集成电路核心制造工艺是一套极其精密复杂的工序集合，其本质是在半导体晶圆上，通过循环往复的图形化与材料处理，将电路设计逐层构建为物理实体。整个过程始于晶圆制备，将高纯硅制成单晶硅锭并切片抛光，为芯片提供完美的物理基底。

   随后进入核心的前道制程，这是一个以光刻为中心的循环。首先通过薄膜沉积在晶圆表面生长绝缘层或导电层；接着利用光刻机将掩膜版上的电路图形曝光转印至光刻胶上；再通过刻蚀工艺将图形精确地转移到下方的薄膜上；之后通过离子注入对特定区域进行掺杂，改变其电学特性，并用热处理激活杂质、修复晶格。上述“沉积-光刻-刻蚀-掺杂”的循环重复数十至上百次，在硅片上立体地构筑出数以亿计的晶体管。

   晶体管制造完成后进入后道制程，主要完成互连。通过化学机械抛光使表面平坦，再交替进行金属薄膜沉积和光刻刻蚀，形成多层金属导线，将孤立的晶体管连接成完整的电路网络。最终经过严格的测试、切割、封装和最终测试，单个芯片才得以诞生。

伴随着集成电路设计-制造-封测的全流程，整个芯片制造和封测过程包含上千道加工工序，涉及到的制造和测试装备按照晶圆生产前后主要分为前道设备和后道设备两类，集成电路生产主要环节和装备，如图所示。

 集成电路生产主要环节和装备

前道设备主要包含清洗设备、光刻机、沉积设备（Chemical Vapor Deposition，CVD/Physical Vapor Deposition，PVD）、化学机械研磨设备、离子注入设备、刻蚀设备等；后道设备主要包含晶圆切割设备、封装设备和芯片测试相关设备。而结合生产过程中的不可替代性和对集成电路产品关键性能和参数的决定性，集成电路核心装备主要分布于前道制造过程中，包含：光刻机、刻蚀机、离子注入机、化学机械研磨设备、薄膜沉积设备5大类。其中，光刻机是研发难度和单价最高的关键设备，光刻工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平；刻蚀机的重要性仅次于光刻机，刻蚀是芯片图案化过程的核心工艺；而离子注入机能够将要掺杂的离子以离子束的形式入射到芯片中，从而改变材料表面性能，离子注入的效果决定了芯片内部结构中器件的最基本、最核心性能。

1. 光刻设备

   光刻设备是集成电路制造中最核心、价值最高的装备，其作用是将设计好的电路图形精确转移到硅片上。主流的光刻技术包括深紫外光刻（DUV）和极紫外光刻（EUV），其中EUV光刻机是当前制造7纳米及以下先进制程芯片的关键设备，技术门槛极高。光刻设备的性能直接决定了芯片的最小线宽和集成度，其研发涉及精密光学、高速运动控制、先进材料等多个高科技领域，是一个国家半导体工业水平的重要标志。

2. 刻蚀设备

   刻蚀设备用于有选择性地去除硅片表面的材料，从而形成三维电路结构。根据工艺原理，主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀，其中干法刻蚀（特别是等离子体刻蚀）凭借其各向异性好、精度高的特点，已成为主流。随着芯片结构向三维发展（如FinFET、3D NAND），刻蚀技术需要实现极高的深宽比和精确的轮廓控制，其复杂性与日俱增。刻蚀设备与光刻设备紧密配合，共同决定了电路图形的最终成型质量。

3. 薄膜沉积设备

   薄膜沉积设备负责在硅片表面生长或沉积各种材料的薄膜，如导体、绝缘体、半导体薄膜，以构建器件的各层结构。主要技术包括物理气相沉积、化学气相沉积和原子层沉积。其中，原子层沉积技术能够实现原子级精度的薄膜厚度控制和优异的三维共形性，对制造先进纳米器件至关重要。沉积薄膜的质量（如均匀性、纯度、致密度）直接影响着器件的电学性能和可靠性，是芯片制造的基础性工艺环节。

4. 过程控制与检测设备

   这类设备如同芯片制造产线上的“眼睛”和“尺子”，负责在生产的各个环节对晶圆进行无损的测量、检验和缺陷分析。包括膜厚测量、关键尺寸测量、套刻精度测量以及光学与电子束缺陷检测等。随着制程微缩和结构复杂化，纳米尺度的测量精度和高速、全片的缺陷捕获能力变得极其关键。过程控制设备提供的数据是实现工艺窗口监控、良率提升和智能制造（如预测性维护）的基础，是保障大规模量产经济性的关键。

5. 扩散/离子注入与热处理设备

    这类设备用于改变硅片的电学性质，是形成晶体管源漏区、阱区以及调节掺杂浓度的核心。离子注入设备将特定杂质原子加速后注入硅片预定区域，而快速热处理设备则通过瞬间高温退火来激活注入的杂质并修复晶格损伤。对能量精度、剂量均匀性以及温度控制的极致要求是这类设备的技术挑战。它们直接决定了器件结深、掺杂浓度等关键电学参数，对芯片的速度和功耗性能有根本性影响。

6. 清洗与化学机械抛光设备

   清洗设备用于在各工艺步骤前后去除硅片表面的颗粒、有机物、金属污染物和自然氧化层，是保证工艺质量和良率的基础，其技术趋势是减少化学品消耗和实现绿色环保。化学机械抛光设备用于全局平坦化，通过机械研磨和化学反应相结合的方式，使晶圆表面达到纳米级的平坦度，这是实现多层布线（超过10层金属互连）的先决条件。CMP工艺的均匀性控制与缺陷减少是持续的技术攻关重点。