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泛半導(dǎo)體設(shè)備洗凈服務(wù)行業(yè)概況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 富樂(lè)德    2022-12-27

精密洗凈服務(wù)行業(yè)是工業(yè)清洗行業(yè)的重要分支，它是伴隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以及精密生產(chǎn)設(shè)備日常維護(hù)的需要而產(chǎn)生和建立。各種不同類(lèi)型的精密生產(chǎn)設(shè)備在長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行中，無(wú)一例外地都會(huì)受到環(huán)境因素的影響。這些設(shè)備在其降溫送風(fēng)系統(tǒng)和自身的電磁場(chǎng)作用下，環(huán)境中的灰塵、潮氣、靜電、帶電粒子、各種腐蝕性物質(zhì)和氣體等，會(huì)逐漸對(duì)這些設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響（如由這些污染物形成的附加―微電路‖效應(yīng)引起的―軟性故障‖、對(duì)設(shè)備的緩慢腐蝕和氧化、沾污產(chǎn)品影響良率等）。

在當(dāng)今的高科技產(chǎn)業(yè)中，精密洗凈服務(wù)已成為精密生產(chǎn)設(shè)備部件組裝前的先決條件，也是制程設(shè)備的日常保養(yǎng)和維護(hù)的先決條件。精密設(shè)備部件洗凈的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)良率和生產(chǎn)成本。

隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體和顯示面板產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，精密清洗服務(wù)將發(fā)揮愈加重要的作用。在國(guó)內(nèi)企業(yè)承接新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移進(jìn)程中，精密洗凈服務(wù)企業(yè)配合下游客戶(hù)設(shè)備部件的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，助力下游客戶(hù)逐步打破高端精密設(shè)備部件制造的國(guó)外壟斷，保障國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體和顯示面板更高階產(chǎn)線設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步助力泛半導(dǎo)體行業(yè)的進(jìn)口替代。

（1）精密洗凈服務(wù)行業(yè)概述

工業(yè)清洗指工業(yè)產(chǎn)品或零部件在工業(yè)生產(chǎn)中表面受到物理、化學(xué)或生物的作用而形成污染物或覆蓋層，去除這些污染物或覆蓋層而使其恢復(fù)原表面狀態(tài)的過(guò)程。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，在工業(yè)清洗領(lǐng)域不斷有專(zhuān)門(mén)化的新洗凈技術(shù)出現(xiàn)，精密洗凈服務(wù)隨之逐步發(fā)展起來(lái)。

精密洗凈意味著按照非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清洗，對(duì)剩余顆?；蚱渌廴疚锏娜萑潭确浅５停w粒尺寸小于 0.3 微米），通常在環(huán)境嚴(yán)格控制的潔凈室進(jìn)行清潔。在半導(dǎo)體、顯示面板、航空航天和醫(yī)療等高科技行業(yè)的許多重要應(yīng)用中，精密洗凈服務(wù)是新制造部件組裝前的先決條件，也是制程設(shè)備的日常保養(yǎng)和維護(hù)的先決條件。

以芯片制造為例，如果在制造過(guò)程中有沾污現(xiàn)象，將影響芯片上器件的正常功能，因而提高生產(chǎn)設(shè)備部件的潔凈度是保障芯片生產(chǎn)良率的重要一環(huán)。在芯片刻蝕、化學(xué)氣相沉積、擴(kuò)散等制程，設(shè)備部件上會(huì)附著金屬雜質(zhì)、有機(jī)物、顆粒、氧化物等各種沾污雜質(zhì)層，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)有剝落現(xiàn)象；對(duì)于芯片制造企業(yè)，沾污雜質(zhì)導(dǎo)致芯片電學(xué)失效，導(dǎo)致芯片報(bào)廢，進(jìn)而影響產(chǎn)品良率與質(zhì)量。

通常影響精密洗凈服務(wù)價(jià)格的關(guān)鍵因素包括洗凈部件的市場(chǎng)價(jià)值、厚度、材質(zhì)、幾何形狀和該部件工藝研發(fā)成本，以及沾污雜質(zhì)的類(lèi)型、潔凈度要求等。專(zhuān)業(yè)精密洗凈服務(wù)廠商根據(jù)制程、機(jī)臺(tái)設(shè)備品牌、部件材質(zhì)與鍍層要求等進(jìn)行分類(lèi)并提供精密清洗與衍生處理服務(wù)，以配合客戶(hù)提升產(chǎn)品良率及提高制造設(shè)備的稼動(dòng)率。

1）半導(dǎo)體設(shè)備洗凈服務(wù)對(duì)象

半導(dǎo)體專(zhuān)用設(shè)備泛指用于生產(chǎn)各類(lèi)半導(dǎo)體產(chǎn)品所需的生產(chǎn)設(shè)備，屬于半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體專(zhuān)用設(shè)備是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)先導(dǎo)者，芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試等需在設(shè)備技術(shù)允許的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)和制造，設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步又反過(guò)來(lái)推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)難度最高、附加值最大、工藝最為復(fù)雜的集成電路為例，應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域的設(shè)備通?？煞譃榍暗拦に囋O(shè)備（晶圓制造）和后道工藝設(shè)備（封裝測(cè)試，暫時(shí)非洗凈服務(wù)對(duì)象）兩大類(lèi)。

其中，在前道晶圓制造中，共有七大工藝步驟，分別為氧化/ 擴(kuò) 散 （ ThermalProcess）、光刻（Photo-lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長(zhǎng)（Dielectric and Metal Deposition）、清洗與拋光（Clean & CMP）、金屬化（Metalization），所對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用設(shè)備主要包括氧化/擴(kuò)散設(shè)備、光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、離子注入設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、機(jī)械拋光設(shè)備等。晶圓制造設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模占比超過(guò)集成電路設(shè)備整體市場(chǎng)規(guī)模的 80%，其中，刻蝕設(shè)備、光刻設(shè)備、薄膜生長(zhǎng)設(shè)備是集成電路前道生產(chǎn)工藝中最重要的三類(lèi)設(shè)備。

上述集成電路制造過(guò)程中的氧化/擴(kuò)散（擴(kuò)散爐、氧化爐、外延生長(zhǎng)設(shè)備）、 光刻（溶膠顯影設(shè)備、涂膠設(shè)備）、刻蝕（介質(zhì)、金屬、邊緣刻蝕設(shè)備）、離子 注入、薄膜生長(zhǎng)（金屬沉淀設(shè)備、介質(zhì)層沉積設(shè)備、原子層沉積設(shè)備、電鍍?cè)O(shè)備）、 機(jī)械拋光等設(shè)備均系公司洗凈服務(wù)對(duì)象，幾乎涵蓋集成電路 2/3 工序的生產(chǎn)設(shè)備 定期維護(hù)。

2）顯示面板專(zhuān)用設(shè)備洗凈服務(wù)對(duì)象

TFT 顯示面板專(zhuān)用設(shè)備泛指基于 TFT 薄膜晶體管作為驅(qū)動(dòng)單元發(fā)展起來(lái)的用于生產(chǎn)各類(lèi)顯示面板類(lèi)產(chǎn)品所需的生產(chǎn)設(shè)備，主流產(chǎn)品有 LCD 和 OLED 兩種類(lèi)型，屬于集成電路行業(yè)顯示技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。其中：LCD 顯示技術(shù) 是 20 世紀(jì)八十年代之后逐步發(fā)展興盛起來(lái)的采用液晶作為顯示單元的顯示面板 技術(shù)。LCD 顯示面板器的主體結(jié)構(gòu)包含透明基板、偏光片、濾光片、液晶層、 TFT 陣列等，經(jīng)過(guò)三十多年的高速發(fā)展，整個(gè)生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟穩(wěn)定， 但面板制造、封裝測(cè)試工藝制程中的專(zhuān)用設(shè)備供應(yīng)仍以進(jìn)口為主。OLED 顯示技 術(shù)是 21 世紀(jì)之后逐步發(fā)展起來(lái)的一種新型的顯示技術(shù)，其主體結(jié)構(gòu)包含透明基 板（可柔性）、空穴/電子注入層、空穴/電子傳輸層、有機(jī)發(fā)光層、TFT 陣列等， 經(jīng)過(guò)近十年的快速發(fā)展，與 LCD 相比，具有功耗低、視角寬、響應(yīng)速度快等更 優(yōu)的顯示性能，為國(guó)際社會(huì)中顯示技術(shù)角逐的重點(diǎn)。

以 LCD 和 OLED 為主流的顯示面板技術(shù)，生產(chǎn)工序可以分為三大步驟：TFT陣列、cell 成盒、后端組裝。其中，TFT 陣列生產(chǎn)包含基板清洗、鍍膜、曝光、顯影、刻蝕剝離等工藝制程，cell 成盒包含 TFT 清洗、CF 基板加工（LCD）、拼合（LCD）、灌晶（LCD）、蒸鍍（OLED）、封裝（OLED）、檢測(cè)等工藝制程，后端組裝包含 cell 清洗、偏光片貼附、IC 綁定、FPC/PCB、TP 貼合等工藝制程。

所對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用設(shè)備主要包括蒸鍍?cè)O(shè)備（OLED）、光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清 洗設(shè)備、離子注入設(shè)備等。

LCD/OLED 顯示技術(shù)主要工藝制程如下：

上述 TFT 面板制造過(guò)程中的鍍膜、曝光、顯影、刻蝕、CF 基板加工（LCD）、蒸鍍（OLED）等設(shè)備均系公司洗凈服務(wù)對(duì)象。

（2）沾污雜質(zhì)介紹

沾污雜質(zhì)是指泛半導(dǎo)體產(chǎn)品制造過(guò)程中引入的任何危害芯片成品率及電學(xué)性能的物質(zhì)。據(jù)估計(jì)，大部分的芯片電學(xué)失效都是由沾污帶來(lái)的缺陷引起的。一般精密洗凈的沾污雜質(zhì)分為以下幾類(lèi)：

1）顆粒。顆粒能引起電路開(kāi)路或短路。從尺寸上來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體制造中，顆粒必須小于最小器件特征尺寸的一半，大于這個(gè)尺寸的顆粒會(huì)引起致命缺陷。從數(shù)量上來(lái)說(shuō)，硅片表面的顆粒密度代表了特定面積內(nèi)的顆粒數(shù)，顆粒數(shù)越多，產(chǎn)生致命缺陷的可能性也越大。一道工序引入到硅片中超過(guò)某一關(guān)鍵尺寸的顆粒數(shù)，術(shù)語(yǔ)表征為每步每片上的顆粒數(shù)（PWP），隨著先進(jìn)制程的進(jìn)步，PWP 指標(biāo)要求越來(lái)越高。

2）金屬雜質(zhì)。危害半導(dǎo)體工藝的典型金屬雜質(zhì)是堿金屬，如鈉、鉀、鋰等；重金屬也會(huì)導(dǎo)致金屬污染，如鐵、銅、鋁、鉻、鎢、鈦等。金屬雜質(zhì)可能來(lái)自化學(xué)溶液或者半導(dǎo)體制造中的各種工序，如離子注入等，也可能來(lái)自化學(xué)品與傳輸管道和容器的反應(yīng)。

3）有機(jī)物。有機(jī)物主要指包含碳的物質(zhì)，它們可能來(lái)自于細(xì)菌、潤(rùn)滑劑、蒸汽、清潔劑、溶劑和潮氣等。

4）自然氧化層。自然氧化層一方面妨礙其他工藝步驟，如單晶薄膜的生長(zhǎng)；另一方面增加接觸電阻，減少甚至阻止電流流過(guò)。

（3）主要洗凈方法

根據(jù)清洗方法的不同，精密洗凈可分為物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗是指利用力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)的原理，依靠外來(lái)能量的作用，如機(jī)械摩擦、超聲波、負(fù)壓、高壓沖擊、紫外線、蒸汽等去除物體表面污垢的方法；化學(xué)清洗是指依靠化學(xué)反應(yīng)的作用，利用化學(xué)溶劑清除物體表面污垢的方法。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通常將兩者結(jié)合起來(lái)使用，以獲得更好的洗凈效果。

常見(jiàn)的精密洗凈方法有：

1）化學(xué)溶劑清洗

化學(xué)溶劑清洗是指把硝酸、氫氧化鉀、雙氧水、氨水等按照技術(shù)要求配制成相應(yīng)濃度的溶液，然后把零部件放在清洗槽內(nèi)浸泡以去除表面金屬膜質(zhì)。

2）熔射涂層

熔射是指利用熱源將金屬或非金屬材料進(jìn)行熔化，并以一定速度噴射到基體表面形成涂層的方法。在操作過(guò)程中若有需要，對(duì)零部件表面進(jìn)行噴鋁，增加表面粗糙度。

3）電解法清洗

將要清洗的設(shè)備器件掛在陰極或陽(yáng)極上置于電解液中，當(dāng)通以直流電時(shí)，由于極化作用，金屬與電解質(zhì)溶液的界面張力降低，溶液滲透到工件表面的污物下面，界面上起氧化或還原作用，并產(chǎn)生大量的氣泡，當(dāng)氣泡聚集形成氣流從污物與金屬的間隙中溢出時(shí)，起鼓動(dòng)和攪拌作用，使污物從工件表面上脫落，達(dá)到退除污物及清洗表面的目的。

根據(jù)設(shè)備器件掛在陽(yáng)、陰極的不同位置分成陰極電解和陽(yáng)極電解法。電解法清洗用途很廣，可以除氧化膜、除舊鍍膜和漆膜等金屬或非金屬附著物，而且獲得很好的清除效果，清洗效率高且較徹底。

4）蒸氣法清洗

蒸氣法清洗又分為水蒸氣清洗和溶劑蒸氣清洗兩種。水蒸氣清洗是一種比較普遍而又簡(jiǎn)單的清洗工藝，主要利用蒸汽的熱氣流蒸發(fā)到設(shè)備器件的表面，并充分與設(shè)備器件表面接觸，由于水蒸氣的溫度高，有一定的壓力和沖擊力，所以有一定的清洗效果。溶劑蒸氣清洗則是一種用有機(jī)溶劑蒸發(fā)蒸氣進(jìn)行清洗的方法。由于溶劑的溫度高，且蒸發(fā)時(shí)形成氣流把污漬溶解并帶走。

5）純水清洗和高壓水洗

純水清洗是指把零部件放在純水清洗槽內(nèi)浸泡，以去除產(chǎn)品內(nèi)部可能殘留的藥液成分；高壓水洗是指高壓水洗槍吹掃零部件表面，去除零部件表面具有一定粘附力的顆粒、熔射灰、粉塵等。

6）超聲波清洗

超聲波清洗是指在浸泡清洗工件的液體中發(fā)射超聲波，使液體產(chǎn)生超聲波振蕩。液體內(nèi)部某一瞬間壓力突然增大或突然減小，這樣不斷地反復(fù)進(jìn)行。當(dāng)壓力突然減小時(shí)，溶液內(nèi)會(huì)產(chǎn)生許多真空的、很小的空穴，溶解在溶液內(nèi)的氣體被吸入空穴內(nèi)，形成氣泡。小氣泡形成后，由于壓力突然增大而被壓破并產(chǎn)生沖擊波，這種沖擊波又能使金屬表面的污物、氧化皮等在界面上受到剝離，并脫離工件表面，達(dá)到比一般除污方法快的清洗效果。

超聲波清洗可以和化學(xué)除污、電化學(xué)除污、酸洗除金屬鍍層等結(jié)合，提高除污的效果和清洗的質(zhì)量。