苏州芯矽电子科技有限公司
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一、半导体清洗设备行业简介
半导体清洗设备是半导体制造过程中的关键设备,其主要功能是去除硅片制造、晶圆制造和封装测试过程中可能存在的各种杂质,如颗粒、自然氧化层、金属污染、有机物、牺牲层、抛光残留物等,以避免这些杂质影响芯片的良率和产品性能。随着半导体制造工艺技术的不断提升,芯片尺寸不断缩小,对杂质敏感度提升,清洗步骤也在不断增加,90nm的芯片清洗工艺约90道,20nm的清洗工艺则达到了215道,目前清洗步骤占整个半导体工艺所有步骤约1/3,几乎所有制作过程前后都需要清洗,为清洗设备带来了广阔的增长空间。
根据清洗介质的不同,半导体清洗技术可以分为湿法清洗和干法清洗两种。目前湿法清洗为主流的清洗技术,占总清洗步骤的90%以上。湿法清洗是根据不同的工艺需求,主要是通过去离子水、清洗剂等对晶圆表面进行无损伤清洗,以去除晶圆制造过程中的杂质。干法清洗是指不使用化学溶剂,采用气态的氢氟酸刻蚀不规则分布的有结构的晶圆二氧化硅层,虽然具有对不同薄膜有高选择比的优点,但可清洗污染物比较单一,目前主要在28nm及以下技术节点的逻辑产品和存储产品有应用。根据清洗方法的不同,湿法清洗包括溶液浸泡法、机械刷洗法、二流体清洗、超声波清洗、兆声波清洗、批式旋转喷淋法六种方法,干法清洗包括等离子清洗、气相清洗和束流清洗三种方法。
二、半导体清洗设备行业分类
目前主流的湿法清洗设备主要包括单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备等,其中单片清洗设备市场份额占比最高。湿法清洗工艺路线下主流的清洗设备存在先进程度的区分,主要体现在可清洗颗粒大小、金属污染、腐蚀均一性以及干燥技术等标准。
设备种类 | 清洗方式 | 应用特点 | 先进程度 |
单片清洗设备 | 高压喷淋、二流体清洗和兆声波清洗 | 微粒去除能力强,能够避免晶圆之间交叉污染;但每个腔体每次仅能清洗单片晶圆,设备产能较低 | 很高 |
槽式清洗设备 | 溶液浸泡法、兆声波清洗 | 每个腔体能够清洗多片晶圆,产能较高,适宜大批量生产;但颗粒去除能力控制差,且容易引起交叉污染风险 | 高 |
组合式清洗设备 | 溶液浸泡法和旋转喷淋组合清洗 | 产能、清洗精度较高,并可大幅度降低硫酸使用量;但产品造价较高 | 很高 |
批式旋转喷淋清洗设备 | 旋转喷淋 | 可实现120℃至200℃的高温硫酸工艺要求;但各项工艺参数较难控制,晶圆破损后整个清洗腔内的所有晶圆均有报废风险 | 高 |
三、中国半导体清洗设备行业发展现状
随着国内企业核心技术和工艺能力的提升,以及在客户认证方面的不断进展,未来刻蚀、清洗设备有望成为显著受益国内市场需求发展的赛道,成为半导体设备行业国产替代的先锋。中国大陆半导体设备销售额前五大厂商为北方华创、中微公司、盛美上海、长川科技、新益昌,清洗设备厂商主要有盛美上海、北方华创、芯源微、至纯科技和提牛科技等,产业集中度较高。数据显示,2023年国内半导体清洗设备行业市场规模约为18亿美元。
图表:2021-2023年中国半导体清洗设备行业市场规模