半導體制造設(shè)備系列(7)-清洗設(shè)備

清洗是貫穿半導體產(chǎn)業(yè)鏈的重要工藝環(huán)節(jié)，用于去除半導體硅片制造、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。半導體清洗主要是針對不同的工藝需求對晶圓表面進行無損傷清洗以去除半導體制造過程中的顆粒、自然氧化層、金屬污染、有機物、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、半導體清洗的原理及分類：

目前半導體清洗技術(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，采用特定的化學藥液和去離子水，對晶圓表面進行無損傷清洗，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、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)等標準。在集成電路制造的先進工藝中，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 年全球半導體清洗設(shè)備市場規(guī)模為 34.17 億美元， 2019-2020 年全球半導體行業(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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