芯片制造，洗洗更健康本文来自微信公众号：果壳硬

本文来自微信公众号：果壳硬科技（ID：guokr233），作者：付斌，编辑：李拓，题图来自：视觉中国
在芯片制造过程中， “清洗”步骤虽然不起眼，但它占整个制造工序步骤30%以上，不可轻忽。那么国产的半导体清洗设备发展情况如何？
本文是“果壳硬科技”策划的“国产替代”系列第七篇文章，关注半导体清洗设备国产替代。在本文中，你将了解到：为什么要在芯片生产过程中使用清洗技术，清洗设备有什么关键技术点，国内外清洗设备市场情况。
遇事不决洗一洗
半导体中的清洗技术是指在氧化、光刻、外延、扩散和引线蒸发等半导体制造工序前，采用物理或化学方法，清除污染物和自身氧化物的过程。
为什么清洗能够占据30%以上的半导体制造工序步骤？这是因为芯片生产有着严重的“洁癖” ，在工艺以纳米度量的时代，见不得任何脏东西。
污染物是半导体器件性能、可靠性和成品率一大威胁。研究表明，沾污带来的缺陷引起的芯片电学失效，比例高达80%[1] 。假若在晶圆制造环节中有污染物未能完全清除，轻则影响晶圆良率，重则导致一整片乃至成批晶圆报废。要知道， 1%的良率变化对于一个先进逻辑代工厂意味着是1.5亿美元的利润损失。 [2]
污染物通常以原子、离子、分子、粒子或膜的形式，通过化学或物理吸附方式存在于硅片表面或硅片自身氧化膜中。

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半导体制造过程中主要污染物及影响，制表丨果壳硬科技
有脏东西洗一洗就好了。从沙砾到芯片， “点石成芯”会主要经历硅片制造、晶圆制造、芯片封装和芯片测试几大流程，清洗则贯穿了芯片制造的全产业链，也是重复次数最多的工序，这些工序包括三类：
在硅片制造过程：清洗抛光后的硅片，保证表面平整度和性能，提高后续工艺的良品率；
在晶圆制造过程：在光刻、刻蚀、沉积、离子注入、去胶等关键工序前后清洗，减小缺陷率；
在芯片封装过程：根据封装工艺进行TSV清洗、UBM/RDL清洗、键合清洗等。

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清洗步骤贯穿芯片制造流程中的多个工艺环节，图源丨东吴证券
芯片发展有多久，清洗技术就有多久，早在上世纪50年代半导体制造界就开始注重清洗技术，并且它的重要程度会越来越高，市场需求也会越来越大。
伴随制程工艺进步，光刻和各种工艺数量激增，清洗步骤数量也随之增加。据SEMI统计数据，在80nm~60nm制程中清洗工艺共有约100个步骤，而到了20nm~10nm制程中清洗工艺增加到200个步骤以上。 [3]

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随着制程的推进所需要的清洗步数（单位：次），图源丨SEMI
当然，清洗技术也并非百利无一害：一方面，部分清洗技术和化学溶剂还是会对电子元件表面造成损伤或与之发生反应，厂商需要在产能与清洗技术之间进行平衡，以保证电子元件的质量[4]；另一方面，清洗既耗水又大量排放污染，水是冲洗过程需要的重要介质，清洗过程中会排放大量酸碱清洗液，清洗后也会生成大量挥发废气，虽然耗水和排放问题是整个芯片制造都要面对的问题，但清洗环节中对于水的使用和控制排污也是设备制造商必须考虑的问题。 [5]
分为干洗和湿洗
我们不可望文生义，以为清洗难度不高。实际上，清洗并非简单地在水里走几圈，而是实实在在的一套工艺，属于先进制造设备范畴，其中涉及许多物理和化学课题。