半導(dǎo)體制造設(shè)備系列(7)-清洗設(shè)備

清洗是貫穿半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要工藝環(huán)節(jié)，用于去除半導(dǎo)體硅片制造、晶圓制造和封裝測試每個步驟中可能存在的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)影響芯片良率和芯片產(chǎn)品性能。半導(dǎo)體清洗主要是針對不同的工藝需求對晶圓表面進(jìn)行無損傷清洗以去除半導(dǎo)體制造過程中的顆粒、自然氧化層、金屬污染、有機(jī)物、犧牲層、拋光殘留物等雜質(zhì)。

目前，隨著芯片制造工藝先進(jìn)程度的持續(xù)提升，對晶圓表面污染物的控制要求不斷提高，每一步光刻、刻蝕、沉積等重復(fù)性工序后，都需要一步清洗工序，對清洗設(shè)備的需求也相應(yīng)增加。

一、半導(dǎo)體清洗的原理及分類：

目前半導(dǎo)體清洗技術(shù)主要分為濕法清洗和干法清洗兩種工藝路線。

濕法清洗是針對不同的工藝需求，采用特定的化學(xué)藥液和去離子水，對晶圓表面進(jìn)行無損傷清洗，以去除晶圓制造過程中的顆粒、自然氧化層、有機(jī)物、金屬污染、犧牲層、拋光殘留物等物質(zhì)，可同時采用超聲波、加熱、真空等輔助技術(shù)手段；

干法清洗是指不使用化學(xué)溶劑的清洗技術(shù)，主要包括等離子清洗、超臨界氣相清洗、束流清洗等技術(shù)。干法清洗主要是采用氣態(tài)的氫氟酸刻蝕不規(guī)則分布的有結(jié)構(gòu)的晶圓二氧化硅層，雖然具有對不同薄膜有高選擇比的優(yōu)點，但可清洗污染物比較單一，目前在 28nm 及以下技術(shù)節(jié)點的邏輯產(chǎn)品和存儲產(chǎn)品有應(yīng)用。

晶圓制造產(chǎn)線上通常以濕法清洗為主，少量特定步驟采用濕法和干法清洗相結(jié)合的方式互補(bǔ)所短，構(gòu)建清洗方案。未來清洗設(shè)備的濕法工藝與干法工藝仍將并存發(fā)展，均在各自領(lǐng)域內(nèi)向技術(shù)節(jié)點更先進(jìn)、功能多樣化、體積小、效率高、能耗低等方向發(fā)展，在短期內(nèi)濕法工藝和干法工藝無相互替代的趨勢。目前濕法清洗是主流的清洗技術(shù)路線，占芯片制造清洗數(shù)量 90%以上。

圖1. 清洗方法分類

在濕法清洗工藝路線下， 目前主流的清洗設(shè)備主要包括單片清洗設(shè)備、槽式清洗設(shè)備、組合式清洗設(shè)備和批式旋轉(zhuǎn)噴淋清洗設(shè)備等，其中單片清洗設(shè)備市場份額占比最高。濕法清洗工藝路線下主流的清洗設(shè)備存在先進(jìn)程度的區(qū)分，主要體現(xiàn)在可清洗顆粒大小，金屬污染，腐蝕均一性以及干燥技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)。在集成電路制造的先進(jìn)工藝中，單片清洗已逐步取代槽式清洗成為主流。

圖2. 單片清洗及槽式清洗原理

二、半導(dǎo)體清洗設(shè)備的市場情況：

根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)， 2018 年全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場規(guī)模為 34.17 億美元， 2019-2020 年全球半導(dǎo)體行業(yè)景氣度下行，市場規(guī)模有所下降。隨著芯片工藝的不斷進(jìn)步，清洗工序的數(shù)量大幅提高，所需的清洗設(shè)備數(shù)量也將持續(xù)增長，給清洗設(shè)備帶來了巨大的新增市場需求；此外，芯片的 3D 化對清洗設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求，在芯片工藝和芯片結(jié)構(gòu)的影響下，清洗設(shè)備的價值不斷提升。

圖3. 清洗設(shè)備市場規(guī)模(億美元)

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