随着工艺的进步升级，在晶圆制造过程中清洗步骤的使用频率也逐渐提高。清洗工艺的增加，使得晶圆制造良率在线宽缩小的同时，有机会得以提升。因此，作为清洗工艺的基础，清洗设备成为了制程发展的关键。

批量清洗工艺被取代

据SEMI国际半导体产业协会最新数据，2018年第三季度，全球半导体设备业总出货金额158.4亿美元。其中，中国台湾出货金额29亿美元，季增33%，为增长幅度最大的市场；韩国第三季度出货金额34.5亿美元，季减29%，与欧洲同为下滑幅度最大的市场。中国大陆第三季度出货金额增长至39.8亿美元，季增5%，赶超韩国跃居首位。

纵观半导体设备业，晶圆处理设备占很大的比例，其中清洗设备以其33%的步骤占比成为发展的重头戏。目前市场上，按照清洗方式的不同，清洗设备可分为两种，分别是单晶圆清洗设备和槽式全自动清洗机。单晶圆清洗设备通常利用喷雾或声波，再结合化学试剂对单晶圆进行清洗；槽式全自动清洗机则是将晶圆放在花篮中，再利用机械手臂依次将其通过不同的化学试剂槽进行清洗。就功能而言，单晶圆清洗设备可进行单个晶圆的清洗，而槽式全自动清洗机可以批量进行清洗。

目前，单晶圆清洗工艺取代批量清洗工艺的趋势明显，正逐步成为先进制程的主流工艺。一方面，批量清洗工艺无法避免交叉感染，且难以把握清洗过程中的均匀性，在清洗后也无法确保后续工艺的相容性，尤其是45nm工艺的到来，更加凸显批量清洗工艺的缺点。相比来说，单个晶圆清洗可以凭借较高均匀性提升良率，避免了大尺寸晶圆的交叉污染情况。目前单晶圆清洗主要以兆声波清洗为主，但是这种方法虽然效果好，但是损伤性问题难以避免。

市面上较大的清洗设备呈现高度垄断局面，整个清洗设备市场中，日本公司占据半壁江山，日本Screen（迪恩士）约占市场份额60%，日本Tokyo Electron（东京电子）其次，约占30%，剩下小比例的市场占比被韩国SEMES、美国Lam Research瓜分。反观国内，在清洗设备方面，主要有盛美半导体、北方华创和至纯科技三家公司差异化发展，各自主攻一项或多项核心技术。

国内清洗设备研发进展明显

今年的SIMECON China2019，盛美半导体携三大芯片亮相，其中最受关注的莫过于清洗设备Tahoe，这款设备的创新之处在于可以将槽式清洗机和单片清洗机进行融合，需要清洗的硅片先在槽式清洗机里用高温硫酸洗涤，再进行单片洗涤。“这样可以减少90%的硫酸使用量。”盛美半导体首席执行官兼董事长王晖在发布会上说。

据了解，就上海单个市区来说，每年集成电路晶圆厂需要使用的硫酸已达6万吨，不论是硫酸的保存还是用后处理均是一大笔成本消耗。并且，当工艺达到50nm以下时，部分批量处理清洗机无法达到指定清洁度的要求，单片高温硫酸清洗，又会产生大量硫酸浪费。“盛美的设备解决了这个难题，6万吨的硫酸使用量，可以生产10倍的产品，帮助企业每年至少节省1200万美元成本。”王晖说。

与盛美半导体发展路线不同，北方华创将主要路线放在了槽式清洗设备，在收购了专注于硅片清洗设备业务的Akrion公司后，北方华创清洗机产品线得到一定的补充，自研的12英寸单片清洗机产品在中芯国际产品线上完成52万片生产线流片，2017年又进入了中芯国际B2芯片生产线和28nm生产线。北方华创总裁赵晋荣在此前接受记者采访时表示，收购Akrion公司，北方华创清洗业务拓展至单片清洗和批式清洗两大产品线，覆盖工艺种类进一步增多，包括Pre Film Deposition Clean、PR Strip等关键清洗工艺。据了解，北方华创12英寸65/55nm清洗机单机累计流片量已突破100万片大关。“未来公司也将积极提前布局，与产业链协同合作，迭代研发5nm—7nm的技术。”赵晋荣说。

国内至纯科技是超纯气体和特殊化学气体运输领域出身，在湿法清洗设备领域有一定的优势，产品主要以槽式清洗为主，2017年成立独立的半导体湿法事业部，先后推出了Ultron B200和Ultron B300的槽式湿法清洗设备和Ultron S200\Ultron S300的单片式湿法清洗设备产品系列。

“目前国内设备，最大的困境在于单类设备的供给质量突破，提升市场占有率存在很大挑战。”中国电子科技集团公司第四十五所集团首席专家柳滨对记者表示，国内设备一方面需要提升质量，另一方面也需要扩大市场占有率。

发展需建立技术体系

SEMI预测，到2019年，中国大陆的设备销售将增长46.6％，达到173亿美元。预计到2019年，中国大陆、韩国和中国台湾将保持前三大市场，中国大陆将跻身榜首。韩国预计将变成第二大市场，为163亿美元，而中国台湾预计将达到123亿美元的设备销售额。

随着集成电路先进制程工艺的进步，清洗设备的数量和使用频率逐渐上升，清洗步骤的效率严重影响了晶圆生产良率，在整个生产过程中占比约33%，清洗设备成为了晶圆处理设备中重要的一环。

然而半导体设备的研发与生产需要高昂的基金支持，并且需要在实际的生产线上进行实时验证，这对中国半导体清洗设备制造商提出了非常严峻的挑战。

专家建议，对于设备供应商来说，发展应以核心设备为突破口，打造专业研发和制造公司，打造设备品牌，提高设备供给声誉，扩大产业规模；同时以技术创新和知识产权布局为手段，建立完善自主的设备技术体系，具备一定影响力和市场竞争力；在国际合作方面，设备产业链建设同时，吸引或迫使国际设备制造商本土化方向发展至关重要。在国家层面，应继续发挥国家扶持资金的投入引导作用，发挥国家大基金、各省市集成电路产业基金的促进作用，产业聚集区协作互动作用以及各类专业人才的领军能动作用。

（来源：中国电子报）