笔者前期通过《关注半导体设备国产化：晶盛机电专注硅片设备，单晶炉领先同行》等多篇短文介绍了硅片加工中拉晶环节、硅锭加工环节中的主要设备。本文在前述文章的基础上接着介绍硅片成型环节中的硅片退火炉和倒角机。网上寻找相关设备的信息难度较大，因此上述文章仅供参考。

硅片退火炉简介

硅单晶棒的成型环节主要包括切片、双面研磨、倒角和蚀刻，如下图所示：

资料来源：硅产业招股书，阿尔法经济研究

硅片退火炉

在制造单晶硅过程中由于单晶硅中含有氧，在一定温度下单晶硅中的氧会转化为"氧施主"，影响硅片电阻率。退火炉则是在氢气或氩气环境下将炉内温度升至1000-1200摄氏度，通过保温、降温将硅片表面附近的氧从表面挥发脱除，溶解硅片表面的微缺陷，减少硅片表面的杂质数量。因为退火炉炉管温度较高，也称之为高温炉。

硅片退火炉主要有水平式退火炉和立式退火炉、快速退火炉三种，其中水平退火炉与立式退火炉的主要区别是反应室方向不同，其反应室呈水平结构布局，可将一批硅片同时装入退火炉反应室内进行退火处理，通常退火时间为20-30分钟。水平式退火炉反应室中石英管长度方向上的温度控制非常重要，是衡量水平式退火炉的重要指标。

立式退火炉工艺过程与世乒赛退火炉类似，同样是装入一批硅片进行退火处理，其反应室为垂直结构布局，可使硅片以水平状态放置在石英舟中。由于石英舟在反应室内可整体转动，反应室内的退火温度均匀，硅片温度分布均匀，因此退火均匀性比水平式要好，但是工艺成本比水平式退火炉要高。北方华创的THEORIS302和FLOURIS201是两款立式退火炉，可用于200/300mm硅片中低温条件下的退火，设备具有先进的颗粒控制技术和金属污染控制水平等，在28nm及以上集成电路、先进封装和功率器件中广泛应用：

资料来源：北方华创官网，阿尔法经济研究

北方华创还有一款型号为ActivSIC-650的立式高温退火/氧化炉，主要用于SIC功率器件制造中的高温退火和氧化，但是不用于硅片退火，因此与THEORIS302等退火炉有明显差异。

快速退火炉采用卤钨素灯直接对硅片加热，可实现1-250摄氏度大范围的快速升温和降温，退火效率比水平式和立式要高，反应室加热到1100摄氏度的时间仅需要数秒钟。快速退火炉与水平式和立式最大的差别是采用单个硅片处理方式，但由于具有退火时间短、退火温度高、硅片热预算低等优势，在300mm硅片退火和氧化工艺中广泛应用。中国电子科技集团第48研究所的真空退火炉适用于2-6英寸硅片退火，与北方华创还存在技术差距。

倒角机

倒角机是采用成型的磨轮将切割成薄片的硅片锐利边缘修整成特定的R型或T型边缘状态，防止硅片在后续加工过程中边缘产生破损的工艺设备：

资料来源：集成电路制造，阿尔法经济研究

其原理是硅片通过真空吸附夹持在主轴吸盘上，与主轴旋转中心对中并高速旋转。磨轮主轴端部安装成型倒角磨轮，硅片在Z向电动机驱动下与磨轮设定槽中心对中。磨轮主轴高速旋转带动磨轮旋转并横向接触硅片边缘，X和Y向电动机做插补驱动运动，使磨轮按照硅片边缘及参考面轮廓形状横向进给所需距离后停止，再反向退出，完成硅片倒角工艺：

资料来源：集成电路制造，阿尔法经济研究

除了硅片倒角，硅片定位槽同样需要倒角处理，其主要过程是：吸附硅片的主轴通过旋转和Z向运动，使定位槽中心与向高速空气轴的前端成型磨轮设定槽中心对中并保持一定距离，通过X和Y向电动机做插补驱动运动使硅片横向进给，与定位槽成型磨轮进给到一定距离，再反向退出，完成定位槽倒角工艺。由于定位槽成型磨轮直径很小，因而需要空气轴的驱动才能达到所需工艺条件：

集成电路制造，阿尔法经济研究

倒角机目前分为单台和双台两种类型，其中单台倒角机仅有一个吸附硅片的主轴台面，双台倒角机则有两个主轴台面，因此加工效率比单台倒角机要高。倒角机的主要参数有可加工硅片直径(mm)、硅片厚度(mm)、磨轮直径(mm)、磨轮速度(m/s)等。

倒角机领域具有领先地位的企业是日本东京精密，其倒角设备有用于300mm硅片的W-GM-5200倒角机、用于450mm即18英寸硅片的W-GM-6200倒角机，也是目前全球最先进的大尺寸硅片倒角机：

资料来源：日本东京精密官网，阿尔法经济研究

SpeedFam公司在日本、中国台湾、上海、韩国等地开展业务，其主要设备有研磨机、抛光机、CMP设备等。公司的WIFG300等系列倒角机广泛用于硅、SiC和蓝宝石等的

资料来源：SpeedFam公司官网，阿尔法经济研究

国内从事倒角机研发和制造的是中国电子科技集团第45研究所，但日本东京精密和SpeedFam等公司在该领域具有领先地位，国内在6英寸及以下的倒角机实现了国产化，但在8/12英寸领域还存在较大差距。

退火设备方面北方华创设备可用于12英寸硅片的中温退火，可实现部分国产替代，总体而言水平与国外有较大差距。

在切片和倒角间还有一个非常重要的研磨环节，由于研磨涉及到的设备种类较多，国内外厂家也较多，因此留到下一篇文章再说。

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