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2018年07月16日 | 半导体清洗领域：国产设备商进展积极
2018-07-16 来源：广发证券
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产品性能，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。
常用清洗技术有湿法清洗和干法清洗两大类，目前湿法清洗仍是工业中的主流，占清洗步骤的90%以上。湿法工艺是指采用腐蚀性和氧化性的化学溶剂进行喷雾、擦洗、蚀刻和溶解随机缺陷，使硅片表面的杂质与溶剂发生化学反应生成可溶性物质、气体或直接脱落，并利用超纯水清洗硅片表面并进行干燥，以获得满足洁净度要求的硅片。而为了提高硅片清洁效果，可以采用超声波、加热、真空等辅助技术手段。湿法清洗包括纯溶液浸泡、机械擦拭、超声/兆声清洗、旋转喷淋法等。相对而言，干法清洗是指不依赖化学试剂的清洗技术，包括等离子体清洗、气相清洗、束流清洗等。
工艺技术和应用条件上的区别使得目前市场上的清洗设备也有明显的差异化，目前，市场上最主要的清洗设备有单晶圆清洗设备、自动清洗台和洗刷机三种。在21世纪至今的跨度上来看，单晶圆清洗设备、自动清洗台、洗刷机是主要的清洗设备。
单晶圆清洗设备一般是指采取旋转喷淋的方式，用化学喷雾对单晶圆进行清洗的设备，相对自动清洗台清洗效率较低，产能较低，但有着极高的制程环境控制能力与微粒去除能力。自动工作站，也称槽式全自动清洗设备，是指在化学浴中同时清洗多个晶圆的设备优点是清洗产能高，适合大批量生产，但无法达到单晶圆清洗设备的清洗精度，很难满足在目前顶尖技术下全流程中的参数要求。并且，由于同时清洗多个晶圆，自动清洗台无法避免交叉污染的弊端。洗刷器也是采取旋转喷淋的方式，但配合机械擦拭，有高压和软喷雾等多种可调节模式，用于适合以去离子水清洗的工艺中， 包括锯晶圆、晶圆磨薄、晶圆抛光、研磨、CVD等环节中，尤其是在晶圆抛光后清洗中占有重要地位。
单晶圆清洗设备与自动清洗台在应用环节上没有较大差异，两者的主要区别在于清洗方式和精度上的要求，以45nm为关键分界点。简单而言，自动清洗台是多片同时清洗，的优势在于设备成熟、产能较高，而单晶圆清洗设备是逐片清洗，优势在于清洗精度高，背面、斜面及边缘都能得到有效的清洗，同时避免了晶圆片之间的交叉污染。45nm之前，自动清洗台即可以满足清洗要求，在目前仍然有所应用；而在45以下的工艺节点，则依赖于单晶圆清洗设备达到清洗精度要求。在未来工艺节点不断减小的情况下，单晶圆清洗设备是目前可预测技术下清洗设备的主流。
工艺节点缩小挤压良率，推动清洗设备需求提升。随着工艺节点的不断缩小，经济效益要求半导体公司在清洁工艺上不断突破，提高对于清洁设备的参数要求。对于那些寻求先进工艺节点芯片生产方案的制造商来说，有效的无损清洁将是一个重大挑战，尤其是10nm、7nm甚至更小的芯片。为了扩展摩尔定律，芯片制造商必须能够从不仅平坦的晶圆表面除去更小的随机缺陷，而且还要能够适应更复杂、更精细的3D芯片架构，以免造成损害或材料损失，从而降低产量和利润。
根据盛美半导体估计，就每月生产10万片晶圆的20nm的DARM厂来说，产量下降1％将导致每年利润减少30至50百万美元，而逻辑芯片厂商的损失更高。此外，产量的降低还将增加厂商原本已经十分高昂的资本支出。因而，工艺的优化和控制是半导体生产制程的重中之重，厂商对于半导体设备的要求也越来越高，清洗步骤尤其如此。在20nm及以上领域，清洗步骤数量超过所有工艺步骤数量的30%。而从16/14nm节点开始，由3D晶体管结构、前后端更复杂的集成、EUV光刻等因素推动，工艺步骤的数量增加得非常明显，对清洗工艺和步骤的要求也将明显增加。
从全球市场销售份额来看，单晶圆清洗设备在2008年之后超过自动清洗台成为最主要的清洗设备，而这一年正是行业引入45nm节点的时间。根据ITRS，2007年至2008年是45nm工艺节点量产的开始。松下、英特尔、IBM、三星等纷纷于此时段开始量产45nm。2008年底，中芯国际获得了IBM批量生产45纳米工艺的授权，成为中国首家向45nm迈进的中国半导体公司。
并且，在2008年前后两个阶段中，市场份额最高的清洁设备走势均与半导体设备销售额走势保持一致，体现出清洗设备需求的稳定性；并且在单晶圆清洗设备主导市场后，其占总体销售额的比例明显提升，体现出单晶圆清洗设备和清洗工艺在半导体产业链中的地位提升。这一市场份额变迁是工艺节点不断缩小的必然性结果。
史海拾趣
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