從普通的一粒沙子到最終成為可供加工的硅片，先後要經過拉晶、硅錠加工、成型、拋光和清洗等環節，期間要經過拉晶、硅錠去頭、滾圓、研磨、切片、倒角、刻蝕、拋光、清洗和檢測等多個工藝，檢測合格後的硅片便運到臺積電和中芯國際等代工廠，然後再經過光刻、刻蝕、離子注入等工藝，最終變成一個個有特定功能的芯片。前面筆者通過多篇文章對硅片清洗前的工藝及設備做了解析，本文在前述文章的基礎上對硅片運往代工廠的最後一道重要工序清洗做個總結，供大家參考。
硅片清洗工藝簡介
在《一文了解集成電路製造過程中常見的沾汙類型》一文中筆者對集成電路製造過程中常見的玷汙類型做了歸納，主要有顆粒、金屬雜質、有機物沾汙、自然氧化層和靜電釋放五種，這些玷汙可通過物理方法和化學方法等去除，其中溼法清洗是最常用的處理方法。
硅片清洗工藝是指通過物理和化學清洗方法，對拋光後的硅片表面上所產生的磨料顆粒、有機物顆粒及金屬沾汙等雜質汙染去除掉，相應的設備是清洗機。一般來說硅片加工的每道工序結束前都要經過一次清洗，要求做到本工序流程的汙染在本工序流程中清洗掉，以免影響下道工序的工藝質量，同時也可以避免交叉汙染。
資料來源：上海硅產業招股書，阿爾法經濟研究
硅片清洗的三大步驟是：經過最終拋光處理的硅片先要進行預清洗，然後再進行物理尺寸、電阻率、翹曲度和平整度等外掛檢測，經檢測合格後硅片便進入最終清洗工序。
在硅片清洗中常用的方法是RCA法，是由Kern和Puotinen等人首創的化學清洗方法，也是集成電路製造中一種典型的溼化學清洗法，其所用的清洗液主要有四種：由硫酸和雙氧水配製而成的SC3（Standard Clean-3）清洗液，需要加熱到120-150攝氏度；經過稀釋的氫氟酸，溫度需控制在20-25度；由氨水、雙氧水和純水混合而成的SC1（Standard Clean-1）清洗液，需加熱到70-80度，以及由鹽酸、雙氧水和純水混合而成的SC2（Standard Clean-2）清洗液，需加熱到70-80度。
在實際應用中硅片清洗機一般採用RCA清洗+物理清洗+乾燥組合工藝方案，乾燥採用離心甩幹並結合腔內潔淨空氣強對流乾燥、馬蘭戈尼乾燥、熱氮氣乾燥、異丙醇氣相干燥等方法。由於離心乾燥對乾燥後的硅片表面顆粒控制較差，一般用於200mm及以下尺寸硅片乾燥，200/300mm硅片通常採用異丙醇氣相干燥或馬蘭戈尼乾燥，典型的硅片清洗機清洗工藝如下：
資料來源：公開資料整理，阿爾法經濟研究
硅片清洗機的主要參數有：刻蝕硅片直徑(mm)、清洗液類型、兆聲波頻率、乾燥方式、清洗方式（如溶液循環溢流、在線加熱）等。
國內外硅片清洗機廠商
國內硅片清洗機廠商有北方華創及孫公司Akrion系統有限公司、芯源微、中國電子科技集團45所和盛美半導體等；國外廠商主要有日本迪恩士、美國固態半導體（SSEC）等企業。
45所是國內專門從事電子元器件關鍵工藝設備技術、設備整機系統以及設備應用工藝研究開發和生產製造的國家重點科研生產單位，圍繞集成電路製造設備、半導體照明器件製造設備、光伏電池製造設備、光電組件製造和系統集成與服務等五個重點技術領域，開發出了電子材料加工設備、芯片製造設備等六大系列產品，比較重要的設備有晶圓清洗設備、可用於6英寸及以下中小規模集成電路和MEMS等器件的光刻機以及可用於硅片、藍寶石等硬質材料切割的多線切割機以及可用於3D先進封裝技術的倒裝芯片鍵合機等：
資料來源：中國電子科技集團45所官網，阿爾法經濟研究
北方華創（002371.SZ）是以大規模集成電路製造工藝技術為核心，研發生產集成電路工藝設備、太陽能電池製造設備和真空熱處理設備等產品的半導體設備製造企業，目前公司產品已經覆蓋等離子體刻蝕、物理氣相沉積、化學氣相沉積、氧化擴散和清洗設備，公司Saqua系列12英寸堆疊式單片清洗機可用於90-28nm集成電路前道工藝中的成膜前/後清洗、柵極清洗、硅化物清洗、標準RCA清洗，以及後道工藝中的通孔刻蝕後的清洗、溝槽刻蝕後的清洗、襯墊去除後的清洗、鈍化層清洗；Bpure系列全自動槽式清洗機主要用於8/12英寸28nm及以上節點集成電路、先進封裝領域的清洗、刻蝕和光刻膠去除等工藝。
芯源微（688037.SH）是一家從事半導體專用設備研發、生產和銷售的企業，產品主要包括光刻工序塗膠顯影設備（塗膠/顯影機、噴膠機）和單片式溼法設備（清洗機、去膠機、溼法刻蝕機），產品可用於6英寸及以下單晶圓處理（如LED芯片製造環節）及8/12英寸單晶圓處理（如集成電路製造前道加工及後道先進封裝環節），技術上芯源微的清洗機用於0.13m及以下節點的物理清洗，盛美半導體主要用於40nm及以上節點的物理清洗，北方華創清洗機則可用於28nm及以上節點，技術上北方華創具有一定優勢：
資料來源：芯源微招股書，阿爾法經濟研究
迪恩士是全球領先的半導體設備供應商，公司總部位於日本，最初成立於1868年，1975年公司開發出了晶圓刻蝕機，隨後四十多年裡公司專注於半導體制造設備，尤其是清洗設備的研發與推廣，迪恩士在上海設有子公司，在清洗設備領域公司具有強大的競爭優勢。迪恩士的業務有半導體制造設備（SPE）、PCB設備（PE）、液晶製造設備（FT）、圖像情報處理機器（GA）以及ICT解決方案等，截止2020財年第三季度公司70%的營收來自半導體制造設備，其中65%的營收來自單片清洗機，這其中60%的收入來自廣泛用於7nm工藝節點的SU3200清洗機，技術上迪恩士遠遠領先於北方華創等國內企業，市佔率也多年位居第一：
資料來源：日本迪恩士2020財年三季報，阿爾法經濟研究
原創聲明：本文作者系阿爾法經濟研究原創，歡迎個人轉發，謝絕媒體、公眾號或網站未經授權轉載。
免責聲明：阿爾法經濟研究發佈的內容僅供參考，不構成任何投資建議。
