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等離子清洗在半導(dǎo)體清洗領(lǐng)域需求旺盛
等離子清洗設(shè)備是貫穿半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，用于清洗原材料及每個(gè)步驟中半成品上可能存在的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)影響成品質(zhì)量和下游產(chǎn)品性能，在單晶硅片制造、光刻、刻蝕、沉積等關(guān)鍵制程及封裝工藝中均為必要環(huán)節(jié)。
常用清洗技術(shù)有濕法清洗和干法清洗兩大類，目前濕法清洗仍是工業(yè)中的主流，占清洗步驟的90%以上。濕法工藝是指采用腐蝕性和氧化性的化學(xué)溶劑進(jìn)行噴霧、擦洗、蝕刻和溶解隨機(jī)缺陷，使硅片表面的雜質(zhì)與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)、氣體或直接脫落，并利用超純水清洗硅片表面并進(jìn)行干燥，以獲得滿足潔凈度要求的硅片。而為了提高硅片清潔效果，可以采用超聲波、加熱、真空等輔助技術(shù)手段。濕法清洗包括純?nèi)芤航?、機(jī)械擦拭、超聲/兆聲清洗、旋轉(zhuǎn)噴淋法等。相對(duì)而言，干法清洗是指不依賴化學(xué)試劑的清洗技術(shù)，包括等離子體清洗、氣相清洗、束流清洗等。
工藝技術(shù)和應(yīng)用條件上的區(qū)別使得目前市場(chǎng)上的清洗設(shè)備也有明顯的差異化，目前，市場(chǎng)上最主要的清洗設(shè)備有單晶圓清洗設(shè)備、自動(dòng)清洗臺(tái)和洗刷機(jī)三種。在21世紀(jì)至今的跨度上來(lái)看，單晶圓清洗設(shè)備、自動(dòng)清洗臺(tái)、洗刷機(jī)是主要的清洗設(shè)備。
單晶圓清洗設(shè)備一般是指采取旋轉(zhuǎn)噴淋的方式，用化學(xué)噴霧對(duì)單晶圓進(jìn)行清洗的設(shè)備，相對(duì)自動(dòng)清洗臺(tái)清洗效率較低，產(chǎn)能較低，但有著極高的制程環(huán)境控制能力與微粒去除能力。自動(dòng)工作站，也稱槽式全自動(dòng)清洗設(shè)備，是指在化學(xué)浴中同時(shí)清洗多個(gè)晶圓的設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是清洗產(chǎn)能高，適合大批量生產(chǎn)，但無(wú)法達(dá)到單晶圓清洗設(shè)備的清洗精度，很難滿足在目前頂尖技術(shù)下全流程中的參數(shù)要求。并且，由于同時(shí)清洗多個(gè)晶圓，自動(dòng)清洗臺(tái)無(wú)法避免交叉污染的弊端。洗刷器也是采取旋轉(zhuǎn)噴淋的方式，但配合機(jī)械擦拭，有高壓和軟噴霧等多種可調(diào)節(jié)模式，用于適合以去離子水清洗的工藝中， 包括鋸晶圓、晶圓磨薄、晶圓拋光、研磨、CVD等環(huán)節(jié)中，尤其是在晶圓拋光后清洗中占有重要地位。
單晶圓清洗設(shè)備與自動(dòng)清洗臺(tái)在應(yīng)用環(huán)節(jié)上沒(méi)有較大差異，兩者的主要區(qū)別在于清洗方式和精度上的要求，以45nm為關(guān)鍵分界點(diǎn)。簡(jiǎn)單而言，自動(dòng)清洗臺(tái)是多片同時(shí)清洗，的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備成熟、產(chǎn)能較高，而單晶圓清洗設(shè)備是逐片清洗，優(yōu)勢(shì)在于清洗精度高，背面、斜面及邊緣都能得到有效的清洗，同時(shí)避免了晶圓片之間的交叉污染。45nm之前，自動(dòng)清洗臺(tái)即可以滿足清洗要求，在目前仍然有所應(yīng)用；而在45以下的工藝節(jié)點(diǎn)，則依賴于單晶圓清洗設(shè)備達(dá)到清洗精度要求。在未來(lái)工藝節(jié)點(diǎn)不斷減小的情況下，單晶圓清洗設(shè)備是目前可預(yù)測(cè)技術(shù)下清洗設(shè)備的主流。
工藝節(jié)點(diǎn)縮小擠壓良率，推動(dòng)清洗設(shè)備需求提升。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，經(jīng)濟(jì)效益要求半導(dǎo)體公司在清潔工藝上不斷突破，提高對(duì)于清潔設(shè)備的參數(shù)要求。對(duì)于那些尋求先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)芯片生產(chǎn)方案的制造商來(lái)說(shuō)，有效的無(wú)損清潔將是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，尤其是10nm、7nm甚至更小的芯片。為了擴(kuò)展摩爾定律，芯片制造商必須能夠從不僅平坦的晶圓表面除去更小的隨機(jī)缺陷，而且還要能夠適應(yīng)更復(fù)雜、更精細(xì)的3D芯片架構(gòu)，以免造成損害或材料損失，從而降低產(chǎn)量和利潤(rùn)。
根據(jù)盛美半導(dǎo)體估計(jì)，就每月生產(chǎn)10萬(wàn)片晶圓的20nm的DARM廠來(lái)說(shuō)，產(chǎn)量下降1％將導(dǎo)致每年利潤(rùn)減少30至50百萬(wàn)美元，而邏輯芯片廠商的損失更高。此外，產(chǎn)量的降低還將增加廠商原本已經(jīng)十分高昂的資本支出。因而，工藝的優(yōu)化和控制是半導(dǎo)體生產(chǎn)制程的重中之重，廠商對(duì)于半導(dǎo)體設(shè)備的要求也越來(lái)越高，清洗步驟尤其如此。在20nm及以上領(lǐng)域，清洗步驟數(shù)量超過(guò)所有工藝步驟數(shù)量的30%。而從16/14nm節(jié)點(diǎn)開始，由3D晶體管結(jié)構(gòu)、前后端更復(fù)雜的集成、EUV光刻等因素推動(dòng)，工藝步驟的數(shù)量增加得非常明顯，對(duì)清洗工藝和步驟的要求也將明顯增加。
從全球市場(chǎng)銷售份額來(lái)看，單晶圓清洗設(shè)備在2008年之后超過(guò)自動(dòng)清洗臺(tái)成為最主要的清洗設(shè)備，而這一年正是行業(yè)引入45nm節(jié)點(diǎn)的時(shí)間。根據(jù)ITRS，2007年至2008年是45nm工藝節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)的開始。松下、英特爾、IBM、三星等紛紛于此時(shí)段開始量產(chǎn)45nm。2008年底，中芯國(guó)際獲得了IBM批量生產(chǎn)45納米工藝的授權(quán)，成為中國(guó)首家向45nm邁進(jìn)的中國(guó)半導(dǎo)體公司。
并且，在2008年前后兩個(gè)階段中，市場(chǎng)份額最高的清潔設(shè)備走勢(shì)均與半導(dǎo)體設(shè)備銷售額走勢(shì)保持一致，體現(xiàn)出清洗設(shè)備需求的穩(wěn)定性；并且在單晶圓清洗設(shè)備主導(dǎo)市場(chǎng)后，其占總體銷售額的比例明顯提升，體現(xiàn)出單晶圓清洗設(shè)備和清洗工藝在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的地位提升。這一市場(chǎng)份額變遷是工藝節(jié)點(diǎn)不斷縮小的必然性結(jié)果。
