近日有消息稱國內技術最先進的晶圓代工企業中芯國際向光刻機巨頭ASML訂購的光刻機順利到貨，這則消息披露後引起人們高度關注，甚至有人臆測中芯國際向ASML購買的是不是最先進的EUV光刻機。實際上從目前中國集成電路產業發展現狀來看，除了晶圓製造多數環節核心設備依賴進口，在半導體硅片製造環節仍然對國外設備高度依賴。
高端設備支撐的硅片產業鏈
半導體硅片是生產集成電路、分立器件和傳感器等半導體產品的關鍵材料，在半導體制造材料行業中的佔比達到36.78%，90%以上的集成電路都是製作在高純、優質的硅片上。半導體硅片行業是一個涉及對熱力學、固體物理、半導體物理和計算機仿真/模擬等多學科綜合運用的技術密集型行業，其生產流程也較長，典型的硅片環節由拉晶、硅錠加工、成型、拋光、清洗等環節構成，每一步都要用到相應的設備：
摩爾定律引導了集成電路的發展，相應的對硅片的發展提出了新的要求，硅片需要不斷提升單片硅片可生產的芯片數量、降低單片硅片製造成本以便與摩爾定律同步，因而硅片的直徑也不斷超大尺寸方向發展，從70年代的50mm發展到目前主流的300mm：
但是隨著硅片直徑的不斷擴大，對硅片表面局部平整度、表面附著的微量雜質、內部缺陷等關鍵參數的要求也不斷提高，這對硅片製造技術提出了更高的要求，相應的對硅片製造設備的功能和性能提出了更高的要求，總而言之一句話，硅片的技術壁壘越來越高。
兩種主要的拉晶工藝
硅片製造的第一步是拉晶，目前在拉晶過程中常用的兩種拉晶爐是直拉單晶爐和區熔單晶爐，對應的方法是直拉法和區熔法。
直拉單晶爐是將高純度的多晶硅材料在封閉的高真空或稀有氣體保護環境下通過加熱熔化成液態，再通過結晶形成具有一定外形尺寸的硅單晶材料的工藝裝備。直拉單晶爐也稱切克勞斯基法單晶爐，主要由石英坩堝、石墨坩堝、加熱器、隔熱層、冷卻裝置、坩堝支撐、溢熔接盤和電極等組成：
直拉法單晶爐的工作原理是向單晶爐石英坩堝內加入一定量的多晶硅後加熱石英坩堝到多晶硅熔融溫度之上，熔融的多晶硅充滿在石英坩堝中成硅熔體，之後慢速降低加熱功率，對硅熔體降溫後單晶爐籽晶通過提拉機構向下運動，籽晶杆前段的夾頭夾持籽晶，從單晶爐上端向下浸入硅熔體內。由於籽晶與硅熔體的固液界面附近的硅熔體維持一定過冷度，在一定溫度下硅熔體沿籽晶周圍按照籽晶晶向結晶。籽晶杆通過單晶爐提拉機構不斷旋轉，並以極慢速度提升，硅熔體不斷結晶並隨籽晶逐漸上升、長大、生長成棒狀單晶。
按照籽晶運動方式不同，直拉單晶爐分為籽晶杆向上提拉單晶爐和坩堝下降法單晶爐兩種，製備硅單晶通常用籽晶杆向上提拉單晶爐。
區熔法是在高真空或稀有氣體保護下將一個硅多晶棒通過爐體一個高溫的狹窄封閉區，使多晶棒局部產生一個狹窄的熔化區，移動多晶棒或爐體加熱體，使熔化區移動而逐步結晶成單晶棒的工藝設備，區熔法的特點是多晶棒在結晶過程中可以提升純度，棒料摻雜生長比較均勻：
區熔單晶爐可分為依靠表面張力的浮區熔鍊形式和水平形式，實際應用中以浮區熔鍊形式為主。區熔單晶爐主要由爐室、上軸、下軸、晶棒夾頭、籽晶夾頭、線圈等組成，在爐室中內設有冷卻水循環。
單晶爐生產企業盤點
目前國內能製造半導體硅片的主要單晶爐廠商是晶盛機電（300316.SZ）和京運通（601908.SH）。晶盛機電目前有一款型號為TDR135A-ZJS的全自動晶體生長爐，屬於直拉單晶爐，目前也是國內最大的直拉單晶爐，可製備18英寸的硅單晶棒。京運通主要有JD-1100和JD-1200兩款全自動軟軸單晶爐，其中JD-1100單晶爐最大熔料330KG，JD-1200單晶爐最大熔料370KG，但兩型號只能用於10英寸及以下的硅單晶棒製備，對主流的12英寸硅片無能為力。
晶盛機電的FZ100A-ZJS區熔硅單晶路主要用於8英寸的硅單晶製備，也是國內最大的區熔硅單晶爐。此外公司還有硅片切片、研磨、拋光等硅片加工設備，在國內硅片產業鏈中佈局比較齊全，且在單晶爐等關鍵設備領域具有領先的技術水平：
天龍光電（300029.SZ）同樣具有單晶爐生產能力，其型號為DRF-B120的單晶爐屬於直拉單晶爐，可拉制直徑305mm的單晶棒，與晶盛機電先進TDR135A-ZJS全自動晶體生長爐相比還是有一定差距。
國外硅單晶爐的主要廠商是德國PVA TePla（普法拓普），公司與晶盛機電等類似，直拉單晶爐和區熔單晶爐均可生產，此外公司還有等離子體清洗機、去膠機等，可用於晶圓製造。
下一章將介紹硅片加工設備，敬請關注。
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