由于专业测试是主动性进行新产品导入并提供相应的测试服务，因此对市场需求和部分客户个性化测试要求能快速反应；第二是可向客户提供中立的判断，而OSAT企业有可能出于自身利益而做出损害客户利益的事项；第三是专业测试服务提供商凭借在大量芯片测试和规模化量产实践中积累的经验帮助客户缩短投放市场的时间周期，自身产能调配灵活，测试效率较高。当然传统的封测一体化模式封装和测试均在场内进行，而专业第三方模式则是将封装和测试做到了分离，因此增加了物流时间和成本，也提高了芯片的成本：

作为半导体产业链的关键环节，测试服务贯穿于设计、制造、封装等全过程，是确保芯片良率和成本控制的重要举措。利扬芯片招股书比较详细的展示了晶圆测试和芯片成品测试的流程，其中晶圆测试环节是结合探针台和测试机等设备组成的测试系统对批量生产的晶圆进行测试；成品测试则是结合分选机和测试机等组成的测试系统对已完成封装的芯片进行测试。这儿透露两点信息；第一是晶圆测试发生在封装前，而且设备主要为探针台和测试机；第二是成品测试发生在封装后，设备主要为分选机和测试机，两过程所用设备有很大差异，因此结合长川 科技 和华峰测控等业务差异与设备差异，也就对这几家重要的设备厂商所处产业链位置有了更直观的了解：

在具体测试服务方面，利扬芯片主要提供晶圆测试、成品测试、晶圆减薄和晶圆切割服务，业务组成与京元电子类似。当然从利扬芯片的测试设备供应商来看，公司晶圆测试设备主要来自爱德万测试和泰瑞达，成品测试设备主要供应商是EPSON，晶圆减薄和晶圆切割设备主要来自Disco，国内设备还是难得一见，国产化率依旧面临很大挑战：

经过多年的技术积累，目前利扬芯片已拥有数字芯片、模拟芯片、混合信号芯片以及射频芯片等多种系统级芯片测试解决方案，下游领域主要面向5G通信（射频芯片、LNA、FPGA、PA和Switch）等、传感器（MEMS、生物识别、消防安全等）、智能可穿戴（物联网、人脸识别、智慧家居等）、 汽车 电子（车联网、自动驾驶和ETC等）、北斗应用（雷达、导航、定位等）、计算类芯片（AI、服务器、云计算）等诸多领域，技术上可提供8nm制程的集成电路测试。公司重要客户主要有汇顶 科技 、全志 科技 、国民技术等上市公司以及深圳比特微电子等公司，2019年前五大客户销售收入占营收比例为76.39%，其中深圳比特微电子、汇顶 科技 和全志 科技 的营收占比分别为28.75%、27.42%和12.12%，客户集中度较高且对重要客户存在一定依赖性。

利扬芯片将测试频率高于100MHz且通道数大于512Pin的测试系统划分为高端测试平台，目前SoC芯片、FPGA和AI等选用高端测试平台，因此高端平台具有较高溢价空间；终端测试平台主要用于MCU、触控、指纹和电源管理芯片等。从收入构成来看，公司芯片测试平台营收占比超过65%，其中芯片测试-高端测试平台收入占比从2.3%提升至32.3%，毛利率也从53.9%提升至77.3%，但晶圆测试毛利率较低：

集成电路第三方测试服务出现至今也有30多年，这一切都要归功于京元电子这家中国台湾的企业。

京元电子成立于1987年5月，公司位于中国台湾新竹，生产基地位于苗栗县。成立之初公司主要从事晶圆切割服务，这原本是封装工序中的一道重要工序，但随着晶圆级封装等先进技术的出现，晶圆切割已经成为边缘业务。2000年左右京元电子开启全球化进程，重要的事件有：2000年在美国成立分公司，2002年和2006年在苏州设立两家子公司，此外公司还在新加坡和日本设立分公司。目前京元电子在中国台湾建有10.8万平方米的工厂，无尘室面积达到18.73万平方米，在苏州的工厂面积和无尘室面积分别达到4.46万平方米和1.02万平方米：

目前京元电子主要提供的测试服务项目有：晶圆针测、IC成品测试、预烧测试和封装及其他项目，产品线涵盖Memory、逻辑及混合信号、SoC、CIS、RF及无线、MEMS和显示屏驱动器等，拥有设备总数超过4000台。公司提供的封装技术有BGA、DFN、TSOP、LGA等成熟封装技术以及面向存储器的eMMC/Emcp等封装技术。京元电子是目前全球最大的专业第三方测试公司，晶圆针测量每月产能约为46万片，IC芯片成品测试量每月达到6亿颗：

财务方面，2018-2019年京元电子营收分别为208.15亿新台币和255.39亿新台币，2020年1-6月营收达到146.60亿新台币，同比增长29.2%。从今年二季度营收构成来看，晶圆测试和产品测试营收占比分别为31.5%和39.7%，封装业务营收占比为16.4%，作为第三方集成电路测试服务供应商，测试服务业务占比超过70%：

在客户合作方面，作为全球最大的专业第三方集成电路测试服务供应商，京元电子与Marvell、东芝、博世、Qorvo、Maxim、Cypress、Novatek、Realtek、南亚等全球重要的半导体设计公司保持深度合作。

利扬芯片的技术水平在国内有一定积累，但与京元电子相比，在Pin数、同测数等指标上有较大差距：

最高Pin数和最大同测数是衡量晶圆测试技术水平的客观指标，一般情况下Pin数越大，同测数或Pin数极限是晶圆测试追求的技术目标，这种测试技术体现在：多同测之间的一致性难度增大，需要探针卡设计和测试程序算法优化；多同测时的并行测试效率的提升需要优化功能模块测试方法和测试程序算法。还比如Pad间距越小，探针之间的距离越小，不仅多同测时探针卡设计难度加大，还因为之间存在严重信号串扰，因此需要通过测试程序优化来解决串扰问题。当然利扬芯片45微米的Pad间距表明在测试技术上公司取得重大进展。

前文已经提到，第三方集成电路测试服务是封测一体化模式进一步分工后的产物，长电 科技 、通富微电等封测厂商是利扬芯片在中国大陆面临的主要竞争对手。除此以外利扬芯片的竞争者就是其他第三方测试服务供应商，这里面重要的竞争对手是京元电子在苏州的子公司京隆 科技 、复旦微电子子公司华岭股份以及胜科纳米（苏州）有限公司等。

京隆 科技 成立于2002年7月，是京元电子在中国的唯一测试子公司，目前该公司拥有4.46万平方米的工厂和1.02万平方米的无尘室，晶圆针测量每月达到6万片，IC成品测试量每月产能达到6000万颗，测试服务范围与京元电子一样，其中驱动IC和eFlash测试规模在中国大陆处于领先地位。

华岭股份成立于2001年4月，是复旦微电子旗下专业从事集成电路测试技术研发、芯片设计验证分析和产业化生产测试的子公司，目前拥有9000多平方米技术开发和测试厂房，拥有包括45nm、12英寸先进测试系统在内的国际主流先进测试设备100多台套，拥有测试通道1024pin、测试矢量深度128M的测试能力。当然从设备供应商来看华岭股份的设备主要来自爱德万测试、日本东京精密株式会社和泰瑞达等，国内设备还是难得一见。

华岭股份的前五大客户除了第二大是控股股东复旦微电子（营收占比18.66%），其他客户与公司不存在关联关系，前五大客户销售收入占营收比例为59.55%，客户集中度较低，对重要客户依赖性也较低。

总体来看华岭股份涉足集成电路测试服务业务时间较早，相较成立于2010年的利扬芯片，在客户资源和技术积累上有一定优势。当然从收入规模来看，2019年华岭股份营收1.46亿元，利扬芯片营收2.32亿元，两者有一定差距。

根据中国台湾工研院统计，集成电路测试成本约占IC设计营收的6%-8%，以此推算集成电路测试行业市场容量为183.81亿元-245.08亿元，利扬芯片与华岭股份2019年的营收分别为2.31亿元和1.46亿元，市场份额分别为0.95%-1.26%和0.60%-0.79%。2019年京元电子营收255.39亿新台币，约合58.74亿元，市场份额为23.97%-31.96%，总的来看集成电路测试市场空间较大，利扬芯片等第三方测试服务供应商的发展潜力较大。当然不容忽视的一点是长电 科技 等封测公司都对外提供晶圆测试和芯片成品测试，近几年台积电为代表的晶圆代工企业也加大了封测环节的布局，再加上行业龙头京元电子的存在，因此利扬芯片面临的竞争压力依然较大。

2015-2019年利扬芯片营收从0.58亿元增长至2.32亿元，归母净利润从0.16亿元增长至0.61亿元，营收与净利润分别增长3倍与2.81倍。2020年上半年公司营收与归母净利润分别为1.24亿元、0.27亿元，同比增长77.4%和387.8%，2月份复工复产后公司生产经营正常，8nm先进制程芯片测试量较上年同期有所增加，公司与存量客户交易规模保持稳定或略有增长。此外5G商用推广下FPGA、射频等芯片测试量较上年同期增加，提升了营收规模。

即便面临较大的竞争压力，利扬芯片的营收与净利润保持持续增长，主要原因是当前随着集成电路制程演进和工艺的日趋复杂，制造过程中对参数的控制和缺陷检测等要求越来越高，对集成电路测试专业化需求提升；第二是随着物联网、AI和车联网等新应用场景的不断成熟，芯片的种类多样化，芯片设计也多样化，对应的测试方案也多样化，提升了市场对专业测试服务供应商的需求。此外利扬芯片和华岭股份等的专业化和规模化不断提升，出于成本等考虑Fabless公司甚至封测公司等也倾向于将部分测试服务业务交给独立第三方测试企业。笔者对利扬芯片2020-2021年的业绩做了预测，中性预测下2020-2021年营收3.31亿元、4.18亿元，归母净利润0.86亿元、1.04亿元，对应市值为86亿元、104亿元；乐观情况2020-2021年营收4.53亿元、6.68亿元，归母净利润1.18亿元、1.67亿元，对应市值118亿元、167亿元：

集成电路第三方测试服务需要投入巨大资本用于专业厂房建设和设备采购，比如京元电子在中国台湾建有10.8万平方米的工厂，无尘室面积达到18.73万平方米，各类测试设备超过4000台。利扬芯片规模远不及京元电子，但也有2万多平方米的厂房（租赁为主），2017-2019年其资本开支达到1.54亿元、0.64亿元和1.51亿元，截止2019年底固定资产账面价值3.47亿元，拥有测试机、分选机、探针台和产品外观检测机分别为350台、266台、137台和11台，重资产模式面临高额的折旧费用。2017-2019年公司折旧与摊销费用分别为64.96万元、140.67万元和131.09万元，虽然公司生产设备折旧年限5-10年，远高于京元电子的2-8年和3-5年，但若以新设备折旧年限8年和二手设备折旧年限4年重新调整，则公司主营业务毛利率要降低2.6到8个百分点，对公司经营业绩影响较大。换句话说公司存在通过拉长固定资产折旧年限调节利润的风险。

利扬芯片拟公开发行3410万股股份，募集资金中4.1亿元用于芯片测试产能建设项目，1.03亿元用于研发中心建设项目，0.5亿元用于补充流动资金。从2017-2019年的产销率及产能利用率等来看，公司晶圆测试产销率由92.2%提升至102.3%，产能利用率由83.5%提升至90.5%；芯片成品测试产销率虽然由97.5%提升至102.1%，但产能利用率由73.2%下降至62.5%，如果募投项目建成投产，产能过剩现象或将进一步加剧。其原因在于公司第一大客户深圳比特微电子从事矿机芯片和区块链芯片，而近几年比特币等泡沫逐渐破灭，区块链行业又存在各种风险，若这两大行业出现重大不风险，对公司会有较大影响。此外公司客户主为汇顶 科技 、全志 科技 等，前五大客户集中度较高，培育新客户又存在较长的周期，因此对公司业绩稳定性有一定影响：

利扬芯片在招股书中提到，深圳比特微电子实际控制人杨作兴在2019年12月被深圳南山区检察院以职务侵占罪批准逮捕，目前未有进一步消息，因此第一大客户的风险不可不防。

当然这段时间 财经 媒体对利扬芯片这家国内芯片测试第一股的关注度很高，很多媒体爆出公司营造经营假象（股市动态分析周刊文章《利扬芯片：营造经营假象 夸大募投产出》）、质疑研发投入和供应商为皮包公司（链牛 财经 《如果明天上会的利扬芯片能通过，科创板发审委就有严重问题》）等一系列问题，因此投资者也要关注这些负面问题。当然本文的目的是通过利扬芯片这家公司对第三方集成电路测试服务业务做个初步了解，毕竟在产业分红越发深化的背景下，即便利扬芯片最终成为芯片界的乐视，也会有其他类似公司崛起，产业发展的趋势是不可逆转的。