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等離子清洗机
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等離子清洗在半导体清洗领域需求旺盛

等離子清洗设备是贯穿半导体产业链的重要环节,用于清洗原材料及每个步骤中半成品上可能存在的杂质,避免杂质影响成品质量和下游藏经阁影院性能,在单晶硅片制造、光刻、刻蚀、沉积等关键制程及封装工艺中均为必要环节。

常用清洗技術有濕法清洗和幹法清洗兩大類,目前濕法清洗仍是工業中的主流,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溶劑進行噴霧、擦洗、蝕刻和溶解隨機缺陷,使矽片表面的雜質與溶劑發生化學反應生成可溶性物質、氣體或直接脫落,並利用超純水清洗矽片表面並進行幹燥,以獲得滿足潔淨度要求的矽片。而爲了提高矽片清潔效果,可以采用超聲波、加熱、真空等輔助技術手段。濕法清洗包括純溶液浸泡、機械擦拭、超聲/兆聲清洗、旋轉噴淋法等。相對而言,幹法清洗是指不依賴化學試劑的清洗技術,包括等離子體清洗、氣相清洗、束流清洗等。

工藝技術和應用條件上的區別使得目前市場上的清洗設備也有明顯的差異化,目前,市場上最主要的清洗設備有單晶圓清洗設備、自動清洗台和洗刷機三種。在21世紀至今的跨度上來看,單晶圓清洗設備、自動清洗台、洗刷機是主要的清洗設備。

單晶圓清洗設備一般是指采取旋轉噴淋的方式,用化學噴霧對單晶圓進行清洗的設備,相對自動清洗台清洗效率較低,産能較低,但有著極高的制程環境控制能力與微粒去除能力。自動工作站,也稱槽式全自動清洗設備,是指在化學浴中同時清洗多個晶圓的設備優點是清洗産能高,適合大批量生産,但無法達到單晶圓清洗設備的清洗精度,很難滿足在目前頂尖技術下全流程中的參數要求。並且,由于同時清洗多個晶圓,自動清洗台無法避免交叉汙染的弊端。洗刷器也是采取旋轉噴淋的方式,但配合機械擦拭,有高壓和軟噴霧等多種可調節模式,用于適合以去離子水清洗的工藝中, 包括鋸晶圓、晶圓磨薄、晶圓抛光、研磨、CVD等環節中,尤其是在晶圓抛光後清洗中占有重要地位。

單晶圓清洗設備與自動清洗台在應用環節上沒有較大差異,兩者的主要區別在于清洗方式和精度上的要求,以45nm爲關鍵分界點。簡單而言,自動清洗台是多片同時清洗,的優勢在于設備成熟、産能較高,而單晶圓清洗設備是逐片清洗,優勢在于清洗精度高,背面、斜面及邊緣都能得到有效的清洗,同時避免了晶圓片之間的交叉汙染。45nm之前,自動清洗台即可以滿足清洗要求,在目前仍然有所應用;而在45以下的工藝節點,則依賴于單晶圓清洗設備達到清洗精度要求。在未來工藝節點不斷減小的情況下,單晶圓清洗設備是目前可預測技術下清洗設備的主流。

工藝節點縮小擠壓良率,推動清洗設備需求提升。隨著工藝節點的不斷縮小,經濟效益要求半導體公司在清潔工藝上不斷突破,提高對于清潔設備的參數要求。對于那些尋求先進工藝節點芯片生産方案的制造商來說,有效的無損清潔將是一個重大挑戰,尤其是10nm7nm甚至更小的芯片。爲了擴展摩爾定律,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缺陷,而且還要能夠適應更複雜、更精細的3D芯片架構,以免造成損害或材料損失,從而降低産量和利潤。

根據盛美半導體估計,就每月生産10萬片晶圓的20nmDARM廠來說,産量下降1%將導致每年利潤減少3050百萬美元,而邏輯芯片廠商的損失更高。此外,産量的降低還將增加廠商原本已經十分高昂的資本支出。因而,工藝的優化和控制是半導體生産制程的重中之重,廠商對于半導體設備的要求也越來越高,清洗步驟尤其如此。在20nm及以上領域,清洗步驟數量超過所有工藝步驟數量的30%。而從16/14nm節點開始,由3D晶體管結構、前後端更複雜的集成、EUV光刻等因素推動,工藝步驟的數量增加得非常明顯,對清洗工藝和步驟的要求也將明顯增加。

從全球市場銷售份額來看,單晶圓清洗設備在2008年之後超過自動清洗台成爲最主要的清洗設備,而這一年正是藏经阁影院引入45nm節點的時間。根據ITRS2007年至2008年是45nm工藝節點量産的開始。松下、英特爾、IBM、三星等紛紛于此時段開始量産45nm2008年底,中芯國際獲得了IBM批量生産45納米工藝的授權,成爲中國首家向45nm邁進的中國半導體公司。

並且,在2008年前後兩個階段中,市場份額最高的清潔設備走勢均與半導體設備銷售額走勢保持一致,體現出清洗設備需求的穩定性;並且在單晶圓清洗設備主導市場後,其占總體銷售額的比例明顯提升,體現出單晶圓清洗設備和清洗工藝在半導體産業鏈中的地位提升。這一市場份額變遷是工藝節點不斷縮小的必然性結果。

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